Instrumentos de Medidas Eletricas
-
Upload
gundam-00-scribd2013 -
Category
Documents
-
view
29 -
download
15
description
Transcript of Instrumentos de Medidas Eletricas
-
4Nesta seo...
INSTRUMENTOS DEMEDIDAS ELTRICAS
Tenso alternada
Tenso alternada senoidal
Varivolt
Medida de tenso CA
Introduo ao estudo do osciloscpio
-
140 SENAI-RJ
Eletrnica Bsica - Grandezas Eltricas
-
SENAI-RJ 141
Eletrnica Bsica - Grandezas EltricasEletrnica Bsica - Instrumentos de medidas eltricas
Tenso alternada
A tenso alternada, denominada normalmente de tenso CA, difere da tenso contnua
porque troca de polaridade constantemente, provocando nos circuitos um fluxo de corrente
ora em um sentido, ora em outro. (Fig. 1)
A tenso eltrica disponvel nas residncias do tipo alternada, razo pela qual a maior
parte dos equipamentos eltricos construdo para funcionar alimentado a partir deste tipo de
corrente eltrica.
Caractersticas
A condio fundamental para que uma determinada tenso eltrica seja considerada
como tenso alternada que a sua polaridade no seja constante. Assim, podem existir os mais
diversos tipos de tenso alternada.
Fig. 1
Durante um tempo Aps algum tempo
-
142 SENAI-RJ
Eletrnica Bsica - Grandezas EltricasEletrnica Bsica - Instrumentos de medidas eltricas
Os diversos tipos de tenso CA podem ser distinguidos atravs de quatro caractersticas:
forma de onda
ciclo
perodo
freqncia
Forma de onda
Existem tenses alternadas com diversas formas de onda. Na figura 2, so apresentados
os grficos de alguns tipos de corrente alternada.
Ciclo
uma variao completa
da forma de onda, ou seja, em
resumo, o ciclo uma parte da
forma de onda que se repete
sucessivamente. (Fig. 3)
+ V + VRETANGULAR DENTE DE SERRA
Fig. 2
TRIANGULAR SENOIDAL
Fig. 3
(repetida sucessivamente)
Ciclo
-
SENAI-RJ 143
Eletrnica Bsica - Grandezas EltricasEletrnica Bsica - Instrumentos de medidas eltricas
Quando se faz necessrio um estudo mais detalhado de cada uma das regies do grfico
(acima do eixo ou abaixo do eixo), utiliza-se a expresso semiciclo para identificar a metade de
um ciclo completo (entre dois pontos zero).
Os semiciclos podem ser identificados como positivo (acima do eixo) e negativo (abaixo
do eixo) (Fig. 5)
A figura 4 mostra dois tipos de forma de onda alternada com um ciclo completo indicado.
CicloCiclo
t t
Fig. 4
Perodo
Perodo a designao empregada para definir o tempo necessrio para que se realize
um ciclo completo de uma corrente alternada.
O perodo representado pela notao T e sua unidade de medida o segundo (s).
Fig. 4
semiciclo positivo
semiciclo negativo
-
144 SENAI-RJ
Eletrnica Bsica - Grandezas EltricasEletrnica Bsica - Instrumentos de medidas eltricas
Como o perodo da corrente alternada normalmente menor que 1 segundo, utilizam-
-se normalmente os submltiplos da unidade:
milissegundo ms __1__ s ou 10-3 s
1000
microssegundo s ___1___ s ou 10-6 s
1000000
As figuras 6, 7 e 8 mostram sinais alternados com perodos indicados.
+V
1 ciclo
0,1 0,2 0,3 0,41(ms)
1 ciclo
5 10 15 20 1(ms)
+V
T = 0,02 s ou 20 ms
T = 0,4 s ou 400 ms
T = 0,03 s ou 30 ms
ciclo
10 20 30 401(ms)
+V
-
SENAI-RJ 145
Eletrnica Bsica - Grandezas EltricasEletrnica Bsica - Instrumentos de medidas eltricas
Freqncia
A freqncia o nmero de ciclos completos de uma corrente alternada que ocorre em
1 segundo. indicada pela letra f e sua unidade o Hertz (Hz).
So muito utilizados os mltiplos da unidade de freqncia:
quilohertz kHz 100 Hz ou 103 Hz
megahertz MHz 1000000 Hz ou 106 Hz
As figuras 9 e 10 mostram grficos de correntes alternadas com as respectivas freqncias.
Relao entre perodo e freqncia
Existe uma relao matemtica entre perodo e freqncia de uma corrente alternada.
Quanto menor o perodo (menor o tempo de durao de um ciclo), maior o nmero de ciclos
realizados em 1 s, ou seja, freqncia e perodo so inversamente proporcionais.
Expressando matematicamente a relao de proporcionalidade inversa tem-se:
RELAO F = _1_ ou T = _1_
PERODO - FREQNCIA T
f
onde f = freqncia em Hertz
T = perodo em segundos
Esta relao permite determinar a freqncia de uma corrente alternada se seu perodo
conhecido e vice-versa.
Fig. 9
1s
997 ciclos1 1 1
1s
Fig. 10
-
146 SENAI-RJ
Eletrnica Bsica - Grandezas EltricasEletrnica Bsica - Instrumentos de medidas eltricas
Tenso alternada senoidalA tenso alternada senoidal a mais importante das tenses CA, tendo em vista que
toda a distribuio de energia eltrica para os consumidores (residncias, indstrias, comrcio,
etc...) feita atravs deste tipo de corrente alternada.
Isto significa que todos os aparelhos ligados rede eltrica so alimentados por corrente
alternada senoidal. (Fig. 11)
Valores de pico
Fig. 11
Analisando-se um ciclo
completo da tenso alternada
senoidal, verifica-se que o valor
instantneo da tenso est em
modificao. (Fig. 12)
Fig. 12
instan
te 1in
stante 2
instan
te 3
t
-
SENAI-RJ 147
Eletrnica Bsica - Grandezas EltricasEletrnica Bsica - Instrumentos de medidas eltricas
O valor de pico negativo numericamente igual ao valor de pico positivo, de forma que
a determinao do valor pode ser feita em qualquer um dos semiciclos. (Fig. 14)
O valor mximo de
tenso que a CA atinge em
cada semiciclo denominado
de tenso de pico, indicada
pela notao Vp. (Fig. 13)
Fig. 13
Tenso depico positivo
Tenso de piconegativo
Fig. 14
Valor da tenso de pico a picoda CA senoidal
A tenso de pico a pico
(Vpp) de uma CA senoidal
medida entre os dois picos
mximos (positivo e negativo)
de um ciclo. (Fig. 15)
Fig. 15
-
148 SENAI-RJ
Eletrnica Bsica - Grandezas EltricasEletrnica Bsica - Instrumentos de medidas eltricas
Considerando-se que os dois semiciclos da CA so iguais pode-se afirmar
Relao Vp - Vpp
da CA senoidal Vpp = 2 Vp
Da mesma forma que as medidas de pico e de pico a pico se aplicam tenso alternada
senoidal, aplicam-se corrente alternada senoidal. (Fig. 16)
Correspondncia entre CA e CC
Quando se aplica uma tenso contnua sobre um resistor, verifica-se a circulao de
corrente de valor constante. (Fig. 17)
Fig. 16
Fig. 17
Grfico da tensoaplicada no resistor
Grfico da correntecirculante no resistor
-
SENAI-RJ 149
Eletrnica Bsica - Grandezas EltricasEletrnica Bsica - Instrumentos de medidas eltricas
Aplicando-se uma tenso alternada senoidal a um resistor, estabelece-se a circulao de
uma corrente alternada senoidal. (Fig. 19)
Como efeito resultante, estabelece-se uma dissipao de potncia no resistor (P = V I).
Esta potncia dissipada em regime contnuo, fazendo com que haja um desprendimento de
calor constante no resistor. (Fig. 18)
Fig. 18
Como a tenso e a corrente so variveis, a quantidade de calor produzida no resistor
varia a cada instante. (Fig. 20)
Fig. 20
Grfico da tensoaplicada no resistor
Fig. 19
Grfico da correntecirculante no resistor
-
150 SENAI-RJ
Eletrnica Bsica - Grandezas Eltricas
Fig. 21
Maior produo de calor com cc (10V)do que com ca (10Vp)
Eletrnica Bsica - Instrumentos de medidas eltricas
Nos momentos em que a tenso zero, no h produo de calor (P = 0 A x 0 V).
Nos momentos em que a tenso atinge o valor mximo (Vp) a corrente tambm atinge o
valor mximo (Ip) e a potncia dissipada o produto mximo (Pp = Vp Ip).
Em conseqncia desta produo varivel de trabalho em CA, verifica-se que um resistor
de valor R, ligado, por exemplo, a uma tenso contnua de 10 V, produz mais calor que o mesmo
resistor R ligado a uma tenso alternada de 10 V de pico. (Fig. 21)
Para obter no resistor R em CA a mesma quantidade de calor, no mesmo tempo, necessita-se
de uma tenso alternada de 14,14 V de pico. (Fig. 22)
Do origem ao mesmotrabalho, no mesmo resistor
e no mesmo tempo
Fig. 22
-
SENAI-RJ 151
Eletrnica Bsica - Grandezas EltricasEletrnica Bsica - Instrumentos de medidas eltricas
Observando a figura 22, v-se que uma tenso alternada de 14,14 V de pico to
eficazquanto uma tenso contnua de 10 V na produo de trabalho.
Por esta razo, diz-se que uma tenso CA de 14,14 V corresponde a uma tenso eficaz de
10V.
14,14 Vp = 10 Vef Vef Volts eficazes
Pode-se ento definir:
Tenso eficaz (ou corrente eficaz) de uma CA senoidal um valor que indica a
que tenso contnua (ou corrente contnua) esta CA corresponde, em termos de
produo de trabalho.
Existe uma relao constante entre o valor eficaz de um CA senoidal e seu valor de pico.
Esta relao :
TENSO EFICAZ Vef
= V
p
2
CORRENTE EFICAZ Ief
= I
p
2
Aplicando-se a equao da tenso eficaz tenso alternada senoidal de 14,14 volts de pico,
verifica-se a correo da equao.
Vef
= _Vp_ Vef
= 14,14 V Vef
= 10 V 2 1,414
10 V Tenso eficaz correspondente a uma tenso alternada senoidal
de 14,14 V de pico.
As equaes de corrente eficaz e tenso eficaz podem ser encontradas
atravs de processos matemticos, empregando clculo integral.
-
152 SENAI-RJ
Eletrnica Bsica - Grandezas EltricasEletrnica Bsica - Instrumentos de medidas eltricas
Os instrumentos utilizados para medio em circuitos de corrente alternada sempre
indicam valores eficazes (de corrente e tenso).
