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1/4 Apresentação Situação Prática Conceitos Fundamentais Sistema Internacional de Unidades de Medidas, Múltiplos e Submúltiplos Condutores Isolantes Semicondutores Resistência Elétrica Resistividade Elétrica Tensão Corrente Resistência Elétrica Potência Elétrica Medição de Grandezas Elétricas Escalas do Multímetro Digital Terminais Teste de Transistores Medição de Tensões com o Multímetro Digital Medições de Resistências com o Multímetro Digital Sumário 2/4 Medição de Corrente com o Multímetro Digital Resolução Multímetros Automáticos Precisão Situação Prática para Exercitar Referências Bibliográficas Resistores e seus Circuitos Resistores Tipos de Resistores Carvão ou Carbono Filme Metálico Fio ou Potência Valores e Tolerância Código de Cores Associação de Resistores em Série, Paralelo e Mista Associação em Série Associação em Paralelo Associação Mista Lei de Ohm Leis de Kirchhoff Situação Prática para Exercitar Referências Bibliográficas Capacitores e Corrente Alternada Capacitância e Capacitores Transformadores Ideais Referências Bibliográficas 3/4 Diodos Diodos Semicondutores Led Diodo Zener Retificador de Meia Onda e Onda Completa Situação Prática para Exercitar Referências Bibliográficas Transistores Parâmetros de um Transistor Bipolar Correntes do Transístor Ganho do Transistor Polarização do Transistor Polarização da Base por Corrente Constante Polarização da Base por Divisor de Tensão Transistor como Chave ou Comutador Determinando o Resistor de Base Amplificadores de Pequenos Sinais Situação Prática para Exercitar Referências Bibliográficas Resolução da Situação Prática 4/4 Apresentação A educação a distância proporciona novas maneiras para a realização de um curso. O próprio aluno deve organizar-se para encontrar os momentos mais adequados e realizar seus estudos e atividades didáticas. A sua disposição, contará com toda a estrutura de materiais didáticos, especialistas e ambientes virtuais de aprendizagem. Esta disciplina foi elaborada com a metodologia de um curso estruturado com base em competências. Nesse sentido, é uma abordagem diferente dos cursos tradicionais, pois apresenta diversos assuntos tendo como base situações práticas. Assim, você vai adquirir diversas habilidades e competências por meio de conteúdos que serão empregados na resolução de problemas idênticos aos encontrados no mercado de trabalho. Para tal, é importante que você faça bom uso deste material, respeitando a ordem deste roteiro de estudos, e principalmente, realizando todas as atividades propostas. As vídeo aulas lhe auxiliarão no entendimento das situações práticas e assimilação de alguns conteúdos. Sua interação com os especialistas poderá ser realizada através do Fale Conosco, Fóruns e Chats. Esta disciplina de Eletroeletrônica Geral aborda conceitos fundamentais da elétrica e eletrônica. Toda a base técnica para a compreensão dos diversos tipos de circuitos, os componentes básicos da eletrônica e as medições das diversas grandezas elétricas. Ao término das lições, você será capaz de interpretar um circuito de uma fonte, e será avaliado pela habilidade de resolver uma situação prática. Bons estudos! 1/2 Situação Prática Fonte de Alimentação Um determinado equipamento eletroeletrônico é dotado de uma fonte de alimen- tação, que converte a tensão de uma tomada 127Vca em 12Vcc. Esta fonte apresentou defeito e, por possuir algumas características elétricas e di- mensões específicas, não pode ser substituída por uma fonte de prateleira comercial- izada em lojas de eletrônica. Sendo assim, você precisa desenvolver uma fonte de alimentação para este dispositi- vo, sabendo destas características: Tensão de entrada: 127Vca Tensão de saída: 12Vcc Corrente de saída: 1,5A Assista agora à videoaula sobre “Situação Prática – fonte de alimentação”. Para solucionar esta situação prática, você deve realizar os cálculos e especificar os componentes eletrônicos adequados. Mas, para isso, veja quais conceitos e habilidades você deve adquirir. 1/25 Conceitos Fundamentais A eletroeletrônica é a base de muitas tecnologias atuais. Para que se conheçam essas tecnologias, os conceitos fundamentais devem estar claros ao profissional técnico, para a realização e interpretação das diversas unidades, suas medidas e características. Sistema Internacional de Unidades de Medidas, Múltiplos e Submúltiplos Para melhor conhecermos as grandezas físicas, é necessário medi-las. Há grandezas cuja medição é muito simples. Por exemplo, para se medir o comprimento, basta uma régua ou uma trena. Outras grandezas, porém, exigem aparelhos complexos para sua medição. As unidades de medida das grandezas físicas são agrupadas em sistemas de unidades onde as medidas foram reunidas e padronizadas no Sistema Internacional de Unidades, abreviado para a sigla SI. A unidade de medida de energia é chamada joule, representada pela letra J, e corresponde ao trabalho realizado por uma força constante de um newton (unidade de medida de força) que desloca seu ponto de aplicação de um metro na sua direção. As grandezas formadas com prefixos SI têm múltiplos e submúltiplos. Os principais são apresentados na tabela a seguir. Apresentação Situação Prática Resolução da Situação Prática Referências Bibliográficas Conceitos Fundamentais 2/25 Tabela 1 – Principais prefixos das unidades do SI Prefixo SI Símbolo Fator multiplicador Giga G 109 = 1 000 000 000 Mega M 106 = 1 000 000 Quilo K 103 = 1 000 Mili m 10-3 = 0,001 Micro m 10-6 = 0,000 001 Nano n 10-9 = 0,000 000 001 Pico p 10-12 = 0,000 000 000 001 Condutores Os materiais condutores caracterizam-se por permitirem a existência de corrente elétrica toda a vez que se aplica uma tensão entre suas extremidades. Com tensão Sem tensão Fig. 1 – Condutores com e sem tensão nas extremidades Apresentação Situação Prática Conceitos Fundamentais Resolução da Situação Prática Referências Bibliográficas 3/25 O que faz um material sólido ser condutor de eletricidade é a intensidade de atração entre o núcleo e os elétrons livres. Assim, quanto menor for a atração, maior será sua capacidade de deixar fluir a corrente elétrica. Os metais são excelentes condutores de corrente elétrica, pois os elétrons da última camada da eletrosfera estão fracamente ligados ao núcleo do átomo. Por causa disso, desprendem-se com facilidade, o que permite seu movimento ordenado. Bons condutores são também materiais com baixa resistência elétrica. O quadro a seguir mostra, em ordem crescente, a resistência elétrica de alguns materiais condutores. Resistência Prata Cobre Ouro Alumínio Constantan Níquel-cromo Fig. 2 – Resistência elétrica em diferentes condutores Isolantes Materiais isolantes são os que apresentam forte oposição à circulação de corrente elétrica no interior de sua estrutura. Isso acontece porque os elétrons livres dos átomos que compõem a estrutura química dos materiais isolantes são fortemente ligados a seus núcleos e dificilmente são liberados para a circulação. Em condições anormais, um material isolante pode tornar-se condutor. Esse fenômeno chama-se ruptura dielétrica e ocorre quando grande quantidade de energia transforma um material isolante em condutor. Essa carga de energia aplicada Apresentação Situação Prática Conceitos Fundamentais Resolução da Situação Prática Referências Bibliográficas 4/25 ao material é tão elevada que os elétrons são arrancados das órbitas, provocando a circulação de corrente. A formação de faíscas no desligamento de um interruptor elétrico é um exemplo típico de ruptura dielétrica. A tensão elevada entre os contatos no momento da abertura fornece uma grande quantidade de energia que provoca a ruptura dielétrica do ar, gerando a faísca. Semicondutores São classificados como semicondutores os materiais que podem ser tanto condutores quanto isolantes elétricos, dependendo da sua estrutura química. Explicando melhor: alguns materiais de uma mesma substânciapodem se apresentar de formas bem diferentes. Por exemplo, o carbono pode ser encontrado na natureza na forma de diamante ou na forma de carvão. O carbono na forma de diamante é um isolante elétrico, mas na forma de grafite é condutor de eletricidade, veja na figura 3. Fig. 3 – Carbono como isolante elétrico e condutor de eletricidade Além do carbono, o silício e o germânio também são semicondutores, e os átomos dos elementos semicondutores apresentam quatro elétrons na camada de valência Apresentação Situação Prática Conceitos Fundamentais Resolução da Situação Prática Referências Bibliográficas 5/25 (átomos tetravalentes). Esse tipo de átomo tende a se agrupar-se em estruturas cristalinas, fazendo com que cada elétron da camada de valência pertença a dois átomos, simultaneamente, na chamada ligação covalente: SISISI SI SI Ligação covalente Fig. 4 – Ligação covalente - SI A dopagem é um processo químico, realizado em laboratório ou na indústria, que tem a finalidade de colocar certa quantidade de impurezas no interior da estrutura cristalina dos semicondutores. A função dessas impurezas é deixar, de forma proposital, elétrons “sobrando” ou “faltando” na estrutura cristalina do material, o que acaba causando o mesmo efeito que o aumento de temperatura faz a um semicondutor puro: liberar portadores de cargas elétricas nas bandas de valência ou de condução do material semicondutor. Ao se dopar um semicondutor puro como o silício (Si) com pequenas quantidades de impurezas, como o fósforo (P), cujos átomos são pentavalentes, se obtém um novo material chamado de semicondutor tipo N. Neste processo, os átomos de fósforo se inserem na estrutura do cristal de silício, como mostrado na figura 5. Apresentação Situação Prática Conceitos Fundamentais Resolução