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CURSO BÁSICO DE ELETRÔNICA – PARA ESTUDANTES DE ENGENHARIA / 2011
Tipologia: Manuais, Projetos, Pesquisas
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CURSO BÁSICO DE
ELETRÔNICA
Ministrantes:
André Bernuzzi Leopoldino Andréia Crico dos Santos Antônio César Costa Ferreira Rosa Luiz Carlos Roma Júnior Ygor Cardoso Mendes
São aqueles de dois terminais, de valor ôhmico fixo. Os mais comuns são fabricados em película de carbono, sua potência varia de 1/8W até 2,5W e são identificados pelo código de cores. Outros, com potência acima de 5W são de fio, geralmente são fabricados em níquel-cromo e os valores da resistência, potência e tolerância vêm impressos em seu corpo. Os tipos citados anteriormente pertencem a essa categoria.
Resistores Variáveis: O resistor variável é aquele cujo valor de resistência pode ser ajustado por um movimento mecânico como, por exemplo, rodando com a mão. Eles podem ser de volta simples ou de múltiplas voltas com um elemento helicoidal, sendo que alguns apresentam um display mecânico para contar as voltas. São bastante úteis em determinadas situações nas quais é necessário que o valor da resistência varie (ex: quando se aumenta o volume do rádio ou varia a luminosidade da lâmpada no painel do carro). Tradicionalmente, resistores variáveis são não-confiáveis, porque o fio ou o metal podem se corroer ou desgastar. Alguns resistores variáveis modernos usam materiais plásticos que não corroem. Os tipos de resistores variáveis são: a) Reostato: É um resistor variável com dois terminais, sendo um fixo e outro deslizante. Geralmente são utilizados com alta corrente.
Figura 4 - Reostato de alavanca Figura 5 - Reostato Toroidal
b) Potenciômetro: É um tipo de resistor variável comum, muito utilizado para controlar o volume em amplificadores de áudio. Os potenciômetros, em geral, não suportam correntes elétricas altas, sendo comumente utilizados em aplicações de eletrônica.
Figura 6 - Potenciômetros
Nota: os resistores mecânicos comerciais, como o reostato ou o potenciômetro, geralmente são menos confiáveis, pois sofrem o efeito do atrito (ao deslizarmos os terminais, ou rodarmos o eixo, no caso do potenciômetro) e na prática costumam apresentar “saltos” (ou buracos) entre os valores de resistência alcançados. Ambos os tipos de resistores podem ser representados da seguinte forma:
c) Metal Óxido Varistor (M.O.V.): É um tipo especial de resistor que tem dois valores de resistência muito diferentes: um valor muito alto quando sujeito a baixas tensões (menores que um limite especificado pelo fabricante) e outro valor de baixa resistência quando submetido a altas tensões (acima desse já citado limite). Ele é comumente usado em estabilizadores de energia, tendo a função de desviar a corrente extra gerada por um aumento abrupto (surto) de tensão. Outras utilizações acontecem nos pára-raios usados nos postes de ruas, ou ainda como trava em circuitos eletromotores.
Figura 7 – Circuito com varistor: no caso de um aumento repentino (e geralmente, danoso) da tensão, o varistor tem sua resistência diminuída e permite que a corrente passe por si, evitando que a aparelhagem ligada à rede se danifique.
d) Termistores:
Termístor (ou termistor) são resistores semicondutores sensíveis à temperatura. Existem basicamente dois tipos de termistores:
Gráfico 1 – Curava característica de resistor ôhmico, em que tg α = VR / IR = R
A resistência (de resistores fixos), embora se expresse pelo quociente VR/IR, tem seu valor definido pelas características físicas do objeto resistor, seguindo a relação:
Em que em que ρ é a resistividade do material, L é o comprimento e A é a área da seção transversal. Observe a gravura:
Figura 9 - Tomando como referência o condutor central, observa-se que um aumento na área da secção transversal (objeto à esquerda) diminui a resistência e um aumento no comprimento resulta em um condutor mais resistivo (objeto à direita). A resistividade ρ é uma característica própria de cada material. Veja alguns exemplos na tabela, e observe que os materiais com menor valor de ρ, como o cobre ou a prata, são bons condutores, enquanto grandes valores de resistividade são características de isolantes (ou mal condutores).