Isto significa que voltmetro conectado a um circuito de CA indica uma tenso de
110 V. Esta tenso eficaz (produz trabalho). Para determinar o valor de pico da CA que originou
110 V eficazes utilizam-se as mesmas equaes.
Vef
= V
p Vp = V
ef 2
2
Vp = 110 V 1,414 V V
p = 155 V (Fig. 23)
Fig. 23
Varivolt
um equipamento que recebe uma
tenso alternada fixa (110 V, 220 V, 380 V) a
partir da rede eltrica e fornece um valor de
tenso alternada ajustvel na sada. (Fig. 24)
O varivolt muito utilizado em teste e
manuteno de equipamentos e tambm para
realizao de experincias com componentes
e circuitos eletrnicos.Fig. 24
-
SENAI-RJ 153
Eletrnica Bsica - Grandezas EltricasEletrnica Bsica - Instrumentos de medidas eltricas
Utilizao do varivolt
Os bornes de entrada servem para a alimentao do varivolt a partir da rede eltrica.
Utiliza-se um cabo para conectar os bornes de entrada tomada. (Fig. 26)
Fig. 25
O varivolt possui uma placa
com quatro bornes, dos quais dois se
destinam entrada e dois sada de
tenso CA. (Fig. 25)
Antes de realizar a alimentao deve-se verificar se:
a tenso de rede confere com a tenso nominal do varivolt.
no existe curto-circuito entre os terminais de entrada ou de sada do varivolt.
o cabo est fixo com firmeza nos bornes.
O cabo de alimentao deve ser ligado primeiro aos bornes de entrada do
varivolt e depois tomada, para evitar choques eltricos e curto-circuitos.
Placa debornes
Fig. 26
-
154 SENAI-RJ
Eletrnica Bsica - Grandezas EltricasEletrnica Bsica - Instrumentos de medidas eltricas
Os bornes de sada fornecem a tenso CA necessria. A tenso nestes bornes ajustada
atravs do cursor, na parte superior do varivolt.
O ajuste da tenso pode ser feito com auxlio de um voltmetro de CA conectado aos
bornes de sada. (Fig. 27)
Fig. 27
Alguns varivolts j tm um voltmetro conectado aos bornes de sada, enquanto outros
apresentam apenas uma escala junto ao cursor. (Figs. 28 e 29)
Para evitar danos ao voltmetro (ou multmetro), o ajuste da tenso de sada deve ser
executado atravs de uma seqncia de procedimentos:
Fig. 28 Fig. 29
-
SENAI-RJ 155
Eletrnica Bsica - Grandezas EltricasEletrnica Bsica - Instrumentos de medidas eltricas
girar o cursor totalmente no sentido anti-horrio.Com o cursor nesta posio, a tenso
nos bornes de sada praticamente nula (0 V).
conectar um voltmetro de CA com escala apropriada para a tenso a ser ajustada.
girar o cursor no sentido horrio at que o voltmetro indique a tenso desejada.
Por medida de segurana no se deve executar conexes ou tocar a
parte metlica dos bornes com o varivolt alimentado.
Medida de tenso CAA medida de tenso alternada consiste na utilizao de instrumentos com o objetivo de
determinar a tenso eficaz presente entre dois pontos onde exista uma CA.
A medida de tenso alternada muito utilizada na manuteno de equipamentos
eltricos e eletrnicos, principalmente naqueles alimentados a partir da rede eltrica.
Instrumentos de medio
A medio de tenso alternada pode ser realizada atravs de dois instrumentos:
Fig. 30
Simbologia
A figura 30 mostra o smbolo do varivolt,
indicando os bornes de entrada e sada.
EntradaSada
voltmetro ou milivoltmetro. (Fig. 31)
multmetro em escala de CA. (Fig. 32)
Fig. 31
Fig. 32
Tanto os voltmetros de CA como os
multmetros fornecem a indicao da tenso
eficaz presente entre os pontos medidos.
-
156 SENAI-RJ
Eletrnica Bsica - Grandezas EltricasEletrnica Bsica - Instrumentos de medidas eltricas
Sempre que h referncia em medidas ou esquemas a valores de tenso CA
(ex.: 110 VCA
; 220 VCA
; 12 VCA
) estes valores correspondem tenso eficaz.
Quando um valor de CA no eficaz, deve ser identificado com o seu significado. Por exemplo:
220 Vp 220 volts de pico
70 Vpp 70 volts de pico a pico
Voltmetro de CA
Fig. 33
Os voltmetros destinados
medio de tenso alternada so
identificados pelo smbolo na
escala frontal. (Fig. 33)
Este smbolo significa que os instrumentos para CA so instrumentos prprios para
indicao de valores eficazes em CA.
Os instrumentos indicados pelo smbolo so versteis, porque o seu princpio de
funcionamento permite que sejam usados tanto para medidas em CC como em CA. Desse
modo, observados os smbolos utilizados nos instrumentos, identificam-se:
medidas em CC
medidas em CC
medidas em CA (valores eficazes)
Deve-se sempre verificar o tipo de instrumento adequado antes de realizar uma medio
de CC ou CA.
-
SENAI-RJ 157
Eletrnica Bsica - Grandezas EltricasEletrnica Bsica - Instrumentos de medidas eltricas
Multmetro
Devido ao fato de que
em CA existe uma troca cons-
tante de polaridade, os bornes
dos voltmetros de CA no tm
polaridade para ligao. Por esse
motivo, ao realizar-se uma
medida, a ordem de conexo
das pontas de prova indi-
ferente. (Fig. 34)
Bornes sempolaridades
Fig. 34
O multmetro pode ser utilizado
para medio de tenso CA.
A figura 35 mostra o painel de um
multmetro, ressaltando as partes
utilizadas para medio de tenso CA.
Bornes
Na maioria dos tipos comerciais
de multmetro, os bornes para as pontas
de prova so os mesmos em CA ou CC.
(Fig. 36)
Fig. 35
Fig. 36Bornes para mediode tenso CA
Em alguns multmetros a ponta de prova preta conectada ao borne comum,
e a vermelha, a um borne especfico para medio de tenso CA.
-
158 SENAI-RJ
Eletrnica Bsica - Grandezas EltricasEletrnica Bsica - Instrumentos de medidas eltricas
Chave seletora
As posies de chave seletora
destinadas medida de tenso CA so
indicadas pelas abreviaturas ACV ou
AC. (Fig. 37)
Fig. 37
O valor indicado em cada uma das posies representa a tenso eficaz mxima que o
instrumento pode medir nesta posio da chave seletora. (Fig. 38)
Escala selecionada ACV 300 indica a tenso
eficaz mxima que o instrumento pode medir nesta
posio da chave seletora: 300 V.
Fig. 38
-
SENAI-RJ 159
Eletrnica Bsica - Grandezas Eltricas
Fig. 40
Eletrnica Bsica - Instrumentos de medidas eltricas
Escalas
As escalas do multmetro para tenso CA so
as mesmas utilizadas para tenso CC.
Por esta razo, estas escalas normalmente
esto identificadas pelas abreviaturas DC/AC (tenso
contnua/tenso alternada). (Fig. 39)
Fig. 39
Alm destas escalas comuns para CC/CA os multmetros tm ainda uma escala especfica
para medidas de tenso AC de pequeno valor (6 VCA
ou menos). Esta escala normalmente
identificada com as abreviaturas AC 6 V ou AC 6 V ONLY. (Fig. 40)
Esta escala existe porque em pequenos valores de tenso CA o multmetro provoca um
pequeno erro de indicao. Este erro corrigido no prprio instrumento atravs desta escala
especfica.
-
160 SENAI-RJ
Eletrnica Bsica - Grandezas EltricasEletrnica Bsica - Instrumentos de medidas eltricas
Procedimento para medio de tensoalternada com o multmetro
O procedimento para utilizao do multmetro em medidas de tenso CA deve ser seguido
rigorosamente, para evitar danos ao instrumento. Este procedimento compe-se das seguintes
etapas:
conectar as pontas de prova aos bornes apropriados.
selecionar uma escala, com valor superior tenso eficaz que ser medida.
conectar os pontos de prova nos pontos a serem medidos.
interpretar a leitura.
A interpretao da leitura se realiza da mesma forma que em tenses contnuas:
indicao do ponteiro em conjunto com a posio da chave seletora.
A seguir so apresentados quatro exemplos de interpretao da medida, um em cada escala.
posio da chave seletora ACV 600leitura na escala de 0 a 6 (x 100)tenso medida 4 x 100 = 400 V
posio da chave seletora ACV 300leitura na escala de 0 a 300
tenso medida 110 V
-
SENAI-RJ 161
Eletrnica Bsica - Grandezas EltricasEletrnica Bsica - Instrumentos de medidas eltricas
Deve-se ter especial ateno para a posio da chave seletora que implica no uso da escala
especfica para pequenas tenses CA (normalmente para 6 V ou 10 VCA
).
A seguir esto colocados dois exemplos de utilizao desta escala.
posio da chave seletora ACV 120leitura na escala de 0 a 120 (direta)tenso medida 70 V
posio da chave seletora ACV 30leitura na escala de 0 a 300 (: 10)
tenso medida 12,5 V
posio da chave seletora ACV 6leitura na escala especfica de 0 a 6 Vtenso medida 5 V
posio da chave seletora ACV 6leitura na escala especfica de 0 a 6 V
tenso medida 2 V
-
162 SENAI-RJ
Eletrnica Bsica - Grandezas EltricasEletrnica Bsica - Instrumentos de medidas eltricas
Guarda do instrumento
Por uma questo de princpio de funcionamento nas escalas altas de tenso CA, o
multmetro dificilmente pode sofrer danos por m operao. Por esta razo, quando um
multmetro no dispe de uma posio OFF (desligado) na chave seletora, ao se guardar o
instrumento deve-se posicionar a chave seletora para a maior escala de tenso CA disponvel
(por exemplo: 1000 VAC).
Introduo ao estudodo osciloscpio
um equipamento que permite a observao de variaes de tenso eltrica em forma
de figura em uma tela. (Fig. 41)
Atravs do osciloscpio pode-se realizar pesquisas e anlises de defeitos em circuitos
eletrnicos e eltricos.
As imagens na tela de um osciloscpio so formadas pelo movimento rpido e simultneo
de um ponto na horizontal e vertical, como em um aparelho de televiso.
Quando o movimento do ponto rpido, a imagem que se observa na tela uma linha.
Fig. 41
-
SENAI-RJ 163
Eletrnica Bsica - Grandezas EltricasEletrnica Bsica - Instrumentos de medidas eltricas
O painel e a funo dos controles
A figura 42 apresenta um modelo de osciloscpio com o painel de controle e entradas de
sinal em primeiro plano.
Os controles e entradas do painel podem ser divididos em trs grupos:
controles de ajuste do trao ou ponto na tela.
controles e entrada de atuao vertical.
controles e entrada de atuao horizontal.
Sero apresentadas, entre parnteses, as designaes dos controles em ingls,
visto que comum os osciloscpios apresentarem este tipo de identificao.
