eletronica basica

ELETR NICA B SICA

Alcantaro Corra

Presidente da FIESC

Srgio Roberto Arruda

Diretor Regional do SENAI/SC

Antnio Jos Carradore

Diretor de Educao e Tecnologia do SENAI/SC

Marco Antnio Dociatti

Diretor de Desenvolvimento Organizacional do SENAI/SC

FIESC SENAI

Federao das Indstrias do Estado de Santa Catarina Servio Nacional de Aprendizagem Industrial Departamento Regional de Santa Catarina

Florianpolis 2004

No pode ser reproduzido, por qualquer meio, sem autorizao por escrito do SENAI DR/SC.

Equipe Tcnica: Organizadores: Alexandre Correia DJorge Milani Gilberto Fernandes da Silva Maximiliano de Oliveira Alves Pedro Rech

Coordenao: Adriano Fernandes Cardoso Osvair Almeida Matos Roberto Rodrigues de Menezes Junior

Produo Grfica: Csar Augusto Lopes Jnior

Capa: Csar Augusto Lopes Jnior

Solicitao de Apostilas: [email protected]

S491r

SENAI. SC. Eletrnica Bsica. Florianpolis: SENAI/SC, 2004. 146 p.

1. Eletrnica Bsica. 2. Eletrnica Analgica. 3. Sistema numrico. I. Ttulo.

CDU:621.22

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Rodovia Admar Gonzaga, 2765 Itacorubi. CEP 88034-001 - Florianpolis - SC Fone: (048) 231-4290 Fax: (048) 234-5222

SUMRIO

1 Grandezas Eltricas .................................................................................................... 6 2 Mltiplos e Submltiplos .............................................................................................. 7 3 Resistores.................................................................................................................... 8 4 Capacitncia .............................................................................................................. 24 5 Indutores.................................................................................................................... 29 6 Transformadores ....................................................................................................... 40 7 Semicondutores......................................................................................................... 52 8 Circuitos Retificadores............................................................................................... 59 9 Filtros nas Fontes de Alimentao ............................................................................ 63 10 Diodo Emissor de Luz.............................................................................................. 66 11 Diodo Zener ............................................................................................................. 72 12 Diodo Zener Ideal X Real ........................................................................................ 79 13 Transistor Bipolar..................................................................................................... 82 14 Tpicos Especiais.................................................................................................... 87 15 Circuito Impresso..................................................................................................... 92 16 Projeto de Circuito Impresso ................................................................................... 95 17 Confeco de Circuito Impresso............................................................................ 114 18 Reguladores de Tenso ........................................................................................ 121 19 Reguladores com Diodo Zener.............................................................................. 124 20 Funcionamento do Circuito Regulador .................................................................. 125 21 Regulao de Tenso com Tenso de Entrada Varivel ...................................... 127 22 Regulao de Tenso com Corrente de Carga Varivel ....................................... 131 23 Regulao de Tenso com Corrente de Carga e Tenso de Entradas Variveis . 134 24 Fonte de Alimentao com Tenso de Sada Regulada Diodo Zener ............... 135 25 Componentes Eletrnicos Especiais ..................................................................... 137 26 Transistor de Unijuno......................................................................................... 144 Referncias Bibliogrficas .......................................................................................... 146

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Grandezas eltricas so grandezas que provocam ou so provocadas por efeitos eltricos: ou, ainda, que contribuem ou interferem nesses efeitos.

Corrente Eltrica

Corrente eltrica a quantidade de cargas eltricas que flui atravs de um condutor num determinado intervalo de tempo, ou ainda, a tendncia para restaurar o equilbrio eltrico num circuito onde exista diferena de potencial (ddp).

A corrente eltrica num circuito apresentada pela letra I e sua unidade de medida o Ampre (A).

Tenso Eltrica

Tenso eltrica a diferena de potencial existente entre dois pontos distintos no circuito. Pode ser definida como a fora impulsora ou presso, que fora a passagem da corrente eltrica nos condutores.

Quando afirmamos que uma bateria tem 12 volts, estamos dizendo que a diferena de potencial existente entre um plo e outro de 12 volts.

A tenso eltrica pode ser representada pelas letras E, V ou U e sua unidade de medida o volt (V).

Resistncia Eltrica

A oposio que um condutor oferece passagem da corrente eltrica que denomi- nou-se Resistncia Eltrica.

O valor da resistncia eltrica est diretamente ligado a combinao de quatro fatores:

O material que constitui o condutor O comprimento do condutor A rea da seo transversal A temperatura de trabalho do condutor

O que determina a resistividade do material a ser utilizado em condutores a sua quantidade de eltrons livres. Os metais so os melhores condutores de corrente eltrica, destacando o cobre, o alumnio, e a prata. A resistncia eltrica representada pela letra R e sua unidade de medida o Ohm (&).

Potncia Eltrica

O conceito de potncia eltrica definido como a quantidade de trabalho eltrico reali- zado na unidade de tempo.

a maneira pelo qual medimos o consumo de energia eltrica em um intervalo de tempo. Sua unidade de medida o watt, cujo smbolo W.

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A seguir relacionamos os mltiplos e submltiplos, geralmente usados, nas unidades j estudadas.

Corrente Eltrica (I)

Quiloampre (KA) 1 000 A 1x103 A 1 KA Ampre (A) 1 A 1x100 A 1 A

Miliampre (mA) 0,001 A 1x10-3 A 1mA Microampre (A) 0,000 001 A 1x10-6 A 1A

Tenso Eltrica (V)

Quilovolt (KV) 1 000 V 1x103 V 1 KV Volt (V) 1 V 1x100 V 1 V

Milivolt (mV) 0,001 V 1x10-3 V 1mV Microvolt (V) 0,000 001 V 1x10-6 V 1V

Resistncia Eltrica (R)

Megaohom (M&) 1 000 000 & 1x106 & 1 M& Quilohm (K&) 1 000 & 1x103 & 1 K&

Ohm (&) 1 & 1x100 & 1&

Potncia Eltrica (P)

Megawatt ( MW) 1 000 000 W 1x106 W 1MW Quilowatt (KW) 1000 W 1x103 W 1KW

Watt (W) 1 W 1x100 W 1W Miliwatt (mW) 1 mW 1x10-3 W 1mW

Tabela geral de mltiplos e submltiplos

MLTIPLOS / SUBMLTIPLO SMBOLO VALOR Tera T 1 x 1012 Giga G 1 x 109 Mega M 1 x 106 Kilo K 1 X 103 Mili m 1 x 10-3

Micro 1 x 10-6 Nano n 1 x 10-9 Pico p 1 x 10-12

Fento f 1 x 10-15 Atto a 1 x 10-18

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So componentes utilizados em eletrnica com a finalidade de limitar a corrente eltrica. A figura 01 mostra alguns resistores.

Fig 01 - Resistores de 4 e 5 anis

Obs: Pelo controle da corrente possvel reduzir ou dividir tenses.

Caractersticas dos Resistores

Os resistores possuem caractersticas eltricas importantes, atravs das quais se distinguem uns dos outros:

Resistncia hmica

o valor especfico de resistncia do componente. Os resistores so fabricados em valores padronizados, estabelecido por norma, nos seguintes valores base:

10 - 12 - 15 - 18 - 22 - 27 - 33 - 39 - 47 - 56 - 62 - 68 - 82

A faixa completa de valores de resistncia se obtm multiplicando-se os valores base por:

0,01 - 0,1 - 1 - 10 - 100 - 1K - 10K - 100K

Percentual de Tolerncia

Os resistores esto sujeitos a diferenas no seu valor especfico de resistncia, devido ao processo de fabricao. Estas diferenas situam-se em cinco (5) faixas:

a) Mais ou menos 20% de tolerncia; b) Mais ou menos 10% de tolerncia; c) Mais ou menos 5% de tolerncia; d) Mais ou menos 2% de tolerncia; e) Mais ou menos 1% de tolerncia.

Os resistores com 20%, 10% e 5% de tolerncia so considerados comuns, os de 2% e 1% so considerados de preciso.

O percentual de tolerncia indica a variao que o componente pode apresentar em relao ao valor padronizado impresso em seu corpo.

Potncia

Define a capacidade de dissipao de calor do resistor, sendo esse valor uma funo da tenso e da corrente a que ele est submetido.

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Simbologia

A figura 02 mostra a representao de resistores em circuitos eletrnicos.

Fig 02 - Simbologia de um resistor

Tipos de Resistores

Existem trs tipos de resistores quanto a constituio:

a) Resistores de filme de carbono; b) Resistores de carvo; c) Resistores de fio.

A) Resistor de Filme de Carbono:

Tambm conhecido como resistor de pelcula, sendo constitudo por um corpo cilndrico de cermica que serve como base para uma fina camada espiral de material resistivo (filme de carbono) que determina seu valor hmico.

O corpo do resistor pronto recebe um revestimento que d acabamento na fabricao e isola o filme de carbono da ao da umidade.

Suas principais caractersticas so a preciso e estabilidade do valor resistivo

B) Resistor de Carvo:

constitudo por um corpo cilndrico de porcelana. No interior da porcelana so com- primidas partculas de carvo que definem a resistncia do componente. Os valores de resistncia no so precisos.

C) Resistores de Fio:

Constitui-se de um corpo de porcelana ou cermica que serve como base. Sobre o corpo enrolado um fio especial ( por exemplo nquel-cromo ) cujo comprimento e seo determinam o valor do resistor. Os resistores de fio tem capacidade para trabalhar com maiores valores de corrente, produzindo normalmente uma grande quantidade de calor quando em funcionamento.

Cada um dos tipos tem, de acordo com a sua constituio, caractersticas que os tor- nam mais adequados que os outro em sua classe de aplicao.

Quanto a construo os resistores so divididos em trs grupos:

A) Resistores fixos B) Resistores ajustveis C) Resistores variveis

A) Resistores Fixos.

So resistores cujo valor hmico j vem definido de fbrica, no sendo possvel altera- los.

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B) Resistores Ajustveis.

So resistores cujo valor de resistncia pode ser ajustado, dentro de uma faixa pr- definida.

Fig.03 Resistores ajustveis.

Estes tipos de resistores so utilizados em circuitos que exijam calibrao.

