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ELETRÔNICA Central de Treinamento e Aperfeiçoamento em Eletrônica O Ensino Definitivo www.ctaeletronica.com.br Apostila Eletroeletrônica MÓDULO 2 Parabéns, pois você está iniciando o módulo 2 de um curso que vai fazer diferença em sua vida. É de fundamental importância que você tenha obtido no módulo 1, aproveitamento igual ou superior a 80%, para que este módulo transcorra sem muitas dificuldades. Mas, caso não tenha obtido, converse com um dos nossos atendentes, seja pessoalmente ou por e-mail, para falar um pouco de suas dificuldades. Normalmente, quando o aluno tem um aproveitamento abaixo de 80%, foi devido a pouco tempo para feitura dos blocos, ou por estar enfrentando muitos problemas de relacionamento, seja em seu lar, ou trabalho. Ter prioridades na vida, são fundamentais para que tenhamos equilíbrio emocional e possamos fazer decolar nossas carreiras profissionais. Aconselhamos revisar suas prioridades de vida. Lembramos que muitas coisas podem ser deixadas de lado, para que o tempo de estudos e principalmente com os blocos seja ampliado: televisão, computador, internet, diversão. É claro que, o equilíbrio emocional é importante para o estudo, e este equilíbrio somente pode ser alcançado no relacionamento com pessoas. Assim, é importantíssimo aumentar seu tempo com a família (não na frente da televisão), mas conversando, saindo, divertindo-se juntos. Se você não é casado, dedique grande tempo aos pais. Evite baladas e principalmente relacionamentos decorrentes disto. O tempo do namoro também deve ser reduzido. Se é casado, sua prioridade agora é esposa e filhos. Desta forma, temos certeza que você alcançará o sucesso tão esperado, de uma formação técnica de alto nível. Lembre-se... NÃO SE ALCANÇA GRANDES VITÓRIAS, SEM GRANDES LUTAS E SACRIFÍCIOS!!! Mário Pinheiro - Coordenador de Cursos Introdução Índice AULA 1 7 AULA 6 65 O transistor excitando um relé 114 Campo Magnético 7 Análise de defeitos com diodos 65 A polarização driver 115 Indutância 9 Exercícios propostos 65 O acionamento via LDR 116 Reatância Indutiva 10 Análise de defeitos paralelo 68 Falta de corrente para polarização 117 Indutor em corrente contínua 12 Exercícios propostos 70 Montagem prática - o detector 119 Dimensionamento com indutores 13 16 exercícios com diodos 74 Defeitos no TBJ Vários exercícios com indutores 13 120 AULA 7 75 AULA 12 123 AULA 2 19 Diodo retificador meia-onda 75 Análise de defeitos com 3 transis. 123 Indutor em corrente alternada 19 Filtragem com capacitor 77 Comentários dos defeitos - 3 transis.125 Associação de indutores 20 Retificação em onda completa 78 Montagem prática com defeitos 129 Associação série e paralelo 20 Retificador de pico 81 Respostas dos defeitos na montagem Capacitor em corrente alternada 22 Circuito grampeador 81 Prática 130 A corrente no capacitor 25 Circuito dobrador de meia-onda 81 Reatância capacitiva 28 Circuito dobrador onda completa 82 AULA 13 133 Circuitos com capacitores 29 Amplificador classe A 133 AULA 8 83 Resistência interna classe A 134 AULA 3 31 Osciloscópios como comprar 83 Tensões de coletor no classe A 134 O que faz o filtro 31 Osciloscópio analógico e digital 83 Polarização estável para a base 135 Filtro Passa baixa - LPF 32 PC Scope 84 Polarização de base para o PNP 137 Filtro Passa Alta - HPF 33 exercícios com retificação - 1 85 Análise de defeitos em classe A 138 Frequência de corte 35 exercícios com retificação - 2 86 Filtro Passa Banda (BPF) 37 exercícios com retificação - 3 87 AULA 14 141 Filtro Rejeita Faixa (TRAP) 40 Exercícios com retificação - 4 88 Várias aplicações para o transistor 141 Exercícios de filtros 43 Transistor regulador de tensão 142 AULA 9 89 Fonte negativa 144 AULA 4 45 Diodo zener 89 Dimensionamento de reguladores 146 Tipos de transformadores 45 Aplicações com diodos zener´s 90 Funcionamento do transf. 45 Análise de tensões com zener´s 91 AULA 15 149 Relação de espiras 48 Exercícios com zener´s 94 Análise de defeitos em reguladores 149 Perdas nos transformadores 50 Análise de Defeitos com zener´s 96 Exercícios propostos 151 Ligações de transformadores na Exercícios de defeitos com zener´s 98 Respostas dos exercícios propostos151 rede elétrica 52 Tabela de referência 100 Realimentação negativa 152 Exercícios resolvidos 53 Análise do kit prático M1-2 152 AULA 10 101 Análise de defeitos com o M1-2 155 AULA 5 55 Diodo LED 101 Respostas dos defeitos M1-2 156 Semicondutores 55 Transistor - funcionamento 103 Dopagem de semicondutores dos Polarização - testes práticos 106 AULA 16 157 Dois tipos 55 Polarização - visão básica e teórica 109 Fontes ajustáveis maior corrente 157 Cristal P e cristal N 56 Cortado - Saturado - média polar. 110 Pré-polarização do zener 158 Polarização direta e reversa 57 Aplicações do transistor 111 Análise de defeitos em estabilizadas159 Características físicas dos diodos 58 Respostas dos exercícios 159 Diodos em corrente contínua 60 AULA 11 113 4 exercícios com fonte de maior I 162 Exercícios 62 Desenvolvimento de luz automática 113 Respostas dos exercícios 162 K IT ´S P R Á T IC O S D E M Ó D U L O 2 M2-0 KIT PARA MONTAGEM SEMANAL M2-1 INJETOR-PESQUISADOR DE SINAIS 2 resistores 100k ohms 3 resistores 1k ohms 2 resistores 4,7k ohms 1 resistor 8,2k ohms 2 capacitores poliester ou cerâmico 100k 2 capacitor elet. 100uF x 25V ou mais 1 chave liga-desliga H-H mini 2 BC548 ou BC547 1 BC 338-25 1 BC 327-25 4 diodos 1N4148 1 jack para fone de ouvido 1 PCI M2-1 injetor de sinais KIT M2-1 Kit injetor-pesquisador de sinais 1 r e si st o r 2 ,2 o h m s 1 /4 W 2 r e si st o r d e 1 0 0 o h m s 1 /4 W 1 r e si st o r d e 3 3 0 o h m s 1 /4 W 6 r e si st o re s d e 1 k 1 /4 W 2 r e si st o re s 2 ,2 k o h m s 1 /4 W 1 r e si st o r 2 ,7 k o h m s 1 /4 W 1 r e si st o r 4 ,7 k o h m s 1 /4 W 2 r e si st o re s d e 1 0 k 1 /4 W 2 r e si st o re s d e 2 2 k 1 /4 W 2 r e si st o re s d e 1 0 0 k 1 /4 W 1 r e si st o r d e 2 2 0 k 1 /4 W 4 d io d o s 1 N 4 1 4 8 4 d io d o s 1 n 4 0 0 7 1 d io d o z e n e r 4 ,7 V 0 ,5 W ( 1 N 7 5 0 ) 2 d io d o z e n e r 6 ,2 V 0 ,5 W ( 1 N 7 5 3 ) 1 d io d o z e n e r 9 ,1 V 0 ,5 W ( 1 N 7 5 7 ) 1 d io d o z e n e r 1 2 V 0 ,5 W ( 1 N 7 5 0 ) 4 L E D ´s v e rm e lh o o u v e rd e 1 c a p a ci to r p o lie st e r o u c e râ m ic o 1 k 1 c a p a ci to r p o lie st e r o u c e râ m ic o 1 0 k 2 c a p a ci to re s p o lie st e r 1 0 0 k 1 c a p a ci to r p o lie st e r o u c e râ m ic o 2 2 0 k 2 c a p a ci to re s e le tr o lít ic o s d e 2 2 0 u F x 2 5 V 1 r e le 1 2 V 1 0 A ( 5 t e rm in a is ) 1 B C 3 3 7 o u B C 3 3 8 o u B C 3 6 8 1 B C 3 2 7 o u B C 3 2 8 2 B C 5 4 8 2 B C 5 5 8 1 B D 1 3 8 1 L D R d e 5 m m 1 t ra n sf o rm a d o r 1 5 + 1 5 2 A 1 in d u to r co m u m m in i 1 c h a ve H -H 1 p o te n ci ô m e tr o d e 1 0 0 k 1 f u sí ve l 1 A 2 5 0 V 1 r a b ic h o d e f o rç a K IT M 2 -0 K it p a ra m o n ta g e m s e m a n a l 2,2k cortar a placa neste ponto e colocar o diodo zener K IT ´S P R Á T IC O S D E M Ó D U L O 2 1 LED alto brilho 1 resistor 330 ohms 1/4W 1 resistores 10k ohms 1W 2 resistores 220k ohms 1/4W 1 capacitor de 4,7uF x 250V KIT M2-2 Interruptor Crepuscular M2-3 FONTE DE ALIMENTAÇÃO 30V - 1,6A KIT M2-3 Kit Fonte Ajustável 2V a 30V - 1,6A 2 3 resistores 1ohms1/4W 3 resistores 6,8k ohms 1/4W 1 resistor 1k ohms 1/4W 1 resistor 10k ohms 1/4W 1 potenciômetro 100k mini 2 capacitores 470uF x 40V ou mais 2 capacitores de 100k poliester resistor 2,2k ohms 1/4W 8 diodos 1N4007 3 diodos 1N4148 1 capacitor de poliester 10k 1 diodo LED 5mm 1 transistor TIP 122 2 transistor BC547 ou BC548 1 dissipador para TIP 122 1 placa de circuito impresso M2-2 INTERRUPTOR CREPUSCULAR ligar os componentes do tracejado fora da placa e após montado, soldar os dois pontos no lugar da lâmpada NEON D5 BZX55C47 D6 BZX55C47 R5 220k R1 220k LDR1 100k D1 1N4007 D3 1N4007 D4 1N4007 D2 1N4007 C1 4,7uF x250V Rd1 330 Rd2 10k 1W LED1 alto-brilho Q2 BC337D8 12V Rede Elétrica 110Vac 2 zener de 47V 1/2W 1 zener de 12V 1 LDR miniatura 1 transistores BC337 4 diodos 1N4007 entrada 30Vac D3a D3b D1a D1b D2a D2b D4a D4b 8 x 1N4007 Na placa, existe lugar para 4 diodos. Soldar pares de diodos em paralelo após soldar os diodos cortar as sobras dos terminais horizontais entrada 30Vac D3a D3b D1a D1b D2a D2b D4a D4b 8 x 1N4007 Na placa, existe lugar para 4 diodos. Soldar pares de diodos em paralelo após soldar os diodos cortar as sobras dos terminais horizontais 2,2k2,2k 10k 0 % 5 % 1 0 % 1 5 % 2 0 % 2 5 % 3 0 % 3 5 % 4 0 % 4 5 % 5 0 % 5 5 % 6 0 % 6 5 % 7 0 % 7 5 % 8 0 % 8 5 % 9 0 % 9 5 % 1 0 0 % __ /_ _ __ /_ _ __ /_ _ __ /_ _ __ _/ __ _/ __ _ __ _/ __ _/ __ _ __ /_ _ __ /_ _ __ /_ _ __ /_ _ __ /_ _ __ /_ _ __ /_ _ __ /_ _ __ /_ _ __ /_ _ __ /_ _ __ /_ _ __ /_ _ __ /_ _ D A T A D A P R O V A I N T E R M E D IÁ R IA D A T A D A P R O V A F IN A L A P R O V E IT A M E N T O A P R O V E IT A M E N T O % % A P R O V E IT A M E N T O G E R A L - T R A Ç A D O E M V E R M E L H O A P R O V E IT A M E N T O B L O C O S D E E X E R C ÍC IO S - T R A Ç A D O E M A Z U L A P R O V E IT A M E N T O E M E Q U IP E - T R A Ç A D O V E R D E CASO O TRAÇADO VERMELHO CAIA ABAIXO DESTE NÍVEL, UTILIZAR-SE DAS DÚVIDAS VIA INTERNET CASO O TRAÇADO VERMELHO CAIA ABAIXO DESTE NÍVEL, UTILIZAR-SE DAS AULAS DE REFORÇO CASO O TRAÇADO VERMELHO CAIA ABAIXO DESTE NÍVEL, UTILIZAR-SE DO SERVIÇO SOPA revisado junho-2008 GABARITO PARA TODOS OS EXERCÍCIOS DOS BLOCOS E PROVAS ELETRÔNICA www.ctaeletronica.com.br GABARITO TODOS OS MÓDULOS Este gabarito é para ser utilizados em todos os exercícios de análise de defeitos, quando o código for solicitado. Os componentes defeituosos deverão ser