Eletronica

Curso de Eletr nica

Eletr nica B sica 1

Parte 1

Prof. Kobori Prof. Antonio Carlos Kobori

carloskobori@bol.com.br www.kobori.tk

Apostila de EB1 vers o 2006.1

todos direitos reservados

ELETR NICA B SICA 1 Prof. Kobori.

M LTIPLOS E SUBM LTIPLOS Para representar as grandezas el tricas, utilizamos como em outras grandezas os m ltiplos e subm ltiplos . A utiliza o se faz necess rio pois, em algumas grandezas suas representatividades s o muito altas ou muito baixas, alem de facilitar os c lculos . Giga Mega Kilo Unidade mili micro nano pico G M K m n p 109 106 103 100 10-3 10-6 10-9 10-12 1000000000 1000000 1000 1 ,001 ,000001 ,000000001 ,000000000001

A pot ncia de dez um recurso matem tico utilizado para representar de forma simplificado quantidades muito grandes ou muito pequenas por meio da multiplica o do algarismo significativo pela base de dez elevada a um expoente positivo ou negativo. Em eletricidade e eletr nica, muito importante que o expoente seja um m ltiplo de tr s, possibilitando a substitui o da pot ncia de dez pelo prefixo m trico correspondente. REGRAS MATEM TICAS Transforma o de expoentes da base dez Para a transforma o em pot ncia de dez usaremos uma regra simples, se aumentar o valor do expoente dever diminuir na mesma propor o o algarismo significativo e, se diminuir o expoente dever aumentar na mesma propor o o algarismo significativo. Exemplo: 12 10 2 1,2 10 3

(

) (

)

Adi o e subtra o com pot ncias de dez Ajustar a pot ncias de dez das bases a um mesmo expoente e somar ou subtrair os seus algarismos significativos de acordo com a opera o desejada. Exemplo: 12 10 2 + 8 10 3 1,2 10 3 + 8 10 3 = 9,2 10 3

(

) (

) (

) (

)

Multiplica o e divis o com pot ncias de dez Multiplicar ou dividir os algarismos significativos e, respectivamente, somar ou subtrair os expoentes das pot ncias de dez, conforme a opera o desejada. Exemplo: 12 10 3 2 10 2 = 24 10 5

(

) (

)

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EXERC CIOS 1. Transforma o a) 10 x 103 =.x101 b) 3,5 x 10-6 = .x10-2 c) 5,25 M = .K d) 15,25 mA = . A e) 0,125 F = . p F f) 12 KpF = . F

2. Calcule a) (12 A ) + (120 n A) = b) (125 p F) + (0,18 n F) = c) (12 M ) - (6 K ) = d) (45 A) x ( 35 n A) = e) (30 n A) / (15 A) = f) (425x103 ) + (250x10-1) =

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TENS O, CORRENTE E RESIST NCIA EL TRICA. Se observarmos, veremos que estamos cercados de equipamentos eletro-eletr nicos, em nossa casa , no trabalho , divers o , ou seja, s o produtos que sem eles nossa vida sofreria uma grande transforma o , ou at mesmo um caos. Todos esses equipamentos traz intr nseco as tr s grandezas fundamentais para o estudo da eletroeletr nica, s o elas a Tens o , a Corrente e a Resist ncia el trica. Recorremos a estrutura b sica do tomo para in cio de nossa an lise e estudos. O tomo e formado por um n cleo onde est o as cargas positiva (pr tons) e as carga neutras (n utrons); em rbita nas camadas orbitais se localizam os el trons com carga negativa . Ser o estes el trons respons veis pela corrente el trica que estudaremos.

N cleo Pr tons (+) N utrons (neutras)

El trons

Carga El trica Um corpo tem carga negativa se nele h um excesso de el trons e positiva se h falta de el trons em rela o ao n mero de pr tons. A quantidade de carga el trica de um corpo determinada pela diferen a entre o n mero de pr tons e o n mero de el trons que um corpo cont m. O s mbolo da carga el trica de um corpo Q, expresso pela unidade Coulomb (C). A carga de um Coulomb negativo significa que o corpo cont m uma carga de 6,24 x 1018 mais el trons do que pr tons. Diferen a de Potencial - Tens o El trica Gra as for a do seu campo eletrost tico, uma carga pode realizar trabalho ao deslocar outra carga por atra o ou repuls o. Essa capacidade de realizar trabalho chamada potencial. Quando uma carga for diferente da outra, haver entre elas uma diferen a de potencial (E). A soma das diferen as de potencial de todas as cargas de um campo eletrost tico conhecida como for a eletromotriz. A diferen a de potencial (ou tens o) tem como unidade fundamental o volt(V).

