grandezas elétricas - Núcleo de Ensino Tecnológico NET-INFO

NET – INFO NÚCLEO DE ENSINO TECNOLÓGICO
Rua Oto de Alencar nº 35-39, Maracanã/RJ - tel. 2204-1398/2234-2918
GRANDEZAS ELÉTRICAS
1) Intensidade da corrente elétrica.
A definição de corrente elétrica, refere-se a uma quantidade de cargas elétricas, elétrons, que
atravessa a seção de um material no espaço de tempo de um segundo.
I=Q/t
I – é a intensidade da corrente em ampères ( A ).
Q – carga elétrica em coulombs ( C ). Um Coulomb é igual 6,25 x 1018 elétrons.
t- tempo em segundos ( s ).
Elétrons em
movimento
Seção do condutor
2) Tensão elétrica.
A tensão elétrica é uma força que causa o movimento das cargas elétricas, dando origem à corrente
elétrica. A unidade de tensão é o “Volts”.
A tensão também é chamada de força eletromotriz (FEM) e diferença de potencial ( DDP ).
Pilhas e baterias
As pilhas e baterias são capazes de transforma energia química em energia elétrica, a partir de
reações que ocorrem entre seus componentes internos. A tensão fornecida pelas pilhas e baterias é
continua, que não varia com o tempo. As polaridades, positivo e negativo, são fixas.
Símbolo
1
NET – INFO NÚCLEO DE ENSINO TECNOLÓGICO
Rua Oto de Alencar nº 35-39, Maracanã/RJ - tel. 2204-1398/2234-2918
3) Resistência elétrica.
É a oposição oferecida à passagem da corrente elétrica, dependendo do material. A unidade de
resistência elétrica é o Ohms (  ).
O material que não oferece dificuldade à passagem da corrente, resistência teórica igual a zero, é
chamado de condutor . Fios e cabos são exemplos de condutores elétricos.
O material que oferece oposição à passagem da corrente, impedindo totalmente a sua passagem, é
chamado de isolante. Materiais como plástico e vidro, são exemplos de isolantes.
4) Lei de Ohm
A lei de Ohm relaciona a corrente, tensão e resistência.
R=V/I
I=V/R
V=RI
I
5) Potência elétrica.
A energia elétrica é transformada em outra forma de energia nos aparelhos elétricos e eletrônicos.
A relação entre tensão( V ) e corrente( I ), define a potência elétrica ( P ).
A potência elétrica é a energia consumida por segundo.
P=VI
P – em Watts ( W ).
2
NET – INFO NÚCLEO DE ENSINO TECNOLÓGICO
Rua Oto de Alencar nº 35-39, Maracanã/RJ - tel. 2204-1398/2234-2918
O circuito elétrico
I
V
R
9V
Potências de 10
PREFIXO
mega
quilo
unidade
mili
micro
nano
pico
SÍMBOLO
M
k
1
m



POTENCIA DE
10
106
103
100
10-3
10-6
10 -9
10-12
Exercício:
0,01 A = _______ mA
1000=______k
25mV=_________V
125 mA = _______A
5600=______k
3850A=________ mA
1A = _______mA
1 000 000=______M
100=_________k
3
NET – INFO NÚCLEO DE ENSINO TECNOLÓGICO
Rua Oto de Alencar nº 35-39, Maracanã/RJ - tel. 2204-1398/2234-2918
Exercícios:
1) Um dispositivo elétrico apresenta uma resistência de 10. Uma fonte de tensão com 100V é ligada
ao dispositivo. Calcule a corrente que passa pelo dispositivo.
2) Calcular a potência elétrica no dispositivo anterior.
3) Um monitor, fabricado com potência de 120W e tensão de funcionamento de 120V, consome uma
corrente de quantos ampères?
4) Calcular a resistência oferecida pela lâmpada.
5) Uma fonte de 12V é ligada em uma resistência de 1000. Calcular a corrente que passa pela
resistência em “mA”.
4
NET – INFO NÚCLEO DE ENSINO TECNOLÓGICO
Rua Oto de Alencar nº 35-39, Maracanã/RJ - tel. 2204-1398/2234-2918
SÍMBOLOS ELÉTRICOS INICIAIS
A) Resistência ou resistor:
B) Fonte de tensão contínua:
C) Ligação elétrica:
Não existe
ligação elétrica
D) Ligações elétricas não interligadas:
E) Ligações elétricas interligadas:
Existe ligação
elétrica
F) Chave interruptora ( liga e desliga ):
G) Fusível:
H) Lâmpada incandescente:
I)
Terra:
5
NET – INFO NÚCLEO DE ENSINO TECNOLÓGICO
Rua Oto de Alencar nº 35-39, Maracanã/RJ - tel. 2204-1398/2234-2918
RESISTOR
Componente que tem como objetivo limitar a corrente elétrica.
Símbolos
O material utilizado na fabricação do resistor, pode ser o filme de carbono ou metálico e fio,
dependendo da aplicação.
CODIGO DE CORES
A identificação do valor do componente em ohms, é determinado pelo código de cores.
Código de cores:
Preto = 0
Marrom = 1
Vermelho = 2
Laranja = 3
Amarelo = 4
Verde = 5
Azul = 6
Roxo = 7
Cinza = 8
Branco = 9
Ouro, 10.
Prata, 100.
Preto, x1 ou nenhum zero.
