Slides - Departamento de Informática — UFPB
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Introdução à Engenharia de Computação Capacitor, Circuitos Capacitivos. RC e Diodo Universidade Federal da Paraíba Departamento de Informática Capacitor e Capacitância • Tabela de resistividade Universidade Federal da Paraíba Departamento de Informática Análise de Circuitos • Relembrando a Lei de Kirchhoff Leis dos nós: Dado um ponto, o somatório das corrente neste ponto é zero » i1 - i2 + i3 = 0 (nó b) » -i1 + i2 - i3 = 0 (nó e) Lei das malhas: Universidade Federal da Paraíba Departamento de Informática Análise de Circuitos • Relembrando a Lei de Kirchhoff Leis dos nós: Dado um ponto, o somatório das corrente E1 E2 neste ponto é zero » i1 - i2 + i3 = 0 (nó b) » -i1 + i2 - i3 = 0 (nó e) A B Lei das malhas: » -E1 + R1.A + R3.(A-B) = 0 » E2 + R3.(B-A) + R2.B = 0 Universidade Federal da Paraíba Departamento de Informática O que significa o resultado de uma corrente der negativa? Capacitor e Capacitância • Capacitor Dispositivo que armazena cargas elétricas k Universidade Federal da Paraíba Departamento de Informática Capacitor e Capacitância • Capacitância Propriedade que o capacitor tem de armazenar cargas elétricas Seu valor depende principalmente das dimensões da placa, do tipo de dielétrico e da distância entre as placas É representada com a letra C e medida em Farads (F) Michael Faraday Físico inglês Universidade Federal da Paraíba Departamento de Informática Capacitor e Capacitância • Capacitância A característica do dielétrico é comparado com o vácuo. Colocando-se um dielétrico, a capacitância será multiplicada por um valor fixo, denominado constante dielétrica Obs: Alguns capacitores tem polaridade Universidade Federal da Paraíba Departamento de Informática Capacitor em Circuitos CC • Quando a chave (ch1) é fechada (t=0) o capacitor começa à armazenar cargas até atingir um valor Q. A quantidade de cargas que um capacitor pode armazenar depende de sua capacitância C e da tensão V entre os terminais. Q = V.C Universidade Federal da Paraíba Departamento de Informática Capacitor em Circuitos CC • Quando a ch1 é aberta e ch2 fechada, o seguinte fenômeno ocorre: Universidade Federal da Paraíba Departamento de Informática Capacitor em Circuitos CC • O tempo necessário para que o capacitor seja carregado totalmente (quando a tensão atinge o valor máximo e a corrente vale zero) depende da resistência do circuito. • Num circuito puramente capacitivo este tempo é extremamente pequeno Capacitor se carrega quase que instantaneamente, comportando-se à partir daí como um circuito aberto. Universidade Federal da Paraíba Departamento de Informática Análise dos Circuitos Capacitivos • Capacitores em série Capacitores são ditos estarem conectados em série quando a diferença de potencial que lhes é aplicada é igual a soma da ddp entre os terminais de cada capacitor. Universidade Federal da Paraíba Departamento de Informática Análise dos Circuitos Capacitivos • Capacitores em paralelo Capacitores são ditos estarem em conectados em paralelo quando a diferença de potencial entre as placas de cada um deles é a mesma para todos eles. Universidade Federal da Paraíba Departamento de Informática Análise dos Circuitos Capacitivos • Como simplificar um circuito capacitivo misto? Universidade Federal da Paraíba Departamento de Informática Análise dos Circuitos Capacitivos • Simplificação de um circuito capacitivo misto Universidade Federal da Paraíba Departamento de Informática Análise dos Circuitos Capacitivos • Simplificação de um circuito capacitivo misto Universidade Federal da Paraíba Departamento de Informática Análise de Circuitos RC • Tensão e corrente em um circuito