Curso de Eletrnica

Eletrnica Bsica 1 Parte 1

Prof. Kobori Prof. Antonio Carlos Kobori carloskobori@bol.com.br www.kobori.tk

Apostila de EB1 verso 2006.1 todos direitos reservados ELETRNICA BSICA 1 Prof. Kobori.

MLTIPLOS E SUBMLTIPLOS Para representar as grandezas eltricas, utilizamos como em outras

grandezas os mltiplos e submltiplos . A utilizao se faz necessrio pois, em algumas grandezas suas representatividades so muito altas ou muito baixas, alem de facilitar os clculos .

Giga G 109

1000000000

Mega M 106

1000000

Kilo K 103

1000

Unidade 100

1

mili m 10-3

,001

micro 10-6

,000001

nano n 10-9

,000000001

pico p 10-12

,000000000001

A potncia de dez um recurso matemtico utilizado para representar de forma simplificado quantidades muito grandes ou muito pequenas por meio da multiplicao do algarismo significativo pela base de dez elevada a um expoente positivo ou negativo. Em eletricidade e eletrnica, muito importante que o expoente seja um mltiplo de trs, possibilitando a substituio da potncia de dez pelo prefixo mtrico correspondente. REGRAS MATEMTICAS Transformao de expoentes da base dez Para a transformao em potncia de dez usaremos uma regra simples, se aumentar o valor do expoente dever diminuir na mesma proporo o algarismo significativo e, se diminuir o expoente dever aumentar na mesma proporo o algarismo significativo.

Exemplo: ()()32102,11012 Adio e subtrao com potncias de dez

Ajustar a potncias de dez das bases a um mesmo expoente e somar ou subtrair os seus algarismos significativos de acordo com a operao desejada.

Exemplo: ()()()()33332102,9108102,11081012=++ Multiplicao e diviso com potncias de dez Multiplicar ou dividir os algarismos significativos e, respectivamente, somar ou subtrair os expoentes das potncias de dez, conforme a operao desejada.

Exemplo:()()52310241021012=

1 ELETRNICA BSICA 1 Prof. Kobori. EXERCCIOS 1. Transformao

a) 10 x 103

=..........................x101

b) 3,5 x 10-6

= ........................x10-2

c) 5,25 M = ...................K d) 15,25 mA = ................. A e) 0,125 F = ................. p F f) 12 KpF = ............................. F 2. Calcule a) (12 A ) + (120 n A) = b) (125 p F) + (0,18 n F) = c) (12 M ) - (6 K ) = d) (45 A) x ( 35 n A) = e) (30 n A) / (15 A) =

f) (425x103

) + (250x10-1

) =

2 ELETRNICA BSICA 1 Prof. Kobori. TENSO, CORRENTE E RESISTNCIA ELTRICA. Se observarmos, veremos que estamos cercados de equipamentos eletro-eletrnicos, em nossa casa , no trabalho , diverso , ou seja, so produtos que sem eles nossa vida sofreria uma grande transformao , ou at mesmo um caos. Todos esses equipamentos traz intrnseco as trs grandezas fundamentais para o estudo da eletroeletrnica, so elas a Tenso , a Corrente e a Resistncia eltrica.

Recorremos a estrutura bsica do tomo para incio de nossa anlise e estudos. O tomo e formado por um ncleo onde esto as cargas positiva (prtons) e as carga neutras (nutrons); em rbita nas camadas orbitais se localizam os eltrons com carga negativa . Sero estes eltrons responsveis pela corrente eltrica que estudaremos. Carga Eltrica

Um corpo tem carga negativa se nele h um excesso de eltrons e positiva se h falta de eltrons em relao ao nmero de prtons. A quantidade de carga eltrica de um corpo determinada pela diferena entre o nmero de prtons e o nmero de eltrons que um corpo contm. O smbolo da carga eltrica de um corpo Q, expresso pela unidade Coulomb (C). A carga de

um Coulomb negativo significa que o corpo contm uma carga de 6,24 x 1018

mais eltrons do que prtons. Diferena de Potencial - Tenso Eltrica

Graas fora do seu campo eletrosttico, uma carga pode realizar trabalho ao deslocar outra carga por atrao ou repulso. Essa capacidade de realizar trabalho chamada potencial. Quando uma carga for diferente da outra, haver entre elas uma diferena de potencial (E).

A soma das diferenas de potencial de todas as cargas de um campo eletrosttico conhecida como fora eletromotriz.