Primeiro digito
Segundo digito
Numero de zeros
Tolerância
marrom =  1%
vermelho =  2%
ouro =  5%
prata =  10%
6
NET – INFO NÚCLEO DE ENSINO TECNOLÓGICO
Rua Oto de Alencar nº 35-39, Maracanã/RJ - tel. 2204-1398/2234-2918
Resistor de cinco faixas
Primeiro digito
Segundo digito
Terceiro digito
Numero de zeros
tolerância
Exercícios:
1) ____________, ____________, ___________, ____________ = ___________ , _________%
2) ____________, ____________, ___________, ____________ = ___________ , _________%
3) ____________, ____________, ___________, ____________ = ___________ , _________%
4) ____________, ____________, ___________, ____________ = ___________ , _________%
5) ____________, ____________, ___________, ____________ = ___________ , _________%
6) ____________, ____________, ___________, ____________ = ___________ , _________%
7) ____________, ____________, ___________, ____________ = ___________ , _________%
8) __________, __________, _________, __________,___________ = ___________ , ______%
9) __________, __________, _________, __________,___________ = ___________ , ______%
10)__________, __________, _________, __________,___________ = ___________ , ______%
7
NET – INFO NÚCLEO DE ENSINO TECNOLÓGICO
Rua Oto de Alencar nº 35-39, Maracanã/RJ - tel. 2204-1398/2234-2918
ASSOCIAÇÃO DE RESISTORES
1) Associação em série.
R1
R2
R3
Rn
Rt
Rt = R1 + R2 + R3 + Rn
A resistência total do circuito é igual à soma das resistências individuais.
2) Associação em paralelo.
Rt
R1
Rt 
R2
R3
1
1
1
1
1



R1 R 2 R3 Rn
Rx 
Rn
Ra  Rb
Ra  Rb
A resistência total é menor, em relação a menor resistência individual presente na associação.
3) Associação mista.
É a combinação das associações série e paralelo.
R3
R1
R2
R4
8
NET – INFO NÚCLEO DE ENSINO TECNOLÓGICO
Rua Oto de Alencar nº 35-39, Maracanã/RJ - tel. 2204-1398/2234-2918
A) Associação em série
1o – Calcular a resistência da associação entre os pontos A e B.
2o _ Montar o circuito.
3o _ Medir a resistência entre os pontos A e B.
Circuito
Montagem no protoboard
R3
R1
Ponto B
R2
Ponto A
Cálculos:
9
NET – INFO NÚCLEO DE ENSINO TECNOLÓGICO
Rua Oto de Alencar nº 35-39, Maracanã/RJ - tel. 2204-1398/2234-2918
B) Associação em paralelo
1o _ Calcular a resistência total da associação, entre os pontos A e B.
2o _ Montar o circuito.
3o _ Medir a resistência entre os pontos A e B.
Esquema
Montagem no protoboard
Ponto A
Ponto B
Cálculos:
10
NET – INFO NÚCLEO DE ENSINO TECNOLÓGICO
Rua Oto de Alencar nº 35-39, Maracanã/RJ - tel. 2204-1398/2234-2918
C) Associação mista
1o _ Calcular a resistência total da associação, entre os pontos A e B.
2o _ Montar o circuito.
3o _ Medir a resistência entre os pontos A e B.
Esquema
Montagem no protoboard
R3
Ponto B
R1
Ponto A
R2
R4
Cálculos:
11
NET – INFO NÚCLEO DE ENSINO TECNOLÓGICO
Rua Oto de Alencar nº 35-39, Maracanã/RJ - tel. 2204-1398/2234-2918
RESISTORES AJUSTÁVEIS E VARIÁVEIS
1) Resistores variáveis ou potenciômetros.
Potenciômetro deslizante
símbolo:
Potenciômetro rotativo
2) Resistor ajustável ou trimpot
Símbolo:
3) RDL ( LDR )
Resistor que varia a resistência em função da luz.
A resistência varia inversamente com a luminosidade.
Símbolo:
12
NET – INFO NÚCLEO DE ENSINO TECNOLÓGICO
Rua Oto de Alencar nº 35-39, Maracanã/RJ - tel. 2204-1398/2234-2918
4) Termistor
Símbolo:
Resistor que varia a resistência com
a temperatura.
PTC: termistor que varia a resistência
diretamente com a temperatura .
t
NTC: termistor que varia a resistência
inversamente com a temperatura.
5) VDR ou varistor
Símbolo:
V
Resistor que varia a resistência com a tensão. A variação é inversamente proporcional.
6) Rede resistiva
Símbolo:
A rede resistiva é uma associação de resistores.
13
NET – INFO NÚCLEO DE ENSINO TECNOLÓGICO
Rua Oto de Alencar nº 35-39, Maracanã/RJ - tel. 2204-1398/2234-2918
CIRCUITOS ELÉTRICOS.
1) Circuito em série.
Na associação em série a corrente é a mesma em todos os componentes associados.
I
1o Calcular a resistência total
Rt = R1 + R2 + R3
2o Calcular a corrente
I
Vcc
Rt
3 o Calcular a tensão nos resistores.
VR1 = R1 I
VR2 = R2 I
VR3 = R3 I
4o Montar o circuito, medir as tensões e completar a tabela.
Para medir tensão com o instrumento, basta conectar as pontas de prova, uma em cada terminal
do componente.