da Situação Prática Referências Bibliográficas 6/25 SIPSI SI SI Elétron livre Fig. 5 – Semicondutor tipo N – Dopagem com fósforo O cristal de um semicondutor tipo N, feito de silício dopado com fósforo, se comporta como um resistor. Ele apresenta certa resistência à passagem da corrente elétrica, que depende do grau de dopagem, e conduz a corrente elétrica independente de como ele é ligado numa pilha ou bateria (figura 6). A corrente elétrica no cristal tipo N ocorre na banda de condução do material, pois seu portador de carga elétrica (elétron livre) se encontra nessa banda de energia. Apresentação Situação Prática Conceitos Fundamentais Resolução da Situação Prática Referências Bibliográficas 7/25 Apresentação Situação Prática Conceitos Fundamentais Resolução da Situação Prática Referências Bibliográficas Corrente elétrica VCC VCC Fig. 6 – Corrente elétrica no semicondutor tipo N No material semicondutor tipo P o cristal de silício é dopado com átomos trivalentes (três elétrons na camada de valência), como o índio (In). Os átomos destas impurezas se inserem na estrutura do cristal, como mostrado na figura 7. SIInSI SI SI Lacuna Fig. 7 – Semicondutor tipo P 8/25 Apresentação Situação Prática Conceitos Fundamentais Resolução da Situação Prática Referências Bibliográficas Como no material semicondutor tipo N, o cristal semicondutor tipo P também se comporta como um resistor, apresentando certa resistência à passagem da corrente elétrica que depende do grau de dopagem, e conduz a corrente elétrica independente de como ele é ligado numa pilha ou bateria. Mas, diferentemente do material semicondutor tipo N, a corrente elétrica no semicondutor tipo P ocorre na sua banda de valência, pois seu portador de carga elétrica (a lacuna) se encontra nesta banda de energia. Corrente elétrica VCC VCC Fig. 8 – Condução da corrente elétrica no semicondutor tipo P Resistência Elétrica Resistência elétrica é a oposição que um material apresenta ao fluxo de corrente elétrica e tem origem na sua estrutura atômica. Para que a aplicação de uma tensão em um material origine uma corrente elétrica, é necessário que a estrutura desse material permita a existência de elétrons livres para movimentação. 9/25 Apresentação Situação Prática Conceitos Fundamentais Resolução da Situação Prática Referências Bibliográficas Quando os átomos de um material liberam elétrons livres entre si com facilidade, a corrente elétrica flui facilmente através dele. Nesse caso, a resistência elétrica desses materiais é pequena. Por outro lado, nos materiais cujos átomos não liberam elétrons livres entre si com facilidade, a corrente elétrica flui com dificuldade, porque a resistência elétrica desses materiais é grande. Fig. 9 – Corrente elétrica em material com elétrons livres Fig. 10 – Corrente elétrica em material sem elétrons livres 10/25 Apresentação Situação Prática Conceitos Fundamentais Resolução da Situação Prática Referências Bibliográficas Portanto, a resistência elétrica de um material depende da facilidade ou da dificuldade com que esse material libera cargas para a circulação. Resistividade Elétrica Resistividade elétrica é a resistência elétrica específica de um condutor com 1 metro de comprimento, 1 mm2 de área de seção transversal, medida em temperatura ambiente constante de 20oC. A unidade de medida de resistividade é o W mm2/m, representada pela letra grega r (lê-se “rô"). A tabela a seguir apresenta alguns materiais com seu respectivo valor de resistividade. Tabela 2 – Tabela de resistividade elétrica de materiais metálicos ou ligas de metais Material r (W mm2/m) a 20oC Alumínio 0,0278 Cobre 0,0173 Estanho 0,1195 Ferro 0,1221 Níquel 0,0780 Zinco 0,0615 Chumbo 0,21 Prata 0,30 Assista agora a vídeo aula sobre Conceitos Fundamentais - Materiais. 11/25 Apresentação Situação Prática Conceitos Fundamentais Resolução da Situação Prática Referências Bibliográficas Tensão Quando se compara o trabalho realizado por dois corpos eletrizados, automaticamente está se comparando os seus potenciais elétricos. A diferença entre os trabalhos expressa diretamente a diferença de potencial elétrico entre esses dois corpos. A diferença de potencial (abreviada para ddp) existe entre corpos eletrizados com cargas diferentes ou com o mesmo tipo de carga. Fig. 11 – Diferença de potencial (ddp) entre corpos eletrizados A diferença de potencial elétrico entre dois corpos eletrizados também é denominada de tensão elétrica e é medida por meio de instrumentos. A unidade de medida de tensão é o volt, que é representado pelo símbolo V. 12/25 Apresentação Situação Prática Conceitos Fundamentais Resolução da Situação Prática Referências Bibliográficas Tabela 3 – Unidade de medida de tensão (V) Denominação Símbolo Valor com relação ao volt megavolt MV 106V ou 1000000V quilovolt kV 103V ou 1000V Unidade volt V - milivolt mV 10-3V ou 0,001V microvolt mV 10-6V ou 0,000001V Corrente A corrente elétrica consiste em um movimento orientado de cargas, provocado pelo desequilíbrio elétrico (ddp) entre dois pontos. Para que haja corrente elétrica, é necessário que haja tensão e que o circuito esteja fechado. Logo, pode-se afirmar que existe tensão sem corrente, mas nunca existirá corrente sem tensão. Isso acontece porque a tensão orienta as cargas elétricas. O símbolo para representar a intensidade da corrente elétrica é a letra I e tem a sua intensidade medida por meio de instrumentos. A unidade de medida da intensidade da corrente elétrica é o ampère, que é representado pelo símbolo A. 13/25 Apresentação Situação Prática Conceitos Fundamentais Resolução da Situação Prática Referências Bibliográficas Tabela 4 – Unidade de medida da corrente elétrica (A) Denominação Símbolo Valor com relação ao ampère Múltiplo Quiloampère kA 103 A ou 1000 A Unidade Ampère A - Submúltiplos Miliampère mA 10-3 A ou 0,001 A Microampère mA 10-6 A ou 0,000001 A Nanoampère nA 10-9 A ou 0,000000001 A Resistência Elétrica A unidade de medida da resistência elétrica é o ohm, representado pela letra grega W (Lê-se ômega).Tabela 5 – Unidade de medida da resistência elétrica (W) Denominação Símbolo Valor em relação à unidade Múltiplo megohm MW 106 W ou 1000000 W quilohm kW 103 W ou 1000 W Unidade ohm W - Potência Elétrica Ao passar por uma carga instalada em um circuito, a corrente elétrica produz calor, luz e movimento. Esses efeitos são denominados de trabalho. 14/25 Apresentação Situação Prática Conceitos Fundamentais Resolução da Situação Prática Referências Bibliográficas A capacidade de cada consumidor produzir trabalho, em determinado tempo, a partir da energia elétrica é chamada de potência elétrica, uma grandeza e, como tal, pode ser medida. A unidade de medida da potência elétrica é o watt, simbolizado pela letra W. Um watt (1W) corresponde à potência desenvolvida no tempo de um segundo em uma carga, alimentada por uma tensão de 1V, na qual circula uma corrente de 1A. Tabela 6 – Unidade de medida da potência elétrica (W) Denominação Símbolo Valor em relação ao watt Múltiplo quilowatt KW 103 W ou 1000 W Unidade Watt W 1 W Submúltiplos miliwatt mW 10-3 W ou 0,001 W microwatt mW 10-6 ou 0,000001 W Medição de Grandezas Elétricas Os multímetros digitais não possuem galvanômetro ou ponteiro. As medidas são realizadas utilizando as pontas de prova e o resultado é mostrado em um display, que pode variar conforme o modelo do aparelho. Na figura a seguir, mostramos alguns tipos de multímetros digitais. Galvanômetro É um instrumento usado para detectar ou medir correntes elétricas de baixa intensidade através de um dispositivo mecânico que é posto em movimento pela ação de forças eletromagnéticas produzidas pela corrente. 15/25 Apresentação Situação Prática Conceitos Fundamentais Resolução da Situação Prática Referências Bibliográficas Fig. 12 – Multímetros digitais Observe que um dos aparelhos mostra os valores máximos que podem ser medidos em cada escala, obrigando o usuário a mudar de escala caso queira medir um valor superior àquele registrado. O outro modelo apresenta apenas a grandeza e, nesse caso, a “troca de escalas” é automática. Essa é uma das diferenças entre os modelos de multímetros digitais. Escalas do Multímetro Digital Os modelos mais simples geralmente possuem escalas de tensão contínua (Vdc), tensão alternada (Vac), Corrente Contínua (DCA) e resistência. Modelos mais 16/25 Apresentação Situação Prática Conceitos Fundamentais Resolução da Situação Prática Referências Bibliográficas completos possuem escalas de corrente alternada (ACA), frequência e até capacitância e indutância. Ao escolher o aparelho, o usuário deve avaliar sua necessidade e fazer uma avaliação de custo x benefício. Afinal, um equipamento mais completo terá um custo maior e isso só justifica se o usuário fizer uso de todas as funções que o multímetro oferece. Terminais Os multímetros digitais geralmente possuem três terminais: um para a ponte de prova negativa (preta), com a indicação COM, outro para a ponta de prova positiva (vermelha) e um terceiro exclusivo para medições de altas correntes (10A ou 20A, por exemplo). Teste de Transistores Os multímetros digitais possuem um local para teste do “beta” ou hFE dos transistores (ganho de corrente). Dependendo da polaridade dos terminais e do tipo de transistor (NPN ou PNP), basta colocar o componente com os terminais (base, coletor e emissor) nos locais respectivos e o display indica o valor do ganho do transistor. Capacitância ou capacidade elétrica É a grandeza escalar determinada pela quantidade de energia elétrica que pode ser acumulada em si por uma determinada tensão e pela quantidade de corrente alternada que atravessa um capacitor numa determinada frequência. Indutância É a capacidade de um elemento armazenar energia através de um campo magnético e recuperar essa energia. 