Capítulo 009

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Componentes eletrônicos em corrente alternada
A corrente alternada se mostra algo mais complexa na hora de lidar com os nossos protagonistas. Vamos estudar em profundidade o comportamento dos componentes denominados "passivos" quando atuam em circuitos alimentados com corrente alternada.
A corrente alternada, tal como se viu anteriormente, é aquela que varia a sua polaridade de forma regular. Não devemos confundir a corrente alternada com a corrente pulsante. Esta última pode responder a uma forma certamente não muito constante mas fica claro que não varia a sua polaridade de forma alternada. O componente mais passivo dos que vimos até agora é, sem lugar a dúvidas, o resistor que, no entanto, não será o componente estrela deste item dado que as variações de polaridade não influem demasiado no comportamento eletrônico do mesmo. Antes de continuar, não podemos falar de efeitos de resistência, indutância e capacidade puros, porém mais bem de efeitos simultâneos.
 Na hora de utilizarmos a corrente alternada temos que começar a considerar seriamente que um indutor não é só uma indutância mas que também possui certa quantidade de resistência ôhmica. Por esta razão, e a partir de agora, quando vejamos uma "L" num circuito devemos pensar que estamos diante de um componente que realmente deve representar-se como "L+R". 
O mesmo critério rege para os capacitores. Cada vez que tenhamos um capacitor a nossa frente devemos acostumar-nos a ver um "C+R".
 Para circuitos de corrente alternada, a resistência que um capacitor oferece à passagem da corrente elétrica é denominada: reatância capacitiva, ao passo que a resistência que oferece um indutor à CA se denomina: reatância indutiva. A sua representação é, respectivamente, Xc e XL. 
Gráfico de corrente alternada
Apesar de que já comentamos anteriormente a semelhança que há entre a forma que adquire a tensão alternada e uma curva de forma senoidal, é hora de explicar o porquê desta forma de representá-la. 
A tensão alternada inverte a sua posição no gráfico, isto é, a sua polaridade real, mudando de sinal de forma periódica (alternada). A senoidal que representa esta tensão pode desenhar-se tomando como referência as posições de um vetor que gira percorrendo uma circunferência. O valor "T" será o do valor instantâneo da tensão. Ao efetuar o percurso completo, isto é, os 360 graus, se produz a diminuição, passagem por zero (valor máximo negativo), aumento e, passando de novo por zero, a chegada ao ponto de partida, onde o valor volta a ser máximo e de valor positivo.
 Se levarmos, graficamente, estes valores ao eixo de tempo (os de graus rodados ) podemos observar a forma senoidal com a que se costuma identificar a corrente alternada. Tanto a forma senoidal como os vetores são muito utilizados quando precisamos entender de uma forma intuitiva o tema de tensões e correntes. 
Conceito de fase
Dizem que um bom exemplo pode mais que a melhor das explicações. Por esta razão vamos explicar o conceito de fase com um exemplo prático. Tanto a representação vetorial como a de sinais alternados nos servirão para explicar os conceitos ligados à corrente alternada.
Na ilustração correspondente podemos ver (A) um resistor (resistência pura) alimentado a partir de uma corrente alternada. No sistema vetorial (C) se mostram os vetores que associamos a uma tensão dada (V) e a uma intensidade existente no circuito (I). O fato de que ambos os vetores se desenhem um sobre o outro serve para indicar-nos que "em um circuito resistivo puro alimentado por uma corrente alternada a tensão e a corrente estão em fase".
O esquema de sinais (B) nos pode dar 
uma idéia mais clara do conceito. Como vemos, ambos os sinais, tensão e intensidade, são de magnitude diferente e de igual frequência e, além disso, evoluem no sentido do tempo de forma sincronizada, isto é, em fase. Tudo isso se pode entender melhor observando que partem do zero e passam pelo zero (se entende valor zero) no mesmo instante e, além disso, alcançam os seus respectivos máximos e mínimos também em idêntico momento.
