Apostila Materiais Dielétricos Parte A

Apostila Materiais Dielétricos Parte A

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Bi2OV = O

ZnO ZnO

Faixa de valência

Ativação Térmica Ajustamento

(a)(b)(c)

Figura 1.14 - (a) Barreira de Schottky gerada pela dupla camada em varistores de ZnO. (b) Em baixas voltagens, a condução ocorre por ativação térmica. (c) Para a voltagem de ruptura, inicia-se o tunelamento, o qual gera um aumento considerável na corrente.

1.1.2.1 Aplicações

Varistores cerâmicos de óxidos metálicos são utilizados para proteger elementos de circuitos contra ondas indutivas, as quais muitas vezes danificam os contatos, ondas e retificadores. Através de varistores ligados em paralelo com um elemento de circuito (ver

Figura 1.15), em qualquer ponto com voltagem maior que VB, geram correntes que fluem através dos varistores. Varistores de óxido de zinco têm demonstrado potencial como pára- raios [8].

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Primário

Secundário

Carga

Figura 1.15 - Os varistores são utilizados para proteger contatos elétricos e carregar de forma oposta os osciladores indutivos.

1.2 Capacitores e Dielétricos

1.2.1 Introdução

A tecnologia de capacitores cerâmicos compreende variedade de produtos baseados em materiais dielétricos e configurações físicas, porém, todos são destinados a armazenagem de energia elétrica, utilizados em diversas aplicações nas indústrias eletrônica, incluindo as que se seguem:

• Descarga de energia armazenada: É uma das aplicações mais relevantes para um capacitor, envolve a generalização de um pulso de corrente por descarga em um capacitor no circuito.

• Bloqueio de corrente direta: Capacitores, uma vez carregados, possuem elevados elementos de impedância, devido a um bloqueio na corrente direta em algumas posições de um circuito.

• Ligação dos componentes do circuito: Em um circuito c.a (circuito de corrente alternada), um capacitor carregado e descarregado com polaridade oposta do sinal de absorção, permite a atuação da corrente alternada em cada lado do componente, onde as seções de um circuito podem ser “ligadas”.

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A corrente não flui de forma direta no capacitor. Devido à característica isolante do dielétrico a corrente contínua oscila, sendo este resultado da voltagem da carga através do capacitor.

• Passagem–via um sinal de corrente alternada c.a.: Em razão dos capacitores permitirem a passagem e alternância em barreiras diretas na corrente, o modelo pode ser utilizado em paralelo com o elemento do circuito adicional, permitindo a passagem–via dos elementos fora da porção do sinal de corrente contínua c.c.

• Distinção da freqüência: Um sinal de entrada, com uma mistura de freqüências, pode ser separado pelo uso de um capacitor que não responde (devido a seus valores de capacitância) ao sinal de baixa freqüência.

Para capacitores em circuitos de c.a., o fluxo de corrente aumenta com a freqüência, isto é, a resistência flui alternando a corrente, que é inversamente proporcional aos valores da capacitância. No modo de menor oposição, a corrente flui para o sinal de freqüência elevada em um espaço de tempo, onde oferece um aumento na oposição na corrente de baixa freqüência. Este modo pode ser usado para discriminar e filtrar a extensão da freqüência desejada.

• Transiente de voltagem e supressão do arco: Os capacitores são utilizados para estabilizar circuitos que mudam, de maneira indesejada, a oscilação do transiente de voltagem e para eliminar curvas de pontos de contatos. O capacitor absorve a energia gerada por oscilação da voltagem.

1.2.2 Características de um Capacitor

O modelo básico de um capacitor consiste em uma única placa plana com dois condutores, ou eletrodos, separados por um material dielétrico (como ilustrado na Figura 1.16). O dielétrico deve ser um material puro, sendo esta a propriedade básica que determina o comportamento elétrico do aparelho.

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______________________________________Materiais Dielétricos − Correlação: Propriedades e Defeitos eletrodo dielétrico Figura 1.16 - Placa de um capacitor simples.

Os materiais dielétricos são caracterizados pela habilidade de armazenar carga elétrica (elevada capacitância) e suas respostas inertes em relação a um campo elétrico, isto é, variação da capacitância, características de perda, resistência ao isolamento, força dielétrica, taxa de envelhecimento e dependência da temperatura em relação às propriedades mencionadas.

Em geral, os capacitores utilizam o ar como material dielétrico (possui constante dielétrica próxima a do vácuo, definida como 1) ou naturalmente dielétricos, como mica, com uma constante dielétrica (κ) de 4-8, ou materiais preparados, como os grupos cerâmicos, com valores de κ constante (κ = 9), para valores elevados como κ = 18000, como ilustrado na Tabela 1.1. Os materiais cerâmicos, baseados em titanatos e niobatos, exibem altas constantes dielétricas e assim podem ser formulados com características elétricas adequadas, sendo deste modo a base da tecnologia dos capacitores em forma de chip. Todo processamento e materiais utilizados na fabricação dos capacitores em forma de chip são orientados rumo a otimização das propriedades elétricas desses dielétricos.

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Tabela 1.1- Constantes Dielétricas para vários materiais.

Constante Dielétrica para vários materiais Vácuo 1,0

Ar 1,004

Milonito 3

Papel 4-6 Mica 4-8 Vidro 3,7-19

Dióxido de Titânio (TiO2) 85-170, (com vários cristais no eixo) Titanato de Bário (BaTiO3) 1500

Cerâmicas Formuladas com características distintas 20-18.0

1.2.3 Capacitância

Uma das principais características que um capacitor possui é a sua habilidade em armazenar carga elétrica (Q), a qual é diretamente proporcional aos valores da capacitância (C) e da voltagem aplicada (V).

CVQ=(1.14)

A corrente elétrica I é definida como:

dtCdVdt

I==(1.15)

Os valores da capacitância são medidos no Sistema Internacional como Farad, sendo a voltagem que atravessa o capacitor medida em Volt e a corrente em Ampère.

FaradltCoulomb/Vo V

C===(2.16)

Q LaCCeF

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