Fig. 42
-
164 SENAI-RJ
Eletrnica Bsica - Grandezas EltricasEletrnica Bsica - Instrumentos de medidas eltricas
Controle de ajuste de trao ou ponto na tela
A figura 43 destaca o grupo de controles de ajuste do trao ou ponto em um modelo de
osciloscpio.
Brilho ou luminosidade (BRIGHTNESS ou INTENSITY)
o controle que ajusta a luminosidade do ponto ou trao. Em alguns osciloscpios, este
controle est acoplado chave liga-desliga do equipamento.
Deve-se evitar o uso de brilho excessivo, pois a tela do osciloscpio pode ser danificada.
Foco (FOCUS)
o controle que ajusta a nitidez do ponto ou trao luminoso.
O foco deve ser ajustado de forma a se obter um trao fino e ntido na tela. Os ajustes de
brilho e foco so ajustes bsicos que so realizados sempre que se utiliza o osciloscpio.
Iluminao da retcula (SCALE ILLUMINATION)
Permite iluminar as divises traadas na tela.
Fig. 43
-
SENAI-RJ 165
Eletrnica Bsica - Grandezas EltricasEletrnica Bsica - Instrumentos de medidas eltricas
Controles e entrada de atuao vertical
A figura 44 destaca o grupo de controles de atuao vertical em um modelo de
osciloscpio.
Entrada de sinal vertical (INPUT)
Nesta entrada conectada a ponta de prova do osciloscpio. As variaes de tenso
aplicadas nesta entrada aparecem sob a forma de figuras na tela do osciloscpio. (Fig. 45)
Fig. 44
Fig. 45
Sinal aplicado entrada vertical
Imagem na tela
-
166 SENAI-RJ
Eletrnica Bsica - Grandezas EltricasEletrnica Bsica - Instrumentos de medidas eltricas
Chave de seleo do modo de entrada (CA-CC ou AC-DC)
Esta chave selecionada de acordo com o tipo de forma de onda a ser observada. Em
alguns osciloscpios esta chave tem 3 posies (CA-0-CC ou AC-GND-DC). A posio adicional
0 ou GND usada para a realizao de ajustes do osciloscpio em algumas situaes.
Chave seletora de ganho vertical (V GAIN ou V/DIV)
Atravs desta chave seletora possvel aumentar ou diminuir a amplitude de uma
projeo na tela do osciloscpio. A figura 46 ilustra o que ocorre com a figura quando se
movimenta esta chave seletora.
Aumento de amplitude
Fig. 46
Reduo de amplitude
-
SENAI-RJ 167
Eletrnica Bsica - Grandezas EltricasEletrnica Bsica - Instrumentos de medidas eltricas
Ajuste fino de ganho vertical (FINE, VARIABLE ou VERNIER)
Tem a mesma funo da chave seletora de ganho vertical: aumentar ou diminuir a
amplitude da figura na tela.
Enquanto a chave seletora provoca variaes de amplitude em passos (propores
definidas), o ajuste fino permite variar linearmente a amplitude.
Posio vertical (POSITION)
Permite movimentar a projeo para cima ou para baixo na tela. A movimentao no
interfere na forma da figura projetada na tela.
Controles de atuao horizontal
A figura 47 destaca os controles de atuao horizontal em um modelo de osciloscpio.
Fig. 47
-
168 SENAI-RJ
Eletrnica Bsica - Grandezas EltricasEletrnica Bsica - Instrumentos de medidas eltricas
Chave seletora na base de tempo (H. SWEEP)
o controle que permite variar o tempo de deslocamento horizontal do ponto na tela.
Atravs deste controle pode-se ampliar ou reduzir horizontalmente uma figura na tela. (Fig. 48)
Em alguns osciloscpios esta chave seletora tem uma posio identificada como EXT
(externa) possibilitando que o deslocamento horizontal do ponto seja controlado por um
circuito externo ao osciloscpio, atravs de entrada especfica. Quando a posio externa
selecionada no h formao do trao na tela, obtendo-se apenas um ponto.
Ajuste fino (VARIABLE)
Este controle permite um ajuste mais preciso do tempo de deslocamento do ponto na
tela. Atua em conjunto com a chave seletora da base de tempo.
Posio horizontal (H. POSITION)
o ajuste que permite centrar horizontalmente a forma de onda na tela. Girando o controle
de posio horizontal para a direita, o trao se move horizontalmente para a direita ou vice-versa.
Fig. 48
-
SENAI-RJ 169
Eletrnica Bsica - Grandezas EltricasEletrnica Bsica - Instrumentos de medidas eltricas
Controles e entrada de sincronismo
So controles que permitem fixar a forma de onda na tela do osciloscpio. Estes controles
so utilizados principalmente na observao de sinais alternados. A figura 49 destaca os controles
de sincronismo.
Fig. 49
Estes controles sero analisados por ocasio da utilizao do osciloscpio na medida de
tenso CA.
Pontas de prova
As pontas de prova so utilizadas para interligar o osciloscpio aos pontos de medio.
(Fig. 50)
Fig. 50
-
170 SENAI-RJ
Eletrnica Bsica - Grandezas EltricasEletrnica Bsica - Instrumentos de medidas eltricas
A extremidade livre tem uma garra jacar, denominada de terra da ponta de prova, que
deve ser conectada ao terra do circuito, e uma ponta de entrada de sinal, que deve ser conectada
no ponto que se deseja medir. (Fig. 52)
Conector
Extremidade livrepara medio
Fig. 51
Fig. 52
Terra da ponta de prova
Entrada de sinal naponta de prova
Existem dois tipos de ponta de prova: ponta de prova 1:1
ponta de prova 10:1
A ponta de prova 1:1 se caracteriza por aplicar entrada do osciloscpio a mesma tenso
ou forma de onda que aplicada ponta de medio. (Fig. 53)
Uma das extremidades da ponta de prova conectada a uma das entradas do
osciloscpio atravs de um conector; a extremidade livre serve para conexo aos pontos de
medio. (Fig. 51)
Fig. 53
Pontos de medidaPonta de prova 1:1
Ao osciloscpio
-
SENAI-RJ 171
Eletrnica Bsica - Grandezas EltricasEletrnica Bsica - Instrumentos de medidas eltricas
A ponta de prova 10:1 divisora de tenso, entregando ao osciloscpio a dcima parte
da tenso aplicada ponta de medio. (Fig. 54)
As pontas de prova 10:1 so usadas para permitir que o osciloscpio seja utilizado para
medio ou observaes de sinais com tenses ou amplitudes 10 vezes maiores que o seu limite
de medida normal.
Por exemplo: um osciloscpio que permita a leitura de tenses de at 50 V com ponta de
prova 1:1 pode ser utilizado em tenso de at 500 V (10 x 50) com uma ponta de prova 10:1.
Existem pontas de prova que dispem de um boto atravs do qual se pode selecionar 10:1 ou
1:1. (Fig. 55)
Pontos de medidaPonta de prova 10:1
Ao osciloscpio
Fig. 54
Fig. 55
-
172 SENAI-RJ
Eletrnica Bsica - Grandezas EltricasEletrnica Bsica - Instrumentos de medidas eltricas
Osciloscpio de duplo trao
Existem osciloscpios que permitem a visualizao simultnea de dois sinais na tela.
So denominados de osciloscpios de duplo trao. (Fig. 56)
Esses equipamentos tm alguns controles que so comuns aos dois traos e outros que
so individuais para cada trao: controles bsicos (brilho, foco)
controles do horizontal (base de tempo e posio)
A figura 57 destaca os controles que so comuns aos dois traos em um modelo de
osciloscpio.
Fig. 56
Fig. 57
-
SENAI-RJ 173
Eletrnica Bsica - Grandezas EltricasEletrnica Bsica - Instrumentos de medidas eltricas
As diferenas entre os osciloscpios de trao simples e duplo trao situam-se basicamente
nas entradas e controles do vertical;
nos controles e entrada de sincronismo.
Entradas e controles do vertical osciloscpio de duplo trao
A figura na tela do osciloscpio uma projeo da tenso aplicada entrada vertical.
Assim, para observar dois sinais simultaneamente, necessrio aplicar duas tenses em duas
entradas verticais.
Os osciloscpios de duplo trao dispem de dois grupos de controles verticais:
um grupo para o CANAL A ou CANAL 1.
um grupo para o CANAL B ou CANAL 2.
Cada canal vertical controla um dos sinais na tela (amplitude, posio vertical).
A figura 58 destaca os grupos de controles do canal 1 (CH1) e canal 2 (CH2).
Os grupos de controles verticais dos dois canais geralmente so iguais.
Fig. 58
-
174 SENAI-RJ
Eletrnica Bsica - Grandezas EltricasEletrnica Bsica - Instrumentos de medidas eltricas
Cada canal dispe de
entrada vertical (1A e 2A).
chave seletora CA-0-CC (1B e 2B).
chave seletora de ganho vertical (1C e 2C). Fig. 59
ajuste fino de ganho vertical (1D e 2D).
posio vertical (1E e 2E).}
Alguns osciloscpios dispem ainda de um controle denominado de INVERSOR (invert)
que, quando utilizado, permite inverter a figura na tela. (Figs. 60 e 61)
Fig. 59
Fig. 61Fig. 60
Canal 1 Normal Canal 1 Invertida
-
SENAI-RJ 175
Eletrnica Bsica - Grandezas EltricasEletrnica Bsica - Instrumentos de medidas eltricas
Modo de operao vertical do duplo trao
Os osciloscpios de trao duplo dispem de uma chave seletora que permite que se use
apenas um dos traos na tela.
Um osciloscpio de duplo trao pode ser utilizado como se fosse de trao simples: tanto
o CANAL 1 como o CANAL 2 podem ser utilizados individualmente.
Entre os grupos de controles verticais do canal 1 e 2 existe uma chave seletora que
permite que se determine quantos e que canais aparecero na tela. Esta chave tem pelo menos
trs posies: CH 1, CH 2, DUAL (ou CHOPPER).
Na posio CH 1, aparecer apenas um trao na tela, projetando o sinal que estiver
aplicado entrada vertical do canal 1.
Na posio CH 2, aparecer apenas um trao na tela, projetando o sinal que estiver
aplicado entrada vertical do canal 2.
Na posio DUAL (CHOPPER), aparecero na tela dois traos , cada um representando
o sinal aplicado a uma das entradas.
Em osciloscpios mais sofisticados, esta chave pode ter mais posies, que permitiro
outras alternativas de funcionamento.
Controles de sincronismo osciloscpios de duplo trao
Os controles de
sincronismo tm por
funo fixar a imagem na
tela. A figura 62 destaca o
grupo de controles de
sincronismo.
Fig. 62
-
176 SENAI-RJ
Eletrnica Bsica - Grandezas EltricasEletrnica Bsica - Instrumentos de medidas eltricas
Os controles de sincronismo so
chave seletora de fonte de sincronismo;
chave seletora me modo de sincronismo;
controle de nvel de sincronismo;
entrada de sincronismo.
Estes controles sero analisados detalhadamente por ocasio da medida de tenso CA
com osciloscpio.