17/25 Apresentação Situação Prática Conceitos Fundamentais Resolução da Situação Prática Referências Bibliográficas Fig. 13 – Teste de transistor – NPN e PNP Medição de Tensões com o Multímetro Digital As medidas de tensões contínuas ou alternadas usando o multímetro digital seguem o mesmo padrão de uso do multímetro analógico. As pontas de prova devem ser colocadas em paralelo com o componente em que se deseja saber o valor da tensão. Com relação à escala a ser utilizada, nunca devemos medir uma tensão de valor superior ao valor da escala do aparelho. Medições de Resistências com o Multímetro Digital As medidas de resistência também devem ser feitas com o multímetro em paralelo com o componente em que se deseja efetuar a medição. É importante lembrar que o circuito deve estar desligado quando se realiza medições de resistência, pois, além das tensões e correntes do circuito poder interferir no valor medido, o aparelho pode ser danificado. Medição de Corrente com o Multímetro Digital Para medir correntes, o multímetro digital deve estar em série com o ramo do circuito onde se deseja realizar a medição. Geralmente, os multímetros possuem uma escala 18/25 Apresentação Situação Prática Conceitos Fundamentais Resolução da Situação Prática Referências Bibliográficas própria para medições de correntes elevadas (10A ou 20A). Nesses casos, a ponta de prova vermelha deve ser mudada de posição e colocada no borne próprio para medições de altas correntes. Fig. 14 - Escala - multímetro digital Resolução A resolução de um multímetro digital varia de um modelo para outro. Isso significa que, dependendo da medição a ser realizada, o usuário pode ter uma medida com resolução maior de acordo com o multímetro usado. Para ajudar a entender o conceito de resolução, observe os dois modelos abaixo: 19/25 Apresentação Situação Prática Conceitos Fundamentais Resolução da Situação Prática Referências Bibliográficas Fig. 15 – Modelos de multímetro digital O multímetro da esquerda parece ter um display “menor” que o da direita, isso porque o display mostra três “zeros”, enquanto o da direita mostra quatro “zeros”. Caso o usuário esteja medindo uma tensão no valor de 20Vdc, por exemplo, os valores mostrados seriam: - multímetro da esquerda: 20,0 - multímetro da direita: 20,00 Isso acontece porque o multímetro da direita possui maior resolução que o multímetro da esquerda, permitindo assim que o usuário tenha uma casa decimal a mais na leitura, um dígito a mais no valor medido. Isso pode ser importante no momento de escolher qual aparelho é mais indicado para determinada atividade no ramo da eletrônica. 20/25 Apresentação Situação Prática Conceitos Fundamentais Resolução da Situação Prática Referências Bibliográficas Os multímetros de “três e meio dígitos” possuem, como o próprio nome diz, três dígitos que formam qualquer valor de 0 a 9, e um “meio dígito”, que pode ficar apagado (como está na figura acima, multímetro da esquerda) ou formar o valor 1. Dessa forma, o maior valor que pode ser mostrado no display será 1999. Todas as escalas terão valores múltiplos de 2, por exemplo: Escalas de tensão contínua – multímetro de 3 e meio dígitos. 200mV – mede até 199,9mV 2V – mede até 1,999V 20V – mede até 19,99V 200V – mede até 199,9V 1000V – mede até 1000V Um multímetro de “4 e meio dígitos” segue a mesma regra: possui quatro dígitos que podem formar qualquer valor de 0 a 9 e um dígito que fica apagado ou forma o valor 1. Assim, as escalas desse multímetro também terão valores múltiplos de 2, mas com um dígito a mais. Também é comum encontrarmos multímetros de “3 dígitos e três quartos”. São aparelhos que o dígito da esquerda pode ficar apagado ou formar os valores 1, 2 ou 3. Assim as escalas terão valores múltiplos de 4. Multímetros Automáticos Os multímetros automáticos não possuem escalas limitadoras de valores. A chave seletora indica somente o tipo de grandeza elétrica que se deseja medir. A “busca” pela melhor escala é feita de forma automática pelo aparelho. 21/25 ApresentaçãoSituação Prática Conceitos Fundamentais Resolução da Situação Prática Referências Bibliográficas Fig. 16 – Multímetro automático Note que não há divisão (200mV, 2V, 20V, etc.). Apesar de não haver divisão, é possível fazer a escolha “manual” da escala através dos botões do equipamento. Outro fator importante é verificar os valores máximos que o equipamento suporta. Precisão A precisão de um multímetro digital varia conforme a escala que está sendo utilizada. Geralmente a precisão é indicada no manual do aparelho num valor correspondente a uma determinada porcentagem do valor medido mais um número de contagens. 22/25 Exemplo: Medição de 150Vcc. Num multímetro de “3 e meio dígitos”, teremos que usar a escala de 200V para realizar essa medição. A escala de 200V vai até 199,9 contagens no multímetro “de 3 e meio dígitos”. Supondo que o manual informe que nessa escala a precisão é: 1% + 3 dígitos 1% de 150V = 1,5V Os 3 dígitos devem ser somados ao dígito menos significativo (último da direita). Na escala de 200V, o dígito menos significativo vale 0,1V. Logo: 1,5 + 0,3 = 1,8V A medição de 150V poderá variar entre os valores 150 + 1,8 = 151,8V – MÁXIMO 150 – 1,8 – 147,2V – MÍNIMO Assista agora a vídeo aula sobre Conceitos Fundamentais – Grandezas Elétricas. Apresentação Situação Prática Conceitos Fundamentais Resolução da Situação Prática Referências Bibliográficas 23/25 Situação Prática para Exercitar Um técnico realizou a medição de corrente em um componente eletrônico utilizando um multímetro digital. Veja nesta imagem o valor verificado no instrumento: 0.02 A 24/25 Buscou então o manual do componente para verificar se a medição atestava o correto funcionamento do componente. Contudo, o manual demonstrava o valor da corrente em mA, fazendo com que o técnico realizasse a conversão para a medida utilizando um submúltiplo. Qual seria o valor correto da conversão: a) 0,020mA b) 200mA c) 2mA d) 2000mA e) 20mA Assista agora a vídeo aula sobre Conceitos Fundamentais – situação prática. Alternativa Correta: Alternativa B 25/25 Referências Bibliográficas Se você desejar saber mais sobre Conceitos Fundamentais, consulte: AIUB, José E. FILONI, Enio. Eletrônica - Eletricidade - Corrente Contínua. 15 edição. São Paulo: Érica, 2013. Como utilizar um multímetro digital. Youtube, 9 jan. 2014. Disponível em <https://www. youtube.com/watch?v=N0MAJY-gI3E>. Acesso em 14 dez. 2017. MARQUES, Ângelo. et al. Dispositivos semicondutores: diodos e transistores. 13 edição. São Paulo: Érica, 2014. Materiais semicondutores. Youtube, 22 mar. 2014. Disponível em <https://www. youtube.com/watch?v=QPewZdVcA48>. Acesso em 14 dez. 2017. Se você ficou com alguma dúvida, acesse o Fale Conosco e pergunte a um especialista, mencionando o assunto “Conceitos Fundamentais”. 1/16 Resistores e seus Circuitos O resistor é um componente passivo, utilizado na maioria dos circuitos. Conhecer as suas características e aplicações nos diversos tipos de circuitos é fundamental. Resistores Os resistores podem ser definidos como componentes cuja finalidade é apresentar uma resistência elétrica. Na figura 1, são apresentados os símbolos que foram adotados para representá-los, sendo o da esquerda de origem americana e o da direita de origem europeia (mais utilizado). R R (a) (b) Fig. 1 – Símbolos dos resistores. Na prática, precisamos de componentes que apresentem certa resistência para executar diversas funções nos circuitos, tais como reduzir a intensidade de uma corrente a um valor desejado, ou reduzir uma tensão a um determinado valor. Dependendo do tipo de aplicação, da intensidade da corrente com que devem trabalhar, além de outros fatores, os resistores podem ser fabricados com diversos materiais e em diversos tamanhos. A seguir iremos conhecer os tipos mais comuns. Apresentação Situação Prática Resolução da Situação Prática Referências Bibliográficas Resistores e seus Circuitos 2/16 Tipos de Resistores Fig. 2 – Resistores fixos As dimensões e os materiais usados na fabricação dos resistores influem no seu desempenho, assim como na quantidade de calor que eles transferem para o ambiente. Um resistor que não transfere o calor gerado para o ambiente acaba se aquecendo demais e “queimando”. Por isso a fabricação desses componentes deve levar em conta não só o material de que são feitos, mas também as suas dimensões, a fim de controlar as características de cada resistor. Os resistores fabricados com um valor de resistência determinado são também conhecidos como “resistores fixos”. Os principais tipos de resistores fixos serão descritos a seguir. Apresentação Situação Prática Resistores e seus Circuitos Resolução da Situação Prática Referências Bibliográficas 3/16 Carvão ou Carbono Os resistores de carbono são os mais comuns de todos. São fabricados depositando-se uma película de carbono num pequeno tubo de porcelana. A espessura e as raias dessa película determinam a resistência que o componente vai apresentar. Fig. 3 – Resistor de carbono O tamanho desses resistores depende da quantidade de calor que eles podem dissipar, mas, em geral, são resistores de pequena ou baixa potência, podendo ser encontrados com dissipações de 1/8W (0,125) a 2W. Um aspecto negativo dos resistores de carbono está no fato de serem ruidosos. Quando a corrente passa através de um deles, a agitação térmica do material acaba gerando ruídos no circuito. Isso impede, por exemplo, a utilização desse tipo de componente em circuitos de som mais sensíveis. Apresentação Situação Prática Resistores e seus Circuitos Resolução da Situação Prática Referências Bibliográficas 4/16 Filme Metálico Os resistores