encontrados, baseando-se apenas no seu final. Se o componente defeituoso for C108, devemos procurar apenas pelo final 8. Temos várias tabelas, onde cada uma corresponde a um tipo de componente, com seu respectivo defeito; teremos então uma tabela para resistor alterado, outra para capacitor com fuga, etc. Em cada tabela temos vários códigos para cada final de componente; por exemplo R123 alterado: Temos que procurar na tabela de resistor alterado, o código para final 3. RESISTORES e POTENCIÔMETROS COM DEFEITO FUSISTOR, FUSÍVEL, PTC e NTC (R - FR - Ra - etc.) R5 alterado FR503 aberto EXEMPLOS Rxx1 Rxx2 Rxx3 Rxx4 Rxx5 Rxx6 Rxx7 Rxx8 Rxx9 Rxx0 Rxx1 Rxx2 Rxx3 Rxx4 Rxx5 Rxx6 Rxx7 Rxx8 Rxx9 Rxx0 ABERTO ALTERADO Pxx1 Pxx2 Pxx3 Pxx4 Pxx5 Pxx6 Pxx7 Pxx8 Pxx9 Pxx0 POTENCIÕMETRO COM CURSOR ABERTO revisado junho-2008 Cxx1 Cxx2 Cxx3 Cxx4 Cxx5 Cxx6 Cxx7 Cxx8 Cxx9 Cxx0 Cxx1 Cxx2 Cxx3 Cxx4 Cxx5 Cxx6 Cxx7 Cxx8 Cxx9 Cxx0 Cxx1 Cxx2 Cxx3 Cxx4 Cxx5 Cxx6 Cxx7 Cxx8 Cxx9 Cxx0 CURTO ABERTO COM FUGA CAPACITORES COM DEFEITO FIXO ou VARIÁVEL (C - CV - Ca - etc.) C5 em curto CV318 com fuga EXEMPLOS xDxx1 xDxx2 xDxx3 xDxx4 xDxx5 xDxx6 xDxx7 xDxx8 xDxx9 xDxx0 xDxx1 xDxx2 xDxx3 xDxx4 xDxx5 xDxx6 xDxx7 xDxx8 xDxx9 xDxx0 xDxx1 xDxx2 xDxx3 xDxx4 xDxx5 xDxx6 xDxx7 xDxx8 xDxx9 xDxx0 xDxx1 xDxx2 xDxx3 xDxx4 xDxx5 xDxx6 xDxx7 xDxx8 xDxx9 xDxx0 ABERTO COM FUGA CURTOALTERADO DIODOS, VDR, SCR, TRIAC e LDR COM DEFEITO COMUM, ZENER, LED, etc. (Z - ZD - LD - VR - etc.) D15 aberto LD218 em curto EXEMPLOS OBS: Para circuitos sem defeito, defeito não listado ou mais de um defeito possível: Vxx1 Vxx2 Vxx3 Vxx4 Vxx5 Vxx6 Vxx7 Vxx8 Vxx9 Vxx0 BAIXA EMISSÃO Vxx1 Vxx2 Vxx3 Vxx4 Vxx5 Vxx6 Vxx7 Vxx8 Vxx9 Vxx0 SEGMENTOS OU GRADES ABERTAS VÁLVULAS, DISPLAY, COM DEFEITO TRC E LCD Vxx1 Vxx2 Vxx3 Vxx4 Vxx5 Vxx6 Vxx7 Vxx8 Vxx9 Vxx0 FILAMENTO OU LÂMPADA “QUEIMADA” Vxx1 Vxx2 Vxx3 Vxx4 Vxx5 Vxx6 Vxx7 Vxx8 Vxx9 Vxx0 FUGA - CURTO ALTA EMISSÃO Defeito no canhão R do TRC Defeito no canhão G do TRC Defeito no canhão B do TRC revisado junho-2008 Q6 com curto C-E T103 junção B-E aberta EXEMPLOS Qxx1 Qxx2 Qxx3 Qxx4 Qxx5 Qxx6 Qxx7 Qxx8 Qxx9 Qxx0 Qxx1 Qxx2 Qxx3 Qxx4 Qxx5 Qxx6 Qxx7 Qxx8 Qxx9 Qxx0 CURTO C-E CURTO TOTAL ABERTO COL Qxx1 Qxx2 Qxx3 Qxx4 Qxx5 Qxx6 Qxx7 Qxx8 Qxx9 Qxx0 CURTO B-E Qxx1 Qxx2 Qxx3 Qxx4 Qxx5 Qxx6 Qxx7 Qxx8 Qxx9 Qxx0 ABERTO B-E Qxx1 Qxx2 Qxx3 Qxx4 Qxx5 Qxx6 Qxx7 Qxx8 Qxx9 Qxx0 FUGA B-E Dreno = Coletor Gate = Base Source = Emissor PARA FET TRANSISTORES COM DEFEITO COMUM, UNIJUNÇÃO e FET (Q - T - Tr - etc.) Qxx1 Qxx2 Qxx3 Qxx4 Qxx5 Qxx6 Qxx7 Qxx8 Qxx9 Qxx0 FALTA GANHO Qxx1 Qxx2 Qxx3 Qxx4 Qxx5 Qxx6 Qxx7 Qxx8 Qxx9 Qxx0 FUGA C-E Qxx1 Qxx2 Qxx3 Qxx4 Qxx5 Qxx6 Qxx7 Qxx8 Qxx9 Qxx0 CURTO C-B Qxx1 Qxx2 Qxx3 Qxx4 Qxx5 Qxx6 Qxx7 Qxx8 Qxx9 Qxx0 FUGA C-B Sxx1 Sxx2 Sxx3 Sxx4 Sxx5 Sxx6 Sxx7 Sxx8 Sxx9 Sxx0 Sxx1 Sxx2 Sxx3 Sxx4 Sxx5 Sxx6 Sxx7 Sxx8 Sxx9 Sxx0 Sxx1 Sxx2 Sxx3 Sxx4 Sxx5 Sxx6 Sxx7 Sxx8 Sxx9 Sxx0 CONTATO COLADO “NA” CONTATOS QUEBRADOS CONTATO COLADO “NF” OU BOBINA ABERTA BOBINA EM CURTO OU CHAVE COM FUGA CHAVES E RELÉ COM DEFEITO (Sw - Ch - RL - etc.) RL5 com bobina em curto Sw128 quebrada EXEMPLOS ICX1 ICX2 ICX3 ICX4 ICX5 ICX6 ICX7 ICX8 ICX9 ICX0 IC1x1 IC2x1 IC3x1 IC4x1 IC5x1 IC6x1 IC7x1 IC8x1 IC9x1 IC1x2 IC2x2 IC3x2 IC4x2 IC5x2 IC6x2 IC7x2 IC8x2 IC9x2 IC1x3 IC2x3 IC3x3 IC4x3 IC5x3 IC6x3 IC7x3 IC8x3 IC9x3 ICxx4 ICxx7 ICxx5 ICxx8 ICxx6 ICxx9 ICxx0 IC 1 a 99 COM DEFEITO IC 1x1 / 9x1 COM DEFEITO IC 1x2 / 9x2 COM DEFEITO IC 1x3 / 9x3 COM DEFEITO IC xx4/xx5/... COM DEFEITO IC26 com defeito CI801 em curto U503 com defeito IC104 em curto EXEMPLOS CIRCUITOS INTEGRADOS COM DEFEITO REGULADORES, OPERACIONAIS, DIGITAL, etc. (Q - T - Tr - etc.) OBS: Os integrados de 1 a 99 devem usar a pr imeira tabela, de acordo com seu final; os integrados maiores de 100, deve verificar além do final, o número inicial: O integrado 201 deve olhar a tabela do final “1” e depois o inicio 2 (2x1); neste caso seria a segunda tabe la na segunda l inha com Txx1 Txx2 Txx3 Txx4 Txx5 Txx6 Txx7 Txx8 Txx9 Txx0 Txx1 Txx2 Txx3 Txx4 Txx5 Txx6 Txx7 Txx8 Txx9 Txx0 BOBINA ABERTA BOBINA EM CURTO TRANSFORMADORES ALTO-FALANTES(TR- etc.) TR5 bobina em curto Tr3 bobina aberta EXEMPLOS revisado junho-2008 7ELETRÔNICA INDUTORES-REATÂNCIA INDUTIVA/CAPACITIVA-TRANSFORMADORES-FILTROS-SEMICONDUTORES-DIODOS-ZENERS-TRANSISTORES-AMPLIFICADORES DE SINAL-AMPLIFICADORES A,B,C APOSTILA DE ELETROELETRÔNICA MÓDULO - 2 AULA 1 O CAMPO MAGNÉTICO O mesmo princípio de linhas de forças elétricas, aplicado ao campo elétrico, pode ser aplicado ao Na apostila anterior, estudamos o campo elétrico, campo magnético, conforme vemos na figura 1. formado à partir de cargas elétricas. Este campo é responsável por gerar uma diferença de potencial, criando uma tensão elétrica, e esta por sua vez, quando ligado a um condutor elétrico e mais alguns componentes eletro-eletrônicos, irão gerar corrente elétrica, realizando assim,trabalho na forma de calor, luz, som, etc. Mas, além de realizar trabalho, a corrente elétrica também gera um novo campo, que tem propriedades diferentes do campo elétrico. Ele não atrai cargas elétricas e nem gera força elétrica a partir delas, como ocorre com o campo elétrico. Esse novo campo, tem a propriedade de criar força de atração ou repulsão apenas nas correntes elétricas e é chamado de CAMPO MAGNÉTICO. Historicamente, o campo magnético e suas propriedades magnéticas foram descobertos bem Nessa figura podemos ver um ímã natural, com as antes do campo elétrico. Posteriormente, foi linhas de forças magnéticas do campo magnético. descoberto que o campo elétrico e magnético são No campo elétrico as cargas tinham polaridade “+” e gerados a partir do mesmo princípio e que na “-”, no campo magnético as polaridades são realidade, ambos - elétrico e magnético - são um só chamadas de NORTE e SUL; conforme podemos campo, porém aplicados em referenciais diferentes. ver na figura, as linhas de força saem do pólo norte e Só que esta história fica para depois... terminam no pólo sul.Voltando às propriedades do campo magnético, Todo material que está “imerso” em um campo devemos salientar a propriedade de atração de magnético sofrerá ação das linhas de força materiais “ferrosos”, ou seja metais que são magnética, que irão interagir com as correntes formados a partir do elemento ferro. Essa propriedade ficou conhecida como magnetismo ou atração magnética, pois o campo magnético atrai metais compostos por ferro, como já é do conhecimento de nossos alunos. Na prática toda pessoa já deve ter “brincado” com um pedaço de material, chamado de “imã”; que atraía pregos, parafusos, metais em geral. Esse material chamado de imã, tem “dentro” de suas moléculas “micro- correntes”, formadas pela movimentação dos elétrons; e essa corrente elétrica gera um ‘micro- campo magnético”, também chamados de “spins”. O arranjo natural das moléculas, faz com que esses micro-campos se somem formando um campo magnético macroscópico que passa a ser permanente para aquele material. Resumidamente os imãs naturais permanentes tem um campo magnético natural formado a partir das correntes elétricas internas às suas moléculas. IMÃ figura 1 S N OBJETO SOB AÇÃO DO IMÃ, SENDO ATRAÍDO PELO MESMO IMÃ figura 2 INDUTORES EM CC E CAMPO INDUZIDO O campo magnético e suas atuações auto-indução - Indutância e Indutores Reatância Indutiva - O indutor como componente Indutor em corrente contínua (CC) Análise de malhas com dimensionamentos Análise de malhas com defeitos 8 ELETRÔNICAINDUTORES-REATÂNCIA INDUTIVA/CAPACITIVA-TRANSFORMADORES-FILTROS-SEMICONDUTORES-DIODOS-ZENERS-TRANSISTORES-AMPLIFICADORES DE SINAL-AMPLIFICADORES A,B,C APOSTILA DE ELETROELETRÔNICA MÓDULO - 2 elétricas desse material; tentando alinhá-las (da bússola) sempre estará apontado para o polo conforme o sentido das linhas de força. Quando o norte geográfico, que é na realidade o polo sul material imerso orientar suas moléculas conforme magnético da terra. as linhas de força magnética, esse material também O campo magnético portanto, possui linhas de força passa a produzir um outro campo magnético e com magnética, e com isso podemos definir a grandeza isso sofrerá atração (ou repulsão) do imã que gerou FLUXO MAGNÉTICO como sendo a quantidade de o primeiro campo magnético (figura 2). linhas de força magnética por unidade de área, daí poderemos definir algumas unidades de medida: Resumidamente podemos definir: MAXWELL é a unidade de medida de uma linha de MAGNETISMO é a propriedade que certos corpos força magnética e portanto de fluxo magnético. apresentam de atrair outros corpos, como o ferro e Embora essa medida seja muito prática ela não é outros metais. Na natureza podemos encontrar utilizada pelo Sistema Internacional (SI), que algumas substâncias que possuem essa adotou o weber como medida de linhas de força propriedade de forma acentuada, e são chamados magnética e fluxo magnético. 