MULLER, S. Apostila de Práticas em Laboratório de Eletrônica

Prévia do material em texto

Suma´rio
1 Medidas de Seguranc¸a p. 6
1.1 Regras Fundamentais de Segurana . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . p. 6
1.2 Procedimento para a Realizac¸a˜o de Experimentos . . . . . . . . . . . . p. 6
2 Dispositivos Ba´sicos - Resistores p. 8
2.1 Caracter´ısticas Principais dos Resistores . . . . . . . . . . . . . . . . . p. 8
2.2 Classificac¸a˜o dos Resistores Quanto ao Valor . . . . . . . . . . . . . . . p. 9
2.3 Classificac¸a˜o dos Resistores quanto ao Material Construtivo . . . . . . p. 10
2.3.1 Resistores Fixos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . p. 10
2.3.2 Resistores Varia´veis ou Ajusta´veis . . . . . . . . . . . . . . . . . p. 11
2.3.3 Resistores Especiais . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . p. 13
2.4 Leitura de Resistor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . p. 14
2.5 Experimento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . p. 16
3 Dispositivos Ba´sicos - Capacitores p. 17
3.1 Caracter´ısticas Principais . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . p. 18
3.2 Tipos de Capacitores . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . p. 18
3.3 Leitura de Capacitor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . p. 23
3.3.1 Co´digo de Cores . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . p. 23
3.3.2 Co´digo para capacitores ceraˆmicos . . . . . . . . . . . . . . . . . p. 23
3.4 Experimento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . p. 23
4 Dispositivos Ba´sicos - Indutores e Transformadores p. 25
4.1 Caracter´ısticas dos Indutores . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . p. 25
4.2 Tipo de Indutor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . p. 26
4.3 Transformadores . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . p. 27
4.4 Experimento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . p. 28
5 Outros Dispositivos Ba´sicos p. 29
5.1 Pront’Board . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . p. 29
5.1.1 Experimento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . p. 29
5.2 LED . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . p. 30
5.2.1 Aspectos F´ısicos e Simbologia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . p. 30
5.2.2 Experimento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . p. 32
6 Equipamentos Ba´sicos - Mult´ımetro p. 33
6.1 Cuidados a serem tomados em medic¸o˜es com os mult´ımetros . . . . . . p. 34
6.2 Procedimentos de Medic¸a˜o com os Mult´ımetros . . . . . . . . . . . . . p. 34
6.2.1 Medida de tensa˜o . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . p. 34
6.2.2 Medida de corrente . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . p. 35
6.3 Experimentos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . p. 36
6.3.1 Experimento 1 - Medic¸a˜o de resisteˆncia. . . . . . . . . . . . . . p. 36
6.3.2 Experimento 2 - Utilizac¸a˜o do mult´ımetro I . . . . . . . . . . . p. 36
6.3.3 Experimento 3 - Utilizac¸a˜o do mult´ımetro II . . . . . . . . . . . p. 37
7 Equipamentos Ba´sicos - Fontes de Alimentac¸a˜o p. 39
7.1 Fontes Lineares . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . p. 40
7.2 Experimento - Ajuste da corrente limite . . . . . . . . . . . . . . . . . p. 41
8 Equipamentos Ba´sicos - Gerador de Func¸o˜es p. 43
8.1 Experimento - Uso do gerador de func¸o˜es . . . . . . . . . . . . . . . . . p. 44
9 Equipamentos Ba´sicos - Oscilosco´pios Analo´gicos p. 45
9.1 Escala . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . p. 46
9.2 Tubo de raios cato´dicos com tela fosforescente . . . . . . . . . . . . . . p. 47
9.2.1 Canha˜o Eletroˆnico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . p. 47
9.2.2 Sistema de Deflexa˜o . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . p. 49
9.2.3 Anteparo Fosforescente . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . p. 50
9.3 Circuitos Eletroˆnicos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . p. 51
9.3.1 Circuitos de Entrada . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . p. 52
9.3.2 Ganho do Mo´dulo de Amplificac¸a˜o . . . . . . . . . . . . . . . . p. 53
9.3.3 Selec¸a˜o do Modo de Entrada . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . p. 54
9.3.4 Selec¸a˜o do Modo de Funcionamento . . . . . . . . . . . . . . . . p. 54
9.3.5 Base de Tempo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . p. 55
9.3.6 Gatilhamento (Trigger) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . p. 56
9.3.6.1 Trigger Auto . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . p. 58
9.3.6.2 Trigger Normal . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . p. 58
9.3.6.3 Trigger Internal . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . p. 58
9.3.6.4 Trigger External . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . p. 58
9.3.6.5 Vı´deo Trigger . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . p. 59
9.3.6.6 Gatilhamento Simples . . . . . . . . . . . . . . . . . . p. 59
9.3.7 Modos de Varredura . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . p. 59
9.4 Medidas Ba´sicas com os Oscilosco´pios . . . . . . . . . . . . . . . . . . . p. 60
9.5 Pontas de Prova . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . p. 62
9.6 Experimentos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . p. 62
9.6.1 Experimento 1 - Observac¸a˜o da tensa˜o no resistor . . . . . . . . p. 62
9.6.2 Experimento 2 - Determinac¸a˜o do aˆngulo de fase entre tensa˜o e
corrente nos capacitores . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . p. 64
9.6.3 Experimento 3 - Aplicac¸o˜es Elementares I . . . . . . . . . . . . p. 64
9.6.4 Experimento 4 - Aplicac¸o˜es Elementares II . . . . . . . . . . . . p. 65
10 Equipamentos Ba´sicos - Oscilosco´pios Digitais p. 66
10.1 Descric¸a˜o do Oscilosco´pio Digital . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . p. 66
11 Erros em Medic¸a˜o Ele´trica p. 69
11.1 Introduc¸a˜o . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . p. 69
11.1.1 Erro . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . p. 70
11.1.2 Valor Verdadeiro . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . p. 70
11.1.3 Erro Absoluto . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . p. 70
11.1.4 Erro Relativo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . p. 71
11.1.5 Escala de um Instrumento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . p. 72
11.1.6 Valor de Plena Escala . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . p. 72
11.1.7 Precisa˜o . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . p. 72
11.2 Classificac¸a˜o dos Erros . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . p. 72
11.2.1 Erros Grosseiros . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . p. 72
11.2.2 Erros Sistema´ticos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . p. 72
11.2.3 Erros Aleato´rios . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . p. 74
11.3 Medidas Sucessivas de uma mesma Grandeza . . . . . . . . . . . . . . . p. 74
11.4 Exatida˜o e Classe de Exatida˜o . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . p. 75
11.4.1 Classe de Exatida˜o . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . p. 75
11.4.2 I´ndice de Classe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . p. 75
11.5 Padro˜es . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . p. 75
11.5.1 Padra˜o . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . p. 76
11.5.2 Padra˜o Prima´rio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . p. 76
11.5.3 Padra˜o Secunda´rio ou Padra˜o de Trabalho . . . . . . . . . . . . p. 76
11.5.4 Qualidades Exigidas de um Padra˜o . . . . . . . . . . . . . . . . p. 76
11.5.5 Calibrac¸a˜o e Manutenc¸a˜o de Padro˜es . . . . . . . . . . . . . . . p. 76
11.6 Aferic¸a˜o de Instrumentos . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . p. 77
11.6.1 Aferic¸a˜o de um Volt´ımetro e de um Amper´ımetro . . . . . . . . p. 77
11.6.2 Definic¸o˜es . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . p. 78
12 Te´cnicas de Confecc¸a˜o de Circuitos Impressos p. 79
6
1 Medidas de Seguranc¸a
1.1 Regras Fundamentais de Segurana
• Assegurar-se de que ha´ no mı´nimo 3 pessoas no laborato´rio, incluindo voceˆ, pois em
caso de acidente uma pessoa assistira´ a v´ıtima enquanto a outra buscara´ ajuda;
• Certificar-se que os aparelhos e ferramentas ele´tricas ligadas a` rede de energia este-
jam adequadamente aterradas;
• Antes de tocar em condutores ele´tricos, desligar a fonte e aterrar os pontos de alta
tensa˜o;
• Estar descansado quando for trabalhar com equipamentos ele´tricos;
• Movimentar-se devagar e conscientemente no laborato´rio;
• Evitar superf´ıcies meta´licas ou de concreto armado u´mido;
• Manter a pele e a sola dos sapatos secas;
• Usar vestimentas de protec¸a˜o quando necessa´rio e na˜o usar vestes longas ou soltas
perto de ma´quinas;
• Apoiar o ferramental em suportes adequados, principalmente os ferros de solda;
• Na˜o abandonar equipamentos e ferramentas ele´tricas ligadas a` rede de energia.
1.2 Procedimento para a Realizac¸a˜o de Experimen-
tos
• Ler e entender o roteiro do experimento;
• Verificar se o equipamento dispon´ıvel esta´ de acordo com as necessidades;
7
• Solicitar o manual ou esclarecimentos sobre equipamentos desconhecidos;
• Comunicar ao encarregado do laborato´rio alterac¸o˜es ou mal funcionamento de equi-
pamentos imediatamente;
• Montar o experimento de forma racional e lo´gica, assegurando-se de contatos firmes
e eficazes;
• Conferir a montagem apo´s a sua conclusa˜o;
• Antes de ligar o experimento, ajustar as fontes de alimentac¸a˜o para o mı´nimo
poss´ıvel para evitar sobrecargas;
• Verificar o alcance e as condic¸o˜es iniciais dos instrumentos de medida antes de
realizar as medic¸o˜es;
• Manipular os componentes ele´tricos e eletroˆnicos com cuidado, pois sa˜o, geralmente,
fra´geis;
• Notifique ao encarregado a existeˆncia de materiais danificados;
• Verificar a tensa˜o de alimentac¸a˜o dos equipamentos e das tomadas de
alimentac¸a˜o antes de interconecta´-los.
8
2 Dispositivos Ba´sicos -
Resistores
Devemos fazer diferenc¸a entre elemento e componente ou dispositivo de circuito. O
elemento de circuito e´ o efeito f´ısico e sa˜o 3: resisteˆncia, capacitaˆncia e indutaˆncia. Com-
ponente e´ o dispositivo real que manifesta o elemento, e no caso, sa˜o: resistor, capacitor
e indutor, respectivamente. Existem outros dispositivos com caracter´ısticas especiais que
permitem amplificar, comutar, conformar sinais e outras aplicac¸o˜es.
Os resistores podem ser classificados de duas maneiras: quanto ao valor (fixo, ajusta´vel
e varia´vel), Figura 1 e quanto ao material construtivo (carva˜o, fio, filme meta´lico ou
filme de o´xido). Os resistores de carva˜o podem ser do tipo depositado ou aglomerado e
normalmente sa˜o de uso geral. Os de fio normalmente sa˜o para alta dissipac¸a˜o de poteˆncia.
Os de filme meta´lico apresentam alta precisa˜o no que tange ao valor oˆhmico.
Figura 1: Simbologia de resistores.
2.1 Caracter´ısticas Principais dos Resistores
• Precisa˜o ou Toleraˆncia - variac¸a˜o percentual de valor em torno do valor nominal.
Ex.: 1200 Ω ±5% pode ter o valor no intervalo de 1140 a 1260.
• Estabilidade - variac¸a˜o do valor oˆhmico, ao longo do tempo, em condic¸o˜es de esto-
cagem ou de funcionamento.