Calculado
Medido
VR1
VR2
VR3
14
NET – INFO NÚCLEO DE ENSINO TECNOLÓGICO
Rua Oto de Alencar nº 35-39, Maracanã/RJ - tel. 2204-1398/2234-2918
2) Circuito em paralelo.
Na associação em paralelo a tensão é a mesma em todos componentes associados.
1o Calcular as correntes
It 
Vcc
Rt
I1 
Vcc
R1
I2 
Vcc
R2
2o Montar o circuito e completar a tabela.
Calculado
Medido
It
I1
I2
It
I1
I2
15
NET – INFO NÚCLEO DE ENSINO TECNOLÓGICO
Rua Oto de Alencar nº 35-39, Maracanã/RJ - tel. 2204-1398/2234-2918
3) Circuito misto
As características dos circuitos série e paralelo estão presentes no circuito misto.
1 o Calcular as correntes e as tensões nos resistores. Comparar com os valores da simulação:
2o Complete a tabela com os valores medidos e calculados.
Calculado
Medido
VR1
VR2
VR3
VR4
16
NET – INFO NÚCLEO DE ENSINO TECNOLÓGICO
Rua Oto de Alencar nº 35-39, Maracanã/RJ - tel. 2204-1398/2234-2918
CAPACITOR
O capacitor tem como característica a capacidade de armazenar cargas elétricas. Significa que o
capacitor armazena energia, mas não a consome.
A unidade de capacitância é o Farad ( F ).
Construção do capacitor
Folhas de alumínio
Isolante ( dielétrico )
Terminais de
conexão
O valor da capacitância depende da construção, isto é , da área das placas (folhas de metal),
distância entre as placas e o tipo de material dielétrico (isolante).
Símbolo genérico:
Para carregar um capacitor, basta ligar uma fonte de tensão.
Cargas
positivas
Campo elétrico
As cargas não se combinam devido a existência do material isolante entre as placas. Retirando a
fonte, o capacitor sem perdas, permanece carregado. Para descarregar o capacitor, basta ligar uma
carga resistiva em paralelo ou um fio de curto.
Em função da tensão e da carga, teremos:
C
Q
V
- C é a capacidade de armazenar cargas elétricas. Capacitância em Farad ( F ).
- Q é a quantidade de cargas elétricas armazenadas, em Coulomb ( C ).
- V é a tensão nos terminais do capacitor, em Volts ( V ).
17
NET – INFO NÚCLEO DE ENSINO TECNOLÓGICO
Rua Oto de Alencar nº 35-39, Maracanã/RJ - tel. 2204-1398/2234-2918
ASSOCIAÇÃO DE CAPACITORES
A) Série:
C1
C2
Ceq 
C1  C 2
C1  C 2
Dois capacitores de 10F ligados em série resulta no capacitor equivalente de 5F.
10F
10F
B) Paralelo: Ceq = C1 + C2
C1
C2
Dois capacitores de 10F ligados em paralelo resulta no capacitor equivalente de 20F.
10F
10F
Para medidas de capacitância, é utilizado o capacímetro.
18
NET – INFO NÚCLEO DE ENSINO TECNOLÓGICO
Rua Oto de Alencar nº 35-39, Maracanã/RJ - tel. 2204-1398/2234-2918
TIPOS DE CAPACITORES E CODIFICAÇÃO
Símbolo:
1) CAPACITORES DE POLIESTER
A) Valor em micro Farad ( F ).
Código de cores, valores em pF
0.022 k
250V
1º alg sign.
2º alg sign.
Numero de zeros
De 0,01 a 0,82 em F
Tolerância
Branco = 10%
Preto = 20%
B) Valor em nano Farad ( nF ).
Tensão max.
Vermelho = 250V
Amarelo = 400V
Azul = 630V
330 J
400V
Codificação simplificada com valores em
pF.
De 1 a 820 em nF
1 º dig. 2º dig. No. de zeros.
222K
C) Valor em pico Farad ( pF ).
63V
5600 M
630V
2200 pF , 10% , 63 Volts
De 1000 a 8200 em pF
Tolerâncias: J =  5% K = 10% M = 20%
19
NET – INFO NÚCLEO DE ENSINO TECNOLÓGICO
Rua Oto de Alencar nº 35-39, Maracanã/RJ - tel. 2204-1398/2234-2918
2) Capacitor cerâmico.
Letra
F
G
J
K
M
S
Z
Tolerância
%
1
2
5
10
20
-20/+50
-20/+80
Tabela de códigos de tolerância
3) Capacitor eletrolítico.
É o único capacitor com polaridade.
4) Capacitor ajustável.
5) Capacitor variável.
20
NET – INFO NÚCLEO DE ENSINO TECNOLÓGICO
Rua Oto de Alencar nº 35-39, Maracanã/RJ - tel. 2204-1398/2234-2918
TESTE DE CAPACITORES COM O MULTITESTE
A escala de resistência é utilizada para verificar possíveis defeitos no capacitor.
Observe o resultado do capacitor sem defeito, durante o teste. Escalas p/ teste: Rx1k , Rx10k
Resultado da observação:
Observe o resultado para os seguintes defeitos:
Curto
Aberto
Fuga
21
NET – INFO NÚCLEO DE ENSINO TECNOLÓGICO
Rua Oto de Alencar nº 35-39, Maracanã/RJ - tel. 2204-1398/2234-2918
TRANSFORMADOR
O transformador tem como princípio de funcionamento, o fenômeno da indução eletromagnética.