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Corrente Corrente (I) simplesmente o fluxo de el trons. Essa corrente produzida pelo deslocamento de el trons atrav s de uma ddp em um condutor. A unidade fundamental de corrente o Amp re (A). 1 A o deslocamento de 1 C atrav s de um ponto qualquer de um condutor durante 1 s, sendo portanto 6,24x10 18 el trons por segundo. I=Q/t O fluxo real de el trons do potencial negativo para o positivo. No entanto, conven o representar a corrente como indo do positivo para o negativo. Resist ncia El trica Resist ncia a oposi o passagem de corrente el trica. medida em ohms (). Quanto maior a resist ncia, menor a corrente que passa. Os resistores s o elementos que apresentam resist ncia conhecida bem definida. Podem ter uma resist ncia fixa ou vari vel. Circuito El trico Neste circuito el trico fundamental, notamos a representa o destas grandezas el tricas: Fonte de tens o Chaves ou interruptores Carga e Resist ncia importante observar que para que haja corrente el trica preciso uma fonte de tens o e o circuito fechado. Pot ncia El trica De uma maneira geral, os aparelhos el tricos s o dispositivos que transformam energia el trica em outras formas de energia. Por exemplo: em um motor el trico, a energia transformada em energia mec nica de rota o do motor; em um aquecedor, a energia el trica transformada em calor; em uma l mpada incandescente, a energia el trica transformada em energia luminosa, etc. Uma corrente el trica realiza trabalho fazendo funcionar um motor, aquecendo um fio e de outras maneiras. A pot ncia de uma corrente, ou o trabalho que ela realiza por segundo, depende de sua intensidade e da tens o. Um watt a pot ncia de uma corrente de 1 Amp re, quando a diferen a de potencial 1 volt. Para calcular a pot ncia el trica podemos usar a equa o P

=VxI

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EXERC CIOS 1. Conceitue Tens o el trica.

2. Conceitue Corrente el trica.

3. Conceitue Resist ncia el trica.

4. Conceitue Pot ncia el trica.

5. Calcule a quantidade de el trons que circula por uma se o de um condutor , por segundo , quando temos uma intensidade de corrente el trica de : a)1,25 A b)250 mA c)700 A 6. "Pode haver tens o el trica sem a necessidade de corrente el trica, no entanto n o poder haver corrente el trica sem uma tens o el trica e um circuito fechado". Comente a afirma o acima, conceituando as grandezas el tricas.

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RESISTORES E C DIGOS DE CORES Resistores s o componentes que t m por finalidade oferecer uma oposi o passagem de corrente el trica, atrav s de seu material. A essa oposi o damos o nome de resist ncia el trica, que possui como unidade o ohm (), onde encontramos como m ltiplos mais usuais: Kilo - ohm (K) Mega - ohm (M)

Os resistores fixos s o comumente especificados por tr s par metros: O valor nominal da resist ncia el trica; A toler ncia, ou seja, a m xima varia o em porcentagem do valor nominal; M xima pot ncia el trica dissipada

Exemplo: Tomemos um resistor de 1000 +/- 5% - O,33W, isso significa que possui um valor nominal de 1000 , uma toler ncia sobre esse valor de mais ou menos 5% e pode dissipar uma pot ncia de no m ximo 0,33 watts. Dentre os tipos de resistores fixos, destacamos os de: Fio Filme de carbono Filme met lico.

Resistor de fio: Consiste basicamente em um tubo cer mico, que servir de suporte para enrolarmos um determinado comprimento de fio, de liga especial para obter-se o valor de resist ncia desejado. Os terminais desse fio s o conectados s bra adeiras presas ao tubo.

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Os resistores de fio s o encontrados com valores de resist ncia de alguns ohms at alguns Kilo-ohms, e s o aplicados onde se exige altos valores de pot ncia, acima de 5W, sendo suas especifica es impressas no pr prio corpo.

Resistor de filme de Carbono: Consiste em um cilindro de porcelana recoberto por um filme (pel cula) de carbono. O valor da resist ncia obtido mediante a forma o de um sulco, transformando a pel cula em uma fita helicoidal. Esse valor pode variar conforme a espessura do filme ou a largura da fita. Como revestimento, encontramos uma resina protetora sobre a qual ser impresso um c digo de cores, identificando seu valor nominal e toler ncia.

Os resistores de filme de carbono s o destinados ao uso geral e suas dimens es f sicas determinam a m xima pot ncia que pode dissipar.

Resistor de filme met lico: Sua estrutura id ntica ao de filme de carbono, somente que, utilizamos uma liga met lica (n quel-cromo) para formarmos a pel cula, obtendo valores mais precisos de resist ncia com toler ncias de 1 % e 2%.

