Eletrônica Básica - Teoria e Prática, Notas de estudo de Engenharia Informática

Baixe Eletrônica Básica - Teoria e Prática e outras Notas de estudo em PDF para Engenharia Informática, somente na Docsity! Eletrônica básica: eoria e prática - Editora Rideel Eletrônica Básica: teoria e prática Fº Edição EDITORA RIDEEL Eletrônica básica: Teoria e prática - Editora Rideel Dados Internacionais de Catalogação na Publicação (CIP) (Câmara Brasileira do Livro, SP, Brasil) Andrey, João Michel Eletrônica básica : teoria e prática / João Michel Andrey. -- São Paulo : Rideel, 1999. ISBN 85-339-0283-2 1. Eletrônica 2. Eletrônica — Problemas, exercícios etc. |. Título. 99-1155 CDD-621.381 Índices para catálogo sistemático: 1. Eletrônica : Engenharia 621.381 Sei, Ve, g EDIR ESA A on EpiTORA AFILIADA Eletrônica básica: Teoria e prática - Editora Rideel IX Conteúdo Prefácio v 4 Anina? O que é a eletrônica? INTRODUÇÃO err res mem meant 1 INSTRUÇÃO . em 1 O que são os Elétrons? 1 O que é a Corrente de Elétrons' 2 Como acompanhar um Circuito? rm 3 O que é preciso para que um sistema seja Eletrônico? 3 Quais foram os primeiros Componentes Eletrônicos? 4 Efeito Edison e Válvula à Vácuo ... 5 Como se desenvolveu a Rádio-comun 6 O que é um Áudion? e 6 INSTRUÇÕES PARA RESPONDER ÀS PERGUNTAS DE REVISÃO PROGRAMADA 8 PERGUNTAS DE REVISÃO PROGRAMADA 8 EXPERIÊNCIAS ' 12 AUTOTESTE COM RESPOSTAS 15 Ea Quais são os componentes de dois terminais . . Aus usados em circuitos eletrônicos? INTRODUÇÃO 17 INSTRUÇÃO ........ msi 17 Para que são usados os Resistores? 17 O que é um Ohm? 18 O que são os Resistores de Carvão? er ue 19 Como são marcados os valores da resistência nos Resistores de Carvão? 19 Qual é o significado de Potência e como se determina a mesma? 20 O que são Resistores de Fio Enrolado? ............. 20 O que são Resistores Variáveis? za Como é estabelecida a capacidade dos Resistores Variáveis? 2 O que são os Termistores e os VDRs? ......... 22 Para que são usados os capacitores? ... 23 O que é o Farad? 23 Eletrônica Básica: teoria e prática Eletrônica básica: Teoria e prática - Editora Rideel X O que é uma Reatância Capacitiva? . . a Qual é o significado da Tensão Nominal de um Capacitor? , acer 24 Alguns tipos de Capacitores fixos . ma . A Capacitores de Poliéster e Cerâmica 25 O que são os Capacitores Variáveis? ...... 2 Para que são usados os Indutores? e 28 O que é o Henry? att em . 28 O que é uma Reatância Tndutiva? ........ ams mimo BB Alguns tipos de Indutores 28 Para que são usados os Diodos? 30 Alguns exemplos de Diodos Retificadores ...... ema 30 O que são os Diodos Reguladores? rimam e x O que é um LED? reeeeimstentats arms M PERGUNTAS DE REVISÃO PROGRAMADA 33 Componentes SMD a nu ria 35 Histórico msmo emma 35 Componentes passivos ... . . . 36 Nomenclatura metia mini 36 Componentes Ativos SMD tim 37 Eletrostática x Semicondutor nm estatais 38 EXPERIÊNCIAS , 39 AUTOTESTE COM RESPOSTAS 46 2x A sas 3! Quais são os componentes de três terminais usados em circuitos eletrônicos? INTRODUÇÃO . enem ias 49 INSTRUÇÃO eo a O que é um Transistor Bipolar NPN? as O que é um Transistor Bipolar PNP? 5 Qual é a relação entre a Corrente de Base e à Corrente de Coletor num Transistor Bipolar? 52 O que é um Transistor JFET? mu 52 O que é um Transistor MOSFET do Tipo Redução? an 54 O que é um Transistor MOSFET Tipo Aumento? ereta . cm 55 O que são os Transistores MOSFET Tipo P? . 55 O que é um Tiristor? cu 56 PERGUNTAS DE REVISÃO PROGRAMADA iate rsrsrsrs ea meti 58 EXPERIÊNCIAS mm . RR AUTOTESTE COM RESPOSTAS temem eim Ra . 66 Eletrônica Básica: tearia e prática Eletrônica básica: Teoria e prática - Editora Rideel Conteúdo xi am 248 ES Quais são os componentes eletromagnéticos usados em circuitos eletrônicos? INTRODUÇÃO 69 INSTRUÇÃO 69 Qual é a relação entre Corrente e Magnctismo 6 O que é a Lei de Indução Eletromagnética de Faraday? 70 O que é a Lei de Lene? n O que são Transformadores? 72 O que é um Autotransformador? 3 Alguns tipos de perdas em Transformadores 73 O que é uma Corrente Parasita? 73 O que significa q termo Perdas por Histerese? 74 O que são as Perdas de Cobre de um Transformador? 75 Quais são os usos dos Transformadores em Circuitos Eletrônicos"? 75 Transformadores passar tensões em Corrente Contínua? 75 O que é um Transformador de Isolamento? 76 O que é um Transformador Elevador? 76 O que é um Transformador Abaixador? 7 Qual é o desempenho dos Transformadores como ) Componentes de Combinação de Impedâncias? eee ementas n Como um Transformador é usado para a seleção de Eregiiências? 78 Como funciona o Relé? enem 79 Como reconhecer um Circuito com Relé? pm so Quais são os tipos de símbolos usados para Relés? so Alguns exemplos de Circuitos de Relés 82 PERGUNTAS DE REVISÃO PROGRAMADA 8a EXPERIÊNCIAS 88 AUTOTESTE COM RESPOSTAS s g O que são os transdutores e como eles são usados? INTRODUÇÃO ........ 93 INSTRUÇÃO 94 Qual é a diferença entre um Transdutor Ativo e um Transdutor Passivo? 9a Alguns exemplos de usos de Transdutores 96 Alguns exemplos de Transdutores Passivos a Como são feitos os Transdutores Resistivos? 97 Como são feitos os Transdutores Capacitivos? 98 Como são feitos os Transdutores Indutivos? 99 O que é uma Ponte de Whcatstone'? 99 Eletrônica básica: teoria e prática Eletrônica básica: Teoria e prática - Editora Rideel XIV El Como funcionam os osciladores? INTRODUÇÃO ..... des . . 177 INSTRUÇÃO 178 Quais são as configurações dos Amplificadores? ue tt vu 178 O que é o Efeito de Volante? emersiaso = . esse etc 180 O que determina à Fregiiência de Oscilação? ........ cum ue «181 Alguns exemplos de Circuitos Osciladores de Onda Senoidal . . 182 O que é um Oscilador Armstrong? . 182 Qual é a diferença entre Circuitos Alimentados em Série e Cicenitos Alimentados em Paralelo? ......... ea ecoa 183 O que é um Oscilador Hartley? ...i ao 183 O que é um Oscilador Colpitts? . emma 184 O que é um Oscilador RC com Deslocamento de Fase? om 184 O que é um Oscilador de Cristal! eres amas mms mesa 185 O que Faz o Cristal! centeio . 185 Um exemplo de circuito com Oscilador de Cristal aeee 186 Como funciona um Oscilador de Relaxação? 186 Um exemplo de circuito Oscilador de Relaxação 187 PERGUNTAS DE REVISÃO PROGRAMADA. .... arenas tmn ear memo 188 EXPERIÊNCIAS . e rar erro TOR AUTOTESTE COM RESPOSTAS .. e 199 10] O que são circuitos integrados e amplificadores operacionais? INTRODUÇÃO sm 201 INSTRUÇÃO sesta eres seseeranie ia 203 O que são Circuitos Integrados? e 203 O que são Circuitos Integrados MSI c LS? “203 Como são fabricados os Circuitos Integrados? tem . eremita 04 Quai a diferença entre um Circuito Integrado Linear e um Circuito Integrado Digital? mio 204 O que é um Amplificador Operacional? 206 O que a Compensação de Fregiiência nos Amplificadores Operacionais? 207 Que tipo de Circuito de Alimentação é usado com Amplificadores Operacionais? ... 208 Como é usado um Amplificador Operacional num Circuito Amplificador 209 O que determina o ganho em Circuito Fechado de um Circuito de Amplificador Operacional? 210 Como é usado o Amplificador Operacional como Amplificador Não-Inversor? mm 2 Eletrônica Básiva: teoria e prática Eletrônica básica: Teoria e prática - Editora Rideel Conteúdo Xv Como é usado um Amplificador Operacional como Seguidor de Tensão? 212 Alguns outros tipos de Circuitos de Amplificadores Operacionais 213 PERGUNTAS DE REVISÃO PROGRAMADA 215 EXPERIÊNCIAS 219 AUTOTESTE COM RESPOSTAS ai mens 221 4 . = Como é usada a realimentação em amplificadores? INTRODUÇÃO 223 INSTRUÇÃO 224 Como são acoplados os sinais de um | amplificador p para à outro? 224 O que é Acoplamento RC? nem unter , 224 O que é Compensação de Alta Frequência? a mei 225 O que é Acoplamento por Transformador? . 226 O que é Acoplamento Direto? 227 Como é utilizada a realimentação em amplif adores? 229 Como é usada a Realimentação Positiva em Amplificadores? 230 Como é usada a Realimentação Negativa em Amplificadores? 231 O que é Realimentação de Corrente e como é obtida? 232 O que é Realimentação de Tensão e como é obtida? 233 Como pode ser evitada a Realimentação Negativa? 234 O que é Compensação de Baixa Fregiiência? 235 PERGUNTAS DE REVISÃO PROGRAMADA 236 EXPERIÊNCIAS 240 AUTOTESTE COM RESPOSTAS 247 12] Como funcionam os Transmissores e os Receptores? INTRODUÇÃO ....... 249 INSTRUÇÃO 250 Quais são as seções de um Transmissor de Onda Contínua? 250 O que é um Sinal de Onda Contínua? 250 O gue é um Modulador ? 250 O que são os Gráficos de Domínio de Fregúência e Domínio de Tempo? 252 Quais são os tipos de Transmissão usados em Sistemas de Rádio? 253 Quais são as seções de um Transmissor de Rádio AM? 254 Quais são as seções de um Transmissor de Rádio EM? 255 Quais são as seções básicas de um Receptor de Rádio? 257 Camo funciona um Rádio de Cristal? 257 Eletrônica Básica: teoria e prática Eletrônica básica: Teoria e prática - Editora Rideel O que é um Receptor TRF? O gue é um Receptor de AM Super-Heteródin: O que é um Receptor de FM Super-Heteródino? PERGUNTAS DE REVISÃO PROGRAMADA EXPERIÊNCIAS AUTOTESTE COM RESPOSTAS Como funcionam os Sistemas de Áudio? INTRODUÇÃO INSTRUÇÃO Quais são os componentes de um m Sistema Áudio de Alta Fidelidade? Como são usados Transdutores em Sistemas de Áudio? Coma funciona um Microfone? Como funciona um Gravador de Fitas? Quais são os componentes de um Conjunto de Cabeças de Grava Como funciona um Toca-Discos? Como funciona um Alto-Falante? Como é controlada a qualidade do som de um Alto-Falante? O gue faz um Sintonizador num Sistema de Áudio? . O que há de especial nos Amplificadores de Tensão e de Potência de Áudio? Por que foi desenvolvido o Som Quadrifônico? Quais são os tipos de Som Quadrifônico? Quais são as diferenças entre a gravação em Fita e a gravação em m disco? Alguns princípios básicos da Gravação cm Fitas! Alguns princípios básicos da Gravação em Disco .. PERGUNTAS DE REVISÃO PROGRAMADA EXPERIÊNCIAS Áudio Digital Padrão Internacional de CD Codificação de Áudio Decodificação e Reprodução do Sinal de Áudio AUTOTESTE COM RESPOSTAS Como funcionam Receptores de TVC, TV e Aparelhos de Vídeo-Cassete? INTRODUÇÃO INSTRUÇÃO Como são convertidas as Imagens em Preto e Branco em Sinais Elétricos? Como são convertidos os Sinais Elétricos em Cenas Tiuminadas? 258 258 259 261 264 270 273 274 274 274 275 277 278 280 281 281 283 283 285 287 287 287 288 289 293 296 296 297 298 300 303 304 304 - 305 Eletrônica 3ásica: teoria e prática Eletrônica básica: Teoria e prática - Editora Rideel Apresentação A Editora Rideel, com satisfação, apre- sentaa obra Eletrônica Básica: teoria e prática, como objetivo de contribuir para a eficiência do estudo da ciência eletrônica, que é vasta e abran- gente. Este livro foi criado de forma a satisfazer todo aquele que se propõe a estudar Eletrônica, seja qual for o ramo escolhido. O livro é rico em informações e funda- mentos técnicos; demonstta de forma prática a operacionalização de componentes eletrônicos; apresenta diferentes estratégias de instrução téc- nica; é todo ilustrado e tem um anexo sobre Instrumentação Virtual, em cores, acompanha- do de CD-ROM, que além de conter todo o texto e ilustrações do livro, apresenta um software Eletrônica Básica: teoria e prática (Picoscope) que auxilia o leitor a transformar seu PC em “múltiplo instrumento de teste”. Ao reduzir as expressões numéricas e os simbolos, comumente utilizados em livros de ciências exatas, e mesmo substituindo-os pelo desenvolvimento de experiências para a com- provação dc conceitos teóricos, faz com que este livro seja de fácil compreensão, oferecendo uma leitura agradável e atraente. Eletrônica Básica: teoria e prática é um livro destinado a estudantes, profissionais da área e interessados em geral que querem desen- volver ou atualizar os conhecimentos em Ele- trônica, abrindo o seu campo de atuação. Os EpiToRES Eletrônica básica: Teoria e prática - Editora Rideel Prefácio A Eletrônica é uma ciência que vem se desenvolvendo desde a década de 20. No início, lentamente, e depois a passos largos. Primeiro foi a válvula termoiônica, depois o transistor e finalmente o circuito integrado. Atualmente, es- tamos em tempo de SMDS e memórias conduzi- das por microprocessador. A ciência eletrônica é vasta e abrangente em suas aplicações. Por meio dela foram desen- volvidos sistemas de comunicação, medicina instrumental, pesquisa espacial, controles auto- máticos industriais, entretenimento e computa- ção. Seu campo de aplicações é tão grande, tornando-se necessária uma imensa diversifi- cação de ramos especializados. Para um estudo eficiente de qualquer dos ramos de aplicação necessita-se de uma fase fundamenta! — Eletrônica Básica — objeto prin- cipal deste livro. A obra é rica de conteúdo didático e foi claborada de modo a servir de guia à condução de qualquer área de aperfeiçoamento. Os primeiros capítulos abordam os prin- cípios que norteiam a operação de componentes eletrônicos. No capítulo 6 é iniciada a discussão sobre os circuitos eletrônicos que compõem os sistemas operacionais, e a partir do 12, os estu- dos sobrerádio, áudio, TVC, TV e videocassete. Os capitulos finais tratam dos circuitos lógicos do computador e eletrônica industrial, e o estu- do de técnicas para localização e reparação de defeitos em equipamentos eletrônicos. De uma forma peculiar, cada capítulo do livro foi dividido em seções: Eletrônica Básica: teoria e prática pi! INTRODUÇÃO, em que o leitor tem uma visão global daquilo que vai aprender com a leitura do assunto naquele capítulo, INSTRUÇÃO, na qual a teoria e as aplicações práticas do assunto em questão são descritos, acompanhados por uma grande quantidade de ilustrações. PERGUNTAS DE REVISÃO PROGRAMADA, Em que o leitor pode rever o assunto abordado no capítulo, tendo o domínio total da abordagem na seção Instrução. Também nesta seção estão incluídos resumos que servem para “reavivar” a mente do leitor. EXPERIÊNCIAS — esta seção permite ao leitor comprovar, na prática, a teoria aprendida na seção de Instrução; o anexo € fornece infor- mações detalhadas referentes às placas de cir- cuitos destinadas às experiências. AUTOTESTE COM RESPOSTAS — destina-se à testar o grau de aprendizagem do leitor, com- posto por questões cujas respostas possuem múltiplas escolhas, sendo que algumas delas contêm explicação adicional. O anexo D contém grande quantidade de informações referentes à moderna forma de medir e analisar circuitos eletrônicos, a chama- da: “Instrumentação Virtual". Com certeza, Eletrônica Básica: teoria e prática será de grande proveito para o leitor que poderá somar à sua experiência um número maior de informações e conhecimentos sobre Eletrônica. PRroFr. J. MICHEL ANDREY Eletrônica básica: eoria e prática - Editora Rideel O que é a eletrônica? INTRODUÇÃO A palavra eletrônica é usada tão inadeguadamen- te que quase perde sua identidade real, Aqueles que dizem: “Trabalho em eletrônica”, estão dando apenas uma vaga idéia de seu trabalho. Por exemplo, se projetam equipamentos ele- trônicos. são engenheiros eletrônicos. Se localizam e consertam defeitos em cquipamentos eletrônicos, são técnicos eletrônicos. Se giram botões para operar equipamentos eletrônicos, são operadores. Neste capítulo, iremos discutir um significado básico da palavra eletrônica. Iremos mostrar como a eletrônica se desenvolveu de uma simples experiência até constituir uma ciência que afetou quase todos os campos da indústria e do lazer. Alguns princípios muito importantes da eletrônica e da eletricidade serão revistos Eles irão servir de fundamento para seu estudo futuro de sistemas eletrônicos. Depois de estudar este capítulo, você poderá responder às seguintes perguntas: o elétrons? O ques O que é a corrente de elétrons Como acompanhar um circuito? O que é preciso para que um sistema seja eletrônico? Quais foram os primeiros componentes eletrônicos? Efeito Edison e Válvula à Vácuo Como se desenvolveu a radiocomunicação? E O que éum áudion? Eletrónica Básica: teoria e prática INSTRUÇÃO O que são os Elétrons? Vamos supor que alguém lhe peça para fazer uma lista de todos os diversos tipos de materiais existentes no mundo. Mesmo que você dedicasse toda sua vida para fazer a lísta, é muito duvidoso que pudesse completar estatarefa. Você teria que incluir todos os tipos diferentes de metais, plásticos, madeiras, produtos químicos, etc. A lista seria interminável. Filósofos antigos se preocupavam com a idéia de que deveria haver algumas coisas muito básicas que poderiam ser combinadas para formar todos os mate- riais que conhecemos. Uma das teorias mais antigas dizia que tudo no universo cra formado por quatro ingredientes básicos: a água, o fogo, o are a terra. Pensava-se que, se esses ingredientes fossem combina- dos nas quantidades corretas, podia-se produzir qual- quer material conhecido. Os primeiros alquimistas pas- saram a vida inteira tentando combinar esses clementos de mancira correta para produzir ouro. Sabemos hoje que os ingredientes básicos não são o ar, a lerra, o fogo c a água. De fato, existem 92 ingredientes básicos — chamados efementos — que, em várias combinações. produzem todos os materiais co- nhecidos. Cada material no universo é um desses cle- mentos ou é formado pela combinação deles. O hidrogênio c o oxigênio são, ambos, elemen- tos. Combinando-os nas proporções corretas. você pode produzir água. O sal é Formado pelos elementos: sódio e cloro e o açúcar é formado pelos elementos: carbono, hidrogênio e oxigênio. Sem dúvida, você sabe que uma colher de açúcar é formada por grânulos muito pequenos. Vamos supor um grão de açúcar e dividi-lo em elementos sempre menores. Eletrônica básica: Teoria e prática - Editora Rideel Da mesma forma, motores e geradores operam com fluxo de elétrons. porém não são considerados como dispositivos eletrônicos. Um dispositivo eletrôni- co não apenas permite um movimento de elétrons