Apostila dos alunos do 1º eletroeletrônica e 1º Módulo eletroeletrônico.
Experimentos com:
Resistores, Capacitores, Relés, Transformadores, Multímetro, Osciloscópio.
Atualizada em
Janeiro/2006
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Eletro-eletrônica Básica, Notas de estudo de Engenharia de Materiais
Apostila - Apostila
Tipologia: Notas de estudo
2011
1 / 90
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Apostila dos alunos do 1º eletroeletrônica e 1º Módulo eletroeletrônico.
Experimentos com:
Resistores, Capacitores, Relés, Transformadores, Multímetro, Osciloscópio.
Atualizada em Janeiro/
ELETROELETRÔNICA BÁSICA
J Jumper* T Transformador L Indutores / Bobinas U ou CI Circuito Integrado LD ou LED Diodo emissor de Luz (LED) X ou XT Cristal
- Utiliza-se tanto para conjuntos de barras de pinos com estrapes como para pontes de fio utilizadas em placas de face simples.
Simbologia Simbologia é o estudo dos símbolos que são utilizados no meio técnico como uma linguagem clara, objetiva e universal na análise ou no desenvolvimento de circuitos eletroeletrônicos. Temos na tabela a seguir os símbolos empregados constantemente: Componente Símbolo Função
Capacitor
Componente passivo de dois terminais cujo sua finalidade é armazenar energia quando polarizado por tensão. Sua unidade de medida é o Farady (F) Existem vários tipos de capacitores onde podemos classificá-los de polarizados e não polarizados. Polarizados são os: Eletrolítico e Tântalo Não Polarizados são os Cerâmicos e Poliéster
Capacitor Variável
Tem a mesma função do capacitor a vantagem é pode ter sua capacitância variada através o parafuso central, normalmente são comercializados na ordem de pF e também são conhecidos como Trimmer
Indutor
Componente de dois terminais também denominado como bobina ter como principal função criar campo magnético. Sua unidade de medida é o Henry (H), componente bastante utilizado em filtros.
Relê Eletromecânico
O relé eletromecânico, como o próprio nome diz, é um dispositivo formado por uma parte elétrica e outra mecânica. A grande vantagem do relé é poder acionar um circuito elétrico de potência por meio de um outro circuito elétrico, muitas vezes de menor potência, estando ambos isolados eletricamente entre si, já que o acoplamento entre eles é apenas magnético.
Transformador
Quando aplicado uma tensão no primário o mesmo gerará através de um campo magnético uma tensão induzida no secundário do transformador. Temos três tipos mais comuns de transformador que são: Elevador, Rebaixador e Isolador.
Diodo
Componente de dois terminais denominados de Anodo (A) e Catodo (K) construído de material semicondutor que quando polarizado diretamente faz com que a tensão nele seja próximo de 0,6V e funcione como uma chave aberta.
LED
Componente de dois terminais como denominados Anodo e Catodo e que quando polarizado diretamente emite luz numa tensão de aproximadamente 2V/20mA de corrente
Transistor
Componente de três terminais denominada Base (B), Emissor (E) e Coletor (C) também como o diodo é construído de material semicondutor e funciona quando é aplicado ao terminar de Base uma corrente que faz com que a corrente flua entre coletor e emissor atuando como uma chave. De acordo com sua construção existem dois tipos de transistores o NPN e o PNP.
Transistor MOS-FET
O MOS-FET é um elemento largamente empregado na construção de circuitos integrados, pois sua característica nos permite construir circuitos muito mais complexos e versáteis do que os construídos com simples transistores de junção (bipolar)
SCR
Componente de três terminais denominados Catodo (K), Anodo (A) e Gate (G) da família dos tiristores (componentes de potência) são utilizados para acionamentos de carga de alta potência.
Circuitos Integrados
São componentes semicondutores que num tamanho muito reduzido executam várias funções conforme suas especificações encontradas em livros de dados do componente, os circuitos integrados podem ser: memórias, contadores e etc.