6de imãs naturais. Destes materiais o que mais se O WEBER, cuja símbolo é “Wb”, equivale a 1x10 destaca é a magnetita. maxwell ou linhas de força magnética. Como já dissemos anteriormente os imãs Como o fluxo magnético depende do tamanho da apresentam dois polos que foram definidos como: área que ele atravessa, a medida de densidade de polo SUL e polo NORTE; o polo norte de um imã fluxo magnético é mais usada para expressar o atrai o polo sul de outro imã ou corpo magnetizado valor do campo magnético. e, consequentemente, o polo norte do imã atrai o Para a unidade maxwell, a densidade de fluxo polo sul. Já polos iguais, de imãs diferentes, se magnético é expressa em maxwell/cm², que repelem. equivale a 1 gauss, que é abreviado por “G”. Para A terra também tem em seu interior uma infinidade campos magnéticos pequenos utilizamos a unidade de correntes elétricas e portanto ela é um gauss. gigantesco imã que produz um campo magnético, Como já dissemos o SI não adota o maxwell e na figura 3 podemos ver a terra com suas linhas de portanto nem o gauss. A unidade adotada pelo SI força magnética e seus polos magnéticos norte e para medir densidade de fluxo magnético é o sul. weber/m², que equivale a 1 TESLA, que é abreviado por “T”. O campo de 1 tesla equivale a campos magnéticos muito grandes, e por isso, recorremos a unidade gauss para representar os campos magnéticos, 1 tesla equivale a 10.000 gauss. Para melhor exemplificar vamos comparar o valor do campo magnético da terra que vale 0,57 gauss, mas se fosse representado em tesla teremos o valor -5de 5,7 x 10 tesla. CAMPO MAGNÉTICO E TENSÃO ELÉTRICA Como já foi explicado, o campo magnético é gerado a partir da corrente elétrica, e quando uma corrente circula por um condutor, aparece um campo magnético ao seu redor. Contudo, para a corrente circular por um condutor é necessário a presença de um campo elétrico (gerando uma tensão elétrica), podemos então concluir que o campo magnético é gerado indiretamente pelo campo elétrico, ou melhor dizendo, por uma diferença do Olhando atentamente para a figura 3, podemos campo elétrico, que gera uma diferença de observar que os polos magnéticos da terra são potencial (tensão). exatamente opostos aos polos geográficos. Exatamente!!! Como já tínhamos comentado Como a terra se comporta como um grande imã, anteriormente o campo elétrico e o campo nós podemos usar essa propriedade para nos magnético são duas formas diferentes de orientarmos em relação as posições geográficas; é interpretar a mesma energia; essa “energia” é o caso da bússola, que é um instrumento de c h a m a d a d e c a m p o e l e t r o m a g n é t i c o . orientação muito simples e ao mesmo tempo muito Resumidamente podemos dizer que a variação do preciso. Ela é constituída basicamente por uma campo elétrico gera um campo magnético e a “agulha” imantada que se orienta pelas linhas de variação do campo magnético gera um campo força magnética da terra. Portanto, seu polo norte elétrico. figura 3 9ELETRÔNICA INDUTORES-REATÂNCIA INDUTIVA/CAPACITIVA-TRANSFORMADORES-FILTROS-SEMICONDUTORES-DIODOS-ZENERS-TRANSISTORES-AMPLIFICADORES DE SINAL-AMPLIFICADORES A,B,C APOSTILA DE ELETROELETRÔNICA MÓDULO - 2 Então, quando um condutor em movimento é Na figura 5, mostramos que o campo magnético imerso em um campo magnético, acaba começa a se propagar a partir do centro, indo para aparecendo uma diferença de potencial em seus extremidade do condutor. Após um determinado extremos. Já que o condutor está em movimento, o tempo, o campo magnético estará agindo no lado campo magnético aplicado sobre ele é variável. de fora do condutor. Quando o campo magnético Essa variação do campo magnético irá gerar um está se movimentando do centro do fio para sua campo elétrico que poderá ser notado pela borda, pode ser encarado como um campo diferença de potencial sobre o condutor. magnético, movendo-se nas extremidades do fio. Podemos dizer que ao aplicar umacorrente Do ponto de vista teórico isso é equivalente ao contínua circulante por um condutor, haverá a condutor estar em movimento e o campo em formação de um campo magnético que partindo do repouso. O que importa na realidade é o movimento ponto central do condutor chegará à sua relativo entre eles. extremidade de forma muito rápida. Considerando Assim será induzida uma tensão nos extremos que essa corrente contínua mantém um regime de desse condutor. Vejamos os processos básicos da trabalho constante (mesma corrente circulante), sequência de indução: haverá um campo constante criado ao redor desse 1) A chave S1 é fechada. condutor. Na figura 4, podemos ver que existe uma 2) A corrente começa fluir pelo condutor. fonte de alimentação ou bateria chamada de “E1” 3) O campo magnético começa a mover-se do fazendo circular uma corrente através da carga centro do fio para sua borda. “R1”. 4) O campo magnético em movimento induz uma tensão no próprio fio. Considerando que o campo magnético em movimento, induz tensão no próprio fio, esse se oporá à tensão original externa feita por “E1” e tende a produzir uma corrente induzida em sentido contrário a corrente original (veja figura 6). Como essa corrente induzida ocorre somente na variação do campo magnético, haverá portanto, uma corrente que irá se opor à original, causando assim uma oposição a essa corrente, e esta apresenta muita dificuldade em circular. Essa indução é chamada de FORÇA ELETROMOTRIZ Notem o campo magnético gerado em torno do INDUZIDA, mas como ela se opõe a variação da condutor. Podemos dizer que a intensidade de corrente poderemos chamá-la de FORÇA campo magnético, será proporcional a intensidade CONTRA-ELETROMOTRIZ INDUZIDA. da corrente circulante. AUTO-INDUÇÃO Durante o tempo em que ocorrem os transientes, ou seja, quando a corrente está indo do zero até algum valor desconhecido, ocorre o fenômeno chamado “auto-indução”. Quando a chave “S1” da figura 4 é fechada, a corrente começa fluir e um campo eletromagnético aparece conforme o desenho. Contudo, o campo INDUTÂNCIAeletromagnético não aparece imediatamente, começando a ser formado a partir do centro do A indutância pode ser definida como a capacidade condutor. de induzir uma força eletromotriz quando ocorre uma variação no fluxo de corrente. Então, definimos a indutância como a capacidade de um componente ou circuito de induzir uma força eletromotriz. Se um componente ou circuito possui essa capacidade, ela continuará existindo, mesmo que não ocorram mudanças no fluxo de corrente. A unidade de medida da indutância é o henry (H), em homenagem a Joseph Henry, um físico do século XIX que fez importantes descobertas nesta área da ciência. E1 Campo magnético CH1 R1 figura 4 seção transversal do fio campo magnético indica que a corrente está entrando na página figura 5 Movimento relativo do condutor direção da corrente original direção genérica do campo (indicador) corrente original corrente induzida figura 6 10 ELETRÔNICAINDUTORES-REATÂNCIA INDUTIVA/CAPACITIVA-TRANSFORMADORES-FILTROS-SEMICONDUTORES-DIODOS-ZENERS-TRANSISTORES-AMPLIFICADORES DE SINAL-AMPLIFICADORES A,B,C APOSTILA DE ELETROELETRÔNICA MÓDULO - 2 Um henry é a capacidade de indutância que irá A simbologia utilizada para indutor é apresentada induzir uma força eletromotriz de 1 volt, quando a na figura 8. corrente varia na razão de 1 ampère em 1 segundo. Na maioria das aplicações eletrônicas essa unidade REATÂNCIA INDUTIVA é muito grande, sendo usado seus sub-múltiplos: Reatância indutiva é a oposição à passagem da mili-henry (mH) e micro-henry (mH). A letra usada corrente, quando da variação desta. Sabemos que para simbolizar a indutância é o “L”. Como exemplo a corrente não pode atingir o seu valor máximo podemos ter: L = 100 mH. instantaneamente, quando essa é obrigada a passar por um circuito indutivo. O tempo necessário INDUÇÃO para que isso aconteça dependerá do valor da indutância e de alguma resistência em série com Indução é a ação de induzir uma força eletro-motriz esse indutor.em um condutor, quando existe uma mudança no Para um dado valor de indutância, o tempo fluxo de corrente em um indutor; ou quando um necessário para que a corrente atinja seu valor campo magnético variável, agindo sobre um máximo é diretamente proporcional a indutância.condutor, cria uma diferença de potencial em seus Podemos notar que a variação de tensão de 0V terminais. para algum valor qualquer em um circuito com indutores, obriga a circulação de corrente que sofre INDUTORES uma oposição pelo indutor no momento de variação de corrente, ou seja, de 0A para algum valor Podemos definir qualquer condutor que tem um qualquer. Essa oposição criada é chamada de certo valor de indutância. Contudo, quando os reatância indutiva e é medida em ohms.condutores são pouco extensos, esses valores de A reatância indutiva é diretamente proporcional a indutância são muito pequenos e somente podem frequência e a indutância, ou seja, se aumentarmos ser medidos por instrumentos a frequência da corrente elétrica ou a indutância, extremamente sensíveis. Um aumentaremos a reatância indutiva e vice-versa.componente projetado para O símbolo de reatância indutiva é “XL”, e a unidade fornecer o valor de indutância de medida é o ohm, como já foi dito. Após alguns e s p e c í f i c o é c h a m a d o d e cálculos e experimentos, chegamos a uma fórmula INDUTOR. que exprime o valor da reatância indutiva em Podemos considerar o componente relação a frequência da corrente elétrica e a indutor, como um condutor indutância da “bobina”. Neste ponto de estudo, não enrolado em um corpo cilíndrico; vale a pena demonstrarmos os cálculos envolvidos isto possibilita uma maior concentração de campos, para chegarmos a esta fórmula, já que a teoria de aumentando também a reatância indutiva. A forma e le t ro -magne t i smo, somente pode ser de enrolar o fio no corpo cilíndrico acabou gerando desenvolvida com ajuda de cálculos diferenciais um algumas vezes o nome de pouco complexos. Então enunciaremos apenas a “bobinas” para esse componente fórmula, que é bem simples:(Figura 7). Podemos aumentar a indutância de uma bobina, aumentando o XL = 2 x p x f x Lnúmero de espiras. Outra forma de aumentar a indutância é utilizar o n ú c l e o d e m a t e r i a l f e r r o f = frequências da corrente elétrica (Hz). magnético, capaz de evitar a L = valor da indutância (H). dispersão do campo magnético induzido. p (pi) = uma constante que vale: 3,141592654... Por esta fórmula podemos ver que quanto maior a frequência