Existem dois tipos de resistores ajustveis:

resistores ajustvel de fio (fig.04) trimpot (fig.05)

Fig.04 Fig.05

A constituio fsica dos resistores ajustveis no preparada para suportar trocas de valor freqentes. Este tipo de componente utilizado em pontos de um circuito onde o ajuste feito uma vez e no mais alterado.

Os resistores ajustveis (de fio e trimpot) so usados para ajustes definiti- vos nos circuitos.

C) Resistores ajustveis de fio

um resistor de fio ao qual foi acrescentado um terceiro terminal, denominado de cursor. (fig. 06)

Fig.06

10

Este terminal mvel, deslizando em contato eltrico as espiras de fio que constituem o resistor, podendo ser fixado na posio desejada.

Os resistores ajustveis de fio, em geral, dissipam grande quantidade de calor, porque trabalham com correntes elevadas. Por esta razo, normalmente so montadas em locais com boa ventilao, sendo ligados aos circuitos atravs de condutores. (fig. 07)

Fig.07

Trimpot

um tipo de resistor ajustvel utilizado em pontos de ajuste onde as correntes so pequenas (da ordem de miliampres ou menos).

Fig. - 08 dois tipos de trimpot.

Pelo fato de dissiparem pequenas quantidades de calor os trimpots podem ser montados no prprio circuito onde esto atuando. (fig. 09)

Fig. 09

Existem trimpots verticais e horizontais, de forma a permitir uma opo para a montagem mais adequada a cada aplicao.

11

A figuras 10 mostra trimpots vertical e horizontal.

Fig. 10

Caractersticas dos resistores ajustveis

Os resistores ajustveis apresentam impresso no corpo, valor de resistncia entre os dois terminais extremos. (fig. 11 e 12)

Fig.11 Fig.12

A resistncia entre os terminais extremos de um resistor ajustvel a mesma, qualquer que seja a posio do cursor.

Para obter um valor de resistncia menor do que o valor total de um resistor ajustvel utiliza-se um dos terminais extremos e o cursor (figs. 13 e 14)

Fig. 13 Fig. 14

Desta forma, a resistncia hmica da parte utilizada ser menor que a resistncia de todo o resistor.

12

Observando-se, por exemplo, um resistor ajustvel de 100& entre os extremos e posi- cionando-se o terminal deslizante no centro tem-se:

a)medindo com um ohmmetro entre os terminais extremos 00&.

Fig.15 Fig.16

b) medindo entre um dos extremos e o cursor (fixo no centro do resistor) utiliza-se a- penas a metade do resistor, obtendo a metade da resistncia total 50&.

Fig.17 Fig18

Os outros 50&, que completam o valor total do resistor esto na parte do resistor que no ser utilizada.

Fig. 19 Fig.20

Atravs do ajuste correto da posio do cursor pode-se obter os mais diversos valores de resistncia a partir de um resistor ajustvel (valores sempre menores que os extremos). Os resistores ajustveis se comportam como dois resistores em srie, com uma liga- o central.

Fig. 21

13

Simbologia

Os resistores ajustveis so representados pelos smbolos apresentados na figura 22. O smbolo normalizado est indicado (ABTN).

Fig. 22

Nos esquemas, o valor hmico que aparece ao lado do smbolo dos resistores ajustveis corresponde a resistncia entre os terminais extremos (valor mximo)

C) Resistores Variveis

Potencimetros

So resistores com derivao que permite a variao do valor resistivo pelo movimen- to de um eixo.

Fig. 23

So usados nos equipamentos para permitir a mudana do regime de operao.

Exemplos:

Potencimetro de volume permite aumento ou diminuio do nvel de intensidade do som. Potencimetro de brilho permite o controle da luminosidade das imagens.

Funcionamento

Entre os dois terminais extremos o potencimetro um resistor comum. Sobre este resistor desliza um 3 terminal chamado de cursor que permite utilizar apenas uma parte da resistncia total do componente (de um extremo at o cursor).

A figura 24 mostra um potencimetro, indicando o movimento do eixo para variao de resistncia.

Fig. 24

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Simbologia

A figura 25 mostra os smbolos utilizados para representar os potencimetros, salien- tando o smbolo normalizado pela ABTN.

Fig. 25

A diferena entre os smbolos dos resistores ajustveis e potencimetros aparece na ponta da diagonal.

Os componentes cujo valor est sujeito a modificao constante (potencimetros usados no controle, por exemplo) so denominados de variveis. Nos seus smbolos aparece uma seta na ponta da diagonal.

Os componentes cujo valor ajustado na calibrao e no sofre mais alterao so chamados de ajustveis. O resistor ajustvel um exemplo caracterstico desse tipo de componentes

Tipos de potencimetros

Existem dois tipos de potencimetros:

De fio

De carbono Linear logartmico

Potencimetro de fio

Sobre uma tira de fibra em forma de anel so enroladas vrias espiras de fio especial (com resistividade elevada). Fixa-se terminais nas extremidades da fibra e as pontas do fio, formando um resistor.

Fig. 26

15

Sobre o topo da fibra, corre o contato mvel do cursor, que ligado mecanicamente ao eixo do componente.

O cursor ligado ao terminal do potencimetro.

Fig. 27

Os potencimetros de fio para circuito eletrnico so encontrados em valores de at 22& de resistncia em potncias de dissipao de at 4W.

Nos potencimetros de fio a resistncia entre o cursor e os extremos varia uniforme- mente com o movimento do eixo.

Se o eixo foi movimentado at a metade do curso total a resistncia entre o cursor e os extremos so a metade da resistncia total.

500&

250&

250&

Se o cursor foi movimentado do curso total em relao a um extremo, a resistncia entre este extremo e o cursor da resistncia total.

500&

125&

375&

Componentes com esta caracterstica so chamados de lineares. Portanto os potencimetros so sempre lineares.

Potencimetros Lineares

Variao da resistncia proporcional ao movimento do eixo.

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Potencimetro de carbono (carvo)

So semelhantes aos potencimetros de fio na sua constituio. Diferem apenas em um aspecto:

Nos potencimetros de carvo as espiras de fio especial (do potencimetro de fio) so substitudas por uma camada de carbono que depositada sobre uma pista de material isolante.

Fig. 28

Os potencimetros de carbono podem ser lineares ou logartmicos. Os potencimetros de carvo lineares so semelhantes aos de fio.

A variao de resistncia entre um extremo e o cursor proporcional ao movimento do eixo:

Posio do cursor Resistncia entre um extremo e o cursor Metade do curso total Metade da resistncia total

1/3 do curso total 1/3 da resistncia total 3/4 do curso total do curso total

A variao da resistncia dos potencimetros lineares em relao a posio do cursor se apresenta conforme o grfico da figura 29.

320

ngulo de Rotao do eixo

320

240

160

80

50% 100%

Resistncia entre o cursor e o extremo de referncia Fig.29

Os potencimetros de carvo logartmico se comportam de forma diferente, com res- peito a relao entre posio do cursor e resistncia. Quando se inicia o movimento do cursor a resistncia sofre pequena variao. A medida que o cursor vai sendo, movimentando a variao na resistncia torna-se cada vez maior.

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A variao da resistncia entre um extremo e o cursor desproporcional ao movimen- to do eixo:

Posio do cursor Resistncia entre um extremo e cursor 1/4 do curso total 1/20 da resistncia total 1/2 do curso total 1/5 da resistncia total 3/4 do curso total 1/2,5 da resistncia total

O grfico da figura 30 mostra como a resistncia varia com relao a posio do eixo no potencimetros logartmicos.

320 ngulo de Rotao do eixo

320

240

Metade do curso total

160

80

20% 42%

100% Resistncia entre

Pequena variao resistiva

Fig. 30

O cursor e o extremo

Os potencimetros logartmicos so usados principalmente em controles de volume.

Potencimetro com chave

Em algumas ocasies utiliza-se o potencimetro para controle de volumes e ligao do aparelho. Para cumprir esta finalidade so fabricados potencimetros logartmicos com uma chave presa ao eixo.

A figura 31 apresenta um potencimetro logartmico com chave

Fig. 31

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Potencimetros duplos

Os potencimetros duplos so utilizados principalmente em aparelhos de som estereo- fnico.

Existem modelos de potencimetros duplos em que um nico eixo comanda os dois potencimetros (fig. 32) e tambm modelos em que cada potencimetro tem um eixo prprio (fig. 33).

Fig. 32 Fig. 33

Potencimetros deslizantes

Potencimetros em que o movimento rotativo do eixo substitudo por um movimento linear do cursor (fig.34).

Fig. 34

Aplicao dos resistores ajustveis e potencimetros

Os resistores ajustveis e principalmente os potencimetros so utilizados principalmente para obteno de divisores de tenso com tenso de sada varivel.

As tenses de sada dos divisores estabelecida pela relao entre os resistores que o compem.

Incluindo resistores ajustveis ou potencimetros na constituio dos divisores a tenso de sada torna-se varivel em funo da resistncia com que estes elementos so ajustados.

Este tipo de divisor muito utilizado nos pontos dos circuitos que exigem calibrao de ponto de operao.

De acordo com a posio do elemento varivel o divisor pode fornecer:

Um valor de tenso mximo Um valor de tenso mnimo Valores de tenso mximo e mnimo

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Divisor com limite de tenso mxima

Quando o divisor varivel colocado no extremo de referncia do divisor, fornece tenses que vo desde 0 volts at um valor especificado menor que a alimentao (fig.35)

R1

V entrada

P

VSada mnimo = OV VSada mximo = VP1

V sada

Fig. 35

Divisor com limite de tenso mnima

Quando o resistor varivel colocado no extremo da tenso de alimentao, o divisor fornece tenses que vo desde um valor mnimo at a tenso de alimentao.

P1

V entrada

R

VSada mnimo = VR1 VSada mximo = VENT

V sada

Fig. 36

Divisor com tenso mxima e mnima

O resistor varivel colocado entre outros resistores fornecendo tenses entre um valor mnimo e mximos maiores que 0 e menores que Vcc (fig. 37)

R

V entrada P1

2R V sada

Fig. 37

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Especificao de resistores ajustveis e ptencimetros

Os resistores ajustveis so especificados por:

Valor e potncia de dissipao para os de fio.