• Efeito da Temperatura - variac¸a˜o do valor oˆhmico com a temperatura. Existem
9
tabelas de valores ma´ximos aproximados para coeficientes te´rmicos de resisteˆncia.
Na Tabela 1 e´ mostrado o efeito da temperatura no valor oˆhmico do resistor.
Carva˜o aglomerado e Depositado 0,1%/◦C
Filme de carva˜o 0,015% a 0,050%/◦C
Filme meta´lico 0,0001%/◦C
Fio enrolado 0,0005%
Tabela 1: Efeito da temperatura no valor da resisteˆncia.
• Ma´xima Tensa˜o de Operac¸a˜o - determinada principalmente pela forma f´ısica cons-
trutiva e pelo valor oˆhmico.
• Coeficiente de Tensa˜o - geralmente a resisteˆncia diminui com a tensa˜o aplicada. Este
efeito e´ mais acentuado nos resistores de composic¸a˜o.
• Efeito da Frequ¨eˆncia - efeito sobre elementos parasitas associados a:
– Capacitaˆncia parasita entre terminais e entre as partes internas, como por
exemplo, as espiras do fio no resistor de fio;
– Indutaˆncia pro´pria;
– Aumento do valor oˆhmico devido ao efeito pelicular, ou diminuic¸a˜o do valor
por perdas no diele´trico.
• Ru´ıdo - basicamente de dois tipos:
– Ru´ıdo Johnson: devido a` agitac¸a˜o te´rmica;
– Ru´ıdo de Corrente: devido a` variac¸a˜o da resisteˆncia com a circulac¸a˜o de cor-
rente.
2.2 Classificac¸a˜o dos Resistores Quanto ao Valor
• Fixos: o valor da resisteˆncia ele´trica e´ preestabelecido.
• Ajusta´veis: o valor da resisteˆncia ele´trica pode ser escolhido e ajustado dentro de
uma faixa de valores. Geralmente sa˜o usados para calibrac¸a˜o de circuitos ele´tricos
e eletroˆnicos. Exemplo: trimpots.
• Varia´veis: o valor da resisteˆncia ele´trica pode ser variado dentro de uma faixa de
valores. Sa˜o usados para controle de paraˆmetros em circuitos ele´tricos e eletroˆnicos.
Exemplo: potencioˆmetros, reostatos.
10
2.3 Classificac¸a˜o dos Resistores quanto ao Material
Construtivo
2.3.1 Resistores Fixos
• Resistor de fio: consiste basicamente de um tubo ceraˆmico (ou vidro) que serve
de suporte a um fio condutor de alta resistividade enrolado (n´ıquel-cromo) sobre
este tubo, Figura 2. O comprimento e o diaˆmetro do fio determinam sua resisteˆncia
ele´trica. Os terminais sa˜o soldados nas extremidades do fio. E´ aplicada uma ca-
mada de material isolante para protec¸a˜o. Caracter´ısticas: robustos; suportam altas
temperaturas; geralmente na cor verde; especificac¸o˜es impressas no seu corpo (re-
sisteˆncia, toleraˆncia e poteˆncia nominal). Valores: baixas resisteˆncias (Ω a kΩ); alta
poteˆncia (de 5W a 1000kW); alta toleraˆncia (10% a 20%).
Figura 2: Resistor de fio.
• Resistor de Filme de Carbono (de Grafite): consiste basicamente de um
tubo ceraˆmico (ou de vidro) coberto por um filme (pel´ıcula) de carbono, Figura
3; o valor da resisteˆncia ele´trica e´ obtido mediante a formac¸a˜o de um sulco no
filme, produzindo uma fita espiralada cuja largura e espessura define o valor da sua
resisteˆncia; o s terminais sa˜o soldados na extremidade do filme; E´ aplicada uma
camada de material isolante para protec¸a˜o. Caracter´ısticas: poteˆncia nominal esta´
associada ao tamanho; geralmente na cor bege; especificac¸o˜es impressas atrave´s do
co´digo de cores. Valores: grande faixa de valores de resisteˆncias (Ω a 10Ω), com
mesmo tamanho; baixa poteˆncia (ate´ 3W); me´dia toleraˆncia (5% a 10%).
• Resistor de Filme Meta´lico: semelhante ao de carbono, ou seja, um tubo
ceraˆmico coberto por um filme de uma liga meta´lica (n´ıquel-cromo), Figura 4. Ca-
racter´ısticas: geralmente na cor azul; poteˆncia associada ao seu tamanho; especi-
ficac¸o˜es impressas atrave´s do co´digo de cores. Valores: grande faixa de resisteˆncias
(Ω ate´ MΩ); baixa poteˆncia (ate´ 7W); baixa toleraˆncia - mais precisos (1% a 2%);
outras cores: de poteˆncia (marrom) e de precisa˜o (verde escuro).
11
Figura 3: Resistor de Filme de Carbono.
Figura 4: Resistor de Filme Meta´lico.
2.3.2 Resistores Varia´veis ou Ajusta´veis
• Potencioˆmetro: e´ um resistor varia´vel de 3 terminais, sendo 2 ligados a`s extremi-
dades da resisteˆncia e um ligado a um cursor mo´vel, Figura 5. Entre os extremos
a resisteˆncia e´ fixa e entre um extremo e o cursor a resisteˆncia e´ varia´vel. Uma
haste e´ acoplada ao cursor para permitir variac¸a˜o da resisteˆncia. Os potencioˆmetros
(a) (b)
Figura5: Potencioˆmetro.
sa˜o usados para ajustar o volume em circuitos de amplificac¸a˜o sonora, para con-
trolar o brilho, o contraste e a cor dos televisores. Na realidade o nome usado
por te´cnicos para este componente depende da maneira como ele e´ empregado no
circuito. Quanto a estrutura eles podem variar muito, dependendo da aplicac¸a˜o
que tera˜o e ate´ da este´tica do aparelho em que sera˜o usados. Modernamente, os
potencioˆmetros esta˜o sendo substitu´ıdos por circuito integrados que direcionam a
corrente para diferentes resistores fixos, isto facilita o uso de controle remoto, mas
nestes casos na˜o se possui uma variac¸a˜o continua das propriedades que se deseja
12
controlar.
Existem aparelhos em que o volume e´ ajustado empurrando um pino, isto e´ poss´ıvel
com potencioˆmetros lineares, onde a resisteˆncia principal e´ reta a o cursor que a
percorre em um movimento retil´ıneo esta´ ligado ao pino, Figura 6. A resisteˆncia
Figura 6: Potencioˆmetro deslizante.
principal de um potencioˆmetro pode ser um filme de carbono ou uma bobina feita
com fios de alta resistividade. Normalmente os potencioˆmetros de filme de carbono
possuem uma resisteˆncia principal entre 50Ω e 100MΩ com toleraˆncia de 10% ou
20%. Os potencioˆmetros feitos com fio de alta resistividade possuem resisteˆncia
entre 50Ω e 50kΩ com toleraˆncia de 5% ou 10%. Os potencioˆmetros logar´ıtmicos
sa˜o usados para a regulagem do volume dos aparelhos sonoros porque a resposta
do ouvido humano ao som na˜o varia de maneira linear, mas sim logar´ıtmica. Para
que tenhamos a sensac¸a˜o de que o volume emitido por uma caixa acu´stica dobrou
na˜o basta dobrar a poteˆncia emitida por esta caixa, mas sim teremos que dobrar o
logaritmo da poteˆncia emitida por esta caixa acu´stica.
• Trimpot: e´ um resistor ajusta´vel cujo cursor e´ acoplado a uma base plana girato´ria
vertical ou horizontal, dificultando o acesso manual, Figura 7. Sa˜o usados em cir-
cuitos em que na˜o se deseja mudanc¸a frequ¨ente da resisteˆncia. Exemplos: circuitos
para ajuste ou calibrac¸a˜o (uso interno).
(a) (b)
Figura 7: Trimpot.
• Reostatos: os reostatos sa˜o resistores de fio varia´veis ou ajusta´veis, parecidos com
os potencioˆmetros. Possuem melhor precisa˜o. Sua resisteˆncia varia em func¸a˜o do
13
comprimento do fio utilizado entre os contatos mo´vel (cursor) e fixo. Na Figura 8
temos um exemplo de reostato, onde a parte superior tem o objetivo de ajustar a
resisteˆncia pretendida. Pode ser usado em experieˆncias que envolvam circuitos.
Figura 8: Reostato.
2.3.3 Resistores Especiais
• Varistores: um varistor ou VDR (do ingleˆs Voltage Dependent Resistor) e´ um
componente eletroˆnico cujo valor de resisteˆncia ele´trica e´ uma func¸a˜o da tensa˜o
aplicada nos seus terminais. Isto e´, a` medida que a diferenc¸a de potencial sobre o
varistor aumenta, sua resisteˆncia diminui. Os VDRs sa˜o geralmente utilizados como
elemento de protec¸a˜o contra transientes de tensa˜o em circuitos, tal como em filtros
de linha. Assim eles sa˜o montados em paralelo ao circuito que se deseja proteger,
por apresentarem uma caracter´ıstica de ”limitador de tensa˜o”. Isto impede que
surtos de pequena durac¸a˜o cheguem ao circuito, e no caso de picos de tensa˜o de
maior durac¸a˜o, a alta corrente que circula pelo dispositivo faz com que o dispositivo
de protec¸a˜o (disjuntor ou fus´ıvel), desarme, desconectando o circuito da fonte de
alimentac¸a˜o.
• Termistores:
– NTC - (do ingleˆs Negative Temperature Coefficient) - termistores cujo coefi-
ciente de variac¸a˜o de resisteˆncia com a temperatura e´ negativo: a resisteˆncia
diminui com o aumento da temperatura, Figura 9.
– PTC - (do ingleˆs Positive Temperature Coefficient) - termistores cujo coefi-
ciente de variac¸a˜o de resisteˆncia com a temperatura e´ positivo: a resisteˆncia
aumenta com o aumento da temperatura.
Conforme a curva caracter´ıstica do termistor, o seu valor de resisteˆncia pode di-
minuir ou aumentar em maior ou menor grau em uma determinada faixa de tem-
14
Figura 9: Termistor - NTC.
peratura. Assim, alguns podem servir de protec¸a˜o contra sobreaquecimento, limi-
tando a corrente ele´trica quando determinada temperatura e´ ultrapassada. Outra
aplicac¸a˜o corrente, no caso, a n´ıvel industrial, e´ a medic¸a˜o de temperatura (em
motores por exemplo), pois podemos com o termistor obter uma variac¸a˜o de uma
grandeza ele´trica em func¸a˜o da temperatura a que este se encontra.
• Fotoresistores: LDR (do ingleˆs Light Dependent Resistor ou em portugueˆs Re-
sistor Varia´vel Conforme Incideˆncia De Luz) e´ um tipo de resistor cuja resisteˆncia
varia conforme a intensidade de radiac¸a˜o eletromagne´tica do espectro vis´ıvel que
incide sobre ele, Figura 10. Um LDR e´ um transdutor de entrada (sensor) que con-
verte a luz em valores de resisteˆncia. E´ feito de sulfeto de ca´dmio (CdS) ou seleneto
de ca´dmio (CdSe). Sua resisteˆncia diminui quando a luz e´ muito alta, e quando a
luz e´ baixa, a resisteˆncia no LDR aumenta. Um mult´ımetro pode ser usado para
encontrar a resisteˆncia na escurida˜o ou na presenc¸a de luz intensa. Estes sa˜o os
resultados t´ıpicos para um LDR padra˜o:
– Escurida˜o : resisteˆncia ma´xima, geralmente acima de 1M ohms.
