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Componentes
Unidades e subunidades Resistores Capacitores Indutores Resistência vs impedância
Circuítos básicos Divisor de tensão Circuítos RC Circuíto ressonante Equivalente Thevenin
Unidades e subunidades
As unidades básicas na eletrônica são Ohms para resistências, Farads para capacitância e Henry para indutâncias. Em muitos casos essas unidades podem ser muito pequenas, caso do ohm, ou muito grandes para utilizar diretamente. Mesmo que se possa confortávelmente entender p/ex 100.000 ohms é mais costumeiro falar em kiloohms (kohm). No caso das capacitâncias o Farad é uma unidade muito grande e na grande maioria dos casos usa-se apenas uma fração muito pequeno dele. Mas falar em 0,000000001 Farads é uma trapalhada, fica bem mais fácil usar 10 nanofarads (nF). Mas o que significa esses símbolos, mili, nano, kilo, etc? Convencionou-se usar uma série de potências de 10 para significar os múltiplos e frações seguindo a tabela:
Nome Símbolo Potência Valor
Tera T 1012 1 000 000 000 000 Giga G 109 1 000 000 000 Mega M 106 1 000 000 kilo k 103 1 000 mili m 10-3 0, micro μ 10-6 0, nano n 10-9 0, pico p 10-12 0,
Assim, quando as unidades ficam com números excessivamente grandes ou pequenos é mais conveniente usar um desses multiplicadores para escalonar para um número de 1 a 1000. Por exemplo, quando se fala em 12 kohms quer-se dizer 12.000 ohms, e 220 pF é o mesmo que 0,00000000022 Farads.
O Resistor
O resistor é o componente mais básico e mais antigo dos componentes eletrônicos. Ele era conhecido e usado muito antes do advento da eletrõnica própriamente. Ele é representado pelos símbolos:
Figura 1. Símbolos de resistores
No Brasil é mais comum que se utilize o símbolo européu, e é esse que será usado aqui.
A lei de Ohm
O físico alemão George Ohm ao estudar a condutância dos metais determinou que existe uma relação linear entre o potencial elétrico (U), a corrente (I) e a resistência (R). Esta relação ficou conhecida como a Lei de Ohm. Ela e seus derivados são:
Figura 2. A lei de Ohm
O resistor apresenta uma obstrução ao livre fluxo de corrente pelo circuíto, limitando-a pela sua resistência. Sua unidade é o ohm, e os multiplos mais comuns são o kiloohm (kohm) e megaohm (Mohm). Em circuítos de potência fala-se ocasionalmente em miliohm (mohm, não confundir com Mohm). A resistência é independente da frequência, seu comportamento é o mesmo em CC e CA.
Nota: A corrente indicada é a convencional, que flui do polo positivo para o negativo. Muitos preferem a corrente "real", com os elétrons fluindo do negativo ao positivo. Como a maioria dos circuítos usam o negativo como referência (comum ou terra), a corrente "real" atrapalha os cálculos, já que é preciso sempre lembrar da polaridade.
Associação de resistores
Os resistores podem ser conectados em série, em paralelo ou em qualquer combinação série-paralelo. Em série a resistência resultante sempre será maior que qualquer um dos resistores individuais. Em paralelo a resistência sempre é menor.
Figura 5. Associação série e paralela de capacitores
Indutores
O indutor é um condutor enrolado em volta de uma forma, geralmente redonda, com ou sem núcleo ferromagnético. Sua propriedade é a indutância e a unidade é o Henry (H). É uma unidade média, em áudio se encontra valores de henries e milihenries. No indutor sem núcleo a indutância depende do número de espiras e do formato da forma. Um núcleo ferromagnético concentra o campo magnético e faz aumentar a indutância.
Figura 6. O indutor
Reatância indutiva
A reatância do indutor é simbolizada como XL é assim como a reatância capacitiva é expressa em ohms. Examinando a fórmula de XL podemos observar que depende tanto da frequência como da indutância e aumenta com a frequência. Portanto tem um comportamento oposto ao do capacitor.