A diferena de potencial (ou tenso) tem como unidade fundamental o volt(V). Ncleo Prtons (+) Nutrons (neutras) Eltrons

3 ELETRNICA BSICA 1 Prof. Kobori. Corrente

Corrente (I) simplesmente o fluxo de eltrons. Essa corrente produzida pelo deslocamento de eltrons atravs de uma ddp em um condutor. A unidade fundamental de corrente o Ampre (A). 1 A o deslocamento de 1 C atravs de um ponto qualquer de um condutor durante 1 s, sendo portanto 6,24x10eltrons por segundo. 18 I=Q/t

O fluxo real de eltrons do potencial negativo para o positivo. No entanto, conveno representar a corrente como indo do positivo para o negativo. Resistncia Eltrica

Resistncia a oposio passagem de corrente eltrica. medida em ohms (). Quanto maior a resistncia, menor a corrente que passa.

Os resistores so elementos que apresentam resistncia conhecida bem definida. Podem ter uma resistncia fixa ou varivel. Circuito Eltrico Neste circuito eltrico fundamental, notamos a representao destas grandezas eltricas: Fonte de tenso Chaves ou interruptores Carga e Resistncia importante observar que para que haja corrente eltrica preciso uma fonte de tenso e o circuito fechado. Potncia Eltrica

De uma maneira geral, os aparelhos eltricos so dispositivos que transformam energia eltrica em outras formas de energia. Por exemplo: em um motor eltrico, a energia transformada em energia mecnica de rotao do motor; em um aquecedor, a energia eltrica transformada em calor; em uma lmpada incandescente, a energia eltrica transformada em energia luminosa, etc. Uma corrente eltrica realiza trabalho fazendo funcionar um motor, aquecendo um fio e de outras maneiras.

A potncia de uma corrente, ou o trabalho que ela realiza por segundo, depende de sua intensidade e da tenso. Um watt a potncia de uma corrente de 1 Ampre, quando a diferena de potencial 1 volt. Para calcular a potncia

eltrica podemos usar a equao P = V x I

4 ELETRNICA BSICA 1 Prof. Kobori. EXERCCIOS

1. Conceitue Tenso eltrica.

2. Conceitue Corrente eltrica.

3. Conceitue Resistncia eltrica.

4. Conceitue Potncia eltrica.

5. Calcule a quantidade de eltrons que circula por uma seo de um condutor , por segundo , quando temos uma intensidade de corrente eltrica de :

a)1,25 A b)250 mA c)700 A

6. Pode haver tenso eltrica sem a necessidade de corrente eltrica, no entanto no poder haver corrente eltrica sem uma tenso eltrica e um circuito fechado. Comente a afirmao acima, conceituando as grandezas eltricas.

5 ELETRNICA BSICA 1 Prof. Kobori. RESISTORES E CDIGOS DE CORES

Resistores so componentes que tm por finalidade oferecer uma oposio passagem de corrente eltrica, atravs de seu material. A essa oposio damos o nome de resistncia eltrica, que possui como unidade o ohm (), onde encontramos como mltiplos mais usuais:

Kilo - ohm (K)

Mega - ohm (M) Os resistores fixos so comumente especificados por trs parmetros:

O valor nominal da resistncia eltrica; A tolerncia, ou seja, a mxima variao em porcentagem do valor

nominal; Mxima potncia eltrica dissipada

Exemplo: Tomemos um resistor de 1000 +/- 5% - O,33W, isso significa que

possui um valor nominal de 1000 , uma tolerncia sobre esse valor de mais ou menos 5% e pode dissipar uma potncia de no mximo 0,33 watts.

Dentre os tipos de resistores fixos, destacamos os de:

Fio

Filme de carbono

Filme metlico.

Resistor de fio: Consiste basicamente em um tubo cermico, que servir de suporte para enrolarmos um determinado comprimento de fio, de liga especial para obter-se o valor de resistncia desejado. Os terminais desse fio so conectados s braadeiras presas ao tubo.

6 ELETRNICA BSICA 1 Prof. Kobori. Os resistores de fio so encontrados com valores de resistncia de alguns ohms at alguns Kilo-ohms, e so aplicados onde se exige altos valores de potncia, acima de 5W, sendo suas especificaes impressas no prprio corpo.

Resistor de filme de Carbono: Consiste em um cilindro de porcelana recoberto por um filme (pelcula) de carbono. O valor da resistncia obtido mediante a formao de um sulco, transformando a pelcula em uma fita helicoidal. Esse valor pode variar conforme a espessura do filme ou a largura da fita. Como revestimento, encontramos uma resina protetora sobre a qual ser impresso um cdigo de cores, identificando seu valor nominal e tolerncia. Os resistores de filme de carbono so destinados ao uso geral e suas dimenses fsicas determinam a mxima potncia que pode dissipar.

Resistor de filme metlico:

Sua estrutura idntica ao de filme de carbono, somente que, utilizamos uma liga metlica (nquel-cromo) para formarmos a pelcula, obtendo valores mais precisos de resistncia com tolerncias de 1 % e 2%.