-
SENAI-RJ 177
Eletrnica Bsica - Grandezas Eltricas
5
Nesta seo...
CAPACITORES
Capacitor armazenamento de cargas
Capacitncia
Tipos de capacitores
Teste de isolao do capacitor
Comportamento do capacitor em CA
-
178 SENAI-RJ
Eletrnica Bsica - Grandezas EltricasEletrnica Bsica - Capacitores
-
SENAI-RJ 179
Eletrnica Bsica - Grandezas EltricasEletrnica Bsica - Capacitores
Capacitor armazenamentode cargas
O capacitor um componente capaz de armazenar cargas eltricas, sendo largamente
empregado nos circuitos eletrnicos.
Um capacitor se compe basicamente de duas placas de material condutor,
denominadas de armaduras, isoladas eletricamente entre si por um material isolante chamado
dieltrico. (Fig.1)
Fig. 1
Armaduras
Dieltrico
O material condutor que compe as armaduras de um capacitor eletricamente neutro
no seu estado natural.
-
180 SENAI-RJ
Eletrnica Bsica - Grandezas Eltricas
No existindo potencial eltrico em cada uma das armaduras, no h diferena de
potencial ou tenso entre elas como est ilustrado na figura 9, na pgina a seguir.
Fig. 2
Potenciais eltricos nulos
Fig. 3
O fenmeno de armazenamento de cargas pelo capacitor pode ser
compreendido mais facilmente, analisando o movimento de eltrons no circuito.
Por esta razo, ser utilizado o sentido eletrnico da corrente eltrica no
desenvolvimento do assunto.
Conectando-se os terminais do capacitor a uma fonte de CC, o capacitor fica sujeito
diferena de potencial dos plos da fonte.
Eletrnica Bsica - Capacitores
Em cada uma das armaduras o nmero total de prtons e eltrons igual, portanto as
placas no tm potencial eltrico. (Fig. 2)
-
SENAI-RJ 181
Eletrnica Bsica - Grandezas Eltricas
O potencial da bateria aplicado a cada uma das armaduras faz surgir entre elas uma fora
chamada campo eltrico, que nada mais do que uma fora de atrao (cargas de sinal diferente)
ou repulso (cargas de mesmo sinal) entre cargas eltricas.
O plo positivo da fonte absorve eltrons da armadura qual est conectado enquanto
o plo negativo fornece eltrons outra armadura. (Fig. 4)
Fig. 4
A armadura que fornece eltrons fonte fica com ons positivos, adquirindo um potencial
positivo; a armadura que recebe eltrons da fonte fica com ons negativos, adquirindo potencial
negativo. (Fig. 5)
Eltrons
Eltrons
Isto significa que, ao conectar o capacitor a uma fonte de CC, surge uma diferena de
potencial entre as suas armaduras.
Fig. 5
placa positiva
placa negativa
Eletrnica Bsica - Capacitores
-
182 SENAI-RJ
Eletrnica Bsica - Grandezas Eltricas
A tenso presente nas armaduras do capacitor ter um valor to prximo ao da tenso
da fonte que, para efeitos prticos, pode-se consider-las iguais.(Fig. 6)
Quando o capacitor assume a mesma tenso da fonte de alimentao, diz-se que o
capacitor est carregado.
Se, aps ter sido carregado, o capacitor for desconectado da fonte de CC, suas armaduras
permanecem com os potenciais adquiridos. (Fig. 7)
Fig. 6
Isto significa dizer que, mesmo aps ter sido desconectado da fonte de CC, ainda existe
tenso presente entre as placas do capacitor. Resumindo, pode-se dizer que, quando um
capacitor conectado a uma fonte de CC, absorve energia desta fonte, armazenando cargas
eltricas (ons positivos e negativos) nas suas armaduras.
Fig. 7
Eletrnica Bsica - Capacitores
-
SENAI-RJ 183
Eletrnica Bsica - Grandezas Eltricas
Esta capacidade de absorver e manter a energia em suas armaduras na forma de cargas
eltricas que define o capacitor como sendo um armazenador de cargas eltricas.
A energia armazenada no capacitor na forma de desequilbrio eltrico entre suas armaduras
pode ser reaproveitada.
Descarga do capacitor
Tomando-se um capacitor carregado e conectando seus terminais a uma carga haver
uma circulao de corrente, pois o capacitor atua como fonte de tenso. (Fig. 8)
Isto se deve ao fato de que atravs do circuito fechado inicia-se o restabelecimento do
equilbrio eltrico entre as armaduras. Os eltrons em excesso em uma das armaduras,
movimentam-se para a outra onde h falta de eltrons, at que se restabelea o equilbrio de
potencial entre elas como est ilustrado na figura 9, na pgina a seguir.
Fig. 8
Eletrnica Bsica - Capacitores
Resistor
-
184 SENAI-RJ
Eletrnica Bsica - Grandezas Eltricas
Durante o tempo em que o capacitor se descarrega, a tenso entre suas armaduras
diminui, porque o nmero de ons restantes em cada armadura cada vez menor. Ao fim de
algum tempo, a tenso entre as armaduras to pequena que pode ser considerada zero.
Capacitncia
Capacitncia a propriedade que tem um capacitor de armazenar cargas.
Esta capacidade de armazenamento de cargas de um capacitor, entretanto, depende de
alguns fatores:
rea das armaduras quanto maior a rea das armaduras, maior a
capacidade de armazenamento de um capacitor.
Fig. 9
Capacitor carregado Capacitor em descarga
Capacitor descarregado
Eletrnica Bsica - Capacitores
-
SENAI-RJ 185
Eletrnica Bsica - Grandezas Eltricas
espessura do dieltrico quanto mais fino o dieltrico, mais prximas
esto as armaduras. O campo eltrico formado entre elas maior e
a capacidade de armazenamento tambm.
natureza do dieltrico quanto maior a capacidade de isolao do
dieltrico, maior a capacidade de armazenamento do capacitor.
Pode-se dizer, assim, que quanto maior for a capacidade de armazenamento de cargas,
maior ser a capacitncia.
A unidade de medida de capacitncia o farad, representado pelo smbolo F. Como essa
unidade extremamente grande, usam-se, na prtica, seus submltiplos.
A tabela 1 apresenta os smbolos representativos de cada submltiplo e o seu valor com
relao unidade.
A converso de valores entre as subunidades feita da mesma forma que ocorre com
as outras grandezas. (Fig. 10)
SUBMLTIPLO
Tabela 1
microfarad F 110-6 farad
0,000001 F
nanofarad nF 110-9 farad
0,000000001 F
picofarad pF 110-12 farad
0,000000000001 F
SMBOLOREPRESENTATIVO DO
SUBMLTIPLO
VALOR COM RELAOAO FARAD
pFF nF
Fig. 10
Eletrnica Bsica - Capacitores
-
186 SENAI-RJ
Eletrnica Bsica - Grandezas Eltricas
A capacitncia um dos fatores eltricos que identifica um capacitor.
Tenso de trabalho
Alm da capacitncia, os capacitores tm ainda outra caracterstica eltrica importante: a
tenso de trabalho, que se define como a tenso mxima que o capacitor pode suportar entre as
suas armaduras.
A aplicao, no capacitor, de uma tenso superior a sua tenso de trabalho mxima,
pode provocar o rompimento do dieltrico, fazendo com que o capacitor entre em curto,
perdendo as suas caractersticas.
Na maioria dos capacitores, o rompimento do dieltrico danifica permanentemente o
componente.
APLICAO
Exemplos de converso:
1 F = 1000 nF 820 nF = 0,82 F
22 nF = 22000 pF 1200pF = 1,2 nF
68 nF = 0,068 F 47000pF = 47 nF
150 pF = 0,15 nF 47000pF = 0,047 F
Deve-se tomar o cuidado de utilizar sempre capacitores com tenso de
trabalho superior ao valor com que o componente ir realmente trabalhar.
Eletrnica Bsica - Capacitores
-
SENAI-RJ 187
Eletrnica Bsica - Grandezas Eltricas
Tipos de capacitores
Atualmente encontra-se no mercado um grande nmero de tipos de capacitores,
empregando os mais diversos materiais.
H quatro tipos bsicos de capacitores:
fixos despolarizados
ajustveis
variveis
eletrolticos
A figura 11 mostra alguns capacitores na sua forma real.
Capacitores fixos despolarizados
Estes componentes apresentam um valor de capacitncia especfico, que no pode ser
alterado, e no tm polaridade especificada para ligao. Qualquer uma das suas armaduras
pode ser ligada tanto a potenciais positivos como a negativos.
Fig. 11
Eletrnica Bsica - Capacitores
-
188 SENAI-RJ
Eletrnica Bsica - Grandezas Eltricas
Existem diversos tipos de capacitores fixos. Entre eles citam-se, por exemplo
capacitor de stiroflex . (Fig. 13)
capacitor de cermica. (Fig. 14)
capacitor de polister. (Fig. 15)
A figura 12 mostra o smbolo usado
para representar os capacitores fixos
despolarizados.
Fig. 12
Alguns capacitores fixos podem apresentar-se em verso com os dois terminais nas
extremidades (tipo axial) ou com os dois terminais no mesmo lado do corpo (tipo radial).
(Figs. 16 e 17)
Fig. 13 Fig. 14 Fig. 15
De acordo com a necessidade de montagem, pode-se utilizar um ou outro tipo.
Fig. 16 Fig. 17
Eletrnica Bsica - Capacitores
-
SENAI-RJ 189
Eletrnica Bsica - Grandezas Eltricas
Capacitores ajustveis
So utilizados nos pontos de calibrao dos circuitos. (Figs. 18 e 19)
Apresentam valor de capacitncia ajustvel dentro de certos limites, por exemplo
10 pF a 30 pF.
Capacitores variveis
So utilizados em locais onde a capacitncia constantemente modificada.
As figuras 20 e 21 mostram um capacitor varivel e seu smbolo.
Fig. 18 Fig. 19
Fig. 20 Fig. 21
Smbolo
Eletrnica Bsica - Capacitores
-
190 SENAI-RJ
Eletrnica Bsica - Grandezas Eltricas
Encontram-se tambm capacitores variveis mltiplos que se constituem de dois ou
mais capacitores variveis, acionados pelo mesmo eixo.
As figuras 22 e 23 mostram um capacitor duplo e o seu smbolo. A linha pontilhada
indica que os dois capacitores tm seu movimento controlado pelo mesmo eixo.
Capacitores eletrolticos
Os capacitores eletrolticos so capacitores fixos cujo processo de fabricao permite a
obteno de altos valores de capacitncia com pequeno volume.
A figura 24 permite uma comparao entre as dimenses de um capacitor eletroltico e
um no eletroltico de mesmo valor.
Fig. 22 Fig. 23
No eletroltico Eletroltico
Fig. 24
O fator que diferencia os capacitores eletrolticos dos demais capacitores fixos o
dieltrico. Nos capacitores fixos comuns, o dieltrico de papel, mica ou cermica. O dieltrico
dos capacitores eletrolticos um preparado qumico chamado de eletrlito, que oxida pela
aplicao de tenso eltrica, isolando uma armadura da outra.