– Luz muito brilhante : resisteˆncia mı´nima, aproximadamente 100 ohms.
O LDR e´ frequ¨entemente utilizado nas chamadas fotoce´lulas que controlam o acen-
dimento de poste de iluminac¸a˜o e luzes em resideˆncias. Tambe´m e´ utilizado em
sensores foto-ele´tricos assim como foto-diodos.
2.4 Leitura de Resistor
Existem 3 se´ries de valores padronizados para os resistores de carva˜o de uso geral de
acordo com a faixa de toleraˆncia: E24 - 5%, E12 - 10% e E06 - 20%, Tabela 2. Para os
resistores de precisa˜o dispo˜e-se das se´ries E48, E96 e E192.
15
Figura 10: Fotoresistor.
Tabela 2: Valores padronizados para resistores fixos.
E24 10 11 12 13 15 16 18 20 22 24 27 30 33 36 39 43 47 51 56 62 68 75 82 92
E12 10 12 15 18 22 27 33 39 47 56 68 82
E06 10 15 22 33 68 47 68
Para os resistores de 4 ane´is, o procedimento de leitura do valor do componente pode
ser entendido com a ajuda da Figura 11 e varia com o nu´mero de faixa que o mesmo
possui.
(a) (b)
Figura 11: Co´digo de cores para resistores de 4 ane´is.
Para resistores de 5 ane´is:
• o anel nu´mero 1 corresponde ao primeiro d´ıgito do valor;
• o anel nu´mero 2 corresponde ao segundo d´ıgito do valor;
• o anel nu´mero 3 corresponde ao terceiro d´ıgito;
• o anel nu´mero 4 corresponde ao fator multiplicador;
16
• o anel nu´mero 5 corresponde a` toleraˆncia do componente.
Por exemplo, um resistor vermelho, laranja, violeta, preto e verde apresenta resisteˆncia
237 x 1, ou seja, 237Ω com toleraˆncia de 0,5%.
2.5 Experimento
Fac¸a a leitura dos resistores apresentados e indique tambe´m a precisa˜o dos mesmos.
1o Anel 2o Anel 3o Anel 4o Anel Valor
R1
R2
R3
R4
17
3 Dispositivos Ba´sicos -
Capacitores
Os capacitores sa˜o componentes cuja principal caracter´ıstica e´ a capacidade de arma-
zenar energia na forma de um campo ele´tricos. Sa˜o componentes extremamente versa´teis
e que, ale´m da eletroˆnica, sa˜o utilizados em circuitos ele´tricos para aplicac¸o˜es espec´ıficas,
como partida de motores de induc¸a˜o monofa´sicos e correc¸a˜o do fator de poteˆncia. Cons-
trutivamente, e´ obtido sempre que dois materiais condutores (placas ou armaduras), sa˜o
mantidos separados por um material isolante (diele´trico). A capacitaˆncia do capacitor,
que indica a quantidade de carga ele´tricas que o componente consegue armazenar, e´ me-
dida em Farad (F), e e´ dependente de fatores construtivos, sendo diretamente proporcional
ao tamanho das armaduras utilizadas e inversamente proporcional a` distaˆncia entreelas.
A fim de obter capacitores de capacitaˆncia elevada e tamanho reduzido, e´ usual utilizar
grande quantidade de placas ”empilhadas”.
Os capacitores podem ser classificados quanto ao valor fixo, ajusta´vel, varia´vel e com
derivac¸a˜o, Figura 12 e quanto ao diele´trico: mica, vidro, ceraˆmico, papel, eletrol´ıtico,
pla´stico (polietileno, polipropileno, poliestireno, policarbonato), ar, eletreto, etc.
Figura 12: Simbologia para os capacitores.
18
3.1 Caracter´ısticas Principais
Normalmente essas caracter´ısticas esta˜o relacionadas com as caracter´ısticas do diele´trico
componente, e sa˜o:
• Permissividade - ou constante diele´trica ou poder indutor espec´ıfico, traduz a medida
da capacidade de armazenar energia.
• Perdas no Diele´trico - devidas a`s correntes de fuga e a absorc¸a˜o.
• Absorc¸a˜o - todos os capacitores com diele´trico so´lido, apo´s completamente carre-
gados, se descarregados momentaneamente e abandonados em circuito aberto apre-
sentara˜o uma nova carga acumulada, pois parte da carga original foi absorvida pelo
diele´trico. Como consequ¨eˆncia tem-se atraso na taxa de carga e descarga do capa-
citor e desta forma uma reduc¸a˜o de capacitaˆncia em operac¸o˜es em altas frequ¨eˆncias
e retardos de tempo em circuitos pulsados.
• Rigidez Diele´trica - e´ a tensa˜o de ruptura do diele´trico. Diminui com o aumento
da temperatura e da umidade. Nos capacitores eletrol´ıticos deve ser respeitado este
limite considerando a soma da tensa˜o CC com a tensa˜o alternada aplicadas.
• Resisteˆncia de Isolamento - e´ a resistividade superficial ou volume´trica do diele´trico.
Diminui com a temperatura e com a umidade.
• Corrente de Fuga e Constante de Tempo - a constante de tempo e´ o tempo necessa´rio
para a carga armazenada cair para 36,8% de seu valor inicial, e´ dada por T = RC,
onde C e´ a capacitaˆncia e R e´ a resisteˆncia de fuga.
• Efeitos da Frequ¨eˆncia a frequ¨eˆncia afeta o comportamento dos capacitores. Em
baixas frequ¨eˆncias tem-se evidenciadas as correntes de fuga e as grandes constantes
de tempo. Em altas frequ¨eˆncias tem-se evidenciadas as perdas devidas ao processo
de polarizac¸a˜o do diele´trico na˜o ser efetivo.
3.2 Tipos de Capacitores
• Capacitor Eletrol´ıtico: facilmente identifica´vel por sua apareˆncia, normalmente
e´ feito em uma caneca de alumı´nio. Pode apresentar terminais radias ou axiais. Sua
capacitaˆncia e tensa˜o nominais costumam ser gravados diretamente no corpo do
19
componente. O capacitor apresentado na Figura 13 possui capacitaˆncia nominal de
470uF e tensa˜o de armadura de 35V. Possui polaridade para conexa˜o, que pode ser
Figura 13: Capacitor Eletrol´ıtico.
identificada por indicac¸o˜es tambe´m no corpo do componente. O terminal negativo
tambe´m costuma ser mais curto quando se trata de um componente novo. Ale´m
da capacitaˆncia, tambe´m sa˜o paraˆmetros relevantes o coeficiente de temperatura e
a ma´xima temperatura de operac¸a˜o, ja´ que os manuais demonstram que a elevac¸a˜o
de temperatura causa reduc¸a˜o dra´stica na vida u´til do componente.
Sa˜o formados por uma tira metal recoberta por uma camada de o´xido que atua como
um diele´trico; sobre a camada de o´xido e´ colocada uma tira de papel impregnado
com um l´ıquido condutor chamado eletro´lito, ao qual se sobrepo˜e uma segunda
laˆmina de alumı´nio em contato ele´trico com o papel.
E´ presenc¸a certa na maioria dos circuitos eletroˆnicos em func¸a˜o de sua grande ca-
pacitaˆncia - na ordem de alguns µF ate´ milhares de µF, especialmente em fontes de
alimentac¸a˜o. Os capacitores eletrol´ıticos sa˜o utilizados em circuitos em que ocor-
rem tenso˜es cont´ınuas, sobrepostas a tenso˜es alternadas menores, onde funcionam
apenas como capacitores de filtro para retificadores, de acoplamento para bloqueio
de tenso˜es cont´ınuas, etc.
• Capacitor de Taˆntalo: e´ um capacitor de pequenas dimenso˜es e capacitaˆncia
relativamente alta (na ordem de alguns µF ate´ algumas centenas de µF), com uso
bastante difundido em eletroˆnica. Assim como ocorre no capacitor eletrol´ıtico, sua
polaridade deve ser observada para a conexa˜o, sob pena de se danificar o com-
ponente, Figura 14. Os grandes diferenciais, quando comparado com o capacitor
Figura 14: Capacitor de Taˆntalo.
eletrol´ıtico, sa˜o o tamanho e a capacidade de corrente. Ale´m disso, como usa taˆntalo
20
no lugar do alumı´nio, pode trabalhar em frequ¨eˆncias mais altas que aquelas obtidas
com o capacitor eletrol´ıtico.
Estes componentes apresentam baixas toleraˆncias (20 %), tem baixa dependeˆncia
com a temperatura, com ma´xima tensa˜o de operac¸a˜o de 120 V, mas sa˜o mais caros.
Seu emprego e´ aconselha´vel, sobretudo como capacitor de acoplamento para esta´gios
de baixas frequ¨eˆncias, grac¸as ao seu baixo n´ıvel de ru´ıdo, muito inferior ao do
capacitor de alumı´nio. Ale´m do tipo tubular, e´ encontrado tambe´m em forma de
”gota”.
• Capacitores Ceraˆmicos: geralmente sa˜o constitu´ıdos de um suporte tubular de
ceraˆmica, em cujas superf´ıcies interna e externa sa˜o depositadas finas camadas de
prata a`s quais sa˜o ligados os terminais atrave´s de um cabo soldado sobre o tubo. A`s
vezes, os terminais sa˜o enrolados diretamente sobre o tubo. Capacitores de baixa
capacitaˆncia (na ordem de pF ate´ algumas centenas de nF), normalmente sa˜o aplica-
dos em frequ¨eˆncias mais altas. Muito utilizado em circuitos osciladores, apresentam
baixa capacidade de corrente. Ale´m dos tubulares, podem ser encontrados capaci-
tores na forma de disco e de placa quebrada ou retangular, Figura 15. Sa˜o os mais
pro´ximos aos capacitores ideais, pois apresentam:
– indutaˆncia parasita´ria praticamente nula;
– fator de poteˆncia nulo;
– alta constante diele´trica;
– capacitaˆncias entre frac¸o˜es de pF a 1 nF; e
– ideais para circuitos sintonizadores.
Figura 15: Capacitor Ceraˆmico.
• Capacitores de Polie´ster: o capacitor de polie´ster possui capacitaˆncia mediana,
desde alguns nF ate´ alguns µF. Apresenta capacidade de operar em frequ¨eˆncias
elevadas, pore´m com baixa capacidade de corrente. Em geral apresenta dimenso˜es
relativamente pequenas. Pode ser encontrado com diferentes cores, mas as mais
comuns sa˜o laranja e azul. O valor da capacitaˆncia e demais paraˆmetros costumam
21
estar impressos diretamente no corpo do componente. Na figura ao lado, o capacitor
apresenta capacitaˆncia de 470nF (0,47µF) e tensa˜o de armadura de 250V. A letra J
esta´ relacionada com o fator de toleraˆncia do componente. Por apresentar variac¸o˜es
de sua capacitaˆncia com a frequ¨eˆncia, na˜o sa˜o recomendados para aplicac¸a˜o em
dispositivos que operem em frequ¨eˆncias superiores a MHz. Os valores t´ıpicos sa˜o de
2pF a 10 µF com tenso˜es entre 30 e 1000 V.