da corrente elétrica maior será a reatância e também quanto maior for o valor da indutância da “bobina” em questão, maior será a reatância. O valor resultante desta fórmula será o valor da reatância indutiva desta “bobina” medida em ohms (W), desde que seja obedecida as unidades da frequência em hertz e a indutância em henry. Podemos exemplificar esta fórmula aplicando-a a um circuito eletrônico, formado por uma bobina de 3,3uH, ligada a uma fonte de corrente senoidal BOBINA figura 7 figura 8 11ELETRÔNICA INDUTORES-REATÂNCIA INDUTIVA/CAPACITIVA-TRANSFORMADORES-FILTROS-SEMICONDUTORES-DIODOS-ZENERS-TRANSISTORES-AMPLIFICADORES DE SINAL-AMPLIFICADORES A,B,C APOSTILA DE ELETROELETRÔNICA MÓDULO - 2 alternada de 10kHz , teremos então: desse fio, maior será, quanto maior for a indutância da bobina, então essa bobina não terá um resistência nula, e sim uma resistência igual a XL = 2pfL = 2x3,14x10000x0,0000033 = 0,2W resistência do fio do qual ela é construída. Então, o primeiro modelo prático do nosso indutor será um Portanto uma bobina de 3,3 uH ligada a uma fonte indutor em série com uma resistência.alternada de 10kHz se comporta como uma O segundo ponto importante, será relativo à resistência de 0,2W. construção da nossa bobina, pois para obtermos Agora, se aumentar a frequência dessa fonte um indutor de campo magnético, devemos enrolar oalternada, irá também aumentar o valor dessa fio em espiras paralelas, para concentrarmos o “resistência equivalente” da nossa bobina, e caso campo magnético e aumentar o valor da indutância diminua a frequência dessa fonte, iremos diminuir o da nossa bobina. Mas ao formarmos espiras valor dessa “resistência”, obtendo então paralelas iremos criar pequenos capacitores em praticamente um “curto” para as frequências série, relativos a cada par de espira, que será como baixas. 2 placas (fios) paralelas isoladas entre si pelo próprio ar (separação entre as espiras), e com isso O COMPONENTE ELETRÔNICO iremos introduzir junto com nossa bobina, um capacitor “parasita” em paralelo com o indutor. Na Podemos utilizar as bobinas (indutores), como um figura 10, podemos ver um indutor L1 que seria o componente eletrônico para diversas utilidades componente elétrico desejado; do lado direito diferentes, entre elas como filtro de frequências, temos um modelo teórico que representa o efeito como estudaremos mais a frente. O aspecto físico elétrico real desse mesmo indutor.do componente elétrico indutor (figura 9) se parece Quando colocamos um indutor em um circuito com um resistor e às vezes com um capacitor. Ele é elétrico, estamos interessados nos efeitos indutivos geralmente construído a partir de um condutor desse componente, mas não podemos esquecer enrolado em espiras sem núcleo, e depois coberto que na prática ao introduzirmos uma bobina num por algum material isolante tipo “plástico” ou circuito, junto com ela estaremos introduzindo além “resina”, do indutor, um resistor e um capacitor. O valor desse resistor R, será o valor da resistência elétrica do condutor do qual é feita a bobina e seu valor dependerá do número de espiras desejada, do tipo de material usado (cobre, alumínio, etc.) e da corrente máxima que suporta a bobina (espessura do fio). Na prática, esse valor pode variar desde décimos de ohm (0,1W) até alguns milhares de ohms (1kW ou 2kW), em média o valor dessa resistência é baixo e não passa de 1 ou 2W?Suas utilidades práticas são infinitas, mas suas (pequenos indutores), e portanto, podemos aplicações estão baseadas no modelo teórico dos praticamente desprezá-la. O valor da capacitância indutores ideais, que devem ter um valor bem C paralela com o indutor, também tem um baixo definido de indutância, e um valor de resistência valor, devido a ser formada por vários “capacitores” igual a zero, ou seja, o material do condutor do qual em série (espiras paralelas), fazendo com que o ela é feita deve ter uma resistência elétrica igual a capacitor equivalente da soma desses pequenos zero! Isto na prática é impossível, pois sabemos que “capacitores” em série resulte em uma capacitância todo material, condutor ou não, apresenta sempre muito baixa, da ordem de alguns pico-farads (de 1pf uma resistência elétrica, e quanto mais longo for o a 100pf), na prática, esse efeito pode ser fio condutor, que enrolado em espiras, forma a desprezado na maioria dos circuitos, pois esse bobina, maior será sua resistência. Então, na prática, os indutores ideais que obedecem à teoria de indutância e que obedecem a equação da reatância indutiva (XL), não existem. Mas, felizmente, com algumas correções, podemos criar componentes elétricos que se assemelham muito com os indutores ideais teóricos, e poderemos assim aplicar a teoria da indutância, bem como calcular, quando necessário o valor de sua reatância indutiva (XL). Vamos primeiramente lembrar que os indutores ou bobinas são construídos geralmente por fios metálicos enrolados em espiras, e o comprimento A B A B R L C L1 figura 9 figura 10 12 ELETRÔNICAINDUTORES-REATÂNCIA INDUTIVA/CAPACITIVA-TRANSFORMADORES-FILTROS-SEMICONDUTORES-DIODOS-ZENERS-TRANSISTORES-AMPLIFICADORES DE SINAL-AMPLIFICADORES A,B,C APOSTILA DE ELETROELETRÔNICA MÓDULO - 2 capacitor só terá grande interferência em “sinais” Como vemos, temos uma tensão de alimentação de (correntes ou tensões) de alta frequência (acima de 10 volts sendo aplicada ao resistor de 10k que está 10kHz). E por fim, chegamos ao valor L de em série com indutor ou bobina. Como a resistência indutância que é o valor nominal de L1, que é o desse indutor é de cerca de zero ohm e o resistor de componente real que compramos e colocamos no 10k, toda a tensão da fonte cairá sobre o resistor, circuito elétrico. Então resumidamente, podemos sendo que a queda de tensão sobre o indutor será esquecer na maioria dos circuitos, que nossa de 0 volt. Mostramos ainda na figura 11, que o bobina não é um indutor ideal e simplesmente indutor apresenta-se como um curto, apresentado considerar a bobina como um indutor, mas não na figura 12. Assim a tensão medida no lado esquecendo que dependendo do circuito e de suas superior do indutor será a mesma do ponto negativo aplicações, devemos levar em consideração o de referência da bateria. resistor e o capacitor parasita ao nosso indutor. Na figura 12, apresentamos um circuito semelhante ao anterior sendo que podemos ver o indutor colocado agora no lado superior da malha. INDUTOR EM CORRENTE CONTÍNUA Considerando que este também é um curto, teremos a tensão de 10 volts, medida no lado Quando colocamos uma bobina em um circuito de positivo da fonte, também medida no lado inferior do corrente contínua (corrente constante), uma fato indutor. Vemos também aqui que o indutor continua interessante ocorre, como o circuito tem uma sendo considerado como um curto. corrente constante, o indutor, após alguns milésimos de segundos irá criar um pequeno campo magnético ao seu redor, e o valor da corrente circulante por ele passará a ser constante e com isso sua reatância indutiva será zero (frequência = 0, portanto XL = 0W). Como a reatância indutiva da bobina será zero o indutor se comportará com um “curto”, restando do Na figura 13a, temos o resistor R1 em série com o nosso modelo teórico apenas o capacitor e o indutor L1 e estes em paralelo com o R2 e ainda resistor (figura 10). Vamos lembrar da matéria R3/L2. Como temos um circuito misto com estudada no final da apostila de módulo 1, onde resistores e indutores e precisamos saber a tensão pudemos ver que o capacitor em circuitos de da malha, consideraremos os indutores como corrente contínua se comporta como uma chave curtos.aberta, e com isto não irá interagir com os outros componentes do circuito e nem permitirá circular corrente através dele; logo, nossa bobina se resumirá a um resistor, cuja resistência será dada pelo material de que é feita a bobina. Como na maioria das bobinas, o valor da resistência elétrica do fio é quase igual a zero ohm, vamos considerar para nossos exercícios que a bobina (indutor), em circuitos de corrente contínua, terá um resistor de valor igual a zero, ou seja, um “curto”, cuja queda de tensão sobre ele será sempre igual a zero volt. Portanto, o indutor colocado em um circuito de corrente contínua, apesar de apresentar A figura 13b ilustra bem o que falamos, onde inicialmente uma alta resistência quando circula mostramos as posições onde estavam os indutores corrente por ele, após um tempo, apresentar-se-á agora como fios ou “curtos”. Assim podemos ver que com um curto, ou seja, baixa resistência à R2 e R3 estão em paralelo, resultando disto em uma passagem da corrente como mostra o circuito da resistência equivalente de 1k. Forma-se um circuito figura 11. série com R1 e também os resistores R2 e R3 em paralelo, resultando em uma tensão no ponto C de 5 volts. No ponto “B” haverá também 5 volts, e zero volt para o ponto D. ANÁLISE DE TENSÃO EM MALHAS RLC No circuito da figura 14a, podemos ver que temos 3 resistores e também um indutor e um capacitor. Para analisar o circuito, devemos considerar o +10V 10kW 10kW 0V 0V RESISTÊNCIA EQUIVALENTE = 0W OU A A Fio figura 11 +10V 10kW 10kW 10V 10V A ARESISTÊNCIA EQUIVALENTE = 0W OU Fio R1 1kW R1 1kW R2 2kW R2 2kW R3 2kW R3 2kW L1 L2 10V10V 5V 5V5V 5V 0V 0V +10V A B A B C C D D +10V figura 12 figura 13a figura 13b 13ELETRÔNICA INDUTORES-REATÂNCIA INDUTIVA/CAPACITIVA-TRANSFORMADORES-FILTROS-SEMICONDUTORES-DIODOS-ZENERS-TRANSISTORES-AMPLIFICADORES DE SINAL-AMPLIFICADORES A,B,C APOSTILA DE ELETROELETRÔNICA MÓDULO - 2 indutor L1 com um curto e o capacitor C1 como circulando corrente por ele haverá a mesma tensão circuito aberto. Assim definiremos as