Ex.: resistor ajustvel de 100& e 5W

Valor e posio de montagem para os trimpots.

Ex.: trimpot de 10& trimpot de 480& - horizontal

Obs.: normalmente para montagem na vertical no especificada.

Os potencimetros so especificados por:

Apenas o valor para os de fio.

Ex.: Potencimetro de fio 30&

Valor, tipo, caracterstica de resposta e chave quando necessrio para os de carbono.

Ex.: Potencimetro de 10K& linear. Potencimetro de 470K& logartmico. Potencimetro de 10K& logartmico com chave.

Cdigo de Cores para Resistores

O valor hmico dos resistores e sua tolerncia podem ser impressos no corpo do componente, atravs de anis coloridos.

A cor de cada anel e a sua posio com relao aos demais anis, corretamente inter- pretada fornece dados que distinguem os resistores.

A disposio das cores em forma de anis possibilita que o valor do componente seja lido de qualquer posio.

Interpretao Do Cdigo De Cores.

Existem no mercado atualmente resistores de quatro e cinco anis, neste item estuda- remos a decodificao do cdigo de cores para esses componentes.

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Resistores de Quatro Anis.

O cdigo se compe de trs anis utilizados para representar o valor hmico, e um para representar o percentual de tolerncia.

O primeiro anel a ser lido aquele que estiver mais prximo de uma das extremidades do componente. Seguem na ordem o 20, 30, e 40 anel colorido.

Fig 38 - Resistores de 4 anis

Sendo assim:

* 1 anel = 1 nmero significativo; * 2 anel = 2 nmero significativo; * 3 anel = Multiplicador (nmero de zeros); * 4 anel = Tolerncia.

TABELA - DECODIFICAO DE RESISTORES DE 4 ANEIS

COR N SIGNIFICATIVO. MULTIPLICADOR TOLERNCIA

PRETO 0 X 1 MARRON 1 X 10

VERMELHO 2 X 100 LARANJA 3 X 1K AMARELO 4 X 10K

VERDE 5 X 100K AZUL 6

VIOLETA 7 CINZA 8

BRANCO 9 OURO X 0,1 5% PRATA X 0,01 10%

Sem Cor 20%

Exemplo:

1 anel - amarelo = 4 2 anel - violeta = 7 3 anel - vermelho = 2 zeros (00) 4 anel - ouro = + / - 5 % de tolerncia 4700 Ohms + / - 5% = 4k7& + / - 5%

Resistores de Cinco Anis.

Em algumas aplicaes so necessrios resistores com valores mais precisos, que se situam entre os valores padronizados. Estes resistores tm seu valor impresso no corpo atravs de cinco anis coloridos.

Nestes resistores, os TRS primeiros anis so dgitos significativos, o quarto anel representa o nmero de zeros (fator multiplicativo) e o quinto anel a tolerncia.

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TABELA - DECODIFICAO DE RESISTORES DE 5 ANEIS

COR N SIGNIFICATIVO MULTIPLICADOR TOLERNCIA

PRETO 0 X 1 MARRON 1 X 10 1%

VERMELHO 2 X 100 2% LARANJA 3 X 1K AMARELO 4 X 10K

VERDE 5 X 100K AZUL 6

VIOLETA 7 CINZA 8

BRANCO 9 OURO X 0,1 5% PRATA X 0,01 10%

Sem Cor 20%

Exemplo:

Laranja, branco, branco, laranja, marrom. 39900 Ohms +/- 1%

Casos especiais do cdigo de cores

a) Resistores de 1 A 10 Ohms.

Para representar resistores de 1 a 10 Ohms, o cdigo estabelece o uso da cor dourado no terceiro anel. Esta cor no terceiro anel indica a existncia de uma vrgula entre os dois primeiros nmeros.

Exemplo:

Marrom, cinza, dourado, dourado. 1,8 Ohms + / - 5%

b) Resistores abaixo de 1 Ohm.

Para representar resistores abaixo de 1 Ohm o cdigo determina o uso do prateado no terceiro anel. Esta cor no terceiro anel indica a existncia de um 0 (zero) antes dos dois primeiros nmeros.

Exemplo:

Marrom, cinza, prata, ouro. 0,18 Ohms + / - 5%

c) Resistores com 06 anis.

No caso de resistores com seis anis o ltimo anel indica o coeficiente de temperatura em ppm / C.

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a grandeza que exprime a quantidade de cargas eltricas que um capacitor pode armazenar. Seu valor depende de alguns fatores:

rea da Armadura.

Quanto maior a rea das armaduras, maior a capacitncia.

Espessura do Dieltrico.

Quanto mais fino o dieltrico, mais prximas estaro as armaduras. O campo eltrico gerado entre as armaduras ser maior e consequentemente a capacitncia ser maior.

Natureza do Dieltrico.

Quanto maior a capacidade de isolao do dieltrico, maior a capacitncia do capacitor.

Unidade de Medida.

A unidade de medida da capacitncia o Farad representado pela letra F, entretanto a unidade Farad muito grande, o que leva ao uso de submltiplos tais como: Microfarad = F = 10-6 Nanofarad = nF = 10-9 Picofarad = pF = 10-12

Tenso de Trabalho.

a mxima tenso (em volts) que o capacitor pode suportar entre suas armaduras sem danifica-lo. A aplicao de uma tenso no capacitor superior a sua tenso de trabalho mxima, pode provocar o rompimento do dieltrico fazendo com que o capacitor entre em curto, perdendo suas caractersticas.

Tipos de Capacitores.

Os capacitores podem ser classificados basicamente em quatro tipos:

Capacitores Fixos Despolarizados.

Apresentam um valor de capacitncia especfico, no podendo ser alterado. Por ser despolarizado podem ser utilizados tanto em C A como em C C .

Fig. 39

24

Capacitores Ajustveis

So capacitores que permitem que se atue sobre sua capacitncia, alterando-a dentro de certos limites, por exemplo 10pF a 30pF.

So utilizados nos pontos de calibrao dos circuitos, como por exemplo, na calibra- o de estgios osciladores de receptores ou transmissores de ondas de radio.

Fig. 40

Capacitores Variveis

So capacitores que tambm permitem que se atue na sua capacitncia, sendo utilizados em locais onde a capacitncia constantemente modificada. Como por exemplo, nos circuitos de sintonia de rdios receptores.

Fig. 41

Capacitores Eletroliticos.

So capacitores fixos cujo processo de fabricao permite a obteno de altos valores de capacitncia com pequeno volume.

O fator que diferencia os capacitores eletrolticos dos demais capacitores fixos o dieltrico. Nos capacitores fixos comuns o dieltrico de papel, mica, cermica ou ar.

O dieltrico dos capacitores eletrolticos um preparo qumico chamado de eletrlito que oxida pela aplicao de tenso eltrica.

Esses capacitores apresentam polaridade, que dever ser observada, a no obser- vncia dessa polaridade implica na total destruio do componente.

Sendo assim estes capacitores no podem ser aplicados em circuitos alimentados por tenso C.A.

Fig. 42 - Capacitores eletrolticos

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Cdigo de Cores para Capacitores.

Para capacitores de polister, o valor da capacitncia vem impressa no corpo do componente em forma de anis coloridos.

A interpretao do cdigo de cores para capacitores feita de maneira anloga ao cdigo de cores para resistores. A figura 43 mostra o cdigo e a ordem de interpreta- o.

Fig. 43 - Cdigo de cores de capacitores

Para estes capacitores o valor da capacitncia dado em picofarads.

TABELA DE CDIGO DE CORES PARA CAPACITORES:

COR 1 ALGARISMO 2 ALGARISMO N DE ZEROS TOLERNCIA TENSO

PRETO 0 0 20% MARRON 1 1 0

VERMELHO 2 2 00 250V LARANJA 3 3 000 AMARELO 4 4 0000 400V

VERDE 5 5 00000 AZUL 6 6 600V

VIOLETA 7 7 CINZA 8 8

BRANCO 9 9 10% OURO X 0,1 PRATA X 0,01

Sem Cor

Exemplo:

Amarelo, violeta, laranja, branco, azul. 4 7 000 + / -10% 630V 47000pF = 47nF

Laranja, branco, amarelo, branco, vermelho. 3 9 0000 + / - 10% 250V 390000pF = 390nF = .39F

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Reatncia Capacitiva

Quando um capacitor alimentado com tenso C A, a corrente que circula por esse capacitor ser limitada pela reatncia capacitiva (Xc).

Sendo assim a reatncia capacitiva a grandeza que se ope a passagem de corrente C A por um capacitor, e medida em ohms. Matematicamente teremos:

Xc = 1 .2 . f C.

Onde:

Xc = reatncia capacitiva em ohms; 2 = 6,28 f = freqncia em Hertz; C = capacitncia em Farads.

Exemplo:

A reatncia capacitiva de um capacitor de 100 F aplicado a uma rede C A de freqncia 60Hz :

Xc = 1 .2 60.

.0 1, 10. 3

Xc = 26,539 &

Relao de Fase Entre Tenso e Corrente num Capacitor

Devido ao fato da reatncia capacitiva dos capacitores estarem diretamente relaciona- das com a freqncia dos sinais a que so submetidos ir surgir uma defasagem da ordem de 900 entre tenso e corrente, estando esta adiantada dos referidos 900 graus eltricos.

Fig. 44 - Relao entre tenso e corrente em um capacitor

27

Associao De Capacitores.

Os circuitos srie, paralelo e srie-paralelo constitudos de capacitores possuem as mesmas formas que os circuitos constitudos de resistores. Associao Srie

A frmula matemtica que exprime a capacitncia equivalente ( Ceq) :

1 =

1 +

1 +

1 + ........ +

1 Ceq 1C C 2 C3 Cn

Associao Paralelo

A frmula matemtica que exprime a Ceq num circuito paralelo dada por:

Ceq = C1+C2+C3+...+Cn

28

Induo

O principio da gerao de energia eltrica baseia-se no fato de que toda a vez que um condutor se movimenta no interior de um campo magntico aparece neste condutor uma diferena de potencial (fig.45).

