Como comparar e contrastar as respostas naturais e forçadas dos circuitos RL, RC e RLC?

1 Resposta natural

A resposta natural de um circuito é a tensão ou corrente que existe no circuito quando a fonte de entrada é removida ou definida como zero. A resposta natural é determinada pelas condições iniciais e pela energia armazenada nos indutores e capacitores. Por exemplo, um circuito RL terá uma resposta natural que decai exponencialmente, à medida que o indutor libera sua energia armazenada como corrente. Um circuito RC terá uma resposta natural que também decai exponencialmente, pois o capacitor libera sua energia armazenada como tensão. Um circuito RLC terá uma resposta natural que pode ser sub-represada, sobre-represada ou criticamente amortecida, dependendo dos valores da resistência, indutância e capacitância.

2 Resposta forçada

A resposta forçada de um circuito é a tensão ou corrente que é induzida pela fonte de entrada. A resposta forçada é determinada pela frequência e amplitude da fonte de entrada e pela impedância do circuito. Por exemplo, um circuito RL terá uma resposta forçada que é proporcional à tensão de entrada e inversamente proporcional à reatância indutiva. Um circuito RC terá uma resposta forçada que é proporcional à corrente de entrada e inversamente proporcional à reatância capacitiva. Um circuito RLC terá uma resposta forçada que depende da frequência de ressonância e do fator de qualidade do circuito.

3 Resposta transitória

A resposta transitória de um circuito é a tensão ou corrente que muda ao longo do tempo à medida que o circuito atinge seu estado estacionário. A resposta transitória é a soma das respostas naturais e forçadas. Por exemplo, um circuito RL terá uma resposta transitória que começa a partir da corrente inicial e se aproxima da corrente forçada com o passar do tempo. Um circuito RC terá uma resposta transitória que começa a partir da tensão inicial e se aproxima da tensão forçada com o passar do tempo. Um circuito RLC terá uma resposta transitória que pode oscilar, decair ou crescer dependendo da taxa de amortecimento e da frequência de entrada.

4 Resposta em estado estacionário

A resposta de estado estacionário de um circuito é a tensão ou corrente que permanece constante após a resposta transitória ter desaparecido. A resposta de estado estacionário é igual à resposta forçada. Por exemplo, um circuito RL terá uma resposta de estado estacionário que é igual à tensão de entrada dividida pela reatância indutiva. Um circuito RC terá uma resposta de estado estacionário que é igual à corrente de entrada dividida pela reatância capacitiva. Um circuito RLC terá uma resposta de estado estacionário que depende da impedância do circuito na frequência de entrada.

6 Resposta ao impulso

Outra maneira de comparar e contrastar as respostas naturais e forçadas dos circuitos RL, RC e RLC é usar a resposta de impulso. Resposta de impulso é a tensão ou corrente que resulta da aplicação de um impulso unitário ao circuito. Usando a resposta de impulso, você pode encontrar a função de transferência do circuito, que relaciona a saída com a entrada em termos de frequência. Você também pode usar a resposta de impulso para encontrar a resposta de frequência, que mostra como a magnitude e a fase da saída variam com a frequência.