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Multiplicador

1 e 2 faixas 1 e 2 d gitos Cor Preto Marrom Vermelho Laranja Amarelo Verde Azul Violeta Cinza Branco D gito 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Cor Preto Marrom

3 faixa Multiplicador Multiplicador Cor 1 10 100 1000 10000 100000 1000000 0,01 0,1 Prata Ouro

4 faixa Toler ncia Toler ncia 10% 5% 20%

Vermelho Laranja Amarelo Verde Azul Prata Ouro

Sem faixa

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Exerc cios 1. Coloque o valor nominal dos resistores abaixo: Cores /faixas ouro prata prata preto vermelho vermelho vermelho vermelho laranja vermelho

Valor nominal

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

marrom vermelho verde marrom marrom vermelho vermelho Laranja verde azul

preto vermelho azul cinza cinza vermelho violeta laranja azul cinza

ouro ouro prata ouro marrom Ouro Ouro Ouro Ouro laranja

S/faixa

S/faixa

2. Complete as cores para os resistores abaixo: Cores /faixas 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 OURO OURO OURO OURO OURO OURO OURO OURO OURO OURO

Valor nominal

120R 180R 270R 1K 1K2 270K 1M2 2M7 3M3 470K

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Experimento: C digo de cores e medidas de Resistores. 1) Preencha a tabela abaixo:

Resistor

Cores

Valor Nominal (Vn)

Valor Medido (Vm)

Toler ncia

%V

1 2 3 4 5 6 7 8

R% = Vn - Vm

Vn

100

2) Conclus es e coment rios.

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Lei de OHM Consideremos uma resist ncia (R) ao qual foi aplicada uma certa tens o (V). Esta tens o estabelecer , na resist ncia, uma corrente (I). Variando o valor da tens o aplicada na resist ncia, verificamos que a corrente que passa por ele tamb m se modifica. O cientista alem o George Ohm realizou v rias experi ncias, medindo estas tens es (e as correntes correspondentes) quando aplicadas em diversos valores de resist ncias diferentes. Verificou ent o que, para muitos materiais, a rela o entre a tens o e a corrente mantinha-se constante, isto , V / I= constante. Mas V / I representa o valor da resist ncia R. Este resultado conhecido como lei de Ohm (V = R.I). A representa o gr fica cartesiana em um bip lo ohmico uma resultante reta como mostra abaixo, sendo a resultante tg=v/I que equivale ao valor de R.

V

R

V=RxI I = V/ R R = V/ I

I Atividades:

1. Em um experimento foram constatados valores como mostra as tabelas abaixo, construa um gr fico cartesiano com os dados e, obtenha o valor das resist ncias.

2. Calcule: R A B C D E F 1,5 K 10 M 1K 1,5 M V 24 V 15V 10 V 20 V I 6 mA 3 mA 3 mA 5 uA

V 2v 4v 6v 12v

Ra 8mA 16mA 24mA 48mA

Rb 5mA 10mA 15mA 30mA

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Aplica es Para os circuitos abaixo, calcule o que se pede, de acordo com o quadro correspondente a cada circuito. 1.

R2

V

R4

R

I

150mA

P

R1

R3

50R R1 R2 R3 15v 300R 25R R4

Vtt +

2.

R1 R4

+

30V

Vtt R3 R2 R5

V R1 R2 10V R3 15V R4 R5

R

2K 1K 5

I

10ma

P

3.

R3

V R1 R2 R3 R4 3V

R 15K

I 1mA

P

R1 R2

R4

6V

Vtt +

10V

4. Para o circuito (3), caso o R3 abra, qual ser a P em R4?

5. Para o circuito (3), caso R3 entre em curto, qual ser a P em R4?

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Atividades 1. Calcule o valor da queda de tens o em R2, para o circuito abaixo:

R1 1k

+ Vt 10V

R2 15k

Resp:VR2=.

2. Calcule o valor da queda de tens o em R2, para o circuito abaixo:

R1 1k R2 2,5k

+ Vt 10V

R4 3k

R3 500R

Resp:VR2=.

3. Calcule o valor de R1, e a queda de tens o em R1, para o circuito abaixo:

R2 1,5k

Itotal=10mA

+ Vt 75V

R1 R3 1,5k R4 1,5k

Resp: R1=. VR1=.

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Exerc cios 01- Sendo o circuito abaixo:

R1 3k3 R2 820 R R3 680 R

+

V1 13,5V

R4 1k5

R5 2k7

Preencha a tabela abaixo, calculando os valores; (n o esquecer as unidades) V R1 R2 R3 R4 R5 R I

02) Calcule o valor da pot ncia dissipada no Resistor R5, caso o resistor R3 entre em curto.

