19525005 SENAI42 Retificacao de Onda Completa

8/19/2019 19525005 SENAI42 Retificacao de Onda Completa

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Série de Eletrônica

Sumário

Introdução 5

Retificação de onda completa 6

Retificação de onda completa com derivação central 7Funcionamento 7

Tensão e corrente de saída 10

Retificação de onda completa em ponte 15Funcionamento 16

Tensão e corrente de saída 20

Fonte de alimentação de onda completa 23

ontes retificadoras comerciais 26

!p"ndice 2#

$uestion%rio 2#

&i'lio(rafia 2#

SENAI


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Espaço SENAI

Missão do Sistema SENAI

Contribuir para o fortalecimento da indústria e o desenvolvimento pleno e sustentável do País, promovendo a educação para o trabalo e acidadania, a assist!ncia t"cnica e tecnol#$ica, a produção e disseminação

de informação e a ade%uação, $eração e difusão de tecnolo$ia&


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3


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Retificação de onda completa

Introdução

A retificação de meia onda tem aplicaç'es muito restritas devido ( bai)aefici!ncia e a $rande variação no tempo da tensão de saída&

Esses efeitos podem ser minimi*ados pelo uso de um circuito retificadorde onda completa, %ue possibilita não s# aumentar a efici!ncia da conversãoca+cc como tamb"m diminuir a ondulação na tensão de saída do circuito& Poressa ra*ão, essa classe de circuitos retificadores " lar$amente empre$ada namaioria dos e%uipamentos eletrnicos operando no re$ime de cc&

Este fascículo tratará dos circuitos retificadores de onda completa ondeserá descrito o princípio de funcionamento e a metodolo$ia de cálculo de

par-metros e de pes%uisa de defeitos, visando a capacitar o leitor a utili*ar ereparar essa cate$oria de dispositivos&

Para a boa compreensão do conteúdo e desenvolvimento das

atividades contidas neste fascículo, o leitor deverá estar familiarizado com os conceitos relativos a:

./ 0ransformadores&1/ 2iodo semicondutor&3/ 4etificação de meia onda&

4


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Retificação de ondacompleta

A retificação de onda completa " um processo de transformação de caem cc, %ue permite o aproveitamento dos dois semiciclos da tensão dealimentação da car$a, conforme ilustrado na Fig!

semiciclo

ciclo

⇒"IR"#I$%RE$IFI"A&%R&E %N&A

"%M'(E$A

⇒tensão retificada

Fig! 2ia$rama ilustrando o princípio de operação do circuito retificador deonda completa&

5 circuito retificador de onda completa " o mais empre$ado nose%uipamentos eletrnicos, pois permite obter um melor aproveitamento daener$ia disponível na entrada do circuito&

A retificação de onda completa pode ser reali*ada com o empre$o de umtransformador com derivação central e dois diodos semicondutores oualternativamente, pelo uso de uma ponte de %uatro diodos, conforme descrito ase$uir&

)


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RETIFICAÇÃO DE ONDA CO!"ETA CODERI#AÇÃO CENTRA"

A retificação de onda completa com derivação central " a denominaçãot"cnica %ue se dá ao circuito retificador de onda completa %ue empre$a doisdiodos semicondutores, %uando se deriva o terminal ne$ativo de saída docircuito da porção central do secundário do transformador, sendo o terminal

positivo considerado no ponto de intercone)ão dos dois diodos, conformeilustrado na Fig*&

Fig* 2ia$rama de circuito do retificador de onda completa com derivação

central&

Esse tipo de confi$uração tamb"m recebe a denominação de center tap& Ae)pressão center tap " de ori$em in$lesa, sendo tradu*ida para a lín$ua

portu$uesa como derivação central.