Eletrnica Bsica - Capacitores
-
SENAI-RJ 191
Eletrnica Bsica - Grandezas Eltricas
A utilizao do eletrlito permite a reduo da distncia entre as armaduras a valores
mnimos, o que possibilita a obteno de maiores valores de capacitncia (desde 1F at os
valores maiores que 20000 F).
Este tipo de capacitor selado em um invlucro de alumnio que isola as armaduras e o
eletrlito da ao da umidade.
Desvantagens do capacitor eletroltico
Os capacitores eletrolticos apresentam algumas desvantagens que so decorrentes do seu
processo de fabricao:
a polaridade
b alterao de capacitncia
c tolerncia
a) Polaridade
A utilizao do dieltrico qumico (eletrlito) nos capacitores eletrolticos apresenta
algumas desvantagens:
a formao da camada de xido entre as placas depende da aplicao de tenso
nas armaduras, com polaridade correta;
a ligao de polaridades incorretas sobre as armaduras do capacitor provoca a destruio
do eletrlito, permitindo a circulao de corrente entre as armaduras. Em conseqncia, o
capacitor sofre um processo de aquecimento que faz o eletrlito ferver, podendo inclusive
provocar uma exploso do componente devido formao de gases no seu interior.
Os capacitores eletrolticos polarizados so utilizados apenas em circuitos
alimentados por corrente contnua. Nos circuitos de corrente alternada, a
troca de polaridade da tenso danifica o componente.
O smbolo dos capacitores
eletrolticos expressa a polaridade das
armaduras. (Fig. 25)
Fig. 25
Eletrnica Bsica - Capacitores
-
192 SENAI-RJ
Eletrnica Bsica - Grandezas Eltricas
No componente, a polaridade expressa de duas formas:
por um chanfro na carcaa, que indica o terminal positivo. (Fig . 26)
por sinais de + impressos no corpo. (Fig. 27)
Fig. 26Terminal positvo
Fig. 27
b) Alterao da capacitncia
O capacitor eletroltico sofre alterao de capacitncia quando no est sendo utilizado.
Esta alterao se deve ao fato de que a formao da camada de xido entre as armaduras depende
da aplicao de tenso no capacitor.
Quando o capacitor eletroltico permanece durante um perodo sem utilizao, o dieltrico
sofre um processo de degenerao que afeta sensivelmente a sua capacitncia.
Por esta razo, sempre que for necessrio utilizar um capacitor que estava estocado durante
algum tempo, deve-se conect-lo a uma fonte de tenso contnua durante alguns minutos,
para permitir a reconstituio do dieltrico antes de aplic-lo no circuito.
c) Tolerncia
Os capacitores eletrolticos esto sujeitos a uma tolerncia elevada no valor real, com
relao ao valor nominal. Esta tolerncia pode atingir valores de 20 a 30% e at mesmo 50% em
casos extremos.
Eletrnica Bsica - Capacitores
-
SENAI-RJ 193
Eletrnica Bsica - Grandezas Eltricas
Tipos de capacitores eletrolticos
Existem dois tipos de capacitores eletrolticos, que esto relacionados com o tipo de
dieltrico empregado:
capacitor eletroltico de xido de alumnio.
capacitor eletroltico de xido de tntalo.
As figuras 28 e 29 mostram, respectivamente, um capacitor eletroltico de xido de alumnio
e um de tntalo.
Os capacitores eletrolticos de xido de tntalo apresentam uma vantagem sobre os eletrolticos
de xido de alumnio, pois sua capacitncia sofre menor variao com o passar do tempo.
Capacitores eletrolticos mltiplos
Existem capacitores eletrolticos mltiplos, que consistem em dois, trs ou at mesmo
quatro capacitores no mesmo invlucro externo ou carcaa. (Figs. 30 e 31)
Fig. 28 Fig. 29
Fig. 30 Fig. 31
Terminal negativo
Terminais positivos
Terminal negativo
Terminais positivos
Eletrnica Bsica - Capacitores
-
194 SENAI-RJ
Eletrnica Bsica - Grandezas Eltricas
Capacitores eletrolticos como os da figura 31
so muito usados em fontes de alimentao.
Os capacitores eletrolticos mltiplos podem
ser representados pelo smbolo mostrado na figura 32.
Especificao tcnica de capacitores
Os capacitores so especificados tecnicamente pelas seguintes caractersticas:
tipo;
capacitncia;
tenso de trabalho.
Exemplos: capacitor de polister, 0,47 F/600 V
capacitor eletroltico, 2200 F/63 V
Apresentao das caractersticas nos capacitores
A capacitncia e a tenso de trabalho dos capacitores expressa no corpo do
componente de duas formas:
diretamente em algarismos;
atravs de um cdigo de cores.
A figura 33 apresenta alguns capacitores com os valores de capacitncia e a tenso de
trabalho expressos diretamente em algarismos.
Fig. 32
Fig. 33
Os valores so apresentados normalmente em microfarads (F)ou picofarads (pF).
Eletrnica Bsica - Capacitores
-
SENAI-RJ 195
Eletrnica Bsica - Grandezas Eltricas
Quando os capacitores so menores que 1F (Exemplos: 0,1 F;
0,0047 F; 0,012 F) o zero que precede a vrgula no impresso no corpo do
componente. Aparece diretamente um ponto, que representa a vrgula. Assim:
Valor do capacitor Valor impresso no corpo
0,1 F . 1 F
0,047 F . 047 F
0,012 F . 012 F
0,68 F . 68 F
Cdigo de cores para capacitores
A figura 34 mostra o cdigo de cores para capacitores e a ordem de interpretao dos
algarismos.
Fig. 34
1o algarismo
2o algarismo
No de zeros
Tolerncia
Tenso nom.
Eletrnica Bsica - Capacitores
-
196 SENAI-RJ
Eletrnica Bsica - Grandezas Eltricas
O valor de capacitncia expresso pelo cdigo de cores dado em picofarads
(pF). Assim:
Amarelo Violeta Laranja Branco Azul
47000 pF + 10% 630 V 47 nF
Laranja Branco Amarelo Branco Vermelho
390000 pF + 10% 250 V 0,39 F
Teste de isolao docapacitor
Um capacitor em condies normais apresenta entre suas armaduras resistncia infinita
(isolao), no permitindo assim circulao de corrente.
Entretanto, quando o dieltrico sofre degenerao, a resistncia entre as armaduras
diminui, permitindo a circulao de uma pequena corrente denominada de corrente de fuga.
Quando se deseja verificar as condies do capacitor quanto resistncia de isolao
entre as armaduras, utiliza-se normalmente o ohmmetro.
A escolha da escala do ohmmetro depende do valor de capacitncia do capacitor a ser
testado (tabela 2).
Para valores de capacitncia at 1 F, a escala recomendada x 10000; para valores
superiores, recomenda-se x 100 ou x 10.
Tabela 2
CAPACITNCIA
at 1F
de 1 F a 100 F
acima de 100 F
ESCALA
x 10000
x 1000
x 10 ou x 1
Eletrnica Bsica - Capacitores
-
SENAI-RJ 197
Eletrnica Bsica - Grandezas Eltricas
Aps selecionada a escala, conectam-se as pontas de prova do ohmmetro aos terminais
do capacitor. Neste momento, o ponteiro deflexiona rapidamente em direo ao zero e logo em
seguida retorna mais lentamente em direo ao infinito da escala.
Quando o capacitor est com a isolao em condies, o ponteiro deve retornar at o
infinito da escala.
Devem-se inverter as pontas de prova e repetir o teste.
Comportamento docapacitor em CA
Os capacitores despolarizados podem funcionar em corrente alternada, devido ao fato
de que cada uma das suas armaduras pode receber tanto potencial positivo como negativo.
Os capacitores polarizados no podem ser conectados CA, porque a troca de polaridade
provoca danos ao componente.
Quando um capacitor conectado a uma fonte de corrente alternada, a troca sucessiva
de polaridade da tenso est aplicada s armaduras do capacitor. (Fig. 35)
Fig. 35
Eletrnica Bsica - Capacitores
-
198 SENAI-RJ
Eletrnica Bsica - Grandezas Eltricas
Com a troca sucessiva de polaridade, uma mesma armadura durante um semiciclo
recebe eltrons da fonte e, no outro, devolve eltrons para a fonte. (Figs. 37 e 38)
A cada semiciclo, a armadura que
recebe potencial positivo entrega
eltrons fonte, enquanto a armadura que
est ligada ao potencial negativo recebe
eltrons. (Fig. 36)
Eltrons
Eltrons
Existe, portanto, um movimento de eltrons ora entrando, ora saindo da armadura. Isso
significa que circula uma corrente alternada no circuito, embora as cargas eltricas no passem
de uma armadura do capacitor para outra, atravs do dieltrico.
Um capacitor ligado a uma fonte de CA permite a circulao de corrente
no circuito.
Fig. 37 Fig. 38
Eltrons
Eltrons
Eltrons
Eltrons
Eletrnica Bsica - Capacitores
Fig. 36
-
SENAI-RJ 199
Eletrnica Bsica - Grandezas Eltricas
Reatncia capacitiva
Os processos de carga e descarga sucessivas de um capacitor ligado em CA do origem a
uma resistncia passagem da corrente no circuito. Esta resistncia denominada de reatncia
capacitiva, que pode ser definida como a oposio que um capacitor apresenta circulao de
corrente em circuitos de CA.
A reatncia capacitiva representada pela notao Xc e expressa em ohms ().A reatncia capacitiva Xc expressa pela equao:
Xc = ___1___
2pi f C
onde: Xc = reatncia capacitiva em 2pi = constante (6,28)
f = freqncia da corrente alternada em Hz
C = capacitncia do capacitor em F
Como a capacitncia normalmente no expressa em farads, pode-se operar a equao
de forma a poder usar o valor do capacitor em F.
Xc = 106
2pi f C
onde: Xc = reatncia capacitiva em 106 = constante
f = freqncia em Hz
C = capacitncia em F
2pi = constante > 6,28
Eletrnica Bsica - Capacitores
-
200 SENAI-RJ
Eletrnica Bsica - Grandezas Eltricas
APLICAO
Exerccio 1: A reatncia de um capacitor de 100 nF aplicado a uma rede de CA
de freqncia 60 Hz :
Dados f = 60 Hz Xc = 106
C = 100 nF ou 0,1 F 2pi f C
Xc = 1000000
6,28 60 0,1
Xc = 26539
Fatores que influenciam na reatncia capacitiva
A reatncia capacitiva depende apenas da capacitncia e da freqncia da rede CA, o
que se pode demonstrar atravs da equao que a expressa.
O grfico da figura 39 mostra o comportamento da reatncia capacitiva com a variao
da freqncia da CA.
Pelo grfico, verifica-se que a reatncia capacitiva diminui com o aumento da freqncia.