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Experimento: Comprova o da Lei de Ohm 1. Circuito

Vtt

+

RA RB

2. Com o circuito montado, utilizando o mult metro, efetue as medidas e preencha o quadro abaixo. V 3v 5v 7v 9v 10v 12v 15v I (RA) I (RB)

3. Com os valores obtidos, construa o gr fico cartesiano e calcule o valor das resist ncias.

4. Elabore um coment rio conclusivo.

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Experimento: Aplica o da Lei de Ohm 1. Circuito

R1 390R R3 470R R2 680R R4 1K

R5 1,5k

+ Vtt 12V

2. Montar o circuito e preencher a tabela abaixo: Te rico V R1 R2 R3 R4 R5 3. Elabore um coment rio conclusivo do experimento. I Experimento V I

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Potenci metro Quando estudamos os resistores, vimos que estes podem ser divididos em fixos e vari veis. Os resistores vari veis s o conhecidos como potenci metros, devido suas aplica es como divisores da tens o em circuitos eletr nicos. Um potenci metro, conforme mostra a figura, consiste basicamente em uma pel cula de carbono, ou em um fio que percorrido por um cursor m vel, atrav s de um sistema rotativo ou deslizante, altera o valor da resist ncia entre seus terminais. Comercialmente, os potenci metros s o especificados pelo valor nominal da resist ncia m xima, impresso em seu corpo.

Terminal do CURSOR Terminal EXTREMO

PEL CULA RESISTlVA ou ENROLAMENTO DE FIO CURSOR M VEL

Na pr tica, encontramos v rios modelos de potenci metros, que em fun o do tipo de aplica o, possuem caracter sticas mec nicas diversas. Abaixo, visto um potenci metro de fio, alguns tipos de potenci metros de pel cula de carbono.

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Exerc cio 1) No circuito, R1 uma resist ncia hmica de valor nominal de 1K, o potenci metro utilizado para calibrar o circuito de tal forma que, circule pela R1 uma corrente de 10 mA. Qual ser o valor de resist ncia que deve ter P1 no ajuste, para tal ocorr ncia?

R2 820R

R3 470R

R1 1k

R4 470R

P1

Vt 25V

+

2) Para o circuito do exerc cio acima, qual (is) potenci metros poderemos utilizar? Justifique sua resposta. a) b) c) d) 470 R 1k 270 R 370 R

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CAPACITOR O capacitor um componente, que tem como finalidade, armazenar energia el trica. formado por duas placas condutoras, tamb m denominadas de armaduras, separadas por um material Isolante ou diel trico, ligados a estas placas condutoras,

DI TRICO

est o os terminais para conex o deste com outros componentes.

Capacit ncia e a caracter stica que o capacitor apresenta de armazenar cargas el tricas por unidade de tens o. Portanto, podemos escrever a rela o:

Onde:

C =Q

V

C = capacit ncia Q = carga el trica V = tens o

Quando aplicarmos uma tens o igual a 1 volt (V) e o capacitor armazenar 1Coulomb(C), teremos ent o uma capacit ncia Igual a 1 Farad (F). Devido s dificuldades construtivas, os capacitores encontram-se situados em faixa de valores subm ltiplos do Farad como micro Farad (F), nano Farad (nF) e o pico Farad (pF). Al m do valor da capacit ncia, preciso especificar o valor limite da tens o a ser aplicada entre seus terminais, Esse valor denominado tens o de isola o e varia conforme o tipo de capacitor. Na pr tica, encontramos v rios tipos de capacitores, com aplica es espec ficas, dependendo de aspectos construtivos, tais como, material utilizado como diel trico, tipo de armaduras e encapsulamento. Dentro dos diversos tipos, destacamos: 1 - Capacitores pl sticos (poliestireno, poli ster): consistem em duas folhas de alum nio separadas pelo diel trico de material pl stico, Sendo os terminais ligados s folhas de alum nio, o conjunto bobinado e encapsulado, formando um sistema compacto. Uma outra t cnica construtiva a de vaporizar alum nio em ambas as faces do 19

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diel trico, formando o capacitar. Essa t cnica denominada de metaliza o e traz como vantagem, maior capacidade em compara o com os de mesmas dimens es dos n o metalizados. 2 - Capacitores eletrol ticos de alum nio:

+

Consistem em uma folha de alum nio anodizada como armadura positiva, onde por um processo eletrol tico, forma-se uma camada de xido de alum nio que serve como diel trico, e um fluido condutor, o eletr lito que impregnado em um papel poroso, colocado em contato com outra folha de alum nio de maneira a formar a armadura negativa. O conjunto bobinado, sendo a folha de alum nio anodizada, ligado ao terminal positivo e a outra ligada a uma caneca tubular, encapsulamento do conjunto, e ao terminal negativo. Os capacitores eletrol ticos, por apresentarem o diel trico como uma fina camada de xido de alum nio e em uma das armaduras um fluido, constituem uma s rie de altos valores de capacit ncia, mas com valores limitados de tens o de isola o e terminais polarizados.