7 ELETRNICA BSICA 1 Prof. Kobori.

1 e 2 faixas 1 e 2 dgitos

3 faixa Multiplicador 4 faixa Tolerncia

Cor Dgito Cor Multiplicador Cor Tolerncia

Preto 0 Preto 1 Prata 10%

Marrom 1 Marrom 10 Ouro 5%

Vermelho 2 Vermelho 100 Sem faixa

20%

Laranja 3 Laranja 1000

Amarelo 4 Amarelo 10000

Verde 5 Verde 100000

Azul 6 Azul 1000000

Violeta 7 Prata 0,01

Cinza 8 Ouro 0,1

Branco 9

8 ELETRNICA BSICA 1 Prof. Kobori. Exerccios 1. Coloque o valor nominal dos resistores abaixo:

Cores /faixas Valor nominal

1 marrom preto ouro ouro

2 vermelho vermelho prata ouro

3 verde azul prata prata

4 marrom cinza preto ouro

5 marrom cinza vermelho marrom S/faixa

6 vermelho vermelho vermelho Ouro

7 vermelho violeta vermelho Ouro

8 Laranja laranja vermelho Ouro

9 verde azul laranja Ouro

10 azul cinza vermelho laranja S/faixa

2. Complete as cores para os resistores abaixo:

Cores /faixas Valor nominal

1 OURO 120R

2 OURO 180R

3 OURO 270R

4 OURO 1K

5 OURO 1K2

6 OURO 270K

7 OURO 1M2

8 OURO 2M7

9 OURO 3M3

10 OURO 470K

9 ELETRNICA BSICA 1 Prof. Kobori. Experimento: Cdigo de cores e medidas de Resistores.

1) Preencha a tabela abaixo:

Resistor Cores Valor Nominal (Vn)

Valor Medido (Vm)

Tolerncia %V

1

2

3

4

5

6

7

8

100%=VnVmVnR 2) Concluses e comentrios.

10 ELETRNICA BSICA 1 Prof. Kobori. Lei de OHM

Consideremos uma resistncia (R) ao qual foi aplicada uma certa tenso (V). Esta tenso estabelecer, na resistncia, uma corrente (I). Variando o valor da tenso aplicada na resistncia, verificamos que a corrente que passa por ele tambm se modifica. O cientista alemo George Ohm realizou vrias experincias, medindo estas tenses (e as correntes correspondentes) quando aplicadas em diversos valores de resistncias diferentes. Verificou ento que, para muitos materiais, a relao entre a tenso e a corrente mantinha-se constante, isto , V / I= constante. Mas V / I representa o valor da resistncia R. Este resultado conhecido como lei de Ohm (V = R.I). A representao grfica cartesiana em um biplo ohmico uma resultante reta como mostra abaixo, sendo a resultante tg=v/I que equivale ao valor de R. Atividades:

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

20 V VI R

1. Em um experimento foram constatados valores como mostra as tabelas abaixo, construa um grfico

cartesiano com os dados e, obtenha o valor das resistncias.

V Ra

2v 8mA

4v 16mA

6v 24mA

12v 48mA

Rb

5mA 10mA 15mA 30mA

V = R x I

11 ELETRNICA BSICA 1 Prof. Kobori.

10V

Aplicaes

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

1.

V R I

R1 50R

R2 150mA

R3 15v 300R

R4 25R

P

2.

V R I

R1 10ma

R2 10V 2K

R3 15V

R4 1K5

R5

3. V

P R

I P R1

R2 3V

1mA R3

R4 6V

15K

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

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

30V R4R3R2+VttR1R5R4R3R2+VttR1R4R3R2+VttR1

12 ELETRNICA BSICA 1 Prof. Kobori.

Atividades

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

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

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

Resp:VR2=........... Resp:VR2=........... Resp: R1=.......................

VR1=.................... +Vt10VR215kR11k +Vt10VR3500RR43kR22,5kR11k Itotal=10mA + Vt 75V R31,5kR41,5kR1R21,5k

13 ELETRNICA BSICA 1 Prof. Kobori. Exerccios 01- Sendo o circuito abaixo: Preencha a tabela abaixo, calculando os valores; (no esquecer as unidades) V R I R1 R2 R3 R4 R5 02) Calcule o valor da potncia dissipada no Resistor R5, caso o resistor R3 entre em curto. +V113,5VR52k7R41k5R3680 RR2820 RR13k3

14 ELETRNICA BSICA 1 Prof. Kobori. Experimento: Comprovao da Lei de Ohm 1. Circuito 2. Com o circuito montado, utilizando o multmetro, efetue as medidas e preencha o quadro abaixo. V I (RA) I (RB) 3v 5v 7v 9v 10v 12v 15v 3. Com os valores obtidos, construa o grfico cartesiano e calcule o valor das resistncias. 4. Elabore um comentrio conclusivo. RA+Vtt RB

15 ELETRNICA BSICA 1 Prof. Kobori. Experimento: Aplicao da Lei de Ohm 1. Circuito 2. Montar o circuito e preencher a tabela abaixo: Terico Experimento V I V I R1 R2 R3 R4 R5 3. Elabore um comentrio conclusivo do experimento. R51,5kR41KR3470RR2680RR1390R+Vtt12V