F$NCIONAENTO

5 princípio de funcionamento do circuito retificador de onda completa

com derivação central pode ser compreendido analisando6se a operação docircuito por semiciclo da tensão de entrada, conforme e)posto a se$uir&

Semiciclo ne%ati&o

Estabelecendo6se a refer!ncia de potencial no primário e secundário dotransformador, conforme indicado na Fig3, verifica6se, %ue durante o semiciclone$ativo da tensão de entrada, o -nodo do diodo D. fica submetido a um

potencial positivo, ao passo %ue o -nodo do diodo D1fica submetido a um

potencial ne$ativo&

+


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Fig3 4etificador de onda completa submetido a uma tensão de entrada ne$ativa&

2essa forma, o diodo D. entra no estado de condução en%uanto o diodo D1entra em blo%ueio& 7tili*ando6se o modelo ideal para o diodo semicondutor,obt"m6se o circuito e%uivalente ilustrado na Fig4& Como pode ser aí observado,a condição de condução de D. permite a circulação de corrente atrav"s da car$ado terminal positivo para o terminal de refer!ncia& Nessas condiç'es, a tensãoe)istente no primário " transferida, com uma inversão de sinal, diretamente paraa car$a&

Fig4 Circuito e%uivalente para o retificador de onda completa durante osemiciclo ne$ativo&

,


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Semiciclo po'iti&o

2urante o semiciclo positivo, ocorre a inversão de polaridade nosecundário do transformador, conforme ilustrado na Fig)& Conse%8entemente,

o diodo D. torna6se inversamente polari*ado entrando em blo%ueio& 5estado de polari*ação direta nesse caso ocorre no diodo D1, %ue entra no re$ime decondução&

Fig) Circuito retificador de onda completa submetido a uma tensão positiva&

5 circuito e%uivalente durante este semiciclo ", portanto, oposto (%uele

correspondente ao semiciclo ne$ativo, conforme ilustrado na Fig+& A correntea$ora circula pela car$a, atrav"s do diodo D1 %ue está em condução& 5 flu)o decorrente mant"m6se no mesmo sentido da%uele obtido durante o semiciclone$ativo, e a tensão no primário " transferida diretamente para a car$a,conforme ilustrado na Fig+&

Fig+ Circuito e%uivalente para o retificador de onda completa durante o

semiciclo positivo&

-


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Analisando6se, portanto, um ciclo completo da tensão de entrada,verifica6se %ue o circuito retificador transfere para a car$a dois semiciclos detensão positiva com relação ( refer!ncia de potencial, conforme ilustrado naFig,, onde os diodos condu*em isoladamente em cada semiciclo&

Fig, 4esposta do retificador durante um ciclo completo na entrada&

TENSÃO E CORRENTE DE SA(DA

Ten'ão de 'a)da

A retificação de onda completa com derivação central transfere ( car$adois semiciclos positivos de tensão para cada ciclo da tensão de entrada& Como atensão de saída " formada de pulsos id!nticos de tensão, o %ue " mostrado naFig-, a tensão cc %ue seria medida na car$a pode ser obtida determinando6se ovalor m"dio da tensão de saída em apenas um semiciclo da tensão de entrada&

Fig- 2epend!ncia temporal da tensão na saída do retificador&

.


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7ma ve* %ue a m"dia pode ser calculada em um único semiciclo, o valora ser obtido deve corresponder ao dobro da%uele determinado no caso doretificador de meia onda& 2essa forma, e com base nos resultados obtidos para oretificador de meia onda, a tensão V cc medida na car$a " dada por

1 9má)cc

π−

=V V

V

:.;

Inserindo a relação

1 camá) V V =

na E/0!1, resulta

11 9cacc

π−

=V V

V

:1;

A tensão V ca " a%uela medida no secundário do transformador comrespeito ao ponto de derivação central, conforme indicado na Fig., ecorresponde ao valor medido na entrada& Pode6se, portanto, concluir %ue<

rendimento da retifica!ão de onda completa com deriva!ão

central " o dobro da#uele obtido na retifica!ão de meia onda$

!2


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Fig. Par-metros de medição no retificador de onda completa do tipo center tap&

5bservando atentamente o processo de retificação de onda completa comderivação central, verifica6se %ue cada metade do circuito corresponde a umretificador de meia onda %ue opera isoladamente em cada semiciclo da tensão deentrada, conforme ilustrado na se%8!ncia de dia$ramas da Fig!2&

Como neste tipo de retificação um ciclo completo da tensão ca de entrada" transformado em dois semiciclos de tensão sobre a car$a, conclui6se %ue afre%8!ncia dos picos de tensão na car$a " o dobro da fre%8!ncia da rede&

!!