Fig. 45

Esta tenso gerada pelo movimento do condutor no interior de um campo magntico denominada de TENSO INDUZIDA. Foi o cientista ingls Michael Faraday, ao realizar estudos com o eletromagnetismo, que determinou as condies necessrias para que uma tenso seja induzida em um condutor.

As observaes de Faraday podem ser resumidas em duas concluses:

Quando um condutor eltrico sujeito a um campo magntico varivel tem origem neste condutor uma tenso induzida.

importante notar que para ter um campo magntico varivel no condutor pode-se:

a) Manter o campo magntico estacionrio e movimentar o condutor perpendicu- larmente ao campo (fig.46).

b) Manter o condutor estacionrio e movimentar o campo magntico (fiq.47).

MOVIMENTO DO MOVIMENTO DO CONDUTOR CAMPO MAGNTICO

Fig. 46 Fig. 47

A magnitude da tenso induzida diretamente proporcional a intensidade do fluxo magntico e a razo de sua variao.

Isto significa: Campo mais intenso maior tenso induzida Variao do campo mais rpida maior tenso induzida

Os geradores eltricos de energia eltrica se baseiam nos princpios estabelecidos por Faraday.

29

Auto induo

O fenmeno de induo faz com que o comportamento das bobinas em um circuito de CC seja diferente do comportamento dos resistores em um circuito de CC. Em um circuito formado por uma fonte de CC, um resistor e uma chave a corrente atinge o seu valor mximo instantaneamente, no momento em que o interruptor ligado (fig.48).

I

chave desligada

_ VR +

Chave ligada

Fig. 48

I = 0 I = V R

t

Se neste mesmo circuito o resistor for substitudo por uma bobina o comportamento ser diferente. A corrente atinge o valor mximo algum tempo aps a ligao do interruptor (fig.49).

I

chave desligada

Chave ligada

+ V_ I = 0

I = V R

Fig. 49

Este atraso para atingir a corrente mxima se deve a induo e pode ser melhor com- preendido imaginando o comportamento do circuito passo a passo.

Supondo-se o circuito composto por uma bobina, uma fonte de CC e uma chave (fig.50).

Fig. 50

Enquanto a chave est desligada no h campo magntico ao redor das espiras porque no h corrente circulante.

30

A figura 51 mostra apenas a bobina em destaque, com algumas espiras representadas em corte.

No h Campo magntico

Fig. 51

No momento em que a chave fechada inicia-se a circulao de corrente na bobina. Com a circulao da corrente surge o campo magntico redor de suas espiras (fig.52).

Fig. 52

Na medida em que a corrente cresce em direo ao valor mximo o campo magntico nas espiras se expande (fig.53).

Fig. 53

31

Ao se expandir o campo magntico em movimento gerado em uma espira corta a espira colocada ao lado (fig.54).

Fig. 54

Conforme Faraday enunciou induz-se nesta espira cortada pelo campo em movimento u ma determinada tenso.

Cada espira da bobina induz nas espiras vizinhas uma tenso eltrica.

O que significa que a aplicao de tenso em uma bobina provoca o aparecimento de um campo magntico em expanso que gera na prpria bobina uma tenso induzida.

Este fenmeno que consiste em uma bobina induzir sobre si mesma uma tenso denominado de AUTO-INDUO.

A tenso gerada na bobina por auto induo tem uma caracterstica importante:

Tem polaridade oposta a tenso que aplicada aos seus terminais, razo pela qual denominada de FORA CONTRA ELETRO MOTRIZ (FCEM).

Voltando ao circuito:

Ao ligar a chave aplica-se tenso, com uma determinada polaridade bobina

Fig. 55

32

A auto induo gera, na bobina uma tenso induzida (F CEM) de polaridade oposta a da tenso aplicada (fig.56).

Fig. 56

Representando FCEM corta uma "bateria" existente no interior da prpria bobina o circuito se apresenta conforme mostra do na figura 57.

Fig. 57

Como a FCEM atua contra a tenso da fonte, a tenso aplicada a bobina , na realidade:

Vresultante = Vfonte Fcem

A corrente no circuito causada por esta tenso resultante:

I = (V - Fcem ) tenso resultante R

Como a F CEM existe apenas durante a variao do campo magntico gerado na bobina, quando o campo magntico atinge o valor mximo a FCEM deixa de existir e a corrente atinge o seu valor mximo. O grfico da figura 58 mostra detalhadamente esta situao.

I chave

desligada

auto induo

chave ligada

cessa a auto induo

I = V Fcem R

Fig. 58

I =V (mxima) R

t

33

O mesmo fenmeno ocorre quando a chave desligada. A contrao do campo induz uma F CEM na bobina retardando o decrscimo da corrente (fig.59).

I

chave desligada chave ligada

auto induo

chave desligada auto

induo

I = 0

I cresce lentamente

I = V

Fig. 59

I cresce lentamente

I = 0

t

Em resumo, pode-se dizer que a auto induo faz com que as bobinas tenham uma caracterstica singular:

Uma bobina se ope, a variaes bruscas de corrente.

Esta capacidade de se opor s variaes de corrente denominada de INDUTNCIA e representada pela letra L.

INDUTNCIA L

A unidade de medida d indutncia o Henry, representado pela letra H.

CAPACIDADE DE SE OPOR INDUTNCIA MEDIDA EM HENRYS AS VARIAES DE CORRENTE (L) (H)

A unidade de medida de indutncia Henry tem submltiplos muito utilizados em eletrnica. A tabela abaixo mostra a relao entre os submltiplos e a unidade.

SUB UNIDADE VALOR COM RELAO AO HENRY MiliHenry (mH) 10-3 H ou 0,001H MicroHenry (mH) 10-6 H ou 0,000001H

34

A indutncia de uma bobina depende de diversos fatores:

Material Do ncleo seo formato

Do nmero de espiras - do espaamento entre as espiras

Do condutor Tipo Seo

Em funo de apresentar uma indutncia as bobinas so tambm denominadas de indutores.

Os indutores podem ter as mais diversas formas, podendo inclusive ser parecidos com um transformador.

A figura 60 mostra alguns tipos caractersticos de indutores.

Fig. 60

Indutores em CA

Quando se aplica um indutor em um circuito de CC a sua indutncia se manifesta a- penas nos momentos em que existe variao de corrente. J em CA, como os valores de tenso e corrente esto em constante modificao 0 efeito da indutncia se manifesta permanentemente. Esta manifestao permanente da "oposio a circulao de uma corrente varivel denominada de REATANCIA INDUTIVA, representada pela notao XL.

Reatncia Indutiva (XL) a oposio que um indutor apresenta a circulao de corrente alternada.

Em outras palavras, reatncia indutiva a resistncia de um indutor em corrente alternada.

A reatncia indutiva expressa em ohms e pode ser determinada atravs da equao:

Onde XL = reatncia indutiva em & XL = 2..f.L 2 = constante (6,28) f = freqncia da corrente alternada L = indutncia do indutor em Henrys

35

Por exemplo: a reatncia de um indutor de 600mH aplicado a uma rede de CA de 60Hz :

XL = 2 . f . L XL = 6,23 . 60 . 0,6 XL = 226,08

importante observar que a reatncia indutiva de um indutor no depende da tenso aplicada aos seus terminais. A corrente que circula em um indutor aplicado a CA (IL) pode ser calculada com base na Lei de Ohm, substituindo-se R por XL.

onde Onde: IL = corrente eficaz no indutor em A em A V = tenso eficaz em V

XL = reatncia indutiva em &

IL = V XL

Fig. 61

O indutor de 600mH aplicado a uma rede de CA 60Hz, 110V permitiria a circulao de uma corrente de:

XL = 2&.f.L = 6,28.60.06 = 226,0852 L=6ooH

IL = V I = 110V = 0,486A

XL 226,08

IL = 486mA

Fig. 62

O fator de qualidade (Q)

Todo o indutor apresenta, alm da reatncia indutiva, uma resistncia hmica que se deve ao condutor com o qual confeccionado. O fator de qualidade Q uma relao entre a reatncia indutiva e a resistncia hmica de um indutor.

Onde: Q = o fator de qualidade Q = XL XL= reatncia indutiva R R = resistncia hmica da bobina

Um indutor ideal deveria apresentar resistncia hmica zero. Isto determinaria um fator de qualidade 4nfinitamente grande. No entanto, na prtica, este indutor no existe. Existe sempre a resistncia hmica do condutor que constitui o indutor.

Por exemplo: o fator de qualidade de um indutor com reatncia indutiva de 3768& (indutor de 10H em 60Hz) e com resistncia hmica de 80& :

Q = XL = 3768& = 47,1

36

R 80& Determinao experimental da indutncia de um condutor

Quando se deseja utilizar um indutor e sua indutncia desconhecida, possvel de- termin-la aproximadamente por processo experimental. 0 valor encontrado no ser exato porque necessrio considerar que o indutor puro (R = 0).

Aplica-se ao indutor uma corrente alternada com freqncia e tenso conhecidas (fig.63).

Fig. 63

Determina-se a corrente do circuito com um ampermetro de corrente alternada (fig.66).

Fig. 64

Conhecidos os valores de tenso e corrente do circuito, determina-se a reatncia indutiva do indutor.

XL = V V = tenso do indutor IL IL = corrente do indutor

Aplica-se o valor encontrado na equao da reatncia indutiva e determina-se a indutncia:

XL = 2.f.L isolando L L = X2 Lf

A impreciso do valor encontrado no significativa na prtica, porque os valores de resistncia hmica da bobina so pequenos, comparados com a sua reatncia indutiva (alto Q).

Associao de Indutores

Os indutores podem ser associados em srie, em paralelo e at mesmo de forma mis- ta, embora esta ultima no seja muito utilizada. A associao srie utilizada como forma de obter uma maior indutncia. A indutncia de uma associao srie dada pela equao:

LT = L1 +L2 + . . . + Ln Onde LT = indutncia total

37

L1, L2, ... Ln = indutncias associadas As figuras 65 e 66 mostram uma associao srie de indutores e sua representao esquemtica.

Fig. 65 Fig. 66

A associao paralela pode ser utilizada como forma de obter indutncias menores ou gomo forma de dividir uma corrente entre diversos indutores (fig. 67 e 68).