Utilizado para reduzir ou aumentar a tensão alternada, como exemplo a tensão fornecida pela
CERJ ou LIGHT.
120 Volts
12 Volts
Construção
O transformador possui basicamente duas bobinas ( enrolamentos de fio de cobre ).
A bobina referente à entrada de tensão é denominada de enrolamento “primário”. A bobina
referente à saída de tensão é denominada de enrolamento “secundário”. As bobinas são enroladas
em um núcleo de ferro, com o objetivo de concentrar o campo eletromagnético e possibilitando a
máxima transferencia de potência do primário para o secundário.
Relação de transformação
Teoricamente, sem considerar as perdas de energia, a tensão no secundário depende do seu numero
de espiras, comparado ao numero de espiras do primário e da tensão aplicada no mesmo.
A potência no secundário é a mesma no primário, desconsiderando as perdas no ferro e no fio de
cobre das bobinas .
V 1 N1 I 2


V 2 N 2 I1
Primário
V1=120 Volts N1=1000 esp
Secudário
N2= 100 esp V2=12 Volts
22
NET – INFO NÚCLEO DE ENSINO TECNOLÓGICO
Rua Oto de Alencar nº 35-39, Maracanã/RJ - tel. 2204-1398/2234-2918
Observações importantes
O capacitor bloqueia a passagem da corrente contínua. Observe a figura 1, a tensão no
resistor é nula, provando que a corrente foi bloqueada.
Fig 1
Em tensão alternada, a oposição oferecida pelo capacitor à passagem da corrente, depende
da frequencia da fonte de tensão alternada. Observe as figuras 2 e 3, quanto maior a
frequencia menor é a oposição à passagem da corrente e o aumento da tensão no resistor.
Fig 2
Fig 3
Uma aplicação interessante do capacitor em CA, é nos denominados filtros passa-alta e
passa-baixa.
O nome dado à dificuldade oferecida pelo capacitor é denominada de reatância capacitia
(Xc), sendo o valor obtido no calculo em Omhs.
f = frequencia do sinal
C = Valor do capacitor
Xc 
1
6,28 fC
23
NET – INFO NÚCLEO DE ENSINO TECNOLÓGICO
Rua Oto de Alencar nº 35-39, Maracanã/RJ - tel. 2204-1398/2234-2918
Observações importantes
O indutor não oferece oposição à passagem da corrente contínua. Observe a figura A .
Fig. A
O indutor oferece oposição à passagem da corrente alternada. Observe o que acontece com a
tensão na mudança da freqüência ( ver figuras B e C ) . Quanto maior a frequencia, maior é a
oposição oferecia à passagem da corrente e menor será a tensão no resistor.
Fig. B
Fig. C
O indutor também é utilizado nos denominados filtros passa-alta e passa-baixa.
A oposição oferecida pelo indutor recebe o nome de reatância indutiva ( XL ), sendo o valor em
Ohms.
f = frequencia
L = indutancia
XL  6,28 fL
24
NET – INFO NÚCLEO DE ENSINO TECNOLÓGICO
Rua Oto de Alencar nº 35-39, Maracanã/RJ - tel. 2204-1398/2234-2918
CHAVES ELETROMECÂNICAS
Chaves eletromecânicas são dispositivos que fecham, abrem ou selecionam as
ligações de um circuito.
1) Chave interruptora _ liga e desliga.
alavanca
tecla
2) Chave de um polo e duas posições.
3) Chave de um polo e n posições.
Chave rotativa ou de onda
Conhecida também como chave seletora
4) Push-button
Contato normalmente fechado ( NF )
contato normalmente aberto ( NA )
25
NET – INFO NÚCLEO DE ENSINO TECNOLÓGICO
Rua Oto de Alencar nº 35-39, Maracanã/RJ - tel. 2204-1398/2234-2918
5) Sensor magnético
reed switch
6) Chave fim de curso_ sensor mecânico
Exemplo de aplicação em elevadores
7) Rele
Chave magnética utilizada em automação.
mola
contatos
26
NET – INFO NÚCLEO DE ENSINO TECNOLÓGICO
Rua Oto de Alencar nº 35-39, Maracanã/RJ - tel. 2204-1398/2234-2918
MULTITESTE DIGITAL
O instrumento que mede resistência: omhímetro
O instrumento que mede tensão: voltímetro
O instrumento que mede corrente: amperímetro
Escalas de tensão alternada
( V~ ) ou (ACV)
Escalas de tensão
contínua ( V
ou ( DCV )
)
Escalas de corrente contínua
( A ) ou ( DCA )
Escalas de resistência
()
Escalas para teste de
diodos e transistores
hFE = 
Bornes das pontas de prova: positivo e negativo
27
NET – INFO NÚCLEO DE ENSINO TECNOLÓGICO
Rua Oto de Alencar nº 35-39, Maracanã/RJ - tel. 2204-1398/2234-2918
Condutores elétricos
Dimensionamento pela máxima corrente do condutor.
Condutor com PVC / 70 C
Seção em
mm2
1
1,5
2,5
4
6
10
16
25
35
Corrente
Máxima (A)
12
15,5
21
28
36
50
68
89
111
OBS: Valores para temperatura de 30 C, no interior de tubos embutidos na parede.
FIO
CABO
Exemplos:
Um chuveiro elétrico com potência de 2200 Watts funciona em 110 Volts. Calcular a corrente que
passa pela resistência de aquecimento e o fio mínimo do circuito.