Na figura podemos ver o exemplo de dois sinais S1 e S2 que também passam por zero de forma simultânea e são de idêntica frequência mas, ao contrário do que acontecia com os anteriores, quando um alcança o seu valor máximo o outro chega ao seu respectivo mínimo, e vice-versa. Deste tipo de sinais se pode dizer que são de diferente magnitude (os seus respectivos máximos diferem), idêntica frequência e não estão em fase, isto é, as dois sinais estão defasados entre si.
A defasagem entre dois sinais se pode medir. A unidade que se utiliza para isso costuma ser o grau.
Na figura podemos ver três sinais cuja fase é diferente. Em (A) os dois sinais estão defasados 90 graus: a posição relativa de um deles com respeito à mesma posição do outro se dá decorridos 90 graus. Em (B) os dois sinais estão defasados 180 graus, um é máximo quando o outro alcança o seu valor mínimo. Por último, na figura (C) vemos dois sinais em fase onde tanto os seus máximos e mínimos como a passagem pelo valor zero sucedem no mesmo instante.
 
Indutância e resistência em corrente alternada
Se ligamos um gerador de corrente alternada a um indutor em série não poderemos estudá-lo de forma coerente se o consideramos como indutância pura.
 
A ilustração nos permite ver como poderia ser o esquema de distribuição dos sinais V e I no caso de que o indutor desenhado se comportara como uma indutância pura. Isto não é tão estrito na prática mas nos serve para afirmar que em todo circuito de caráter indutivo a corrente está atrasada com respeito à tensão. 
No caso comentado, indutância pura, se origina uma defasagem de 90 graus entre a tensão (V) e a intensidade (I). Esta última pode calcular-se com a Lei de Ohm mas substituindo o "R" pelo "XL", isto é, a resistência pela reatância indutiva anteriormente comentada. O valor da reatância indutiva depende tanto da frequência que ataca o indutor como da indutância da mesma. A fórmula será 
I = V/(2PfL) = V/(L Onde:
I = intensidade
V = tensão
f = freqüência (hertz) 
L = indutância (henrys) 
Pi = ( =3,14
Como vemos, se costuma simplificar o produto "2.P. f" por "(". À expressão "(" se ,costuma denominar pulsação. Como, podemos ver pela fórmula, a reatância indutiva aumenta com a frequência. 
Se ,agora consideramos um circuito onde ,tenhamos colocados em série um resistor e um indutor, e aplicamos a base da Lei de Ohm, podemos deduzir que a intensidade que atravessa ambos os componentes será de igual magnitude, tal e como acontecia com os circuitos série de contínua, mas na hora de trabalhar com alternada o cálculo das quedas de tensão em cada componente deverá fazer-se atendendo o caráter do mesmo (tipo resistivo, capacitivo, indutivo, etc.). 
No circuito da figura correspondente se pode ver o resistor e o indutor alimentados pela fonte de corrente alternada. Também podemos apreciar a defasagem existente em quedas de tensão entre um e outro componente. Devido ao fato das tensões nos bornes de cada componente poderem ser calculadas pela Lei de Ohm, aplicando que V=I.R, e a que as intensidades que circulam por indutor e resistor estão defasadas entre si 90 graus, a única forma de calcular a tensão total que alimenta o circuito série é aplicando a representação vetorial que vemos na figura e calculando com a fórmula pitagórica também indicada, o valor de Vca. 
Devido ao fato de que nem todo indutor "real" pode ser considerado puro, é necessário definir um novo parâmetro que englobe a resistência devida ao componente resistivo, valha a redundância, do indutor e o componente de resistência devido à característica indutiva do mesmo. Este novo parâmetro é a impedância. A forma de representar nos circuitos eletrônicos a magnitudedescrita é com a letra "Z". A sua unidade de medida é também o ohm e, como acontece com outras magnitudes submetidas à corrente alternada, o seu cálculo requer que apliquemos de novo a representação vetorial. No esquema correspondente vemos a representação vetorial da impedância (Z) que, como podemos comprovar, se obtém da soma vetorial de R e XL. Também podemos comprovar a fórmula a aplicar para o seu cálculo, a qual é mera aplicação da trigonometria mais clássica.