De forma id ntica, encontramos os capacitores eletrol ticos de t ntalo, onde o diel trico formado por xido de t ntalo, cuja constante diel trica faz obter-se um capacitor de pequenas dimens es, por m com valores de tens o de isola o, mais limitados. 3 - Capacitores cer micos: Apresentam como diel trico um material cer mico, que revestido por uma camada de tinta, que cont m elemento condutor, formando as armaduras. O conjunto recebe um revestimento isolante. S o capacitores de baixos valores de capacit ncia e altas tens es de isola o. 20

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4 Capacitores vari veis: Um conjunto de placas fixas intercaladas com um de placas m veis que podem girar em torno de um eixo comum. assim, a rea efetiva do capacitor varia e, por conseq ncia, a capacit ncia. Foi bastante empregado na sintonia dos receptores de r dio com v lvulas Com o advento dos transistores, surgiu a necessidade de reduzir o tamanho, o que foi obtido pelo uso de filme pl stico como diel trico e n o ar. Na atualidade, sintonia feita com diodos de capacit ncia vari vel (varicap) e capacitores vari veis deste tipo s devem ser encontrados em alguns equipamentos de radiofreq ncia de aplica o industrial. Constru o similar (mas com apenas duas placas) pode ser usada em pequenos capacitores ajust veis (trimmer, padder). Existem outras constru es como, por exemplo, para tens es muito altas, para montagem superficial (SMD), etc. Leitura de capacitores

O valor do capacitor, "B", de 3300 pF (picofarad = 10-12 F) ou 3,3 nF (nanofarad = 10-9 F) ou 0,0033 F (microfarad = 10-6 F). No capacitor "A", devemos acrescentar mais 4 zeros ap s os dois primeiros algarismos. O valor do capacitor, que se l 104, de 100000 pF ou 100 nF ou 0,1 F.

O desenho ao lado, mostra capacitores que tem os seus valores, impressos em nanofarad (nF) = 10-9F. Quando aparece no capacitor uma letra "n" min scula, como um dos tipos apresentados ao lado por exemplo: 3n3, significa que este capacitor de 3,3nF. No exemplo, o "n" min sculo colocado ao meio dos n meros, apenas para economizar uma v rgula e evitar erro de interpreta o de seu valor.

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Note nos capacitores acima, envolvidos com um c rculo azul, o aparecimento de uma letra mai scula ao lado dos n meros. Esta letra refere-se a toler ncia do capacitor, ou seja, o quanto que o capacitor pode variar de seu valor em uma temperatura padr o de 25 C. A letra "J" significa que este capacitor pode variar at 5% de seu valor, a letra "K" = 10% ou "M" = 20%. Segue na tabela abaixo, os c digos de toler ncias de capacit ncia.

At 10pF C digo B C D F G H J K M S Z P Acima de 10pF

0,1pF 0,25pF 0,5pF 1,0pF

1% 2% 3% 5% 10% 20%

-50% -20% +80% -20% ou +100% -20% +100% -0%

Capacitores de Poli ster Metalizado usando c digo de cores A tabela abaixo, mostra como interpretar o c digo de cores dos capacitores abaixo. No capacitor "A", as 3 primeiras cores s o, laranja, laranja e laranja, correspondem a 33000, equivalendo a 33 nF. A cor branca, logo adiante, referente a 10% de toler ncia. E o vermelho, representa a tens o nominal, que de 250 volts.

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1 Algarismo

2 Algarismo

3 N de zeros

4 Toler ncia

5 Tens o

PRETO MARROM VERMELHO LARANJA AMARELO VERDE AZUL VIOLETA CINZA BRANCO

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9

0 00 000 0000 00000 -

20%

-

250V 400V 630V -

10%

ASSOCIA O DE CAPACITORES Em geral, os circuitos el tricos e eletr nicos s o constitu dos de v rios componentes, associados de diferentes maneiras. Uma forma simples de abordar esse tipo de problema considerar a associa o dos componentes de um mesmo tipo. Veremos agora como tratar a associa o de capacitores.

A associa o em paralelo ilustrada ao lado, para o caso de dois capacitores. O que caracteriza esse tipo de associa o a igualdade de potencial entre as placas dos capacitores. Na ilustra o, as placas superiores est o com o mesmo potencial, dado pelo p lo positivo da bateria. Da Capacit ncia mesma forma, as placas inferiores est o com o mesmo equivalente de uma potencial negativo. Portanto, as diferen as de potencial associa o em paralelo s o iguais, i.e., V1=V2=V.

Ceq = C1+C2

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No caso da associa o em s rie, f cil concluir que s o iguais as cargas acumuladas nas placas de todos os capacitores. Ent o, se as cargas s o iguais, mas as capacit ncias s o diferentes, ent o os potenciais tamb m Capacit ncia equivalente de uma associa o em s rie ser o diferentes. Portanto, Q1 = Q2 = Q = C1V1 = C2V2

Ceq =

C1 C 2 C1 + C 2

Atividades: 1. Fa a uma leitura sobre o assunto "leitura de capacitores" e elabore uma pesquisa sobre o referido assunto. 2. Calcule o valor do Ceq entre os pontos A e B dos circuitos abaixo: a)

C1 10uF

C2 40uF

A

C3 900nF

B

b)

C1 10uF

C2 40uF

C4 10uF

A

C3 900nF

B

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Carga e descarga de capacitor.