Fig. 67 Fig. 68

A indutncia total de uma associao paralela de indutores dada pela equao:

LT = 1 1 1 1 L1 + L2 + ... + Ln

Observa-se que as equaes para clculo da indutncia se assemelham as equaes para o clculo de associaes de resistores.

Relao de fase entre corrente e tenso nos indutores

Devido ao fenmeno de auto induo ocorre um defasamento entre corrente e tenso nos indutores ligados em CA.

A auto induo provoca um atraso na corrente em relao a tenso. Este atraso de 90 (um quarto de ciclo).

Nos indutores a corrente est 90 atrasada em relao a tenso.

38

A representao senoidal deste fenmeno est apresentada na figura 69.Observa-se que a tenso atinge o mximo antes da corrente.

Fig. 69

Pode-se representar esta defasagem por meio de um grfico de vetores. O ngulo entre os vetores representa a defasagem e o comprimento dos vetores representa os valores de VL e IL (fig. 70).

Fig. 70

39

O transformador Princpio de Funcionamento

O transformador um dispositivo que permite elevar ou rebaixar os valores de tenso ou corrente em circuito de CA

110 Vca

220Vca

220 Vca

110Vca

A grande maioria dos equipamentos eletrnicos emprega transformadores, seja como elevador ou rebaixador de tenses.

A figura 71 mostra alguns transformadores.

Fig.71

Princpio de funcionamento

Quando uma bobina conectada a uma fonte de CA surge um campo magntico varivel ao seu redor (fig. 72).

Fig. 72

40

Aproximando-se outra bobina a primeira o campo magntico varivel gerado na primeira bobina corta as espiras da Segunda bobina (Fig.73)

Fig. 73

Como consequncia da variao de campo magntico sobre suas espiras surge na segunda bobina uma tenso induzida (fig.74)

Fig. 74

A bobina na qual se aplica a tenso CA denominada de primrio do transformador e a bobina onde surge a tenso induzida denominada de secundrio do transformador (fig.75)

Fig. 75

A bobina do transformador em que se aplica uma tenso CA denominada de primrio e a bobina em que surge uma tenso induzida denominada de secundrio.

importante observar que as bobinas primria e secundria so eletricamente isola- das entre si. A transferncia de energia de uma para a outra se d exclusivamente atravs das linhas de fora magnticas.

O primrio e o secundrio de um transformador so eletricamente isolados entre si.

A tenso induzida no secundrio de um transformador proporcional ao nmero de linhas magnticas que corta a bobina secundria.

41

Por esta razo, o primrio e o secundrio de u transformador so montados sobre um ncleo de material ferromagntico (fig.76).

Fig. 76

O ncleo diminui a disperso do campo magntico, fazendo com que o secundrio seja cortado pelo maior nmero de linha magnticas possvel, obtendo uma melhor transferncia de energia entre primrio e secundrio.

As figuras 77 e 78 ilustram o efeito provocado pela colocao do ncleo no transformador.

Fig. 77

Fig. 78

Com a incluso do ncleo o aproveitamento do fluxo magntico gerado no primrio maior. Entretanto, surge um incoveniente: o ferro macio sofre grande aquecimento com a passagem do fluxo magntico. Para diminuir este aquecimento utiliza-se ferro silicoso laminado para a construo do ncleo (fig.79)

Fig. 79

42

Com a laminao do ferro se reduzem as correntes parasitas responsveis pelo a- quecimento do ncleo.

O ncleo de um transformador laminado para reduzir as correntes parasitas que provocam o seu aquecimento

A laminao no elimina o aquecimento, mas reduz sensivelmente em relao ao ferro macio.

A figura 80 mostra os smbolos empregados para representar o transformador, segundo a norma ABNT.

Fig 80

Os traos colocados no smbolo entre as bobinas do primrio e secundrio indicam o ncleo de ferro laminado. O ncleo de ferro empregado em transformadores que funcionam em baixas frequncias (50Hz, 60Hz, 120Hz).

Transformadores que funcionam em frequncias mais altas (kHz) geralmente so montados em ncleo de FERRETE. A figura 83 mostra o smbolo de um transformador com ncleo de ferrite.

Fig. 81

Transformadores com mais de um secundrio

possvel construir transformadores com mais de um secundrio, de forma a obter diversas tenses diferentes (fig. 82 e 83).

Fig. 82 Fig. 83

Este tipo de transformadores muito utilizado em equipamentos eletrnicos.

43

Relao de transformao

A aplicao de uma tenso CA ao primrio de um transformador resulta no aparecimento de uma tenso induzida no seu secundrio (fig.84)

Fig. 84

Aumentando-se a tenso aplicada ao primrio, a tenso induzida no secundrio aumenta na mesma proporo (fig. 85).

Fig. 85

Verifica-se atravs dos exemplos das figuras 84 e 85 que, no transformador tomado como exemplo, a tenso do secundrio sempre a metade da tenso aplicada no primrio.

A relao entre as tenses no primrio e secundrio depende fundamentalmente da relao entre o nmero de espiras no primrio e secundrio.

Num transformador com primrio de 100 espiras e secundrio de 200 espiras a tenso no secundrio ser o dobro da tenso no primrio (fig. 86).

Fig. 86

44

Denominando-se o nmero de espiras do primrio de Np e do secundrio de Ns pode- se escrever:

Vs = 20V = 2 Ns = 2 ( l-se : saem 2 para cada 1 que entra) Vp 10V Np

Verifica-se que o resultado da relao Ns/Np o mesmo da relao Vs/Vp. Logo, pode-se escrever:

Vs = Ns Vp Np

Matematicamente pode-se escrever que, para o transformador usado como exemplo:

Vs onde Vs = tenso no secundrio= 0,5

Vp Vp = tenso no primrio

O resultado desta relao (Vs/Vp) denominado de relao de transformao.

Vs Vp = relao de transformao

A relao de transformao expressa a relao entre a tenso aplicada ao primrio e a tenso induzida no secundrio.

Um transformador pode ser construdo de forma a ter qualquer relao de transforma- o que se necessite. Por exemplo:

Relao de transformao Tenses 3 Vs = 3 x Vp

5,2 Vs = 5,2 x Vp 0,3 Vs = 0,3 x Vp

Tipos de transformador quanto a relao de transformaro

Quanto a relao de transformao os transformadores podem ser classificados em trs grupos:

- transformador elevador - transformador rebaixador - transformador isolador

Transformador Elevador

Denomina-se transformador elevador todo o transformador com uma relao de transformao maior que 1 (Ns > Np).

Devido ao fato de que o nmero de espiras do secundrio maior que do primrio, a tenso do secundrio ser maior que a do primrio.

Transformador Elevador Ns > Np Vs > Vp

45

A figura 87 mostra um exemplo de transformador elevador, com relao de transformao de 1,5.

Fig. 87

Se uma tenso de 100VCA for aplicada ao primrio a tenso no secundrio ser de 150V (100 x 1,5 = 150)

Transformador Rebaixador

todo o transformador com relao de transformao menor que 1 (Ns < Np).

Neste tipo de transformadores a tenso no secundrio menor que no primrio.

Transformador Ns < Np Vs < Vp Rebaixador

A figura 88 mostra um exemplo de transformador rebaixados, com relao de transformao de 0,2.

Fig. 88

Neste transformador aplicando-se 50 VCA no primrio a tenso no secundrio ser 10V (50 x 0,2 = 10).

Os transformadores rebaixadores so os mais utilizados em eletrnica, para rebaixar a tenso das redes eltricas domiciliares (110V, 220V, para tenses da ordem de 6V, 12V, 15V necessrias para os equipamentos).

46

Transformador Isolador

Denomina-se de isolador o transformador que tem uma relao de transformao 1 (Ns = Np).

Como o nmero de espiras do primrio e secundrio e igual, a tenso no secundrio igual a tenso no primrio.

Transformador Isolador

Ns = Np Vs = Vp

A figura 89 mostra um exemplo de transformador isolador.

Fig. 89

Este tipo de transformador utilizado para isolar eletricamente um aparelho da rede eltrica (fig. 90).

Fig. 90

Os transformadores isoladores so muito utilizados em laboratrios de eletrnica para que a tenso presente nas bancadas seja eletricamente isolada da rede.

Relao de Potncia nos transformadores

O transformador um dispositivo que permite modificar os valores de tenso e corrente em um circuito de CA.

47

Em realidade, o transformador recebe uma quantidade de energia eltrica no primrio, transforma em campo magntico e converte novamente em energia eltrica disponvel no secundrio (fig. 91).

Fig. 91

A quantidade de energia absorvida da rede eltrica pelo primrio do transformador denominada de potncia do primrio, representada pela notao PP. Admitindo-se que no existam perdas por aquecimento do ncleo, pode-se concluir que toda a energia absorvida no primrio esta disponvel no secundrio.

no Secundrio no Primrio= Energia Disponvel Energia Absorvida

A energia disponvel no secundrio denominada de potncia do secundrio Ps. Se no existem perdas pode-se afirmar:

Ps = Pp

A potncia do primrio depende da tenso aplicada e da corrente absorvida da rede:

Potncia do primrio

Pp = Vp. Ip

A potncia do secundrio produto da tenso e corrente no secundrio:

Potncia do secundrio

Ps = Vs. Is

Considerando o transformador como ideal pode-se, ento escrever:

Ps = Pp Relao de potncias no transformador

Vs . Is = Vp . Ip

48

Esta equao permite que se determine um valor do transformador se os outros trs forem conhecidos. A seguir esto colocados dois exemplos de aplicao da equao.

EXEMPLO 1

Um transformador rebaixador de 110/V para 6V dever alimentar no seu secundrio uma carga que absorve uma corrente de 4,5A. Qual ser a corrente no primrio?

Vp = 110v Vs = 6V Is = 4,5A Ip = ?

Vp . Ip = Vs . Is Ip = Vs . Is Vp

Ip = 6V . 4,5A Ip = 27W Ip = 0,24A 110V 110V

EXEMPLO 2

Um transformador elevador de 110V para 600V absorve, no primrio, uma corrente de 0,5A. Que corrente est sendo solicitada no secundrio?

Vp = 110V Vs = 60OV Ip = 0,5A Is = ?