Outra possibilidade que encontramos nas diferentes combinações de resistores e indutores é a de que ambos estejam ligados em paralelo a uma fonte de tensão alternada. Isto é o que quer representar a figura correspondente. Nela podemos observar que a intensidade que chega ao "nó" de onde partem ambas ramificações se divide em duas intensidades distintas como nos acontecia com circuitos paralelo em CC, mas desta vez a intensidade total que circula por ambas as ramificações não é tão simples de calcular. Para isso teremos que recorrer, de novo, à representação vetorial e à soma trigonométrica. Como podemos ver, a intensidade que circula pela ramificação resistiva pura (IR) está em fase com a tensão, mas a intensidade que percorre o indutor (IL) está, como já indicamos, atrasada com respeito à tensão no suposto partimos da idéia de que o indutor é uma indutância pura, isto é, sem resistência, pelo que o comentado defasagem ou atraso será de 90 graus). 
Capacidade em corrente alterna
Como acontece com os indutores, os capacitores também apresentam especiais características na hora de lidar com a corrente alternada.
 Na primeira ilustração dedicada aos capacitores podemos observar como evolui a intensidade e a tensão alternada ao ficarem-se em contato com a CA. Tal e como acontece com os indutores se origina um defasamento de 90 graus entre tensão e intensidade mas, à diferença do que acontecia com aqueles, neste caso é a corrente (I) a que está adiantada com respeito à tensão (V). No esquema vetorial podemos ver a representação gráfica desta defasagem que, se a capacidade é pura, ou seja, se não oferece resistência alguma, será de 90 graus.
 
Mas a resistência que oferece o capacitor se pode calcular tal e como explicamos no caso dos indutores, isto é, calcularíamos em lugar desta a impedância que oferece o citado capacitor. A fórmula a empregar é idêntica à usada para calcular o "Z" de um circuito indutivo mas utilizando a reatância capacitiva em lugar da indutiva, isto é, substituiremos XL por Xc.
Respeito à forma em que se comportam tensão e intensidade num circuito capacitivo podemos começar estudando o caso de resistor e capacitor ligados em série. As quedas de tensão que teremos nos bornes do capacitor e do resistor estarão defasadas nos conhecidos 90 graus. Para calcular a tensão total deveremos fazer uso de novo do cálculo vetorial. Como vemos, a tensão que cai nos bornes do resistor se encontra em fase com a intensidade e, pelo contrário, a tensão que cai nos extremos do capacitor está defasada 90 graus com respeito à anterior. Podemos comprovar aqui que se cumpre o atraso de V respeito a I. 
Outra forma de ligar e estudar um conjunto de resistor e capacitor é em montagem paralela. Na figura podemos ver a representação gráfica da defasagem que se origina entre intensidades neste circuito. 
A intensidade total It se calculará mediante a soma vetorial da intensidade que circula pelo resistor e a que circula pelo capacitor. Como sabemos a circulação através do capacitor não é tal dado que se recordamos o comportamento dos capacitores em CC estes não fazem mais que serem carregados a um determinado potencial. A mudança constante de sentido da corrente inerente à CA faz que o capacitor desenvolva ciclos de carga e descarga contínuos, o qual em efeito é uma circulação de elétrons.
 Do visto até o momento podemos tirar umas conclusões bastante claras que nos ajudarão posteriormente a "simplificar", por assim dizer, todos os circuitos que combinem elementos R, L e C. Eis aqui as conclusões mencionadas: 
- num resistor ligado a uma fonte de tipo alternado a queda de tensão nos seus extremos estará em fase com a corrente. 