Fig. 39
Eletrnica Bsica - Capacitores
-
SENAI-RJ 201
Eletrnica Bsica - Grandezas Eltricas
No grfico da figura 40, tem-se o comportamento da reatncia capacitiva com a variao
da capacitncia.
Observa-se que a reatncia capacitiva diminui com o aumento da capacitncia.
Na equao da reatncia no aparece o valor de tenso. Isto significa que a reatncia
capacitiva independente do valor de tenso CA aplicada ao capacitor.
A tenso aplicada ao capacitor ir influenciar apenas na corrente circulante no circuito.
Relao entre tenso CA, corrente CA ereatncia capacitiva
Quando um capacitor conectado a uma fonte de CA estabelece-se um circuito eltrico.
Neste circuito esto em jogo trs valores:
tenso aplicada.
reatncia capacitiva,
corrente circulante.
Fig. 40
Eletrnica Bsica - Capacitores
-
202 SENAI-RJ
Eletrnica Bsica - Grandezas Eltricas
onde: Vc = tenso no capacitor em V
I = corrente no circuito (eficaz) em A
Xc = reatncia capacitiva em
Deve-se lembrar que os valores de V e I indicados nas medies com um voltmetro e um
miliampermetro de CA conectados ao circuito so sempre valores eficazes, a menos que sejam
especificados de forma diferente (Vp, Vpp ou Ip, Ipp).
Fig. 41
APLICAO
Exerccio 1: Um capacitor de 1 F conectado a uma rede de CA 220 V 60 Hz.Qual
a corrente circulante no circuito?
Xc = 106
= 106
Xc = 2653 2pi f C 6,28 60 1
I = Vc
= 220 V
= 0,0829 A Xc 2653
I = 82,9 mA
Eletrnica Bsica - Capacitores
Estes trs valores esto relacionados entre si nos circuitos de CA da mesma forma que nos
circuitos de CC, razo pela qual se pode aplicar a Lei de Ohm para estabelec-los. (Fig. 41)
-
SENAI-RJ 203
Eletrnica Bsica - Grandezas Eltricas
Determinao experimental dacapacitncia de um capacitor
Quando a capacitncia de um capacitor despolarizado desconhecida, possvel
Conhecendo-se os valores de tenso e corrente no circuito, determina-se a reatncia
capacitiva do capacitor:
Xc = Vc
onde Vc = tenso no capacitor
Ic
Ic = corrente no capacitor
Utilizando os valores disponveis, determina-se a capacitncia.
Xc = 106
2pi f C
isolando C
C(F) = 106
2pi f C
Este processo tambm pode ser utilizado para determinao da capacitncia de uma
associao de capacitores, desde que sejam despolarizados.
determin-la por processo experimental.
Aplica-se o capacitor a uma fonte
de CA com tenso e freqncia
conhecidas e determina-se a corrente
com um ampermetro de CA (Fig. 42). O
valor de tenso de pico da CA aplicada
deve ser inferior tenso de trabalho do
capacitor.
(conhecido)
(conhecida)(desconhecido)
Fig. 42
Eletrnica Bsica - Capacitores
-
Nesta seo...
INDUTORES ETRANSFORMADORES
Magnetismo
Induo
Transformador
Relao de transformao
Relao de potncia nos transformadores
Identificao dos terminais das bobinasdo primrio
Especificao de transformadores
Relao de fase entre as tensesdo primrio e do secundrio
6
-
206 SENAI-RJ
Eletrnica Bsica - Grandezas Eltricas
-
SENAI-RJ 207
Eletrnica Bsica - Grandezas EltricasEletrnica Bsica - Indutores e Transformadores
Magnetismo
ms naturais
Alguns materiais encontrados na natureza apresentam propriedades magnticas naturais.
Esses materiais so denominados de ms naturais. Exemplo desses ms naturais a magnetita,
minrio de ferro que naturalmente magntico.
O magnetismo uma propriedade que certos materiais possuem que faz com que eles
exeram uma atrao sobre materiais ferrosos. (Fig. 1)
As propriedades dos corpos magnticos so grandemente utilizadas em eletricidade
(motores, geradores) e eletrnica (instrumentos de medida, transmisso de sinais, etc...).
Fig. 1
-
208 SENAI-RJ
Eletrnica Bsica - Grandezas Eltricas
ms artificiais
Os ms artificiais so barras de materiais ferrosos que o homem magnetiza por processos
artificiais. So muito empregados porque podem ser fabricados com os mais diversos formatos,
a fim de atender s necessidades prticas. (Fig. 2)
Eletrnica Bsica - Indutores e Transformadores
Os ms artificiais em geral tm propriedades magnticas mais intensas que os naturais.
Plos magnticos de um m
Externamente, as foras de atrao magntica de um m se manifestam com maior
intensidade nas suas extremidades. (Fig. 3)
Fig. 2
Fig. 3
Zonas de maior intensidadedas propriedades magnticas
-
SENAI-RJ 209
Eletrnica Bsica - Grandezas EltricasEletrnica Bsica - Indutores e Transformadores
Por esta razo, as extremidades so denominadas de plos magnticos do m. (Fig. 4)
Plos magnticos do im
Cada um dos plos apresenta
propriedades magnticas especficas, sendo
denominados de plo sul e plo norte. (Fig. 5)
Uma vez que as foras de atrao
magntica dos ms so mais concentradas nos
plos, conclui-se que a intensidade destas
propriedades decresce para o centro do m.
Na regio central do m se estabelece
uma linha onde as foras de atrao magntica
do plo sul e do plo norte so iguais e se
anulam. Ela denominada de linha neutra, e
, portanto, a linha divisria entre os plos do
m. (Fig. 6)
Fig. 5
Fig. 7
m molecularampliado milhes
de vezes
Fig. 4
Origem do magnetismo
Fig. 5
Linha neutra
O magnetismo tem a
sua origem na organizao dos
materiais. Cada molcula de
um material um pequeno
m natural, denominado de
m molecular ou domnio.
(Fig. 7)
-
210 SENAI-RJ
Eletrnica Bsica - Grandezas Eltricas
Quando durante a formao de um
material as molculas se orientam em
sentidos diversos, os efeitos magnticos dos
ms moleculares se anulam no todo do
material. Forma- se, assim, um material sem
magnetismo natural. (Fig. 8)
Entretanto, se durante a formao
do material as molculas assumem uma
orientao nica (ou predominante), os
efeitos magnticos de cada m molecular
se somam, dando origem a um m com
propriedades magnticas naturais. (Fig. 9)
Eletrnica Bsica - Indutores e Transformadores
Fig. 8
Fig. 9
Na fabricao de ms artificiais, as molculas de um material
(desordenadas) sofrem um processo de orientao a partir de foras externas.
Inseparabilidade dos plos
Os ms tm uma propriedade caracterstica: por mais que se divida qualquer deles em
partes menores, as partes sempre tero um plo norte e um plo sul. (Fig. 10)
Fig. 10
-
SENAI-RJ 211
Eletrnica Bsica - Grandezas Eltricas
Esta propriedade do m de ser dividido em partes, at a condio de ms moleculares,
tornando-se impossvel isolar um plo norte ou plo sul, denominada de inseparabilidade
dos plos.
Interao entre ms
Quando os plos magnticos de dois ms esto prximos, as foras magnticas dos
dois ms reagem entre si de forma singular: se os dois plos magnticos prximos forem
diferentes (norte de um com sul do outro) h uma atrao entre os dois ms. (Fig. 11)
Eletrnica Bsica - Indutores e Transformadores
No entanto, se os dois plos prximos forem iguais (norte de um prximo ao norte do
outro) h uma repulso entre os dois ms. (Fig. 12)
Fig. 12
Fig. 11
-
212 SENAI-RJ
Eletrnica Bsica - Grandezas Eltricas
Pode-se resumir a interao entre dois ms em duas regras:
plos magnticos iguais se repelem.
plos magnticos diferentes se atraem.
Eletrnica Bsica - Indutores e Transformadores
Campo magntico Linhas de fora
Os efeitos de atrao ou repulso entre dois ms ou de atrao de um m sobre os
materiais ferrosos se devem existncia de um campo magntico que provm do m.
O espao ao redor do m em que existe atuao das foras magnticas denominado
de campo magntico.
Como artifcio para estudar este campo magntico, admite-se a existncia de linhas de
fora magntica ao redor do m.
Esta experincia mostra tambm uma maior concentrao de limalhas na regio dos
plos do m, devido maior intensidade de magnetismo nas regies polares.
Fig. 13
A linhas de fora magntica de
um m so invisveis e somente podem
ser visualizadas com auxlio de um
recurso: colocando-se um m embaixo
de uma lmina de vidro e espalhando
(borrifando) limalha de ferro sobre o
vidro, as limalhas se orientam conforme
as linhas de fora magntica. (Fig. 13)
O formato caracterstico das
limalhas sobre o vidro, denominado de
espectro magntico, apresentado na
figura 14.
Fig. 14
-
SENAI-RJ 213
Eletrnica Bsica - Grandezas Eltricas
Orientao das linhas de fora
Com o objetivo de padronizar os estudos relativos ao magnetismo e s linhas de fora,
estabeleceu-se, como conveno, que as linhas de fora de um campo magntico se dirigem do
plo norte em direo ao plo sul. (Fig. 16)
Eletrnica Bsica - Indutores e Transformadores
A maior intensidade do magnetismo nos plos do m se deve concentrao das linhas
de fora que ocorre nestas regies. (Fig. 15)
Fig. 15
Esta conveno se aplica s linhas de fora externas ao m.
Fig. 16
-
214 SENAI-RJ
Eletrnica Bsica - Grandezas Eltricas
Eletromagnetismo
Eletromagnetismo um fenmeno magntico provocado pela circulao de uma
corrente eltrica.
A denominao eletromagnetismo se aplica a todo fenmeno magntico
que tenha origem em uma corrente eltrica.
Campo magntico em um condutor
Quando um condutor percorrido por uma corrente eltrica, ocorre uma orientao no
movimento das partculas no seu interior.
Esta orientao do movimento das partculas tem um efeito semelhante orientao
dos ms moleculares.
Como conseqncia desta orientao, verifica-se o surgimento de um campo magntico
ao redor do condutor. (Fig. 17)
Eletrnica Bsica - Indutores e Transformadores
Fig. 17
-
SENAI-RJ 215
Eletrnica Bsica - Grandezas Eltricas
A circulao de corrente eltrica em um condutor d origem a um campo
magntico ao seu redor.
O sentido de deslocamento das linhas de fora dado pela regra da mo direita, para o
sentido convencional da corrente eltrica.
Regra da mo direita
Eletrnica Bsica - Indutores e Transformadores
As linhas de fora deste campo magntico, criado pela corrente eltrica que passa por um
condutor, so circunferncias concntricas num plano perpendicular ao condutor. (Fig. 18)
Fig. 18
Fig. 19
Envolvendo o condutor com os
quatro dedos da mo direita de forma
que o dedo polegar indique o sentido da
corrente (convencional), o sentido das
linhas de fora ser o mesmo dos dedos
que envolvem o condutor. (Fig. 19)
Pode-se tambm utilizar a regra
do sacarrolha como forma de definir o
sentido das linhas de fora.