Fusível
Os equipamentos eletrônicos possuem fusíveis de proteção contra sobrecarga de corrente. O Fusível tem um filamento a base de estanho (baixo ponto de fusão) que se derrete quando a corrente que passa por ele é maior que a nominal estampada em seu corpo. Quando isso ocorre, é preciso substitui-lo após a correção do problema.
10 A^ x 10 B^ = 10 A + B Exemplos: A) 1000 x 10000 = 10 3 x 10 4 = 10 7 B) 0,0001 x 0,01 = 10 -4^ x 10 -2^ = 10- C) 10000 x 0,001 = 10 4 x 10 -3^ = 10 1 = 10
Observação Lembrando que na potenciação qualquer número elevado a 0 é igual a 1, exemplo 10 0 =
Quando dividimos dois números que têm a mesma base, mantemos a base e subtraímos o expoente do numerador do expoente do denominador. Genericamente temos: 10 A 10 B^
= 10 A^ x 10-B^ = 10 A^ B
Exemplos: A) 10000 10 4 1000 =^10 3 =^10
(^4) x 10 -3 (^) = 10 1 = 10
B)
= 10 2 x 10 -4^ = 10 -2^ = 0,
C)
0,01 =^10 -2^ =^10
(^4) x 10 -(-2) (^) = 10 6 = 1000000
Na eletroeletrônica estas notações são utilizadas para representar e simplificar a escrita das grandezas elétricas como, por exemplo, kV(10 3 ) quilovolt , kW(10 3 ) quilowatt, mA(10- (^3) ) miliampére.
Grafia das unidades de medida Existe uma grande dificuldade no momento da escrita das unidades de medida, quando deve ser maiúscula ou minúscula, se existe plural como deve ser feito. Essas informações são de bastante importância, pois é muito comum o técnico em eletroeletrônica precisar elaborar relatórios e essas falhas podem ser grave dependendo da situação. Veremos a seguir alguns cuidados a serem tomados: As unidades devem começar com letra minúscula; exceto grau Celsius: ampère; kelvin; newton; Valor numérico de uma grandeza deve ser acompanhado da unidade escrita por extenso ou representada pelo seu símbolo: 30 newtons por metro quadrado ou 30 N/m2; Para palavras simples o plural é formado com adição de s no final: quilogramas; joules; farads; grays; Para palavras compostas sem hífen, ambas recebem s no final: metros cúbicos; quilômetros quadrados; Para termos compostos por multiplicação, o s é acrescentado no final: ampères- horas; newtons-metros; watts-horas; Para unidades compostas por divisão, o s aparece somente no numerador: quilômetros por hora; newtons por metro quadrado;
Palavras que terminam com letras s, x ou z não se acrescenta s : siemens; lux; hertz; Palavras compostas por unidades e elementos complementares e ligadas por hífen ou preposição, os elementos não levam s : anos-luz; elétron-volts; Veja alguns exemplos:
Singular Plural Decibel Decibels Quilograma-força Quilogramas-força Ohm-metro Ohms-metros Milímetro cúbico Milímetros cúbicos Volt Volts Metro por segundo Metros por segundo
O que não se pode fazer em hipótese nenhuma: Os símbolos não admitem s de plural, ponto de abreviatura, sinais e letras: metro = m; watt = W; quilometro por hora = km/h. Duas unidades multiplicadas: newton vezes metro = N.m.
Unidade constituída pela divisão de unidade por unidade:
metro por segundo = m/s ou m.s-1.
Um símbolo + prefixo com expoente, expoente afeta o conjunto prefixo unidade: 1 dm3 = (10-1m)3 = 10-3m3^ ; 1 mm3 = (10-3m)3 = 10-9m3^ ;1 cm3 = (10-2m)3 = 10- 6m
Não são admitidos prefixos compostos formados pela justaposição de vários prefixos SI: 1 nm = um nanômetro; 1 GW = um gigawatts.