Um chuveiro elétrico com potência de 2200 Watts funciona em 220 Volts. Calcular a corrente que
passa pela resistência de aquecimento e o fio mínimo do circuito.
28
NET – INFO NÚCLEO DE ENSINO TECNOLÓGICO
Rua Oto de Alencar nº 35-39, Maracanã/RJ - tel. 2204-1398/2234-2918
DIODO RETIFICADOR
O diodo, feito com cristal de silício ou germânio, adquire a propriedade de orientar a corrente elétrica em
um único sentido. Durante a fabricação é criada duas regiões no cristal, uma com características positivas,
denominada de ânodo e a outra com características negativas, denominada de cátodo.
Material do tipo P, região do ânodo.
junção
Material do tipo N, região do cátodo.
Símbolo:
Ânodo(A)
Cátodo (K)
Equivalente mecânico do diodo
Válvula de retenção
Sentido da corrente
Sentido da água
portinhola
Válvula de retenção
Bloqueio da corrente no sentido contrário
Bloqueio da água no sentido contrário
29
NET – INFO NÚCLEO DE ENSINO TECNOLÓGICO
Rua Oto de Alencar nº 35-39, Maracanã/RJ - tel. 2204-1398/2234-2918
Polarização direta
0,60
Vcc  Vd  RI
I
Vcc  Vd
R
5,40
Na junção, cargas elétricas combinadas não permitem a passagem da corrente, formando uma barreira
elétrica, quando a tensão entre ânodo e cátodo for menor que 0,6 volts. Quando a tensão for igual ou maior
que 0,6 volts, o diodo entra em condução, permitindo a passagem da corrente. A característica analisada é
chamada de polarização direta, com o potencial no ânodo maior em relação ao cátodo. O diodo é
comparado a uma chave fechada.
Polarização inversa
Vcc  Vd  RI
- 6,00
Vd  Vcc  RI
I 0
Vd  Vcc
0,00
Na situação em que o potencial do ânodo é menor em relação ao do cátodo, teremos as características da
polarização inversa, que não permite a passagem da corrente no sentido contrario. O diodo é comparado a
uma chave aberta.
30
NET – INFO NÚCLEO DE ENSINO TECNOLÓGICO
Rua Oto de Alencar nº 35-39, Maracanã/RJ - tel. 2204-1398/2234-2918
DIODO RETIFICADOR LIGADO EM PONTE
Montagem em ponte de diodos
A
D4
D1
C
D3
D2
R
B
D
Analise do circuito
Observe que o sentido da corrente é o mesmo na resistência de carga , independente da inversão
da polaridade na entrada do circuito entre os pontos A e B.
A+
A_
+
B_
_
+
B+
_
O objetivo da ponte, foi a de manter a polaridade constante na resistência de carga, orientando a
corrente em um único sentido.
31
NET – INFO NÚCLEO DE ENSINO TECNOLÓGICO
Rua Oto de Alencar nº 35-39, Maracanã/RJ - tel. 2204-1398/2234-2918
Diodos e pontes retificadores
Anodo
Catodo
Curva característica do diodo
0,6
32
NET – INFO NÚCLEO DE ENSINO TECNOLÓGICO
Rua Oto de Alencar nº 35-39, Maracanã/RJ - tel. 2204-1398/2234-2918
TESTE DO DIODO COM O MULTÍMETRO
.642
1
33
NET – INFO NÚCLEO DE ENSINO TECNOLÓGICO
Rua Oto de Alencar nº 35-39, Maracanã/RJ - tel. 2204-1398/2234-2918
O DIODO RETIFICADOR EM TENSÃO ALTERNADA.
Tensão alternada
Observamos que o diodo só permite a passagem dos pulsos positivos, barrando os negativos. Pelo fato de
apenas metade da tensão alternada ser aproveitada, temos a denominada retificação de meia onda.
O objetivo da retificação é a de obter uma tensão contínua.
Vmax
Valor médio da tensão
continua ( Vmdc ).
Para calcular o valor médio, utilizar a formula:
Vmdc  0,318Vp 
V max

Exercício: calcular o valor médio da tensão contínua, obtida da retificação de meia onda de uma tensão
alternada, de valor eficaz igual a 12 Volts.
34
NET – INFO NÚCLEO DE ENSINO TECNOLÓGICO
Rua Oto de Alencar nº 35-39, Maracanã/RJ - tel. 2204-1398/2234-2918
RETIFICAÇÃO EM ONDA COMPLETA
A
T.C.
B
Transformador de tomada central
Fig. A
A tomada central passa a ser uma referencia. Quando um extremo do enrolamento secundário tem
potencial positivo, o outro extremo é negativo. O diodo do extremo de potencial positivo entra em
condução e o do outro extremo bloqueia a passagem da corrente.
PONTE RETIFICADORA
Fig. B
Para ambos os casos da retificação de onda completa, o valor médio da tensão contínua é calculada pela
fórmula:
Vmdc  0,636Vp 
2V max

Exercício: calcular o valor médio da tensão e comparar com o resultado da simulação das
figuras A e B. Considerar Vd = 0,7 Volts.