Associação de indutores
Os indutores podem ser ligados em série ou paralelo como os demais componentes. O valor resultante é calculado da mesma maneira dos resistores.
Figura 7. Associação de indutores.
Efeitos parasitas nos indutores
Todos os componentes apresentam uma proporção de outros componentes, o chamado efeito parasita. Os resistores geralmente são levemente indutivos e em muitos casos os capacitores podem tanto ser resistivos como indutivos. Nesses dois casos os efeitos não são muito significativos na faixa de áudio. Isso não ocorre no caso indutor. Como ele é feito com um fio muito fino e comprido a resistividade do fio cria uma resistência fácilmente medível numa faixa de dezenas de ohms a dezenas de kiloohms. Lembrando que o capacitor é feito com dois condutores separados por um isolador muito fino podemos notar que isso também ocorre entre as espiras do indutor. Cada espira forma um capacitor com a próxima, tendo o esmalte com dielétrico. Como são centenas ou milhares de pequenos capacitores essencialmente em paralelo, a capacitância total se acumula a valores altos.
Figura 8. Indutor com componentes parasitas e seu circuíto equivalente.
Os componentes parasitas fazem parte da própria construção do indutor e não é possível físicamente extraí-los. Mas usando instrumentos adequados é possível medir cada um deles e assim construir um modelo mais realista do indutor.
Resistência, reatância e impedância
Muito se ouve falar em "impedância disso ou daquilo, de tantos e quantos ohms". Qual é a diferença, ohms não é de resistência? É, mas como se viu, as reatâncias também se expressam em ohms, só que aqui foi omitido o fato das reatâncias defasarem a corrente em relação a tensão, o que não ocorre com a resistência pura. O capacitor e o indutor puros são componentes puramente reativos, ou seja, são reatâncias. A impedância é a combinação de componentes reativos e resistivos, e sua análise completa requer o uso dos números complexos. Isso foge do escopo deste texto e por isso as impedâncias vão ser tratadas como puramente resistivas. Isso realmente ocorre em muitos casos, mesmo quando um circuíto só contém resistências usa-se o termo impedância para manter a consistência.
Circuítos básicos
A seguir vamos ver um resumo dos circuíots mais básicos da eletrônica. Não se trata de uma explanação detalhada, mas mostrar o suficiente para explicar como ocorrem e o que fazem no modelamento dos captadores.
Figura 11. O circuíto ressonante
Como na prática não se pode usar componentes ideais, os componentes parasitas influenciam na ressonância, a capacitância parasita reduz a frequência efetiva fo enquanto a resistência achata o pico de ressonância e altera ligeiramente fo. Mas esses cálculos já envolvem o uso de números complexos e fogem do escopo deste texto. Para nossos propósitos a fórmula da fig. 11 é mais do que adequada.
Circuíto equivalente Thevenin
Figura 12. O circuíto equivalente Thevenin
Bem, este já não é tão básico assim. Mas é relativamente simples e fácil de entender, e ajuda bastante a entender alguns conceitos quando se fala de impedâncias dos circuítos de entrada e saída. Isso é ilustrado na figura 12 com um simples divisor de tensão. Básicamente o teorema de Thevenin diz que qualquer circuíto pode ser substituído por uma fonte de tensão em série com uma impedância. A partir do circuíto da fig 12a calcula-se o da fig 12c da seguinte maneira:
1 Calcule a tensão aparente nos terminais a e b usando a Lei de Ohm e a do divisor de tensão. (^2) Substitua a(s) fonte(s) de tensão por um curto-circuíto como na fig. 12b. Pode ver que R1 e R2 agora efetivamente estão em paralelo. Usando a fórmula dos resistores em paralelo chegamos ao valor de Req.
No caso do divisor "visto" pelos terminais a e b ele acaba se comportando como uma fonte de tensão de 0,5V em série com uma resistência de 500 ohms. Muitas vezes, tratando-se de amplificadores, acabamos com uma ou mais fontes de corrente alternada e uma rede com várias resistências e reatâncias em série e em paralelo. A impedância série só pode ser descrita por uma expressão complexa chamada "função de transferência". Não se assustem, não vai ser o caso aqui.