RC em CC Observe que as curvas são exponenciais » » » » Tensão no capacitor: Vc(t) = E-E.e-t/R.C Tensão no resistor: VR(t) = E.e-t/R.C Corrente no circuito: i(t) = (E/R).e-t/R.C Lembrar que e = 2,718 i Universidade Federal da Paraíba Departamento de Informática Análise de Circuitos RC • Constante de tempo Quanto maior o valor do capacitor e do resistor, mais tempo leva para atingir a carga total A medida da velocidade de crescimento da tensão no capacitor é dada pela constante de tempo (tau) do circuito, definida como: = R.C » sendo R a resistência(Ω), C a capacitância(F) e a constante de tempo(s) Universidade Federal da Paraíba Departamento de Informática Análise de Circuitos RC • Fazendo t= na expressão vC(t) temos: Vc()= E.(1-e⁻¹) ≈ 0,63E. • Isto significa que, passado um tempo t igual a uma constante de tempo a tensão no capacitor atinge aproximadamente 63%da tensão da fonte E. • Na expressão de Vc(t), colocando no eixo horizontal múltiplos da constante de tempo temos o gráfico seguinte: Universidade Federal da Paraíba Departamento de Informática Análise de Circuitos RC Do ponto de vista prático, concluímos que o capacitor pode ser considerado totalmente carregado, ou seja Vc≈ E, passado um tempo t≥ 4 ou então t ≥ 4.R.C Universidade Federal da Paraíba Departamento de Informática Análise de Circuitos RC • Descarga do capacitor Estando o capacitor totalmente carregado Vc = E e desligando a fonte, ele permanece carregado por muito tempo, já que a resistência do dielétrico é muito elevada. Para descarregá-lo, temos que curto circuitar os terminais do resistor e do capacitor: Universidade Federal da Paraíba Departamento de Informática Análise de Circuitos RC • Curva resultante da descarga do capacitor Tensões Universidade Federal da Paraíba Departamento de Informática Corrente Análise de Circuitos RC • Descarga do capacitor Inicialmente t=0, Vc=E e VR= -E • O capacitor descarrega pelo resistor com a mesma constante de tempo = R.C e passado um tempo t ≥ 4. ou t ≥ 4R.C estará totalmente descarregado. • A curva de tensão no resistor é idêntica à do capacitor, porém com polaridade contrária. Universidade Federal da Paraíba Departamento de Informática Análise de Circuitos RC • A corrente de descarga inicialmente é máxima, mas no sentido contrário ao da carga. Sua intensidade também vai diminuindo até zerar • As equações da descarga são: » Descarga do capacitor: Vc(t) = E.e-t/R.C » Tensão no resistor: VR(t) = - E.e-t/R.C » Corrente no circuito: i(t) = -(E/R).e-t/R.C Corrente inicial t=0 Universidade Federal da Paraíba Departamento de Informática Diodo Semicondutor • Dispositivo eletrônico composto de cristal semicondutor de silício ou germânio que permite que a corrente atravesse-o num sentido com muito mais facilidade do que no outro Universidade Federal da Paraíba Departamento de Informática Diodo • Exemplo de utilização Universidade Federal da Paraíba Departamento de Informática Projeto II • Construa no CircutMaker o seguinte circuito e diga qual a tensão no multímetro e as formas de ondas nos pontos indicados Qual a forma de onda? Qual a tensão? Qual a forma de onda? Universidade Federal da Paraíba Departamento de Informática Projeto II • Acrescente o capacitor mostrado abaixo e refaça as medições Qual a forma de onda? Qual a tensão? Qual a forma de onda? Universidade Federal da Paraíba Departamento de Informática Projeto II • Os componentes usandos são: .General -> Instruments -> Signal Gen .General -> Diodes -> Diode .General -> Instruments -> Multimeter .General -> Capacitors -> Polar Cap .General -> Resistors -> Resistor .General -> Resistors -> Var Resistor Sources -> Linear -> Ground Universidade Federal da Paraíba Departamento de Informática