Figura 16: Capacitor de Polie´ster.
• Capacitores de Polipropileno: e´, na maioria das vezes, externamente parecido
com o capacitor de polie´ster, com a grande diferenc¸a de apresentar maior tamanho
para a mesma capacitaˆncia. Ale´m disso, e´ capaz de trabalhar com n´ıveis de corrente
maiores que aqueles suportados pelo capacitor de polie´ster. As cores e a forma
de identificac¸a˜o do componente tambe´m costumam ser as mesmas utilizadas no
capacitor de polie´ster. Como os capacitores de polie´ster e de polipropileno sa˜o
muito semelhantes, ale´m do tamanho, uma de diferencia´-los e´ o nu´mero da se´rie do
componente, que tambe´m vem impressa no corpo do mesmo.
• Capacitores de Mica: sa˜o fabricados alternando-se pel´ıculas de mica (silicato
de alumı´nio) com folhas de alumı´nio. Sendo a mica um diele´trico muito esta´vel
e de alta resistividade, estes capacitores, Figura 17, sa˜o utilizados em circuitos
que trabalham com alta frequ¨eˆncia (etapas osciladoras de ra´dio-frequ¨eˆncia). Suas
capacitaˆncias variam de 5pF a 100 nF, apresentando elevada precisa˜o.
Figura 17: Capacitor de Mica.
• Capacitores Varia´veis: o capacitor varia´vel e´ utilizado em circuitos e situac¸o˜es
em que se deseja realizar a variac¸a˜o da condic¸a˜o de funcionamento em func¸a˜o da
22
variac¸a˜o da capacitaˆncia, como em sintonizadores de ra´dio e osciladores em geral.
Embora o ar apresente rigidez e constante diele´tricas baixas, o ar e´ usado como
diele´trico neste tipo de capacitor, que pode apresentar diversos aspectos f´ısicos,
dependendo do circuito onde sera´ utilizado.
A Figura 18 apresenta um tipo de capacitor varia´vel bastante antigo, mas cujo
tamanho facilita o entendimento do funcionamento. Quando o eixo do componente
e´ movimentado, a posic¸a˜o relativa entre as placas mo´veis e fixas e´ alterada, mexendo
no fator de geometria do capacitor, que tem influeˆncia direta na capacitaˆncia. Deve
ficar claro que a a´rea efetiva do capacitor muda com a alterac¸a˜o da posic¸a˜o das
placas mo´veis e por consequ¨eˆncia a capacitaˆncia.
Figura 18: Capacitor varia´vel.
Com o passar do tempo e a miniaturizac¸a˜o dos circuitos eletroˆnicos, filmes pla´sticos
passaram a ser utilizados como diele´trico no lugar do ar. Temos, assim, os trimmers
e padders que sa˜o capacitores varia´veis com pequenas dimenso˜es normalmente uti-
lizados em ra´dios porta´teis e em diversos dispositivos eletroˆnicos, Figura 19. Tem
capacitaˆncias ma´ximas em torno de 500 pF. Sa˜o utilizados principalmente para o
ajuste do valor correto da capacitaˆncia total de um circuito. O ajuste pode ser
obtido: variando a superf´ıcie das placas; variando a distaˆncia entre as placas; e
variando o material do diele´trico. Outra mudanc¸a significativa neste ramo foi o sur-
gimento dos VARICAP’s, que sa˜o diodos especiais utilizados em sintonia de ra´dio e
que, na atualidade, sa˜o utilizados em quase todos os circuitos de sintonia.
23
Figura 19: Trimmer.
3.3 Leitura de Capacitor
3.3.1 Co´digo de Cores
O co´digo de cores apresentado na Figura 20, em geral, e´ empregado em capacitores
de polie´ster metalizado. Os valores de capacitaˆncia sa˜o indicados em pF.
Figura 20: Co´digo de cores para leitura de capacitor.
3.3.2 Co´digo para capacitores ceraˆmicos
Os valores de capacitaˆncia, obtidos pelo me´todo mostrado na Figura 21, sa˜o em pF.
3.4 Experimento
Identifique o tipo e o valor dos capacitores apresentados.
24
Figura 21: Co´digo para capacitores ceraˆmicos.
Tipo de Capacitor Co´digo Escrito Valor Nominal
C1
C2
C3
C4
25
4 Dispositivos Ba´sicos -
Indutores e Transformadores
Os indutores sa˜o bastante usados em circuitos de radiofrequ¨eˆncia (RF), como os usados
em receptores de ra´dio, TV, FM. Na sua foˆrma mais simples consistem de um pedac¸o de
fio enrolado em uma foˆrma (tubo) de material isolante como pla´stico, ceraˆmica ou fenolite
ou mesmo sem foˆrma (ar). Esse enrolamento simples e´ conhecido por bobina.
O indutor tem func¸o˜es diferentes, dependendo do circuito onde ele e´ usado. Pode
produzir sinais de corrente alternada (CA) de ra´dio e TV, quando usado nos circuitos
osciladores. Pode bloquear uma frequ¨eˆncia alta (CA) e deixar passar uma frequ¨eˆncia
baixa, quando usado nos filtros.
4.1 Caracter´ısticas dos Indutores
Efeitos de Proximidade e Interfereˆncia - O campo magne´tico gerado pelos indutores e
transformadores pode influenciar no funcionamento de outros componentes e/ou circuitos
vizinhos. Da mesma forma, a proximidade de determinados materiais pode alterar os
valores das indutaˆncias e consequ¨entemente o funcionamento do dispositivo.
Normalmente, os indutores sa˜o constitu´ıdos com fios bons condutores (prata,cobre,
cobre banhado a prata, etc) e tem suas espiras enroladas em forma cil´ındrica, com va´rias
camadas, uniformes e entrelac¸adas. Existem bobinas de uma camada - tipo soleno´ide ou
bobina de va´rias camadas em forma de panqueca.
• Indutor com nu´cleo de ar - O pro´prio fio mante´m o formato de bobina e o fluxo se
desenvolve no meio ar. Uma forma de ceraˆmica, baquelite, papela˜o, pla´stico, etc,
pode ser usada a fim de suportar as espiras no caso de fios mais finos.
• Indutor com nu´cleo de material magne´tico - Maior indutaˆncia em raza˜o de um
aumento de fluxo devido ao abaixamento da relutaˆncia do meio a ser percorrido
26
pelo fluxo magne´tico. A natureza do nu´cleo pode ser de: ferro e sil´ıcio; ferrite; e
epo´xi com esmalte vin´ılico.
4.2 Tipo de Indutor
Os indutores podem tomar uma grande variedade de formatos e e´ necessa´ria certa
pra´tica para identifica´-los e na˜o confundi-los com outros componentes eletroˆnicos. O
tamanho dos indutores e´ proporcional a sua indutaˆncia e quanto maior o nu´mero de
espiras de um indutor, maior e´ a sua indutaˆncia em henrys. A Figura 22 ilustra alguns dos
tipos mais usados de indutores, com e sem nu´cleo, sendo alguns fixos e outros ajusta´veis.
Figura 22: Formato f´ısico dos indutores.
Como os resistores e capacitores, o indutor tambe´m pode ser encontrado em treˆs tipos
ba´sicos: fixos, ajusta´veis e varia´veis. Os indutores varia´veis sa˜o usados em casos especiais
e nos circuitos eletroˆnicos comuns os mais usados sa˜o os fixos e os ajusta´veis.
Modernamente os indutores usados nos circuitos eletroˆnicos sa˜o do tipo miniatura
e podem ser encontrados em valores normais da se´rie ”E12”, para baixas correntes. O
experimentador eletroˆnico muitas vezes precisa construir seus pro´prios indutores, com fio
esmaltado enrolados em foˆrmas de pla´stico ou papelno. Nem sempre o valor desejado e´
dispon´ıvel comercialmente e quase todos os artigos te´cnicos de livros e revistas especiali-
zadas da˜o os dados construtivos dos indutores usados. Os dispositivos magne´ticos ou ele-
tromagne´ticos sa˜o preferencialmente evitados de serem utilizados em circuitos eletroˆnicos
devido a:
27
• Serem, por sua pro´pria natureza, pesados e volumosos;
• Apresentarem faixa de resposta de frequ¨eˆncia e linearidade bastante estreitas;
• Os modelos descritivos de seus comportamentos na˜o serem satisfato´rios para amplas
faixas de aplicac¸o˜es.
Ainda hoje na˜o contamos com uma padronizac¸a˜o efetiva para fabricac¸a˜o e especi-
ficac¸a˜o de indutores e transformadores. Para pequenos valores de indutaˆncias, com nu´cleo
de ar, teˆm-se no mercado alguns valores e encapsulamentos aproximadamente comuns,
isto e´, quase padronizados. Nas aplicac¸o˜es de eletro-eletroˆnica, os dispositivos eletro-
magne´ticos podem ser separados em duas categorias:
• De Poteˆncia - na qual a poteˆncia dissipada, a tensa˜o de ruptura e a saturac¸a˜o do
nu´cleo, se houver, apresentam-se como fatores preponderantes;
• De Sinais - (ou de comunicac¸o˜es) na qual, as perdas internas, as capacitaˆncias
distribu´ıdas e a linearidade sa˜o mais importantes.
Quanto a` leitura do valor do indutor, ha´ indutores que se assemelham aos resistores
e outros que sa˜o semelhantes a pequenas caixas azuis. No primeiro caso, o valor pode
ser obtido atrave´s do mesmo co´digo de cores dos resistores. No outro caso, o valor vem
escrito no componente.
4.3 Transformadores
O transformador e´ um conversor de energia eletromagne´tica, cuja operac¸a˜o pode ser
explicada em termos do comportamento de um circuito magne´tico excitado por uma
corrente alternada. Consiste de duas ou mais bobinas de mu´ltiplas espiras enroladas
no mesmo nu´cleo magne´tico, isoladas deste. Uma tensa˜o varia´vel aplicada a` bobina de
entrada (prima´rio) provoca o fluxo de uma corrente varia´vel, criando assim um fluxo
magne´tico varia´vel no nu´cleo. Devido a este e´ induzida uma tensa˜o na bobina de sa´ıda
(ou secunda´rio). Na˜o existe conexa˜o ele´trica entre a entrada e a sa´ıda do transformador.
Normalmente em um transformador real os dois enrolamentossa˜o colocados juntos,
abrac¸ando o mesmo fluxo, Figura 23. Para maior clareza, representa-se na figura acima
os enrolamentos prima´rios e secunda´rios separados, embora o fluxo seja o mesmo para
ambos. A relac¸a˜o que rege os transformadores e´ apresentada na Figura 24.
28
Figura 23: Transformador ideal.
Figura 24: Relac¸a˜o das tenso˜es induzidas.
Ha´ tambe´m os autotransformadores, que apresentam a vantagem de serem menos vo-
lumosos, mais eficientes e terem melhor regulac¸a˜o, entretanto apresentam a desvantagem
de na˜o apresentarem isolac¸a˜o entre o prima´rio e o secunda´rio.
4.4 Experimento
Identifique no transformador apresentado:
• Relac¸a˜o de tensa˜o (= relac¸a˜o de espiras).
• Corrente de entrada e sa´ıda.
29
5 Outros Dispositivos Ba´sicos
5.1 Pront’Board
O pront’board consiste em uma placa destinada a experieˆncias laboratoriais. Os
bornes consistem em terminais para serem conectados os cabos da fonte de alimentac¸a˜o.