Os símbolos de uma mesma unidade podem coexistir num símbolo composto por divisão: kWh/h = quilowatt-hora por hora ; mm²/m = ohm vezes milímetro ao quadrado por metro.
Na tabela a seguir temos as principais unidades do sistema internacional
GRANDEZA NOME SÍMBOLO EXPRESSÃO Capacitância farad F C / V Condutância siemens S A / V Energia, Trabalho joule J N.m Fluxo magnético weber Wb V.s Força newton N - Freqüência hertz Hz Indução magnética tesla T Wb/m 2 Indutância henry H Wb/A Potência watt W J/s Pressão pascal P N/m 2 Resistência elétrica ohm V/A
Código de Cores Alguns tipos de resistores (Normalmente os de alta potência) têm as especificações escritas diretamente em seus encapsulamentos. Porém, a maioria tem as especificações dadas em forma de código de cores.
Existem dois tipos de resistores:
- 4 faixas (resistores uso comum)
- 5 faixas (resistores de precisão)
Nos resistores de quatro faixas a leitura procede-se de acordo com a figura abaixo:
Nos resistores de cinco faixas a leitura é feita de acordo com a figura abaixo:
Cinco Faixas Cor 1º Alg. Sign. 2ºAlg. Sign. 3ºAlg. Sign. Nº de Zeros Tolerância Temperatura
Preto 0 0 0 (Nenhum) 200 PPM/ºC Marrom 1 1 1 1 (Um zero) 1% 100 PPM/ºC Vermelho 2 2 2 2 (Dois zeros) 2% 50 PPM/ºC Laranja 3 3 3 3 (Três zeros) 15 PPM/ºC Amarelo 4 4 4 4 (Quatro zeros) 25 PPM/ºC Verde 5 5 5 5 (Cinco zeros) 0,5% Azul 6 6 6 6 (Seis zeros) 0,25% 10 PPM/ºC Violeta 7 7 7 0,10% 5 PPM/ºC Cinza 8 8 8 1 PPM/ºC Branco 9 9 9 Ouro Multiplica por 0,1 5% Prata Multiplica por 0,01 10% Ausência 20%
A seguir uma tabela com os múltiplos para valores comerciais de resistores fixos com tolerância de 5%:
EQUIPAMENTOS E MATERIAIS A SEREM UTILIZADOS
Qtde. Descrição Especificação 5 Resistor Qualquer Valor 1 Capacitor Qualquer Valor 1 Diodo Qualquer tipo 1 Led Qualquer cor 1 Transistor Qualquer modelo
1 Circuito Integrado Qualquer tipo 1 Transformador Qualquer tipo 1 Indutor Qualquer valor 1 Relé Qualquer tipo
CIRCUITOS PROCEDIMENTOS MEDIDAS E ANÁLISES
CPMA1 Relacionar as grandezas com sua respectiva unidade.
Capacitância 1
Condutância 2 H
Freqüência 3 W
Indução magnética 4 F
Indutância 5 S
Potência 6 Hz
Resistência elétrica 7 T
CPMA2 Os terminais de um transistor são chamados de: Dreno / Porta / Fonte Coletor / Base / Emissor
CPMA3 Responda a alternativa onde o plural está correto Quilômetros por horas Quilômetros por hora
CPMA4 Resistor sua principal função é: Armazenar energia Limitar a corrente
CPMA5 As unidades Mega e Nano podem ser representadas na notação cientifica como: 10 6 e 10 9 10 6 e 10-
CPMA6 Transformar o que se pede
Transformar em: Resposta A 0,005V De volt para milivolt B 0,25mV De milivolt para microvolt C 5400W De watt para quilowatt D 0,0001225A De ampére para microampére E 120pF De picofarad para nanofarad F (^) 4500 V De microvolt para volt G 0,1A De ampére para miliampére H 1000000V De volt para megavolt I 10000 De ohm para quiloohm
CPMA8 Dado o circuito abaixo circule os componentes listados na tabela abaixo do circuito e logo após anotar a sua especificação na mesma tabela.