atra- vés de si, como também é capaz de controlar este movi- mento. Para definir um componente eletrônico, pode- mos dizer que é um dispo- Capítulo 1 Quais foram os primeiros Componentes Eletrônicos? Quando fazia experiências com sua lâmpada elé- trica, Thomas Edison ficou preocupado com depósitos escuros nas paredes internas do vidro da lâmpada. sitivo capaz de controlar o número de clétrons que AMPOLA DE VIDRO o DA QUALFOI O passa através deste dispo- RETIRADO O AR sitivo durante determi- PLACA nado intervalo de tempo. Exemplos de componen- tes eletrônicos: válvula a vácuo, transistores FET (transistores com efeito de campo) e tubos de raios catódicos (como o tubo de imagem de um aparelho FILAMENTO (a) BATERIA bo) PLACA x MICROAMPE- N RÍMETRO MICRGAMPERÍMETRO i Lo. BATERIA + E Fig. 1-5: Uma das primeiras experiências de Edison: (a) diagrama em perspectiva; (b) diagrama esquemático. a ea O Num esforço para descobrir a natureza desses depósitos escuros, Edison realizou uma experiência que está ilustrada na Figura 1-5. A Figura 1-Sa ilustra a expe- riência e a Figura 1-5b mostra os mesmos componentes representados em forma esquemática, Seria impossível desenhar todos os complexos sistemas eletrônicos com os quais estamos trabalhando usando desenhos em pers- pectiva, de modo que os componentes são geralmente representados pelos tipos de símbolos esquemáticos usados na Figura 1-5b. É muito importante você me- morizar os símbolos esquemáticos. de modo à poder “ler” o diagrama esquemático dos sistemas eletrônicos. Para sua experiência, Edison ligou uma bateria ao filamento. À corrente elétrica fluindo através do filamento causou o aquecimento do mesmo, levando-o à incandes- cência, isto é, o filamento começou a irradiar luz. Edison colocou, então, uma placa metálica dentro da ampola de vidro, esperando obter parte do depósito indescjável na placa. Por alguma razão, Edison ligou um microam- perímetro entre a placa e um dos conectores do filamento. Para sua grande surpresa, o microamperímetro mostrou a existência de uma corrente de elétrons. Ísto era contrá- rio à todos os princípios básicos de eletricidade que Edison conhecia. Edison sabia. por exemplo, que. para a corrente elétrica fluir, esta poderia deixar a [onte de tensão e sempre volt mesma. Porém, no circuito simples da Figura 1-5 não parecia haver uma [onte de tensão para movimentar a corrente através do microamperímetro. Hletrônica Básica: rearia e prática Eletrônica básica: Teoria e prática - Editora Rideel O que é a eletrônica? Ademais, a placa era colocada no vácuo de modo que pa- recia haver um circuito aberto. Em outras palavras, parecia não haver um caminho completo para o fluxo de corrente As setas cheias na Figura 1-5a mostram o cami- nho de fluxo da corrente elétrica partindo do terminal negativo da bateria e voltando para o terminal positivo da mesma. Esta corrente, como você sabe, envolve o fluxo de um grande número de elétrons. Porém, lembre- se de que a corrente irá fluir somente se o circuito for completo. isto é, com a condição de que haja um cami- nho condutor partindo da fonte de tensão e voltando para a mesma. Isto era à princípio básico conhecido de Edison, porém o instrumento mostrava nitidamente a existência de fluxo de corrente, conforme indicado pelas setas tracejadas Edison não levou adiante esta experiência, porém tomou nota dela. Como resultado disto, este fluxo de elétrons c os resultados de sua experiência são conheci- dos como efeito Edison. Efeito Edison e Válvula à Vácuo No ítem anterior, você ficou sabendo como surgiu a válvula eletrônica: partindo de uma lâmpada incandes- cente, Edison descobriu que, uma corrente de elétrons tinha início no pólo negativo de uma bateria e retornava ao pólo positivo da mesma, atravessando o espaço interior de sua lâmpada incadescente e o microamperímetro. No interior da lâmpada, os clétrons eram emitidos pelo filamento incandescente, devido ao aquecimento deste. Sempre que as moléculas ou átomos de um material são elevados à certa temperatura. surge o fenômeno do desprendimento e emissão de elétrons. À esse fenômeno dá-se o nome de “efeito Edison”. A válvula eletrônica surgiu bascada nas pesquisas de TA. Fleming, um físico inglês que, aproveitando a descoberta de Edison, criou um dispositivo eletrônico capaz de retificar e amplificar tensões elétricas. Esse dispositivo chamou-se “válvula eletrônica” e permitiu o desenvolvimento e crescimento muito grandes nas rádio- comunicações da época. Como a maioria dos sistemas eletrônicos antigos emodemos dependem da amplificação de sinais elétricos, a válvula eletrônica foi utilizada por muitos anos, até o surgimento do transistor. Ainda encontramos válvulas em equipamentos mais antigos, mas isso é tão raro que não há mais razão para qualquer discussão técnica a esse respeito. Fietrônica Básicas teoria e prática No Capítulo 14, estaremos discutindo: “Tubos de Raios Catódicos” utilizados nos televisores, osciloscó- pios e terminais de vídeo, e nesse ponto daremos mais informações sobre válvulas. Tuhos de raios catódicos ou cinescópios. seguem os mesmos princípios de operação das válvulas eletrônicas. de e dão > 4 asd dano did ei aa nas grande nene iate ajvitanriodo: rd Eae Ear É a ar = nd E decano doadas É E Oia h lula ouieiteinda elemento: Ecebi Eletrônica básica: eoria e prática - Editora Rideel Como se desenvolveu a Rádio-comunicação? No período de 1865 a 1873, James Clerk Maxwell realizou muitas pesquisas sobre a teoria das ondas cle- tromagnéticas. Ele previu que seria possível transmitir essas ondas, que chamamos ondas de rádio, de um ponto para outro. Porém. foi somente no ano de 1887 que Heinrich Hertz pôde realmente transmitir uma onda de rádio a uma distância curta. Hertz usou uma faísca elétrica formada no espaço entre dois eletrodos para produzir as ondas de rádio. Em 1896 Marconi operou, pela primeira vez, seu sistema de telegrafia sem fio, enviando uma mensagem em cúdigo Morse a uma distância de 30 metros. Esse foi O primeiro uso prático das ondas de rádio para comuni- cação. Apesar do sucesso das primeiras experiências da telegrafia sem fio, houve muitos críticos que insistiam que à comunicação cm longa distância não seria possí- vel. Os críticos raciocinavam que as ondas de rádio escapariam para o espaço, em vez de seguir a curvatura da Terra. Pensavam também que as ondas de rádio teriam as mesmas características que as ondas luminosas. Sabiam que, por causa da curvatura da Terra, não é possível ver a uma distância superior a 50-60 km. Hoje em dia. sabemos que a comunicação em longa distância é possível. O que os críticos não sabiam é que existe uma camada de íons em volta da Terra, acima du atmosfera terrestre. Esta camada de fons é conhecida como a camada Kenneliy-Heaviside e é também chamada ionosfera. Sinais de rádio de Irequência relativamente baixa são refletidos de volta para a Terra por esta camada ionizada. A Figura 1-6 mostra como a comunicação em longa distância é possível. O sinal de rádio vai direta- mente ao longo da superfície terrestre, até umreceptor no Capítulo 1 ponto 4. Este sinal de rádio é chamado onda terrestre. Além do ponto À, que é a distância máxima da linha do horizonte, a onda destoca-se no espaço. O transmissor não emite apenas uma única onda de rádio bem definida. Em vez disso, as ondas de rádio afastam-se da antena transmissora de maneira muito semelhante às ondas de luz emitidas por uma lâmpada elétrica. A Figura 1-6 mostra como parte do sinal é refle- tida pela camada Kennelly-Heaviside c bate na antena receptora no ponto 8. Este ponto está além da distância da linha do horizonte do transmissor. As reflexões da ionosfera tornam possível a re- cepção dos sinais de rádio a grandes distâncias do trans- missor. À primeira transmissão transatlântica em código Morse foi realizada no ano de 1901. Porém, foi somente em 1904 que Fleming usou 9 diodo como detector de sinais de rádio. Em outro capítulo, iremos discutir a operação dos detectores de sinais de rádio c você irá estudar como funciona o detector a diodo. O que é um Áudion? Até o ano de 1906, os meios para transmissão e recepção dos sinais de rádio eram muito rudimentares Osinal transmitido era produzido por uma faísca elétrica no espaço entre dois eletrodos. A faísca produzia ondas eletromagnéticas numa ampla faixa de treguências. Uma vez que todos os transmissores com abertura de faisca- mento transmitiam aproximadamente a mesma laixa de fregiência, não era possível sintonizar uma estação € excluir todas as outras. A estação com maior possibilida- de de ser ouvida era aquela com maior abertura de faiscamento. Os sinais recebidos provacavam tensões muito fracas nas antenas de recepção e não existia meio algum para amplificar os sinais. Hoje, a cada transmissor de rádio é atribuída uma frequência ou uma faixa CAMADA KEMNELLY-HEAVISIDE (JONOSFERA TRANSMISSOR DISTÂNCIA DA LINHA DE HORIZONTE de Iregiiências c a lei é muito rigorosa sobre a observância destas [re- quências Em 1906, DeForest introduziu uma invenção que ajudou à mudar com- pletamente o processo de Fig. 1-6; Como as ondas de rádio são transmitidas além da | distância da linha do horizonte. Eletrônica Básita: teoria e prática  Eletrônica básica: eoria e prática - Editora Rideel O que é a eletrônica? 9 BEM Sesia resposta para a pergunano irem 2664, está errada. Os amperimeiros nunca devem ser considerados como sendo uma fonte de pressão elétrica, Passe para o item 23. MILIAMPERÍMETRO EEB Sesi vesposta para a pergunso no item 1 6 B, está errada. A camada Kennelly-Heaviside é cha- mada camada iônica ou ionosfera e reflete as ondas de rádio de volta para a Terra, porém não é conhecida como refletômetro iônico. Passe para o item 17. MICROAMPERÍMETRO Fig. 1-8: Circuito para a pergunto Fig. 1-9: Circuito para EE Se sua resposta para a pergunta no iem 2364, dottemas a pergunta do item 16 está errada. Áudion é o nome dado por DeForest a sua válvula triodo. Passe para o item 4. ELE Se sua resposta para a pergunta no iem 184, está errada, Comece no terminal negativo da BE Se sua resposta para a pergunta no irem 21 €B. bateria na Figura 1-10 e acompanhe o caminho está errada. Existem muitos usos diferentes para da corrente de elétrons de volta para à bateria a palavra eletrônica, porém ela não é usada em Passe agora para o item 26 relação à combinação de elementos. Passe para o item 16. KER A resposta correia para a pergunta no item 20 é A. Uma maneira de acompanhar um circuito consiste em seguir o caminho da corrente de elétrons, do terminal negativo da bateria, para o terminal positivo. Aqui está à próxima pergunta: BEER A resposta correta para a perguniano item 46B. Não pode existir um número ilimitado de estações de rádio e de televisão, mesmo que a cada estação seja determinado um comprimento de onda. Com transmissores por faiscamento. apenas poucas estações podiam transmitir do mesmo tempo, Aqui está à próxima pergunta: O miliamperímetro da Figura 1-3 irá indicar um fluxo de corrente? LAS Qual das respostas abaixo descreve melhor a CES Não característica dos triodos que torna possível a amplificação dos sinais? (passe para o item 27) (passe para o item 21) KR A resposta correia para a pergunta no item 21 é A. O estudo de como os elementos são combina- dos para formar os diversos materiais é chamado química. Na eletrônica. o objetivo é encontrar meios para pôr os elétrons para trabalhar para nós. Aqui está a próxima pergunta: “A ] A grade de controle pode ser tornada suficientemente negativa para parar o fluxo de elétrons dentro da válvula (passe para a item 6). [LB Uma pequena alteração na tensão da grade provoca uma alteração relativa- mente grande na corrente da placa (passe para o item 25). Uma placa metálica é colocada num invólucro em vácuo, junto com um filamento aquecido. Uma corrente flui quando for ligado um fio condutor entre a placa e o filamento. À Figura EEE Se sua resposta para a pergunta no irem 25 é B, 1.9 mostra o cireuito. Isto é conhecido como está errada. O tamanho do componente amplifi- cador não pode ser diretamente relacionado com ÃO Leide Ohm — (passe para o item 2) o sinal, Passe para o item 19. TB. Efeito Edison (passe para o item 5) Ssetrômica Básicas tera e nrárica Eletrônica básica: 10 eoria e prática - Editora Rideel KEM A respossa correia pera perguntano item tea. A lonosfera — como é mais comumente chamada — localiza-se na atmosfera superior à uma distância superior a 100 km, acima da superfície terrestre, Na realidade, consiste de várias camadas individuais que são identificadas por tetras do alfabeto, Por exemplo, a camada D é presente apenas durante o dia. A camada F é dividida em duas camadas durante o dia, desig- nadas por E, a 240 km acima da superfície terrestre e F> à cercu de 320 km acima da superfície terrestre. Estas camadas se fundem numa única camada durante a noite. A camada E está a cerca de 120 km acima do superfície da Terra. Também desaparece após o pôr-do-sol. Cada uma dessas camadas tem uma influência sobre as comunicações. Os técnicos de rádio aprenderam a predizer com precisão as probabi- lidades de realização de comunicação em longa distância, por meio do estudo das características dessas camadas ionizadas. Aqui está a próxima pergunta; O dudion de grade inventado por DeForest, é considerado, por muitos, como o início da indústria eletrônica. Hoje em dia esta invenção é mais comumente conhecida como A] Diodo (passe para o item 7) CB] Triodo (passe para o item 20). KEH A resposta correia para a pergunano items éA Convencionalmente, a corrente elétrica era sem- pre acompanhada através do circuito do terminal positivo da fonte de tensão até o terminal negati- vo. Isto é chamado de fluxo convencional da corrente. Neste tivro iremos seguir o caminho dos elétrons, Em outras palavras, iremos usar o fluxo da corrente de elétrons que ocorre a partir do terminal negativo até o terminal positivo. Aqui está a próxima pergunta: Na Figura 1-10 a direção de fluxo da corrente de elétrons, através de R, é CA Do ponto « em direção ao ponto b (passe para o item 14). ".B. 1] Do ponto 6 em direção ao ponto « (passe para o item 26) Capítulo 1 EEE Asesposta correra para a pergunta no item 25 é A. À temperatura mais baixa de operação é uma vantagem muito importante do transistor sobre a válvula; o fato de o transistor não possuir um filamento significa não apenas que opera à tem- peratura mais baixa, mas também que é mais confiável. A próxima pergunta é: Um motor de corrente contínua é um exemplo de componente eletrônico? Sim ou Não (passe para o item 28). Fig. 1-10: Circuito para a pergunta do item 18 EEE A esposta correta para a pergunta no item 17 é B. Desde a invenção do triodo, grades adicionais foram acrescentadas entre a grade de controle e o ânodo para conseguir efeitos especiais em aí- guns ripos de válvulas. A próxima pergunta é: Uma corrente elétrica passando num fio condutor pode ser considerada um fluxo de “A | Elétrons (passe para o item 15). LB | Prótons (passe para 0 item 3). Elrrrônica Básica: teoria à prática Eletrônica básica: eoria e prática - Editora Rideel O que é a eletrônica? BEE A resposta correta para a pergunta do item 15 é B. A tensão negativa na placa do diodo repele os elétrons e nenhuma corrente de elétrons flui no circuito de placa. A próxima pergunta é: Qual das propostas abaixo descreve melhor a palavra eletrônica? SA] É o estudo do elétron e de como os elétrons podem ser postos para trabalhar (passe para 0 item 16). É um estudo de como os 92 elementos básicos podem ser combinados para formar todos os materiais no mundo (passe para 0 item 11). EEE Se sua resposta para a pergunta no em 5 6 B, está errada. Para acompanhar uma corrente de elétrons, você começa no terminal negativo da fonte de tensão e acompanha todo o circuito, até o terminal positivo. Passe para o item 18. BEE A vesposta correta para a pergunta do item 26 é B. Uma bateria ou um gerador fornecem tensão. Um amperimetro é um instrumento usado para medir corrente. À próxima pergunta é: Qutro nome para a válvula Fleming é DA] Áudion (passe para o item 10) LB] Diodo a vácuo (passe para o item 4). BEM Se sua resposta para a pergunta do item 4 c A, está errada. O custo não foi o fator decisivo para o abandono da transmissão por faiscamento. e para o item 12. EEE A resposta correta pera « pergunta do item 12 é B. Comotriodo, assim como com o transistor, um pequeno sinal de entrada produz um grande sinal de saída. Isto é chamado amplificação. A próxima pergunta é: Qual das afirmações a seguir constitui uma vantagem de um transistor sobre uma válvula triodo? Hetrônica Básica: teoria à prática “1 O transistor não opera com um filamento, portanto opera a uma temperatura mais baixa c com menos problemas de manutenção (passe para o item 19). [LB Uma vez que o transistor é menor que a válvula, pode ser usado para amplificar sinais menores (passe para o item 13). ig. 1-11: Circuito para a pergunta do item 26. BEBO A resposta correta para a pergunta do irem 18 é B.A Figura 1-1 mostra os caminhos da corrente de elétrons. Note que Ry e R> estão em paralelo. A próxima pergunta é: A pressão elétrica para forçar uma corrente a fluir num circuito é fornecida por CAS Um amperímetro (passe para à item 8). [LB Uma bateria ou um gerador (passe para o item 23). EE Se sua resposia para a pergunta do item IS EA, está errada. Observe que o terminal negativo da bateria B está ligado à placa da válvula. Passe para o item 21. EH Arespostapara a pergunta do item 19 E NÃO. Um motor elétrico é um componente elétrico, não um componente eletrônico. Você já completou as perguntas da revisão pro- gramada. À próxima etapa será colocar algumas dessas idéias em prática, em experiências de laboratório. Passe agora para a seção de Experiências deste capítulo Eletrônica básica: Teoria e prática - Editora Rideel 14 Na Figura |-1da quando a chave está na posição a, à fonte de alimentação fornece energia para Rip. Quando a chave está na posição b. a » fornece energia para Rç>. Na posição c não há forneci- mento de energia a qualquer um dos dois resistores de carga fontede alimentação Vamos supor que temos uma terceira carga — neste caso, uma lâmpada. Você quer que haja fornecimento de energia para a lâmpada toda vez que houver fornecimen- to de energia para R$, ou Ryo. Você não quer que a lâmpada esteja ligada quando à chave estiver na posição «. porque neste caso não há [ornecimento de energia para a carga. A Figura |-14b mostra como isto pode ser reali- zado. Os diodos são ligados em oposição. Quando a chave está na posição a, a lâmpada recebe corrente somente através de X,. Fig. 114: Montagem para a segunda parte da experiência: (a) uma chave de três posições para controlar a potência para À; e Ri; (bj montagem do teste; (c) montagem do teste chapeada. Capítulo 1 Quando à chave está na posição b, a lâmpada recebe corrente somente através do diodo Xp. Na posição « nenhuma energia é fornecida para a lâmpada. Você não poderia obter os mesmos resultados ligando um fio condutor entre os pontos a e b, em vez dos diodos. O tio condutor permitiria o fluxo da corrente em ambos os resistores, quer a chave estivesse na posição a ou na posição ». O arranjo de diodos da Figura |-I4b é, às vezes. chamado cireuito de diodos ou circuito lógico. A lâmpa- da está ligada se a chave estiver na posição a ou b. porém fica desligada quando a chave estiver na posição c. = MONTAGEM DO TESTE Efetuar as ligações do circuito, conforme indica- do na Figura |-14h. Este é um diagrama esquemático. A Figura 1-14b mostra um diagrama chapcado da mon- tagem do teste. (a) b Bo + c Lts FONTE DE ALIMENTAÇÃO K º FONTE DE ALIMENTAÇÃO CIGUAL ABR BGURA 13) [Os a IGUAL À DA FIGURA 1-13) use do : 5 x Ru £Rz R 35k0 Fasko t Ea =X, = diodos retificadores de íliio £ = Lâmpada de 12V te E ko Eletrônica Básicas teoria e prático Eletrônica básica: Teoria e prática - Editora Rideel O que é a eletrônica? 