Capítulo 005 - Curso de eletronica analógica (ilustrado

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CORRENTE ALTERNADA E CONTÍNUA
O termo inglês AC/DC é a abreviatura que corresponde a
Corrente Alternada e Corrente contínua. Em inglês corrente
alternada é AC (Alternating Current) e corrente contínua é DC
(Direct Current), mas vamos entrar agora no seu significado
técnico.
Apesar da grande diversidade de aparelhos elétricos e eletrônicos
que andam pelo mundo todos eles possuem um ponto em
comum: precisam de energia elétrica para serem alimentados.
Como já sabemos, a eletricidade não é mais que uma forma de
energia cuja presença pode obter-se por diversos procedimentos;
se os enumerássemos, e o tema se desse por finalizado, sem
dúvida estaríamos em um simples capítulo dos que engloba esta
obra, mas não. O destino complica as coisas e estamos frente a
coexistência de dois tipos de energia elétrica de diferentes
características. Como já teremos deduzido, ao ler a introdução
destas linhas, os dois tipos de energia nos que podemos
subdividir a energia elétrica respondem às denominações de
Corrente contínua e Corrente alternada (para abreviar CC e
CA).
A forma e fontes de obtenção dos dois tipos de corrente difere
apreciavelmente. A modo de introdução podemos citar como
fontes com presença de corrente de tipo alternada as seguintes:
- A torre da luz que passa pela cidade.
- A tomada que temos na parede de casa.
- A tomada de saída de um transformador.
- Os bornes de ligação de um alternador.
Como pontos de origem de uma corrente contínua, podemos
citar:
- Os bornes de uma pilha.
- A saída de um dínamo (gerador de CC).
- A alimentação da bateria de um carro.
- As ligações de um acumulador ou pilha
recarregável.
Geração de corrente. Tensão e freqüência
A obtenção de energia elétrica implica diversos métodos. A
transformação de outros tipos de energia em energia elétrica é o
método mais usual. Entre os procedimentos utilizados podemos
destacar os químicos, mecânicos, térmicos, nucleares, eólicos,
solares, etc. Mas, para começar por um deles, falaremos do mais
estendido e, ao mesmo tempo, mais simples: a geração de
corrente de tipo alternada a partir de uma conversão mecânicoelétrica.
Este é o caso das centrais de geração situadas em grandes
hidrelétricas. A força procedente da liberação da água se utiliza
para mover enormes turbinas que, por sua vez, acionam potentes
geradores de energia elétrica.
Na ilustração podemos ver uma mostra simplificada do que
constitui um gerador de corrente alternada. Para facilitar o seu
entendimento, devemos imaginar um motor elétrico trabalhando
em modo reversível, isto é, se fornece a um motor elétrico
energia elétrica e este gera, através do seu giro, energia de tipo
mecânico. Se partimos da hipótese de que dito motor pudesse
funcionar de modo inverso, isto é, reversível, forneceríamos ao
mesmo uma certa quantidade de energia mecânica (girando o
seu eixo de algum modo) e nos entregaria nos seus bornes uma
tensão determinada (energia elétrica). Aproximadamente, isto é o
que acontece nos geradores das centrais elétricas. Se toma uma
quantidade grande de energia armazenada (água no caso de uma
hidrelétrica) e se conduz de forma que acione certas turbinas que
são solidárias ao eixo dos geradores elétricos.
Como operam estes geradores internamente?
Na ilustração podemos ver uma espiral de fio situada no centro
de um campo magnético (representado pelos imãs etiquetados
com “N” e “S”) a qual se supõe que é a representação
simplificada de um bom número de espirais (ao conjunto de todas
as que tem um motor ou um gerador se denomina bobinado ou
enrolamento). Temos que explicar agora o que sucede na espiral
de fio ao fazer girar esta dentro de um campo magnético. O
campo magnético que atravessa a espiral móvel do fio condutor
origina que, nos extremos da mesma, se produza uma diferença
de potencial (ou tensão elétrica).
Como os extremos de dita espiral se ligam a um par de anéis
circulares que se situam sobre o eixo do gerador, teremos entre
ambos uma voltagem determinada. A forma em que conseguimos
obter a dita tensão é ligando um par de fios condutores aos anéis
de saída. Para isso teremos que utilizar algum método de ligação
dos mesmos e que seja também condutor. Estamos falando das
escovas, que são condutoras e, mediante certa pressão
mecânica, asseguram a perfeita união entre os anéis de saída
circulares e os cabos que transportam a eletricidade de saída.
No caso dos geradores reais a espiral é um bobinado (mais ou
menos complexo) ligado a um par de escovas (ou a um sistema
delas) e a sua saída costuma ser de uma tensão bastante
elevada.