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Fig!2 4etificador de onda completa visto como dois retificadores de meia onda%ue se alternam a cada semiciclo da tensão de entrada&=uando o valor efetivo da tensão de entrada for muito superior ao valor

V 9, este pode ser despre*ado na E/0!1 para o cálculo de V cc& Nessa apro)imação,a E/0!1assume a forma simplificada

1 má)

cc π=

V V

:3;

!*


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Inserindo a relação

camá) 1 V V =

, na E/031, obt"m6se

caca

cc >,?11

V V

V =π

=

:@;

Com valores típicos de >, e >,3B para o potencial de barreira do silício edo $erm-nio, respectivamente, a e)pressão apro)imada dada pela E/041 podeser utili*ada na prática %uando a condição V ca ≥ .>V for satisfeita&

No retificador de onda completa, a tensão cc na car%a pode

atin%ir &'( do valor ca medido entre um dos terminais e)tremos dosecundário e o ponto de deriva!ão central$

Corrente de 'a)da

Como as variaç'es da corrente na car$a se$uem as mesmas variaç'es datensão aí presente em cada instante de tempo, conclui6se %ue a corrente m"diano resistor R pode ser determinada simplesmente pela e)pressão

cccc

RV I =

:;

A se$uir são apresentados dois e)emplos do cálculo da tensão e dacorrente cc no retificador de onda completa com derivação central&

Eemplo ! Para o circuito retificador com diodo de silício ilustrado na Fig!!,determinar V cc e I cc para V ca D B&

!3


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Fig!! Circuito retificador para o Eemplo !&

Com V ca F .> B, utili*a6se a E/0*1, ou seGa,

−×=

−××=

π−×

×=.@,3

,>@,H1

.@,3

,>.,@.1

,>11ccV

B@,?@1,@1.@,3

,1 cc =×=

×=⇒ V

A corrente na car$a " obtida com o uso da E/0)1, fornecendo

mA@,?@ >>>.

B?@@ cc =Ω=

.

, I

Eemplo * Para o circuito retificador com o diodo de silício ilustrado naFig!*, determinar V cc e I cc para V ca D 1> B&

Fig!* Circuito retificador para o Eemplo *&

!4


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Com V ca .> B, utili*a6se a E/041& Note6se, no entanto, %ue na Fig!* a posição dos diodos está invertida com respeito ( confi$uração da Fig!!& 7matroca de sinal ", portanto, necessária no primeiro membro da E/041, fornecendo

B.H1>>,??,> cacc =×==− V V

B.H cc −=⇒ V

7tili*ando a E/0)15 a corrente na car$a "

mA?,1.

H1>

.HB cc −=

Ω

−= I

RETIFICAÇÃO DE ONDA CO!"ETA E!ONTE

A retificação de onda completa em ponte utili*a %uatro diodossemicondutores e transfere para a car$a uma onda retificada, sem a necessidadede uso de um transformador com derivação central, conforme ilustrado naFig!3&

Fig!3 4etificador de onda completa com ponte de %uatro diodos&

!)


