Circuitos Capacitivos

CEFET – BA – Vitória da Conquista
Análise de Circuitos
Circuitos Capacitivos
Prof. Alexandre Magnus
Conceito
► Um
capacitor é um
dispositivo elétrico
formado por 2
placas condutoras
de metal separadas
por um material
isolante chamado
dielétrico
Circuitos Capacitivos
2
Tipos
►
Capacitores Comuns:
Apresenta-se com tolerâncias de 5 %
ou 10 %
Capacitores são freqüentemente
classificados de acordo com o
material usados como dielétrico. Os
seguintes tipos de dielétricos são
usados:
► cerâmica
(valores baixos até cerca de
1 µF)
► poliéster (de aproximadamente 1 nF
até 1000000 µF)
► tântalo (compacto, dispositivo de
baixa tensão, de até 100 µF
aproximadamente)
► Eletrolítico (de alta potência,
compacto mas com muita perda, na
escala de 1 µF a 1000 µF)
Circuitos Capacitivos
3
Tipos
► Capacitores
variáveis
Capacitâncias podem
ser mudadas
intencionalmente e
repetidamente ao longo
da vida do dispositivo
Circuitos Capacitivos
4
Capacitância
►A
propriedade que estes dispositivos têm de
armazenar energia elétrica sob a forma de
um campo eletrostático é chamada de
capacitância ou capacidade (C) e é medida
pelo quociente da quantidade de carga (Q)
armazenada pela diferença de potencial
ou tensão (V) que existe entre as placas:
C = Q/V
Circuitos Capacitivos
5
Unidade
►
►
►
►
►
A unidade de capacitância é o farad
Um capacitor de 1 farad pode armazenar um coulomb de
carga a 1 volt
Um coulomb é 6,25E18 (6,25 * 10^18, ou 6,25 bilhões de
bilhões) de elétrons
Um ampère representa a razão de fluxo de elétrons de 1
coulomb de elétrons por segundo, então, um capacitor de 1
farad pode armazenar 1 ampère
- e
s gundo de elétrons a 1 volt
Um capacitor de 1 farad seria bem grande
Ele poderá ser do tamanho de uma lata de atum ou de uma
garrafa de 1litro de refrigerante, dependendo da tensão que
ele pode suportar
►
Então, normalmente, os capacitores são medidos em
microfarads (milionésimos de um farad)
Circuitos Capacitivos
6
Aplicações
►
►
►
►
A diferença entre um capacitor e uma pilha é que o
capacitor pode descarregar toda sua carga em uma
pequena fração de segundo, já uma pilha demoraria
alguns minutos para descarregar-se
É por isso que o flash eletrônico em uma câmera utiliza um
capacitor, a pilha carrega o capacitor do flash durante
vários segundos, e então o capacitor descarrega toda a
carga no bulbo do flash quase que instantaneamente
Isto pode tornar um capacitor grande e carregado
extremamente perigoso, os flashes e as TVs possuem
advertências sobre abri-los por este motivo
Eles possuem grandes capacitores que poderiam matá-lo
com a carga que contêm
Circuitos Capacitivos
7
Aplicações
►
►
Os capacitores são utilizados de várias maneiras em circuitos eletrônicos:
Algumas vezes, os capacitores são utilizados para armazenar carga para
utilização rápida. É isso que o flash faz
Os grandes lasers também utilizam esta técnica para produzir flashes muito
brilhantes e instantâneos
►
Os capacitores também podem eliminar ondulações
Se uma linha que conduz corrente contínua (CC) possui ondulações e picos, um
grande capacitor pode uniformizar a tensão absorvendo os picos e preenchendo os
vales
►
Um capacitor pode bloquear a CC
Se você conectar um pequeno capacitor a uma pilha, então não fluirá corrente entre
os pólos da pilha assim que o capacitor estiver carregado (o que é instantâneo se o