A a´rea reservada para a montagem do circuito e´ formado por linhas verticais e horizontais.
Nas linhas horizontais, os furos sa˜o interligados por baixo, portanto a linha esta´ em curto-
circuito, conforme apresentado na figura abaixo. Enquanto que as colunas verticais esta˜o
curto circuitadas conforme apresentado na Figura 25.
Figura 25: Pront’Board.
5.1.1 Experimento
1. Monte dois resistores em paralelo.
30
2. Monte dois resistores em se´rie.
3. Como seria a montagem melhor indicada para que dois resistores em se´rie sejam
alimentados por uma fonte de tensa˜o? Em quais pontos estaria conectada a fonte?
5.2 LED
LED e´ a sigla em ingleˆs para Light Emitting Diode, ou Diodo Emissor de Luz. O
LED e´ um diodo semicondutor (junc¸a˜o P-N) que quando energizado emite luz vis´ıvel. A
luz e´ monocroma´tica e e´ produzida pelas interac¸o˜es energe´ticas do ele´tron. A luz emitida
e´ monocroma´tica, sendo a cor, portanto, dependente do cristal e da impureza de dopagem
com que o componente e´ fabricado. O LED que utiliza o arsenieto de ga´lio emite radiac¸o˜es
infra-vermelhas. Dopando-se com fo´sforo, a emissa˜o pode ser vermelha ou amarela, de
acordo com a concentrac¸a˜o. Utilizando-se fosfeto de ga´lio com dopagem de nitrogeˆnio, a
luz emitida pode ser verde ou amarela.
Atualmente, com o uso de outros materiais, consegue-se fabricar leds que emitem
luz azul, violeta e ate´ ultra-violeta. Existem tambe´m os leds brancos, mas esses sa˜o
geralmente leds emissores de cor azul, revestidos com uma camada de fo´sforo do mesmo
tipo usado nas laˆmpadas fluorescentes, que absorve a luz azul e emite a luz branca.
Com o barateamento do prec¸o, seu alto rendimento e sua grande durabilidade, esses leds
tornam-se o´timos substitutos para as laˆmpadas comuns, e devem substitu´ı-las a me´dio ou
longo prazo. Existem tambe´m os LEDs brancos chamados RGB (mais caros), e que sa˜o
formados por tres ”chips”, um vermelho (R de red), um verde (G de green) e um azul (B
de blue). Uma variac¸a˜o dos LEDs RGB sa˜o LEDs com um microcontrolador integrado, o
que permite que se obtenha um verdadeiro show de luzes utilizando apenas um LED.
5.2.1 Aspectos F´ısicos e Simbologia
Em geral, os leds operam com n´ıvel de tensa˜o de 1,6 a 3,3V, e uma corrente mı´nima
de 10 mA, sendo compat´ıveis com os circuitos de estado so´lido. E´ interessante notar que
a tensa˜o e´ dependente do comprimento da onda emitida. Assim, os leds infravermelhos
geralmente funcionam com menos de 1,5V, os vermelhos com 1,7V, os amarelos com
1,7V ou 2.0V, os verdes entre 2.0V e 3.0V, enquanto os leds azuis, violeta e ultra-violeta
geralmente precisam de mais de 3V. A poteˆncia necessa´ria esta´ na faixa t´ıpica de 10
a 150 mW, com um tempo de vida u´til de 100.000 ou mais horas. Como o led e´ um
dispositivo de junc¸a˜o P-N, sua caracter´ıstica de polarizac¸a˜o direta e´ semelhante a` de um
31
diodo semicondutor. Sendo polarizado, a maioria dos fabricantes adota um ”co´digo”de
identificac¸a˜o para a determinac¸a˜o externa dos terminais A (anodo) e K (catodo) dos leds,
Figura 26.
Nos leds redondos, duas codificac¸o˜es sa˜o comuns: identifica-se o terminal K como
sendo aquele junto a um pequeno chanfro na lateral da base circular do seu invo´lucro
(”corpo”), ou por ser o terminal mais curto dos dois. Existem fabricantes que adotam si-
multaneamente as duas formas de identificac¸a˜o. Nos leds retangulares, alguns fabricantes
marcam o terminal K com um pequeno ”alargamento”do terminal junto a` base do com-
ponente, ou enta˜o deixam esse terminal mais curto. Mas, pode acontecer do componente
na˜o trazer qualquer refereˆncia externa de identificac¸a˜o dos terminais. Nesse caso, se o
invo´lucro for semi-transparente, pode-se identificar o catodo (K) como sendo o terminal
que conte´m o eletrodo interno mais largo do que o eletrodo do outro terminal (anodo).
Ale´m de mais largo, a`s vezes o catodo e´ mais baixo do que o anodo.
Figura 26: LEDs.
Os diodos emissores de luz sa˜o empregados tambe´m na construc¸a˜o dos displays alfa-
nume´ricos. Geralmente, os LEDs sa˜o utilizados em substituic¸a˜o a`s laˆmpadas de sinalizac¸a˜o
ou laˆmpadas pilotos nos paine´is dos instrumentos e aparelhos diversos. Para fixac¸a˜o nesses
paine´is, e´ comum o uso de suportes pla´sticos com rosca. Como o diodo, o LED na˜o pode
receber tensa˜o diretamente entre seus terminais, uma vez que a corrente deve ser limitada
para que a junc¸a˜o na˜o seja danificada. Assim, o uso de um resistor limitador em se´rie
com o LED e´ comum nos circuitos que o utilizam. Tipicamente, os LEDs grandes (de
32
aproximadamente 5 mm de diaˆmetro, quando redondos) trabalham com correntes da
ordem de 12 a 30 mA e os pequenos (com aproximadamente 3 mm de diaˆmetro) operam
com a metade desse valor.
5.2.2 Experimento
Monte o circuito abaixo e responda:
1. O que acontece se retirarmos o resistor de 330 Ω por um de 3k3 Ω? Por queˆ?
2. Mude a cor do LED com o resistor de 330 Ω. Isso influencia no brilho? Por queˆ?
3. Se ao inve´s da fonte de tensa˜o, usa´ssemos um sinal senoidal de 1 Hz o que se veria?
Figura 27: LEDs.
33
6 Equipamentos Ba´sicos -
Mult´ımetro
Os mult´ımetros, tambe´m conhecidos como Volt-Ohm-Miliamper´ımetro (VOM), sa˜o
instrumentos de medidas que permitem medir: tenso˜es CC e CA, correntes CC e CA e
resisteˆncia ele´trica. Essas func¸o˜es sa˜o seleciona´veis por chave seletora, ou por conjunto
de chaves ON-OFF ou por comutac¸a˜o dos terminais de medic¸a˜o chamados de pontas
de provas. Nos mult´ımetros analo´gicos a indicac¸a˜o do valor da grandeza e´ feira por um
galvanoˆmetro com escalas adequadas. Nos digitais, a indicac¸a˜o e´ feita diretamente atrave´s
de mostradores nume´ricos.
Alguns equipamentos, digitais, apresentam o recurso de auto-escala (auto ranging)
que faz com que o instrumento comute automaticamente para uma escala adequada a`
grandeza sob medic¸a˜o. No caso da auseˆncia do auto-ranging deve-se estar muito atento
para a selec¸a˜o da escala e da func¸a˜o conveniente antes de efetuar qualquer medic¸a˜o.
Alguns aparelhos incluem outras func¸o˜es como teste de diodos/continuidade, frequ¨eˆncia,
capacitaˆncias, ganho de transistores bipolares (hFE) e mesmo indutaˆncias.
Tambe´m se encontram instrumentos de Valor Eficaz Real (True RMS) que fornecem
o valor RMS do sinal alternado sob medic¸a˜o independentemente da forma de onda deste
sinal. Na maioria dos casos a indicac¸a˜o e´ para o valor RMS de formas de onda senoidais,
assim deve-se consultar o manual do instrumento onde normalmente encontra-se uma
tabela de correc¸a˜o para o valor RMS das demais formas de onda. Nunca se deve esquecer
de, antes de efetuar qualquer medic¸a˜o, escolher a func¸a˜o e o alcance mı´nimo necessa´rio
para o caso em questa˜o.
Para qualquer func¸a˜odo mult´ımetro, sem o auto-ranging, deve-se antes de realizar
uma medic¸a˜o escolher uma escala adequada, com alcance suficiente, baseando-se em co-
nhecimento pre´vios da grandeza a ser medida. Caso na˜o se tenha uma avaliac¸a˜o razo-
avelmente segura da grandeza a ser medida inicia-se a medic¸a˜o pelo maior alcance dis-
pon´ıvel, no mult´ımetro, na func¸a˜o desejada, diminuindo-se progressivamente este alcance
34
ate´ obter-se uma leitura satisfato´ria.
6.1 Cuidados a serem tomados em medic¸o˜es com os
mult´ımetros
• Somente mude de escala (alcance ou func¸a˜o) com o medidor fora do circuito ou com
o circuito desenergizado;
• Certifique-se que a func¸a˜o e o alcance escolhido sa˜o adequados para a medida que
vai ser executada;
• Se uma tensa˜o ou corrente a ser medida tem valor desconhecido, iniciar pelo maior
alcance dispon´ıvel;
• Se a grandeza na˜o e´ estima´vel, certifique-se pelo circuito que se a medic¸a˜o pode ser
feita com o mult´ımetro dispon´ıvel;
• Mantenha sempre as ma˜os isoladas do circuito e das pontas de provas;
• E´ um bom procedimento ligar primeiro a ponta de prova de mais baixo potencial e
desliga´-la por u´ltimo;
• Quando de medidas em alta tensa˜o: desligue o circuito, descarregue os capacitores,
ligue o instrumento com as pontas de prova adequadas, confira as ligac¸o˜es, ligue
o circuito. Efetuada a medida: desligue o circuito, descarregue os capacitores e
remova o instrumento;
• Mantenha o instrumento afastado de campos ele´tricos e magne´ticos forte. Alguns
instrumentos sa˜o protegidos contra os efeitos destes campos, mas a maioria na˜o e´.
6.2 Procedimentos de Medic¸a˜o com os Mult´ımetros
6.2.1 Medida de tensa˜o
1. Selecione a func¸a˜o desejada: tensa˜o cont´ınua ou alternada;
2. Dentro da func¸a˜o escolhida, selecionar um alcance compat´ıvel com a grandeza da
medida a ser efetuada;
35
3. O s´ımbolo a ser utilizado para o volt´ımetro e´ definido na Figura 28. Este ins-
trumento, utilizado para medir tenso˜es, deve ser sempre ligado em paralelo
com os pontos (no´s) onde se deseja saber a diferenc¸a de potencial. Ideal-
mente, o volt´ımetro na˜o deve afetar o circuito a ser medido. No entanto, na pra´tica,
ao inserirmos o volt´ımetro, este afeta o circuito, alterando o circuito equivalente.
Isto se deve ao fato de ele apresentar uma resisteˆncia interna Rv de valor elevado,
pore´m na˜o infinito. Assim, o circuito equivalente sera´ modificado com a inserc¸a˜o do
volt´ımetro. O volt´ımetro com a sua resisteˆncia interna sa˜o representados na Figura
28.
(a)
Volt´ımetro
ideal.
(b) Volt´ımetro
real.
Figura 28: Simbologia do volt´ımetro.