15 E PROCEDIMENTO D Frapa !: Girar a chave para a posição registrar os seguintes dados: A lâmpada está ligada” Sim ou Não, Existe tensão sobre Rp,? Sim ou Não Existe tensão sobre Ry2'! im ou Não Se você tiver realizado corretamente as ligações do vireuito e se os componentes funcionam, deve obser- var uma tensão sobre Ry,. à lâmpada deve estar ligada e não deve haver tensão alguma sobre Ry2. É muito impor- tante que os diodos estejam adequadamente instalados. Se seu circuito não funcionar adequadamente, você deve iniciar sua procura de defeitos verificando as conexões para os diodos. [O Etapa 2: Girar a chave para a posição b e registrar os seguintes dados: A lâmpada está ligada? à j | ; pa pd arg dan ; . dp Sim ou Não nes o o a: ge: Existe tensão sobre Rr? Sim ou Não SE as E: Existe tensão sobre Ry2? ge eeé Sim ou Não e ramo a ar dc iai dg did aço pdoe Você deve ter a lâmpada ligada e uma tensão sobre Ry3, porém não deve haver tensão alguma sobre Rir sedia do E ore M CONCLUSÃO Um diodo irá apenas permitir o fluxo de corrente num sentido só, de modo que pode ser usado para converter corrente alternada em contínua. Nesta aplica- ção o diodo é chamado retificador. Um diodo pode também ser usado como compo- nente do chaveamento. Nesta experiência, você demons- trou o uso de diodos num circuito lógico simples, chamado circuito OR. Os primeiros somputadores usavam muitos diodos nessa aplicação. tletrônica Básica: tearia e prárica Eletrônica básica: Teoria e prática - Editora Rideel 16 A De a eta ds Capítulo 1 RESPOSTAS DO AUTOTESTE 1 5 (a) do- tb) fa) td) Quando o ânodo de um diodo é positivo, tom relação aq seu cátodo, diz-se do diado que é polarizado diretamente e ele irá conduzir uma corrente de elétrons. Uma faísca entre dois eletrodos metálicos produz andas de rádio. O espaço entre os eletrados é chamado abertura de faiscamento. - Na realidade, a ionosfera é formada por várias camadas identificadas por letras do alfabeto - O componente de Edison consistia de um filamento e de uma placa metálica num invólucro de vidro no qual era feito q vácuo, Isto é de fato um diado. - Se você começar sempre no terminal negativo e voltar para a bateria no terminal positivo, terá certeza de ter coberto o circuito completo (d) - Uma bateria fornece tensão que pode ser considerada uma . td) te) tal pressão elétrica. - À ampla gama de frequências significa que apenas poucas estações irão ocupar uma faixa ínteira. Hoje, um número muito maior de estações pode transmitir na mesma faixa. - O filamento faz com que a válvula opere a temperaturas mais elevadas. Além disso a filamento pode queimar-se de modo que a válvula é menos confiável que a transistor. Essas são duas desvantagens das válvulas, em comparação com as transistores - Fleming chamou seu componente de válvula porque este permitia a fluxo da corrente apenas num sentida 10.(d) - DeForest anunciou a invenção do áudion, ou triado, em 1906 Eletrônica Básica: tearia e prática  Eletrônica básica: eoria e prática - Editora Rideel Quais são os componentes de dois terminais usados em circuitos eletrônicos? 19 Código de Cares o o Cor | Valor | Tolerância (Quarta faixa) Preta A QUINTA FAIXA INDICA A Marrom 1 CONFIABILIDADE (NO USO) Vermelha — 2 TOLERÂNCIA Laranja 3 NUMERO DE ZEROS Amatea 4 [00 SEGUNDO DÍGITO PRIMEIRO DIGITO Verde 5 Reul 5 Violeta | 7 Exemplos o - Cinza 8 Branca 3 Primeiro digita | Segundo digito | Número de zeros Tolerância | Valor ouro” "Toi É Sh Vermelho Vermelho Vermelho Ouro 2.200 ohms + 5% Prata? [x001 ER 2 2 oo +5% tisto é 22 seguido por2 zeros) 1 Sem cor EI Anarelo Violeta Preto] Prata 47 ohms £ 10% = Quando a terceira faixa é 4 7 nenhum zero +10% (A terceira faixa é preta, o que “dourada, os dois primeiros digitos significa nenhom zerop são multiplicados por 0,01 Laranja | azul Ouro Nenhuma | 3,60hm5 + 20% + Quanda a terceira faixa é 3 is Deslocar a decimal uma | Cor CA terceira faixa e dourada, : prateada, os dois primeiros dígitos : casa para a esquerda | +20% o que signitica que é preciso são multiplicados por 0,01 ; multiplicar 36 por 0,1) Fig. 2-3: Como os valores da resistência são determinados por côdigo de cores. |” Tolerância 5% Tolerância ton — Tolerância 20% 10 1 10 m . n | msm O que são os Resistores 2 2 ! = 3 de Carvão? ET ECT Resistores fixos podem scr feitos de carvão. óxi- a = dos metálicos, silício, germânio ou outros materiais E -— semicondutores. º 2 2 2 Resistores de carvão (ou resistores de composi- 24 ção de carbono como são mais corretamente chamados) 7 7 são disponíveis numa ampla gama de valores de resis- 30 tência « potência. São os resistores mais baratos e os 3 32 33 mais comumente usados, 36 - E as . 43 Como são marcados os [E Ti a valores da resistência nos E 7. T 1 a, [! Resistores de Carvão? FE e A——s O valor da resistência e a porcentagem de tolcrân- E cia de um resistor de carvão são determinados por faixas 8 a2 coloridas com código de cores. A Figura 2-3 explica E = — o — como se usa o código de cores para indicar os valores de a E cistêncis q nTáng: * Multiplicar os valores fornecidos aqui por qualquer múltiplo de 10. resistência c as Lolerâncias. Exemplos: 470 ohms + 10%, 62 k62 + 5% e 3.3 megaahms são valores normalizados. Porêm, valores de 450 ohms, 65 k£2 e 3,5 megaohms é não são valores normalizados. Valores não normalizados podem ser obtidas usando combinações. em série ou em paralelo. Tabela 2-1: Valores normalizados de resistência para resistores com composição de carbono”. Eletrônica Rásica: teoria e prática Eletrônica básica: Teoria e prática - Editora Rideel 20 O código de cores indica qual é o valor da resis- tência que este resistor deve ter. Porém, os resistores raramente têm exatamente esse valor. É permitida uma diferença em relação a esse valor em uma quantidade chamada tolerância. Por exemplo, uma tolerância de mais ou menos 5% significa que a resistência pode ter 5%: a mais que o valor da resistência dada pelo código de cor ou 5% a menos Vamos supor que um resistor tenha uma resistên- cia com valor de 100 ohms c uma tolerância de mais ou menos 5%. Cinco por cento de 100 é 5 (ou seja, 100 x 0,05 = 5). O valor mais alto que o resistor pode ter e ainda estar dentro da sua toterância é 100 + 5 = 105 ohms. O valor mais baixo é 100 - 5 = 95 ohms. Logo, o valor de um resistor ou 100 ohms (5%) está entre 95 c 105 ohms 8 vet 14 vet E ao E uia Ss Fig. 2-4: A potência nominal de um resistor com composição de carbono é determinada pelo seu tamanho físico. A Tabela 2-1 mostra os valores normalizados usados para resistores de carvão. Se você comprar um resistor de carvão, deve ter um dos valores de resistência determinados na Tabela 2-1, Qual é o significado de Potência e como se determina a mesma? Além da resistência c da tolerância, o re: vebe uma capacidade nominal em watts. Isto irá indicar quanto calor este resistor pode suportar em uso normal sem se queimar. Em regra geral. os resistores maior: podem suportar mais calor que os resistores menores. Capítulo 2 A Figura 2-4 mostra a capacidade em watts de resistores de carvão. Observe que a capacidade é deter- minada pelo tamanho tísico. O que são Resistores de Fio Enrolado? Resistências de fio enrolado são obtidas enrolan- do um fio de resistência — isto é, um fio com alta re- sistência por centímetro — sobre um núcleo isolado. A estrutura é selada para impedir a entrada de ar e de umidade. Resistores com fio enrolado são geralmente usados quando são necessárias maiores capacidades em watts [acima de 2 watts (W)]. O valor da resistência e a capacidade em watts de um resistor de fio enrolado estão geralmente impressos na capa externa. dei Ftpintaso Fo e and ardida pa end a E a ipremeçes E eletrônica Rásita: teoria e prática Eletrônica básica: eoria e prática - Editora Rideel Quais são os companentes de dois terminais usados em circuitos eletrônicos? 2 POSIÇÃO DE CORRENTE POSIÇÃO DE CORRENTE MÁXIMA DO BRAÇO MÍNIMA DO BRAÇO a b a E CORRENTE DO E CIRCUITO (ma) | R2 : (a) POSIÇÃO DE TENSÃO MÁXIMA DO BRAÇO DIREÇÃO DO FLUXO R DE ELÉTRONS . POSIÇÃO DE TENSÃO MÍNIMA DO BRAÇO TENSÃO DE SAÍDA Fig, 2-5: Um resistor variável pode ser ligado (a) como reostato; b) como potenciômetro O que são Resistores Variáveis? Um resistor variável pode ser ajustado para qual- quer valor desejado, dentro de sua faixa e pode ser ligado de duas formas dentro de um circuito. Quando um resistor variável é ligado num circuito de forma que a corrente varia, é chamado reostato. Quando um resistor variável é ligado para fazer variar uma tensão, é chamado potenciômetro. O mesmo tipo de resistor variável pode ser usado para ambas as aplicações. A Figura 2-5 mostra os dois tipos de conexões. Observe que o reostato na Figura 2-5a possui uma conexão com dois terminais e o potenciômetro na Figura 2-5b possui uma conexão com três terminais. Na Figura 2-Sa o resistor variável é ligado em série com um medidor para medir o fluxo da corrente. Quando o braço do resistor (indicado pela seta no sím- bolo) for deslocado para o ponto «, toda a resistência de Rs está no circuito e a corrente é mínima. Contorme o braço for deslocado em direção ao ponto b, valores sempre menores de resistência são in- troduzidos no circuito, de modo que a corrente aumenta. Quando o braço está no ponto &, não há resistência no circuito. O fio do braço foi um curto sobre R, nesta posição e o fluxo de corrente é máximo. O resistor R, limita o fluxo de corrente na Figura a. Sem este resistor haveria um fluxo muito grande de corrente no amperímetro, quando o braço estivesse na pasição b. Elenrénica Básicas teoria e prático Na Figura 2-Sh o resistor variável está ligado sobre a fonte de tensão e o braço é deslocado entre os pontosa eb, No ponto«, a tensão máxima irá ocorrer nos terminais de saída. Quando o braço estiver na posição b, não haverá qualquer tensão de saída. Como é estabelecida a capacidade dos Resistores Variáveis? Resistores variáveis (geralmente chamados po- tenciômetros) são determinados pela sua resistência máxima. Um resistor variável de 10k possui uma faixa de resistência de O até 10.000 chms. Lembre-se de gue “K” significa mulriplicar por 1.000. Como no caso de resistores fixos, os potenciôme- tros são também determinados pela sua wartagem. Isto é uma indicação de quanto calor o potenciômetro pode dissipar sem ser destruído. À seguir, temos uma regra muito importante que precisa ser lembrada na substituição de qualguer tipo de resistor num circuito: €Observe que o símbolo indicado à direita é usado em lodo livro como símbolo de cuidado. Ele irá chamar sua atenção sobre detalhes especialmente importantes para sua segurança pessoal e/ou a operação segura do equipamento.) Regra: Nunca substituir um resistor ou um resistor variável por outro de menor capacidade em watts. Eletrônica básica: eoria e prática - Editora Rideel 24 mais fregientemente 0 microfarad (yF). Um micro- farad equivale a um milionésimo de farad. Um picofarad (pF) equivale a um milionésimo de milionésimo de farad ou aum milionésima de microtarad. Existe também à unidade chamada nanofarad (nE) que equivale a um milésimo de microfarad. É recomendado sempre substi- tuir um capacitor por outro com o mesmo valor de capacitância. O que é uma Reatância Capacitiva? Éa oposição que um capacitor oferece ao fluxo de corrente alternada. É medida em ohms. Quanto maior a capacitância, mais baixa será a realância ou oposição ao fluxo da corrente alternada. Da mesma forma, quanto mais alta [or a frequência, menor será a oposição que um vapacitor oferecerá ao fluxo de corrente. Matematica- mente. Xc= emque, Xc= rcatância capacitiva em ohms 3,14 f = tregiiência em hertz C = capacitância em farads. Essa equação simplesmente diz que a reatância é inversamente proporcional à fregiiênciac à capacitância. Em outras palavras, se você aumentar a frequência ou a capacitância, a reatância irá diminuir Os capacitores são, às vezes, chamados componentes reativos porque reagem contra o fluxo de corrente alternada. Os resistores são não-reativos porque se opõem igualmente ao fluxo da corrente alternada c da corrente contínua. Qual é o significado da Tensão Nominal de um Capacitor? Não existe um isolante perfeito. Se você aplicar umu tensão suficiente sobre qualquer material isolante — como vidro ou ar — o mesmo irá conduzir eletricidade Isso significa que existe um limite para o valor da tensão que se pode aplicar sobre um capacitor. Se a ten- o for demasiadamente elevada, uma faísca irá pular entre as placas. Em alguns tipos de capacitores, essa faísca irá destruir o dietétrico — isto é, 0 isolamento entre as placas do capacitor. Capítulo 2 A tensão nominal de um capacitor é o valor da tensão que pode ser aplicada sobre 0 capacitor sem pro- vocar uma faísca. Você pode substituir um capacitor por outro com tensão nominal mais alta, mas nunca substituir um capacitor por outro de tensão nominal mais baixa. Alguns tipos de Capacitores fixo Um capacitor básico é obtido usando-se duas placas metálicas separadas por um dielétrico. Quanto menor for o espaço entre as placas (quanto mais fino o dielétrico), maior será o valor da capacitância. A Figura 2-8 mostra um capacitor simples. usando ar como dielétrico. A maioria dos capacitores fixos usa um dielérrico feito de algum tipo de material isolante. Os capacitores fixos possuem um valor único de capacitância. São geralmente identificados pelo tipo de material usado como dielétrico entre as placas. O ca- pacitor na Figura 2-8 é chamado capacitor a ar. Iremos agora discutir alguns outros exemplos de capacitores usados em circuitos cletrônicos. Capacilores com di- elétrico de vácuo possuem uma alta capacidade de ten- são de ruptura. porém são fornecidos com valores baixos de capacitância. O valor máximo disponível é geralmente cerca de | nanofarad (um milésimo de micro- farad). O dielétrico de papel usado em capacitores de papel pode ser revestido com cera ou algum outro material isolante. Quando uma película ptástica for usa- da em vez de papel, é chamado capacitor de filme. As placas consistem de uma camada metálica ou de uma folha metálica em cada lado do papel ou da película. Se o metal for pulverizado diretamente sobre o papel ou o plástico, durante a fabricação do capacitor, o capacitor é chamado capacitor de papel metalizado ou plástico metalizado. Uma faixa preta cm volta do capacitor numa das extremidades indica o terminal ligado à folha metálica externa. Este terminal deve ser ligado, sempre que pos- sível, ao lado terra do circuito. Os capacitores de mica são obtidos empilhando pequenas tiras metálicas usadas como ptacas e separan- do-as por um diclétrico de mica. Os capacitores de prata-mica são obtidos deposi- tando uma camada de prata diretamente sobre as superfícies de mica para servir como placas do capacitor. Eleteânica Básica: tearia e prática Eletrônica básica: eoria e prática - Editora Rideel Quais são os componentes de dois terminais usados em circuitos eletrônicos? 