Tabela 1 – Resistividade de alguns materiais
3.3.1 Associação Série:
L R A
Na associação em série, a resistência equivalente Req é igual à soma das resistências dos resistores pertencentes ao ramo série.
Figura 10 - Associação de resistores em série
3.3.2 Associação em Paralelo: Na associação em paralelo, o inverso da resistência equivalente Req é igual à soma dos inversos das resistências dos resistores do ramo paralelo.
Figura 11 - Associação de resistores em paralelo
Um resistor de resistência R, quando atravessado por uma corrente I, converte uma parcela da energia elétrica que o atravessa em energia térmica. O chuveiro é o melhor exemplo: o calor gerado pela passagem da corrente em seu resistor é aplicado para aquecer a água usada no banho. A potência Pd dissipada pelo resistor é expressa por: 2 2 d^.^.
V P R I V I R
É importante ressaltar que, como todo material possui resistência, mesmo que ínfima, o Efeito Joule ocorrerá em qualquer situação envolvendo passagem de corrente (obviamente, em alguns casos, será desprezível).
Imagine que, na posse de uma fonte que forneça uma determinada tensão, se necessite, para fins diversos, obter uma ddp que seja uma parcela desse valor. Considerando o fato que a queda de tensão em um resistor é, em outras palavras, a diferença de potencial entre seus terminais, pode-se inserir num circuito dois ou mais deles (resistores), de forma a obter a tensão desejada.
atingir o valor máximo (pico da senóide) Isen também o atingirá, e sendo Vsen nulo (quando o gráfico toca o eixo X) Isen também deverá ser zero.
V
FREQ = 60
VAMPL = 311. VOFF = 0 R 5
0 Figura 15 - Resistor de 5Ω alimentado por uma fonte senoidal de 220V (rms)
Gráfico 2 - Tensão (onda de maior amplitude) e corrente em fase, medidos no resistor do circuito da fig.15.
Para ler um resistor de 4 faixas coloridas deve-se prestar atenção ao seguinte: há uma cor que está mais próxima do extremo. Esta é a primeira cor a ser considerada na leitura. A primeira cor deste extremo representa o primeiro dígito do valor. A segunda representa o segundo dígito. A terceira cor representa o fator exponencial multiplicativo e a quarta faixa faz referência à tolerância.
Figura 16 – Representação de faixas do diodo para leitura
Cor 1° 2° Fator Multiplicativo (Potência de 10) Tolerância Preto 0 0 x 1 ---- Marrom^1 1 x 10^ 1% Vermelho 2 2 x 100 2% Laranja 3 3 x 1.000 ---- Amarelo^4 4 x 10.000^ ---- Verde 5 5 x 100.000 ---- Azul 6 6 x 1.000.000 ---- Violeta 7 7 ---- ---- Cinza^8 8 ----^ ---- Branco 9 9 ---- ---- Dourado -- -- x 0,01 5% Prateado --^ --^ x^ 0,1^ 10% Sem cor -- -- ---- 20% Tabela 2 – tabela cores para leitura de resistores
Nem todos os valores de resistência estão disponíveis no mercado, mas esse problema é facilmente contornável fazendo-se associações entre os resistores disponíveis. Outra questão importante é que alguns valores de resistência só são possíveis com certo valor de tolerância, o que em certos casos pode gerar alguns embaraços. Segue uma tabela genérica com os resistores mais encontrados:
1.0ohm 1.1ohm 1.2ohm 1.3ohm
1.5ohm 1.6ohm 1.8ohm 2.0ohm
2.2ohm 2.4ohm 2.7ohm 3.0ohm
Um capacitor é um dispositivo elétrico formado por duas placas condutoras de
metal também chamadas de armaduras que são separadas por um material isolante, o
dielétrico. A Figura 20 exemplifica o modelo composto por placas planas, porém estas
também podem assumir formatos esféricos e cilíndricos. Os símbolos mais comuns na
representação de capacitores em esquemas de circuitos elétricos são mostrados na
Figura 21.