Observando o circuito ao lado, nota-se que se a chave S for posicionada na posi o 1, inicia-se o processo de carga do capacitor C, assim a tens o Vc atingir o limite da tens o V, onde neste ponto Vc V O tempo deste processo definido pela equa o = R C , chamada de constante de tempo, que diretamente proporcional ao valor de capacit ncia e ao valor de resist ncia. Para calcularmos o valor de tens o no capacitor Vc em um determinado instante

-T / do processo de carga temos, Vc = V 1 - e

onde:

Vc = tens o do capacitor V = tens o da fonte T = instante analisado

Carga Descarga

= constante de tempo RC

e = constante matem tica Euler

Para o processo de descarga, chave S na posi o 2, o preceito te rico o mesmo do processo de carga, sendo a equa o que define a Vc em um determinado instante :

Vc = V max e -T / , onde Vmax a tens o existente no capacitor C.

Aproximadamente o capacitor se carrega ou descarrega na com 2/3 da tens o total na primeira constante de tempo e, se carrega ou descarrega totalmente ap s 5 constantes de tempo.

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Exerc cios 1. Conforme o circuito abaixo, calcule o tempo para que o capacitor C1 atinja a tens o de 15 V ap s o fechamento de S1, supondo que o estado inicial de C1 totalmente descarregado.

S1 R1 15k

+ VT 20V

C1 1000uF

2. O circuito abaixo representa uma etapa de controle de tempo de disparo de uma central de alarme residencial. Qual ser o valor de ajuste em P1 tal que a tens o do capacitor atinja 44,65 V ap s 15 segundos de acionamento de S1, sabendo que o capacitor est totalmente descarregado inicialmente.

S1 R1 2,5k

+ VT 60V

R2 15k

P1

C1 2200uF

3. Esboce em um nico plano cartesiano Tens o x Tempo a curva de carga do capacitor C1, do circuito, nas situa es de R1, R2 e R3. Adotar eixo T (10s/div) e eixo V (2v/div).

R1 10k + VT 30V

R2 27k

R3 56k

C1 4700uF

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4. Sendo o circuito abaixo:

R1 15k

S1 + VT 30V C1 10uF R2 50k

4.1 Supondo o C1 descarregado, ap s 250ms do processo de carga, qual o valor da tens o em C1?

4.2 Supondo C1 carregado com o valor de VT, ap s 750ms do processo de descarga qual ser a tens o em C1?

5. Construa o gr fico de carga para o circuito acima.

6. Construa o gr fico de descarga para o circuito acima

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Experimento: Processo de carga e descarga de capacitor

1. Sendo o circuito abixo:

S1

+ VT 12V R1 22k

C1 1000uF

2. Preencha a tabela abaixo para o processo de carga. Vc

medido

0v

1v

2v

3v

4v

5v

6v

7v

8v

9v

10v

11v

12v

T Vc

calculado

3. Preencha a tabela abaixo para o processo de descarga. Vc

medido

12v 11v

10v

9v

8v

7v

6v

5v

4v

3v

2v

1v

0v

T Vc

calculado

4. Construa o gr fico de carga e descarga o circuito.

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Estudo da Onda Senoidal No estudo da tens o el trica, vamos dividir esta grandeza em dois grupos: As tens es continuas e as tens es n o continuas ou oscilantes. A tens o continua aquela utilizada na grande maioria dos equipamentos eletr nicos, s o as encontradas em baterias, pilhas e fontes de alimenta o DC.

A tens o cont nua possui o mesmo valor de tens o (amplitude), ao longo do tempo, podendo assumir valor positivo ou negativo em rela o ao referencial. As tens es oscilantes s o aquelas que n o possuem um valor constante de amplitude ao longo do tempo, podendo existir tens es oscilantes com valores acima ou abaixo do eixo da onda, referencia, sendo o eixo de imagin rio de divis o sim trica da comumente chamado

"componente DC". A onda senoidal alternada, encontrada principalmente na rede el trica, descreve uma fun o senoidal, obviamente, e "alternada" ao eixo referencial, ou seja, o eixo de simetria coincide com o eixo referencial, implicando em uma componente DC de valor nulo.

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Para o estudo da onda senoidal alternada ter-se- o os seguintes componentes: Vp: indica o m ximo valor de pico positivo ou negativo em rela o ao referencial. Vpp: indica o valor entre o pico Maximo positivo e Maximo negativo, Vpp= 2Vp Vac: tamb m chamado de Veficaz ou Vrms(root mean square, ou seja, valor m dio da sen ide), o valor continuo equivalente imagin rio, definido por: Vac = Vp x 0,707.