25 TERMINAL DE FIO PARA PLACA PLACAS METÁLICAS SÍMBOLO 3H TERMINAL DE FIO (AR) DIELÉTRICO PARA PLACA Fig. 2-8: Capacitor simples usando ar como dielétrica São geralmente fabricados com valores de capacitância entre 10 picofarads e 0,01 microfarad e com altas tensões neminais de 5.000 volts ou alé mais. Os capacitores de cerâmica usam como dielétrico algum tipo de material cerâmico. Proporcionam altos valores de capacitância em forma compacta. São fabri- cados na gama de capacitâncias de 0,1 picofarad até IO microfarads. O coeficiente de temperatura indica quanto a ca- pacitância varia quando a temperatura muda. Um valor positivo significa que a capacitância aumenta quando à temperatura aumenta. Um valor negativo significa que a capacitância diminui quando a temperatura diminui. Um valor chamado NPO (negativo-positivo-zero) significa que o valor da capacitância não varia com a temperatura. Você deve assegurar que está utilizando o mesmo coeficiente de temperatura e os mesmos valores de capacitância c de tensão quando for substituir capacitores de cerâmica. A razão para isto é que os circuitos são, às vezes. projetados com certas características de tempera- tura. Evidentemente, é também importante usar um suhs- tituto exato para as características de capacitância e de tensão. Os capacitores de vidro são obtidos empilhando- se camadas de placas de folha de alumínio e dielétricos de fibra de vidro. São fornecidos em valores de ca- pacitância desde 0,5 picofarad até 10 nanofarads c com tensões nominais de 6.000 volts. Seus valores de capacitância são geralmente impressos na capa. Uma varacterística importante dos capacitores de vidro é o fato de que conservam seu valor de capacitância durante um longo período de tempo. Eletrônica Básica: leoria * prática Os capacitores etetrolíticos apresentam valores muito altos de capacitância, porque seu dielétrico con- siste de uma camada muito fina de óxido metálico. Dois tipos são comumente usados. Os capacitores eletrolíticos de alumínio possuem um dielétrico de óxido de alumí- nio. O óxido de tântalo é usado como dielétrico em capacitores elerrofíticos de tânialo. Os capacitores eletrolíticos de alumínio são mais comumente usados por causa de seu custo mais baixo. Os capacitores eletrolíticos são polarizados — isto é. podem ser ligados somente em circuitos pulsantes de corrente contínua, como o circuito indicado na Figura 2-7a. Os valores da capacitância c as tensões nominais para os capacitores eletrolíticos são impressos na capa. O símbolo para um capacitor eletrolítico apresenta um sinal de mais (+) “o lado de uma das placas (verificar isto no anexo B) Capacitores de Poliéster e Cerâmica Capacitor de poliéster é uma espécie de capacitor fixo que tem como dielétrico, uma ou mais camadas muitas finas (filme) de material plástico chamado poliéster. Este tipo de capacitor é muito empregado atualmente nos aparelhos e equipamentos eletrônicos. São encontrados no comércio, valores que vão desde 1000 picofarads até 2 ou 3 microfarads. A lensão de isolamento (capacidade do dielétrico para suportar tensões elétricas sem se romper), vai desde 63 volts até cerca de 600 volts. A tolerância pode variar de 5 a 20%. A Figura 2-9 mostra também, a forma mais comum para impressão de valores no corpo do capacitor. Os valores de capacidade, tensão de isolamento c tolerância, vêm impressos em nanofarads ou em um código de cores. À Figura 2-9c, mostra como é [eita a leitura das faixas coloridas, impressos no corpo do capacitor. A leitura é feita sempre de cima para baixo, conforme mostra à figura. A primeira e segunda faixas, expressam o primeiro e segundo dígitos significativos da capacidade, À terceira faixa expressa o número de zeros da capacidade. O valor de capacidade dado pelo código de cores está sempre em picofarads. A quarta faixa colorida indica a tolerância (possível desvio no valor da capacidade, em %) A Tabela 2-2 mostra como são representados os valores de capacidade, tensão de isolamento e tolerância, por meio das faixas coloridas. Não esqueça que o valor de capacidade é sempre dado em picofarads (pf). Eletrônica básica: eoria e prática - Editora Rideel 26 Capítulo 2 [ cor Viaixa | 2'Faixa [3º Foixa 4ºfaixa | 5º Faixa ! 1º Digito | 2º Digito : 3º Digito - Tolerância | Tensão de . no Isolamento | fios Pra o Zero Neon, 2% |O A Marrom 1 1 1 100 a 150V | — Vermelha 2 2 i 200.8 250 anja 3.)3 3 3004 350V Amarela, 4 a 4 400 a 450V | (a) Verde 5 5 5 500 a 550 V de $ $ é SO a bsov À 1º FAIXA 1º DígiTO ioleta é : ç : 2º FAIXA 2º DIGITO 5 5 ci : 3º FAIXA Nº DE ZEROS 4 . 4º FAIXA TOLERÂNCIA Tabela 2-2 M Exemplo1 Suponha que um certo capacitor de poliéster possua as seguintes faixas coloridas: [º Faixa: Marrom 2º Faixa: Preta 3º Faixa: Vermelha 4º Faixa: Preta 5º Faixa: Vermelha Observando a Figura 2-9 e a Tabela 2-2, tiramos a seguinte conclusão: Tº Faixa: 1º Dígito =1 2º Faixa: 2º Dígito 0 3º Faixa: nº de zeros = 40 4* Faixa: Tolerância = U% 5º Faixa: Tensão de Isolamento = MWa250 volts Portanto, nosso capacitor possui uma capacidade de 1.000 picofarads; uma tensão de isolamento que varia de 200 a 250 volts e a capacidade do mesmo pode sofrer um desvio, para cima ou para baixo, de até 20%. E Exemplo? Durante o conserto de um televisor. encontramos um capacitor de poliéster com fuga. Observando as faixas coloridas no seu corpo, identificamos: [º Faixa: Vermelha 2º Faixa: Vermelha 3 Faixa: Amarela 4º Faixa: Branea 5º Faixa: Verde 5º FAIXA TENSÃO DE ISOLAMENTO to) . 2-3: Modelos de capacitor de poliéster De acordo com a Tabela 2-2 a primeira faixa vale 2. A segunda faixa também vale 2, À terceira faixa representa 4 zeros. portanto, a capacidade desse capaci- tor é de 220.000 picofarads ou 220 nanofarads. A quarta faixa, branca, mostra uma tolerância de 10%, e a quinta faixa, verde, indica gue a tensão de isolamento equivale a 500 ou até 550 volts. Os capacitores de cerâmica mais encontrados atualmente têm a forma de disco ou retângulo, conforme mostra a Figura 2-10. Esse tipo de capacitor é bastante empregado nos circuitos dc rádio-freguência. São muito estáveis quanto à tolerância ou flutuação no valor da capacidade por causa de variações de temperatura. Também, são bastante resistentes quanto a fugas no di- elétrico. Os valores de capacidade, comercialmente encon- trados, vão desde 0,56 picofarad até 220 nanofarads. A tolerância, num capacitor de cerâmica, pode variar Fig. 2-10: Formas mais comuns dos capacitores de cerâmica ta) th) (e (a) Eletrônica Básica: teoria e prática Eletrônica básica: Teoria e prática - Editora Rideel Quais são os componentes de dois terminais usados em circuitos eletrônicos? 28 Estas linhas indicam que a bobina estã enrolada sobre um núcleo de ferro N somma De x FILTRO, 2-14: Uso de uma bobina de filtro num circuito de alimentação. Os sinais de mais (+) nos símbolos dos capacitores significam que os mesmos são eletroliticos. indutores variáveis são projetados de tal forma que o material do núcleo pode ser deslocado para dentro ou para fora do centro. À indutância aumenta, conforme o núcleo vai se destocando dentro da bobina. O material Cótigo de Cores Cor Número Multiplicador” Tolerância i Signiticativo Preta, 9 1 Marrom 1 19 Vermelha z 00 Laranja 3" 1.000 ! Amarela a "Verde 5 Azul 6 - E violeta 7 no Cinza 8 o Branca” õ o Nenhuma + Ponto + 20% Prata, decimal E TO “Ouro E05% * O multiplicador é o fator pelo qual são multiplicados os dois números significativos para abter o valor nominal da indutância 3 Indica à coro corpo TOLERÂNCIA SEGUNDO NÚMERO SIGNIFICATIVO PONTO DECIMAL PRIMEIRO NÚMERO SIGNIFICATIVO IDENTIFICADOR DE MILÉSIMOS Fig. 2-15: Cádiga de cores para bubinas cilindricas de rádio-fregiiência Eletrônica Básica: teoria e prática do núclco pode ser de ferro em pó sinterizado ou de fer- rite. E: materiais são usados por causa de suas baixas perdas emaltas fregiências. O ferro em pó é moldado em forma de cilíndros pequenos sob alta pressão, de modo que parecem ser feitos de material sólido. Estes indutores são somente usados para as rádio-(requências. Pérolas de ferrite são bolinhas de material mag- nético que agem como “choques” de rádio-fregiência. Um fio percorrido por uma corrente elétrica passa atra- vés da bolinha. Isto tem 0 mesmo efeito de ligar uma bobina de “choque” em série com o fio, As bolinhas de ferrite iêm excelentes propriedades de indutância, com perdas muito baixas. Eletrônica básica: eoria e prática - Editora Rideel 30 Para que são usados os Diodos? Diodos são componentes que conduzem a corren- te de elétrons num sentido determinado (do cátodo para o ânodo), porém não no sentido oposto (ânodo para cátodo). Já passou o tempo em que o uso mais extenso dos diodos era em fontes de alimentação, nas quais eram usados como retificadores. Um retificador é um diodo usado para converter à corrente alternada da linha para uma corrente contínua. Hoje, a retificação é apenas uma das muitas funções realizadas pelos diodos Alguns exemplos de Diodos Retificadores A Figura 2-16 mostra os tipos de diodos usados em circuitos relificadores. O diodo indicado na Figura 2-16a usa um filamento como cátodo. O filamento é aquecido até à ponto em que elétrons são liberados de sua superfície. Quando a tensão da placa é positiva, à placa irá atrair esses elétrons negativos. Assim, o fluxo da corrente de elétrons é do cútodo para à placa. Os elétrons liberados vêm diretamente da superfícic do filamento e as válvulas diodo são chamadas válvulas com cátodo de aquecimento direto. A Figura 2-16b mostra um diodo com cátodo de aquecimento indireto. Um filamento que não está indi- cado no símbolo (ver o suplemento) aquece o cátodo. Elétrons são emitidos da superfície aquecida do cátodo. Ocátodo tem a forma de um cilíndro como filamento por dentro. Capítulo 2 + + + DUDSS D —» CAMINHOS DE ELÉTRONS O MOLÉCULAS Í I cáTODO 1 Fig. 2-17: Efeito de avalanche numa válvula com enchimento de gás. Isso está indicado na Figura 2-16. Quando a placa é tornada positiva. ela atrai os elétrons emitidos pelo cátodo. O diodo semicondutor também conduz uma cor- rente de elétrons de seu cátodo para seu ânodo. Como no caso das válvulas diodo, não irá conduzir do ânedo para o cátodo, O simbolo para este componente está indicado na Figura 2-16€. Os diodos semicondutores são também chamados de diodos de estado sólido. Possuem a vantagem de não precisar de um cátodo quente para sua operação. O resultado é um componente mais simples que opera a uma tempe- ratura mais baixa e não O ponto indica que existe gás no invólucro do diodo. (d) PLACA OU tac ou requer energia para o fila- ANDO e HODO ==, = fároDo mento. A composição FILAMENTO física e química do diodo au cáTODO 7 semicondutor lhe permite | — muamento ' : AQUECEDOR retificar a corrente. (a) (b) A Figura Z-lódé o símbolo para um diodo a MACA OU gás. Ele possui um cátodo ANgDo — — cároDO Fig. 2-16: Diodos usados para retificação: (a) válvula diodo com filamento (cátodo); (b) válvula diado com cátodo de aquecimento indireto; (c) diodo semicondutor; (dj diodo com instrumento a gás. Eletrônica Básicas teoria e prática Eletrônica básica: eoria e prática - Editora Rideel Quais são os componentes de dois terminais usados em circuitos eletrônicos? 31 de aquecimento indireto c uma placa exatamente como a da Figura 2-16b. A diferença é que o interior do tubo está cheio de gás. Este produz o assim chamado “efeito de avalanche” quando o tubo está conduzindo uma corrente de elétrons A Figura 2-17 ilustra a condição de avalanche. Um elétron deixa o cátodo c é atraído em direção à placa positiva. Antes de ter se deslocado para muito longe, ele colide com uma molécula de gás e solta um elétron da molécula. Os dois elétrons colidem, em seguida, com mais duas moléculas de gás c soltam mais dois elétrons O processo continua, de modo que o número de clétrons que atinge a placa é bastante grande, Uma característica importante de um diodo à gás é sua capacidade de conduzir correntes de intensidades relativamente altas. Quando esse diodo conduz uma corrente. ele brilha. valor que faz o diodo disparar. Isto significa que o diodo começa à brilhar. Uma vez atingida a tensão de disparo, a tensão sobre o diodo permanece constante dentro da faixa operacional nominal da corrente. É aconselhável nunca permitir que a corrente exceda o valor fornecido nas folhas de dados para a válvula. A lâmpada neon da Figura 2-18b é semelhante ao regulador a gás. Possui dois eletrodos de tamanho idên- tico, de modo que os elétrons podem facilmente pass: em qualquer direção, através da lâmpada. As lâmpadas neon são menores que os reguladores a gás. São usadas como fontes luminosas e como reguladores de tensão devido às suas propriedades. Uma característica inusitada do diodo zener de estado sólido, da Figura 2-18c, é que deve scr operado com polarização reversa — isto é, 0 ânodo deve ser negativo, com relação ao Anoo Anono ou cároDo + N de eua — - (0U+) CÁTODO CÁTODO OU ÂNODO ta) (b) ÂNODO CATODO cátodo. Normalmente, um diodo não iria conduzir com essa polaridade de tensão sobre si, mas o diodo zener conduz. Os diodos regu- ladores são usados cm circuitos em que a tensão precisa sermantida em um valor constante com as (9 mudanças normais nas condições do circuito. Não existem regu- PARA SÍMBOLOS ALTERNATIVOS VIDE ANEXO E /T Fig. 2-18: Diodos reguladores de tensão: (a) regulador a gês: (b) lâmpada neon; (c) dindo Zener. Para outros simbolos veja anexo B. O que são os Diodos Reguladores? Um diodo regulador sempre possui a mesma tensão sobre si dentro de sua faixa operacional de cor- rente. Ambos os tipos, válvula e semicondutor, são indi- cados na Figura 2-18. O diodo regulador a gás da Figura 2-18a não possui um cátodo aquecido, Os elétrons são retirados do cátodo por emissão de campo. Isto significa simples- mentc que os elétrons são arrancados da superfície do cátodo pela tensão positiva aplicada ao ânodo. Uma baixa tensão sobre o diodo regulador a gás não irá causar qualquer fluxo de corrente através do mesmo. Conforme aumenta a tensão, aunge-se certo Eletrônica Dásica: teoria e prática ladores à gás para regular tensões abaixo de 50 volts, enquanto os diodos zener podem ser obtidos para tensões nominais de apenas alguns volts. O que é um LED? Um componente optoeletrônico tem uma das se- guintes características: 19 Produzir luz quando for aplicada a tensão correta. Um exemplo deste tipo é o LED. 2º) Suas caraclerísticas variam de alguma forma quando é exposto à luz. Existem dois tipos: fotocondutivo e fotovoltáico. O LED é um exemplo de um componente optoeletrônico de dois terminais. As iniciais LED signi- ficam Light Emitting Diode (diodo emissor de luz). Eletrônica básica: eoria e prática - Editora Rideel ME Arespossa corretaparaa pergunano irem 12 éA. As letras NPO sig- mificam Negativo- Positivo-Zero. Um capacitor com esta designação não so- fre mudança no valor da capacitân- cia por pequenas mudanças de 1em- peratura. Aqui está a próxima pergun- ta: Fig. 2:21: Qual é o componente representado por este simbolo? A Figura 2-21 mostra o símbolo para Uma lâmpada neon (passe para o item 6). f 8 | Uma válvula diodo (passe para o item 16). BEM A resposta correra para a pergunto no item 15 é B, Conforme indicado no Anexo B, existe mais de um tipo de símbolo usado para os diodos zener. A seguir, está a próxima pergunta: Uma indicação NPO do coeficiente de temperatura para um capacitor de cerâmica significa Que o mesmo não sofre qualquer alteração da capacitância com uma pequena mudança na temperatura (passe para o item 11) -B | Que o mesmo sofre uma mudança importante de capacitância, com uma pequena mudança na temperatura (passe para o item 14). KER Se sua resposta para a pergunta no irem 2.64, está errada. Um indutor (e não um resistor) é usado para deixar passar as baixas fregilências e rejeitar as altas frequências. Passe para o item 10 EE Se sua resposta para a pergunta no item 2. é B, está errada. Passe para o item [1. EM A sesposta para a Capítulo 2 pergunta no item 3 é B. Esta é uma das características im- portantes dos capa- citores. Aqui está a próxi- ma pergunta: A Figura 2-22 mostra o símbolo para Fig. 2-22: Qual é o componente representado por este símbolo? CAS Um diodo a gás (passe para o ilem 4). CB Um diodo zener (passe para o item 12), A resposta correta para a pergunta no item 11 é B. A ilustração mostra o símbolo para um diodo com cátedo de aquecimento direto. Aqui está sua pró- xima pergunta: Qual dos seguintes componentes é usado para produzir uma queda constante da tensão, ape- sar da mudança de intensidade da corrente passando através do mesmo? [à 1 O diodo zener (passe para 0 item 2). Uma bobina “choque” de rádio-fregiiência (passe para 0 item 7). A resposta correta da pergunta no item 1 é B. O diodo a gás conduz a corrente de elétrons do cátodo para a placa, porém não da placa para o eátodo. Um resistor é um componente bilateral Conduz corrente em ambos os sentidos de dire- ção. Agui está a próxima pergunt A maneira com a qual a resistência de um resistor variável muda com a rotação do cixo é chamada [A] Gradiente (passe para o item 3). LE Taxa de atenuação (passe para o item 19) Eletrônica Básica: teoria é praxica Eletrônica básica: eoria e prática - Editora Rideel Quais são as componentes de dois terminais usados em circuitos eletrônicos? 