-
216 SENAI-RJ
Eletrnica Bsica - Grandezas Eltricas
Regra do sacarrolha
O sentido das linhas de fora dado pelo movimento do cabo do sacarrolha, cuja ponta
avana no condutor no mesmo sentido da corrente (convencional). (Fig. 20)
Eletrnica Bsica - Indutores e Transformadores
A intensidade do campo magntico ao redor de um condutor depende da intensidade
da corrente que flui no condutor. (Figs. 21 e 22)
Fig. 20
Sentido
da co
rrente
conven
cional
Sentido das linhasdo campo magntico
A intensidade do campo magntico ao redor de um condutor diretamente
proporcional corrente que circula nesse condutor.
Fig. 21 Fig. 22
Corrente pequenaCampo magntico fraco
Corrente elevadaCampo magntico intenso
-
SENAI-RJ 217
Eletrnica Bsica - Grandezas Eltricas
Campo magntico em uma bobina
Para obter campos magnticos de maior intensidade a partir da corrente eltrica, usa-se
enrolar o condutor em forma de espiras, constituindo uma bobina.
A figura 23 mostra uma bobina, e a figura 24 mostra o seu smbolo.
Eletrnica Bsica - Indutores e Transformadores
As bobinas permitem uma soma dos efeitos magnticos em cada uma das espiras.
Enrolando um condutor em forma de espiras, constitui-se uma bobina,
que permite a soma dos efeitos magnticos no condutor.
A figura 25 mostra uma bobina constituda por vrias espiras, ilustrando o efeito
resultante da soma dos efeitos individuais.
Fig. 24Fig. 23
Fig. 25
-
218 SENAI-RJ
Eletrnica Bsica - Grandezas Eltricas
Os plos magnticos formados pelo campo magntico tm caractersticas semelhantes
aos plos de um m natural.
A intensidade do campo magntico em uma bobina depende diretamente da
intensidade da corrente e do nmero de espiras. (Fig.26)
Eletrnica Bsica - Indutores e Transformadores
Fig. 26
a corrente
o nmerode espiras
a intensidade docampo aumentaAUMENTANDO
Bobinas com ncleo
O ncleo a parte central das bobinas.
Quando nenhum material colocado no interior
da bobina, diz-se que o ncleo de ar. (Fig. 27)
maior corrente
maior nmero de espiras
NAS
BOBINAS
maior intensidade docampo magntico
Fig. 27
-
SENAI-RJ 219
Eletrnica Bsica - Grandezas Eltricas
Para obter uma maior intensidade de
campo magntico a partir de uma mesma bobina,
pode-se utilizar o recurso de colocar um material
ferroso (ferro, ao...) no interior dela.
Neste caso, o conjunto bobina-ncleo de
ferro recebe a denominao de eletrom. (Fig. 28)
Eletrnica Bsica - Indutores e Transformadores
Fig. 28
A maior intensidade do campo magntico nos eletroms se deve ao fato de que os
materiais ferrosos provocam uma concentrao das linhas de fora. (Fig. 29)
Fig. 29
Quando uma bobina tem um ncleo de material ferroso, seu smbolo expressa esta
condio. (Figs. 30 e 31)
Bobina comncleo de ferro
Bobina comncleo de ferrite
Fig. 30 Fig. 31
Permeabilidade magntica
A capacidade de um material de concentrar as linhas de fora denominada de
permeabilidade magntica, que representada pela letra grega (mi).
De acordo com a permeabilidade magntica, os materiais podem ser classificados como:
diamagnticos permeabilidade pequena (menor que 1) e negativa.
-
220 SENAI-RJ
Eletrnica Bsica - Grandezas Eltricas
So exemplos de materiais diamagnticos: cobre, ouro.
paramagnticos permeabilidade em torno da unidade.
So materiais que praticamente no alteram o campo magntico (no
dispersam nem concentram as linhas de fora). (Fig. 33)
Eletrnica Bsica - Indutores e Transformadores
Os materiais diamagnticos promovem uma disperso do campo magntico.
(Fig. 32)
Bloco de materialdiamagntico
Fig. 32
So exemplos de materiais paramagnticos: o ar, o alumnio.
Fig. 33
Bloco de materialparamagntico
-
SENAI-RJ 221
Eletrnica Bsica - Grandezas Eltricas
Os materiais ferromagnticos so atrados pelos campos magnticos.
Magnetismo remanente
Quando se coloca um ncleo de ferro em uma bobina, na qual circula uma corrente
eltrica, o ncleo se torna imantado, porque as suas molculas se orientam conforme as linhas
de fora criadas pela bobina. (Figs. 35 e 36)
Eletrnica Bsica - Indutores e Transformadores
ferromagnticos so materiais com alta permeabilidade.
Caracterizam-se por promover uma concentrao das linhas magnticas. (Fig. 34)
Fig. 34
Fig. 35 Fig. 36
Bloco de materialferromagntico
-
222 SENAI-RJ
Eletrnica Bsica - Grandezas Eltricas
Induo
O princpio da gerao de energia eltrica baseia-se no fato de que toda vez que um
condutor se movimenta no interior de um campo magntico aparece neste condutor uma
diferena de potencial. (Fig. 38)
Eletrnica Bsica - Indutores e Transformadores
Cessada a passagem da corrente, alguns
ms moleculares permanecem na posio de
orientao anterior, fazendo com que o ncleo
permanea ligeiramente imantado. (Fig. 37)
Esta pequena imantao denominada
de magnetismo remanente ou residual. O mag-
netismo residual importantssimo, principal-
mente para os geradores de energia eltrica.
Este tipo de m denominado de m tem-
porrio.Fig. 37
Essa tenso gerada pelo movimento do condutor no interior de um campo magntico
denominada de tenso induzida.
Foi o cientista ingls Michael Faraday, ao realizar estudos com o eletromagnetismo, que
determinou as condies necessrias para que uma tenso seja induzida em um condutor.
As observaes de Faraday podem ser resumidas em duas concluses:
Fig. 38
-
SENAI-RJ 223
Eletrnica Bsica - Grandezas Eltricas
Isto significa: campo mais intenso maior tenso induzida
variao do campo mais rpida maior tenso induzida
Os geradores de energia eltrica se baseiam nos princpios estabelecidos por Faraday.
Auto-induo
O fenmeno de induo faz com que o comportamento das bobinas em um circuito de CC
seja diferente do comportamento dos resistores no mesmo tipo de circuito.
Eletrnica Bsica - Indutores e Transformadores
1 quando um condutor eltrico sujeito a um campo magntico varivel, tem origem
nesse condutor uma tenso induzida.
importante notar que para se ter um campo magntico varivel no condutor pode-se:
a) manter o campo magntico estacionrio e movimentar o condutor perpen-
dicularmente ao campo. (Fig. 39)
b) manter o condutor estacionrio e movimentar o campo magntico. (Fig. 40)
Fig. 39 Fig. 40
Movimento do condutor Movimento do campo magntico
2 a magnitude da tenso induzida diretamente proporcional intensidade do fluxo
magntico e razo de sua variao.
-
224 SENAI-RJ
Eletrnica Bsica - Grandezas Eltricas
Se neste mesmo circuito o resistor for substitudo por uma bobina, o comportamento
ser diferente. A corrente atinge o valor mximo algum tempo aps a ligao do interruptor.
(Fig. 42)
Eletrnica Bsica - Indutores e Transformadores
Em um circuito formado por uma fonte de CC, um resistor e uma chave, a corrente atinge
o seu valor mximo instantaneamente, no momento em que o interruptor ligado. (Fig. 41)
Chavedesligada
Chaveligada
Este atraso para atingir a corrente mxima se deve induo e pode ser melhor
compreendido imaginando o comportamento do circuito passo a passo.
Suponha-se o circuito composto por uma bobina, uma fonte de CC e uma chave. (Fig. 43)
Fig. 41
Chavedesligada
Chaveligada
Fig. 42
Fig. 43
-
SENAI-RJ 225
Eletrnica Bsica - Grandezas Eltricas
No momento em que a chave
fechada, inicia-se a circulao de corrente
na bobina.
Com a circulao da corrente, surge
o campo magntico ao redor de suas espiras.
(Fig. 45)
Eletrnica Bsica - Indutores e Transformadores
Enquanto a chave est desligada, no h campo magntico ao redor das espiras porque
no h corrente circulante.
A figura 44 mostra apenas a bobina em destaque, com algumas espiras representadas
em corte.
Fig. 44
Campomagntico
Fig. 45
Na medida em que a corrente cresce em direo ao valor mximo, o campo magntico
nas espiras se expande. (Fig. 46)
Fig. 46
Campomagnticoem expanso
-
226 SENAI-RJ
Eletrnica Bsica - Grandezas EltricasEletrnica Bsica - Indutores e Transformadores
Ao se expandir, o campo magntico em movimento gerado em uma espira corta a espira
colocada ao lado. (Fig. 47)
Conforme Faraday enunciou, induz-se nessa espira cortada pelo campo em movimento
uma determinada tenso.
Cada espira da bobina induz, nas espiras vizinhas, uma tenso eltrica.
Desse modo, a aplicao de tenso em uma bobina provoca o aparecimento de um
campo magntico em expanso que gera, na prpria bobina, uma tenso induzida.
Este fenmeno que consiste em uma bobina induzir sobre si mesma uma tenso
denominado de auto-induo.
A tenso gerada na bobina por auto-induo tem uma caracterstica importante: tem
polaridade oposta tenso que aplicada aos seus terminais, razo pela qual denominada de
fora contra-eletromotriz. (f.c.e.m.).
Voltando ao circuito:
Ao ligar a chave, aplica-se a tenso, com uma determinada polaridade, bobina.(Fig. 48)
Fig. 47
Fig. 48
Polaridade da fonte
-
SENAI-RJ 227
Eletrnica Bsica - Grandezas Eltricas
Como a f.c.e.m. atua contra a tenso da fonte, a tenso aplicada bobina , na realidade:
V resultante = V fonte f.c.e.m.
A corrente no circuito causada por esta tenso resultante:
(V f.c.e.m.)
I =
Como a f.c.e.m. existe apenas durante a variao do campo magntico gerado na bobina,
quando o campo magntico atinge o valor mximo a f.c.e.m. deixa de existir e a corrente atinge
o valor mximo.
O grfico da figura 51 mostra detalhadamente esta situao.
Eletrnica Bsica - Indutores e Transformadores
A auto-induo gera, na bobina, uma tenso induzida (f.c.e.m.) de polaridade oposta
tenso aplicada. (Fig. 49)
Fcem Tensoaplicada
Fig. 49
Representando f.c.e.m. como uma bateria existente no interior da prpria bobina, o
circuito apresenta-se conforme mostrado na figura 50.