de filme metálico são menos ruidosos que os de carbono. São fabricados depositando-se uma fina película de metal num tubinho de porcelana, exatamente como no caso dos resistores de carbono. Podem ser encontrados na mesma faixa de dissipação dos resistores de carbono. Fio ou Potência Um importante tipo de resistor é o que se destina a trabalhar com correntes intensas, devendo, para isso, dissipar uma grande quantidade de calor. Esses resistores, além de serem maiores, precisam ser feitos de materiais que suportem temperaturas mais elevadas. Apresentação Situação Prática Resistores e seus Circuitos Resolução da Situação Prática Referências Bibliográficas 5/16 Fig. 5 – Resistor de fio ou potência O tipo mais comum é fabricado enrolando-se fio metálico (normalmente níquel- cromo ou nicromo) numa base de porcelana. O resistor de fio pode ser encontrado em dissipações que vão de 1 ou 2W até mais de 100W. Valores e Tolerância A resistência elétrica é medida em ohms, e quando se refere a um resistor é também chamada de valor. Nas aplicações eletrônicas, podemos encontrar resistores de uma grande variedade de valores. Os menores chegam a ser de 0,1 ohm e os maiores podem chegar a 22.000.000 ohms (22 M). Para cada faixa de tolerância, existe uma série de valores. Tais séries são adotadas universalmente e correspondem aos códigos E6, E12 e E24. Para a série E24 (5% de tolerância) os valores são: 10 11 12 13 15 16 18 20 22 24 27 30 33 36 39 43 47 51 56 62 68 75 82 91 0 15 Apresentação Situação Prática Resistores e seus Circuitos Resolução da Situação Prática Referências Bibliográficas 6/16 Código de Cores Nos resistores de grandes dimensões, como os resistores de fio, existe bastante espaço para especificar o valor, dissipação e demais informações que sejam importantes para o usuário. No entanto, nos resistores pequenos esse espaço não existe, o que acarreta dificuldades para fabricantes e usuários. O código para os resistores consiste numa sequência de faixas coloridas que são pintadas no corpo do componente, cada faixa tendo um significado associado à posição que ocupa na sequência, conforme mostra a figura 7. Os resistores podem tertrês, quatro ou cinco faixas pintadas. Fig. 6 – Códigos de cores Assista agora à videoaula sobre “Resistores – características”. Apresentação Situação Prática Resistores e seus Circuitos Resolução da Situação Prática Referências Bibliográficas 7/16 Apresentação Situação Prática Resistores e seus Circuitos Resolução da Situação Prática Referências Bibliográficas Associação de Resistores em Série, Paralelo e Mista Quando diversos resistores são interligados, os efeitos de suas resistências se combinam e o resultado é que todo o conjunto se comporta de uma forma bem definida, que pode ser prevista através de cálculos. Além disso, cada resistor associado passa a se comportar de uma forma diferente de quando está isolado. Associação em Série Quando dois ou mais resistores são ligados da forma indicada na figura 1, dizemos que eles estão associados ou ligados em série. eles estão associados ou ligados em série. R1 R2 R3 Rn Fig. 7 – Ligação de dois ou mais resistores Este conjunto de resistores, de R1 a Rn, se comporta como um único resistor que tem resistência R, cujo valor é a soma das resistências associadas: R = R1 + R2 + R3 + ....... + Rn Associação em Paralelo Quando dois ou mais resistores são ligados da forma indicada na figura 8, dizemos que eles estão associados em paralelo. 8/16 Apresentação Situação Prática Resistores e seus Circuitos Resolução da Situação Prática Referências Bibliográficas R1 R2 R3 Rn Fig. 8 – Resistores associados em paralelo Este conjunto de resistores de R1 a Rn se comporta como um único resistor de valor R, ou seja, tem uma resistência equivalente a R que pode ser calculada pela seguinte fórmula: 1 = 1 + 1 + 1 + ........... + 1 R R1 R2 R3 Rn Se tivermos apenas dois resistores associados, podemos simplificar esta fórmula para: R = (R1 × R2) (R1 + R2) 9/16 Apresentação Situação Prática Resistores e seus Circuitos Resolução da Situação Prática Referências Bibliográficas Associação Mista Podemos combinar resistores em série e em paralelo, obtendo, desta forma, associações Mistas. R1 R2 R2 R3 R4 R5 Fig. 9 – Combinação de resistores em série e em paralelo Para se calcular a resistência equivalente a esse tipo de associação, o que fazemos é trabalhar por etapas, calculando setores em que podemos perceber que temos uma associação em série ou uma associação em paralelo simples. Lei de Ohm A 1ª Lei de Ohm estabelece é que a corrente que é conduzida por um resistor é diretamente proporcional à tensão aplicada e inversamente proporcional à sua resistência. Assim, quando aumentamos a tensão neste resistor, a corrente aumenta na mesma proporção. É o que está representado pelo gráfico da figura 10. 10/16 Apresentação Situação Prática Resistores e seus Circuitos Resolução da Situação Prática Referências Bibliográficas U(V) Y 20 2,0X 3,6 i (A) 12 0 Matematicamente, para possibilitar a realização de cálculos com resistores ou qualquer condutor que se comporte como um resistor, pode-se estabele¬cer uma equação que traduz a 1ª Lei de Ohm, sendo ela: I = U R Onde: U é a tensão no resistor, em V. I é a intensidade da corrente conduzida no circuito, em A. R é a resistência do resistor, em Ω. Da fundamental podemos ainda estabelecer duas equações, sendo elas: R = U I U = R . I 11/16 Apresentação Situação Prática Resistores e seus Circuitos Resolução da Situação Prática Referências Bibliográficas Leis de Kirchhoff Usando as leis de Kirchhoff, você pode determinar todas as correntes e tensões do circuito. Para ilustrar o processo, você irá analisar o exemplo a seguir, para determinar os valores de tensão e corrente nos seus componentes. Um aparelho de CD portátil funciona, em condições normais de operação, com as seguintes especificações: 3V/450mW. Calcule o valor do resistor R2, no circuito da figura 11, para que esse aparelho opere a partir de uma fonte de 12V. Aparelho de CD 3V/450mW R1 47Ω R2 12V Fig. 11 – Circuito de aparelho de CD portátil 1º passo (análise elétrica): este circuito elétrico possui dois nós e, portanto, possui mais de uma corrente elétrica. No caso, o circuito tem três ramos, então ele terá três correntes elétricas, não sendo preciso atribuir arbitrariamente o sentido das correntes neste circuito. Só há um gerador, então toda a corrente I1 “nasce” no seu polo positivo, 12/16 Apresentação Situação Prática Resistores e seus Circuitos Resolução da Situação Prática Referências Bibliográficas atravessando R1 e chegando ao primeiro nó do circuito. Neste ponto ela se divide em duas correntes, I2 que atravessa R2 e ICD que atravessa o aparelho de CD. Essas duas correntes se juntam no segundo nó do circuito e finalmente chegam ao polo negativo do gerador (figura 12). Aparelho de CD 3V/450mW R147Ω R2 12V I1 ICD I2 Fig. 12 – Trajeto da corrente elétrica no circuito 2º passo (análise elétrica): com o sentido correto das correntes você automaticamente levanta o sentido correto das tensões neste circuito (figura 13). Aparelho de CD 3V/450mW R147Ω R2 12V I1 ICD I2 Fig. 13 – Análise elétrica do circuito 13/16 Apresentação Situação Prática Resistores e seus Circuitos Resolução da Situação Prática Referências Bibliográficas 3º passo (análise elétrica): a malha interna da direita só tem dois componentes, R2 e o aparelho de CD. Sobre o aparelho deve haver 3V, pois esta é sua tensão especificada de trabalho. Logo, a tensão sobre R2 também será de 3V. Com isso, você pode determinar o valor de R2 usando a lei de Ohm, basta determinar o valor de I2. 4º passo (análise elétrica): na malha interna da esquerda há três componentes, o gerador de tensão, R1 e R2, e você já sabe o valor e o sentido da tensão de dois destes componentes. 5º passo (análise matemática): você então pode aplicar a lei das malhas para determinar o valor da tensão sobre o resistor R1. 12V = VR1 + VR2 a 12V = VR1 + 3V a VR1 = 9V 6º passo (análise elétrica): com os sentidos das tensões e correntes determinados (figura 14) fica fácil você perceber que pode determinar facilmente os valores de I1 e ICD. Aparelho de CD 3V/450mW R147Ω R2 12V I1 ICD I2 12V 9V 3V 3V Fig. 14 – Análise elétrica – tensões e correntes 14/16 Apresentação Situação Prática Resistores e seus Circuitos Resolução da Situação Prática Referências Bibliográficas 7º passo (análise matemática): para determinar o valor de I1 basta aplicar a lei de Ohm, pois você sabe o valor da resistência elétrica de R1 e o valor da tensão em seus terminais: I1 = 9V @ 0,19149A 47W 8º passo (análise matemática): para determinar o valor de ICD você deve usar uma das fórmulas da potência elétrica: P = U . I a 0,450W = 3V . ICD a ICD = 0,450W = 0,15000A 3V 9º passo (análise matemática): agora basta usar a lei dos nós para determinar o valor de I2: I1 = ICD + I2 a I2 = I1 - ICD = 0,19149A - 0,15000A = 0,04149A 10º passo (análise matemática): você usa a lei de Ohm para determinar o valor de R2, terminando a resolução do problema. R2 = VR2 = 3V @ 72,3W I2 0,04149A Assista agora a vídeo aula sobre Resistores - circuitos. 15/16 Situação Prática para Exercitar Um técnico está realizando a manutenção em uma placa eletrônica. Em um determinado trecho do circuito eletrônico, se deparou com o seguinte arranjo: 1,5V 10Ω I 1,5V 1,5V Qual o valor da corrente que circula pelo resistor? a) 150mA b) 6,66A c) 15A d) 15mA e) 6,66mA Assista agora a vídeo aula sobre Resistores – situação prática. Alternativa Correta: Alternativa A 16/16 Referências Bibliográficas Se você desejar saber mais sobre Resistores e seus circuitos, consulte: ALBUQUERQUE, Romulo O. Análise de circuitos em corrente contínua. 