35 EEE A resposta correta para a pergunta no item 10 € Componentes SMD B. Um sensor, também chamado rransdutor, é usado para “semir” a remperamra na estufa SMD's são componentes eletrônicos usados na para cristal da Figura 2-20. Pequenas mudanças maioria dos aparelhos fabricados atualmente. Exemplos na temperatura causam grandes mudanças da — são: vídeo-cassetes, gravadores e auto-rádios. A sigla resistência num termistor Aqui está a próxima | SMD, significa “Surface Montage Device”, ou seja, pergunta: Dispositivo de Montagem de Superfície. À diferença desses componentes, em relação aos componentes O componente de dois terminais que se opõe eletrônicos tradicionais está principalmente no tamanho a qualquer mudança na corrente passando cc forma como são montados nas placas de circuito através do mesmo é o impresso. Os componentes tradicionais têm seus ter- minais inseridos nos furos da placa de circuito impresso e são soldados na mesma. O componente fica na face (passe para o item 20) superior da placa e a solda é feita numa pista cobreada da face inferior da mesma. Veja a Figura 2-23. KER Sua resposiaparaa perguniano irem 1768. Esta O componente SMD é muitas vezes, colado na resposta está errada. O termo taxa de atenuação placa e depois soldado. Esse tipo de componente não não é aplicável para resistores variáveis. Passe possui terminais compridos, como geralmente acontece para o item 3. com o componente tradicional, A solda é feita nas extremidades do componente SMD e a parte cobreada da MEO Incutor (um capacitor que se opõe a mudanças — Placa fica na mesma (ace onde está o componente. Veja na tensão). a Figura 2-24, Histórico Embora o desenvolvimento e aplicação do SMD tenha maior ênfase sobre os aparelhos eletrônicos, fabricados no Japão e Europa, já a cerca de 30 anos atrás (por volta de 1965) os Estados Unidos da América começava a desenvolver esse tipo de componente. Muitos dos chamados micro-circuitos abriram caminho para os componentes SMD. Esses micro-circuitos usaram as duas formas de componente: SMD e Tradicional. Da mesma forma, os primeiros Circuitos Integrados (CT's) chamados “Híbridos”, eram feitos com uma pequena pastilha de material iso- COMPONENTE TRADICIONAL PLACA DE CIRCUITO SOLDA FURONA FACE COBREADA IMPRESSO PLACA DA PLACA Fig. 2-23: Componente tante, conhecido como | tradicional soldado na placa substrato e os compo- de circuito impresso. nentes SMD eram monta- dos sobre a mesma. Fig. 2-24: Como é soldado o componente SMD, na placa Por volta de 1967. TERMINAL DE SOLDAGEM de circuito impresso. os Laboratórios Phillips DG COMPONENTE SOLDA da Holanda, lançavam no FACE COBREADA Mr Fo biSTA mercado um transistor SMD de modelo SOT-23, em | ConREADA substituição ao tradicional TO-92. O tipo SOT-23 tinha tamanho 10 vezes menor que o modelo tradicional. Em 1971, a Phillips já produzia componentes SMD para 4 indústria Suiça de relógios. Hoje, o Japão fabrica os menores componentes SMD que são usados nos modernos aparelhos eletrônicos. Eletrônica Básica: teoria e prática Eletrônica básica: eoria e prática - Editora Rideel 36 Componentes passiv Componentes eletrônicos que amplificam, retificam e operam como chave, são chamados compo- nentes ativos. Componentes eletrônicos que não executam essas funções são chamados componentes passivos. Exemplos de componentes passivos: resistor, capacitor e indutor. No caso dos componentes tradicionais, a constru- ção e operação se dá conforme vimos nesse capítulo Quando se trata de componentes SMD, a operação é da mesma forma. A diferença entre os dois tipos de componentes está principalmente no tamanho. 2 mm = 55mm RS RESISTOR RESISTOR. SMD TRADICIONAL Capítulo 2 TERMINAIS DE CONEXÃO ELETROLÍTICO DE ALUMÍNIO Fig. 2-25: Dimensões principais de dois resistores: SMB e Tradicional A Figura 2-25 mostra como exemplos as dimensões de dois resistores, um do tipo tradicional e outro do tipo SMD. Os dois componentes são resistores do tipo metal film, com potência de 1/8 de watt. Os resistores SMD podem ser construídos em metal film ou na forma de chip. Nesta última, o resistor é feito de um diminuto substrato — geralmente alumina — coberto pelo material resistivo e por uma camada protetora de vídeo. Fig. 2-26: Vista interior de um resistor do tipo chip Fig. 2-27: Dois capacitores SMD: Chip Cerâmico e Eletrolítico. A Figura 2-26 mostra a vista interna de um resistor do tipo chip. Os capacitores do tipo SMD usam geralmente o mesmo Lipo de material usado nos componentes tra- dicionais. Os capacitores também podem scr fabricados na forma de chip. À Figura 2-27 mostra a forma básica de dois capacitores SMD, um em chip cerâmico, e outro, eletrolítico. Observe que os componentes SMD não possuem terminais de ligação, como acontece com os componentes tradicionais. À conexão de um componente SMD é feita pela soldagem dos extremos do seu corpo diretamente à placa de circuito impresso. A Figura 2-28 mostra um típico indutor SMD em chip. Observe os terminais de tigação do componente. Nomenclatura O valor da resistência ou capacidade de um componente SMD é. na maioria das vezes, registrado no corpo do componente. À potência de dissipação dos resistores é geralmente determinada por um código numérico exibido no corpo do componente. Neste caso, o código é fornecido por um manual de referência do fabricante. Eletrônica Básica: teoria e prática Eletrônica básica: eoria e prática - Editora Rideel Quais são os componentes de dois terminais usados em circuitos eletrônicos? 39 A tecnologia MOSFET, vem se acentuando a cada dia e tomando vulto nas áreas digitais. Micro- processadores, Memórias e Circuitos Integrados Digitais, cada vez mais, usam MOSFET na sua consirução Embora todo avanço tecnológico tenha trazido componentes mais compactos, baratos e confiáveis, a “Eletrostática” que nos rodeia torna os componentes eletrônicos cada vez mais vulneráveis. Teoricamente, um componente feito de material semicondutor tem vida muito longa. Na prática, essa vida acaba sendo reduzida ou interrompida pele ataque dos Canais Eletrostáticos ambientais. Quando se trata de um componente SMD, o perigo cresce c passa a atingir um número maior de componentes. Como sabemos, muitos resistores e capacitores são construídos na forma de chip. Os campos eletrostálicos que atacam os com- ponentes eletrônicos têm origem no contato entre materiais não-condutores. Entre estes estão os materiais plásticos em geral e os diversos tipos de papele papelão. Como geralmente os componentes eletrônicos são embalados ou depositados em saquinhos ou recipientes plásticos, é fácil imaginar o perigo a que estão sujeitos. Quando dois materiais não-condutores estão, ou entram em contato e são afastados, produz-se uma des- carga estástica. Essa descarga atinge, muitas vezes, a ordem de centenas ou até milhares de volts. Um saco plástico fechado, que é aberto, torna-se uma fonte ativa de descarga estática. Até nosso próprio corpo, devido à pele não-condutora, cria campo eletrostático quando em contato com as roupas. Portanto torna-se necessário ter certos cuidados para manejar componentes como CT's, Transistores FET, MOSFET, Microprocessadores. Memórias e compo- nentes SMD, Esses componentes devem ser embalados em sacos plásticos especiais, depositados cm recipientes ou caixas, também de material anti-estático e manejados com os devidos cuidados. Muitos componentes, como Memórias e Micro- processadores. contêm dispositivos internos de proteção. Mas nem sempre esses dispositivos são eficazes. Até o próprio dispositivo de proteção é atacado pela clctros- tática. Os campos cletrostáticos tornam-se mais perigo- sos em condições climáticas onde a umidade relativa do ar torna-se baixa. A confiabilidade e a própria vida dos componentes eletrônicos semicondutores ou em SMD dependem em muito dos cuidados e da proteção dispensados aos mesmos. Eletrônica básica: tenria é prática EXPERIÊNCIAS (A experiência descrita nesta seção pode ser rea- lizada na placa de circuitos descrita no Anexo € ou numa montagem semelhante de laboratório.) PRIMEIRA PARTE 5 OBJETIVO O objetivo desta experiência é demonstrar a tco- ria básica de cálculo c medições da tensão. mM TEORIA Quando você está usando um voltímetro para lo- calização de falhas num circuito, deve saber qual é à escala correta de voltagem para cada medição. Às vezes, o fabricante fornece o valor da tensão nos desenhos do circuito. Às vezes, você precisa calcular o valor das informações fornecidas. Com um pouco de prática, você irá aprender a calcular os valores da tensão e da corrente com apenas alguns conhecimentos básicos de matemática. Se você observar bons técnicos trabalhando, poderá ver que cles, geralmente, não precisam parar e calcular os valores da tensão e da corrente. Eles podemresolver problemas envolvendo a lei de Ohm “de cabeça”. Podemos mostrar como fazer isso; porém. você deve praticar muito antes de poder fazer esses cálculos com tanta facilidade. Se você colocar dois resistores do mesmo valor em série sobre uma fonte de tensão, haverá uma que- da de tensão equivalente à metade da tensão da fonte sobre cada resistor. Sc forem usados três resistores do mesmo valor em séric, então a queda de tensão sobre cada resistor será igual à um terço da tensão da fonte. Se os resistores tiverem valores diferentes, é ainda bastante fácil obter as quedas da tensão. A Figura 2-32 mostra um circuito em série bastante simples com dois resistores (Ry é R$). Os resistores são ligados em série quando a mesma corrente flui através dos mesmos As setas mostram o caminhe do fluxo da corrente de elétrons. Led Fig. 2-32: Um ciscuito em série simples. Eletrônica básica: Teoria e prática - Editora Rideel ao Todos os elétrons que passam através de R> de- vem também passar através de R, para poder voltar para o terminal positivo da bateria. Assim, R, e R, estão em ric. Uma parte da tensão da bateria fica sobre cada resistor. Os resistores podem ter o mesmo valor ou não. Se você usar V; como valor da tensão sobre R; e V2 como valor da tensão sobre R>, pode facilmente determinar qual é a queda da tensão sobre cada resistor. Em eletrônica, usamos uma equação (ou fórmula) para poder lembrar-nos mais [acilmente de como resolver um problema: v=E (im) Va=E (ré) Outra maneira de dizer isso é que a queda de tensão sobre um resistor em séric com outros resistores pode ser obtida dividindo o valor do resistor pela resis- tência total e multiplicando o resultado pela tensão da bateria. Vamos tentar isso para o circuito da Figura 2-33. A tensão da bateria é 400 volts. À queda de tensão sobre RyéVA: V=E (rim) Substituindo os valores no circuito, você obtém: 100 vr=400 (Too som =400 E) 1 =400 (4) = 100 volls Vy = 100 volts Em outras palavras, a queda de tensão sobre o resistor de 100 ohms é igual a um guario da tensão apli- cada, Capitulo 2 A tensão sobre Ro é Vo Ro E( Rs E ) Substituindo os valores do circuito, Vo = 400 (6) 300 volts Em outras palavras, a queda de tensão sobre o resistor de 300 ohms é igual a três quartos da tensão apli- cada. Fig. 2-33: Detecminar a tensão sobre cata resistor Uma coisa muito importante que precisa ser lem- brada sobre quedas de tensão é que a soma das quedas de tensão deve ser igual à tensão aplicada. Por exemplo. no circuito da Figura 2-33 existem duas quedas de tensão: 100 volts sobre R, e 300 volts sobre R>. À soma das quedas de tensão é 100 + 300 = 400 volts, que é igual à tensão aplicada E. Essa lei é muito importante porque pode ser usada de várias formas em eletricidade e eletrônica. É conhe- cida como Lei de Tensão de Kirchoff. Eletrânica Hásicas teoria e prática  Eletrônica básica: eoria e prática - Editora Rideel Quais são os componentes de dois terminais usados em circuitos eletrônicos? 4 m MONTAGEM DO TESTE Observar o circuito da Figura 2-34. Realizar as ligações do circuito conforme indicado na Figura 2-34a. O diagrama chapeado desse circuito está indicado na Figura 2-34b. A tensão no circuito dos resistores em série é uma tensão alternada do secundário do transfor- mador. Os métodos que você aprendeu para determinar quedas de tensão irão funcionar nesse circuito de corren- te alternada tão bem quanto em circuitos de corrente contínua, contanto que não se usem componentesteativos (resistores são componentes não-reativos). Os capacitores e os indutores são componentes reativos. “ PROCEDIMENTO L) Etapa !: Medir e anotar o valor da tensão sobre o secundário — ou seja, a tensão alternada entre auch Essa medição é feita com os resistores R, c Rz ligados sobre o enrolamento do secundário. Anotar o valor da tensão, (Você deve usar um voltímetro para corrente alternada para [azer essa medi- ção e todas as outras medições de tensão alternada.) E- volts ca Use esse valor para £ em cada uma das equações da Etapa 2. Você deve obter cerca de 12,6 volts sobre o secundário do transformador (no Capítulo 4 você irá estudar como funcionam os transformadores). Fig. 2:34: Circuito para a primeira parte da experiência nova |) td Las FuSÍveL * Este fusivel pade ser parte integrante do circuito primário do transformador. Pode não ser indicado em todas os diagramas esquemáticos mas presume-se sempre que ele faz parte do circuito primário. Eletrônica Básica: teoria e prática Eletrônica básica: Teoria e prática - Editora Rideel Você pode ver aqui que dois terços da corrente passam através do resistor menor. Para achar a corrente através de R, = 300 miliampêres(-400) = 106 miliampêres Pelo resultado você pode ver que um terço da corrente flui através do resistor maior, Outra regra muito importante nos circuitos é que a soma dus correntes em todos os ramos paralelos deve ser igual à corrente total, Fig. 2-37: Circuito para a segunda parte da experiência. Capítulo 2 Isto é a Lei de Kirchaff para corrente, c é geralmente enunciada como seguc: a soma das correntes que entram num ponto deve ser igual à soma das correntes que deixam este ponto. Na Figura 2-36 a corrente total fr que entra no ponto a é de 300 miliampêres e a corrente total que deixa o ponto a é 100 + 200 = 300 mitiampêres. mM MONTAGEM DO TESTE Refcrir-se à Figura 2-37. Efetuar as ligações no circuito conforme indicado na Figura 2-374. O diagrama chapcado para esse circuito está indicado na Figura 2- 37. A tensão sobre o circuito de resistores em série e em paralelo é uma tensão alternada do secundário do transformador. O método descrito para achar o valor da corrente em resistores ligados em paralelo pode ser usado tanto para corrente alternada como para corrente contínua. Es, nsva ID) (a) O NÃO USADO Rz Rz 35k0 az FUSÍVEL MILIAMPERÍMETRO 4 Eletrica Básica: teoria e prática Eletrônica básica: Teoria e prática - Editora Rideel Quais são os componentes de dois terminais usados em circuitos eletrônicos? 45 E PROCEDIMENTO D Etapa !: Medir eanatar V,, a tensão sobre R,. Vi= volts ca D Etapa 2: Caleutar a intensidade da corrente através de Ri, usando a lei de Ohm. Isto é, tr = Hr Ry = Vi, 3,3 kilohms WE miliampêres Essa é a corrente total que entra no ponto « D Etapa 3: Usando o método descrito na seção teórica, calcular a corrente fo que passa através de Ro. Usar, para /y, o valor encontrado na Etapa 2. o Ra fa =Ir EE) =1 ( 4,7 kilohms ) 733 kilohms + 4,7 kilohms ; 4,7 kilohms ) TA 8,0 Kilohms b= . miliampéres D Etapa 4: Usando o método descrito na seção teórica, determinar a corrente É; que é a corrente que passa através de 3. Usar para 47 0 valor encontrado na Etapa 2. Ro k =1( qm; ) 4 3,3 kilohms. ) T 713,3 kilohms + 4,7 Kilohms kilohms = (Sosiiotms) = miliampêres Eletrôvica Básica: tearia e prática D Etapa 5: Adicionar os valores da corrente obtidos nos itens 3 c 4. h4b= miliampêres A soma dessas correntes é igual à corrente total do item 2? Sim ou Não Sua resposta deve ser sim. À soma das correntes nos dois ramos de resistores deve ser igual à corrente total. D Efapa 6: Medir e anotar o valor de Vs, à tensão sobre Ro. Vaz nm YSMS O Etapa 7: Caleular a corrente que passa atra- vés de R> usando a lei de Ohm. h= R, = Vo 3,3 kilohms = miliampêres D Etapa 8: Medire anotar Va, a tensão sobre R,. volts DD Etapa 9: As quedas de tensão sobre Ro c R$ ais? (Compare com suas respostas nas Etapas 6 € Sim ou Não Os dois valores da tensão devem ser os mesmos porque a tensão sobre todas as partes de um circuito paralelo é a mesma. Eletrônica básica: Teoria e prática - Editora Rideel 46 Capítulo 2 D Etapa 10: Calcular a corrente através de ks. usando a lei de Ohm. h= Mo Rá - Vi 4.7 kilohms ns miliampêres É] Etapa PH: As correntes nas Etapas 5 e 7 são comparáveis com as correntes nas Etapas 2 e 3º Sua re: posta deve ser sim. Isto mostra que o método para cal- cufar as correntes que foi descrito na seção teórica fornece as respostas corretas. E CONCLUSÃO Se não existirem componentes reativos (indutores ou capacitores) num circuito, você pode usar a lei de Ohm, tanto para circuitos de corrente alternada como para circuitos de corrente contínua. Os técnicos usam os métodos anteriormente vistos para calcular a tensão ou a corrente que deve ser obtida num circuito. Em seguida, medem a tensão ou a corrente atuais. Se o valor medido não for aproximadamente igual ao valor calculado, sabem que existe problema no circuito. Antes de você aprender a localizar corretamen- te os defeitos, deve praticar esses métodos de determi- nação de tensões e correntes. a de e & Eletrónica Básica: teoria e prática Eletrônica básica: Teoria e prática - Editora Rideel 49 Quais são os componentes de três terminais usados em circuitos eletrônicos? INTRODUÇÃO Considera-se, em geral, que à história da eletrôni- ca começou quando Lee DeForest inventou o triodo. Antes do triodo existia alguma comunicação por rádio, porém não havia circuitos para amplificar os sinais. Portanto, a rádio-comunicação era, principalmente, bascada na intensidade do sinal transmitido, A comuni- ão em longa distância cra difícil e freguentemente impossível A maior parte dos avanços tecnológicos, no sen- tido de obterem-se comunicações mais confiáveis. não podê ser aplicada até que o sinal de rádio pudesse ser amplificado. A válvula triodo tornou isto, pela primeira vez. possível. Este capítuio explica como Iuncionam os diversos tipos de componentes de estado sólido. Todos os compo- nentes de amplificadores possuem uma coisa cm comum: três terminais de ligação. O maierial deste capítulo descreve apenas como funcionam esses componentes. O que ocorre quando você coloca esse tipo de componente num circuito, será discutido em outros capítulos. Depois de estudar este capítulo, você poderá responder às seguintes perguntas: O que é um transistor bipolar NPN? O que é um transistor bipalar PNP? O que é um transistor JFET? O que é um transistor MOSFET, do tipo redução? O que é um transistor MOSFET, do tipo aumento? O que são os transistores MOSFET, tipo P? O que é um tiristor? Eletrônica Básica: teoria e prática INSTRUÇÃO O que é um Transistor Bipolar NPN? Antes de começarmos à discussão sobre os transistores é importante rever alguns exemplos de fluxo da corrente elétrica, Neste livro tratamos da corrente elétrica como sendo um fluxo de elétrons. Parte-se da premissa de que os elétrons negativos devem fluir do terminal negativo da fonte de tensão c em direção ao terminal positivo. (Cargas semelhantes se repelem