Exemplos: Sendo a tens o da rede el trica alternada de valor 127 Vac e 60Hz, esboce o gr fico com valores.

Vp = 179,63Vp

Vpp= 359,26Vpp

Vp = 179,63Vp

T = 16,6 mS

Vp = Vac/0,707 VP = 127/,0707 Vp = 179,63Vp Assim: Vpp = 2Vp Vpp = 359,26 Vpp T = 1/F T = 1/ 60Hz T = 16,6 mS

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Transformador O Transformador formado por um n cleo ferromagn tico e pelos enrolamentos prim rio e secund rio. Sua fun o principal elevar ou reduzir a tens o alternada aplicada em seu prim rio.

A tens o aplicada na bobina do prim rio, (Vt), gera um fluxo magn tico concentrado no n cleo que ser induzido na bobina do secund rio, a qual gera uma tens o proporcional chamada de tens o no secund rio (Vs). Idealmente, a potencia presente no prim rio do transformador totalmente transferida para o secund rio, ou seja, Ps = Pp A rela o entre o numero de espiras Np do prim rio e Ns do secund rio determina a rela o entre as tens es Vp e Vs e tamb m a rela o entre as correntes Ip e Is.

Ns Vs Ip = = Np Vp Is

Portanto pode-se perceber que em um trafo elevador de tens o a corrente no secund rio menor que no prim rio, isto , o di metro do fio do secund rio pode ser menor que a do prim rio; no entanto para o trafo abaixador de tens o, a corrente no secund rio maior que a do prim rio, isto , o di metro do fio do secund rio deve ser maior que a do prim rio. Alguns exemplos de trafos:

Bobinas m ltiplas Center tap

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Exerc cios: 1. Transforme: A B C D E F G H 127 Vp 300 Vac 23 Vpp 12 Vp 372 Vac 18 Vac 18 Vac 36 Vpp 2. Calcule: A B C D E F G H I 120 Hz 60 Hz 1 Mhz 3,2 Khz 2,7 Mhz 1,2 uS 100 mS 1,5 mS 255 uS T= T= T= T= T= F= F= F= F= Vpp Vpp Vrms Vpp Vrms Vp Vpp Vac

3. Sendo trafo abaixo, calcule:

R S T

V xy Vxy Vxy V yz V yz

Vac V yz Vp V xz Vpp V xz Vac V xz Vp

Vpp Vac Vp Vpp

N RS= 15000esp V RS= 127 Vac N XY= 1500 esp

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Experimento 1. Para o transformador abaixo, desenvolva o seguintes procedimentos:

Medir Vpp (oscilosc pio) Vxy Vyz Vxz Calcular Vac (teoria) Vxy Vyz Vxz Medir Vac (mult metro) Vxy Vyz Vxz 2. Coment rios e conclus es.

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Semicondutor A capacidade de um tomo de se combinar com outros depende do n mero de el trons de val ncia. A combina o s poss vel quando este menor que 8. Elementos com 8 el trons de val ncia n o se combinam, pois s o est veis e inertes. Consideramos agora o sil cio, que o semicondutor mais usado e tem 4 el trons de val ncia.

No estado puro cada, par de el trons de tomos distintos formam a chamada liga o covalente, de forma que cada tomo fique no estado mais est vel, isto , com 8 el trons na camada externa. O resultado uma estrutura cristalina homog nea conforme Fig 5. Na realidade tridimensional. Est assim mostrada por uma quest o de simplicidade. O material continua um semicondutor. Entretanto, quando certas subst ncias, chamadas impurezas s o adicionadas, as propriedades el tricas s o radicalmente modificadas. Se um elemento como o antim nio, que tem 5 el trons de val ncia, for adicionado e alguns tomos deste substitu rem o sil cio na estrutura cristalina, 4 dos 5 el trons ir o se comportar como se fossem os de val ncia do sil cio e o excedente ser liberado para o n vel de condu o (Fig 6).

O cristal ir conduzir e, devido carga negativa dos portadores (el trons), denominado semicondutor tipo n. Notar que o material continua eletricamente neutro pois os tomos t m o mesmo n mero de pr tons e el trons. Apenas a distribui o de cargas muda, de forma a permitir a condu o.