16 ELETRNICA BSICA 1 Prof. Kobori. Potencimetro Quando estudamos os resistores, vimos que estes podem ser divididos em fixos e variveis. Os resistores variveis so conhecidos como potencimetros, devido suas aplicaes como divisores da tenso em circuitos eletrnicos. Um potencimetro, conforme mostra a figura, consiste basicamente em uma pelcula de carbono, ou em um fio que percorrido por um cursor mvel, atravs de um sistema rotativo ou deslizante, altera o valor da resistncia entre seus terminais. Comercialmente, os potencimetros so especificados pelo valor nominal da resistncia mxima, impresso em seu corpo. Terminal do CURSOR Terminal EXTREMO PELCULA RESISTlVA ou ENROLAMENTO DE FIO CURSOR MVEL

Na prtica, encontramos vrios modelos de potencimetros, que em funo do tipo de aplicao, possuem caractersticas mecnicas diversas. Abaixo, visto um potencimetro de fio, alguns tipos de potencimetros de pelcula de carbono.

17 ELETRNICA BSICA 1 Prof. Kobori. Exerccio 1) No circuito, R1 uma resistncia hmica de valor nominal de 1K, o potencimetro utilizado para calibrar o circuito de tal forma que, circule pela R1 uma corrente de 10 mA. Qual ser o valor de resistncia que deve ter P1 no ajuste, para tal ocorrncia? 2) Para o circuito do exerccio acima, qual (is) potencimetros poderemos utilizar? Justifique sua resposta. a) 470 R b) 1 k c) 270 R

d) 370 R P1+Vt25VR4470RR3470RR2820RR11k

18 ELETRNICA BSICA 1 Prof. Kobori. CAPACITOR O capacitor um componente, que tem como finalidade, armazenar energia eltrica. formado por duas placas condutoras, tambm denominadas de ar-maduras, separadas por um material Isolante ou dieltrico, ligados a estas placas condutoras, esto os terminais para conexo deste com outros componentes. Capacitncia e a caracterstica que o capacitor apresenta de armazenar cargas eltricas por unidade de tenso. Portanto, podemos escrever a relao: Onde: C = capacitncia Q = carga eltrica V = tenso

Quando aplicarmos uma tenso igual a 1 volt (V) e o capacitor armazenar 1Coulomb(C), teremos ento uma capacitncia Igual a 1 Farad (F). Devido s dificuldades construtivas, os capacitores encontram-se situados em faixa de valores submltiplos do Farad como micro Farad (F), nano Farad (nF) e o pico Farad (pF). Alm do valor da capacitncia, preciso especificar o valor limite da tenso a ser aplicada entre seus terminais, Esse valor denominado tenso de isolao e varia conforme o tipo de capacitor. Na prtica, encontramos vrios tipos de capacitores, com aplicaes especficas, dependendo de aspectos construtivos, tais como, material utilizado como dieltrico, tipo de armaduras e encapsulamento. Dentro dos diversos tipos, destacamos: 1 - Capacitores plsticos (poliestireno, polister): consistem em duas folhas de alumnio separadas pelo dieltrico de material plstico, Sendo os terminais ligados s folhas de alumnio, o conjunto bobinado e encapsulado, formando um sistema compacto. Uma outra tcnica construtiva a de vaporizar alumnio em ambas as faces do DITRICO VQC=

19 ELETRNICA BSICA 1 Prof. Kobori. dieltrico, formando o capacitar. Essa tcnica denominada de metalizao e traz como vantagem, maior capacidade em comparao com os de mesmas dimenses dos no metalizados. 2 - Capacitores eletrolticos de alumnio: Consistem em uma folha de alumnio anodizada como armadura positiva, onde por um processo eletroltico, forma-se uma camada de xido de alumnio que serve como dieltrico, e um fluido condutor, o eletrlito que impregnado em um papel poroso, colocado em contato com outra folha de alumnio de maneira a formar a armadura negativa. O conjunto bobinado, sendo a folha de alumnio anodizada, ligado ao terminal positivo e a outra ligada a uma caneca tubular, encapsulamento do conjunto, e ao terminal negativo. Os capacitores eletrolticos, por apresentarem o dieltrico como uma fina camada de xido de alumnio e em uma das armaduras um fluido, constituem uma srie de altos valores de capacitncia, mas com valores limitados de tenso de isolao e terminais polarizados. De forma idntica, encontramos os capacitores eletrolticos de tntalo, onde o dieltrico formado por xido de tntalo, cuja constante dieltrica faz obter-se um capacitor de pequenas dimenses, porm com valores de tenso de isolao, mais limitados. 3 - Capacitores cermicos: Apresentam como dieltrico um material cermico, que revestido por uma camada de tinta, que contm elemento condutor, formando as armaduras. O conjunto recebe um revestimento isolante. So capacitores de baixos valores de