e cargas diferentes sc atraem.) Os elétrons são considerados como os portadores de corrente elétrica e são chamados portadores de carga negativa. Porém, existem certos materiais que possuem poucos elétrons disponíveis para o fluxo da corrente. Um exemplo disso é o material semicondutor tipo P, usado para a fabricação de transistores. No material tipo P a maior parte do fluxo de corrente é proporcionada pelos portadores de carga positiva que são chamados lacunas (falta de elétrons) Outro tipo de material semicondutor é chamado tipo N. Neste material a maioria dos portadores de carga são elétrons Os materiais semicondutores (tanto do tipo P como do tipo NJ irão conduzir a corrente elétrica, porém não irão conduzir corrente tão bem quanto um condutor. Quando um componente é feito de um tipo de material (ou tipo P ou tipo N) diz-se que o componente é unipolar. Isto significa que sua operação depende principalmente de apenas um portador de carga (elétrons ou lacunas) Um componente bipolar depende tanto das lacu- -omo dos elétrons para sua operação. A relação entre o fluxo de clétrons e o fluxo das lacunas pode ser expressa com a ajuda da Figura 3-1. As bolas nessa ilustração representam elétrons e o espaço representa uma lacuna, nº Eletrônica básica: eoria e prática - Editora Rideel 50 Capítulo 3 ELÉTRONS em 2 . (mo emma) teme LACUNAS o CX) (dy - () Be Toda vez que a cor- rente flui num material, existem sempre dois tipos de fluxo: um fluxo de clé- tons e um fluxo de lacu- nas. Num material de tipo Pacorrente consiste prin- cipalmente de fluxo de la- , cunas, porém existe sem- pre um pequeno fluxo de elétrons. No material de tipo P, as lacunas são cha- madas portadores majo- ritários de carga e os elé- trons são chamados por- tadores minoritários de carga. No material de tipo Nosclétrons são portado- res majoritários de carga e as lacunas são portado- tes minoritários de carga. LACUNA + Fig, 3-1; Esta ilustração mostra como são relacionados o fluxo de elétrons e o fluxo de lacunas. A lacuna em (a) aparece deslocando-se para a esquerda em [b), (c) e (5). Ao mesmo tempo três elétrons aparecem depois de terem se deslocado um de cada vez até aparecer como em (a) Você pode ver aqui que os elétrons movimentam- se da esquerda para a direita ou do negativo para o posi- tivo. À lacuna movimenta-se da direita para a esquerda ou do positivo para o negativo. ++ TERMINAL DO COLETOR CORRENTE DO COLETOR REGIÃO DO TERMINAL COLETOR DA BASE € + REGIÃO DA x BASE COLETOR | ++ REGIÃO DO CORRENTE Gene EMISSOR | BASE TERMINAL eso As setas indicam emissor Lov EMISSOR o fluxo de elétrons no transistor ta) (b) Fig. 3 2:0transistor bipolar NPN: (a) fluxo de corrente; (bs) simboto A Figura 3-2 mostra como é feito um tipo de transistor bipolar. Ele consistc em três camadas de material, sendo que duas delas são feitas de material do tipo N. e a outra é feita de material do tipo P. Este tipo é chamado transistor NPN. Os portadores de carga dentro do transistor consistem de elétrons e de lacunas, Estamos também interessados no tipo de corrente que flui exter- namente ao transistor. Esta corrente externa é sempre considerada uma corrente de elétrons. Pode-se ver na Figura 3-2 que o transistor possui três seções que são chamadas emissor, buse e coletor O diagrama da Figura 3-2a mostra que apenas um pequeno número de elétrons irá passar através da região P (base) e para fora através do terminal da base do transistor, Portanto, a maioria dos elétrons passa através da base para o coletor. O sinal de mais (+) no terminal de basc da Figura 3-2a significa que a base é positiva, com relação ao emissor (O volts). O sinal duplo de mais (++) no coletor significa que o coletor é mais posilivo que a base. Estas são as condições normais de operação. Se você aplicar as tensões sobre o transistor conforme indicado na Figura 3-2, a corrente irá consistir principal- mente de elétrons fluindo entre o emissor e o coletor. Porém, lembre-se de que uma pequena quantidade de elétrons irá fluir através da basc. O princípio de operação desse componente, e uma das coisas mais importantes para você lembrar, é que uma pequena quantidade de corrente na base irá provocar 9 [luxo de uma grande quantidade de corrente Eletrônica Básica: tearia e prática Eletrônica básica: Teoria e prática - Editora Rideel Quais são os componentes de três terminais usados em circuitos etetrônicos? 51 no coletor, Da mesma forma, uma peguena mudança na corrente da base irá causar uma mudança importante na corrente de coletor. O transistor é chamado componente operado por corrente porque a corrente de base controla a intensidade da corrente do coletor. O símbolo para o transistor NPN está indicado na Figura 3-2b. O emissor é representado por uma seta que aponta para fora do transistor. O que é um Transistor Bipolar PNP? A Figura 3-3 mostra outra maneira de obter um transistor. É chamado Transistor bipolar PNP ou simplesmente transistor PNP. Você pode ver aqui que as tensões na base e no emissor são opostas àquelas indica- das na Figura 3-2. Às setas na Figura 3-3a mostram o fluxo das lacunas através do transistor. Observe que o [luxo das lacunas do emissor é em direção ao coletor negativo e à base negativa. No emissor e no coletor, as lacunas são portadoras majoritárias de carga. Isto porque a lacuna é considerada uma carga positiva. Lembre-se de que o elétron é atraído para tensões positivas e a lacuna é atraída pelas tensões negativas. Fig. 3-3: O transistor PNP: (a) fluxo de lacunas; (33) símbolo. TERMINAL DO COLETOR CORRENTE DO COLEFOR REGIÃO DO TERMINAL COLETOR Da BASE - região DA BasE COLEIOR |-— REGIÃO DO CORRENTE EMISSOR DE BASE — BASE EMISSOR low TERMINAL DO Jow As setas indicam EMISSOR o fiuxo de elétrons no transistor (a) tb) Eletrônica Basica: teoria e peávica Como no caso do transistor do tipo NPN, uma pequena corrente de hase provoca uma alteração impor- tante na corrente do coletor. O símbolo para o transistor PNP está indicado na Figura 3-3b. Observe que a seta no símbolo aponta para dentro. É preciso lembrar algo muito importante com relação a todos os símbolos usados para semicondutores ou componentes eletrônicos de estado sólido. A seta sempre indica uma região N no material. A linha vertical no símbolo representa a base do transistor bipolar. No tipo PNP (Figura 3-3b) o material de tipo N é usado para a base com a seta apontando em sua direção. No tipo NPN (Figura 3-2) a seta aponta em direção ao emissor que é feilo de material do tipo N Eletrônica básica: eoria e prática - Editora Rideel 54 O que é um Transistor MOSFET do Tipo Redução? Existe uma desvantagem importante no JFET que pode ser entendida se observarmos novamente à Figura 3-5. Iremos discutir essa desvantagem com relação ao transistor JFET de canal N da Figura 3-5. Você irá notar que o material Pe o material N formam uma junção na região da porta c do canal. Esta junção é a mesma de um diodo de estado sólido. A Figura 3-6 mostra como um diodo de junção de estado sólido é feito. Observe que o âno- do é feito de material tipo -= Peo cátodo de material tipo N. Você pode rever a ação desse diado referin- ANODO ANODO cátoDO do-se à Figura 3-7. Quando o ânodo é cátoDo simBOLO positivo, com relação ao cátodo, conforme indica- do na Figura 3-74, há um fluxo de corrente através do mesmo. a. 4-6: Construção esimboto para um diodo de junção de estado sólido. + É UMA CORRENTE é DE ELÉTRONS FLUI º (a) + €b) NENHUMA CORRENTE DE ELÉTRONS FLUI Fig. 3-7: Um diodo de junção: (a) com polarização direta; (b) com polarização reversa Issochama-se polarização direta. Quando odiodo está com polarização reversa, conforme indicado na Figura 3-7b, seu ânodo é negativo com relação ao seu cátodo e não há fluxo de corrente. Refira-se mais uma vez ao transistor JFET de canal N, da Figura 3-5a. A porta e o canal formam uma junção PN igual àquela oxistente no diodo. Enquanto esta junção estiver com polarização positiva, não há fluxo de corrente no terminal da porta. Porém. se o terminal da porta do transistor JFET de canal N for tornado positivo, em relação ao canal, a junção PN terá polarização direta. Capitulo 3 DRENO CANAL + - DRENO ISOLAMENTO — = REGIÃO DE Porta REBUERO av | FONTE FONTE Rad simgoLo Fig. 3-8: Transistor MOSFET canal Ntipo redução. Isso irá provocar o fluxo da corrente da porta. Isto é altamente indesejável, porque o transistor JFET opera mesmo sem corrente na porta. É a tensão que controla a corrente do dreno e presume-se sempre que não há fluxo de corrente na porta, no circuito do transistor JFET. O transistor MOSFET é semelhante ao transistor JFET, possui uma camada isolante colocada em volta da porta. A região isolante em volta da porta está claramen- te indicada na Figura 3-8. Uma vez que existe material isolante em volta da porta, é muito mais difícil provocar o fluxo de corrente na porta mesmo se a junção porta-canal tiver acidental- mente polarização direta (em livros mais antigos, esse componente pode ser designado por transistor FET com porta isolada). O isolamento é feito de material Metal-Óxido Semicondutor, daí o nome MOSFET. Possui a mesma forma de operação do transistor JFET de canal N e à Tabela 3-1 pode scr usada para determinar polaridades, assim como o efeito de mudanças na tensão da porta. Observe o símbolo para o transistor MOSFET de canal N. A porta é mostrada separada do canal indicando que existe isolamento entre a porta « O canal, À seta aponta na direção do canal N Conforme aumenta a polarização negativa sobre aportado transistor MOSFET de canal N, a área sombrea- da na Figura 3-8 aumenta. Isto significa que a área para fluxo dos elétrons torna-se menor e a corrente de elé- trons diminui. Outra maneira de dizer isso é que uma tensão negativa maior na porta causa uma redução maior do caminho de condução. Por esta razão, o componente na Figura 3-8 é chamado srunsistor com efeito de campo metat-óxido semicondutor canal N. tipo redução ou. simplesmente, transistor MOSFET canal N tipo redução. Eletrônica Sásica: teoria e prática Eletrônica básica: Teoria e prática - Editora Rideel Quais são os componentes de três terminais usados em circuitos eletrônicos? 55 O que é um Transistor MOSFET Tipo Aumento? Uma vez que existe uma região isolante entre a porta é o canal, é possível operar o transistor MOSFET com polarização direta na porta com relação ao canal. De fato, existe um tipo especial de transistor MOSFET que opera com polarização direta. CANAL ++ DRENO ovIroNTE siMBoLO Fig. 3-9:Transistor MOSFET canal N tipo aumento. A Figura 3-9 mostra um transistor MOSFET do tipo aumento, Neste componente, a região não-condutora, que é também conhecida como região de redução, é tornada tão extensa que impede qualquer fluxo de corren- te no canal. À única maneira de obter fluxo de corrente através desse componente é aplicar uma tensão po redução ampliando assim fluxo de corrente, a menos que uma tensão positiva seja aplicada na porta. (A Tabela 3-1 não é aplicável ao transistor MOSFET tipo aumento.) Compare as polaridades da tensão do transistor MOSFET dc canal N tipo aumento na Figura 3-9 com aquelas sobre o transistor bipolar NPN na Figura 3-2 (pág. 50) e poderá observar que são operados com as mesmas. Você poderá lembrar que, como transistor bipolar NPN, a corrente de base deve fluir antes da corrente do coletor. Porém, com o transistor MOSFET tipo aumento, uma tensão positiva é aplicada à porta para obter [luxo da corrente de dreno. Porém, por causa da porta isolada, essa tensão não resulta em fluxo de corrente na porta. O que são os Transistores MOSFET Tipo P? Como podia se esperar, uma vez que é possível ter um transistor MOSFET tipo N é também possível ter transistores MOSFET tipo P. Os transistores MOSFET tipo P são indicados na Figura 3-10. Observe que o transistor MOSFET de canal P tipo redução (Figura 3-10a) possui polaridades de tensão opostas àquelas do transistor MOSFET dc canal N (vide Figura 3-8). Com exceção dessa diferença, a operação dos componentes de canal N e de canal P é bastante semelhante. As setas nos símbolos do transistor MOSFET de canal P tipo redução (Figura 3-10a) e do transistor MOSFET de canal P tipo aumento (Figura 3- 10b) apontam em direção oposta ao canal porque este é feito de material tipo P. Você deve lembrar que essas setas normalmente apontam Fig. 3-10:Doistipos de transistor MOSFET canal P: (a) tipo redução; (b) tipo aumento. a área através da qual à corrente pode fluir. Comparec os símbo- los para o transistor MOS- FLUXO DE FET do lipo aumento na aaa Figura 3-9 com aqueles do transistor MOSFET tipo ção na Figura 3-: - REGIÃO DE = redução na Figura 3-8. Ob sesaoo serve que, num transistor + MOSFET do tipo aumen- FONTE O to, o canal está indicado por uma linha pontilhada. Isto mostra que não é um caminho completo para o ta) - CANAL 3 PORTA - ISOLAMENTO Pod DRENO peão Dt =| DRENO REDUÇÃO tone PORTA ov | rome ov lronte simoLO siMboLO tb) Eletrônica Básica: teoria e prática Eletrônica básica: Teoria e prática - Editora Rideel 56 em direção do material N e em direção oposta ao tipo P. O transistor MOSFET de canal P tipo aumento está indicado na Figura 3-10a. Compare as polaridades da tensão com a Figura 3-9. Neste componente, é pre- ciso ter uma tensão negativa, tanto sobre a porta como sobre o dreno (mais negativo) para pôr o mesmo em ope- ração. Em outras palavras. você precisa, em primeiro lugar, aplicar uma tensão negativa sobre a porta para ini- ciar à fluxo de lacunas do componente, Não é possível obter um fluxo de corrente num transistor MOSFET tipo aumento de canai N ou P sem a presença de tensão na porta. Num transistor MOSFET de canal P tipo aumento as Lensões da porta e do dreno são negalivas cm operação normal Capitulo 3 O que é um Tiristor? É um componente semicondutor de dois. três ou quatro terminais que pode ser usado como interrnptor de ação rápida, À condição de um tiristor é LIGA ou DES- LIGA, dependendo da tensão de entrada no clemento da porta. Os dois tipos mais importantes de tiristores são indicados na Figura 3-11: 0 SCR (do inglês “Silicon Controlled Rectifier” ou retificador controlado por silí- cio) — veja a Figura 3-1la — e o triac (Figura 3-11b). Ambos são interruptores de ação rápida. São postos em condição LIGA por uma tensão aplicada na porta, porém não podem ser postos em condição DESLIGA com uma tensão na porta. Para colocar esses componentes em condição DESLIGA é preciso abrir o circuito do ânodo ou do cátodo. PORTA CATODO ta) tb) Fig. 2-1 :Tiristores de3 terminais:(a) SCR; (is) Triac. A operação de um tiristor SCR está indicada na Figura 3-12. Aqui você pode ver um circuito com tiristor SCR no qual à tensão para a porta do SCR e o caminho da corrente do ânodo são controlados por chaves. A tensão aplicada E é usada para alimentar tanto o eletrodo do ânodo como o eletrodo da porta, dependendo das posições das chaves $, e S2. O resistor R reduz a tensão E de modo a fornecer uma tensão menor para a porta do tiristor SCR quando a chave S; está fechada. Na Figura 3-12a não existe fluxo de corrente no circuito do ânodo, porque a chave 5, está aberta. Não há tensão na porta porque a chave $; está aberta, de modo que a lâmpada £ não está ligada Flenrônica Básica: tegria e prática Eletrônica básica: Quais são os componentes de trés terminais usados em circuitos eletrônicos? eoria e prática - Editora Rideel BEM se sia resposta para a pergunano item 1868, EH A resposta correia está errada, Existe apenas um tipo de portador de corrente usado num transistor JFET, de modo que é um transistor unipotar e não bipolar. Passe para o item 24. para a pergunta no item é A. 4 hase de um transistor PNP deve sernega- tiva com relação ao emissor O coletor émaisnegativo que a base. Aqui está a próxima pergunta: Fig. 3-14:Quetipode componente é estez A Figura 3-14 mostra o símbolo para: CA Um transistor MOSFET de canal N com aumento (passe para o item 2) Um transistor MOSFET de canal P com aumento (passe para o item 6). € Um transistor MOSFET de canal N com redução (passe para o item 11). =D] Um transistor MOSFET de canal P com redução (passe para o item 16). ELE A resposta correia para a pergunta no item 24 é BA buse co coletor num transistor NPN devem ser mais positivos que o emissor O coletor é mais positivo que à base. Aqui está a próxima pergunta: Paraa operação normal de uma válvula triodo, se você aumentar a polarização da grade, tor- nando-a mais negativa, a corrente da placa irá: DA] Aumentar (passe para o item 20). [8.