Bobina
Fig. 50
tenso resultante R
-
228 SENAI-RJ
Eletrnica Bsica - Grandezas EltricasEletrnica Bsica - Indutores e Transformadores
O mesmo fenmeno ocorre quando a chave desligada. A contrao do campo induz
Fig. 51
uma f.c.e.m. na bobina retardando o decrscimo da corrente. (Fig. 52)
Em resumo, pode-se dizer que a auto-induo faz com que as bobinas tenham uma
caracterstica singular: a oposio a variaes bruscas de corrente.
Fig. 52
Chavedesligada Chave ligada Chave desligada
auto--induo
auto--induo
Crescelentamente
Decrescelentamente
Chavedesligada Chave ligada
auto--induo cessa a auto-induo
I= V - fcem R
t
-
SENAI-RJ 229
Eletrnica Bsica - Grandezas Eltricas
Indutncia
A capacidade de se opor s variaes de corrente denominada de indutncia e
representada pela letra L.
A unidade de medida da indutncia o henry, representado pela letra H.
A unidade de medida de indutncia, henry, tem submltiplos muito utilizados em
eletrnica. A tabela 1 mostra a relao entre os submltiplos e a unidade.
Eletrnica Bsica - Indutores e Transformadores
A indutncia de uma bobina depende de diversos fatores:
material
do ncleo seo
formato
do nmero de espiras
do espaamento entre as espiras
tipo
do condutor
seo
Em funo de apresentar indutncia, as bobinas so tambm denominadas de indutores.
Os indutores podem ter as mais diversas formas, podendo inclusive ser parecidos com
um transformador.
SUBUNIDADE
milihenry(mH)
microhenry(H)
VALOR COM RELAO AO henry
10-3 H ou 0,001 H
10-6 H ou 0,000001 H
{
{
-
230 SENAI-RJ
Eletrnica Bsica - Grandezas Eltricas
Indutores em CA
Quando se aplica um indutor em um circuito de CC, a sua indutncia se manifesta
apenas nos momentos em que existe variao de corrente.
J em CA, como os valores de tenso e corrente esto em constante modificao, o
efeito da indutncia se manifesta permanentemente.
Essa manifestao permanente da oposio circulao de corrente varivel
denominada de reatncia indutiva, representada pela notao XL.
Reatncia indutiva (XL) a oposio que um indutor apresenta
circulao de corrente alternada.
Em outras palavras, reatncia indutiva a resistncia de um indutor em
corrente alternada.
A reatncia indutiva expressa em ohms e pode ser determinada atravs da equao:
onde XL
= reatncia indutiva em X
L = 2 pi f L 2pi = constante (6,28)
f = freqncia da corrente alternada
L = indutncia do indutor em henry
Eletrnica Bsica - Indutores e Transformadores
Fig. 53
A figura 53 mostra alguns tipos caractersticos de indutores.
-
SENAI-RJ 231
Eletrnica Bsica - Grandezas Eltricas
A reatncia indutiva de um indutor no depende da tenso aplicada aos
seus terminais.
A corrente que circula em um indutor aplicado a CA (IL) pode ser calculada com base na Lei
de Ohm, substituindo-se R por XL.
Eletrnica Bsica - Indutores e Transformadores
APLICAO
Exerccio 1 A reatncia de um indutor de 600 mH aplicado a uma rede de CA de 60 Hz :
XL = 2pi f L
XL
= 6,28 60 0,6
XL = 226,08
onde IL = corrente eficaz no indutor em A
V = tenso eficaz em V
XL = reatncia indutiva em
TransformadorO transformador um dispositivo que permite elevar ou rebaixar os valores de tenso ou
corrente em circuitos de CA. (Figs. 54 e 55)
IL =
V X
L
A grande maioria dos equipamentos eletrnicos emprega transformadores, seja como
elevador ou como rebaixador de tenses.
TRANS-FORMA-
DOR 110 VCA 220 VCA
Fig. 54 Fig. 55
TRANS-FORMA-
DOR 110 VCA220 VCA
-
232 SENAI-RJ
Eletrnica Bsica - Grandezas EltricasEletrnica Bsica - Indutores e Transformadores
A figura 56 mostra alguns transformadores.
Princpio de funcionamento
Fig. 56
Campo magnticovarivel
Quando uma bobina
conectada a uma fonte de CA,
surge um campo magntico
varivel ao seu redor. (Fig. 57)
Aproximando-se outra
bobina primeira, o campo
magntico varivel gerado na
primeira bobina corta as
espiras da segunda. (Fig. 58)
Fig. 57
Fig. 58
tensoaplicada
Como conseqncia da variao de campo magntico sobre suas espiras, surge na
segunda bobina uma tenso induzida. (Fig. 59)
-
SENAI-RJ 233
Eletrnica Bsica - Grandezas Eltricas
A bobina na qual se aplica a tenso CA denominada de primrio do transformador e a
bobina onde surge a tenso induzida denominada de secundrio do transformador. (Fig. 60)
Eletrnica Bsica - Indutores e Transformadores
Fig. 59
importante observar que as bobinas primria e secundria so eletricamente isoladas
entre si. A transferncia de energia de uma para a outra se d exclusivamente atravs das linhas
de fora magnticas.
Fig. 60
A tenso induzida no secundrio
de um transformador proporcional ao
nmero de linhas magnticas que corta a
bobina secundria.
Por esta razo, o primrio e o
secundrio de um transformador so
montados sobre um ncleo de material
ferromagntico. (Fig. 61)
Ncleo deferro
Primrio
Secundrio
Fig. 61
-
234 SENAI-RJ
Eletrnica Bsica - Grandezas Eltricas
O ncleo diminui a disperso do campo magntico, fazendo com que o secundrio seja
cortado pelo maior nmero de linhas magnticas possvel, obtendo uma melhor transferncia
de energia entre primrio e secundrio.
As figuras 62 e 63 ilustram o efeito provocado pela colocao do ncleo no transformador.
Eletrnica Bsica - Indutores e Transformadores
Com a incluso do ncleo, o aproveitamento do fluxo magntico gerado no primrio
maior. Entretanto, surge um inconveniente: o ferro macio sofre grande aquecimento com a
passagem do fluxo magntico.
Para diminuir esse aquecimento, utiliza-se ferro silicoso laminado para a construo do
ncleo. (Fig. 64)
Fig. 62
Fig. 63
Com a laminao do ferro,
reduzem-se as correntes parasitas
responsveis pelo aquecimento do
ncleo.
A laminao no elimina o
aquecimento, mas o reduz sensivel-
mente, comparando ao que ocorre com
o ferro macio.
Ferro silicosolaminado
Fig. 64
-
SENAI-RJ 235
Eletrnica Bsica - Grandezas Eltricas
Os traos colocados no smbolo entre as bobinas do primrio e secundrio, indicam o
ncleo de ferro laminado. O ncleo de ferro empregado em transformadores que funcionam
em baixas freqncias (50 Hz, 60 Hz, 120 Hz).
Eletrnica Bsica - Indutores e Transformadores
A figura 65 mostra os smbolos empregados para representar o transformador, segundo
a norma da ABNT.
Fig. 65
Transformadores com mais deum secundrio
possvel construir transformadores com mais de um secundrio, de forma a obter
diversas tenses diferentes. (Figs. 67 e 68)
Fig. 66
Transformadores que funcionam em
freqncias mais altas (kHz) geralmente so
montados em ncleo de ferrite. A figura 66
mostra o smbolo de um transformador com
ncleo de ferrite.
Fig. 67
Fig. 68
Este tipo de transformador muito utilizado em equipamentos eletrnicos.
-
236 SENAI-RJ
Eletrnica Bsica - Grandezas Eltricas
Relao de transformao
A aplicao de uma tenso CA ao primrio de um transformador resulta no aparecimento
de uma tenso induzida do seu secundrio. (Fig. 69)
Eletrnica Bsica - Indutores e Transformadores
Fig. 69
Aumentando-se a tenso aplicada ao primrio, a tenso induzida no secundrio aumenta
na mesma proporo. (Fig. 70)
Verifica-se atravs dos exemplos das figuras 69 e 70 que, no transformador tomado como
exemplo, a tenso do secundrio sempre a metade da tenso aplicada no primrio.
A relao entre as tenses do primrio e secundrio depende fundamentalmente da
relao entre o nmero de espiras no primrio e secundrio.
Se a tenso aplicada no primriodobra, a tenso induzida nosecundrio tambm dobra.
Fig. 70
-
SENAI-RJ 237
Eletrnica Bsica - Grandezas EltricasEletrnica Bsica - Indutores e Transformadores
Num transformador com primrio de 100 espiras e secundrio de 200 espiras, a tenso
no secundrio ser o dobro da tenso no primrio. (Fig. 71)
Denominando-se o nmero de espiras do primrio de NP e do secundrio de N
S pode-se
escrever:
VS = 20 V = 2 N
S = 2
VP 10 V N
P
Verifica-se que o resultado da relao NS/N
P o mesmo da relao V
S/V
P. Logo, pode-se
escrever:
VS = NS
VP N
P
Matematicamente pode-se escrever que, para o transformador usado como exemplo:
V
S = 0,5 onde VS = tenso no secundrio
VP VP = tenso no primrio
O resultado desta relao (VS/V
P) denominado de relao de transformao.
A relao de transformao expressa a relao entre a tenso aplicada ao
primrio e a tenso induzida no secundrio.
Se h o dobro de espiras nosecundrio, haver o dobro da
tenso no secundrio
Fig. 71
-
238 SENAI-RJ
Eletrnica Bsica - Grandezas Eltricas
Um transformador pode ser construdo de forma a ter qualquer relao de transformao
de que se necessite. Por exemplo:
Eletrnica Bsica - Indutores e Transformadores
Tipos de transformador quanto relao de transformao
Quanto relao de transformao, os transformadores podem ser classificados em trs
grupos:
transformador elevador
transformador rebaixador
transformador isolador
Transformador elevador denomina-se transformador elevador todo transformador com
uma relao de transferncia maior que 1 (NS > NP).
Devido ao fato de que o nmero de espiras do secundrio maior que o do primrio, a
tenso do secundrio ser maior que a do primrio.
Transformador elevador NS > NP VS > VP
RELAO DETRANSFORMAO
3
5,2
0,3
TENSES
VS = 3 x V
P
VS
= 5,2 x VP
VS = 0,3 x V
P
-
SENAI-RJ 239
Eletrnica Bsica - Grandezas Eltricas
A figura 72 mostra um exemplo de transformador elevador, com relao de transformao
de 1,5.
Eletrnica Bsica - Indutores e Transformadores
Se uma tenso de 100 VCA
for aplicada ao primrio, a tenso no secundrio ser de 150 V
(100 x 1,5 = 150 ).
Transformador rebaixador todo transformador com relao de transformao
menor que 1 (NS < NP).
Nesse tipo de transformador, a tenso no secundrio menor que no primrio.
Transformador rebaixador NS < NP VS < VP
Fig. 72
A figura 73 mostra um exemplo
de transformador rebaixador, com