- num indutor ligado a uma fonte de tensão de tipo alternado a queda de tensão nos seus extremos estará 90 graus em defasagem (avanço) com respeito à corrente.
- num capacitor ligado a uma fonte de tensão de tipo alternado a queda de tensão nos seus extremos estará 90 graus em defasagem (atraso) com respeito à corrente. 
Teoria sobre circuitos L-R-C
Os circuitos que combinam elementos resistivos, indutivos e capacitivos (quase todos os circuitos eletrônicos práticos se baseiam nestes componentes principais) se resolvem aplicando combinações das fórmulas anteriormente descritas. Na prática, a Lei de Ohm não pode utilizar-se com precisão em circuitos de corrente alternada. É por isso que devemos fazer uso de representações e cálculos de tipo vetorial como os anteriormente descritos. 
Para calcular, por exemplo, a intensidade num circuito tipo série RLC vamos partir primeiramente do suposto do circuito LC anteriormente explicado. Se colocamos em série um resistor de, por exemplo, 3 ohms com um indutor cuja XL seja de 4 ohms, e alimentamos o circuito a uma tensão de 100 V, só há que aplicar as fórmulas descritas e chegaremos à conclusão: 
Vt² = Vr² + VL² ===> (100)² = (I.3)² + (I.4)² ===>10000= I².25 ===> I² = 10000/25 ===> I = 20A 
Se o caso se repete com um resistor de 3 ohms e um indutor de 4 ohms e um capacitor de 5 ohms aplicamos o cálculo trigonométrico de novo e comprovamos que o avanço do indutor se compensa com o atraso do capacitor e, para realizar o cálculo da intensidade que circula, deveremos somar os vetores devidos à indução e capacidade, os quais são de idêntica direção mas de sentido inverso, isto é, estão em oposição. A tensão reativa será a devida aos componentes de defasagem incluídos. Neste caso esta é 
Xc- X1 = 5-4 = 1 ohm. Como vemos, o circuito resultante será de tipo capacitivo ao prevalecer dito efeito frente ao indutivo. 
A intensidade circulante será então função da R e a X (reatância resultante). Aplicamos fórmulas e temos: 
V² = (I.R)² + (I.X)² ===> (100)² = (I.3)² + (I.1)² ===> (100)² = I².9 ===> I² = 10000/9 I = 33,3A
Adaptado do “curso de eletrônica” da Editora F&G S.A (1995)
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A queda de tensão total num circuito de corrente alternada LR será igual à soma vetorial das quedas em R e em L.
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Estes dois sinais são de igual freqüência mas defasados 180 graus.
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Se alimentamos um indutor à CA observamos que a tensão está adiantada (90 graus) com respeito à corrente.
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Em um circuito RC, alimentado em alternada, se produz um atraso de 90 graus da tensão com respeito à intensidade.
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A tensão total num circuito RC série alimentado em alternada se calcula como aqui vemos.
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Também em circuitos RC paralelo se deve recorrer ao diagramavetorial para achar a intensidade total que circula.
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. A impedância de um circuito (Z) engloba a resistência pura (R) e a resistência devida à bobina (XL).
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Aqui vemos vários exemplos: (A) sinais defasados 90 graus, (B) sinais defasados 180 graus e (C) sinais em fase.
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Os capacitores, os resistores e a corrente alternada se manejam através do conceito de reatância capacitiva (Xc).
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A C.A. e o somatório de resistências e indutâncias se traduz no surgimento da reatância indutiva (XL).
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As correntes num circuito paralelo LR se devem somar de forma vetorial.
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A forma de representar a C.A. através de vetores e senóides é totalmente indicada para o estudo intuitivo.
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No caso de uma resistência em circuito de CA a tensão e a corrente estarão em fase.
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 Os componentes eletrônicos e a corrente alternada.