capacitncia e altas tenses de isolao. +

20 ELETRNICA BSICA 1 Prof. Kobori. 4 Capacitores variveis:

Um conjunto de placas fixas inum de placas mveis que podem girar em

torno de um eixo comum. assim, a rea efetiva do capacitor varia e, por conseqncia, a capacitncia. Foi bastante empregado na sintonia dos

receptores de rdio com vlvulas

Com o advento dos transistores, surgiu a necessidade de reduzir o tamanho, o que foi obtido pelo uso de filme plstico como dieltrico e

no ar. Na atualidade, sintonia feita com diodos de capacitncia varivel (varicap) e capacitores variveis deste tipo s devem ser

encontrados em alguns equipamentos de radiofreqncia de aplicao industrial. Construo similar (mas com apenas duas placas) pode ser

usada em pequenos capacitores ajustveis (trimmer, padder). Existem outras construes como, por exemplo, para tenses muito

altas, para montagem superficial (SMD), etc. Leitura de capacitores

O valor do capacitor, "B", de 3300 pF (picofarad = 10-12

F) ou 3,3 nF (nanofarad = 10-9

F) ou

0,0033 F (microfarad = 10 -6

F). No capacitor "A", devemos acrescentar mais 4 zeros aps os dois primeiros algarismos. O valor do capacitor, que se l 104, de 100000 pF ou 100 nF ou 0,1F. O desenho ao lado, mostra capacitores que tem os seus valores, impressos em nanofarad (nF) =

10-9

F. Quando aparece no capacitor uma letra "n" minscula, como um dos tipos apresentados ao lado por exemplo: 3n3, significa que este capacitor de 3,3nF. No exemplo, o "n" minsculo colocado ao meio dos nmeros, apenas para economizar uma vrgula e evitar erro de interpretao de seu valor.

21 ELETRNICA BSICA 1 Prof. Kobori. Note nos capacitores acima, envolvidos com um crculo azul, o aparecimento de uma letra maiscula ao lado dos nmeros. Esta letra refere-se a tolerncia do capacitor, ou seja, o quanto que o capacitor pode variar de seu valor em uma temperatura padro de 25 C. A letra "J" significa que este capacitor pode variar at 5% de seu valor, a letra "K" = 10% ou "M" = 20%. Segue na tabela abaixo, os cdigos de tolerncias de capacitncia. At 10pF Cdigo Acima de 10pF

0,1pF B

0,25pF C

0,5pF D

1,0pF F

1% G

2% H

3% J

5% K

10% M

20% S -50% -20% Z +80% -20% ou +100% -20% P +100% -0%

Capacitores de Polister Metalizado usando cdigo de cores A tabela abaixo, mostra como interpretar o cdigo de cores dos capacitores abaixo. No capacitor "A", as 3 primeiras cores so, laranja, laranja e laranja, correspondem a 33000, equivalendo a 33 nF. A cor branca, logo adiante, referente a 10% de tolerncia. E o vermelho, representa a tenso nominal, que de 250 volts.

22 ELETRNICA BSICA 1 Prof. Kobori. 1 Algarismo 2 Algarismo 3 N de zeros 4 Tolerncia 5 Tenso PRETO 0 0 -

20% - MARROM 1 1 0 - - VERMELHO 2 2 00 - 250V LARANJA 3 3 000 - - AMARELO 4 4 0000 - 400V VERDE 5 5 00000 - - AZUL 6 6 - - 630V VIOLETA 7 7 - - - CINZA 8

8 - - - BRANCO 9 9 -

10% -

ASSOCIAO DE CAPACITORES Em geral, os circuitos eltricos e eletrnicos so constitudos de vrios componentes, associados de diferentes maneiras. Uma forma simples de abordar esse tipo de problema considerar a associao dos componentes de um mesmo tipo. Veremos agora como tratar a associao de capacitores. Capacitncia equivalente de uma associao em paralelo A associao em paralelo ilustrada ao lado, para o caso de dois capacitores. O que caracteriza esse tipo de associao a igualdade de potencial entre as placas dos capacitores. Na ilustrao, as placas superiores esto com o mesmo potencial, dado pelo plo positivo da bateria. Da mesma forma, as placas inferiores esto com o mesmo potencial negativo. Portanto, as diferenas de potencial so iguais, i.e., V

1=V

2 =V.

