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Circuitos Capacitivos
Prof. Alexandre Magnus
CEFET – BA – Vitória da ConquistaAnálise de Circuitos
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Conceito
Um capacitor é um dispositivo elétrico formado por 2 placas condutoras de metal separadas por um material isolante chamado dielétrico
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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 nFaté 1000000 µF)
tântalo (compacto, dispositivo de baixa tensão, de até 100 µFaproximadamente)
Eletrolítico (de alta potência, compacto mas com muita perda, na escala de 1 µF a 1000 µF)
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Tipos
Capacitores variáveis Capacitâncias podem ser mudadas intencionalmente e repetidamente ao longo da vida do dispositivo
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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 potencialou tensão (V) que existe entre as placas: C = Q/V
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Circuitos Capacitivos 6
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- segundo 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)
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Circuitos Capacitivos 7
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
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Circuitos Capacitivos 8
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
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Capacitores em Série e em Paralelo
Série
Paralelo
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Reatância Capacitiva
É a oposição ao fluxo de corrente ca devido à capacitância no circuito
Onde: Xc é a reatância capacitiva (Ω) π = 3,14 f é a freqüência (Hz) C é a capacitância (F)
A unidade é ohm (Ω)
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Circuitos Capacitivos 11
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
90º
Ic
Vc (ref)
90º
Ic (ref)
Vc
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Circuitos Capacitivos 12
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
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Circuito RC Série (alimentação ca)
O ângulo de fase θentre VT e VR tgθ = -VC/VR
θ = arctg (-VC/VR)
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Circuitos Capacitivos 14
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.
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Circuitos Capacitivos 15
Circuito RC Série (alimentação ca)
Exemplo (cont.)
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Impedância em Circuitos RC Série
O triângulo de tensão corresponde ao triângulo de impedância
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Circuitos Capacitivos 17
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.
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Circuitos Capacitivos 18
Impedância em Circuitos RC Série
Exemplo (cont.)
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Circuitos Capacitivos 19
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)
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Impedância em Circuitos RC Paralelo
A impedância de um circuito RC paralelo é a tensão total dividida pela corrente total
ZT = VT/IT
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Circuitos Capacitivos 21
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.
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Circuitos Capacitivos 22
Tabela de Resumo para os Circuitos RC Série e Paralelo
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Circuitos Capacitivos 23
Tabela de Resumo para os Circuitos RL Série e Paralelo
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Circuitos Capacitivos 24
Resumo das Reatâncias Indutivas e Capacitivas
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Circuitos Capacitivos 25
Resumo das Defasagens de Tensão e Corrente no Indutor e Capacitor