35
NET – INFO NÚCLEO DE ENSINO TECNOLÓGICO
Rua Oto de Alencar nº 35-39, Maracanã/RJ - tel. 2204-1398/2234-2918
Retificação com filtro capacitivo
36
NET – INFO NÚCLEO DE ENSINO TECNOLÓGICO
Rua Oto de Alencar nº 35-39, Maracanã/RJ - tel. 2204-1398/2234-2918
DIODO ZENER, LIMITADOR DE TENSÃO
Símbolo:
O diodo zener é normalmente utilizado em circuitos reguladores e limitadores de tensão.
Para obter a função mencionada, o diodo zener deve trabalhar polarizado inversamente, para poder
atingir a região de zener. Observe no gráfico o comportamento da tensão no zener. Mesmo que a
fonte de tensão que polariza o diodo zener inversamente aumente de valor, a tensão é estabilizada .
Corrente (A)
Vz
Izmin
0,6
tensão(V)
Izmax
LED, DIODO EMISSOR DE LUZ
Símbolo:
O LED, é um dispositivo eletrônico com a função de sinalização. A vantagem do LED em relação
as lâmpadas de filamento, está no pequeno consumo de energia para emitir luz. Para poder emitir
luz, o LED deve ser polarizado diretamente. Características:
- Tensão direta entre 1,5V até 2,0V.
- Corrente direta nominal de 20mA.
- Tensão inversa máxima de 5V.
37
NET – INFO NÚCLEO DE ENSINO TECNOLÓGICO
Rua Oto de Alencar nº 35-39, Maracanã/RJ - tel. 2204-1398/2234-2918
TRANSISTOR
Fabricados com cristais de silício ou germânio e tratados industrialmente, os transistores são
dispositivos capazes de controlar a passagem da corrente. Devido as características é denominado de
TJB, transistor de junção bipolar.
Aplicações básicas: chave eletrônica e amplificação de sinais.
Podem ser de dois tipos: NPN ou PNP. Cada região do cristal tem um nome: base, emissor e coletor.
Coletor
Coletor
N
Base
P
Base
P
N
P
N
Emissor
Emissor
A base é a região que controla a passagem da corrente entre coletor e emissor. Quando existe
corrente na base, teremos condução da corrente do coletor para o emissor. Quando não existe
corrente na base, não existe essa condução.
A relação existente entre a corrente de coletor e a corrente de base é conhecida como  ( beta ).
O “beta” informa quantas vezes Ic será maior que IB.
Aspectos dos transistores
Ic =  IB
Equivalente mecânico do
transistor.
As características básicas que devemos observar nos transistores são: tensão, corrente, potência,
frequência e temperatura máximas de trabalho.
38
NET – INFO NÚCLEO DE ENSINO TECNOLÓGICO
Rua Oto de Alencar nº 35-39, Maracanã/RJ - tel. 2204-1398/2234-2918
POLARIZAÇÃO
O funcionamento do transistor, PNP ou NPN, depende da polarização correta das junções PN.
A junção base e emissor, deve ser polarizada diretamente.
A junção base e coletor, deve ser polarizada inversamente.
Os esquemas abaixo ilustram exemplos de polarização para os dois tipos de transistores e o sentido
das correntes, utilizando duas fontes de tensão.
Rc
Rc
RB
RB
Vc
c
Vcc
VBB
VBB
A tensão de polarização base-emissor é baixa (da ordem de 0,6V a 0,7V para transistores de
silício), polarização esta, caracterizada pela fonte VBB , enquanto que a junção base-coletor está
inversamente polarizada em função da fonte VCC. Na prática, VCC assume valores maiores do que
VBB .
A relação existente entre a corrente de coletor e a corrente de base é conhecida como  ( beta ),
sendo diferente para cada transistor. Para os fabricantes, o “” é conhecido como hFE.
Relações:
IE = IC + IB
Ic =  IB
Exemplo:
Um transistor com  = 100 e IB = 0,01mA. Calcular os valores de Ic e IE.
39
NET – INFO NÚCLEO DE ENSINO TECNOLÓGICO
Rua Oto de Alencar nº 35-39, Maracanã/RJ - tel. 2204-1398/2234-2918
REGIÕES DE TRABALHO DO TRANSISTOR
CARACTERÍSTICAS DAS REGIÕES:
CORTE : Ic = 0 , VCE = Vcc , VBE < 0,6 V
No corte, o transistor é comparado a uma chave aberta:
Vcc
, VCE = 0 , VBE  0,6V
Rc  RE
Na saturação, o transistor é comparado a uma chave fechada:
SATURAÇÃO: Icsat 
Rc: resistor ligado no coletor.
RE: resistor ligado no emissor. Quando não existir, RE = 0.
ATIVA OU LINEAR : 0 < VCE < Vcc , o ideal é
VCE 
Vcc
, VBE  0,6V
2
É a região de operação dos amplificadores
AMPL
40
NET – INFO NÚCLEO DE ENSINO TECNOLÓGICO
Rua Oto de Alencar nº 35-39, Maracanã/RJ - tel. 2204-1398/2234-2918
CURVA CARACTERÍSTICA DO TRANSISTOR
A curva característica determina os valores de Ic e VCE em função dos valores de IB . A curva
característica é fornecida pelos fabricantes dos transistores.
Para obter os valores de Ic e VCE, devemos determinar Ic sat. e VCE no corte e interligar os dois
pontos no gráfico com a denominada reta de carga.
Ic sat
Reta de carga
IB determinado
Vcc
No gráfico anterior, como exemplo, temos os valores determinados:
A) IB é igual a 30A.
B) Ic sat. igual a 25 mA.
C) VCE no corte é igual a 20V.