C eq

= C1+C

2

23 ELETRNICA BSICA 1 Prof. Kobori. Capacitncia equivalente de uma associao em srie

No caso da associao em srie, fcil concluir que so iguais as cargas

acumuladas nas placas de todos os capacitores. Ento, se as cargas so iguais,

mas as capacitncias so diferentes, ento os potenciais tambm sero

diferentes. Portanto,

Q 1= Q

2= Q = C

1V

1= C

2V

2

2121CCCCCeq+= Atividades: 1. Faa uma leitura sobre o assunto leitura de capacitores e elabore uma pesquisa sobre o referido assunto. 2. Calcule o valor do Ceq entre os pontos A e B dos circuitos abaixo: a) b) A B A

BC3900nFC240uFC110uF C3900nFC240uFC110uFC410uF

24 ELETRNICA BSICA 1 Prof. Kobori. Carga e descarga de capacitor. Observando o circuito ao lado, nota-se que se a chave S for posicionada na posio 1, inicia-se o processo de carga do capacitor C, assim a tenso Vc atingir o limite da tenso V, onde neste ponto VVc O tempo deste processo definido pela equao CR=, chamada de constante de tempo, que diretamente proporcional ao valor de capacitncia e ao valor de resistncia. Para calcularmos o valor de tenso no capacitor Vc em um determinado instante do processo de carga temos, onde: =/1TeVVc Vc = tenso do capacitor V = tenso da fonte T = instante analisado = constante de tempo RC e = constante matemtica Euler Para o processo de descarga, chave S na posio 2, o preceito terico o mesmo do processo de carga, sendo a equao que define a Vc em um determinado instante : , onde Vmax a tenso existente no capacitor C. /maxTeVVc= Aproximadamente o capacitor se carrega ou descarrega na com 2/3 da tenso total na primeira constante de tempo e, se carrega ou descarrega totalmente aps 5 constantes de tempo. Carga Descarga

25 ELETRNICA BSICA 1 Prof. Kobori. Exerccios 1. Conforme o circuito abaixo, calcule o tempo para que o capacitor C1 atinja a tenso de 15 V aps o fechamento de S1, supondo que o estado inicial de C1 totalmente descarregado. 2. O circuito abaixo representa uma etapa de controle de tempo de disparo de uma central de alarme residencial. Qual ser o valor de ajuste em P1 tal que a tenso do capacitor atinja 44,65 V aps 15 segundos de acionamento de S1, sabendo que o capacitor est totalmente descarregado inicialmente. 3. Esboce em um nico plano cartesiano Tenso x Tempo a curva de carga do capacitor C1, do circuito, nas situaes de R1, R2 e R3. Adotar eixo T (10s/div) e eixo V (2v/div). C11000uFS1+VT20VR115k C12200uFS1+VT60VP1R12,5kR215k C14700uF+VT30VR356kR110kR227k

26 ELETRNICA BSICA 1 Prof. Kobori. 4. Sendo o circuito abaixo: 4.1 Supondo o C1 descarregado, aps 250ms do processo de carga, qual o valor da tenso em C1? 4.2 Supondo C1 carregado com o valor de VT, aps 750ms do processo de descarga qual ser a tenso em C1? 5. Construa o grfico de carga para o circuito acima. 6. Construa o grfico de descarga para o circuito acima C110uF+VT30VS1R115kR250k

27 ELETRNICA BSICA 1 Prof. Kobori. Experimento: Processo de carga e descarga de capacitor 1. Sendo o circuito abixo: 2. Preencha a tabela abaixo para o processo de carga. Vc medido

0v 1v 2v 3v 4v 5v 6v 7v 8v 9v 10v 11v 12v T Vc calculado

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

12v 11v 10v 9v 8v 7v 6v 5v 4v 3v 2v 1v 0v T Vc calculado

4. Construa o grfico de carga e descarga o circuito. C11000uF+VT12VS1R122k

28 ELETRNICA BSICA 1 Prof. Kobori. Estudo da Onda Senoidal No estudo da tenso eltrica, vamos dividir esta grandeza em dois grupos: As tenses continuas e as tenses no continuas ou oscilantes. A tenso continua aquela utilizada na grande maioria dos equipamentos eletrnicos, so as encontradas em baterias, pilhas e fontes de alimentao DC. A tenso contnua possui o mesmo valor de tenso (amplitude), ao longo do tempo, podendo assumir valor positivo ou negativo em relao ao referencial. As tenses oscilantes so aquelas que no possuem um valor constante de amplitude ao longo do tempo, podendo existir tenses oscilantes com valores acima ou abaixo do eixo da referencia, sendo o eixo imaginrio de diviso simtrica da onda, comumente chamado de componente DC. A onda senoidal alternada, encontrada principalmente na rede eltrica, descreve uma funo senoidal, obviamente, e alternada ao eixo referencial, ou seja, o eixo de simetria coincide com o eixo referencial, implicando em uma componente DC de valor nulo.