21ª edição.São Paulo: Érica, 2013. CAPUANO, Francisco G. MARINO, Maria A. M. Laboratório de eletricidade e eletrônica. 24ª edição. São Paulo: Érica, 2014. Código de cores de resistores. Youtube, 4 jul. 2016. Disponível em <https://www. youtube.com/watch?v=c9IAfQr0gng>. Acesso em 14 dez. 2017. Leis de Kirchhoff. Youtube, 30 out. 2013. Disponível em <https://www.youtube.com/ watch?v=7Q-ZonCQxmg>. Acesso em 14 dez. 2017. Se você ficou com alguma dúvida, acesse o Fale Conosco e pergunte a um especialista, mencionando o assunto “Resistores e seus circuitos”. 1/12 Capacitores e Corrente Alternada Os capacitores são componentes elementares dos circuitos eletroeletrônicos e assim muito utilizados. A corrente alternada faz com que os componentes tenham comportamento diferente da corrente contínua. Capacitância e Capacitores Podemos definir o capacitor como um componente que pode armazenar cargas ou energia elétrica. Duas placas de metal separadas por um material isolante, conforme mostra a figura 1, formam um componente que chamamos de capacitor plano. As placas de metal são chamadas de armaduras e o material isolante de dielétrico. Eixo Armadura móvel Armadura Fixa Dielétrico Fig. 1 – Componentes do capacitor Ligando esse componente a uma bateria, conforme mostra a figura 2, uma das armaduras se carrega positivamente e a outra negativamente. Ao carregarmos um capacitor, produzimos um campo elétrico entre as armaduras e, em consequência, estabelecemos uma diferença de potencial entre elas. Apresentação Situação Prática Resolução da Situação Prática Referências Bibliográficas Capacitores e Corrente Alternada 2/12 + + + + - - - + + - - Fig. 2 – Carregamento do capacitor A quantidade de cargas da armadura positiva é igual à da armadura negativa. Mesmo depois de desligarmos a bateria, essas cargas são mantidas pela atração mútua através do dielétrico. Se as armaduras de um capacitor forem interligadas por meio de um fio condutor, as cargas podem fluir de uma para a outra até se anularem, pois, conforme vimos, elas são equivalentes e de polaridades opostas. Nessas condições, o capacitor se descarrega, conforme mostra a figura 3. Apresentação Situação Prática Resistores e seus Circuitos Resolução da Situação Prática Referências Bibliográficas 3/12 Capacitor Descarga Fig. 3 – Descarregamento do capacitor Os materiais e a forma como são feitos os capacitores normalmente lhes dão os nomes. Assim, para aplicações em eletricidade e eletrônica, encontramos capacitores de mica, cerâmica, poliéster, styroflex, papel e etc., que são nomeados conforme o material de que são feitos. No que diz respeito à maneira como são feitos, podemos encontrar capacitores planos, tubulares, eletrolíticos e etc. O fato é que não precisamos necessariamente usar armaduras planas para ter um capacitor. Uma tecnologia muito usada para fabricar capacitores consiste em se colocar uma folha flexível de material isolante, como papel, plástico (poliéster, styroflex, policarbonato) e etc. entre duas folhas de material condutor. Enrolando depois o conjunto e acrescentando os fios terminais, obtemos um capacitor de formato tubular (figura 4). Apresentação Situação Prática Resistores e seus Circuitos Resolução da Situação Prática Referências Bibliográficas 4/12 Armadura Dielétrico Armadura Fig. 4 – Capacitor em formato tubular Outro tipo de capacitor é aquele em que o metal de uma das armaduras é “atacado” quimicamente por uma substância, formando-se entre eles uma película isolante que será o dielétrico. Como o líquido (denominado eletrólito) que ataca quimicamente o material é condutor, ele forma a outra armadura (figura 5). Metal (armadura positiva) Armadura positiva (líquido ou eletrólito) Película de óxido (dulétrico) Fig. 5 – Capacitor ‘atacado’ quimicamente A quantidade de cargas que podemos armazenar num capacitor depende da tensão em que isso ocorre. Essa relação carga/tensão nos dá uma grandeza denominada capacitância do capacitor. Chamando de C a capacitância, de Q a quantidade de cargas e de U a tensão, podemos escrever: C = Q U Apresentação Situação Prática Resistores e seus Circuitos Resolução da Situação Prática Referências Bibliográficas 5/12 Corrente Alternada: forma de onda, tensão de pico, pico-a-pico, eficaz, período e frequência Vamos imaginar um tipo de gerador diferente das baterias e pilhas. O funcionamento característico desse gerador produz uma corrente que “vai e vem”. A corrente circula uma vez em um sentido e outra no sentido oposto. Em outras palavras: os polos do gerador ficam positivos em um momento e negativo em outro, ou seja, têm a polaridade alternada de instante para instante. É por isso que chamamos esse tipo de corrente de corrente alternada. A forma como a tensão muda de sinal ou a corrente muda de sentido é suave e pode ser expressa por um gráfico de sua forma de onda, ou sua senoide (figura 6). Associamos os valores que a corrente assume a cada volta aos ângulos de um ciclo completo do gerador. 90o 270o 360o 180o 0 180 360 90 270 T Período Fig. 6 – Corrente alternada senoidal Em um processo periódico, o número de ciclos completos que ocorrem por segundo é o que chamamos de frequência. Sua unidade de medida é o hertz (Hz). Na rede de energia, 60 vezes em cada segundo a polaridade é positiva e 60 vezes é negativa, ou seja, temos 60 ciclos completos produzidos a cada segundo. Nesse caso, dizemos que a frequência da corrente alternada da rede de energia é de 60 hertz (60 Hz). Apresentação Situação Prática Resistores e seus Circuitos Resolução da Situação Prática Referências Bibliográficas 6/12 Cada ciclo corresponde a 360 graus da volta completa do gerador que o produz. Metade de um ciclo completo ou um semiciclo corresponde a 180 graus. Os pontos em que a corrente ou tensão atinge maior valor são denominados “picos” e ocorrem aos 90 e 270 graus. Para que um ciclo se complete, precisamos de 1/60 segundo, o que significa que o período da corrente alternada da rede de energia é 1/60 segundo. Observe que o período é o inverso da frequência ou: f = 1 (f = frequência; T = período) T Existem diversas maneiras de expressarmos o valor de uma corrente ou de uma tensão alternada. Podemos tomar o valor máximo ou valores intermediários que dependem dos efeitos que a corrente produz. Estes modos de representação são mostrados na figura 7. Pico positivo RMS Médio 70,7 % 63,7 % Pico negativo Fig. 7 – Representação dos valores da corrente ou tensão alternada Apresentação Situação Prática Resistores e seus Circuitos Resolução da Situação Prática Referências Bibliográficas 7/12 Apresentação Situação Prática Resistores e seus Circuitos Resolução da Situação Prática Referências Bibliográficas Observe que a tensão sobe lentamente a partir do zero até atingir um valor máximo no ângulo de fase de 90 graus. Este valor atingido é o pico positivo. Os primeiros valores que nos interessam referem-se aos pontos máximo e mínimo que a corrente atinge a cada ciclo. Temos, então, os chamados valores de pico, que tanto podem ser positivos como negativos, como mostra a figura 8, a seguir. V ou A t (s) Pico negativo Pico positivo Pico-a-pico Fig. 8 – Valores de picos da corrente Entre o pico positivo e o pico negativo, podemos indicar o valor pico a pico. Representamos estes valores como Vp+, Vp-, Vp ou, ainda, para o valor pico a pico, Vpp. Em uma aplicação prática, quando precisamos trabalhar com potências elétricas, o valor de pico não é o mais apropriado para especificar uma tensão ou corrente alternada. Isso porque o valor de pico se mantém apenas por uma fração de segundo, representando uma quantidade de energia que a corrente alternada não pode realmente fornecer. 8/12 Apresentação Situação Prática Resistores e seus Circuitos Resolução da SituaçãoPrática Referências Bibliográficas Uma primeira alternativa para medir a tensão ou corrente alternada consiste em calcular o valor médio, ou seja, a média de todos os valores que a tensão assume em um semiciclo. O resultado desse cálculo descreve com maior fidelidade os efeitos de uma corrente alternada que esteja fornecendo energia, mas mesmo a média das tensões não corresponde a uma indicação apropriada para determinadas aplicações, principalmente para as que envolvem potências. Afinal, como calcular o valor da corrente contínua que, aplicada a um resistor, fizesse com que ele dissipasse a mesma quantidade de calor de outro resistor alimentado por uma tensão alternada? É preciso verificar que este valor é 70,7% do valor do pico da tensão alternada, e não 63,7%. Este valor é denominado “eficaz” ou “root mean square”, sendo, por isso, abreviado por RMS. O valor RMS é obtido dividindo-se o valor de pico pela raiz quadrada de 2, que é aproximadamente 1,41. t(s) Amplitude 100% 70,7% RMS Fig. 9 – Valor RMS – Root Mean Square O valor RMS (Root Mean Square), ou “raiz quadrada média” (√2/2), corresponde a 70,7% do valor de pico. 9/12 Apresentação Situação Prática Resistores e seus Circuitos Resolução da Situação Prática Referências Bibliográficas O valor médio corresponde a 63,7 % do valor de pico. Como calcular? Chamando de Vp o valor de pico, Vm o valor médio e Vrms o valor da raiz quadrada média, temos as seguintes relações para cálculos: Vm = 0,637 × Vp Vrms = 0,707 × Vp Vp = 1,41 × Vrms Vp = 1,57 × Vm Transformadores Ideais Na figura a seguir, temos um bastão de material ferroso (que concentra as linhas de força do campo magnético) onde são enroladas duas bobinas. Interruptor + Pilha Primário Secundário Indicador de tensão Fig. 10 – Bastão de material ferroso com duas bobinas enroladas 10/12 Apresentação Situação Prática Resistores e seus Circuitos Resolução da Situação Prática Referências Bibliográficas Uma das bobinas, denominada primário, é conectada a uma pilha e a um interruptor que liga e desliga a corrente. A outra bobina, que denominamos secundário, é ligada a um indicador de tensão. Quando ligamos o interruptor, a corrente estabelecida no primário cria um campo que induz uma tensão no secundário. Tão logo a corrente se estabiliza no primário, encerra-se a indução e a tensão no secundário cai a zero. Quando desligamos o interruptor, a corrente cai a zero e as linhas de força do campo criado se contraem. Durante essa contração, uma tensão de polaridade contrária é induzida no secundário por um instante. As variações constantes da corrente no primário induzem no secundário uma tensão alternada de igual frequência, conforme mostra a figura 11. Tensão de entrada Tensão de saída Fig. 11 – Variações da corrente – tensão alternada Este dispositivo formado por duas bobinas (primário e secundário), alimentado por corrente alternada, recebe o nome de transformador. Na figura 12, temos os símbolos adotados para representar os principais tipos de transformador. As linhas contínuas e tracejadas representam os núcleos. 