Observe que em função do valor de IB de 30A, com a linha correspondente cruzando a reta de
carga, teremos os seguintes valores aproximados:
A) VCE = 10V
B) IC = 10mA
O valor provável do :
 
Ic
10mA

 333
IB 0,03mA
41
NET – INFO NÚCLEO DE ENSINO TECNOLÓGICO
Rua Oto de Alencar nº 35-39, Maracanã/RJ - tel. 2204-1398/2234-2918
A) Polarização de corrente fixa na base.
VCC  RBIB  VBE
RB
IB  VCC VBE
RB
Rc
Vcc
VCC  RCIC  VCE
VCE  VCC  RCIC
B) Polarização independente do 
VB 
RB1
Vcc RB2
RB1  RB 2
VE  VB VBE
Rc
IE  IC  VE
RE
Vcc
RB2
RE
VCE  VCC  IC RC  RE 
VC RC

VE RE
42
NET – INFO NÚCLEO DE ENSINO TECNOLÓGICO
Rua Oto de Alencar nº 35-39, Maracanã/RJ - tel. 2204-1398/2234-2918
Exercícios
1 A ) Vcc = 12V, RB = 22,8M, Rc = 2k,  = 100
RB
RC
Vcc
1 B ) Para RB igual a 380k.
1 C ) Para RB igual a 190k.
43
NET – INFO NÚCLEO DE ENSINO TECNOLÓGICO
Rua Oto de Alencar nº 35-39, Maracanã/RJ - tel. 2204-1398/2234-2918
1 D) Calcular VCE, sabendo que RB = 380k, Rc = 2k,  = 200 e VCE = 12V.
2 ) Calcular VB, IC e VCE.
44
NET – INFO NÚCLEO DE ENSINO TECNOLÓGICO
Rua Oto de Alencar nº 35-39, Maracanã/RJ - tel. 2204-1398/2234-2918
TESTE DE DIODOS E TRANSISTORES
Testar o diodo retificador e o LED.
600
1
Identifique com o multímetro digital, os terminais dos transistores e o tipo ( NPN ou PNP ).
NPN
PNP
Valores obtidos no teste, aproximadamente.
TERMINAIS EM TESTE
BASE -EMISSOR
BASE-COLETOR
POLARIZADOS
DIRETAMENTE
0,67V
0,62V
POLARIZADOS
INVERSAMENTE
infinito
infinito
O valor medido entre coletor e emissor, não importando a posição das pontas de prova, é sempre o
infinito para a maioria dos transistores.
Cuidado, tem transistor com um diodo ligado entre coletor e emissor. A configuração Darlington com
dois transistores, obtemos uma medida entre base e emissor de 1,2V aproximadamente. Existem trasistores
com um resistor de valor baixo da base para o emissor.
45
NET – INFO NÚCLEO DE ENSINO TECNOLÓGICO
Rua Oto de Alencar nº 35-39, Maracanã/RJ - tel. 2204-1398/2234-2918
FONTE DE TENSÃO REGULADA
A maioria as fontes de alimentação são formadas em etapas, tais como transformação, retificação,
filtragem e regulagem.
A etapa de regulação possui diversas configurações, dependendo de cada aplicação.
A) Regulador com diodo zener e transistor.
Denominado de regulador em série, um diodo zener é ligado à base do transistor. A tensão na base
é mantida constante pelo diodo zener, como consequência, a tensão no emissor também é constante
independente das variações da tensão no coletor.
O coletor é a entrada do regulador, o emissor passa a ser a saída e a base a referência.
Circuito:
Fonte de tensão fixa
Calculo da tensão regulada: VRL = Vz - VBE
Fonte de tensão ajustável
46
NET – INFO NÚCLEO DE ENSINO TECNOLÓGICO
Rua Oto de Alencar nº 35-39, Maracanã/RJ - tel. 2204-1398/2234-2918
Com a inclusão do potenciômetro (POT), foi possível ajustar a tensão no valor desejado.
B) Circuito integrado regulador de tensão.
A etapa de regulação possui diversas configurações, dependendo de cada aplicação.
Entre elas temos as que fazem uso de circuitos integrados, com saída fixa em tensão positiva ou
negativa.
A série 78XX consiste em reguladores integrados positivos enquanto a 79XX em negativos, em suas
saídas.
POT.
Regulador
7805
7808
7812
7815
7818
7824
Tensão de entrada
Mínima
Máxima
7
25
10
25
14
30
17
30
20
33
26
38
Tensão de saída
+5
+8
+12
+15
+18
+24
123
Lembramos que estes circuitos integrados possuem proteção interna contra curto, sobrecarga e
aquecimento excessivo, além de não necessitar de componentes adicionais para efetuar a regulagem.
A corrente máxima para qualquer CI da série é de 1 A . Utilizar dissipador de calor.
Terminal 3, saída de tensão
regulada
LM7805
Terminal 1
Entrada de
tensão não
regulada.
Terminal 2, terra.
Regulador de tensão ajustável LM317
Com o regulador LM317, é possível ajustar a tensão na saída da fonte de 1,2V à 37V e uma
corrente máxima de 1,5 A .