29 ELETRNICA BSICA 1 Prof. Kobori. Para o estudo da onda senoidal alternada ter-se-o os seguintes componentes: Vp: indica o mximo valor de pico positivo ou negativo em relao ao referencial. Vpp: indica o valor entre o pico Maximo positivo e Maximo negativo, Vpp= 2Vp Vac: tambm chamado de Veficaz ou Vrms(root mean square, ou seja, valor mdio da senide), o valor continuo equivalente imaginrio, definido por: Vac = Vp x 0,707. Exemplos: Sendo a tenso da rede eltrica alternada de valor 127 Vac e 60Hz, esboce o grfico com valores. Vp = Vac/0,707 > VP = 127/,0707> Vp = 179,63Vp Assim: Vpp = 2Vp> Vpp = 359,26 Vpp T = 1/F> T = 1/ 60Hz> T = 16,6 mS Vpp= 359,26Vpp Vp = 179,63VpVp = 179,63VpT = 16,6 mS

30 ELETRNICA BSICA 1 Prof. Kobori. Transformador O Transformador formado por um ncleo ferromagntico e pelos enrolamentos primrio e secundrio. Sua funo principal elevar ou reduzir a tenso alternada aplicada em seu primrio. A tenso aplicada na bobina do primrio, (Vt), gera um fluxo magntico concentrado no ncleo que ser induzido na bobina do secundrio, a qual gera uma tenso proporcional chamada de tenso no secundrio (Vs). Idealmente, a potencia presente no primrio do transformador totalmente transferida para o secundrio, ou seja, Ps = Pp A relao entre o numero de espiras Np do primrio e Ns do secundrio determina a relao entre as tenses Vp e Vs e tambm a relao entre as correntes Ip e Is. Portanto pode-se perceber que em um trafo elevador de tenso a corrente no secundrio menor que no primrio, isto , o dimetro do fio do secundrio pode ser menor que a do primrio; no entanto para o trafo abaixador de tenso, a corrente no secundrio maior que a do primrio, isto , o dimetro do fio do secundrio deve ser maior que a do primrio.

Alguns exemplos de trafos: IsIpVpVsNpNs== Bobinas mltiplas Center tap

31 ELETRNICA BSICA 1 Prof. Kobori. Exerccios: 1. Transforme: A 127 Vp Vpp B 300 Vac Vpp C 23 Vpp Vrms D 12 Vp Vpp E 372 Vac Vrms F 18 Vac Vp G 18 Vac Vpp H 36 Vpp Vac 2. Calcule: A 120 Hz T = B 60 Hz T = C 1 Mhz T = D 3,2 Khz T = E 2,7 Mhz T = F 1,2 uS F = G

100 mS F = H 1,5 mS F = I 255 uS F = V xy Vac

V yz Vpp

Vxy Vp

V xz Vac

Vxy Vpp

V xz Vp

V yz Vac

V xz Vpp

V yz Vp

3. Sendo trafo abaixo, calcule: N RS= 15000esp V RS= 127 Vac N XY= 1500 esp RST

32 ELETRNICA BSICA 1 Prof. Kobori. Experimento 1. Para o transformador abaixo, desenvolva o seguintes procedimentos: Medir Vpp (osciloscpio) Vxy Vyz Vxz Calcular Vac (teoria) Vxy Vyz Vxz Medir Vac (multmetro) Vxy Vyz Vxz 2. Comentrios e concluses.

33 ELETRNICA BSICA 1 Prof. Kobori. Semicondutor A capacidade de um tomo de se combinar com outros depende do nmero de eltrons de valncia. A combinao s possvel quando este menor que 8. Elementos com 8 eltrons de valncia no se combinam, pois so estveis e inertes. Consideramos agora o silcio, que o semicondutor mais usado e tem 4 eltrons de valncia. No estado puro cada, par de eltrons de tomos distintos formam a chamada ligao covalente, de forma que cada tomo fique no estado mais estvel, isto , com 8 eltrons na camada externa. O resultado uma estrutura cristalina homognea conforme Fig 5. Na realidade tridimensional. Est assim mostrada por uma questo de simplicidade. O material continua um semicondutor. Entretanto, quando certas substncias, chamadas impurezas so adicionadas, as propriedades eltricas so radicalmente modificadas. Se um elemento como o antimnio, que tem 5 eltrons de valncia, for adicionado e alguns tomos deste substiturem o silcio na estrutura cristalina, 4 dos 5 eltrons iro se comportar como se fossem os de valncia do silcio e o excedente ser liberado para o nvel de conduo (Fig 6). O cristal ir conduzir e, devido carga negativa dos portadores (eltrons), denominado semicondutor tipo n. Notar que o material continua eletricamente neutro pois os tomos tm o mesmo nmero de prtons e eltrons. Apenas a distribuio de cargas muda, de forma a permitir a conduo. Uma impureza com 3 eltrons de valncia (alumnio, por exemplo) adicionada. Alguns tomos de silcio iro transferir um eltron de valncia para completar a falta no tomo da impureza, criando um buraco positivamente carregado no nvel de