tensões das do outro lado ou seja zero volt. malhas. Na figura 15a, temos um circuito um pouco mais complexo formado por vários resistores além de indutores e capacitores. Podemos definir logo de partida a tensão no ponto “E1” pois considerando que ele um é um curto, toda a tensão da fonte será aplicada sobre o resistor R6. Na figura 15b, podemos ver que os capacitores C1 e Na figura 14b, podemos ver o circuito equivalente da figura 14a, é onde temos o resistor R1 em série com um resistor R2; o resistor R3 ficará em aberto. Como o valor do resistor R1 é de 4k e de R2 é de 2k, teremos uma tensão no ponto A de 4 volts, o mesmo correndo para o ponto B (porque o indutor é considerado um curto). Já a tensão no ponto “C”, será de zero volt pois a tensão do lado inferior de R3 C2 foram considerados circuitos interrompidos ou é de zero volt e considerando que não está abertos permitindo assim melhor visualização dos resistores colocados na malha. Vamos considerar também L2 como sendo um curto; assim teremos R1 em paralelo com R2 e esses em série com R3; completando o caminho a massa teremos R4 em paralelo com R5. Com R1 em paralelo com R2, resultará em uma resistência de 5k e R4 em paralelo com R5 resultará em uma resistência de 4k. Teremos 3 resistores em série sendo os valores de 5k, 1k e 4k. Assim fica fácil definir a tensão para o ponto A com 10 volts, a mesma tensão para o ponto B (devido ao curto do indutor L2) e para o ponto D uma tensão de 8 volts. R1 4kW R2 2kW R3 1kW L1 C1 4V 0V 4V A B C +12V R1 4kW R2 2kW R3 1kW 4V 0V 4V B A C +12V R6 10kW R5 8kW 10V 10V 8V 20V 10V A B D E C +20V R1 10kW R2 10kW L1 L2 C1 C2 L3 R3 1kW R4 8kW R6 10kW R5 8kW 10V 10V 8V 20V 10V A B D E C +20V R1 10kW R2 10kW L1 L2 L3 R3 1kW R4 8kW C1 C2 DIMENSIONAMENTOS DE CIRCUITOS Nos circuitos da figura 16 e 17, faça o dimensionamento dos circuitos colocando as tensões nos diversos pontos: 18V A B D G E F I K L M NJ H C 4 1 2 3 9 14 2kW 1kW 1kW 2kW 18kW 18kW C1 2,2nF C2 1nF C4 1nF C3 1Fm L1 L2 L3 5 6 8 7,5kW 45kW 2,5kW 7 6kW 12 11 10 1W12kW3kW 13 6kW figura 16a figura 16b figura 16c figura 14a figura 14b figura 15a figura 15b 14 ELETRÔNICAINDUTORES-REATÂNCIA INDUTIVA/CAPACITIVA-TRANSFORMADORES-FILTROS-SEMICONDUTORES-DIODOS-ZENERS-TRANSISTORES-AMPLIFICADORES DE SINAL-AMPLIFICADORES A,B,C APOSTILA DE ELETROELETRÔNICA MÓDULO - 2 Respostas dos dimensionamentos estará em paralelo com R10, R11, R13 e R12. Podemos ver que o valor de R12 é apenas de 1 Na figura 16a, temos quatro resistores que estão ohm, significando que do lado direito dele teremos a praticamente em série. Vamos considerar L1 como mesma tensão do terra, ou seja, zero volt. Teremos um curto e o capacitor C1 com um circuito aberto; portanto metade do resistor R11 (6k) em paralelo assim teremos o resistor R1 em série com resistor com o resistor R13, também de 6k resultando disso R2 e estes e em série com resistor R3; a malha em uma equivalência de 3k. Esse acabou ficando resistiva que vem do potencial positivo acaba em série com metade do resistor R11 (lado direito) e encontrando o cursor do resistor R4 que fecha à também R10. massa a partir da metade deste. Ficaremos então com o circuito equivalente série de Ficamos assim com um resistor de 1k em série com R9 com a associação resistiva de baixo, resultando um outro resistor de 1k; em seguida um resistor de em 7,2k. Fica definida uma tensão de 5,14 volts 2k e finalmente um resistor de 1k (metade da para o ponto “M”. Considerando agora que temos resistência do potenciômetro). 5,14 volts aplicado sobre um resistor de 9k e 3k, Ficamos então com uma tensão de 14,4 volts no teremos uma tensão de 1,3 volt para o ponto “K”. ponto A; 14,4 volts do ponto B (curto do indutor); podemos definir também a tensão para o ponto N, 10,8 volts no ponto D e finalmente 3,6 volts do ponto que ficará como 3,86 volts. H. Há ainda uma medida de tensão no ponto C que deverá ser a mesma do ponto mais próximo de ALERTAMOS AOS ALUNOS, QUE OS tensão do potenciômetro que é o ponto H, com 3,6 EXERCÍCIOS PROPOSTOS ACIMA JÁ FAZEM volts. PARTE DO MÓDULO 1 DE ELETRÔNICA, Na figura 16b, podemos ver que temos dois DEVENDO ESSES SEREM FEITOS COM CERTA indutores em série (L2 e L3) que serão FACILIDADE. CASO O ALUNO ENCONTRE considerados como curtos. Assim, teremos o DIFICULDADES NA RESOLUÇÃO DESTAS potencial de 18 volts aplicados no lado direito do MALHAS DEVERÁ VOLTAR A ESTUDAR TODA resistor R7, ficando esse em paralelo com R5 e MATÉRIA EXPOSTA NO MÓDULO 1 DESTE parte de R6. A metade de baixo de R6, acabará CURSO DE ELETRÔNICA. ficando em série com o resistor R8, visto que o capacitor C2 pode ser considerado um circuito O circuito da figura 17a é bem simples, onde temos aberto. Fazendo os cálculos para o circuito, o resistor R1 em paralelo com o resistor R3 e em teremos no ponto “I” 18 volts o mesmo acontecendo parte do resistor R4. Podemos dizer que o valor da para o ponto “H”. Para saber as tensões dos outros metade do resistor R4, será 12k que somado ao pontos deveremos fazer o circuito equivalente de resistor R3 resultará em uma equivalência de 24k. toda a malha, onde teremos dois resistores Esse valor está em paralelo com o resistor R1, cujo equivalentes em série sendo 7,5k no lado de cima e valor é 12k, resultando em uma resistência 22,5k do lado de baixo; isto acabará gerando uma equivalente de 8k. tensão de 15 volts para o ponto F e 17,25 volts para Essa equivalência estará em série com a parte de o ponto “E”; 1,5 volt para o ponto G. baixo do resistor R4 (12k), e também em série com No dimensionamento da figura 16c, devemos o resistor R5 de 12k. Calculando a malha teremos desconsiderar os capacitores C3 e C4, ou seja, uma tensão de 27 volts para o ponto O, e 31,5 volts serão encarados como circuitos abertos. Assim para o ponto R. Já para o ponto “S” teremos uma teremos R9 em série com os demais, onde R14 tensão de 13,5 volts. 36V O P S R W T U Y Z B1 A1 C1 X V C1 10nF L131 12 13 14 6 10 42 7 5 8 12kW12kW 24kW10kW 12kW 180kW 180kW 180kW 500W 60W 3kW 1,5kW C2 2,2nF C3 4,7nF 15 90kW 9 1,5kW L2 11 90kW figura 17a figura 17b figura 17c 15ELETRÔNICA INDUTORES-REATÂNCIA INDUTIVA/CAPACITIVA-TRANSFORMADORES-FILTROS-SEMICONDUTORES-DIODOS-ZENERS-TRANSISTORES-AMPLIFICADORES DE SINAL-AMPLIFICADORES A,B,C APOSTILA DE ELETROELETRÔNICA MÓDULO - 2 No circuito da figura 17b teremos o indutor “L1” em paralelo com o resistor R6, ou seja, a tensão da fonte que é de 36 Volts será transferida para o lado de baixo do resistor R6. Assim, o lado de cima do resistor R7 (1,5k) está em série com a malha formada pelo resistor R9, sendo este em paralelo com parte de baixo do resistor R7, que por sua vez está em série com o resistor R8. Devemos desconsiderar o capacitor C2 (circuitos abertos). Assim, ficamos com dois resistores de 1,5k em série ANÁLISE DE DEFEITOS EM CIRCUITOS COM e esses em paralelo com outro resistor de 1,5k. Fica INDUTORESentão definida a tensão para o ponto “U” e também para o ponto “V” em 14,4 volts. Já para o ponto “W” A análise de defeitos envolvendo indutores é teremos uma tensão de 7,2 volts. relativamente simples, pois o indutor, por ser um No circuito da figura 17c, devemos desconsiderar o curto em corrente contínua, apresentará somente o capacitor C3 (circuito aberto). Como o indutor L2, defeito de não ser mais um curto, ou seja, que está ligado ao capacitor C3 deve ser interromper-se,deixando os componentes considerado um curto, já poderemos afirmar que a associados ao mesmo, livre de sua atuação.tensão no ponto “Z” será a mesma do ponto “C1”. Vemos que o lado superior de R12 está em série com uma malha paralela formada pelo próprio R12 (lado de baixo) e lado de cima de R13; esses em paralelo com R11 e R15. A malha paralela de cima está em série com lado debaixo de R13 completando o caminho à massa via R14. Assim, será formado um circuito série com metade do valor de R12 que é de 90k. Ele está em série com vários resistores todos de 90k resultando em uma equivalência de 90k e finalmente completando o circuito série com o lado de baixo de R13 somado A figura 18, ilustra bem o comentado. Notem que L1, ao R14, resultando numa resistência de 270k. Fica deveria ser um curto, deixando o ponto “A” preso ao assim definida a tensão nos cursores dos terra (0 volt), mas no ponto “A” temos 10V, indicando potenciômetros, ou seja, no cursor de R12 há uma que L1 está interrompido. Na figura 19, temos exemplo semelhante mudando somente a posição do indutor para com o resistor. Neste caso, o indutor interrompido (L1) provocou uma tensão de 0V no ponto “A”, onde deveríamos ter 10V. tensão de 28,8 volts e no cursor de R13, uma tensão de 21,6 volts. A partir dessas tensões, já podemos definir a tensão do ponto A1 que será de 25,2 volts, sendo a mesma tensão para o ponto Z e também EXEMPLO 1: para o ponto C1. Também podemos definir a tensão Na figura 20a, temos uma malha composta de do ponto B1 que será de 14,4 volts. A seguir, temos a figura 16, já com as tensões corretas nos devidos pontos, para que o aluno possa corrigir o dimensionamento, caso as tensões que o aluno encontrou não sejam as mesmas, ele deverá refazer os cálculos, caso ele não encontre seu erro, pedir ajuda via site pelos exercícios dos blocos ou na sala de aula para o professor. A seguir, temos também a figura 17, com suas tensões corretas, para que o aluno possa corrigir mais este exercício: 18V A B D G E F I K L M NJ H C 4 1 2 3 9 14 2kW 1kW 1kW 2kW 18kW 18kW C1 2,2nF C2 1nF C4 1nF C3 1Fm L1 L2 L3 5 6 8 7,5kW 45kW 2,5kW 7 6kW 12 11 10 1W12kW3kW 13 6kW 14,4 14,4 10,8 3,6 3,6 18 18 15 17,2 1,5 5,141,3 3,86 0 36V O P S R W T U Y Z B1 A1 C1 X V C1 10nF L131 12 13 14 6 10 42 7 5 8 12kW12kW 