º Diminuir (passe para o item 25). Eletrônica Básica: tearia e prática 9 BE Se sua resposta pera pergunta no item DEC, está errada. A seta do símbolo na Figura 3-14 aponta em direção contrária ao canal, de modo que não pode ser um transistor MOSFET de canal N.A linha do canal também está pontilhada, o que significa que é um transistor MOSKET com aumento. Passe para o item 6. A resposta correta para a pergunta no item 5 é B, Uma vez que um tiristor SCR está conduzindo, sua porta não tem controle sobre a corrente que passa através do mesmo, Isto também é certo para o triac. Uma maneira de parar a condução consiste em reduzir a tensão do ânodo para O volt; e então ele não pode mais atrair elétrons. Outra muneira é abrir o circuito de ânodo. Aqui está a próxima pergunta: Quat dos seguintes componentes é operado com corrente? CA Um transistor PNP (passe para o item 4). [ B Uma válvula triodo (passe para o item 26). Se sua resposta para « pergunta no item 24 é A, está errada. Você deve conhecer as polaridades corretas da tensão para os componentes de 3 terminais. Reveja a seção sobre o transistor NPN e. em seguida, passe para o item 10, Se sua resposta para a pergunta no item 26 é B. está errada. A válvula triodo não causa tanto ruído como a válvula pentodo. Passe para O item 18. Se sua resposta para a pergunta no item 6 é B. está errada. O tiristor SCR não tem resistência negativa. Passe para o item 23 Se su resposta para « pergunta no item 9 é D, está errada. À linha pontilhada de canal significa que se trata de um iransistor MOSFET com au- mento. Passe para O item 6. Eletrônica básica: so eoria e prática - Editora Rideel EMA Sc sua resposta para a pergunta do item 1 éB, está errada. O transistor é do tipo PNP de modo que é necessária uma tensão negativa sobre a base e o coletor. Passe para o ilem 9 EEE A resposta correta para a pergunta no item 26 é A. A regra básica é que a intensidade do ruído é naior para válvulas com maior número de gra- des. Os pentodos possuem três grades e os triodos apenas uma. Aqui está a próxima pergunta: Qual dos seguintes componentes é um exemplo de um transistor bipolar? CA) Um transistor NPN (passe para o item 24). Um transistor de junção com efeito de campo (passe para o item 8). EEE A esposta correta para « pergunta no izem 25 é A. Tanto o tiristor SCR como o triac são exemplos de tiristores. Uma tensão na porta pode ser usada para pô-los em condição LIGA, porém não po- «dem ser postos em condição DESLIGA, com uma tensão na porta. Aqui está a próxima pergunta: A corrente de dreno de um transistor JFET de canal P operando normalmente irá aumentar ou diminuir quando a porta é tornada mais positiva? (passe para o item 28). EB Se sua resposta para a pergunta no item 10 é A, está errada. Tornar a tensão da grade mais nega- tiva, irá reduzir a corrente de placa. Passe para 0 item 25. EEE se sua resposta para a pergunta no item 12 é B, está errada. Um triodo é um componente operado por tensão. Passe para o item 4. EEH Se sia resposta para a pergunta no item Sé A, está errada. Um tiristor SCR não pode ser posto em condição de DESLIGA tornando sua porta negativa. Isto se aplica também ao triac. Passe para O item 12. Capítulo 3 EEE A resposta correia para a perguntano iremõéa. A resistência negativa de um retrodo é causada pelos elétrons secundários que atingem a grade auxiliar, em vez de voltarem para a placa. Aqui está à próxima pergunta: Qual dos seguintes componentes conduz igualmente bem em duas direções? CAS Um triodo (passe para o item 27). Um triac (passe para o item 5). A resposta correta para a pergunta no item 18 é A. Um transistor bipolar NPN do tipo NPN ou PNP possui dois tipos de portadores de carga que fluem ao mesmo tempo. São as lacunas é os eléirons. Um transistor JF ET de canal N usa ape- nas elétrons como portadores de carga. O tran- sistor JFET de canal P usa apenas as lacunas como portadores de carga. Aqui está a próxima pergunta: Na operação normal de um transistor NPN a base é: LA” Negativa, com relação ao emissor (passe para o item 13) LB Positiva, com relação ao emissor (passe para o item 10) A resposta correia para a pergunta no item TO é B. Quando a grade é tornada mais negativa, um número menor de elétrons pode passar para a placa. Portanto, a corrente da placa diminui, Aqui está a próxima pergunta: Qual dos seguintes componentes pode ser posto em condição LIGA, mas não na condição DESLIGA? [CAS Triac (passe para o item 19), [8 Transistor MOSFET (passe para o item 3) Eletrônica Básica: tearia e prática Eletrônica básica: eoria e prática - Editora Rideel Quais são os componentes de três terminais usados em circuitos eletrônicos? 6 EEE A cesposta correra para a pergunia no irem 464. O sinal de entrada pessa para a grade de contro- te. A grade auxiliar tem uma tensão negativa em relação ao cátodo. Aqui está a próxima pergunta Qual das seguintes válvulas causa maior ruído no circuito amplificador? A” Pentodo (passe para o item 18). [6 Triodo (passe para o item 14) EEB Se sua resposta para a pergunia no item 23 EA, está errada. Um triodo irá conduzir do cátodo para a placa, porém não da placa para o cátodo. Passe para o item 5, EEE A corrente de dreno de um transistor JFET canal P em operação normal irá diminuir quando à porta for tornada mais positiva Você agora completou as perguntas de revisão programada. À segunda etapa é colocar algumas dessas idéias na prática, em experiências de laboratório. Passe para a seção de experiências deste capítulo. Fletrênica Básica: seoria é prática EXPERIÊNCIAS (As experiências descritas nesta seção podem ser realizadas na placa de circuitos descrita no Anexo € ou numa montagem de laboratório similar.) mm FINALIDADE A finalidade dessas experiências é demonstrar para você como realizar medições de tensão num ampli- ficador típico com transistores e também demonstrar o que elas informam sobre o amplificador H TEORIA Todos os componentes amplificadores de 3 termi- nais que você estudou neste capítulo possuem, pelo menos, uma coisa em comum. Todos eles requerem que um dos eletrodos seja ou positivo ou negativo, em re- lação aos outros eletrodos. Por exemplo, a placa de uma válvula a vácuo deve ser positiva, em relação ao cátodo O coletor de um transistor PNP deve ser negativo, em Telação ao seu emissor, c o dreno de um transistor JFET de canal N deve ser positivo, em relação à sua fonte. Sem a tensão adequada sobre um componente 0 mesmo não pode operar. Outro requisito que esses componentes têm em comum é que deve haver uma rensão de polarização sobre um eletrodo que normalmente é usado para contro- le. A grade de uma válvula à vácuo deve ser negativa, em relação ao seu cátodo. A base de um transistor PNP deve ser negativa, em relação ao seu emissor, e a porta de um transistor JFET de canal N deve ser negativa, em relação à sua fonte. Sem a tensão adequada de polarização, o componente pode entrar em saturação. Isso signífica que a corrente máxima possível está (fluindo através do mesmo e o sinal de entrada terá pouco ou nenhum controle sobre o fluxo de corrente. Em alguns casos, a corrente de saturação será tão elevada que o componente será destruído pelo calor excessivo gerado peta corrente, Em resumo, todos os componentes de três terminais devem ter 4 polaridade adequada de tensão aplicada aos mesmos e devem também ter a polarização adequada para limitar o fluxo de corrente através dos mesmos, durante a operação normal. A tensão sobre 9 componente e a tensão de pola- rização são geralmente proporcionadas por uma fonte de corrente contínua. Essa nem sempre é a maneira mais adeguada. Um tiristor, por exemplo, algumas vezes obtém sua Lensão de operação de um meio ciclo da tensão da linha de alimentação.  Eletrônica básica: eoria e prática - Editora Rideel 4 D Eiapa 8: Como voltímetro ligado para medir a tensão do coletor, colocar em curto o emissor e a base no transistor. Tenha bastante cuidado para não colocar outra coisa em curto, Um curto emissor-base está indi- cado com uma linha pontilhada na Figura 3-15 O curto emissor-base causa alguma mudança na tensão do coletor Vp? Sim ou Não q. 3-16: Circuito de fonte de alimentação para experiência: (a) diagrama esquemático; (h) diagrama chapeado para a fonte de alimentação mostrando as conexões para o circuito transistorizado para a experiência (Fig. 315 / pág 62) Capituto 3 Sua resposta deve ser “sim”. O curto entre o emissor e a base inferrompe a condução do transistor e impede os portadores de carga de se deslocarem sobre a junção emissor-base. Lembre-se de que a corrente da base deve fluir no transistor para que haja fluxo de cor- rente do coletor. Quando você colocar em curto a base com o emissor, não há fluxo de corrente do coletor através de Rs. Portanto, não havendo tensão sobre Rs, Vs torna-se igual a Ep. O teste de colocar em curto o emissor e a base é usado para indicar se a corrente da base de um transistor pode controlar a corrente do coletor e nunca deve ser usado para testar válvulas (curto entre grade e cátodo), transistores de junção JFET eu transistores MOSFET. 115 Vac (a) FUSÍVEL VOLTÍMEIRO = ALIMENTADOR = DEMASSA — COMUM SEM USO 2Nas05A Eletrônica Básira: tearia e prática Eletrônica básica: eoria e prática - Editora Rideel Quais são os componentes de três terminais usados em circuitos efetrânicos? 65 D Etapa 9: Determinar a queda de tensão sobre o resistor do coletor R, Chamar essa queda de tensão V;. V5=Ep-Vo= volts Mais uma vez você pode ignorar os sinais negati- vos porque quer apenas o valor da queda de tensão. O Etapa 10: Você conhece a tensão sobre Re à resistência de R:. Use a lei de Ohm para encontrar a corrente através de R;. Esta é a corrente do coletor fe. Ma R le = = miliampêres D Etapa 1]: Girar R, para sua posição máxima no sentido horário. Você irá agora achar a corrente da base /y e a corrente do coletor fc. Uma vez que a re- sistência do circuito da base é diferente, a corrente da base também será diferente, Se 0 transistor estiver ope- rando corretamente, a alteração da corrente da base irá causar uma alteração na corrente do coletor. O Etapa 12: Medir V'q Este é 0 novo valor de Vi já que a resistência de Ro foi alterada. Vv - volts D Etapa 13: Determinar a nova tensão sobre R, ou Vº,. Vis Ep Va = volts D Etapa 14: Determinar o novo valor da cor- rente da base que agora está fluindo. . Vi Vir Pa= Lo = — TI Ri 47 kilohoms - miliampêres Eletrônica Básica: teoria e prática D Etapa 15: Medir à nova tensão de coletor do transistor Vº, volts D Eiapa 16: Determinar a nova tensão sobre R;. E-V'p= volts D Etapa 17: Determinar a corrente do coletor usando a lei de Ohm. Vi Ra Fes = miliampêres D Etapa 18: Num transistor bipolar uma mu- dança da corrente da base causa uma mudança da corrente do coletor. O símbolo é usado com o signif icado de variação, de modo que Fa significa variação de fg. Determinar a variação na corrente de base quando o re- sistor variável Ro for alterado totalmente da sua resistência mínima no sentido anti-horário, para a resistência máxima, totalmente no sentido horário le = z «... Miliampêres OD Etapa 19: Determinar a variação na corrente do coletor quando R» foi alterado do valor mínimo da resistência para o seu valor máximo. le=tc= = miliampêres D Etapa 20: O ganho de corrente é a magnitu- de da variação da corrente do coletor, dividido pela magnitude da variação na corrente da base que produziu a variação na corrente do coletor. Determinar o ganho de corrente. te Ganho de corrente = = Eletrônica básica: Teoria e prática - Editora Rideel 66 Capítulo 3 O fabricante indica o ganho de corrente & (pro- nunciado BETA). Atualmente, o valor deveria ser en- contrado considerando variações muito pequenas na corrente da base /p, medindo em seguida a variação resultante na corrente do coletor fe. O fabricante indica o ganho de corrente para um transistor 2N2905A como sendo 100. Compare isso com a valor que você encon- trou, Você não irá obter o mesmo valor porque a corrente de base variou sobre uma faixa muito grande e porque os transistores diferem. Além disso, o valor que você obteve para o ganho de corrente aqui é pata O circuito inteiro e não para o transistor individualmente M CONCLUSÃO Nessa experiência. você realizou medições de tensão contínua para determinar se o circuito transistori- gado está operando adequadamente. A primeira etapa na análise do comportamento de um circuito amplificador é fazer as medições de corrente contínua. Sc você não tiveras tensões das correntes contínuas corretas, o compo- nente amplificador de 3 terminais não pode estar operan- do corretamente. Para a maioria dos circuitos que usam componentes de 3 terminais, medições de corrente con- tínua são sulicientes para indicar se o circuito está trabalhando corretamente. Você demonstrou aqui que a corrente de base num circuito com transistores bipolares controla a corrente do coletor. Para a verificação rápida de cireuitos trans torizados, alguns técnicos colocam em curto o emissor com a base e anotam a mudança na tensão do coletor, Este método de teste nunca deve ser usado para qualquer componente amplificador de 3 terminais, a não ser nos transistores bipolares NPN e PNP. Da mesma forma, não deve ser usado com amplificadores de acoplamento direto que você irá estudar no Capítulo 8. Eletrênica Básica: teoria e prática Eletrônica básica: Teoria e prática - Editora Rideel Quais são os componentes eletromagnéticos usados em circuitos eletrônicos? INTRODUÇÃO Anteriormente, definimos a eletrônica como a ciência de pôr os elétrons para trabalhar. A eletrônica trata do uso de diodos, válvulas eletrônicas, transistores de cfeito de campo e FETs. Existem alguns exemplos de componentes que controlam o fluxo de elétrons. Além dos componentes eletrônicos que controlam o fluxo de elétrons, você poderá também encontrar componentes elétricos como: resistores, capacitores, indutores, Lrans- formadores e relés. Os dois últimos componentes cons- tituem o assunto deste capítulo. São chamados eletro- magnéticos porque seu funcionamento depende tanto das correntes elétricas como dos campos magnéticos. Neste capítulo, você irá rever alguns dos princí- pios básicos do cletromagnetismo. Em seguida, você irá estudar a aplicação de transformadores e de relés em ele- trônica e estará capacitado a responder às seguintes perguntas, depois de estudar este capítulo: M Qual é à relação entre corrente e magnetismo? O que é a Lei de Indução Eletromagnética de Faraday? O que é a Lei de Lenz? O que são transformadores? Indique alguns tipos de perdas de transformadores. Quais são os usos de transformadores em circuitos eletrônicos? Como funciona um relé? Elecrânica Básicas teoria e prárica E INSTRUÇÃO Qual é a relação entre Corrente e Magnetismo? Nos primeiros dias de experiências com eletrici- dade, concluiu-se que a eletricidade e o magnetismo eram duas coisas completamente diferentes. Conforme a história, Hans Christian Oersted estava convencido de que não existia relação entre eles. Durante uma de suas conferências, ele descobriu, acidentalmente, que sempre existe um campo magnético quando existe uma corrente elétrica. BÚSSOLA Fig. 4-1: Experiência de Oersted, As setas mostram o fluxo da corrente de elétrons. A experiência de Oersted está ilustrada na Figura 4-1. As setas da ilustração mostram a direção do [luxo da corrente de elétrons, Uma bússola é colocada sobre o condutor no circuito. A agulha da bússola sempre gira colocando-se em ângulo reto com a direção do fluxo da corrente. Tsto está indicado na figura. Desta simples ex- periência, podemos deduzir uma regra: quando existe um fluxo de corrente de elétrons, existe sempre um campo magnético. O campo magnético está em ângulo reto com a direção do fluxa da corrente. Isto sempre acontece dessa forma. Eletrônica básica: eoria e prática - Editora Rideel DIREÇÃO DO FLUXO DA CORRENTE DE ELÉTRONS FLUXO MAGNÉFICO «sair asa REGRA DA MÃO ESQUERDA MOSTRANDO A DIREÇÃO DO CAMPO MAGNÉTICO Fig. 4-2: Quando à corrente flui, um campo magnético à envolve A direção do campo pode ser determinada pela regra da mão esquerda. O campo magnético que acompanha a corrente está em volta do fio condutor, conforme indicado na Fi- gura 4-2. O aumento da corrente torna o campo magnético mais forte. Invertendo a direção da corrente, inverte-se a direção do campo magnético. O campo magnético é, geralmente, representado por linhas ou setas. As setas mostram a direção do campo magnético. Presume-se, sempre, que o campo magnético vai do pólo sul do imã para o pólo norte. A palavra fluxo É tregiientemente usada em vez de campo magnético ou linhas de campo. De fato, o fluxo pode ser definido como as linhas do campo magnético. Capítulo 4 A direção do campo magnético pode ser facil- mente determinada pelo que se chama « regra da mão esquerda. À regra rege que se você segurar o fio condu- tor (mentalmente) com sua mão esquerda, de modo que seu polegar indique a direção do fluxo da corrente de elé- trons, seus dedos irão ficar em volta do fio condutor, na direção do campo magnético. Isto está. também, ilustra- dona Figura 4-2. (O fluxo da corrente de clétrons é usa- do neste livro. Em outras palavras. a direção do fluxo de corrente é sempre considerada do negativo para o posi- tivo) O fato de que existe sempre um campo magnético com fluxo de corrente e de que a força do campo magné- tico depende diretamente da intensidade do fluxo de corrente são as duas coisas básicas mais importantes a serem lembradas em seu estudo sobre eletromagnetismo. O que é a Lei de Indução Eletromagnética de Faraday? Uma lei básica muito importante que relaciona o magnetismo e a eletricidade é a ei de indução cletro- magnética de Faraday. Esta lei afirma que toda vez que honver movimento entre um campo magnético e um condutor, ocorre uma tensão. A idéia básica da lei de Faraday está ilustrada na Figura 4-3. O aparelho medidor nessas ilustrações indica 8 voltno centro da escala. Uma tensão positiva no ponto A faz com que o voltímetro se desloque para a direita; uma tensão negativa faz o DIREÇÃO DE MOVIMENTO DIREÇÃO DE MOVIMENTO TE ES e ta a BOBINA NÃO-MAGNÉTICA a VOLTIMETRO (a) (b) ponteiro deslocar-se para a esquerda. Na Figura 4-3a. você está puxando o ímã para fora do centro de uma bobina. O campo magnético em volta do imã corta as espiras da bobina e provaca indução de uma DIREÇÃO DE MOVIMENTO DA BOBINA Fig. 4-3: Uma demonstração da Lei de Faraday de indução eletromagnética: (a) puxar o imã do centro da bobina causa indução de uma tensão; (by) inverter a direção de movimento inverte a polaridade to da tensão induzida; fe) se o imã não se destocar, mas à bobina se deslacar, uma tensão será também induzida Eletrônica Básica tenta e prática Eletrônica básica: Teoria e prática - Editora Rideel Quais são os componentes eletromagnéticos usados em circuitos eletrônicos? nm tensão. Conforme indicado na Figura 4-3h, se você inverter a direção de movimento do ímã, isso irá inverter a polaridade da tensão. Na Figura 4-3c, o ímã é estacio- nário e a bobina está sendo deslocada. Mais uma vez, existe um movimento entre as espiras da bobina e o campo magnético, induzindo uma tensão. O valor da tensão produzida pelo movimento entre um campo magnético e os condutores depende de duas coisas: a velocidade com a qual os condutores se deslocam através das linhas do campo magnético e o número de condutores. - Os geradores elétricos e os transformadores ope- ram sob o princípio da lei de Faraday. A energia elétrica gerada, para o uso em casa € indústria, é produzida deslocando condutores de grandes dimensões através de campos magnéticos. Os transformadores, que serão discutidos mais adiante neste capítulo, operam pelo movimento de campos magnéticos. O que é a Lei de Lenz? A lei de Lenz está relacionada com as tensões geradas por condutores que se deslocam em campos magnéticos. (Conforme indicado anteriormente, não im- porta se você deslocar o condutor ou o campo magnético para produzir a tensão.) Fig. 4-4: Uma demonstração simples da lei de Lenz: (a) a manivela gira facilmente na ausência da corrente do gerador; (h) quando a corrente da gerador flui, é mais difícil girar a manivela A lei indica que a tensão gerada produz uma corrente com campo magnético que se opõe ao movi- mento. A Figura 4-4 mostra uma experiência simples que demonstra a lci de Lenz. Na Figura 4-4a, a manivela Eletrônica Básica: tearia e prática de um gerador manual é girada: isto produz uma tensão da saída V subre os terminais do gerador. A única opo- sição à rotação da manivela é o atrito das partes girató- rias dentro do gerador. Nu Figura 4-4b foi colocado um resistor sobre os terminais do gerador; a tensão gerada provoca um fluxo de corrente no circuito. Esta corrente deve fluir nas bobinas do gerador; de acordo com a lei de Lenz, a cor- rente nas bobinas do gerador produz um campo magné- tico que se opõe ao movimento do gerador. Sc vo estiver girando a manivela do gerador, irá notar que se torna mais difícil girar a manivela quando o resistor de carga for ligado em seus terminais. Isto demonstra que à corrente induzida produz um campo magnético que se opõe ao movimento.  