Vp . Ip = Vs . Is Is = Vp . Ip Vs

Is = 110V . 0,5A Is = 55W Is = 91,67mA 600V 600V

Potncia em transformadores com mais de um secundrio

Quando um transformador tem apenas um secundrio a potncia absorvida pelo primrio a mesma fornecida no secundrio (considerando que no existe perda por aquecimento) (fig. 92).

Fig. 92

49

Quando existe mais de um secundrio, a potncia absorvida da rede pelo primrio a soma das potncias fornecidas em todos os secundrios (fig. 93)

Fig. 93

A potncia absorvida da rede pelo primrio a soma das potncias de todos os secundrios.

Matematicamente pode-se escrever que a potncia absorvida pelo primrio :

Pp = Ps1 + Ps2 + . . . . . . + Psn

Onde: Pp = potncia absorvida pelo primrio Ps1 = potncia fornecida pelo secundrio 1 Ps2 = potncia fornecida pelo secundrio 2 Psn = potncia fornecida pelo secundrio n

Esta equao pode ser reescrita usando os valores de tenso e corrente no transformador.

Vp = Ip = ( Vs1 . Is1 ) + ( Vs2 . Is2 ) + ....:. + ( Vsn . Isn )

Onde: Vp e Ip = tenso e corrente no primrio Vs1 e Is1 = tenso e corrente no secundrio 1 Vs2 e Is2 = tenso e corrente no secundrio 2 Vsn e Isn = tenso e corrente no secundrio n

50

A seguir esta apresentado um exemplo de utilizao da equao.

- Determinar a corrente no primrio do transformador.

Fig. 94

51

So materiais que podem apresentar caractersticas de isolante ou de condutor, dependendo da forma como se apresenta a sua estrutura qumica.

Estrutura Qumica dos Semicondutores

Os semicondutores se caracterizam por serem constitudos de tomos que tem quatro eltrons na camada de valncia (tetravalentes). As figuras 95 e 96 mostram a configurao de dois tomos que do origem a materiais semicondutores.

Fig. 95 Germnio Fig 96. - Silcio

Os tomos que possuem quatro eltrons na ultima camada tem tendncia a se agru- parem segundo uma formao cristalina.

Neste tipo de ligao cada tomo se combina com quatro outros, fazendo com que cada eltron pertena simultaneamente a dois tomos. Este tipo de ligao qumica denominada de ligao covalente, e representada simbolicamente por dois traos que interligam dois ncleos.

Fig. 97- Ligao covalente

As estruturas cristalinas de elementos tetravalentes so eletricamente isolantes.

52

Dopagem

A dopagem um processo qumico que tem por finalidade introduzir tomos estranhos a uma substncia na sua estrutura cristalina.

Cristal N

Quando o processo de dopagem introduz na estrutura cristalina uma quantidade de tomos com mais de quatro eltrons na ultima camada, forma-se uma nova estrutura cristalina denominada cristal N.

Exemplo:

A introduo de tomos de fsforo que possu cinco (5) eltrons na ultima camada. Dos cinco eltrons externos do fsforo apenas quatro encontram um par no cristal que possibilite a ligao covalente.

O quinto eltron por no encontrar um par para formar uma ligao, tem a caracterstica de se libertar facilmente do tomo, passando a vagar livremente dentro da estrutura do cristal, constituindo-se um portador livre de carga eltrica.

Fig. 98 - Material Tipo N

53

Cristal P.

A utilizao de tomos com menos de quatro eltrons na ultima camada para o processo de dopagem d origem a um tipo de estrutura chamada cristal P.

Exemplo:

O tomo de ndio que tem trs eltrons na ultima camada, d origem a um cristal P. Quando os tomos de ndio so colocados na estrutura do cristal puro verifica-se a falta de um eltron para a formao de ligaes covalentes, esta falta denominada de lacuna, sendo representada por uma carga eltrica positiva na estrutura qumica.

Fig. 99 - Material Tipo P

Obs: A lacuna no propriamente uma carga positiva, mas sim, a ausncia de uma carga negativa.

Diodo Semicondutor

O diodo semicondutor um componente que apresenta a caracterstica de se compor- tar como um condutor ou como um isolante eltrico dependendo da forma como a tenso seja aplicada a seus terminais.

Estrutura Bsica

O diodo se constitui na juno de duas pastilhas de material semicondutor: uma de cristal do tipo P e outra de cristal do tipo N.

Fig. 100 - Juno PN (Diodo)

54

Comportamento Dos Cristais Aps A Juno

Aps a juno das pastilhas que formam o diodo ocorre um processo de "acomoda- mento" qumico entre os cristais.

Na regio da juno alguns eltrons livres saem do material N e passam para o material P, recombinando-se com as lacunas das proximidades.

O mesmo ocorre com algumas lacunas que passam do material P para o material N e se recombinam com os eltrons livres.

Forma-se na juno uma regio onde no existem portadores de carga, porque esto todos recombinados, neutralizando-se. Esta regio denominada de regio de deplexo, e verifica-se que nela existe uma diferena de potencial proporcionada pelo deslocamento dos portadores de um cristal para o outro.

Essa barreira de potencial da ordem de 0,7V para diodos de silcio e de 0,3V para os diodos de germnio.

Fig. - 101

Aplicao de Tenso Sobre o Diodo.

A aplicao da tenso sobre o diodo estabelece a forma como o componente se comporta eletricamente.

A tenso pode ser aplicada ao diodo de duas formas diferentes, denominadas tecni- camente de:

Polarizao direta; Polarizao inversa.

55

Polarizao Direta

A polarizao do diodo considerada direta quando a tenso positiva da fonte de alimentao aplicada ao cristal P e a tenso negativa da referida fonte aplicada ao cristal N.

Fig. 102 - Polarizao Direta na Juno PN

Efeitos da Polarizao Direta Sobre o Diodo

O polo positivo da fonte repele as lacunas do cristal P em direo ao polo negativo, enquanto os eltrons livres do cristal N so repelidos pelo polo negativo em direo ao positivo da fonte. Se a tenso da bateria externa for maior que a tenso da barreira de potencial as for- as de atrao e repulso provocadas pela fonte de tenso externa permitem aos portadores adquirir velocidade suficiente para atravessar a regio onde h ausncia de portadores.

Nesta situao o diodo permite a circulao de corrente no circuito e, diz-se que o diodo est em conduo ou saturado.

importante observar que a seta do smbolo do componente indica o sentido de circulao (convencional) da corrente eltrica.

56

Polarizao Inversa

A polarizao inversa de um diodo consiste na aplicao de tenso positiva no cristal N e negativa no cristal P.

Nesta condio os portadores livres de cada cristal so atrados pelos potenciais da bateria para os extremos do diodo.

Observa-se que a polarizao inversa provoca um alargamento da regio de deplexo, porque os portadores so afastados da juno.

Portanto conclui-se que a polarizao inversa faz com que o diodo impea a circulao de corrente no circuito eltrico ao qual ele est inserido. Diz-se que nesta situao o diodo est cortado ou em bloqueio.

Fig. 103 - Polarizao inversa na Juno PN

Simbologia

Fig. 104 - Simbologia do diodo

- Parmetros Mximos Do Diodo

Os parmetros mximos estabelecem os limites da tenso e corrente que podem ser aplicados ao diodo, sem provocar danos a sua estrutura.

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A) Corrente Mxima Direta

A corrente mxima de cada diodo dada pelo fabricante em folhetos tcnicos.

Este o valor mximo admissvel para a corrente, devendo-se trabalhar com valor em torno de 20% inferiores ao mximo, para garantir a vida til do componente.

B) Tenso Reversa Mxima

As tenses reversas colocam o diodo em corte. Nesta situao toda tenso aplicada ao circuito fica sobre o diodo.

Cada diodo tem a estrutura preparada para suportar um determinado valor de tenso reversa, que nunca dever ser ultrapassado, sob pena da destruio do componente.

Aqui tambm aconselhvel trabalhar-se com valores em torno de 20% inferiores ao valor mximo.

Teste De Diodos Semicondutores

Os testes realizados para se determinar as condies de um diodo se resumem a uma verificao da resistncia do componente nos sentidos de conduo e bloqueio.

A tenso de polarizao para teste do diodo ser fornecida pelo prprio multmetro. Sendo assim o diodo ser considerado em bom estado, quando polarizado diretamente, apresentar uma resistncia baixa ( na casa das dezenas de ohms) e, quando polarizado inversamente, apresentar uma resistncia alta ( vrios K ohms).

Se nas duas polarizaes o diodo apresentar uma baixa resistncia, significa que o mesmo est em curto. Mas se nas duas polarizaes o diodo apresentar uma alta resistncia, diz-se que ele est aberto.

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Retificador de meia onda

O circuito abaixo conhecido como retificador de meia onda:

Fig. 105

No semiciclo positivo da tenso do secundrio do trafo, o diodo est diretamente polarizado para todas as tenses maiores que a tenso de limiar (aprox. 0,7 V para diodos de silcio). Isto produz uma meia onda senoidal de tenso atravs do resistor de carga. Como a tenso de pico da onda geralmente muito maior que a tenso de limiar, des- preza-se, geralmente, esta ltima.

No semiciclo negativo, o diodo est polarizado reversamente. Desprezando-se a corrente de fuga, a corrente de carga cai a zero.

Este circuito transforma, portanto, uma tenso alternada na entrada em uma tenso pulsante cc. Um circuito deste tipo denominado retificador.

A tenso mdia do sinal de meia onda, desprezando-se a queda no diodo, :

CCV =

V2( pico )

ou

Vcc = 0 318,

V2( pico)

Por exemplo, supondo que a tenso no secundrio do trafo seja de 12,6 V. O valor mdio da onda retificada pelo circuito acima :

V2( pico ) =

12 6,2 V 0 ou V V2 pico( ) 17 8,= = 0 7, 07

Vcc = =0 318 17 8, ( , 5) 66,

A tenso mdia chamada tenso cc porque esta tenso que indicaria um voltme- tro cc se este estivesse conectado carga.