Componente Especificação
A Q
B R
C IC
D R
E D
CPMA9 Anotar as cores e determinar o valor nominal e a tolerância de cada resistor fornecido através do código de cores anotando os valores encontrados na tabela abaixo:
1ª Faixa 2ª Faixa Nº Zeros Tolerância VALOR DO RESISTOR
R1 COR VALOR
R2 COR VALOR
R3 COR VALOR COR R VALOR COR R VALOR
CPMA10 Na tabela abaixo copie o valor nominal encontrado acima e calcular o valor Máximo e Mínimo das tolerâncias para cada valor dos resistores lidos na tabela anterior usando a formula abaixo:
Valor Máximo (+) = Valor do Resistor (N) X _____________
Valor Mínimo ( ) = Valor do Resistor (N) X _____________
R1 N^ N^ N^ N^ N
R
R
R
R
CPMA11 Determinar os valores dos resistores de 4 faixas abaixo:
1ª Faixa 2ª Faixa Nº Zeros Tolerância VALOR DO RESISTOR
A COR^ Marrom^ Preto^ Vermelho^ Ouro VALOR
B COR^ Vermelho^ Vermelho^ Preto^ Ouro VALOR
C COR^ Laranja^ Branco^ Ouro^ Ouro VALOR
E COR^ Amarelo^ Violeta^ Prata^ Ouro VALOR
CPMA12 Determinar os valores dos resistores de 5 faixas abaixo:
1ª Faixa 2ª Faixa 3ª Faixa Nº Zeros Tolerância VALOR DO RESISTOR COR (^) Marrom Amarelo Verde Laranja Marrom A (^) VALOR COR (^) Azul Verde Cinza Preto Vermelho B (^) VALOR COR (^) Laranja Azul Laranja Ouro Verde C (^) VALOR COR Amarelo Violeta Preto Prata Marrom D (^) VALOR
Para facilitar uma analise temos um equipamento de fácil utilização que auxiliar na elaboração de protótipos, ele é a matriz de contatos que vamos estudar a seguir.
Matriz de contatos Imagine o trabalho que seria se todo o circuito que quiséssemos experimentar ou analisar fosse necessário fazer uma placa de circuito impresso, além do projeto se tornar muito caro iria nos causar um trabalho enorme em fazer novas placas a cada componente modificado.
A Matriz de Contatos é formada, basicamente por uma peça plástica moldada com espaços internos próprios para acomodação de conectores metálicos. Os conectores metálicos são acessados através dos pequenos furos que cobrem a superfície da peça plástica. Conforme a figura abaixo:
Os pequenos furos servem para fixação dos componentes eletrônicos. Quando encaixados, os terminais dos componentes ficam presos entre duas laminas que constituem os conectores metálicos. Quando montamos um circuito, primeiro os componentes são fixados sobre a matriz, depois através de pedaços de fios rígidos de diâmetro apropriado, as demais interligações são efetuadas. Assim, sobre a matriz pode-se montar desde circuitos simples até os mais complexos sem a necessidade de soldar os componentes. Existem muitos modelos de matriz de contatos, uns com mais, outros com menos pontos de interligação, porém, a organização dos contatos obedece na maioria dos casos os padrões a seguir nas figuras abaixo.
Pode-se observar na figura 1 que os furos estão organizados visualmente em grupos de 5 mas só visualmente, pois todos os pontos nesta linha estão ligados entre si através de um condutor metálico, localizado internamente à base plástica que normalmente são utilizados como barramento de distribuição de alimentação, ou seja, pode se adotar uma das linhas como GND (Terra) e outra com VCC (Positivo). Já na figura 2 cada 5 furos dão acesso ao
Figura 1 Figura 2
condutor metálico, localizado internamente à base plástica, onde são conectados os componentes. Observação:
- Na canaleta entre os furos da figura 2 é utilizada para montagem de circuitos integrados, Relés entre outros, para que seus terminais não fiquem em curto na matriz.