Eletrônica básica: eoria e prática - Editora Rideel za O que significa o termo Perdas por Histerese? As perdas por histerese ocorrem num transfor- mador porque o núcleo de ferro torna-se magnetizado durante cada meio ciclo da corrente. Este magnetismo deve ser removido antes de o fluxo ter atingido a segun- da metade do ciclo. A Figura 4-8 mostra como o magnetismo no núcleo muda quando a corrente alternada (lui no enro- lamento primário. A Figura d-8 mostra que, quando o primeiro meio ciclo de corrente atingir seu valor mi ximo, o magnetismo atingirá também seu valor máximo. A força magnetizante é, de fato, o campo magnético da corrente no enrolamento primário. O primeiro meio ciclo é completado na Figura 4-8. Durante esse período, as correntes dessa bobina caem para O, porém o magne- tismo no ferro não cai para 0. A quantidade de magnetis- mo que permanece no ferro é marcada na curva com a. O magnetismo remanescente no núcleo é chamado rema- nência. Será melhor se o magnetismo cair para O quando a corrente na bobina cair para 0. A Figura 4-8c mostra que a corrente na bobina primária deve fluir na direção Capitulo 4 inversa, durante certo período, para reduzir à fluxo magnético para 0. Isto significa que parte da onda de cor- tente deve ser usada para desmagnetizar o ferro. Esta corrente provoca uma força magnetizante marcada com umB nailustração. À força magnetizante necessária para remover o magnetismo é chamada força coerciva. A Figura 4-Bd mostra gue o fluxo atinge o valor máximo quando a corrente está no máximo e a Figura 4-8c mastra a curva característica para vários ciclos de uma entrada alternada de corrente, À curva da Figura 4-8e é chamada curva de histerese. A amplitude do espaço aberto dentro da curva irá indicar quanta perda por histerese o trans- formador tem. As curvas da Figura 4-9 mostram que materiais diferentes possuem perdas diferentes por histerese. A única maneira de manter esse tipo de perda em um valor baixo é tendo o máximo cuidado na escolha do tipo do material do núcleo. Você não terá qualquer controle sabre isso, de modo que deverá confiar no fabricante. A Figura 4-9a é a curva de histerese para o ar. Note que é uma linha reta, não existe força coerciva, não existe remanência. Portanto, não há perda por histerese num transformador com núcleo de ar. À Figura 4-9b mostra a curva de histerese para um núcico de ferro com ma- terial de boa qualidade. A curva geralmente é aber- ta. de modo que existe uma pequena quantidade de perda por histerese. Isto não pode ser evitado, mcs- FORMATO DA MAGNETIZAÇÃO DO FERRO ONDA DA CORRENTEDE circuito ENTRADA E] 4 > ali MAGNETISMO I FORÇA I MAGNETIZANTE (a) (ey Í ta) mo os melhores materiais tb) para o núcleo têm uma pe- quena quantidade de per- da por histerese. A Figura 4-9c mos- tra uma curva de histerese de forma quadrada: é um Fig. 4-8; Geração de uma curva de histerese: (a) o núcleo de ferro é magnetizado durante à primeira alternância de corrente; (b) quando a corrente cai para zero, existe ainda algum magnetismo no núcleo; (€) a corrente deve fuir no sentido oposto para reduzir o magnetismo a zero; (d) quanda a corrente atinge seu valor máxima, o magnetismo tambêm é máximo; (e) curva de histerese para um ciclo completo de corrente Eletrônica Rásica: tearia e peática Eletrônica básica: Teoria e prática - Editora Rideel Quais são os componentes eletromagnéticos usados em circuitos eletrônicos? 75 tipo de curva de histerese que você irá obter se usar um ímã permanente no núcleo do transformador. Note gue a quantidade de remanência c de força co- erciva é muito grande em comparação com o materi- aldas Figuras 4-9a e 4-9b. Você não vai querer usar um material de magnetis- mo permanente para o nú- cleo do transformador. MAGNETISMO FORÇA MAGNETIZANTE ta) tb) to) à = remanência b = força cnerciva A grande área dentro das curvas significa uma grande perda por histeresc. O que são as Perdas de Cobre de um Transformador? Os condutores usados para os enrolamentos pri- mário e secundário de um transformador possuem certa resistência. As correntes que fluem nesses condutores produzem perda por calor, Nos transformadores é chamada perda de cobre. Esta perda pode ser reduzida usando-se condutores com diâmetros maiores. SS Co ia agi iii rg Per ds dE ai e id ds ama qu dvd atrai bad Eletrânica Básica: teoria e prática Fig.4-3: Comparação da perda por histerese para três tipos de materiais; (a) ar; (b) bom núcleo de ferro de um transformador: (e) núcleo do tipo imã permanente. Quais são os usos dos Transformadores em Circuitos Eletrônicos? Os transformadores podem ser pesados, grandes e caros. Porém. existem alguns casos em que realizam o melhor serviço. É muito útil para você saber por que são usados transformadores em circuitos eletrônicos. Transformadores irão passar tensões em Corrente Contínua? Para uma tensão ser induzida no secundário do transformador é necessário que 0 fluxo no primário esteja se expandindo e contraindo, Se você aplicar uma tensão contínua ao primário de um transformador, a corrente e o campo magnético irão aumentar até certo valor c permanecer aí. Enquanto uma corrente contínua constante fluir no primário, não há qualquer indução de tensão no secundário. Isto torna os transformadores úteis para separar tensões contínuas e tensões alterna- das. A Figura 4-10 mostra como isso é realizado. Existem duas tensões sobre o entolamento primário. Uma alternada e uma contínua, fornecida pela bateria E. Ambas são aplicadas ao enrolamento primário ao mesmo tempo. A forma da onda ilustrada indica que a corrente primária variando. mas não atinge o valor zero. A corrente variável faz com que o fluxo do primário se expanda e contraia cortando as espiras do secundário. Eletrônica básica: eoria e prática - Editora Rideel 76 FORMATO DA ONDA DE ENTRADA FORMATO DA ONDA DE SAIDA CORRENTE ALTERNADA SOMENTE CORRENTE E CORRENTE CONTÍNUA ALTERNADA INÍVEL DE CORRENTE e = CONTÍNUA) rd 0 = Fig. 4-10: Um transformador irá deixar passar uma tensão alternada, mas não irá deixar passar uma tensão continua. A tensão secundária é causada apenas pelas cx- pansão e contração do fluxo e não está de qualquer forma relacionada com o fluxo contínuo da corrente da bateria. Desta forma, com as tensões contínua e alternada aplíca- das no primário, a tensão secundária é apenas alternada. O que é um Transformador de Isolamento? Os transformadores às vezes são usados por ra- zões de segurança. Isto pode ser entendido com a ajuda da Figura 4-11. O primário do transformador é ligado à um gerador de corrente alternada que possui um termina! aterrado. Você irá entender que a energia fornecida para sua casa c para a indústria possui uma linha que está no potencial de “terra”. Fig. 4-11; Um transformador de Isolamento. 115vac E Los, Capítulo 4 Esse é um circuito típico. Se você estiver em pé sobre a terra, ou tocando uma ligação “terra” e ao mesmo tempo tocar com a outra mão no circuito, haverá uma queda de tensão de 115 volts sobre seu corpo e isto pode ser (utal. No secundário do transformador de isolamen- to, nenhum dos terminais x e y é aterrado. Se você ficar em pé sobre um ponto “terra” e, acidentalmente, tocar o ponto x,o ponto x irá ser aterrado através do seu corpo, mas você não receberá choque algum. Da mesma forma se você locar o ponto 3, O ponto y tornar-se-á aterrado, mas você não receberá choque algum. Evidentemente. se você tocar ambos os terminais x e x ao mesmo tempo, poderá receber um choque fatal, O que é um Transformador Elevador? O valor da tensão sobre o secundário de um trans- formador depende do número de voltas de fio no enrola- mento secundário. Se houver um maior número de voltas de fio no secundário do que no primário, a tensão no secundário será maior do que a tensão no primário. O símbolo para um transformador elevador está indicado na Figura 4-12. PRIMÁRIO SECUNDÁRIO PRIMÁRIO SECUNDÁRIO Loo Fig. 4-12: Um transformador elevador tem mais espiras de fio no secundário do que no primário. Fig. 4-13: Um transformador abaixadar tem mais espiras de fio no primário do que no secundário. Matemalicamente, a tensão secundária é calculada da seguinte forma em que, E; = tensão secundária N>= número de voltas do secundário N, = número de voltas do primário E, = tensão primária. Elenrônica Básica: tearia e právica Eletrônica básica: Teoria e prática - Editora Rideel Quais são os componentes etetromagnéticos usados em circuitos eletrônicos? 79 FREQUÊNCIAS FREQUÊNCIA DE ENTRADA DE SAÍDA > O 1.000 KHz SOMENTE Loto KHz 3000KHz 2.000 KHz Fig. 4-16: Um transformador sintonizado. A Figura 4-16 mostra o primário básico. Neste transformador existem 3 fregiências no primário: 1.000 kHz, 2.000 kHz e 3.000 kHz. Vamos supor que se descja passar apenas o sinal de 2.000 kHz paraa próxima fase. Tanto o primário como o secundário do trans- formador são sintonizados para essa frequência, Todas as fregiiências que não sejam de 2.000 kHz são rejeita- das, isto é, não são acopladas dentro do circuito secun- dário. Existem variações dos circuitos de transformado- res sintonizados. Em algumas aplicações, somente o primário ou o secundário são sintonizados. Às vezes os capacitores são fixos em vez de serem variávei dutâncias do primário ou do secundário são variáveis. A indutância geralmente é alterada pelo deslocamento de um núcleo de ferro em pó ou ferrite para dentro ou para fora das espiras do transformador. as in- E Eletrônica Básica: teoria é urática Como funciona o Relé? Orelé éumachave operada cletricamente. A Figu- ra4-17 mostra como funciona um relé simples de batente. A Figura 4-17a mostra que o relé do tipo batente possui uma bobina enrolada sobre um núcleo de aço-doce magnético. Quando a corrente flui na bobina, o núcleo torna-se imantado c atrai a armadura. A armadura desloca os contatos elétricos ligando-os. Os contatos estão locali- zados numa placa isolada. Quando a corrente não flui na bobina, uma mola volta à armadura para a posição desenergizada, indicada na Figura 4-17a. Os símbolos dos contatos do relé são também indicados na Figura 4-17a. Note que, quando o relé não for energizado, há contato entre 4 e Ce não há contato entre À c B. O relé é energizado fechando o interruptor; isto está indicado na Figura 4-17b. Fig. 4-17: Um relé simples tipo batente: (a) na posição desenergizada; (b) na posição energizada ARMADURA PLACA ISOLANTE A DIAGRAMA, A DOSCONTATOS f [| MOLA BOBINA NÚCLEO INTERRUPTOR ABERTO SEM CORRENTE NA BOBINA ju. & al Nag ms Fl 8 «Ds DIAGRAMA A DOSCONTATOS | INTERRUPTOR FECHADO É UMA CORRENTE FLU ATRAVÉS DA BOBINA mo —n Eletrônica básica: eoria e prática - Editora Rideel so A corrente flui na bobina e magnetiza o núclco. O núcleo magnetizado atrai a armadura, a armadura desloca os contatos e o diagrama mostra que há contato elétrico entre os terminais À e 8. Neste momento, não há contato entre os terminais A e C. Os contatos A e € são chamados normalmente fechados porque na posi normal desenergizada do relé eles fazem contato. Os terminais À e B são chamados normalmente abertos, porque quando o relé está na posição desencrgizada não existe contato entre eles. Você pode pensar que nada é realizado usando o rels. Você poderia simplesmente ter ligado os terminais A, B e € diretamente cm vez de usar uma chave para controlar um relé. Porém, existem várias vantagens com o sistema de relés, Uma delas é que a corrente da bobina do relé pode ser bastante peguena, de modo que uma chave pequena possa ser usada no circui- to da bohina. Porém, os contatos do relé podem ser ligados em circuitos de alta corrente ou alta tensão que requerem grandes contatos de ligação, Assim, usando um relé você pode operar uma chave pequena e fechar um circuito de alta potência. Existe outro uso importante dos relés. São muitas vezes usados para controle remoto; ademais, o circuito sendo ligado e destigado através dos terminais A. Be €. os mesmos podem estar localizados a uma grande distância de onde você quer fazer a ligação. O relé do tipo batente da Figura 4-17 é usado quando uma pequena quantidade de energia na bobina pode ligar e desligar circuitos com altas tensões e cor- rentes. À Figura 4-18 mostra alguns tipos adicionais de relés que você pode encontrar em circuitos industriais. Como reconhecer um Circuito com Relé? Otelé de telefone da Figura 4-18a é usado quando se deseja ligar um grande número de circuitos ao mesmo tempo. O relé com travamento mecânico da Figura 4-18b liga quando a bobina for energizada e permanece na posição ligada mesmo quando a corrente da hobina for removida. É necessário religar esse relé manualmen- te para a operação seguinte. A chave múltipla da Figura 4-18c é usada em aplicações em que certo número de circuitos com relés deve ser ligado em seguência. Isto é, um depois do outro. O relé diferencial da Figura 4-18d pode sentir a diferença entre duas tensões ou a diferença entre duas correntes. Quando à lensão ou a corrente em dois circuitos é a mesma, as correntes da bobina são iguais c fluem em direções opost: Capítulo 4 O fluxo magnético das duas bobinas se anula. Sob essa condição, o relé não está energizado, porém, sc a corrente de uma das bobinas tornar-se muito maior do que a outra, seu Íluxo magnético torna-se suficiente- mente forte para vencer o fluxo mais fraco c o relé torna- se energizado. Assim, o relé é usado para determinar quando existe uma diferença nos valores da tensão ou da corrente. O relé térmico da Figura 4-1 Be é usado em aplica- ções quando uma elevação da temperatura deve ser sentida. Vamos, por exemplo, supor que um motor co- meça a ficar superaquecido. É desejável desligar o motor antes de o mesmo ser destruído. O relétérmico é instalado na carcaça do motor. Quando à temperatura aumentar acima de certo valor, o relé desliga o motor. Orelé de ponteiro da Figura 4-I8f usa o movimen- to de um ponteiro, Este ponteiro pode ser ligado a um voltímetro ou amperímetro; enquanto a tensão ou a cor: rente estiverem dentro dos límites definidos não haverá contalo. Porém. se a tensão ou a corrente elevar-se além ou abaixar aquém do limite, ocorre o contato. Este con- tato pode ser usado para controlar a operação de uma máquina ou desligar circuitos com sobrecarga. Para reconhecer o tipo de um relé você deve lem- brar-se de que existem duas seções a serem verificadas. Em primeiro lugar existe a bobina do relé. Esta bobina deve ter corrente fluindo quando o relé for energizado. Em segundo lugar, existem os contatos do relé que se abrem ou fecham dependendo sc o relé está energizado ou desenergizado. À bobina pode ser energizada com um circuito simples como aquele indicado na Figura 4-17 e em outros cirçuitos a bobina pode ser energizada pela corrente de uma válvula eletrônica ou transistores. Quais são os tipos de símbolos usados para Relés? O circuito de contato por relé pode ser desenhado de duas formas. Exemplos são indicados na Figura 4-19. Os símbolos ANSI são um pouco mais fáceis de serem lidos, porém são muito mais difíceis de desenhar em es- quemas grandes. Por essa razão, os símbolos industriais tornaram-se mais populares, Os fabricantes de relés identificam os diferentes arranjos de contatos que se chamam empilhamentos como sendo formas tais como: 4, B, €, ctc. Eletrônica Básica: teoria e prática Eletrônica básica: eoria e prática - Editora Rideel Quais são os componentes eletromagnéticos usados em circuitos eletrônicos? 8 (aj ALAVANCA DA PARAFUSO DE AJUSTE ARMADURA DA ARMADURA (b) PÓLO RETENTOR MOLA * - BRAÇO LIMPADOR N +— BRAÇO LIMPADOR BOBINA 1 —. CONTATOS LIMPADORES [1] | — TERMINAIS SOLDADOS BOBINA 2 CONTATOS N “= ARMADURA DO RELÉ te) (d NORMALMENTE BOBINA FECHADOS DE RELÉ CONTATO ESTACIONÁRIO . BIMETAL o AQUECEDOR AjusTE DO CONTATO ENCOSTO TRASEIRO te) EU] Fig. 4-18: Alguns dos tipos mais populares de relés: (a) tipo para telefone; (b) relé com travamento mecânico; (e) chave passo-a-passo; (d) relê diferencial; (e) relé térmico; (f) relé medidor. Eletrênica Básira: teoria é prótica