4. No caso dos mult´ımetros analo´gicos leˆ-se a indicac¸a˜o do ponteiro em uma escala
conveniente do mostrador e faz-se uma regra de treˆs entre os valores do fundo de
escala escolhido, dado pela chave seletora, e o valor indicado pelo ponteiro. No caso
dos mult´ımetros digitais, o valor da grandeza e´ mostrado de forma direta no display
nume´rico.
6.2.2 Medida de corrente
1. Selecione a func¸a˜o desejada: corrente cont´ınua ou alternada;
2. Dentro da func¸a˜o escolhida, selecionar um alcance compat´ıvel com a grandeza da
medida a ser efetuada;
3. O s´ımbolo a ser utilizado para o amper´ımetro e´ definido na Figura 29. Este instru-
mento, utilizado para medir correntes, deve ser sempre ligado em se´rie com
o elemento (ou elementos) no(s) qual(is) se deseja saber a corrente que
circula. Idealmente, o amper´ımetro na˜o deve afetar o circuito a ser medido. No
entanto, na pra´tica, ao inserirmos o amper´ımetro, este afeta o circuito, alterando o
36
circuito equivalente. Isto se deve ao fato de ele apresentar uma resisteˆncia interna
Ra de valor reduzido, pore´m na˜o nulo. Assim, o circuito equivalente sera´ modificado
com a inserc¸a˜o do amper´ımetro. O amper´ımetro com a sua resisteˆncia interna sa˜o
representados na Figura 29.
(a) Amper´ımetro ideal. (b) Amper´ımetro real.
Figura 29: Simbologia do amper´ımetro.
6.3 Experimentos
6.3.1 Experimento 1 - Medic¸a˜o de resisteˆncia.
Identifique os resistores apresentados com o uso do co´digo de cores, mec¸a seus valores
com o mult´ımetro, e preencha a tabela abaixo.
Resistor Valor lido Valor medido
R1
R2
R3
R4
6.3.2 Experimento 2 - Utilizac¸a˜o do mult´ımetro I
i) Objetivo - Verificac¸a˜o das medic¸o˜es feitas com o mult´ımetro em um circuito resistivo
simples em CC e CA; introduzir as noc¸o˜es ba´sicas sobre o volt´ımetro de C.C.; dar ao aluno
o conhecimento adequado para realizar uma medic¸a˜o de tensa˜o;
ii) Circuito utilizado - Mostrado na Figura 30.
iii) Tarefas
1. Para cada valor da fonte de alimentac¸a˜o, com o uso do mult´ımetro, preencha a
tabela abaixo e calcule os valores me´dios de cada resistor e compare com os valores
nominais;
2. Usando os valores nominais da tensa˜o de alimentac¸a˜o e dos resistores, calcule os
valores das quedas de tensa˜o nos resistores e a corrente no circuito. Compare com
os valores medidos. Se notar diferenc¸as, justifique-as;
37
Figura 30: Uso do mult´ımetro I.
3. A inclusa˜o do volt´ımetro e/ou do amper´ımetro no circuito pode ter provocado erros?
Se afirmativo descreva-os, se negativo, justifique;
4. Qual a poteˆncia ele´trica consumida pelo circuito e por seus componentes?
Tensa˜o (V) Vt(V) VR1(V) VR2(V) I(mA) R1(calculado) R2(calculado) R1 nominal R2 nominal
5
10
15
20
25
30
6.3.3 Experimento 3 - Utilizac¸a˜o do mult´ımetro II
i) Objetivo - Treinamento para consolidar o uso de mult´ımetros; mostrar as na˜o-
idealidades dos instrumentos de medida; dar conhecimento ao aluno sobre o erro de in-
serc¸a˜o em uma medida.
ii) Circuito utilizado - Mostrado na Figura 31.
iii) Procedimento
Atenc¸a˜o! Desligue a fonte sempre que abrir o circuito!
• Ajuste a fonte de alimentac¸a˜o para 30 V e com o mult´ımetro mec¸a as grandezas
listadas na primeira tabela e preencha-a;
• Com os valores obtidos nessa tabela calcule as grandezas listadas na tabela seguinte,
preenchendo-a;
• Compare os valores de resistores calculados nesta segunda tabela e compare com os
valores nominais. Esta˜o de acordo? E se considerar a toleraˆncia?
38
Figura 31: Uso do mult´ımetro II.
• Qual a poteˆncia ele´trica consumida pelo circuito e por seus componentes? Esses
valores ultrapassam a poteˆncia ma´xima dissipada em cada resistor?
VAB(V) VBC(V) VCD(V) VAD(V) I1(mA) I2(mA) I3(mA) I4(mA) I5(mA) I6(mA)
R1(ohm) R2(ohm) R3(ohm) R4(ohm) R5(ohm) R6(ohm)
P1(w) P2(w) P3(w) P4(w) P5(w) P6(w)
39
7 Equipamentos Ba´sicos - Fontes
de Alimentac¸a˜o
Todo aparelho eletroˆnico tem embutido em si mesmo, pelo menos uma fonte de ali-
mentac¸a˜o. Isto porque a energia da rede ele´trica, para poder ser aproveitada, precisa
primeiro ser transformada em tensa˜o cont´ınua para depois vir a alimentar e abastecer
os circuitos do aparelho. A fonte de alimentac¸a˜o, como o nome diz, vem possibilitar o
fornecimento da energia necessa´ria para o aparelho.
Uma fonte de alimentac¸a˜o e´ usada para transformar a energia ele´trica sob a forma
de corrente alternada (CA) da rede em uma energia ele´trica de corrente cont´ınua, mais
adequada para alimentar cargas que precisem de energia CC (corrente cont´ınua).
Existem dois tipos principais de fontes de alimentac¸a˜o: as lineares e as chaveadas.
Em uma fonte de alimentac¸a˜o do tipo linear, mostrada na Figura 32, a tensa˜o alternada
da rede ele´trica e´ aumentada ou reduzida por um transformador. Depois e´ retificada
por diodos ou ponte de diodos retificadores para que somente os ciclos positivos ou os
negativos possam ser usados, a seguir estes sa˜o filtrados para reduzir o ripple (ondulac¸a˜o)
e finalmente regulados pelo circuito regulador de tensa˜o, tambe´m chamado de circuito de
controle.
Figura32: Fonte linear de alimentac¸a˜o.
40
Estes circuitos de controle, com o passar do tempo foram se diversificando e se apri-
morando. Foi a´ı que apareceram os circuitos de controle chaveados. Estes, com os avanc¸os
tecnolo´gicos da eletroˆnica foram englobando tambe´m a` parte do filtro, da retificac¸a˜o e do
transformador, tornando-se assim, uma fonte de alimentac¸a˜o completa: a fonte chave-
ada que a partir da rede ele´trica com um chaveamento em alta frequ¨eˆncia produz tensa˜o
cont´ınua estabilizada, Figura 33.
Figura 33: Fonte chaveada de alimentac¸a˜o.
Aqui, se alimenta com tensa˜o CA uma etapa retificadora (de alta ou baixa tensa˜o),
filtra-se atrave´s de capacitores e a tensa˜o resultante (VE) e´ ”chaveada”ou comutada
(transformada em tensa˜o CA de alta frequ¨eˆncia) utilizando-se transistores de poteˆncia.
Essa energia ”chaveada”e´ passada por um transformador (para elevar ou reduzir a tensa˜o)
e finalmente retificada e filtrada. A regulac¸a˜o ocorre devido a um circuito de controle com
realimentac¸a˜o que de acordo com a tensa˜o de sa´ıda altera o ciclo de conduc¸a˜o do sinal
de chaveamento, ajustando a tensa˜o de sa´ıda para um valor desejado e pre´-definido. A
vantagem e´ que o rendimento de poteˆncia e´ maior e a perda por gerac¸a˜o de calor bem
menor do que nas fontes lineares. Ale´m disso, necessita de transformadores menores e
mais leves. A desvantagem e´ a emissa˜o de ru´ıdos e radiac¸a˜o de alta frequ¨eˆncia devido a`
alta frequ¨eˆncia de chaveamento.
7.1 Fontes Lineares
As fontes lineares podem se dividir em dois tipos:
• Fontes de alimentac¸a˜o reais - o aumento da corrente I provocada pela reduc¸a˜o do
valor oˆhmico (resisteˆncia ou impedaˆncia) da carga, produz a queda de tensa˜o VAB
41
nos terminais da fonte devida a perdas na resisteˆncia (ou impedaˆncia) ri interna da
fonte, Figura 34.
Figura 34: Fonte linear real.
• Fontes de alimentac¸a˜o estabilizadas - circuitos especiais (estabilizadores) fazem com
que a tensa˜o de sa´ıda VCD seja constante, isto e´, independente da carga, dentro de
certos limites da corrente de carga. Normalmente tambe´m dispo˜e de circuitos de
protec¸a˜o que promovem o desligamento da fonte ou limitam a corrente, quando o
limite de suprimento de corrente estabelecido e´ atingido, Figura 35.
Figura 35: Fonte linear estabilizada.
7.2 Experimento - Ajuste da corrente limite
i) Objetivo: determinar a corrente ma´xima ainda segura para o dispositivo ou circuito
a ser alimentado.
ii) Procedimento:
42
• Ajuste o controle VOLTAGE para uma tensa˜o entre 0,5 e 5 V;
• Temporariamente curto-circuite os terminais (+) e (-) da fonte com os cabos de
conexa˜o;
• Ajuste o controle CURRENT para obter o limite de corrente determinado (40 mA),
atrave´s da leitura no display indicador de corrente;
• O limite de corrente (protec¸a˜o de sobrecarga) ja´ esta´ ajustado. Na˜o altere mais o
controle CURRENT apo´s este passo;
• Remova o curto-circuito entre os terminais (+) e (-) e ajuste a tensa˜o para 5 V.
43
8 Equipamentos Ba´sicos -
Gerador de Func¸o˜es
Sa˜o fontes de alimentac¸a˜o, como as demais, cuja forma de onda de sa´ıda e´ seleciona´vel,
normalmente dispondo-se de: senoidal, triangular, retangular, pulsos, dentes de serra e
outras, cujos paraˆmetros podem ser, normalmente, ajustados. Estes paraˆmetros ajusta´veis
sa˜o na maioria dos casos: amplitude, per´ıodo/frequ¨eˆncia, ciclo de trabalho (tempos alto
e baixo das ondas retangulares) ou simetria e n´ıvel cc associado (off-set). Os geradores de
func¸o˜es sa˜o, na realidade, geradores de sinais de baixo n´ıvel de energia, logo na˜o servem
para alimentar um circuito, mas sim para excitar a entrada de um circuito. Normalmente
apresentam impedaˆncia de entrada baixa que deve ser respeitada para na˜o provocar danos
ao equipamento.
Uma das caracter´ısticas dos geradores de func¸a˜o e´ a tensa˜o de off-set, Figura 36, que
e´ um n´ıvel de tensa˜o CC, positivo ou negativo, associado a uma forma de onda varia´vel
no tempo, podendo ser ajustado externamente ou mesmo anulado. E´ u´til para algumas
aplicac¸o˜es em que se toma necessa´rio o deslocamento do ponto de operac¸a˜o do sinal no
circuito sob ensaio. Nos casos em que e´ prejudicial deve-se anula´-lo no gerador com o
aux´ılio de um volt´ımetro adequado ou de um oscilosco´pio.
Figura 36: Gerador de func¸o˜es.