Especificao da corrente do diodo

Para especificao de um diodo para um circuito retificador de meia onda, basta calcu- lar a tenso cc e conhecer a carga. A corrente que circular sobre a carga ser a mesma do diodo. Por exemplo: Se a tenso cc for de 5,6 V e a carga tiver uma resistncia constante de 10 &, a corrente de carga ser de 0,566 A. Um diodo 1N4001 seria adequado para este circuito, j que suporta uma corrente de at 1 A, segundo especificaes do fabricante.

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Tenso de pico inversa

No momento em que o diodo est polarizado inversamente, no semiciclo negativo da onda de entrada, no h corrente circulando pelo circuito, e toda a tenso aparece sobre o diodo. A tenso reversa suportvel pelo diodo deve, portanto, ser maior que a tenso de pico da onda de entrada.

Retificador de onda completa

A figura abaixo mostra um retificador de onda completa. Durante o semiciclo positivo da tenso do secundrio, o diodo de cima est polarizado diretamente e o diodo de baixo est polarizado reversamente. A corrente passa pelo diodo de cima, pelo resistor de carga e pela metade superior do enrolamento. Durante o semiciclo negativo, a corrente passa pelo diodo de baixo, pelo resistor de carga e pela metade inferior do enrolamento. Observe que a corrente na carga tem sempre o mesmo sentido, no impor- tando qual diodo est conduzindo.

Fig. 106

Tenso Mdia

A tenso mdia de uma onda com retificao completa o dobro da sada de um retificador de meia onda controlado pela mesma tenso no secundrio:

2 V =

sada ( pico ) ou V V cc 0 636, saida pico= ( )

CCV

Por exemplo: Se a tenso no secundrio do trafo for de 12,6 V ca, a tenso de pico ser de 17,8 V. Como a tenso aplicada em cada semi-ciclo de apenas a metade, a tenso de pico sobre a carga ser de 8,9 V. A tenso mdia ser, portanto, de 0,636 x 8,9 = 5,66 V.

60

Especificao da corrente dos diodos

A corrente de carga ser calculada dividindo a tenso cc sobre a carga pela resistncia da carga. Por exemplo: se Vcc = 5,66 V e a resistncia da carga for fixa igual a 10 &, a corrente de carga ser igual a 0,566 A. A corrente mxima dos diodos dever ser apenas a metade disto, ou seja, 0,283 A, pois cada um deles s conduz metade da corrente de carga.

Frequncia e tenso de pico inversa

No retificador de meia onda, a frequncia da onda de sada igual frequncia da onda de entrada, visto que cada ciclo da onda de sada corresponde a um ciclo da onda de entrada. J em um retificador de onda completa, a frequncia da onda de sada o dobro da frequncia da onda de entrada

A tenso mxima inversa suportvel por um diodo na configurao de onda completa mencionada anteriormente deve ser maior que a tenso total de pico no secundrio do trafo.

Retificador em ponte

O retificador de onda completa em ponte est mostrado no desenho abaixo

Fig. 107

Durante o semiciclo positivo da tenso no secundrio, os diodos D2 e D3 estaro com polarizao direta. Durante o semiciclo negativo da tenso no secundrio, os diodos D1 e D4 estaro com polarizao direta. Em qualquer dos dois semiciclos, a tenso na carga ter a mesma polaridade.

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Tenso Mdia

Como a retificao de onda completa, a tenso mdia na sada ser de:

2 V =

sada ( pico ) ou V V cc 0 636, saida pico= ( )

CCV

Toda a tenso do secundrio aplicada sobre a carga. Portanto, se tivermos uma tenso de secundrio de 12,6 V ca, a tenso de pico ser 17,8 V. A tenso cc sobre a carga ser: 17,8 x 0,636 = 11,3 V.

O retificador em ponte elimina a necessidade de uma derivao central no trafo, mas obriga a utilizao de dois diodos a mais.

Especificao

A corrente que cada diodo deve suportar deve ser pelo menos a metade da corrente cc de carga, visto que cada um conduz meio ciclo da onda.

A tenso de pico inversa para o diodo deve ser maior que a tenso de pico da onda do secundrio do trafo.

A frequncia do sinal de sada o dobro da frequncia do sinal de entrada. Se o sinal da entrada for o da rede, ou seja, 60 Hz, a sada ter uma frequncia de 120 Hz.

Os retificadores em ponte so to comuns que possvel encontra-los sob a forma de encapsulamento nico, contendo os quatro diodos, e com dois terminais para a fonte e dois terminais para a carga.

Resumo de retificadores

Meia Onda Onda Completa Ponte

N de diodos 1 2 4 Tenso de pico

sada Vtrafo (pico)

0,5 * Vtrafo (pico) Vtrafo (pico)

Tenso cc sada 0,318 * V sada (pico)

0,636 * V sada(pico) 0,636 * V sada(pico)

Tenso cc sada 0,45 * Vtrafo(rms) 0,45 * Vtrafo(rms) 0,9 * Vtrafo(rms) Corrente cc do

diodo Tenso de pico

inversa Frequncia da

ondulao

Icc 0,5 Icc 0,5 Icc

Vtrafo (pico) Vtrafo (pico) Vtrafo (pico)

f entrada 2 * f entrada 2 * f entrada

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!

As tenses contnuas puras se caracterizam por apresentarem polaridade definida e valor constante ao longo do tempo.

As tenses fornecidas pelos circuitos retificadores, tanto de meia onda como onda completa so pulsantes. Embora tenham polaridade definida, no so ideais para alimentao de circuitos eletrnicos, haja vista que seu valor sofre constante variao pulsando conforme a tenso senoidal aplicada ao diodo.

O filtro em uma fonte de alimentao tem por finalidade eliminar esses pulsos e assim tornar a tenso cc de sada mais pura.

O Capacitor como Elemento de Filtro.

A capacidade de armazenamento de energia dos capacitores pode ser utilizada como recurso para realizar o processo da filtragem da tenso de sada de um retificador.

O capacitor conectado diretamente nos terminais de sada da retificao, ficando em paralelo com a carga.

Quando o diodo estiver conduzindo ir circular corrente pela carga e tambm pelo capacitor, carregando-o com tenso igual ao valor fornecido pela fonte. Quando o diodo estiver cortado o capacitor ir se descarregar pela carga, fornecendo assim tenso a mesma.

Fig. 108 - Forma de onda da tenso na carga

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Tenso De Ondulao.

O capacitor utilizado como filtro estar sofrendo sucessivos processos de carga e descarga.

Nos perodos de conduo do diodo o capacitor sofre carga e sua tenso aumenta.

Nos perodos de corte do diodo o capacitor se descarrega e a sua tenso diminui.

A forma de onda da tenso de sada no chega a ser uma tenso contnua pura, apresentando uma variao entre um valor mnimo e um valor mximo denominado ondulao ou ripple.

Fig. 109 - Ondulao ou ripple

A tenso de ondulao na sada de uma fonte tambm denominada de componente ca de sada da fonte. Quanto menor for a componente ca de uma fonte, melhor ser esta fonte.

Determinao do Capacitor de Filtro

A tenso de sada de uma retificao com filtro dada por:

Vcc = Em Vonopp 2

Onde:

Em = tenso cc mxima de sada; Vonopp = componente ca de sada (ripple).

Pela equao verifica-se que a tenso de sada depende da tenso de ondulao. A tenso de ripple depende do tipo de retificador, do capacitor de filtro e da corrente na carga.

Observa-se que o ripple depende de vrios fatores que esto relacionados entre si. Esta dependncia torna difcil a formulao de uma equao exata que determine o valor do capacitor a ser utilizado como filtro para uma tenso preestabelecida.

Entretanto, devido a grande tolerncia de valor dos capacitores eletrolticos (at 50%) pode-se formular uma equao simplificada para o seu clculo.

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Esta equao pode ser utilizada para clculo de capacitores de filtro para at 20% de ondulao de pico a pico sem introduzir um erro significativo.

C = T I.

max

Vripple

Onde:

C = valor do capacitor de filtro em F; T = perodo aproximado de descarga do capacitor; Imax = corrente mxima na carga em mA; Vripple = tenso pico a pico de ondulao em V.

Obs: Valor de tenso para 60Hz Meia onda---------- tenso = 16,6ms; Onda completa----- tenso = 8,33ms.

Alm da capacitncia do capacitor de filtro deve-se especificar a sua tenso de isola- o. A tenso de isolao deve ser superior ao maior valor de tenso que o capacitor ir realmente funcionar.

Exemplo:

Determinar o capacitor de filtro para uma fonte retificadora de meia onda, com tenso de sada 12V, com uma corrente de 150mA, com ripple de 2Vpp.

C = T I.

max

Vripple

C = 16 6,

ms 150. mA V2

C = 1.245 F

Como a tenso de sada de 12V devemos utilizar um capacitor com tenso de isola- o de pelo menos 16V.

65

"

E um tipo especial de diodo semicondutor que emite luz quando polarizado diretamente.

O diodo emissor de luz, identificado comumente como DIODO LED representado pelo smbolo apresentado na figura 110.

Fig. 110

Os diodos LED so encontrados com as mais diversas formas e dimenses. A figura 111 apresenta alguns tipos construtivos de diodos LED.

Fig. 111

O ctodo de um diodo LED pode ser identificado por um "corte" na base do encapsulamento (fig.112 ).

Fig. 113

O diodo LED utilizado principalmente em substituio s limpadas incandescentes de sinalizao, devido a uma srie de vantagens que apresenta, tais como:

Baixo consumo Nenhum aquecimento Alta resistncia a vibraes -grande durabilidade

Corrente direta nominal (IF)

E um valor de corrente de conduo indicado pelo fabricante no qual o diodo LEO a- presenta um rendimento luminoso timo (normalmente 20mA).

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Tenso direta nominal (VF,)

Especificao que define a queda da tenso tpica do diodo no sentido de conduo. A queda de tenso nominal (V F) ocorre no componente quando a corrente direta tem valor nominal (IF) (fig. 4).

Fig. 114

Para valores de corrente direta diferente do valor nominal (IF) a tenso direta de conduo sofre pequenas modificaes de valor.

Tenso inversa mxima (VR)

Especificao que determina o valor de tenso mxima que o diodo LED suporta no sentido inverso sem sofrer ruptura.