11/12 Apresentação Situação Prática Resistores e seus Circuitos Resolução da Situação Prática Referências Bibliográficas Núcleo de Ferro Laminado Núcleo de Ferrite Núcleo de Ar Fig. 12 – Símbolos - núcleos de transformadores Assista agora à videoaula sobre “Capacitores e Corrente Alternada”. 12/12 Referências Bibliográficas Se você deseja saber mais sobre Capacitores e corrente alternada, consulte: ALBUQUERQUE, Romulo O. Análise de circuitos em corrente alternada. 2ª edição. São Paulo: Érica, 2015. Capacitor – o que é, para que serve, tipos e aplicação. Youtube, 9 mai. 2014. Disponível em <https://www.youtube.com/watch?v=aGrHfCzW9-o>. Acesso em 14 dez. 2017. Se você ficou com alguma dúvida, acesse o Fale Conosco e pergunte a um especialista, mencionando o assunto “Capacitores e corrente alternada”. 1/24 Diodos Existem vários tipos de diodos, com aplicações bem distintas. Sem dúvida, os semicondutores revolucionaram a eletrônica, e o seu uso nos diodos impulsionaram as mais diversas aplicações. Diodos Semicondutores Individualmente, os materiais semicondutores do tipo P e tipo N não apresentam nenhuma característica realmente útil para controlar o fluxo da corrente elétrica (fazem apenas o que um simples resistor faz, limitam a corrente elétrica). Entretanto, agora, pense em juntar estes dois tipos de materiais (ou cristais) semicondutores dopados (figura 1): P N Fig. 1 – Junção de semicondutores dopados Apesar da dopagem com diferentes impurezas, cada um desses pedaços de material Apresentação Situação Prática Resolução da Situação Prática Referências Bibliográficas Diodos 2/24 semicondutor é eletricamente neutro. Um deles apresenta elétrons sobrando na banda de condução e o outro apresenta lacunas em sua banda de valência, ou seja, apresentam portadores de carga eletricamente opostos. Além disso, também há a repulsão mútua dos elétrons livres no cristal tipo N. Então, quando esses pedaços de material semicondutor se encontram, as cargas negativas (elétrons livres) do semicondutor tipo N são atraídas pelas cargas positivas (lacunas). Com a energia fornecida pela força de atração/repulsão elétrica, os elétrons livres do semicondutor tipo N começam a atravessar a região da junção em direção ao cristal tipo P, mas esses elétrons livres são originários dos átomos de fósforo usados na dopagem que, com isso, se tornam íons positivos. Já no cristal tipo P, os elétrons livres logo encontram lacunas para preencher, tornando o átomo associado a esta lacuna num íon negativo. Esse processo, que é chamado de recombinação, não irá preencher todas as lacunas do semicondutor tipo P com todos os elétrons livres do semicondutor tipo N. A região de depleção vai aumentando rapidamente de tamanho, uma região que é isolante elétrica. Logo, os elétrons do semicondutor tipo N precisarão de cada vez mais energia para que possam atravessar a região de depleção e alcançar uma lacuna do semicondutor tipo P. Em um certo momento, a região de depleção será grande demais para a força de atração elétrica entre elétrons livres e lacunas (figura 2). Apresentação Situação Prática Diodos Resolução da Situação Prática Referências Bibliográficas 3/24 Junção P N Região de depleção Fig. 2 – Atração elétrica na região de depleção A tensão gerada por este desiquilíbrio depende principalmente do material semicondutor, valendo aproximadamente 0,7V para o silício e 0,3V para o germânio. Esta estrutura é chamada de junção PN e é a estrutura básica de muitos componentes eletrônicos. Acrescente terminais de ligação a uma junção PN (um terminal no cristal tipo P e outra no cristal tipo N) e você terá um diodo retificador (figura 3). P N A Ânodo K Cátodo Fig. 3 – Diodo retificador A figura 4 apresenta o símbolo do diodo, segundo a norma NBR 12526/92. Já a figura 5 apresenta outros símbolos bastante usados: Apresentação Situação Prática Diodos Resolução da Situação Prática Referências Bibliográficas 4/24 A K Fig. 4 – Símbolo de diodo (NBR) A K A K Fig. 5 – Símbolos de diodo A identificação dos terminais de um diodo pode se dar de diversas maneiras, dependendo do seu encapsulamento. Nos modelos mais comuns, um símbolo impresso, ou um anel, indicam a posição do cátodo (figura 6). A K A K Fig. 6 – Posição do cátodo O diodo retificador é um componente que possui uma polaridade. Afinal, um dos seus terminais está ligado ao cristal semicondutor tipo P (ânodo) e o outro no cristal semicondutor tipo N (cátodo). Na polarização direta, o potencial positivo é ligado ao ânodo do diodo, em relação ao seu cátodo: Apresentação Situação Prática Diodos Resolução da Situação Prática Referências Bibliográficas 5/24 Ânodo KA Cátodo Fig. 7 – Diodo retificador Então, na polarização direta (figura 8) se diz que odiodo está em condução. Repare que parte do símbolo do diodo forma uma seta que indica o sentido convencional da corrente que atravessa o componente quando ele está em condução (figura 9). Nesta situação, o diodo retificador se comporta como uma chave fechada, permitindo a passagem da corrente elétrica (figura 10). Fig. 8 – Polarização direta Apresentação Situação Prática Diodos Resolução da Situação Prática Referências Bibliográficas 6/24 Fig. 9 – Sentido convencional da corrente Fig. 10 – Chave fechada Na polarização reversa, o potencial positivo é ligado ao terminal cátodo do diodo, em relação ao seu terminal anodo (figura 11). Apresentação Situação Prática Diodos Resolução da Situação Prática Referências Bibliográficas 7/24 Apresentação Situação Prática Diodos Resolução da Situação Prática Referências Bibliográficas P KA N Fig. 11 – Polarização reversa Então, na polarização reversa (figura 12) se diz que o diodo está em bloqueio ou bloqueado. Repare que parte do símbolo do diodo que forma uma seta agora aponta no sentido oposto ao do sentido convencional da corrente, que sai do polo positivo da bateria (figura 13). Nesta situação, o diodo retificador se comporta como uma chave aberta, impedindo a passagem da corrente elétrica (figura 14). Fig. 12 – Polarização reversa 8/24 Apresentação Situação Prática Diodos Resolução da Situação Prática Referências Bibliográficas Fig. 13 – Saída do positivo Fig. 14 – Chave aberta O comportamento de um diodo retificador pode ser representado por meio de um gráfico chamado de curva característica (figura 15), que mostra o comportamento da corrente da corrente elétrica (I) em função da tensão entre seus terminais (V). 9/24 Apresentação Situação Prática Diodos Resolução da Situação Prática Referências Bibliográficas I V Vr Corrente de fuga Tensão da barreira de potencial Corrente direta Fig. 15 – Curva característica – Diodo retificador Led O LED nada mais é que um diodo que se aproveita da região de depleção para emitir luz de diferentes comprimentos de onda (frequências diferentes). Para isso, ele é construído a partir de materiais específicos como o gálio, o arsênio e o fósforo, para produzir luz nas cores vermelho, verde, amarelo, laranja, azul e até mesmo o infravermelho. Numa lâmpada grande, parte da energia é usada para aquecer um filamento até que ele comece a emitir luz. Em um LED, praticamente toda energia é convertida em luz. Por isso, um LED consome bem menos energia para se obter uma mesma luminosidade. Como não precisa aquecer um filamento, o LED também dissipa muito menos calor. 