44
8.1 Experimento - Uso do gerador de func¸o˜es
i) Objetivo - Treinamento para consolidar o uso de gerador de func¸o˜es; introduc¸a˜o ao
uso do oscilosco´pio; motivar o uso do oscilosco´pio.
ii) Circuito utilizado - Mostrado na Figura 37.
Figura 37: Uso do gerador de func¸o˜es.
iii) Procedimento:
• Ajuste a gerador de func¸o˜es para uma onda senoidal com amplitude de 1 V e
frequ¨eˆncia de 1 kHz;
• Observe a tensa˜o nos terminais do resistor de 470 Ω com o uso do oscilosco´pio
(chame o professor ou o monitor para ajuda´-lo);
• Varie a frequ¨eˆncia e observe o sinal sobre o resistor;
• Varie a forma de onda para dente-de-serra e depois para onda quadrada. Para os
dois casos varie a frequ¨eˆncia e observe o que acontece.
45
9 Equipamentos Ba´sicos -
Oscilosco´pios Analo´gicos
E´ um dos instrumentos de medidas eletro-eletroˆnicas mais versa´teis, permitindo a
visualizac¸a˜o de formas de onda, perio´dicas ou na˜o, bem como memorizac¸a˜o (analo´gica ou
digital) e acoplamento a sistemas de medic¸o˜es computadorizados. Os oscilosco´pios podem
ser divididos em duas categorias com respeito a` tecnologia utilizada na sua construc¸a˜o
que sa˜o: analo´gicos e digitais.
Os oscilosco´pios analo´gicos apresentam uma estrutura tal que a amplitude do sinal
sob observac¸a˜o e´ verificada como num procedimento de medic¸a˜o, de tensa˜o analo´gica
comum. Podem dispor de sistemas de memorizac¸a˜o analo´gica, comumente de Persisteˆncia
ou Retenc¸a˜o, no TRC (Tubo de Raios Cato´dicos) utilizando o fenoˆmeno de Emissa˜o
Secunda´ria.
Sa˜o treˆs as medidas ba´sicas que podem ser efetuadas com um oscilosco´pio analo´gico:
tensa˜o, tempo/frequ¨eˆncia e diferenc¸a de fase. Antes de iniciar qualquer medic¸a˜o com o
oscilosco´pio devem-se ajustar os controles do tubo (atributos visuais: foco, brilho, astig-
matismo) de modo a obter-se um trac¸o o mais fino e n´ıtido poss´ıvel com o mı´nimo de
brilho e na posic¸a˜o desejada no sentido horizontal, vertical e inclinac¸a˜o (Trace Rotation).
Qualquer medic¸a˜o feita so´ estara´ correta, isto e´, a relac¸a˜o entre as indicac¸o˜es dos
comandos de tempo (ms/div ou s/div) e de amplitude (Volts/div) e a quantidade de
diviso˜es da tela (na horizontal e na vertical respectivamente) so´ sera´ va´lida, se todos os
comandos de ajuste cont´ınuo estiverem na posic¸a˜o ”calibrado”. Caso contra´rio a u´nica
informac¸a˜o que se pode colher e´ qualitativa.
46
9.1 Escala
Omonitor de um oscilosco´pio e´ normalmente, um retaˆngulo de 10cmx8cm, subdividido
em quadr´ıculos que permitem a leitura dos sinais visualizados. No modo X-Y os eixos
vertical e horizontal representam so´ tenso˜es, enquanto que no modo Y-t a direc¸a˜o vertical
representa tenso˜es e a direc¸a˜o horizontal representa o tempo. As escalas de tensa˜o e tempo
sa˜o varia´veis e controladas pelos seletores de amplificac¸a˜o e base de tempo, mostrados na
Figura 38.
Figura 38: Detalhe dos controles do oscilosco´pio.
A relac¸a˜o entre o desvio espacial, X, e a correspondente tensa˜o, V, e´ dada por: V =
S.X, onde S representa a sensibilidade em Volt/divisa˜o, ou seja, a escala.
O oscilosco´pio e´ basicamente constitu´ıdo por duas partes:
• Tubo de raios cato´dicos com tela fosforescente;
• Circuitos eletroˆnicos de controle.
47
9.2 Tubo de raios cato´dicos com tela fosforescente
O tubo de raios cato´dicos e´ o elemento essencial do oscilosco´pio. Esteconsiste numa
ampola de vidro fechada no interior da qual se encontram, sob va´cuo (cerca de 10-30
mbar), os seguintes componentes:
1. Canha˜o eletroˆnico
2. Sistema de desvio magne´tico ou eletrosta´tico
3. Anteparo fosforescente em sulfureto de zinco.
A Figura 39 abaixo mostra o diagrama simplificado do tubo de raios cato´dicos que
tambe´m pode ser visto na Figura 40.
Figura 39: Diagrama simplificado do tubo de raios cato´dicos.
9.2.1 Canha˜o Eletroˆnico
O canha˜o eletroˆnico, mostrado na Figura 41, e´ o dispositivo que produz e controla o
feixe de ele´trons, e pode ser subdividido em treˆs partes principais:
1. Catodo Emissor de Ele´trons: Este e´ constitu´ıdo pelo filamento F que quando
aquecido, pela passagem de corrente ele´trica, promove a emissa˜o de ele´trons do
ca´todo C por efeito termioˆnico. Os raios cato´dicos sa˜o obtidos em vasos fechados
a presso˜es inferiores a cerca de 10-30 mbar, encerrando dois eletrodos, aos quais se
48
Figura 40: Diagrama em corte de um oscilosco´pio t´ıpico.
Figura 41: Diagrama do canha˜o de ele´trons.
aplica um potencial suficientemente elevado. Estes raios sa˜o formados por ele´trons
e, por isso, podem ser manipulados por interme´dio de campos ele´tricos e magne´ticos.
Os ele´trons, por terem uma pequena massa (9,11 x 10-31 kg), sa˜o muito sens´ıveis a
pequenas ddp, justificando assim o seu uso na construc¸a˜o de oscilosco´pios.
A eficieˆncia de produc¸a˜o de ele´trons pode ser substancialmente aumentada quando
e´ aplicado o fenoˆmeno da emissa˜o termioˆnica ao ca´todo. Sabe-se que os metais
incandescentes emitem espontaneamente ele´trons, mesmos na auseˆncia de um campo
49
ele´trico, os quais formam uma nuvem eletroˆnica em torno do corpo incandescente.
Assim, quando se aquece o ca´todo forma-se em torno deste uma nuvem eletroˆnica.
Se ao ca´todo for aplicada uma diferenc¸a de potencial, relativamente ao aˆnodo, o
campo ele´trico resultante arrastara´ os ele´trons no sentido do aˆnodo, formando-se
assim um feixe eletroˆnico (ou feixe de raios cato´dicos).
Para oscilosco´pios com uma largura de banda maior, onde o trac¸o pode mover-se
mais rapidamente atrave´s da tela, e´ tipicamente utilizada uma tensa˜o de acelerac¸a˜o
po´s-deflexa˜o de mais de 10000 volts, aumentando a velocidade com que os ele´trons
atingem o fo´sforo. A energia cine´tica dos ele´trons e´ enta˜o convertida pelo fo´sforo em
luz vis´ıvel no ponto do impacto. E´ atrave´s da variac¸a˜o dessa tensa˜o que se obte´m o
ajuste de luminosidade.
2. Grelha de Comando (cilindro de Wehnelt): A grelha W quando e´ polarizada
negativamente em relac¸a˜o ao eletrodo A2 (aˆnodo) forma e acelera o feixe de ele´trons.
A intensidade do feixe, brilho, e´ controlada atrave´s da ddp entre a grelha e o aˆnodo:
quanto maior for a ddp maior e´ o nu´mero de ele´trons no feixe, ou seja, mais brilhante
e´ o feixe.
3. Sistema de acelerac¸a˜o e focagem: Constitu´ıdo pelos eletrodos G e A1, posici-
onados entre a grelha W e o aˆnodo, limitam a sec¸a˜o do feixe, ou seja, a focagem,
por um ou mais diafragmas e imprimem-lhe ainda certa acelerac¸a˜o. O eletrodo G
permite eliminar a interac¸a˜o entre os comandos de brilho e de focagem.
9.2.2 Sistema de Deflexa˜o
O sistema de deflexa˜o, mostrado na Figura 39, e´ constitu´ıdo pelos eletrodos X1 e
X2, dispostos segundo a horizontal, e pelos eletrodos Y1 e Y2, dispostos segundo a ver-
tical. Se os eletrodos estiverem todos ao mesmo potencial, o feixe de ele´trons atravessa
a regia˜o do espac¸o compreendida entre os dois pares de eletrodos e incide no centro do
alvo fosforescente, onde se vera´ uma mancha luminosa. Quando se aplica uma ddp aos
eletrodos, o feixe eletroˆnico e´ defletido. Como resultado, a mancha luminosa apresenta
um deslocamento da sua posic¸a˜o sobre o alvo diretamente proporcional a` ddp entre os
dois pares de eletrodos:
x = KxV x
y = KyV y
50
V x e V y sa˜o as ddp’s aplicadas a`s placas. Kx e Ky sa˜o constantes de proporcionalidade
que dependem da montagem. Se o oscilosco´pio for usado para observar a variac¸a˜o de
uma ddp em func¸a˜o do tempo, esta tensa˜o sera´ aplicada a`s placas horizontais Y1Y2,
provocando o deslocamento vertical do feixe. O deslocamento vertical sera´ proporcional
a` ddp V y aplicada. A`s placas verticais X1X2, aplica-se uma ddp V x, fornecida por um
circuito eletroˆnico designado por BASE DE TEMPO.
A ddp aplicada pelo circuito da base de tempo atuara´ sobre o feixe deslocando-o
na horizontal, da esquerda para a direita, com uma velocidade constante designada por
velocidade de varredura. Na tela obter-se-a´ a imagem da func¸a˜o y(x) = V y(t). Neste
modo de funcionamento diz-se que oscilosco´pio funciona em MODO Y-T. Se em vez de
aplicarmos a tensa˜o de varredura a`s placas verticais, aplicarmos uma outra ddp V y,
obteremos na tela a imagem da func¸a˜o V y = V y(V x). Neste u´ltimo caso diz-se que o
oscilosco´pio funciona no modo X-Y.
9.2.3 Anteparo Fosforescente
O anteparo fosforescente converte a energia do feixe de ele´trons em luz vis´ıvel, permi-
tindo assim a observac¸a˜o do ponto de incideˆncia do feixe no alvo. Ale´m da emissa˜o de luz,
o alvo emite tambe´m ele´trons secunda´rios que sa˜o atra´ıdos pelo revestimento condutor do
tubo, fechando assim o circuito ele´trico. Os ele´trons secunda´rios ao acumularem-se sobre
a superf´ıcie da tela da˜o origem ao fenoˆmeno bem conhecido de eletricidade esta´tica.
A eficieˆncia da luminosidade do alvo depende essencialmente de treˆs fatores: a con-
centrac¸a˜o do dopante fosforescente do alvo, da energia cine´tica e da intensidade do feixe
eletroˆnico. A concentrac¸a˜o de dopante e´ estabelecida pelo fabricante do aparelho. A
energia do feixe de ele´trons depende da geometria e potenciais do canha˜o eletroˆnico e
do dispositivo de po´s-acelerac¸a˜o. A intensidade do feixe pode ser ajustada atrave´s do
comando de brilho que permite controlar o nu´mero de ele´trons emitidos pelo ca´todo.