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Esse tipo de confi$uração, tamb"m denominado de Ponte de Graëtz , temo seu princípio de funcionamento descrito a se$uir&

F$NCIONAENTO

Semiciclo po'iti&o

Considerando o semiciclo de tensão positiva na entrada do circuitoilustrado na Fig!4, uma inspeção das polari*aç'es dos %uatro diodos indica osre$imes de operação listados na $a6ela !&

Fig!4 4etificador em ponte durante o semiciclo positivo&

$a6ela ! Polari*aç'es e re$imes de operação dos diodos durante o semiciclo positivo da tensão de entrada&

&iodo 'olari7ação Regime de operação

D. -nodo positivo em relação ao cátodo condução

D1 cátodo positivo em relação ao -nodo blo%ueio D3 cátodo ne$ativo em relação ao -nodo condução D@ -nodo ne$ativo em relação ao cátodo blo%ueio

7tili*ando o modelo da cave ideal para o diodo, e as condiç'esestabelecidas na $a6ela !, obt"m6se o circuito e%uivalente apresentado naFig!)&

!+


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Fig!) Circuito e%uivalente do retificador em ponte durante osemiciclo positivo&

Como as caves em aberto não interferem no funcionamento do circuito,verifica6se %ue D. e D3 em condução fecam o circuito el"trico, tornando os

pontos A e B da Fig!+ e%uivalentes& 2essa forma, a tensão de entrada "transferida para a car$a

Fig!+ Simplificação do circuito da Fig!)&

!,


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Semiciclo

ne%ati&o

2urante o semiciclone$ativo, ocorre a inversãode polaridade nos terminaisde entrada do circuito,conforme mostrado naFig!, e os re$imes deoperação dos diodos são

modificados conformelistado na $a6ela *&

$a6ela * Polari*aç'es e re$imes de operação dos diodos durante o semiciclone$ativo da tensão de entrada&

&iodo 'olari7ação Regime de operação

D. -nodo ne$ativo em relação ao cátodo blo%ueio D1 cátodo ne$ativo em relação ao -nodo condução D3 cátodo positivo em relação ao -nodo blo%ueio D@ -nodo positivo em relação ao cátodo condução

Com base na $a6ela *5 e utili*ando6se novamente o modelo da caveideal para o diodo, obt"m6se o circuito e%uivalente mostrado na Fig!-&

!-

Fig!, 4etificador em ponte durante o semiciclo ne$ativo&


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Fig!- Circuito e%uivalente para a ponte retificadoradurante o semiciclo ne$ativo&

5 circuito e%uivalente com as caves em aberto removidas " mostrado naFig!.& 7m e)ame do circuito indica %ue a tensão de entrada " transferida, comuma inversão de sinal, para a car$a& Como a tensão de entrada " ne$ativa,a%uela na car$a permanece positiva, completando, assim, o processo deretificação&

Fig!. Circuito e%uivalente resultante do retificador em ponte durante o semiciclo ne$ativo&

A Fig*2 ilustra como a corrente flui no circuito durante o semiciclone$ativo da tensão de entrada, onde se pode verificar %ue o flu)o de corrente sedá no mesmo sentido da%uele obtido durante o semiciclo positivo&

!.


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Fig*2 Jlu)o de corrente na ponte retificadora durante osemiciclo ne$ativo da tensão de entrada&

A ponte retificadora " muitas ve*esrepresentada nos es%uemas el"tricos pelodia$rama mostrado na Fig*!, com a

barra e a seta do símbolo do diodoindicando os terminais positivo ene$ativo, respectivamente& 5s outros dois

terminais representam os pontos decone)ão da tensão de entrada&

TENSÃO E CORRENTE DE SA(DA

Ten'ão de 'a)da

A ponte de KraLt* fornece na saída o mesmo tipo de forma de onda %uea%uela obtida no processo de retificação com derivação central& Na retificaçãoem ponte, no entanto, á uma alteração no valor de pico da tensão na car$a,devido ( e)ist!ncia de dois diodos em re$ime de condução durante cadasemiciclo da tensão de entrada& Conse%8entemente, a tensão de pico na car$a "diminuída de uma %uantidade correspondente ao dobro da %ueda de tensão V 9atrav"s de cada diodo, conforme ilustrado na Fig**&

