grandezas elétricas - Núcleo de Ensino Tecnológico NET-INFO
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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 3850A=________ 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 10F ligados em série resulta no capacitor equivalente de 5F. 10F 10F B) Paralelo: Ceq = C1 + C2 C1 C2 Dois capacitores de 10F ligados em paralelo resulta no capacitor equivalente de 20F. 10F 10F 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 30A. B) Ic sat. igual a 25 mA. C) VCE no corte é igual a 20V. Observe que em função do valor de IB de 30A, 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