capacitor é pequeno)
Entretanto, o sinal de corrente alternada (CA) flui através do capacitor sem qualquer
impedimento. Isto ocorre porque o capacitor irá carregar e descarregar à medida
que a corrente alternada flutua, fazendo parecer que a corrente alternada está
fluindo
►
Uma das utilizações mais comuns dos capacitores é combiná-los com
indutores para criar osciladores
Circuitos Capacitivos
8
Capacitores em Série e em Paralelo
► Série
► Paralelo
Circuitos Capacitivos
9
Reatância Capacitiva
►É
a oposição ao fluxo de corrente ca devido à
capacitância no circuito
► Onde:
►A
Xc é a reatância capacitiva (Ω)
π = 3,14
f é a freqüência (Hz)
C é a capacitância (F)
unidade é ohm (Ω)
Circuitos Capacitivos
10
Circuitos Capacitivos
► Somente
capacitância
Se um capacitor ideal
(não tem resistência de
perdas) for ligado à
uma fonte de tensão
alternada senoidal, a
corrente estará 90º
adiantada em relação à
tensão
Ic (ref)
Ic
90º
90º
Vc (ref)
Vc
Circuitos Capacitivos
11
Circuito RC Série (alimentação ca)
►
►
►
►
►
►
Como com os circuitos indutivos, a associação de resistência e
reatância capacitiva é chamada impedância
Num circuito em série a corrente é a mesma que passa por R
e XC
A queda de tensão de R é VR = IR
A queda de tensão em XC é VC = IXC
A tensão através de XC segue a corrente a corrente que passa
por XC atrasada de 90º
A tensão através de R está em fase com I já que resistência
não produz desvio de fase
Circuitos Capacitivos
12
Circuito RC Série (alimentação ca)
►O
ângulo de fase θ
entre VT e VR
tgθ = -VC/VR
θ = arctg (-VC/VR)
Circuitos Capacitivos
13
Circuito RC Série (alimentação ca)
► Exemplo:
Um circuito ca RC em série tem uma
corrente de pico de 1A com R=50Ω e XC=120Ω.
Calcule VR, VC, VT e θ. Faça o diagrama de
fasores de VC e I. Desenhe também o diagrama
de tempo de i, VR, vc e vt.
Circuitos Capacitivos
14
Circuito RC Série (alimentação ca)
► Exemplo
(cont.)
Circuitos Capacitivos
15
Impedância em Circuitos RC Série
►O
triângulo de tensão
corresponde ao
triângulo de
impedância
Circuitos Capacitivos
16
Impedância em Circuitos RC Série
► Exemplo:
Um R de 30Ω e um XC de 40Ω estão
ligados em série a uma fonte de 120V. Calcule Z,
I e θ. Faça o diagrama de fasores.
Circuitos Capacitivos
17
Impedância em Circuitos RC Série
► Exemplo
(cont.)
Circuitos Capacitivos
18
Circuito RC Paralelo (alimentação ca)
►
►
►
►
A tensão é a mesma, através da fonte, de R e de XC, uma
vez que todos estão em paralelo
Cada ramo tem sua corrente individual
A corrente em R é IR = VT/R (em fase com VT)
A corrente em C é IC = VT/XC (adiantada 90º em a VT)
Circuitos Capacitivos
19
Impedância em Circuitos RC Paralelo
►A
impedância de um circuito RC paralelo é a
tensão total dividida pela corrente total
ZT = VT/IT
Circuitos Capacitivos
20
Impedância em Circuitos RC Paralelo
► Exemplo:
Um resistor
de 15Ω e um capacitor
de 20Ω de reatância
capacitiva estão
dispostos em paralelo
ligados a uma linha de
120V. Calcule IR, IC, IT,
θ e Z. Faça o diagrama
de fasores.
Circuitos Capacitivos
21
Tabela de Resumo para os Circuitos
RC Série e Paralelo
Circuitos Capacitivos
22
Tabela de Resumo para os Circuitos
RL Série e Paralelo
Circuitos Capacitivos
23
Resumo das Reatâncias Indutivas e
Capacitivas
Circuitos Capacitivos
24
Resumo das Defasagens de Tensão
e Corrente no Indutor e Capacitor
Circuitos Capacitivos
25