*2

Fig*! 4epresentação da ponte retificadora&


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Fig** Par-metros definindo as tens'es de entrada e saída noretificador em ponte&

A partir dessas consideraç'es, pode6se concluir %ue a tensão cc medida nacar$a " dada pela e)pressão

11 9má)cc

π−

×=V V

V

:;

ou alternativamente

111 9cacc

π−

×=V V

V

:;

Na prática, para o caso de diodos de silício, a %ueda de tensão 1V 9 naE/0,1 poderá ser despre*ada se a tensão de entrada satisfi*er a condiçãoV ca 1> B. Nessa apro)imação, a tensão V cc poderá ser obtida por interm"dio daE/041&

7ma característica presente na confi$uração em ponte " a e)ist!ncia deuma tensão inversa V ca sobre cada diodo operando em blo%ueio, como mostradona Fig*3a& Por outro lado, como se pode observar na Fig*36, a tensão inversaaplicada sobre o diodo em blo%ueio na confi$uração center tap " praticamente

duas ve*es superior&

*!


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Essa diferença representa uma vanta$em do retificador em ponte emcomparação com o retificador do tipo center tap, pelas se$uintes ra*'es<

• 7ma menor volta$em inversa em cada diodo permite %ue o retificadorem ponte possa operar a níveis mais elevados de pot!ncia do %ue oretificador center tap&

• A tensão no secundário do transformador " utili*ada %uase %ueinte$ralmente para alimentação da car$a em cada semiciclo& Para oretificador com derivação central, metade do secundário do transformadorfica ener$i*ada apenas para manter um dos diodos em blo%ueioM o %ueimplica em uma menor efici!ncia&

**


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Fig*3 0ens'es nos diodos dos retificadores< 0a1 center tap, 061 ponte de %uatrodiodos&

Corrente de 'a)da

Como no caso do retificador de onda completa com derivação central, acorrente m"dia na car$a do retificador em ponte " dada pela E/0)1&

*3


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Eemplo 3 Para o circuito mostrado na Fig*4, %ue consiste de uma ponteretificadora com diodos de $erm-nio, determine a tensão e corrente cc na car$a&

Fig*4 Circuito retificador para o Eemplo 3&

7tili*ando a E/0,1 com V 9 D >,3 B, obt"m6se

B.>,.3

.@,3

@.,.>

.@,3

1>,1

.@,3

3,>1..,@. 1cc ==

×=

×−××=V

A corrente cc na car$a " obtida da E/0)1 com R = 1,1 Ω, resultando em

&mA?,1&1>>

.3,.>cc =Ω=V

FONTE DE A"IENTAÇÃO DE ONDACO!"ETA

5 circuito retificador de onda completa " utili*ado como fonte dealimentação para circuitos de freio eletroma$n"tico, alimentação de eletroimãs,

brin%uedos eletrnicos etc& Nas Figs *) e *+ são ilustrados os circuitos dealimentação de onda completa divididos em @ partes ou etapas discriminadas ase$uir<

*4


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E0APA .< entradaE0APA 1< controle e proteçãoE0APA 3< transformação da tensãoE0APA @< retificação

Fig*) 2ivisão do circuito retificador center tap para o dia$n#stico de defeitos&

Fig*+ 2ivisão do circuito retificador em ponte para o dia$n#stico de defeitos&

*)


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Para testar as condiç'es de operação e reali*ar a inspeção de defeitos nocircuito, o procedimento descrito no flu)o$rama da Fig*, " $eralmenteefetuado&

*+


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Fig*, Jlu)o$rama para e)ecução de testes em um retificador de onda completa&

Na e)ecução dos testes, as se$uintes consideraç'es devem ser observadas<

• O possível determinar se a saída está retificada em meia onda atrav"sda medida de tensão, uma ve* %ue