Figura 17 - Capacitor típico Figura 18 - Símbolos esquemático
O capacitor é um armazenador de cargas que armazena energia no dielétrico na
forma de campo elétrico. As duas placas do capacitor da Figura 20 são eletricamente
neutras uma vez que existe o mesmo número de prótons (carga positiva) e de elétrons
(carga negativa) em cada placa. Portanto, o capacitor não possui carga, porém ao
ligarmos uma bateria às placas, fechando à chave no circuito da Figura 22 a carga
negativa da placa A é atraída para o terminal positivo da bateria, ou seja, os elétrons
migram da placa para a bateria, enquanto a carga positiva da placa B é atraída para o
terminal negativo da bateria assim os elétrons migram do terminal da pilha para a
armadura. Esse movimento de cargas continua até que a diferença de cargas entre as
placas A e B seja igual à força eletromotriz (tensão) da bateria, ou seja, o movimento
cessa quando houver um equilíbrio de cargas entre o capacitor e a bateria, visto que
enquanto a armadura A está perdendo elétrons, ela está se eletrizando positivamente e
seu potencial elétrico está aumentando, já na armadura B ocorre o contrario, ela ganha
elétrons, eletrizando-se negativamente e seu potencial elétrico vai diminuindo, logo
haverá um equilíbrio de potenciais. Após este processo o capacitor estará carregado e
As propriedades elétricas dos capacitores dependem da distância de separação
das placas, da área das placas e do tipo de dielétrico utilizado. Dentre estas propriedades
podemos citar capacitância, reatância, valor máximo de tensão etc.
Eletricamente, a capacitância é a capacidade de armazenamento de carga
elétrica. A capacitância é igual à razão quantidade de carga que pode ser armazenada
num capacitor pela tensão aplicada às placas.
Onde C = capacitância, dada em [F] Q = quantidade de carga, dada em [C] V = tensão, dada em [V]
A Equação acima pode ser reescrita na forma:
A unidade da capacitância é o farad [F]. O farad é a capacitância que armazena um
Coulomb de carga no dielétrico quando a tensão aplicada aos terminais do capacitor é
de um volt.
A característica do dielétrico que descreve a sua capacidade de armazenar energia
elétrica é chamada de constante dielétrica. Como referência, usa-se o ar com constante
dielétrica igual a 1. Exemplos de dielétricos utilizados na construção de capacitores são
Teflon, papel, mica, baquelite e cerâmica. Valores da constante dielétrica para alguns
materiais estão tabelados na tabela abaixo.
Material k
Água destilada 81
Álcool etílico 5,0 – 54,
Baquelite 4,5 – 5,
Mica 5,
Papel 1,7 – 3,
Porcelana 4,
Quartzo 4,7 – 5,
Tabela 4 – Valores da constante dielétrica de alguns materiais
Para um capacitor de placas planas paralelas, a capacitância é dada por:
d
C k
Onde C = capacitância, dada em [F] k = constante dielétrica do material isolante A = área da placa, dada em [m^2 ] d = distância entre as placas, dada em [m]
Para um maior entendimento da formula veja a figura 22.
Figura 22 – Exemplifica a relação dos parâmetros que modificam a capacitância
Como para a maioria dos capacitores 1 farad é uma unidade muito grande para
indicar sua capacitância, é comum utilizarmos os submúltiplos como micro-farad, igual
a um milionésimo do farad (10-6^ F), o nano-farad (nF), igual a um bilionésimo do farad
(10-9^ F) e o pico-farad (pF), igual a um milionésimo do micro-farad.
Os capacitores são denominados de acordo com o dielétrico que possuem. Dentre os mais comuns estão os capacitores de ar, mica, papel e cerâmica, além dos capacitores eletrolíticos. Com exceção dos eletrolíticos e de alguns cerâmicos, os
Figura 25 – Capacitor Cerâmico
Figura 26 – Capacitor de Poliestireno
Figura 27 – Capacitor de Poliéster
Figura 28 – Capacitor de Polipropileno
Figura 29 – Capacitor de Mica
Figura 30 – Capacitor de papel
Figura 31 – Capacitores Ajustáveis
A associação de capacitores se dá de forma contrária à associação de resistores, ou seja:
3.1.1) Associação em série
CT C 1 C 2 C 3 Cn
onde
CT = capacitância total Cn = capacitância do capacitor n Desta expressão, deriva a expressão para o cálculo da capacitância de dois
capacitores em série:
1 2
1 2 C C
Figura 35 - Associação em série de capacitores
3.1.2) Associação em paralelo