A tenso inversa mxima dos diodos LED pequena (da ordem de 5V) uma vez que estes componentes no tem por finalidade a retificao.

A tabela 2 apresenta as caractersticas de alguns diodos LED.

TABELA 2

LED COR VF a IF = 2OmA IF mx. LD 30C Vermelho 1,6V 100 mA LD 371 Verde 2,4V 60 mA

LLD 351 Amarelo 2,4V 60 mA

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Led bicolor

O led bicolor consiste, na verdade, de dois leds colocados dentro de uma mesma capsla. Estes LEDs tem trs terminais.

Fig. 114

Um dos terminais comum aos dois LEDs. Dependendo da cor que se deseja acen- der. Polariza-se um dos diodos (fig. 115 e 116).

Fig. 115 Fig. 116

Led Infravermelho

A luz infravermelha um tipo de luz que no visvel ao olho humano. Este tipo d luz usado principalmente em alarmes contra roubos e circuitos do gnero.

Existem diodos leds que emitem luz infravermelha. Estes leds funcionam como os outros, porm no se pode observar visualmente se esto ligados ou no.

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Teste do diodo Led

Os diodos LED podem ser testado como um diodo comum, usando um multmetro na escala de resistncia.

Em um sentido o teste deve indicar caixa resistncia e, em outro, alta resistncia.

Fig. 117

OBSERVAO: Em alguns casos, dependo do multmetro utilizado para o teste, o LED acende durante o teste com polarizao direta.

A identificao dos terminais nodo e ctodo tambm podem ser feitos com o multmetro, da mesma forma que um diodo comum.

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Funcionamento

Quando o diodo LED polarizado diretamente entra em conduo, permitindo a circulao de corrente (fig. 118).

Resistor para limitao da corrente

I

I

Fig. 118

A circulao da corrente se processa pela liberao de portadores livres na estrutura dos cristais.

O deslocamento de portadores da banda de conduo provoca a liberao de energia( emisso de ftons ) em forma de luz (fig.119).

Fig. 119

Caractersticas dos diodos Led

As caractersticas importantes do diodo LED so:

Corrente direta mxima (I FM) Corrente direta nominal (I F) Tenso direta nominal (UF) Tenso inversa mxima (UR)

Corrente direta mxima (IFM)

Especificao que define a corrente mxima de conduo do diodo LED sem prejuzo para sua estrutura.

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Utilizao do diodo Led em CC

A aplicao do diodo LED em tenses continuas exige a fixao da sua corrente direta nominal (IF). A limitao da corrente pode ser feita atravs de um resistor. Afigura 120 apresenta um circuito retificador de onda completa que utiliza o diodo LED como indi- cador de fornecimento.

Fig. 120

O valor do resistor limitador dado pela expresso:

R = VCC - VF Onde: VCC = tenso de sada da fonte IF VF = tenso nominal de conduo do diodo LED IF =corrente nominal de conduo do dio do LED Tomando-se como exemplo a fonte retificadora da figura com os seguintes valores: V = tenso de sada da fonte = 10V (por exemplo DIODO LED FLV 110).

COR IF ( mA) VF (V) IFM ( mA) Vermelho 20 1,7 I 50

O valor do resistor seria

R = VCC - VF R = 10 - 1,7 = 415& IF 0,02

R = 390 ou 470a em valores padronizados.

A potncia do resistor seria aproximadamente.

PR = VR . IR 8,3V . 0,02A = 166mW para trabalhar a frio PR = 0,5W

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O diodo zener um tipo especial de diodo utilizado como regulador de tenso. A sua capacidade de regulao de tenso empregada principalmente nas fontes de alimentao, visando a obteno de uma tenso de sada fixa.

diodo zener essencialmente um regulador de tenso.

O diodo zener representado nos diagramas pelo smbolo mostrado na figura 121.

Fig. 121

Comportamento do diodo Zener

O comportamento do diodo zener depende fundamentalmente da forma como polariza do.

Com polarizao direta Com polarizao inversa

POLARIZAO DIRETA: com polarizao direta o diodo zener se comporta da mesma forma que um diodo retificador, entrando em conduo e assumindo uma queda de tenso tpica.

A figura 122 mostra um diodo zener polarizado diretamente e a figura 3 mostra a curva caracterstica de conduo.

R ID

+

ID _

Fig. 122

IZ

60

40

2

VZ

1 0,7V

Polarizado diretamente o diodo zener se comporta como um diodo retificador convencional.

Normalmente o diodo zener no utilizado com polarizao direta nos circuitos eletrnicos.

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POLARIZAO INVERSA: At um determinado valor de tenso inversa, o diodo zener se comporta como um diodo comum, ficando em bloqueio. No bloqueio, circula no diodo zeneruma pequena corrente de fuga, conforme mostra a figura 123.

Iz Polarizao DIRETA

-Vz

-Iz (fuga)

Vz

Polarizao INVERSA

-Iz

Fig. 123

O sinal negativo de Iz (-Iz) na figura 123 indica que esta corrente circula no sem tido inverso pelo diodo.

Em um determinado valor de tenso inversa, o diodo zener entra subitamente em conduo, apesar de polarizado inversamente.

A corrente inversa aumenta rapidamente e a tenso sobre o zener se mantm praticamente constante (fig. 124).

Iz

-Vz Vz

-Iz

Fig. 124

O valor de tenso inversa que faz com que o diodo zener entre em conduo denominado de TENSO ZENER.

Tenso zener (Vz) a tenso que aplicada inversamente a um diodo zener provoca a sua conduo.

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Enquanto houver corrente inversa circulando no diodo zener a tenso sobre seus ter minais se mantm praticamente no valor de tenso zener

O funcionamento tpico do diodo zener com corrente Inversa, o que estabelece uma tenso fixa sobre seus terminais.

importante observar que, no sentido reverso, o diodo zener difere do diodo retificador convencional.

Um diodo retificados nunca chega a conduzir intensamente no sentido reverso e se isto acontecer o diodo estar em curto, danificado permanentemente. O diodo zener levado propositalmente a conduzir no sentido reverso; visando obter a tenso zener constante sobre seus terminais, sem que isto danifique o componente.

Caractersticas do diodo Zener

As caractersticas eltricas importantes do diodo zener so:

a) Tenso zener b) Potncia zener c) Coeficiente de temperatura d) Tolerncia

a) Tenso Zener: A tenso zener (tenso de ruptura) dos diodos zener depende do processo de fabricao e da resistividade da juno semicondutora. Durante a ruptura o diodo zener fica com o valor de tenso zener sobre seus terminais.

A tenso zener a tenso que fica sobre o componente na condio de funcionamento normal.

Os diodos zener so fabricados para valores de tenso zener da ordem de 2V at al- gemas dezenas de volts. Este valor fornecido pelo fabricante nos folhetos tcnicos dos diodos zener.

b) Potncia Zener: O diodo zener funciona na regio de ruptura, apresentando um valor determinado de tenso sobre seus terminais (Vz) e sendo percorrido por uma corrente inversa (fig. 125).

Vz

Iz

Fig. 125

74

Nestas condies verifica-se que o componente dissipa potncia, em forma de calor. A potncia dissipada dada pelo produto de tenso e corrente:

P = V . I Pz = Vz . Iz POTNCIA POTNCIA ZENER

Os diodos zener so fabricados para determinados valores de potncia de dissipao (0,4W, 1W, lOW). Estes valores determinam a dissipao mxima que o componente pode suportar. Cada diodo zener tem um valor de dissipao mxima que fornecido pelo fabricante nos folhetos tcnicos.

Utilizando os valores de tenso zener e potncia zener mxima, fornecidos pelo fabricante, pode-se determinar a corrente mxima que o zener pode suportar.

Pz = Vz . Iz Pzmx. = Vz . Izmx

Izmx = Pzmx Vz

Este valor da corrente no pode ser excedido sob pena de danificar o diodo zener por excesso de aquecimento.

Os diodos zener de pequena potncia (at1W) podem ser encontrados em encapsulamento de vidro ou plstico enquanto os de maior potncia so geralmente metlicos para facilitar a dissipao de calor (fig. 126 e 127).

Fig. 126 Fig. 127

A regio de funcionamento do zener determinada por dois valores de corrente, uma vez que sua tenso inversa constante.

Estes valores de corrente so:

Iz mximo Iz mnimo

Fig. 128

75

O valor de Iz mximo e definido pela potncia zener:

Iz mx. = Pz Vz

O valor de Iz mnimo e definido como 10% do valor de Iz mximo.

10

Izmn = Izmx 10

c) Coeficiente de Temperatura: Os diodos zener so fabricados com materiais semicondutores, que sofrem influncia da temperatura nas suas condies de funcionamento (dependncia trmica).

A tenso zener se modifica com a variao de temperatura do componente.

A influncia da variao de temperatura na tenso zener. expressa sob a forma de relao entre dois valores (tenso e temperatura). Esta relao define em quantos milivolts a tenso zener se modifica para cada grau centgrado de alterao da temperatura do componente.

COEFICIENTE DE mV / C TEMPERATURA

Devido a uma diferena no principio de funcionamento interno, os diodos zener ss divididos em dois grupos:

TENSO ZENER COEFICIENTE DE TEMPERATURA

SIGNIFICADO

At 6V -mV/C A tenso sobre o zener diminui Com o aumento da temperatura

Acima de 6V +mV/C A tenso sobre o zener aumenta Com o aumento da temperatura

76

As curvas caractersticas da figuras 129 e 130 exemplificam a dependncia trmica nos dois grupos de diodo zener.

Vz 30 25 20 15 10 5

25 C

- Iz

25C

- Iz

OBSERVAO:

Fig. 129 Fig. 130

Os valores de tenso zener fornecidos pelo fabricante nos folhetos tcnicos so vli- dos para a temperatura de 259C.

d) Tolerncia: A tolerncia do diodo zener especifica a variao que pode existir entre o valor especificado e o valor real de tenso reversa do diodo zener.

Isto significa que um diodo zener de 12V pode ter uma tenso reversa real, por exemplo, de 11,5V. Para especificar a tolerncia os fabricantes de diodo zener utilizam uma codificao:

Tolerncia de 5% - a designao do diodo zener vem acompanhada d

eletronica basica

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