10/24 Apresentação Situação Prática Diodos Resolução da Situação Prática Referências Bibliográficas Com isso, o LED também tem uma durabilidade muito maior que uma lâmpada, pois o material não sofre o stress causado pelas altas temperaturas de uma lâmpada incandescente. A figura a seguir mostra o símbolo do LED, segundo a NBR 12526/92, bem como mostra outros símbolos bastante usados para representar este componente. A K A K A K A K Fig. 16 – Símbolo LED (NBR 12526/92) Os LEDs podem ser encontrados em vários formatos, alguns deles são mostrados na figura 17. Fig. 17 – Formatos de LED A figura 18 mostra um circuito capaz de acender um LED a partir de uma pilha ou bateria (ou qualquer outra fonte de tensão): 11/24 Apresentação Situação Prática Diodos Resolução da Situação Prática Referências Bibliográficas + - I R Fig. 18 – Circuito - LED Um LED é um diodo retificador. Logo, possui uma corrente direta nominal que é chamada de corrente do LED (Id). Seu valor pode variar dependendo do modelo e da cor. Nos LEDs comuns (verde, vermelho e amarelo/laranja) esta corrente é de no máximo 20mA. Como um diodo retificador, o LED também apresenta entre seus terminais a tensão da barreira de potencial, quando polarizado diretamente. Mas como os LEDs são feitos de outros materiais, esta tensão apresenta um valor diferente dos diodos feitos com silício. Esta tensão pode variar entre diferentes modelos e é chamada de queda de tensão do LED (Vd). Um valor típico para os LEDs comuns está na casa de 1,6 volts. Para garantir que a corrente do circuito não ultrapasse o valor da corrente nominal, você deve usar um resistor limitador que, para o circuito da figura 18, pode ser calculado pela seguinte fórmula: 12/24 R = Vcc - Vd Id Diodo Zener O diodo zener é um componente composto por uma junção PN, assim como o diodo retificador. Sua curva característica é praticamente igual ao do diodo retificador (figura 19). I V Vr Corrente de fuga Tensão da barreira de potencial Corrente direta Fig. 19 – Diodo Zener Na polarização direta, o comportamento do zener é a mesmo do diodo retificador. Praticamente não existe corrente até a tensão aplicada atingir o valor da barreira de potencial. A partir deste ponto, o diodo entra em condução. Na polarização reversa, o comportamento do diodo zener também é igual ao de um Apresentação Situação Prática Diodos Resolução da Situação Prática Referências Bibliográficas 13/24 Apresentação Situação Prática Diodos Resolução da Situação Prática Referências Bibliográficas diodo retificador. Com o aumento da tensão reversa há somente a pequena corrente de fuga atravessando o componente, mas quando esta tensão atinge um valor próximo da tensão ruptura, algo diferente acontece. Veja que, nesta região a curva característica tem uma “queda” muito pronunciada, quase vertical (o aumento de corrente praticamente não aumenta a tensão nos terminais do componente). Isto é feito controlando o grau de dopagem e o tamanho do cristal do diodo zener. Com isso, o componente consegue, em condições adequadas, manter uma tensão praticamente constante trabalhando próximo da ruptura. Por causa dessa característica, o diodo zener é muito usado como um regulador de tensão. Seu símbolo, de acordo com a NBR 12526/92, é mostrado na figura: Fig. 20 – Símbolos do diodo zener Retificador de Meia Onda e Onda Completa A energia que você recebe da concessionária de eletricidade vem na forma de corrente alternada, numa tensão relativamente elevada. Logo, é necessário reduzir e converter esta energia para corrente contínua antes de você usá-la nos seus equipamentos eletrônicos. Para reduzir a tensão da rede elétrica são usados transformadores. Para converter a corrente alternada em corrente contínua, são usados circuitos retificadores. A principal diferença entre a corrente alternada e a corrente contínua é a questão da polaridade. Na corrente alternada, o sentido da corrente se inverte de tempos e 14/24 Apresentação Situação Prática Diodos Resolução da Situação Prática Referências Bibliográficas tempos, enquanto na corrente contínua a corrente sempre flui em um mesmo sentido. Então, é preciso que o circuito retificador permita a passagem da corrente elétrica num único sentido. E é exatamente isso que o diodo retificador faz, e é por isso que este componente é a base dos circuitos retificadores. O retificador de meia onda é um circuito bastante simples, que possui apenas três elementos: uma fonte de corrente alternada, uma carga que deve ser alimentada por corrente contínua e um diodo retificador. A figura 21 mostra um circuito retificador de meia onda com um resistor RL, a carga que deve ser alimentada por corrente contínua e uma tomada de sua casa como a fonte de corrente alternada. RL Tensão (V) Fig. 21 – Circuito retificador de meia onde com resistor RL Nos primeiros 180° (de 0° até 180°, primeiro semiciclo), a tensão de entrada do circuito retificador estará no seu semiciclo positivo. Nesta situação, o diodo retificador estará diretamente polarizado. Com isso, ele entra em condução e praticamente toda a tensão da rede chega até a carga RL (figura 22). 15/24 Apresentação Situação Prática Diodos Resolução da Situação Prática Referências BibliográficasFig. 22 – Primeiro semiciclo do circuito retificador Já nos próximos 180° (180° até 360°, segundo semiciclo) há a inversão da polaridade da tensão da entrada no circuito retificador. Logo, o diodo entrará em bloqueio e nenhuma corrente passará pela carga. Assim, a tensão na carga RL será zero: Fig. 23 – Segundo semiciclo do circuito retificador Como este ciclo se repete, você terá sobre a carga RL a seguinte tensão: 16/24 Apresentação Situação Prática Diodos Resolução da Situação Prática Referências Bibliográficas Fig. 24 – Tensão sobre a carga RL O retificador de meia onda é um circuito bastante simples, mas apresenta em sua saída uma tensão contínua de baixa qualidade e tem um rendimento baixo. O circuito retificador de onda completa visa melhorar tanto a qualidade da tensão de saída quanto o rendimento, aproveitando também o semiciclo negativo da tensão de entrada. Existem dois tipos de retificadores de onda completa: o retificador com derivação central e o retificador em ponte. O circuito retificador de onda completa com derivação central usa um transformador com center-tap. A figura 25 mostra o retificador com derivação central e, como você pode ver, este circuito usa dois diodos retificadores: 17/24 Apresentação Situação Prática Diodos Resolução da Situação Prática Referências Bibliográficas Fig. 25 – Retificador com derivação central Em razão da defasagem das tensões de saída do secundário, durante o primeiro semiciclo, o diodo D1 estará diretamente polarizado e o diodo D2 reversamente polarizado. Com isso, a carga recebe a tensão da metade “de cima” do enrolamento secundário: Fig. 26 – Primeiro semiciclo - retificador com derivação central Já no segundo semiciclo D1 fica reversamente polarizado, bloqueando a metade “de cima” do enrolamento secundário. Mas a carga RL também está ligada à metade “de baixo” do secundário pelo diodo D2, que agora está polarizado diretamente: 18/24 Apresentação Situação Prática Diodos Resolução da Situação Prática Referências Bibliográficas Fig. 27 – Segundo semiciclo - retificador com derivação central Desta maneira, a carga RL sempre receberá tensão do enrolamento secundário, hora de uma metade, hora da outra: Fig. 28 – Tensão – carga RL Veja que o retificador de onda completa recebe este nome porque este circuito entrega à carga os dois semiciclos da entrada. Com isso, o rendimento dobra, pois agora todo o ciclo da corrente alternada é aproveitado. Logo, a tensão média de saída do retificador de onda completa é o dobro da tensão média da saída do retificador de meia onda. Você precisa usar sempre um transformador com center-tap quando quiser ter 19/24 Apresentação Situação Prática Diodos Resolução da Situação Prática Referências Bibliográficas retificação de onda completa? Não, de fato isso não é necessário, pois existe uma configuração que não necessita deste tipo de transformador para fornecer a carga de todos os semiciclos da corrente alternada. Na verdade, o transformador sequer faz parte do circuito retificador, tendo como função apenas adequar a tensão de entrada (elevar ou diminuir seu valor). Alguns tipos de fontes chaveadas retificam diretamente a tensão da rede elétrica antes dela passar por um transformador. O retificador em ponte também pode ser chamado de ponte retificadora ou de ponte de diodos. Como nos circuitos anteriores, o diodo retificador é o componente responsável pela retificação da corrente alternada, e nesta configuração são usados quatro diodos: Fig. 29 – Ponte retificadora ou ponte de diodos A figura a seguir mostra o que acontece durante o primeiro semiciclo da tensão de entrada: durante este semiciclo, o terminal de entrada “de cima” terá maior potencial que o terminal “de baixo” (o terminal de cima funciona como o polo positivo). 20/24 Apresentação Situação Prática Diodos Resolução da Situação Prática Referências Bibliográficas Fig. 30 – Primeiro semiciclo do retificador em ponte Já a figura 31 mostra o que ocorre no segundo semiciclo da tensão de entrada: agora há a inversão de polaridade e o terminal “de baixo” passa a ser o positivo. Fig. 31 – Segundo semiciclo do retificador em ponte Como este ciclo se repete, você terá na saída do retificador em ponte os dois semiciclos da tensão de entrada, uma saída praticamente igual ao do retificador com derivação central: 21/24 Apresentação Situação Prática Diodos Resolução da Situação Prática Referências Bibliográficas Fig. 32 – Ciclo do retificador em ponte Apesar de ter um menor rendimento se comparado com o retificador com derivação central, o retificador em ponte ainda é o modelo de retificador mais usado. Afinal, seu rendimento ainda é muito superior ao do retificador de meia onda e ele dispensa o uso de transformadores com derivação central. Na verdade é tão usado que existem pontes retificadoras já montadas em um único componente. E por ser uma configuração tão usada, a ponte retificado¬ra pode ser representada de forma simplificada em esquemas elétricos, atra¬vés do símbolo mostrado na figura 33. 22/24 Apresentação Situação Prática Diodos Resolução da Situação Prática Referências Bibliográficas Fig. 33 – Símbolo da ponte retificadora Assista agora à videoaula sobre “Diodos”. 23/24 Situação Prática para Exercitar Um determinado equipamento eletrônico necessita de uma indicação que demonstre que o mesmo encontra-se energizado. Para tal, o circuito eletrônico conta com um LED, que permanecerá aceso enquanto uma alimentação de 12vcc sai da fonte. Levando em consideração que o LED necessita de 1,7V para acender, e o seu consumo de corrente é de 20mA, qual será o valor do resistor a ser instalado em série: a) 1KΩ b) 470KΩ c) 2K2Ω d) 470Ω e) 680Ω Assista agora à vedeoaula sobre “Diodos – situação prática”. Alternativa Correta: Alternativa D 24/24 Referências Bibliográficas Se você desejar saber mais sobre Diodos, consulte: Diodo Zener. Youtube, 25 mar. 2014. Disponível em <https://www.youtube.com/ watch?v=r5qa-8Ipnl>. Acesso em 15 dez. 2017. MARQUES, Ângelo. et al. Dispositivos semicondutores: diodos e transistores. 