Ajuste
Saída de
tensão
regulada
47
NET – INFO NÚCLEO DE ENSINO TECNOLÓGICO
Rua Oto de Alencar nº 35-39, Maracanã/RJ - tel. 2204-1398/2234-2918
POLARIZAÇÃO INDEPENDENTE DO BETA ()
Na base é ligado um divisor de tensão, de acordo o esquema. O objetivo é a de estabilizar a tensão
na base em relação ao terra do circuito. Estabilizando a tensão na base, o que tiver ligado no emissor,
no caso o resistor de emissor, a tensão também será estabilizada. No caso de substituir transistores
com betas diferentes, a tensão no emissor permanece estável, e como conseqüência, IE , Ic VCE e VRC
também.
A condição anterior é possível para beta igual ou maior a 100, Entrada
tornando o valor da corrente de
base desprezível em relação à corrente que passa pelo divisor de tensão.
É obvio que pequenas
de tensão
variações no ponto de operação ocorrem, mínimas mas dentro do tolerável. Veja um exemplo:
Transistor BC548 com  = 400
Transistor BC337 com  = 175
48
NET – INFO NÚCLEO DE ENSINO TECNOLÓGICO
Rua Oto de Alencar nº 35-39, Maracanã/RJ - tel. 2204-1398/2234-2918
O GANHO DE TENSÃO DO AMPLIFICADOR DE SINAIS
O valor aproximado do ganho de tensão ( Av ) é determinado pelos valores de RC e RE.
Av = Rc / RE
Os valores de RC e RE, proporciona um ganho reduzido mas a estabilidade no ponto de operação
é garantida. Para aumentar o ganho, basta ligar um capacitor em paralelo com o resistor de emissor,
sem prejudicar a estabilidade. Cuidado, a amplitude do sinal de entrada deve ser pequena, para não
ocorrer distorções no sinal quando amplificado.
O ganho é determinado por:
AV = RC / Re
Re = 26mV / IE
IE = V E / RE
49
NET – INFO NÚCLEO DE ENSINO TECNOLÓGICO
Rua Oto de Alencar nº 35-39, Maracanã/RJ - tel. 2204-1398/2234-2918
Para o sinal a ser amplificado, o capacitor em paralelo com RE, passa a ser uma passagem livre de
baixa impedância. Ao determinar o ganho,” Re” substitui “RE” . O “Re” é uma característica de
impedância interna do transistor.
AMPLIFICADOR DE POTÊNCIA
O pré-amplificador é o estágio inicial de amplificação de pequenos sinais, até à etapa final
denominada de amplificador de potência.
O amplificador de potência, como o nome diz, trabalha com altos níveis de potência.
É comum tais transistores trabalharem com temperaturas elevadas, fato que obriga o projeto a
incluir o dissipador de calor, chapa de alumínio, com o objetivo de reduzir a temperatura do
componente, sem o qual o componente será danificado.
Dissipador
Transistores
AMPLIFICADOR PUSH-PULL COM SIMETRIA COMPLEMENTAR
Circuito com a montagem de dois transistores, NPN e PNP. A saída do estágio amplificador é feita
na ligação dos emissores e cada transistor amplifica um dos ciclos do sinal.
Circuito básicos
Com fonte simétrica
50
NET – INFO NÚCLEO DE ENSINO TECNOLÓGICO
Rua Oto de Alencar nº 35-39, Maracanã/RJ - tel. 2204-1398/2234-2918
A tensão na saída, ligação de R4 e R5, é igual a zero.
Com fonte comum.
Para que o sinal na saída, tenha uma excursão simétrica, a tensão de polarização na ligação dos
resistores R4 e R5 de ser de Vcc/2. O ajuste da tensão é feita alterando o valor de R2.
O circuito exige um capacitor de acoplamento na saída.
Com driver
RB1
RB2
Os circuitos analisados operam em classe AB, a onde os transistores ficam entre as regiões de
corte e ativa, circulando uma pequena corrente de coletor, que não acarreta grandes perdas de
potência. Trabalham com potências até 50 Watts.
51
NET – INFO NÚCLEO DE ENSINO TECNOLÓGICO
Rua Oto de Alencar nº 35-39, Maracanã/RJ - tel. 2204-1398/2234-2918
AMPLIFICADOR EM PONTE
No amplificador em ponte, a excursão do sinal em cada fase é teoricamente igual à da fonte de
alimentação. O transistor NPN de um ramo trabalha com o transistor PNP do outro ramo. Observe o
sentido da corrente para cada ciclo do sinal amplificado.
Fase positiva
AMPLIFICADOR DARLINGTON
Fase negativa
AMPLIFICADOR PARALELO
52
NET – INFO NÚCLEO DE ENSINO TECNOLÓGICO
Rua Oto de Alencar nº 35-39, Maracanã/RJ - tel. 2204-1398/2234-2918
MONTAGEM DOS TRANSISTORES NOS DISSIPADORES DE CALOR
Transistores de potenciais diferentes montados no mesmo dissipador, devem ser isolados pela folha
de mica. Para facilitar a transferência de calor, passar entre o transistor e o dissipador, a pasta
térmica.
Prender o transistor com porca e parafuso e soldar os fios nos terminais.
Aspecto dos transistores de potência.
53
NET – INFO NÚCLEO DE ENSINO TECNOLÓGICO
Rua Oto de Alencar nº 35-39, Maracanã/RJ - tel. 2204-1398/2234-2918
Atualmente, os amplificadores com componentes discretos, estão sendo substituídos por circuitos
integrados de potência. Como exemplo o TDA 2003 e TDA1515, tornando as montagens compactas.
CI TODA 2003
Circuito
Circuito impresso, vista superior da placa.
54