Circuitos Eletrnicos

Circuitos Eletrnicos(Teoria 1)Prof. Luiz Ferraz Nettoleo@barretos.com.brIntroduo

Essa Teoria I vai abrir um novo mundo em seus conhecimentos - o mundo da Eletrnica.Ela lhe ensinar o que so circuitos eletrnicos e explicar os significados de corrente eltrica, tenso eltrica e resistncia eltrica. Voc tambm ir conhecendo, aos poucos, os tipos mais importantes de componentes usados na montagem de circuitos eletrnicos. Aps o entendimento dessa parte terica, veja a parte prtica relativa a esse assunto.

Vamos estudar: Circuito de uma lanterna de mo, Corrente eltrica, Tenso eltrica, O sentido convencional da corrente eltrica, Resistncia eltrica e A lei de Ohm.

Circuito de uma lanterna de mo

Voc alguma vez j desmontou complemente uma lanterna de mo para analisar como ela funciona?Veja na ilustrao abaixo como so dispostas as vrias partes de uma tpica lanterna de mo:

Estrutura de uma lanterna eltrica Por que o projetista escolheu essa particular combinao de materiais?

As partes metlicas da lanterna so postas para conduzir a corrente eltrica quando a lanterna posta para funcionar e, alm disso, foram escolhidas para resistirem aos esforos fsicos aos quais so submetidas.

A mola metlica, por exemplo, no s permite caminho eltrico para a corrente como tambm mantm no lugar, sob presso, as pilhas em seu interior. As partes metlicas do interruptor tm que garantir bom contato eltrico e no ficarem danificadas pelo uso contnuo.

Uma lanterna tambm tem partes feitas com material no condutor de corrente eltrica, tais como plsticos e borrachas. A cobertura de plstico dessa lanterna um isolante eltrico. Sua forma importante para que se tenha um manuseio cmodo. Sua cor a tornar mais ou menos atraente aos olhos do usurio.

Como voc ver, os circuitos eltricos contero sempre partes que conduzem e partes que no conduzem correntes eltricas. O segredo todo, nos circuitos eltricos, delimitar um caminho pr planejado para a corrente.

A lmpada incandescente e o refletor compem o sistema ptica da lanterna. A posio da lmpada dentro do refletor deve ser tal que permita a obteno de um feixe estreito de luz.

Uma lanterna um produto eltrico simples, mas muita gente j perdeu noites de sono em seus projetos para que voc tenha um dispositivo que trabalhe bem. Voc pode pensar em alguma outra coisa que o projetista deva levar em considerao na produo em massa de lanternas?

Um modo "mais cientfico" para descrever uma lanterna implica no uso de um diagrama de circuito. Nele, as partes relevantes da lanterna sero representadas atravs de smbolos:

Diagrama de circuito de uma lanterna eltrica Nesse circuito foram representadas simbolicamente, duas clulas voltaicas (pilhas) -formando uma bateria -, um interruptor e uma lmpada incandescente. As linhas no diagrama representam condutores metlicos (fios) que conectam as partes entre si formando o circuito completo.

Um circuito eltrico necessariamente um percurso fechado. Na lanterna, o fechamento do interruptor completa o circuito, permitindo a passagem da corrente eltrica.

Lanternas s vezes falham! Isso acontece quando as partes metlicas do interruptor ou da lmpada no entram efetivamente em contato (devido sujeiras ou ferrugens), quando a lmpada "queima" (interrupo em seu filamento) ou quando as pilhas "pifam" (esgotam suas energias qumicas armazenadas, popularmente, ficam 'descarregadas'). Em qualquer um desses casos, o circuito estar incompleto.

Corrente eltricaUma corrente eltrica um fluxo ordenado de partculas carregadas (partculas dotadas de carga eltrica). Em um fio de cobre, a corrente eltrica formada por minsculas partculas dotadas de carga eltrica negativa, denominadas eltrons -- eles so os portadores da carga eltrica.

No fio de cobre (ou de qualquer outro metal) os eltrons naturalmente l existentes vagueiam desordenadamente (tm sentidos de movimentos aleatrios) at que, por alguma ordem externa, alguns deles passam a caminhar ordenadamente (todos no mesmo sentido) constituindo a corrente eltrica. A intensidade dessa corrente eltrica vai depender de quantos desses portadores, em movimento bem organizado passam, por segundo, por um regio desse fio.

A corrente eltrica, num circuito, representada pela letra I e sua intensidade poder ser expressa em ampres (smbolo A), em miliampres (smbolo mA) ou outros submltiplos tal qual o microampres (smbolo m A).

Um ampre (1 A) uma intensidade de corrente eltrica que indica um fluxo de 6,2x1018 eltrons por segundo em qualquer seo do fio. Esses 6,2x1018 eltrons transportam uma carga eltrica total cujo valor de um coulomb (1 C). 'coulomb'(smbolo C) a unidade com que se medem as quantidades de cargas eltricas.