13 edição. São Paulo: Érica, 2014. O Retificador de Meia Onde. Youtube, 4 abr. 2014. Disponível em <https://www.youtube. com/watch?v=hzkLH8JAnA4>. Acesso em 15 dez. 2017. Se você ficou com alguma dúvida, acesse o Fale Conosco e pergunte a um especialista, mencionando o assunto “Diodos”. 1/22 Transistores O transistor de junção, também chamado de transistor bipolar de junção ou simplesmente transistor bipolar, foi criado para substituir a válvula triodo como elemento amplificador e de comutação. A estrutura básica de um transistor de junção é uma espécie de “sanduíche” de cristais semicondutores: dois cristais tipo N intercalados por um cristal tipo P (formando um transistor do tipo NPN) ou dois cristais tipo P intercalados por um cristal tipo N (formando um transístor PNP), como mostrado na figura 1. Fig. 1 – Transistor de junção Veja que esta é uma estrutura bem diferente do diodo, mas ela contém duas regiões Apresentação Situação Prática Resolução da Situação Prática Referências Bibliográficas Transistores 2/22 de contato entre cristais tipo P e N, formando duas junções PN. Como no diodo, é conectado em cada cristal da estrutura um terminal para ligação. O terminal do cristal central é chamado de base e os terminais dos cristais externos são chamados de “emissor” e “coletor”. A simbologia dos transistores segue o padrão da Norma 12526/96 e traz em sua representação características importantes. B C E B C E Fig. 2 – Transistores NPN B C E B C E Fig. 3 – Transistores PNP Para que exista a movimentação de elétrons livres e lacunas no interior do transistor, é preciso polarizar estes “diodos internos”. Você pode fazer isso aplicando tensões Apresentação Situação Prática Transistores Resolução da Situação Prática Referências Bibliográficas3/22 externas entre os terminais coletor, base e emissor. Se você polarizar os dois “diodos” diretamente (figura 4), haverá corrente elétrica. Contudo, se polarizar reversamente (figura 5), não haverá corrente elétrica. Isso é exatamente o que ocorreria em um circuito montado com dois diodos com os anodos interligados. Fig. 4 – Diodos polarizados diretamente Fig. 5 – Diodos polarizados reversamente No entanto, algo diferente acontece quando você polariza o “diodo” da junção base- Apresentação Situação Prática Transistores Resolução da Situação Prática Referências Bibliográficas 4/22 emissor diretamente e o “diodo” da junção base-coletor reversamente (figura 6): Fig. 6 – Diferença de polarização Como você pode observar, há uma corrente entrando pelo terminal base do transistor (Ib) e uma corrente saindo pelo terminal emissor (Ie). Afinal, a junção PN entre esses terminais está polarizado diretamente. No entanto, surge uma intensa corrente entrando pelo coletor do transistor (Ic) e ela não deveria existir, pois a junção PN entre os terminais base e coletor está reversamente polarizada. E mais ainda: se você medir a corrente que sai pelo emissor, verá que sua intensidade é muito maior que a corrente que entra pela base. Na verdade, ela é praticamente igual à corrente que entra pelo coletor. Mas o que está acontecendo? Apesar das junções PN, um transistor não é equivalente a dois diodos, pois sua estrutura é bem mais complexa do que parece num primeiro momento. Uma representação um pouco mais próxima da estrutura real do transistor é mostrada na figura 7, a seguir: Apresentação Situação Prática Transistores Resolução da Situação Prática Referências Bibliográficas 5/22 N P N B C E Fig. 7 – Estrutura do transistor Note que o cristal ligado no terminal base do transistor é mais fino que os cristais ligados ao coletor e emissor. Além disso, este cristal é fracamente dopado e possui poucas lacunas. Já o cristal ligado no terminal emissor é mais densamente dopado, possuindo uma quantidade muito grande de elétrons livres. Finalmente, o cristal ligado no terminal coletor é o maior deles e possui uma dopagem intermediária entre o cristal da base e o cristal do emissor. Parâmetros de um Transistor Bipolar Um transistor corretamente polarizado (junção base-emissor polarizada diretamente e junção base-coletor polarizada reversamente) apresenta três correntes e três tensões entre os terminais do componente, como mostrado na figura 8: Apresentação Situação Prática Transistores Resolução da Situação Prática Referências Bibliográficas 6/22 Fig. 8 – Transistor corretamente polarizado - Vbe: tensão base-emissor - Vbc: tensão base-coletor - Vce: tensão coletor-emissor - Ib: corrente de base - Ic: corrente de coletor - Ie: corrente de emissor Correntes do Transístor Toda a corrente do transistor provém do emissor. São seus portadores de carga que atravessam a junção base-emissor, e uma pequena parte deles escoa pela base. Outros Apresentação Situação Prática Transistores Resolução da Situação Prática Referências Bibliográficas 7/22 Apresentação Situação Prática Transistores Resolução da Situação Prática Referências Bibliográficas atravessam a junção base-coletor e escoa pelo coletor. Logo, você pode concluir que: Ie = Ic + Ib Apesar disso, você geralmente não irá encontrar nas folhas de especificação um valor máximo de corrente de emissor ou de corrente de base. Isso se deve exatamente ao fato de o coletor ser o responsável pela dissipação da maior parte da potência do transistor. Logo, você encontrará nas folhas de especificação um valor máximo de corrente de coletor (Ic). Ganho do Transistor Todo transistor tem um ganho de corrente especificado pelo fabricante, denominado de beta (b). Este parâmetro indica o quanto a corrente do coletor será maior que a corrente de base, ou: b = Ic Ib Nota: na fórmula do beta, observe que beta (b) é o nome dado ao ganho de corrente quando o transistor está trabalhando com tensão contínua. Caso trabalhe com tensão alternada, o nome do ganho de corrente passa a ser hFE. Nas folhas de especificação você irá encontrar um valor mínimo e um valor máximo para o ganho, e verá que normalmente há uma diferença muito grande entre esses dois valores. Isso se deve à dependência térmica dos materiais semicondutores do transistor. Outra relação de ganho de corrente no transistor é a relação entre a corrente de emissor e a corrente de coletor, chamada de alfa (a): 8/22 Apresentação Situação Prática Transistores Resolução da Situação Prática Referências Bibliográficas a = Ic Ie Polarização do Transistor Polarizar um transistor vai além de garantir que sua junção “base-emissor” esteja polarizada diretamente e sua junção “base-coletor” polarizada reversamente. Você precisa garantir que vários parâmetros do transistor não ultrapassem os limites impostos pelo fabricante durante o seu funcionamento. Além disso, você também precisa determinar um ponto de operação desejado, ou seja, fazer o componente ter valores de correntes e tensões compatíveis com sua aplicação. Mas como fazer isso? Usando resistores. Polarização da Base por Corrente Constante A polarização da base por corrente constante é o processo mais simples de polarizar um transistor e também o que usa menos componentes. A figura 9 mostra um transistor polarizado desta maneira: 9/22 Apresentação Situação Prática Transistores Resolução da Situação Prática Referências Bibliográficas Fig. 9 – Polarização da base por corrente constante Veja que uma única fonte de tensão Vcc é responsável pela corrente de todo o circuito. Nesta configuração, o resistor de base Rb mantém a corrente de coletor constante e o resistor de coletor Rc determina o limite máximo de corrente de coletor. De que maneira? Pelas leis de Kirchhoff, você pode determinar o valor da corrente de base através da seguinte fórmula: Ib = Vcc - Vbe Rb Já a corrente de coletor depende da corrente de base. Seu valor é igual ao da corrente de base multiplicado pelo ganho do transistor. Em teoria, você poderia obter qualquer valor de corrente de coletor. Então como o resistor consegue evitar que esta corrente ultrapasse o valor máximo do componente, se você exceder a corrente de base? Note que o aumento da corrente que atravessa um resistor implica no aumento da tensão entre seus terminais (lei de Ohm). Então, a tensão em Rc poderia aumentar 10/22 Apresentação Situação Prática Transistores Resolução da Situação Prática Referências Bibliográficas indefinidamente com o aumento da corrente de coletor (que depende da corrente de base), mas nesta polarização só há uma fonte de tensão alimentando o circuito. Então, segundo Kirchhoff, a tensão sobre Rc só pode aumentar até o valor de Vcc (na verdade um valor bem próximo ao da Vcc, pois ainda haverá uma pequenina tensão entre o coletor e emissor nesta situação). Nesta condição, o valor de Ic será limitado pelo resistor de coletor, e este valor pode ser determinado pela lei de Ohm: Icmáx = Vcc Rc E é claro que a corrente de coletor também pode ser zero. Para isso, basta que a corrente de base também seja nula. E, se a corrente de coletor é zero, a tensão sobre Rc também será zero. Nesta situação, segundo Kirchhoff, a tensão entre emissor e coletor será igual a da Vcc. Vce = Vcc Polarização da Base por Divisor de Tensão Neste tipo de polarização é usado um divisor de tensão na base do transistor, como mostra a figura 10: 11/22 Apresentação Situação Prática Transistores Resolução da Situação Prática Referências Bibliográficas Fig. 10 – Polarização da base por divisor de tensão Repare que, além dos resistores do divisor de tensão, também há, agora, um resistor ligado ao emissor do transistor. Isto assegura ao circuito uma melhor estabilidade térmica em relação à polarização