Uma impureza com 3 el trons de val ncia (alum nio, por exemplo) adicionada. Alguns tomos de sil cio ir o transferir um el tron de val ncia para completar a falta no tomo da impureza, criando um buraco positivamente carregado no n vel de 34

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val ncia e o cristal ser um semicondutor tipo p, devido carga positiva dos portadores (buracos). Se um semicondutor tipo P colocado junto a um do tipo N, na regi o de contato, chamada jun o, haver a forma o de uma barreira de potencial. Lembrar que, no estado normal, o semicondutor eletricamente neutro pois os tomos tanto do semicondutor quanto da impureza t m iguais n meros de el trons e pr tons. Na jun o, os el trons portadores da parte N tendem a ocupar buracos na parte P, deixando esta com um potencial negativo e a parte N com um potencial positivo e, assim, formando uma barreira potencial Vo. Assim, a polaridade da barreira de potencial mant m os el trons na parte N e os buracos na parte P (Fig 8 A). Se um potencial externo V Vo for aplicado conforme Fig 8 B, o potencial de barreira ser quebrado e a corrente elevada pois existem muitos el trons em N. Diz-se ent o que a jun o est diretamente polarizada. No caso de inversamente polarizada, Fig 8 C, o potencial de barreira ser aumentado, impedindo ainda mais a passagem de el trons e a corrente ser pequena.

Barreira de potencial: Si aproximadamente 0,7v Ge aproximadamente 0,3v

Este conjunto, chamado diodo de jun o, funciona como um retificador. Na Fig 9 uma curva t pica (n o em escala) e o seu s mbolo. Notar que, acima de um pequeno valor de polariza o direta, a corrente aumenta bastante. A polariza o inversa tem limite. Acima de um determinado valor ocorre um efeito de ruptura, quebrando a barreira de potencial e a corrente sobe quase na vertical.

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Anodo

Catodo

Agora vejamos dois exemplos simples do funcionamento dos diodos:

Circuito 1: A corrente vai ser a tens o no resistor sobre a sua resist ncia, ou seja: I = (10-0,7)/470 I = 21mA A tens o no diodo ser a BP Circuito 2: Como o diodo est reversamente polarizado: I=0 A tens o no diodo ser a VT Observe que o Diodo Semicondutor se comporta como uma chave fechada quando polarizado diretamente, e como uma chave aberta quando polarizado reversamente.

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Exerc cios: 1. Para os circuitos abaixo, analise e indique se a l mpada est acesa ou apagada. a)

+ V1 12V L1

+ V2 12V L2

b)

c)

+ V2 12V L2

d)

+ V2 12V L2

L2

e)

L2

f)

+ V1 12V

+ V2 24V

+ V2 12V

+ V1 24V

2. Para o circuito abaixo, calcule a potencia dissipada em cada resistor, sendo que todos os diodos s o de Sil cio e todos os resistores s o de valor 2k7.

R1

+ V 36V R2 R3 R4

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Experimento: 1. Monte o circuito abaixo e preencha a tabela 1

D1

Vtt

+

560 R

Vtt = fonte dc ajust vel Id = corrente direta em D1 Vd = tens o direta em D1

Vtt Id Vd

0v

0,5v

1v

2v

3v

4v

6v

8v

10v

12v

Tabela 1 2. Monte o circuito abaixo e preencha a tabela 2

D1

Vtt = fonte dc ajust vel Ir = corrente reversa em D1 Vr = tens o reversa em D1

560 R

Vtt

+

Vtt Ir Vr

0v

0,5v

1v

2v

3v

4v

6v

8v

10v

12v

Tabela 2 3. Com os dados obtidos construa a curva caracter stica do diodo.

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Refer ncias Bibliogr ficas :

CAPUANO, Francisco e MARINO, Maria. Laborat rio de Eletricidade e Eletr nica. S o Paulo: rica, 1995. MALVINO, Albert P. Eletr nica . vol.1 e 2 . Pearson Education do Brasil Ltda., 1997. MARKUS, Ot vio. Ensino Modular: Sistemas Anal gicos - Circuitos com Diodos e Transistores. S o Paulo: rica, 2000. ALBUQUERQUE, R mulo Oliveira. An lise de Circuitos em corrente Alternada. S o Paulo: rica. ALBUQUERQUE, R mulo Oliveira. An lise de Circuitos em corrente Cont nua. S o Paulo: rica. MARKUS, Ot vio. Ensino Modular: Teoria e Desenvolvimento de Circuitos Eletr nicos. S o Paulo: rica, 2000. MARKUS, Ot vio. Ensino Modular: Eletricidade Corrente Cont nua. S o Paulo: rica, 2000. SIMONE, G lio Alu sio. Transformadores Teoria e Exerc cios. S o Paulo: rica. NETO, Vicente Soares e . Telecomunica es Tecnologia de Centrais Telef nicas. S o Paulo: rica. LANDO, Roberto Antonio. Amplificador Operacional. S o Paulo: rica. GIORGINI, Marcelo. Automa o Aplicada: Descri o e Implementa o de Sistemas Seq enciais com PLCs. S o Paulo: rica. BOYLESTAD, Robert L. Dispositivos eletr nicos e teoria de circuitos. S o Paulo: Pearson Education do Brasil, 2004.

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