Há um ponto que não pode passar-nos desapercebido no
processo "ideal" descrito e este é o caráter VARIÁVEL do campo
magnético induzido. Como parece lógico, a tensão presente nos
extremos da espiral (ou do bobinado), situada no interior do
citado campo, não é sempre de igual magnitude, dado que esta
dependerá da superfície da espiral que seja atravessada pelo
campo magnético. Daqui podemos deduzir que dado que a tensão
em bornes do bobinado do gerador não é de natureza estável
mas que sofre variações alternadas (varia a sua polaridade se
temos em conta o nível de sinal correspondente ao valor zero)
diretamente proporcionais em lapso de tempo à velocidade em
que se mova (gire) a espiral dentro do campo magnético. Daí que
este tipo de corrente se denomine corrente alternada.
Se estivéssemos em presença de uma tensão de caráter contínuo
o valor presente de tensão seria estável, enquanto que no caso
da tensão obtida do gerador descrito obtemos uma tensão
VARIÁVEL no tempo.
Em um eixo de coordenadas, a tensão de tipo contínua não
oferece nenhuma dificuldade: trata-se de uma linha contínua
paralela ao eixo das abcissas (linha de coordenada horizontal).
Mas, quando se trata da tensão alternada, a coisa muda.
Numa das ilustrações adjuntas podemos ver formas de onda
(tipos) de sinais. Ditos sinais poderiam representar sem problema
representações gráficas de tensões dadas. O sinal etiquetado
como tipo (b) responde a uma forma de onda senoidal. A
representação de uma tensão alternada responde exatamente a
este tipo de gráfico. Como podemos ver, a tensão vale zero num
instante dado (nenhuma linha de campo magnético atravessa a
espiral) até tomar um valor máximo (o ponto em que a espiral é
atravessada pelo maior número possível de linhas magnéticas).
Entre estes dois valores existe uma variação do valor real de
tensão que corresponde às diferentes posições intermédias da
espiral.
Uma vez que a espiral passou de estar em posição vertical à
posição horizontal (valor de tensão máxima) a espiral continua
com o seu giro; mas desta vez, e devido à simetria da construção
do gerador, se passa a valores decrescentes de tensão, até
chegar a valer zero de novo.
Devido ao sentido de circulação, tanto do campo elétrico como do
magnético, na espiral estudada, ao seguir esta girando tínhamos
chegado aos 180 graus de rotação) se origina uma tensão
crescente porém de sentido (ou polaridade) inverso ao anterior.
A soma de sinais dos contínuos giros da espiral originam o sinal
de tensão alternada descrita.
Chegou o momento de explicar uma nova unidade eletrônica
dado que, além disso, à idoneidade do momento se une a
"necessidade" de fazê-lo; se trata do Hertz. Para definir esta
unidade, só temos que fixar-nos em que as variações do valor de
tensão mudam a um ritmo constante. A cada certo período de
tempo se origina uma repetição do sinal. Daqui podemos deduzir
que estamos em presença de um sinal cuja variação se dá cada
certo PERÍODO de tempo ou, o que é igual, que o sinal de
tensão varia com uma FREQUÊNCIA dada.
Ao número de vezes que o sinal se repete durante um segundo se
associa a magnitude "Frequência". A tensão de rede, isto é, a que
há nos nossos lares, varia a uma frequência de 60 vezes por
segundo. A unidade de medida da frequência se denomina Hertz
ou, para abreviar, Hz.
Existe uma relação linear entre a frequência de um sinal elétrico e
o período da mesma.
Se observamos na ilustração podemos ver que o período
(representado pela letra T) se mede no sentido de evolução da
variação do citado sinal, de onde se deduz que o período se mede
em unidades de tempo. A mesma figura nos ilustra a relação
existente entre frequência e período: uma é a inversa da outra
ou, dito de outro modo, F = 1/T.
Ao tempo decorrido entre o começo e final de um sinal VARIÁVEL
se denomina período e, como é lógico, ao decorrido na metade
de dito sinal, semi-período.
A tensão de rede dos lares brasileiros tem uma frequência de 60
Hz, isto é, se repete periodicamente em forma senoidal 60 vezes
por segundo e o seu período é, portanto, de 1/60 segundos.
Geração de corrente contínua
Embora a forma de gerar corrente elétrica, descrita acima, seja
uma das mais estendidas, existem outras também de ampla
difusão. Por exemplo, na hora de gerar corrente contínua se
costuma recorrer às pilhas elétricas ou a um tipo especial de
gerador denominado "dínamo".
A maneira mais ampla de difusão de energia elétrica da
denominada contínua é através das pilhas e acumuladores
recarregáveis. As pilhas respondem a um efeito de tipo químico.