34 ELETRNICA BSICA 1 Prof. Kobori. valncia e o cristal ser um semicondutor tipo p, devido carga positiva dos portadores (buracos). Se um semicondutor tipo P colocado junto a um do tipo N, na regio de contato, chamada juno, haver a formao de uma barreira de potencial. Lembrar que, no estado normal, o semicondutor eletricamente neutro pois os tomos tanto do semicondutor quanto da impureza tm iguais nmeros de eltrons e prtons. Na juno, os eltrons portadores da parte N tendem a ocupar buracos na parte P, deixando esta com um potencial negativo e a parte N com um potencial positivo e, assim, formando uma barreira potencial Vo. Assim, a polaridade da barreira de potencial mantm os eltrons na parte N e os buracos na parte P (Fig 8 A). Se um potencial externo V > Vo for aplicado conforme Fig 8 B, o potencial de barreira ser quebrado e a corrente elevada pois existem muitos eltrons em N. Diz-se ento que a juno est diretamente polarizada. No caso de inversamente polarizada, Fig 8 C, o potencial de barreira ser aumentado, impedindo ainda mais a passagem de eltrons e a corrente ser pequena. Este conjunto, chamado diodo de juno, funciona como um retificador. Na Fig 9 uma curva tpica (no em escala) e o seu smbolo. Notar que, acima de um pequeno valor de polarizao direta, a corrente aumenta bastante. A polarizao inversa tem limite. Acima de um determinado valor ocorre um efeito de ruptura, quebrando a barreira de potencial e a corrente sobe quase na vertical. Barreira de potencial: Si aproximadamente 0,7v Ge aproximadamente 0,3v

35 ELETRNICA BSICA 1 Prof. Kobori. Agora vejamos dois exemplos simples do funcionamento dos diodos: Circuito 1: A corrente vai ser a tenso no resistor sobre a sua resistncia, ou seja: I = (10-0,7)/470 I = 21mA A tenso no diodo ser a BP Circuito 2: Como o diodo est reversamente polarizado: I = 0 A tenso no diodo ser a VT Observe que o Diodo Semicondutor se comporta como uma chave fechada quando polarizado diretamente, e como uma chave aberta quando polarizado reversamente. Anodo Catodo

36 ELETRNICA BSICA 1 Prof. Kobori. Exerccios: 1. Para os circuitos abaixo, analise e indique se a lmpada est acesa ou apagada. a) b) c) d) e) f) 2. Para o circuito abaixo, calcule a potencia dissipada em cada resistor, sendo que todos os diodos so de Silcio e todos os resistores so de valor 2k7. +V112VL1 +V212VL2+V212VL2 +V212VL2+V224V+V112VL2R3R4R2R1+V36V

37 ELETRNICA BSICA 1 Prof. Kobori. Experimento: 1. Monte o circuito abaixo e preencha a tabela 1 Vtt 0v 0,5v 1v 2v 3v 4v 6v 8v 10v 12v Id Vd Tabela 1 2. Monte o circuito abaixo e preencha a tabela 2 Vtt 0v 0,5v 1v 2v 3v 4v 6v 8v 10v 12v Ir Vr Tabela 2 3. Com os dados obtidos construa a curva caracterstica do diodo. Vtt = fonte dc ajustvel Id = corrente direta em D1 Vd = tenso direta em D1 Vtt = fonte dc ajustvel Ir = corrente reversa em D1

Vr = tenso reversa em D1 560 RD1+Vtt 560 RD1+Vtt

38 ELETRNICA BSICA 1 Prof. Kobori. Referncias Bibliogrficas : CAPUANO, Francisco e MARINO, Maria. Laboratrio de Eletricidade e Eletrnica. So Paulo: rica, 1995. MALVINO, Albert P. Eletrnica . vol.1 e 2 . Pearson Education do Brasil Ltda., 1997. MARKUS, Otvio. Ensino Modular: Sistemas Analgicos - Circuitos com Diodos e Transistores. So Paulo: rica, 2000. ALBUQUERQUE, Rmulo Oliveira. Anlise de Circuitos em corrente Alternada. So Paulo: rica. ALBUQUERQUE, Rmulo Oliveira. Anlise de Circuitos em corrente Contnua. So Paulo: rica. MARKUS, Otvio. Ensino Modular: Teoria e Desenvolvimento de Circuitos Eletrnicos. So Paulo: rica, 2000. MARKUS, Otvio. Ensino Modular: Eletricidade Corrente Contnua. So Paulo: rica, 2000. SIMONE, Glio Alusio. Transformadores Teoria e Exerccios. So Paulo: rica. NETO, Vicente Soares e . Telecomunicaes Tecnologia de Centrais Telefnicas. So Paulo: rica. LANDO, Roberto Antonio. Amplificador Operacional. So Paulo: rica. GIORGINI, Marcelo. Automao Aplicada: Descrio e Implementao de Sistemas Seqenciais com PLCs. So Paulo: rica. BOYLESTAD, Robert L. Dispositivos eletrnicos e teoria de circuitos. So Paulo: Pearson Education do Brasil, 2004.

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