4etificação de onda completa<

cacc >,? V V =⇒

4etificação de meia onda<

cacc >,@ V V =⇒

7ma possibilidade de a saída se encontrar retificada em meia onda " a perman!ncia de um dos diodos retificadores em aberto&

• Se o defeito na etapa 1 for fusível rompido, devem6se verificar ascausas antes de se reali*ar a substituição& Possíveis causas podem ser < diodosem curto, curto entre li$aç'es ou um curto na saída da fonte& 5 rompimentodo fusível tamb"m pode ser provocado pelo funcionamento anormal docircuito alimentado pela fonte&

• IM'%R$AN$E Em ambos os tipos de retificadores, um diodo emcurto normalmente produ* curtos nos diodos restantes& Berificada a

possibilidade de e)ist!ncia de um diodo em curto, " prática comum fa*er6se atroca de todos os diodos restantes, mesmo %ue estes não acusem defeito%uando testados com um omímetro&

!ONTES RETIFICADORAS COERCIAIS

A confi$uração da ponte retificadora " muito empre$ada em e%uipamentoseletrnicos& Isso levou os fabricantes de diodos a produ*ir pontes retificadoras

pr"6fabricadas& Essas pontes nada mais são do %ue os @ diodos Gá li$ados entresi, encapsulados em um s# componente& Na Fig*- " mostrado o aspecto de duas

pontes retificadoras disponíveis comercialmente&

*,


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Fig*- Aspecto de dois chips retificadores disponíveis comercialmente&5 componente disponível comercialmente tem %uatro terminais, dois dos

%uais utili*ados para a entrada da tensão ca com os dois restantes servindo paraa saída da tensão cc& 5s terminais de entrada em ca são normalmente

identificados pelo símbolo :; sendo os de saída em cc identificados pelossímbolos :Q; e :−;, conforme indicado na Fig*-&

As desi$naç'es inscritas nos encapsulamentos mostrados na Fig*-referem6se (s características da ponte, de acordo com a se$uinte convenção<

RR duas letras %ue indicam o fabricante&9 do alemão Brücen :ponte;&@> valor limite de tensão ca em Bolts %ue pode ser

aplicada ( entrada da ponte&.>>>+.H>> corrente m"dia em mA %ue pode ser obtida na saída do

componente, onde<.&>>> − com car$a puramente resistiva na saída&.&H>> − com car$a puramente capacitiva na saída&

A Fig*. mostra o aspecto de uma fonte de alimentação montada comuma ponte retificadora comercial&

*-


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Fig*. onta$em de uma fonte de alimentação utili*ando ponte retificadora&

*.


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Ap*ndice

+$ESTION,RIO

.& 5 %ue " retificação de onda completaT

1& Como se compara o rendimento de um retificador de onda completa emrelação ao rendimento de um retificador de meia ondaT

3& =uais os valores da tensão m"dia e da tensão efetiva medidas na car$a de umretificador de onda completa de derivação central submetido a uma entradasenoidal de 3 BT Admita %ue os diodos seGam de silício&

@& 4epita a %uestão anterior para o caso de um retificador de onda completacom ponte de %uatro diodos&

& =uais são as vanta$ens do retificador em ponte em relação ao retificador comderivação centralT

-I-"IO.RAFIA

CIPEUUI, Antnio arco Bicari V SAN24INI, Baldir Woão& 0eoria dodesenvolvimento de ProGetos de Circuitos Eletrnicos & &aed& São Paulo, Orica,.?H3, H>pp&

2EKE SXS0ES & Jontes de alimentação eletrnicas&Israel, Eletrnicaodular Pantec, c.?, @?pp& ilust&

JIKINI, Kianfranco& Eletrnica IndustrialM circuitos e aplicaç'es& São Paulo,Yemus, c.?H1, 33pp&

SENAI+ 2epartamento Nacional& 4eparador de circuitos eletrnicosM eletrnica básica II& 4io de Waneiro, 2ivisão de Ensino e 0reinamento, c.?? :Coleção9ásica Senai, #dulo .;&

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