O funcionamento resumido de uma pilha elétrica é o seguinte:
Tomamos duas placas de elementos químicos diferentes como,
por exemplo, o carvão e o zinco, e as submergirmos numa
solução de água e ácido sulfúrico. Dado que o ácido ataca o zinco
de uma forma mais rápida de como o faz com o carvão, se
origina entre estes dois materiais uma diferença de potencial.
Dita montagem constitui a base de uma pilha elétrica. Para
denominar as duas placas se utiliza a denominação de
"eletrodos", enquanto a solução aquosa onde estes se
submergem "eletrólito".
Existem geradores químicos tipo "pilhas" que têm uma vida
limitada. No que apresentamos, a ligação entre os eletrodos
(bornes) da pilha de um circuito elétrico a alimentar produz uma
corrente de elétrons entre o pólo negativo (Zinco) e o positivo
(Carvão) através do circuito alimentado; à continuação, os
elétrons retornam à placa de zinco através da solução ácida.
Quando o eletrodo de zinco fica completamente corroído pela
ação do ácido, quer dizer que a pilha chegou ao final da sua vida.
Dentro das pilhas de vida limitada destaca a pilha seca ou
"Leclanché", a qual tem uma vantagem definitiva em relação às
anteriormente comentadas dado que, ao invés de utilizar uma
dissolução líquida como eletrólito, usa uma pasta que realiza as
mesmas funções. Tudo isso, unido ao fato de que a pilha está
completamente vedada, contribuiu à sua massiva utilização.
Nas pilhas secas se utiliza um cilindro contentor de zinco, o qual
aloja no seu interior uma placa de cobre que desempenha o papel
de pólo positivo da mesma. A tensão que costumam oferecer este
tipo de pilhas é de 1,5 volts. Existem pilhas de tensões maiores
que não são mais que um conjunto de pilhas de 1,5 V
empacotadas num mesmo encapsulamento (baterias).
Ultimamente, o aumento do consumo e uma maior miniaturização
dos diferentes equipamentos e dispositivos eletrônicos que se
alimentam de CC forçaram a aparição de novos tipos de pilha,
dentre os que podemos destacar as pilhas Mercury e as de tipo
alcalino. As pilhas Mercury se conhecem popularmente como
pilhas "botão" devido ao vestido que guarda certa similitude com
este objeto, assim como forma e tamanho. Além do seu pequeno
tamanho, a característica mais interessante destas pilhas é poder
fornecer uma tensão muito mais constante e uma intensidade
entre 4 e 7 vezes superior à do tipo Leclanché. Do mesmo modo,
indicaremos que funcionam a partir de uma mistura de óxido de
mercúrio e carvão contidos num encapsulamento de ferro.
As pilhas alcalinas operam com uma mistura de zinco e bióxido
de manganês e a sua eficiência em circuitos de elevado consumo
é sensivelmente superior aos outros tipos.
A respeito da utilização de geradores de CC podemos destacar o
dínamo, nome sob o que se engloba um tipo de gerador de
tensão do tipo "conversão mecânico-elétrica e que, na prática, se
assemelha bastante ao gerador de CA antes descrito.
Se observamos o esquema interno simplificado do gerador de CC
que aparece numa das ilustrações podemos comprovar a sua
grande similitude com o gerador de CA mas com uma ligeira
exceção: a saída para as escovas não se faz por um par de
ligações em anel mas sobre um tipo de semi-anéis que realizam a
função de manter constante a polaridade do sinal (tensão) de
saída. O funcionamento básico, isto é, o elétrico, é similar ao
gerador de CA mas, enquanto naquele se produzia uma inversão
de polaridade pelo efeito de giro da espiral, aqui fica eludido pois
este tipo de ligação de saída inverte fisicamente as ligações
elétricas da espiral. Na prática, tal e como sucedia também com
os geradores de CA, não se trabalha com uma espiral mas com
um bom número delas. Ao conjunto de espirais se denomina
bobinado, e se este se situa na parte rotatória do gerador se diz
que o dínamo é do tipo de rotor bobinado. O campo magnético
indutor estator pode ser de ímãs fixos ou bem também do tipo
bobinado. Na saída do bobinado chega-se a um conjunto de
ligações, situadas no eixo do gerador, denominadas "lâminas". Ao
conjunto de ligações giratórias, sobre o que roçarão as escovas,
se conhece como coletor de lâminas.
O sinal obtido na saída do gerador de CC se assemelha ao de
classe (d), da representação de sinais tipo adjunta. Como vemos,
se trata de uma tensão contínua, no sentido de que não varia de
polaridade, porém pulsante.
Adaptado do “curso de eletrônica” da Editora F&G S.A
(1995)
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Arquivo da conta:
Ezinco.Fernando
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