A persisteˆncia da fosforesceˆncia do alvo e´ muito pequena de modo a ser poss´ıvel obser-
var sinais muito ra´pidos. Mas como nem o olho nem o ce´rebro humano teˆm capacidade de
analisar acontecimentos ta˜o ra´pidos, a visualizac¸a˜o dos trac¸os na tela e´ conseguida atrave´s
de passagens sucessivas do feixe eletroˆnico pelos mesmos pontos, cujo sincronismo e´ con-
trolado pelo circuito da base de tempo. A sobreposic¸a˜o sucessiva da varredura do feixe
eletroˆnico sobre o alvo fosforescente origina um trac¸o esta´vel no monitor, como mostra a
Figura 42.
51
Figura 42: Persisteˆncia do sinal na tela do oscilosco´pio.
9.3 Circuitos Eletroˆnicos
O oscilosco´pio e´ um aparelho que mede diferenc¸as de potencial, devendo, portanto ter
uma resisteˆncia interna elevada, tal como e´ exigido a qualquer volt´ımetro. Na maioria
dos oscilosco´pios essa resisteˆncia e´ de 1 Mohm, podendo ser aumentada para 10 Mohm
com o aux´ılio de uma ponta de prova. O esquema de blocos, representado na Figura 43,
apresenta os componentes eletroˆnicos principais de um oscilosco´pio onde se destacam:
1. Circuito de entrada;
2. Seletor de ganho do mo´dulo de amplificac¸a˜o;
3. Seletor de modo de entrada;
4. Seletor de modo de funcionamento;
5. Seletor da fonte do trigger;
6. Filtro;
7. Circuito da base de tempo.
52
Figura 43: Diagrama de blocos dos circuitos eletroˆnicos do oscilosco´pio.
9.3.1 Circuitos de Entrada
Os sinais sa˜o aplicados ao oscilosco´pio atrave´s das entradas Y e TRIGGER EXT que
apresentam uma resisteˆncia interna de entrada de 1 Mohm. Normalmente, os oscilosco´pios
dispo˜em de duas entradas, mas tambe´m se encontram aparelhos com quatro entradas.
Junto de cada entrada Y encontra-se o seletor do tipo de acoplamento ao mo´dulo de
amplificac¸a˜o com o qual se selecionaa escala do monitor. A Figura 13 apresenta o
esquema do circuito de entrada onde se pode ver o seletor de comutac¸a˜o entre os va´rios
tipos de acoplamento. O comutador permite selecionar o tipo de acoplamento: AC, DC,
ou GND, Figura 44. O amplificador de ganho varia´vel controla a escala de monitorizac¸a˜o
dos sinais.
Figura 44: Esquema do circuito de entrada.
53
O acoplamento pode ser:
• DC (acoplamento cont´ınuo) - O sinal na entrada e´ aplicado diretamente ao circuito
de amplificac¸a˜o e assim registra n´ıveis alternados e cont´ınuos superpostos.
• AC (acoplamento filtrado) - So´ a componente varia´vel no tempo do sinal e´ aplicada
ao amplificador, a componente cont´ınua e´ filtrada pelo capacitor C, ou seja, registra
apenas n´ıveis de tensa˜o alternados.
• GND - O sinal presente na entrada e´ curto-circuitado com a massa. Esta posic¸a˜o do
comutador e´ usada sempre que se pretende ajustar o n´ıvel de tensa˜o zero, tambe´m
designado por linha de base.
A Figura 45 apresenta a visualizac¸a˜o de um sinal Vy nos modos AC, DC e GND,
respectivamente.
Figura 45: Sinal V y nos modos AC, DC e GND.
9.3.2 Ganho do Mo´dulo de Amplificac¸a˜o
Junto de cada entrada encontra-se tambe´m o regulador de ganho do amplificador
vertical que regula a escala de tenso˜es na tela. Habitualmente as escalas de tensa˜o variam
entre 5 mV/div a 20 V/div, podendo ser selecionada de acordo com a amplitude do
sinal em observac¸a˜o. Como o nu´mero total de diviso˜es na tela do oscilosco´pio e´ igual a
8, e´ poss´ıvel observar ddp ate´ um ma´ximo de 160 V, pico a pico. No entanto, quando
necessa´rio, e´ poss´ıvel a medic¸a˜o de ddp de amplitudes maiores, bastando para tal atenuar
o sinal por um fator conhecido. As pontas de prova permitem, geralmente, atenuac¸o˜es do
sinal por um fator de 10, 100 ou 1000, o que nos permite medir ddps bastante elevadas.
Para medir uma ddp basta multiplicar o nu´mero de diviso˜es que o sinal abrange
na escala vertical, relativamente a` linha de base, pelo valor do ganho selecionado. Por
exemplo, se um sinal apresenta uma amplitude de 5 diviso˜es na tela e a escala utilizada
e´ 0,1 V/div., a amplitude do sinal em volts vale: (5 div) x (0,1V/div) = 0,5V.
54
9.3.3 Selec¸a˜o do Modo de Entrada
O oscilosco´pio, mostrado na Figura 38, permite selecionar o modo de amostragem dos
va´rios canais de entrada do oscilosco´pio:
• CH1 - mostra apenas o canal 1;
• CH2 - mostra apenas o canal 2;
• ALT - mostra alternadamente varreduras completos de cada um dos canais. Para que
a alternaˆncia na˜o seja percept´ıvel o varredura deve apresentar um per´ıodo inferior
a 1/n da persisteˆncia da retina do olho humano, onde n e´ o nu´mero de canais
amostrados. Para dois canais, por exemplo, um per´ıodo de 50 Hz e´ suficiente.
Resumidamente, as formas de onda dos dois canais sa˜o mostradas alternadamente,
um canal de cada vez, sendo utilizado para a visualizac¸a˜o de sinais de alta frequ¨eˆncia;
• CHOP - a apresentac¸a˜o dos dois canais e´ efetuada num u´nico varredura completo do
feixe de ele´trons por partilha de tempo. A comutac¸a˜o efetua-se a elevada frequ¨eˆncia
(100 kHz) de forma a garantir que a distaˆncia entre trac¸os consecutivos seja inferior
ao diaˆmetro da mancha luminosa. Deste modo a sequ¨eˆncia de pequenos trac¸os e´
percebida como uma linha cont´ınua. No entanto, se a frequ¨eˆncia de varredura for
superior a 1 kHz, pode observar-se um trac¸o descont´ınuo. Assim, as formas de
onda dos dois canais sa˜o mostradas simultaneamente de forma segmentada, sendo
utilizado para a visualizac¸a˜o de sinais de baixa frequ¨eˆncia.
• ADD - os sinais presentes nos canais 1 e 2 sa˜o somados e mostrados.
9.3.4 Selec¸a˜o do Modo de Funcionamento
Existe um comutador que permite selecionar o sinal que e´ aplicado a`s placas verticais
do tubo de raios cato´dicos: o sinal do tipo de dente de serra da base de tempo (explicado
depois), ou o sinal presente na entrada 2 (CH2).
a) MODO X-T
Neste modo de funcionamento observamos no monitor os sinais presentes nas entradas
CH1 e/ou CH2 em func¸a˜o do tempo. Este efeito e´ conseguido aplicando uma onda do
tipo dente de serra a`s placas verticais do tubo de raios cato´dicos. Deste modo o feixe de
ele´trons movimenta-se da esquerda para a direita do monitor (varredura do feixe) com
uma velocidade constante, monitorando ”instantaneamente”a tensa˜o aplicada a`s placas
55
verticais. A escala temporal do monitor e´ determinada pelo declive da onda em dente de
serra que pode ser ajustado pelo seletor da BASE DE TEMPO do painel de comandos do
oscilosco´pio. Tipicamente, encontram-se oscilosco´pios com escalas temporais que variam
entre cerca de 0,5 ms/div e 200ms/div.
b) Modo X-Y
Neste modo de funcionamento observamos no monitor o sinal do canal CH1 em func¸a˜o
do sinal do canal CH2. O circuito da base de tempo e´ desligado, logo o sincronismo
de amostragem da figura monitorizada depende do tipo de sinais usados. Se os sinais
amostrados forem perio´dicos o trac¸o resultante descreve uma figura fechada, em geral
complexa e insta´vel. No caso particular de sinais sinusoidais em que a raza˜o entre as
frequ¨eˆncias e´ um inteiro ou uma frac¸a˜o racional formam-se as conhecidas figuras de Lis-
sajous. Estas figuras, estudadas mais adiante, apresentam uma forma caracter´ıstica que
depende da raza˜o entre as frequ¨eˆncias e da diferenc¸a de fase inicial das duas ondas. Esta
caracter´ıstica pode ser usada para efetuar medidas de frequ¨eˆncia de sinais com base num
sinal de frequ¨eˆncia conhecida.
9.3.5 Base de Tempo
A ana´lise de sinais desconhecidos com o oscilosco´pio e´ sempre dada em func¸a˜o de outra
tensa˜o de caracter´ısticas conhecidas. Normalmente aplica-se a tensa˜o conhecida a`s placas
de deflexa˜o horizontal que geralmente e´ uma func¸a˜o linear no tempo. Essa func¸a˜o tem
a forma de um dente de serra, como se pode ver na Figura 46, e origina um movimento
horizontal do feixe eletroˆnico que proporciona uma base de tempo.
O movimento do feixe inicia-se quando o circuito de trigger aplica um impulso de
sincronizac¸a˜o a` entrada do circuito da base de tempo. O feixe desloca-se da esquerda
para a direita, sendo o per´ıodo de varredura, Tvar, dado pelo tempo de subida do dente
de serra. Atingido o extremo direito da tela a grelha de Wehnelt e´ sujeita a uma tensa˜o
mais negativa que o ca´todo, impedindo os ele´trons de atingirem o alvo fosforescente.
Simultaneamente, a tensa˜o de varredura desce rapidamente a zero, desviando assim o
feixe para o extremo esquerdo da tela. A varredura seguinte inicia-se quando o circuito
da base de tempo receber outro impulso de sincronismo.
O tempo de varredura, e, portanto a escala da base de tempo, e´ determinada pelo
tempo Tvar. Este valor pode ser ajustado atrave´s de um seletor, chamado TIME BASE,
que permite a selec¸a˜o de valores entre 200 ms e 0,5 ms, dependendo da qualidade dos
aparelhos.
56
Figura 46: Tensa˜o dente-de-serra aplicada a`s placas verticais do tubo de raios cato´dicos
e impulsos de sincronismo.
9.3.6 Gatilhamento (Trigger)
O passeio horizontal da mancha luminosa a` velocidade constante, no MODO X-Y,
designa-se por varredura e inicia-se no lado esquerdo da tela e termina no lado direito.
Mas quando e como se deve iniciar a varredura? Se a varredura se repetir sem inter-
rupc¸a˜o, so´ por mero acaso se obteria a sincronizac¸a˜o das frequ¨eˆncias de varredura e do
sinal. Consequ¨entemente os ciclos consecutivos de varredura na˜o se sobreporiam coeren-
temente, surgindo na tela uma imagem desordenada e incompreens´ıvel, como se pode ver
no exemplo da Figura 47.
Figura 47: Varredura.
O movimento do feixe eletroˆnico no sentido horizontal deve funcionar sincronizado
com o movimento vertical do feixe, de modo a reproduzir