Veja ao lado um exemplo de interligação dos componentes na matriz de contatos e na figura abaixo como os componentes e fios devem ser preparados para serem usados na matriz de contatos.
Observação: Nunca um componente pode entrar e sair para o mesmo barramento, pois o mesmo estará em curto e não fará diferença para o circuito, tornando se um fio.
No comércio, encontra-se modelo de diversos fabricantes, tais como Celis, Shakomiko e outros. Entre os modelos importados a marca Proto-Board e a mais conhecida.
LED O LED é um tipo especial de diodo, pois emite luz quando polarizado diretamente. Por isso, ele é classificado como um dispositivo optoeletrônico. Neste experimento o LED será analisado com o objetivo de ser utilizado na sua aplicação mais básica que é a de indicador luminoso. O nome LED é a sigla de light emitting diode, que significa diodo emissor de luz. Trata-se de um dispositivo optoeletrônico, cuja principal característica é a conversão de sinal elétrico em óptico. Na polarização direta, quando os elétrons do lado N cruzam a junção, eles se recombinam com as lacunas do lado P. A recombinação produz uma irradiação de energia. Nos diodos comuns, a energia irradiada é a térmica, produzindo calor. Nos LED s, a energia irradiada é na forma de onda eletromagnética, produzindo luz. A irradiação da energia luminosa é possível pela utilização de elementos como o gálio (Ga), arsênico (As) e o fósforo (P) na fabricação da junção PN.
CPMA2 Montar os circuitos propostos e solicitar o visto do professor ou do monitor para cada circuito montado corretamente
Circuito 1 Visto e Data
Circuito 2 Visto e Data
Circuito 3 Visto e Data
Circuito 4 Visto e Data
U
1
DIS
7 OUT
3
RST
4
8
THR
6
CON
5
TRI
2
GND
VCC
LM555CM
V 12V
R 100ohm
LED_red
LED C 100nF
R 1.0kohm
R 1.2kohm
C 100uF
EXPERIÊNCIA
MEDIDAS DE GRANDEZAS ELÉTRICAS
OBJETIVOS:
- Conhecer as características dos multímetros analógicos e digitais;
- Ler escalas do multímetro analógico;
- Diferenciar as vantagens e desvantagens entre os multímetros;
- Realizar medidas básicas de tensão na rede elétrica.
- Analisar as características e limitações do multímetro nas escalas de resistência elétrica;
- Aprender a medir corretamente resistência elétrica com o multímetro
- Aprender determinar a potencia dissipada por um circuito;
- Aprender a calcular a energia consumida de aparelhos eletrônicos.
CONCEITOS TEORICOS ESSENCIAIS
MULTIMETRO
Os técnicos o denominam multiteste, tester, mitter são os nomes dados ao multímetro que é um instrumento que tem a finalidade básica de testar componente e ou circuitos eletroeletrônicos. Existem diversos locais onde se dá a aplicação deste poderoso instrumento, eles são: Na oficina eletrônica, utilizado na prova de condutores, resistores, circuitos de RF entre outros; Na oficina de Eletrodomésticos, usado na prova de motores, instalações elétricas e outros; No automóvel, usado na prova de fusíveis, baterias, lâmpadas, etc. Aplicação profissional, usada na prova de máquinas industriais, aparelhos médicos, análise de circuitos. Os multímetros podem ser analógicos (quando utilizam um galvanômetro como instrumento de leitura) ou digitais (quando utilizam display de cristal liquido para a leitura do valor lido). Nas figuras a seguir temos um multímetro analógico e um multímetro digital. Independentemente se o instrumento é analógico ou digital, o modo como ele é usado é praticamente a mesma.
A maioria dos multímetros possui as seguintes escalas: Resistência; Tensão Contínua; Tensão Alternada; Corrente Contínua. Alguns multímetros são capazes de medir também corrente alternada, mas este tipo de instrumento não é muito comum em eletrônica. Já os instrumentos digitais possuem uma escala para teste de diodo e transistores. Em multímetro analógico é utilizada a escala de resistência para realizar este teste.