24kW10kW 12kW 180kW 180kW 180kW 500W 60W 3kW 1,5kW C2 2,2nF C3 4,7nF 15 90kW 9 1,5kW L2 11 90kW 27 31,5 13,5 27 14,4 14,4 7,2 36 25,2 25,2 25,2 25,2 25,2 14,4 figura 16 figura 17 R1 4kW 10V L1 A +10V R1 4kW 0V L1 A+10V 6,6V 6,6V 6,6V 6,6V 0V A B C +10V R1 1kW R1 1kW L1 L1 L2 L2 ABERTA R2 2kW R2 2kW R3 2kW R3 2kW figura 18 figura 19 figura 20a figura 20b 16 ELETRÔNICAINDUTORES-REATÂNCIA INDUTIVA/CAPACITIVA-TRANSFORMADORES-FILTROS-SEMICONDUTORES-DIODOS-ZENERS-TRANSISTORES-AMPLIFICADORES DE SINAL-AMPLIFICADORES A,B,C APOSTILA DE ELETROELETRÔNICA MÓDULO - 2 indutores e resistores. Como estamos trabalhando com corrente contínua, os indutores são desprezados. Ficamos, portanto, com 6V no ponto B para a condição normal. Mas esta não é a tensão apresentado na figura 20a ponto B, ou seja, temos 6,6V neste ponto, indicando um defeito em algum dos componentes abaixo deste ponto. Existe a possibilidade de R2 ou R3 estar aberto, mas a queda de tensão de 6,6V no indutor L2, deixa claro que o mesmo está interrompido (figura 20b), produzindo o mesmo efeito de R2 ou R3 abrir. EXEMPLO 5: O circuito da figura 24 tem L2 (bobina ou indutor) EXEMPLO 2: aberta. Com isso, a ligação entre os resistores de A figura 21, mostra uma malha defeituosa contendo cima e abaixo deste indutor é desfeita, gerando no capacitores, indutores e resistores. O componente ponto A 20V e nos pontos B, C e D = 0V. O ponto E defeituoso, como está indicado na figura é R1 indica a tensão entre o indutor L1 e o resistor R6 que aberto. O resistor R1 retêm toda a tensão da fonte estão ligado separadamente dos demais sobre si (20volts) e com isso, deixa os pontos A, B e componentes, pois C1 e C2 são chaves abertas. C “zerados”. Neste ponto temos 20V que estão absolutamente corretos. EXEMPLO 3: Na figura 22, o componente defeituoso é L1 aberto. Como o caminho da corrente passa por este indutor, EXEMPLO 6: com esse interrompido, não teremos mais corrente A figura 25 apresenta C1 em curto, aplicando os na malha, deixando o ponto A com 20V e o ponto B 20V do ponto E no ponto A sobre L2 que levará esta com 0V. Notem que ao lado temos C1 e R3, mas C1 tensão até L3 e o resistor R3. O resistor R3, dividirá em tensão ou corrente contínua é uma chave os 20V do ponto B com R4 e R5, onde resulta em aberta, não influenciando nestas tensões. 16V no ponto D. Notem, que o capacitor C1 em curto colocou L1 em paralelo com R1 e R2, resultando em uma resistência equivalente de 0W. EXEMPLO 4: O componente defeituoso da figura 23 é C1 em curto que fará com que R3 fique em paralelo com R2, resultando em uma resistência equivalente de EXEMPLO 7:666,6W que consequentemente gerará 2,8V em Na figura 26 o resistor R5 se encontra alterado, todos os pontos, pois todos são comuns ou iguais elevando a resistência equivalente com R4. devido o curto de C1. Consequentemente teremos uma maior queda de 0V 0V 0V A R1 ABERTO B C +20V R1 4kW L2 C1 R2 2kW R3 1kW 20V 0V 0V A L1 ABERTA B C +20V R1 4kW L2 C1 R2 2kW R3 1kW 2,8V 2,8V 2,8V A C1 EM CURTO B C +20V R1 4kW L2 C1 R2 2kW R3 1kW L2 ABERTA R6 10kW R5 8kW 20V 0V 0V 20V 0V A B D E C +20V R1 10kW R2 10kW L1 L2 C1 C2 L3 R3 1kW R4 8kW C1 EM CURTO R6 10kW R5 8kW 20V 20V 16V 20V 20V A B D E C +20V R1 10kW R2 10kW L1 L2 C1 C2 L3 R3 1kW R4 8kW figura 21 figura 22 figura 23 figura 24 figura 25 17ELETRÔNICA INDUTORES-REATÂNCIA INDUTIVA/CAPACITIVA-TRANSFORMADORES-FILTROS-SEMICONDUTORES-DIODOS-ZENERS-TRANSISTORES-AMPLIFICADORES DE SINAL-AMPLIFICADORES A,B,C APOSTILA DE ELETROELETRÔNICA MÓDULO - 2 tensão sobre os resistores R4 e R5 e uma menor queda nos demais componentes. A tensão de 20V logo após L1, significa que o mesmo é um curto, logo, a tensão da fonte aparecerá no ponto E, produzindo corrente circulante por R6 que está ligado a massa. Assim, a malha de cálculo será formada por R1 em paralelo com R2 e estes em série com R3, para então encontrar outra malha paralela, formada por R4 e R5, ambos ligados a massa. 18V A B D C R F G I J M L K H E 9V 9V 4,5V 13,5V 3V 15V 6V 9V 9V 6V 12V 9V 9V 6V C1 10nF L131 12 14 15 6 10 42 7 5 8 12kW12kW 24kW10kW 12kW 180kW 180kW 180kW 500W 60W 3kW 1,5kW C2 2,2nF C3 4,7nF 13 90kW 9 1,5kW L2 11 90kW 18V N O P U S T V X Y Z A1W R Q 13,5V 13,5V 9V 1V 16V 10V 18V 0V 0V 4,5V 3V18V 4,5V 4,5V 19 16 17 18 28 29 2kW 1kW 1kW 2kW 18kW 18kW C4 2,2nF C5 1nF C7 1nF C6 1Fm L3 L4 L5 20 21 23 7,5kW 45kW 2,5kW 22 6kW 24 25 27 1W12kW3kW 26 6kW R5 ALTERADO R6 10kW R5 8kW 12,9V 12,9V 11,5V 20V 12,9V A B D E C +20V R1 10kW R2 10kW L1 L2 C1 C2 L3 R3 1kW R4 8kW Nas figuras 27 e 28, temos 6 malhas independentes ligadas numa tensão de 18V. Cada malha apresenta um componente defeituoso; encontre este componente, baseando-se nas tensões dos círculos. FIGURA 27-1: O circuito mostra um misto de resistores, concluir que R1 está aberto. potenciômetro e capacitor. Temos dois resistores no lado de cima do circuito (R1 e R3) indicando uma ligação ao FIGURA 27-2: No segundo circuito, vemos que o indutor positivo e a ligação à massa sendo feita pelo lado de L1, deveria colocar 18V no lado de cima do baixo de P4 e R5. Como o potenciômetro possui 12k em potenciômetro P7, mas encontramos a tensão de 15V. sua metade de cima e de baixo, teremos 4 resistores de Isto já mostra que o indutor L1 está aberto, permitindo 12k em série e R1 emparalelo com os dois. Mas, vemos uma queda de tensão em R6. Calculando a malha para que a tensão nos resistores R3, lado de cima de P4, lado baixo, vemos que o cursor de P7, está ligado a R9 (1,5k) e de baixo de P4, e R5, tem valores iguais e suas quedas também ao capacitor C2 que será considerado um de tensões estão proporcionais. Assim, já podemos circuito aberto. R9 ficará em paralelo com o lado de baixo figura 26 figura 27 figura 28 18 ELETRÔNICAINDUTORES-REATÂNCIA INDUTIVA/CAPACITIVA-TRANSFORMADORES-FILTROS-SEMICONDUTORES-DIODOS-ZENERS-TRANSISTORES-AMPLIFICADORES DE SINAL-AMPLIFICADORES A,B,C APOSTILA DE ELETROELETRÔNICA MÓDULO - 2 de P7 (1,5k) somado ao R8 (1,5k). Temos então 3k, que está maior do que deveria ser, indicando que algum em paralelo com R9 (1,5k) resultará em 1k de resistor na malha alterou. equivalência geral (cursor do potenciômetro para baixo). Como a proporção das quedas de tensões estão Assim, podemos concluir que a partir daqui todas as equilibradas entre o R20 e o lado de cima de P21, já tensões estão proporcionais. podemos afirmar que o resistor R22 de 6k está alterado. FIGURA 28-3: Este é um dos melhores circuitos para FIGURA 27-3: Neste circuito, devemos desconsiderar o análise. Vamos começar por definir que R28 (18k) estará potenciômetro P10, pois não haverá corrente circulante em série com os demais componentes. Podemos ver por ele, logo não atuando nas tensões da malha. O também que R29 estará em paralelo como os outros circuito é formado pelo lado de cima de P12 (90k), e pelo resistores. lado de baixo de P12 (90k) e lado de cima de P14 (90k); Vamos considerar que C6 e C7 são circuitos abertos. estes dois ficam em paralelo com R11 (90k) e R13 (90k), Assim, ficamos com a malha mostrada abaixo: resultando em um paralelo equivalente geral de 90k Pela figura, vemos que há o R24, cujo valor é muito baixo, (potenciômetros e resistores). Finalmente chegamos ao comparado aos outros resistores. Isto significa que o massa via R15. potencial de zero volt será levado para o lado de baixo de Teríamos portanto uma resistência inicial ao positivo de P25 (12k). 90k em série com o paralelo de 90k e finalmente 180k ligando a massa. Mas, pelas tensões medidas, o que vemos é P12, P14 e R15, dividindo as tensões proporcionalmente (180k, 180k e 180k). Assim, fica claro que R11 está aberto, interrompendo o paralelo que haveria entre os potenciômetros e os resistores R11 e R13. FIGURA 28-1: No circuito, vamos considerar um curto o indutor L3 e um circuito aberto o capacitor C4. Assim, teremos R16 (1k) em série com R17 (1k), em série com R18 (2k) e finalmente P19 (1k lado de baixo). deveríamos ter a tensão da fonte (18V) dividida por 5, que resultaria em 3,6V. Mas o que vemos é uma queda proporcional de 4,5V sobre todos os resistores, indicando que todos possuem o mesmo valor. Assim, ou os 3 resistores de 1k alteraram para 2k, ou o resistor R18 de 2k, alterou para Mas a tensão que mais chama atenção é a de zero volt no menos 1k, o que seria muito difícil. Como temos o ponto X, onde deveria haver uma tensão em torno de capacitor C4 em paralelo com ele, já podemos afirmar 1,5V, ou um pouco menos.que está com uma fuga interna de 2k. Para que esta tensão seja possível, o cursor de P25 deveria estar aberto, mas isso faria com que seu valor FIGURA 28-2: Neste circuito, como temos dois indutores (12k) estivesse em série com R27 (3k), causando uma (L4 e L5) ligados ao +18V, devem levar este potencial até maior queda neste. Vemos que a queda no lado de cima o lado direito de R22. Assim, teremos um paralelo do potenciômetro foi de 3V em 6k, o dobro do que está formado por R22 (6k), com R20 (7,5k) e lado de cima de caindo sobre R27 que é de 3k. Podemos concluir disto, P21 (22,5k), resultando em uma equivalência de 5k. que aparentemente o cursor está na massa. Para que Após, passamos pelo lado de baixo de P21 (22,5k), isto aconteça, somente há uma probabilidade: C7 em chegando à massa finalmente via R23 de 2,5k. Vemos curto.então que a queda de tensão na malha paralela calculada 4,5V 3V 0V Z A1 X +18V R28 18kW C1 P25 R24 R27 12k 1 3k W W W R29 18kW R26 6kW C6 C7 http://pt.wikipedia.org/wiki/Campo_magn%C3%A9tico http://pt.wikipedia.org/wiki/Indutor http://izzychili.com.br/ferramentas/reatancia_indutor.trv?i=1&h=100&f=60 http://ciencia.hsw.uol.com.br/indutores1.htm Pesquisas na internet sobre o tema campo magnético e indutores: Atenção: após a leitura e/ou estudo detalhado desta aula, parta para a feitura dos blocos de exercícios M2-01 à M2-04. Não prossiga para a aula seguinte sem ter certeza que seu resultado nos blocos é acima de 85%. Lembre-se que o verdadeiro aprendizado, com retenção das informações desta aula, somente será alcançado com todos os exercícios muito bem feitos. Portanto, tenha paciência pois será no dia-a-dia da feitura dos blocos alcançará um excelente nível em eletrônica. 19ELETRÔNICA INDUTORES-REATÂNCIA INDUTIVA/CAPACITIVA-TRANSFORMADORES-FILTROS-SEMICONDUTORES-DIODOS-ZENERS-TRANSISTORES-AMPLIFICADORES DE SINAL-AMPLIFICADORES A,B,C APOSTILA DE ELETROELETRÔNICA MÓDULO - 2 AULA 2 INDUTOR E CAPACITOR EM CORRENTE ALTERNADA Associação de indutores em série e paralelo Capacitores em corrente alternada A corrente no capacitor - reatância capacitiva INDUTOR EM CORRENTE ALTERNADA calcularmos o valor da reatância que irá se opor a passagem de corrente: Até agora estudamos o indutor em circuitos de corrente contínua, onde pudemos concluir, que XL = 2 f L = 2 x 3,1416 x 100 x 0,01 = 6,3tendo correntes circulantes constantes sem nenhuma variação, a reatância indutiva das Portanto, o valor da reatância indutiva da bobina L1 bobinas (indutores) era igual a zero, fazendo com (10mH) num circuito de corrente alternada de que estas bobinas se comportem como um “curto” 100Hz, será de 6,3W. Vamos agora calcular a (resistência igual a zero), não gerando quedas de corrente “média”, ou seja eficaz (Irms) do circuito. tensões sobre essas. Devemos primeiramente lembrar que os indutores, Agora vamos estudar o que ocorre em circuitos bem como os capacitores, não são componentes elétricos com indutores, que estejam submetidos a lineares; isso quer dizer que a tensão, a corrente e correntes alternadas ou que variam no tempo. suas resistências (ou reatância) não são Voltando à fórmula de reatância indutiva (XL) da proporcionais entre si (nem inversamente página 5, teremos: proporcionais), portanto a lei de Ohm não pode ser XL = 2¶fL , portanto a reatância XL dependerá da aplicada a estes componentes. Contudo, em frequência da corrente do circuito. Como agora a circuitos “exclusivamente” compostos por tensão é alternada, isso implica que a reatância indutores, sem capacitores e sem resistores, existe será diferente de zero e a nossa bobina começará a uma lei básica, derivada da lei de Ohm que pode ser se opor à corrente elétrica como se fosse um aplicada a estes circuitos e somente neste caso, resistor. trocando a resistência elétrica (R) pela reatância Se a nossa tensão alternada for de baixa frequência indutiva (XL), ficando com a seguinte relação:(60 Hz por exemplo), a bobina funcionará como um resistor de baixo valor (de 1 a 100W, dependendo do valor da indutância L). Agora para as médias Vrms = XL x Irms e Irms = Vrms / XL frequências (1kHz por exemplo), a bobina funcionará como um resistor de médio valor (de 1kW Voltamos a lembrar que essa relação vale somente a 10kW , dependendo da indutância) e para tensões para circuitos formado apenas por indutores. Isso alternadas de alta frequência (1MHz, por exemplo) significa que se nosso indutor (bobina) tiver uma a resistência equivalente será também muito alta. resistência elétrica muito grande (devido ao Na figura 1a, temos um circuito com uma tensão material de que ela é construída), ou mesmo se seu alternada de 10Vrms e uma frequência de 100Hz, capacitor “parasita” (devido as espiras paralelas) for onde está ligada apenas uma bobinade 10mH (mili- de valor expressivo, essa fórmula não poderá ser henry). Como a frequência é baixa podemos aplicada. concluir que a bobina deverá se comportar como Depois de todas estas considerações, podemos um resistor de baixo valor; para comprovarmos finalmente calcular a corrente eficaz do circuito da isso, vamos pegar a fórmula da reatância indutiva e figura 1: Irms = Vrms / XL = 10V / 6,3W = 1,6 A Pronto, já temos agora a corrente eficaz (Irms) do circuito da figura 1, que é formado por um gerador de tensão senoidal de 10Vrms e 100Hz de frequência, que está ligado a uma bobina de 10mH, gerará uma corrente alternada de 1,6 A, devido a reatância indutiva dessa bobina valer 6,3W para essa frequência (100Hz). Vamos fazer um segundo exemplo com um circuito similar ao da figura 1, mas alterando a frequência do gerador e a indutância da bobina: ¶ W L1 10mH GERADOR 10Vrms 100Hz GERADOR 10Vrms 100Hz XL 6,3W figura 1a figura 1b 20 ELETRÔNICAINDUTORES-REATÂNCIA INDUTIVA/CAPACITIVA-TRANSFORMADORES-FILTROS-SEMICONDUTORES-DIODOS-ZENERS-TRANSISTORES-AMPLIFICADORES DE SINAL-AMPLIFICADORES A,B,C APOSTILA DE ELETROELETRÔNICA MÓDULO - 2 Neste segundo circuito (figura2), temos do lado ainda análise de circuitos RLC. esquerdo, figura 2a, praticamente o mesmo circuito da figura 1a, então podemos substituir a bobina L1 ASSOCIAÇÃO DE INDUTORES por sua reatância indutiva XL, que neste caso poderá ser calculada como: Em certos circuitos, podemos nos deparar com dois ou mais indutores ligados juntos, formando um único indutor (indutor equivalente), para podermos XL = 2 p f L = 2 x 3,14 x 1000000 x 0,00022 então: analisar circuitos assim devemos calcular os valores desses indutores “equivalentes” em XL = 1380W ou XL = 1,4kW associações de vários indutores. Na apostila de Módulo 1, pudemos estudar a Já na figura 2b temos o circuito da figura 2a, associação de resistores e também de capacitores.substituindo a bobina L1 pela sua reatância XL, Nas associações de resistores em série o resistor neste caso também podemos aplicar a fórmula da equivalente sempre será igual a soma algébrica “nova lei de Ohm” para circuitos indutivos, simples de todos os valores de sua resistências. Na considerando que a resistência elétrica da bobina associação de resistores em paralelo foi L1 seja aproximadamente zero, onde teremos: demonstrado um método simples de cálculo envolvendo dois resistores de cada vez, calculando Irms = Vrms / XL = 10 / 1.400 = 7,1mA o resistor equivalente a dois resistores em paralelo e depois recalculando o próximo resistor paralelo, Portanto, a bobina L1 produzirá uma corrente eficaz até chegarmos a um único resistor equivalente a de 7,1 mA, quando ligada a um gerador de tensão essa malha paralela, levando sempre em alternada de 10Vrms com 1MHz de frequência. consideração a proporção entre os resistores. Vimos também que nas malhas de resistores paralelos de mesmo valor de resistência, o resistor equivalente total dessa malha seria o valor de um resistor dividido pelo números de resistores dessa malha. Na associação de capacitores em paralelo vimos que o cálculo do capacitor equivalente seria o mesmo para associação de resistores em série, fazendo apenas a soma simples dos valores das capacitância dos capacitores. Também na associação de capacitores em série pudemos fazer a mesma comparação com a associação de CONCLUSÃO resistores em paralelo, aplicando os mesmos cálculos de resistores equivalentes para Os indutores (bobinas), em circuitos de corrente capacitores equivalentes, à partir de dois alternada, farão oposição às variações de corrente capacitores, até chegarmos a um capacitor do circuito de acordo com suas reatâncias equivalente para toda a malha série. Pudemos ver indutivas, cujos valores dependerão da indutância também uma fórmula para calcular diretamente o dessas bobinas, e principalmente das frequências capacitor equivalente de uma malha série, sem das correntes que circularão pelas bobinas. precisar calcular de 2 em 2. Essa mesma fórmula Para correntes alternadas ou variáveis de baixa serve para calcular o resistor equivalente em uma frequência, a reatância indutiva das bobinas será malha paralela formada por vários resistores de equivalente a resistores de baixo valor, quase não valores diferentes. se opondo à passagem das correntes do circuito Nas associações de indutores, fica claro que os (conforme exemplo da figura 1). métodos de cálculo para achar o indutor Já para correntes alternadas ou variáveis de alta equivalente serão os mesmos aplicados para frequência, a reatância indutiva das bobinas será resistores e capacitores, como mostraremos a equivalente a resistores de alto valor, fazendo seguir: grande oposição a passagem das correntes elétricas, como pudemos observar no exemplo da ASSOCIAÇÃO EM SÉRIE figura 2. Caso o aluno queira saber mais detalhes sobre Na associação em série, teremos vários indutores circuitos de corrente alternada com indutores e ligados um depois do outro, como mostra a figura 3, capacitores e ou resistores, ele poderá fazer uma formando um único indutor equivalente. pesquisa em bibliotecas, ou então procurar na A associação em série de indutores levará a um internet informações sobre circuitos indutivos em valor final de indutância maior que o maior valor do correntes alternadas, atraso de sinais e correntes, e indutor associado. Isto porque na associação série, . L1 220 Hm GERADOR 10Vrms 1MHz GERADOR 10Vrms 1MHz XL 1,4kW figura 2a figura 2b 21ELETRÔNICA INDUTORES-REATÂNCIA INDUTIVA/CAPACITIVA-TRANSFORMADORES-FILTROS-SEMICONDUTORES-DIODOS-ZENERS-TRANSISTORES-AMPLIFICADORES DE SINAL-AMPLIFICADORES A,B,C APOSTILA DE ELETROELETRÔNICA MÓDULO - 2 as indutâncias dos indutores associados irão se Apesar desta fórmula apresentada na figura 5 somar. fornecer meios para o cálculo de indutores em Para que possamos calcularmos este valor, basta paralelo (já apresentada no módulo1 para cálculos somar os valores dos indutores associados e de capacitores em série), lembramos que o meio chegaremos ao resultado final. Uma analogia pode mais rápido e prático de se calcular indutores ser feita com o cálculo de resistência equivalente de equivalente é o método utilizado para cálculo de resistores ligados em série. Um exemplo disso pode resistores em paralelo. ser visto na figura 3. Para exemplificar melhor, vamos pegar um exemplo de 3 “bobinas” em paralelo, como na figura 6: Na figura 6, podemos ver 3 indutores (L1,L2 e L3) ligados em paralelo entre os pontos “A” e “B”; Para fixar o método vamos pegar um exemplo de 3 indutores em série, como mostra a figura 4. poderíamos utilizar a fórmula indicada na figura 5, mas para melhor compreensão da aplicação do mesmo cálculo utilizado com resistores, vamos aplicar o método de associação de resistores paralelos. Em associação de indutores em paralelo utilizamos o mesmo cálculo de resistores paralelos. Voltando então a figura 6, vamos utilizar o método de resistores paralelos. Primeiro, achamos o Nesta figura (4) podemos ver L1, L2 e L3 em série indutor equivalente a 2 indutores (L1 e L2). Como L1 entre os pontos “A” e “B”. Este método de cálculo e L2 são iguais o indutor equivalente terá a metade para encontrar o indutor equivalente na malha série do valor de cada indutor então: L = L1/2 = 5uH.é o mesmo utilizado em resistores série, bastando O próximo passo, será substituir L na malha somar os valores das indutâncias, ficando então paralela, como mostra o circuito do meio da figura 6; com: Leq = L1 + L2 + L3, onde substituindo, como sobraram ainda 2 indutores (L e L3), devemos teremos Leq = 10uH + 22uH + 15uH, resultando Leq calcular novamente o indutor equivalente. O indutor = 47uH. de menor indutância é L (5uH) ficando com 1x, e L3 valerá proporcionalmente 4x, totalizando 5x. Agora ASSOCIAÇÃO EM PARALELO dividindo o indutor de maior (L3) por 5x, chegando ao valor Leq = 4uH.Nesse tipo de associação, devido a corrente Para confirmarse o cálculo pela fórmula da figura 5 circulante pelos indutores estar sendo dividida, estaria correto, vamos refazer os cálculos, só que teremos um resultado de indutância menor que o agora aplicando a fórmula:menor valor do indutor em paralelo. Para que 1/Leq = 1/L1 + 1/L2 + 1/L3, ficando neste caso com possamos calcular este valor, façamos o cálculo da 1/Leq = 1/10 + 1/10 + 1/20 = 1/Leq. Depois de figura 5 ou utilizamos do mesmo cálculo feitos nas reduzida as frações ao mesmo denominador associação paralelas dos resistores, vistos na teremos 1/Leq = 2/20 + 2/20 + 1/20 = 5/20 = 1/Leq. apostila de módulo 1. Agora invertendo as frações: Leq/1 = 20/5 = 4uH = Leq. Como observa-se, os 2 métodos de cálculo de indutores em paralelo são equivalentes e chega-se ao mesmo resultado. Queremos aqui novamente salientar que a fórmula da figura 5, também pode ser aplicada a associação de resistores em paralelo, bastando substituir os indutores da fórmula por resistores: 1/Req = 1/R1 + 1/R2 + 1/R3 + ... + 1/Rn A B A B Leq Leq = L1 + L2 + L3 +...+ Ln B A B A L1=10 Hm L3=15mH L2 22mH Leq 47mH L1 L2 L3 L4 Ln B A Leq B A Leq L1 L2 L3 Ln 1 1 1 1 1 + + + +...= B B A A L2 10 Hm L3 20 Hm L3 20 Hm L1 10 Hm L 5 Hm Leq B A Leq 4 Hm figura 3 figura 4 figura 5 figura 6 22 ELETRÔNICAINDUTORES-REATÂNCIA INDUTIVA/CAPACITIVA-TRANSFORMADORES-FILTROS-SEMICONDUTORES-DIODOS-ZENERS-TRANSISTORES-AMPLIFICADORES DE SINAL-AMPLIFICADORES A,B,C APOSTILA DE ELETROELETRÔNICA MÓDULO - 2 CAPACITOR EM CORRENTE ALTERNADA tensão gerada pelo gerador (Vg) calcular a forma de onda da tensão “acumulada” no capacitor C1. Na apostila de módulo 1, estudamos o capacitor, um Vamos chamar essa tensão no capacitor C1 de Vc. componente elétrico que tem a função de Essa tensão deverá ter a forma de onda similar a armazenar cargas elétricas, mas nosso estudo se forma de onda gerada limitou a capacitores ligados em tensão contínua. Vg, mas sua amplitude Com isso pudemos verificar que um capacitor máxima (+Vp) e sua ligado a uma tensão contínua irá se carregar com amplitude mínima (-Vp) aproximadamente a mesma tensão de alimentação deverão ser menores e depois irá permanecer carregado, como se fosse que as tensões máxima uma bateria, sem permitir que exista corrente e mínima do gerador circulante por ele; podemos então comparar um (+Vmax e -Vmin) . capacitor carregado, com uma chave aberta. Vamos considerar a forma de onda da figura 9 , como sendo a comparação entre a forma de onda do gerador Vg e a forma de onda no capacitor Vc: A forma de onda de cima corresponde à tensão gerada Vg pelo gerador; T1 corresponde ao tempo inicial quando ligamos o gerador e o capacitor ainda está descarregado; T2 corresponde ao tempo no 1° ciclo em que a tensão Vg atinge a tensão máxima (+Vmax); T3 corresponde ao tempo onde no 1° ciclo a tensão Vg vale zero volt e irá mudar para o ciclo negativo invertendo a tensão; T4 é o tempo onde no 1° ciclo a tensão Vg atinge o máximo negativo (- Agora, vamos começar a estudar o comportamento Vmin) e finalmente T5 é o tempo onde a tensão Vg do capacitor quando ligado a uma tensão alternada. volta a valer zero volt encerrando o 1° ciclo e Inicialmente vamos tomar um circuito formado por recomeçando tudo novamente. um gerador de corrente alternada senoidal, onde A forma de onda de baixo na figura 9, corresponde a vamos ligar um resistor R1 em série com um tensão Vc no capacitor C1: em T1 temos o instante capacitor C1, conforme a figura 7: que é ligado o gerador e a tensão Vc ainda é igual a Nesta figura, podemos observar que o capacitor C1 zero volt, pois o capacitor está descarregado; no está em série com o resistor R1 e portanto toda instante T2 apesar de ser o pico de tensão no corrente que irá “carregar” o capacitor C1 gerador (+Vmax) a tensão no capacitor ainda não é obrigatoriamente também irá passar por R1. Vamos máxima, pois para o capacitor se carregar é chamar de Vg, a tensão senoidal gerada por nosso necessário que exista uma corrente I que levará as gerador, sendo a cargas até a placa do capacitor, e essa corrente I forma de onda desta quando passar por R1 irá gerar uma queda de tensão, v ista na tensão Vr sobre R1 então teremos uma tensão figura 8: sobre C1 (Vc) menor que Vg, como podemos ver na Essa tensão gerada figura 10: se caracteriza por ser Como é visto na figura 10, a tensão Vg irá gerar uma uma tensão senoidal corrente I circulante que irá carregar C1 com uma e principalmente por ser uma tensão alternada, ou tensão Vc; essa mesma corrente I irá gerar uma seja numa parte do ciclo ela é positiva, gerando queda de tensão Vr sobre R1, então podemos dizer corrente circulante que vai do gerador até a “massa”, passando primeiramente por R1 e depois carregando C1; na outra metade do ciclo ela é negativa, gerando corrente inversa que tem o sentido da “massa” para o gerador, que irá descarregar o capacitor e passar por R1 e finalmente terminando no gerador. Toda tensão alternada, seja senoidal ou não, irá ter essa característica: uma parte do ciclo será positivo, gerando corrente no sentido do gerador à “massa”, e o restante do ciclo será tensão negativa, gerando corrente no sentido da “massa” para o gerador. Baseado nessas conclusões, podemos a partir da R1 C1 GERADOR DE TENSÃO ALTERNADA + - Vg +Vmax -Vmin 0V + -T1 I I T3 T4 T5 I I I T2 Vg + T1 T2 I IVc +Vp +Vp -Vp -T3 T4 T5 I I I -Vp Ta To TfTb R1 C1 I Vg Vc Vr figura 7 figura 8 figura 9 figura 10 23ELETRÔNICA INDUTORES-REATÂNCIA INDUTIVA/CAPACITIVA-TRANSFORMADORES-FILTROS-SEMICONDUTORES-DIODOS-ZENERS-TRANSISTORES-AMPLIFICADORES DE SINAL-AMPLIFICADORES A,B,C APOSTILA DE ELETROELETRÔNICA MÓDULO - 2 que Vg = Vc + Vr e portanto, no instante T2, quando carregado, devido a queda de tensão Vr, que a Vg for uma tensão máxima, teremos: +Vmax = Vc + corrente I gera sobre R1; com isso, ainda existe Vr; como Vr não é zero volt é correto afirmar que Vc uma diferença de potencial entre Vg e Vc; mas < +Vmax; e então no pico de tensão do gerador a como esta diferença de tensão é pequena e o tensão sobre C1 não será máxima, pois como Vc é capacitor já está quase carregado, a corrente I menor que +Vmax continuará existido corrente no circulante agora é pequena e com isso a queda de circuito; e esta continuará a carregar C1 até o tensão Vr também é pequena; mas o capacitor instante Ta, onde a tensão sobre C1 será a mesma continua a ser carregado e sua tensão Vc continua do gerador. Então Vg = Vc e deixará de existir subindo, apesar da tensão Vg do gerador agora corrente, atingindo assim o pico máximo +Vp de estar diminuindo de amplitude. tensão sobre C1. A partir desse instante a tensão Na figura 13, temos o instante Ta. Neste instante sobre este irá cair pois a tensão do gerador, que ocorre o primeiro momento em que Vg = Vc; como será menor que a tensão sobre C1, invertendo o tínhamos visto na figura anterior a tensão Vg estava sentido de corrente e com isso, começará a começando a cair enquanto Vc continuava a subir, descarregá-lo. Para melhor compreendermos o que ocorre com C1, neste tipo de circuito de corrente alternada, iremos detalhar passo a passo todas essas passagens de carga e descarga do capacitor. Vamos começar com o gerador desligado e o capacitor C1 descarregado, tomaremos como base, as formas de onda da figura 9 com os seus tempos já marcados (T1, T2, Ta, etc.): já que Vg ainda era maior que Vc; então no instante Ta, a tensão Vc “alcançou” a mesma amplitude de Vg, não mais criando uma diferença de potencial e com isso a corrente I deixou de existir; este é o instante que a tensão Vc é máxima e a carga do capacitor também é máxima, essa tensão estamos chamando de +Vp e fica claro que esta tensão é menor que +Vmax, como podemos ver no gráfico da figura 9; onde na parte superior comparamos com o Neste primeiro intervalo de T1 a T2 (figura 11):
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