Se indicarmos a quantidade de carga eltrica que passa pela seo de um fio por Q (medida em coulombs) e o intervalo de tempo que ela leva para passar por essa seo por t (medido em segundos), a intensidade de corrente eltrica I (medida em ampres) ser calculada por: I = Q : t Converses: 1 A = 1 000 mA = 1 000 000 A 1 A = 103 mA = 106 A

1 mA = 1/1 000 A = 1 000 A 1 mA = 10-3 A = 103 A

1 A = 1/1 000 000 A = 1/1000 mA 1 A = 10-6 A = 10-3 mA

Entendeu mesmo? .... O que uma "corrente eltrica" significa para voc? Que unidade usada para medir essas correntes? Quais os submltiplos dela? Atravs de que materiais a corrente pode fluir facilmente?

Cite alguns materiais que atrapalham ou mesmo impedem o fluxo de corrente eltrica atravs deles.

O que um circuito eltrico?

Tenso eltrica

No circuito da lanterna, o que provoca a circulao da corrente?

algo produzido pelas clulas voltaicas (as pilhas). Esse algo, causa da corrente eltrica, a tenso eltrica ou diferena de potencial (d.d.p.) que surge entre os terminais da pilha (plo positivo e plo negativo).

Vamos explicar isso um pouco mais: o que uma pilha realmente faz, quando em funcionamento, uma converso de energia; ela converte energia qumica (que est armazenada nas substncias qumicas que esto dentro dela) em energia eltrica. Quanto de energia qumica convertida em energia eltrica, e transferida para cada coulomb de carga eltrica que movimentado dentro dela, o que caracteriza a tenso eltrica nos terminais da pilha. Essa grandeza indicada pela letra U e medida na unidade volt (smbolo V).

Assim, falar que a tenso U entre os terminais de uma pilha de 1,5 V significa dizer que ela fornece 1,5 J de energia eltrica para cada 1,0 C de carga que a atravessa.

Nota: J o smbolo de joule, a unidade oficial de energia.

Do mesmo modo, falar que a tenso eltrica entre os terminais de uma bateria (associao conveniente de clulas voltaicas) de 12 V, significa dizer que: cada 1,0 C de carga eltrica que passa por dentro dela e sai pelo plo positivo, leva consigo 12 J de energia eltrica. Claro, a energia qumica da bateria diminui de 12 J e, com o uso contnuo ela ir "pifar", ficar sem energia. O termo popular para isso, lembra-se, "descarregada".

Se indicarmos por U a tenso nos terminais da pilha (ou bateria etc.), por Q a quantidade de carga eltrica que a atravessa e por E a quantidade de energia que ela fornece para essa carga, teremos:

U = E : QEm nosso circuito da lanterna, quando as pilhas esto novas, a tenso fornecida por elas total, a corrente eltrica circulante intensa e a lmpada brilha vivamente. Algum tempo depois, j com mais uso, a tenso fornecida por elas diminui, a intensidade de corrente no circuito diminui e a lmpada brilha mais fracamente. Eventualmente no acender mais; as pilhas "pifaram"!

Cada clula voltaica prov cerca de 1,5 V de tenso entre seus terminais (plos). Duas clulas conectadas uma em seguida outra, em srie, (plo positivo de uma encostado no plo negativo da outra)provero cerca de 3,0 V. Trs pilhas em srie provero cerca de 4,5 V etc.

Smbolo da pilha e pilhas conectadas em srie. Qual desses arranjos acima faria a lmpada acender com maior brilho?

Lmpadas incandescentes so projetadas para funcionarem com uma certa tenso particular (e alguma tolerncia) mas, usando uma mesma lmpada adequada, quanto maior a tenso maior ser o seu brilho.

Nota: H um cdigo de cores nas prolas das pequenas lmpadas incandescentes. A "prola" aquela bolinha de vidro dentro da lmpada que sustenta os fios que vo ao filamento. Voc j reparou nisso? De que cor a prola da lmpada em sua lanterna de duas pilhas (3 V)?

Como j salientamos, no sentido exato, uma bateria consiste no arranjo conveniente de duas ou mais clulas voltaicas. Esses arranjos (ou associaes) podem ser em srie, em paralelo ou mista (combinaes adequadas de sries e paralelos). Observe essas associaes:

Clulas associadas em srie, paralelo e mista.

Uma clula individual pode prover uma pequena intensidade de corrente por muito tempo, ou uma grande intensidade por pouco tempo. Conectando-se as clulas em srie aumentamos a tenso eltrica total disponvel, mas isso no afeta o tempo de vida til das clulas. Por outro lado, se as clulas (iguais) forem conectadas em paralelo, a tenso no fica afetada, continua os mesmos 1.5 V, mas o tempo de vida da bateria dobrado.

Uma lmpada de lanterna percorrida por corrente de intensidade 300 mA (usando pilhas tipo C, alcalinas)deveria funcionar por cerca de 20 horas antes das pilhas esgotarem-se. Isso traduz, de certo modo, o quanto de energia qumica est armazenada na pilha e quanto de energia eltrica pode ser utilizada at ela "pifar". O linguajar popular chama isso de "capacidade de armazenamento" e indicado em ampres-hora (A-h).

Exemplificamos: Uma bateria selada para "no-break" trs as indicaes 12V, 7Ah . Isso indica que ela est capacitada a manter um corrente de intensidade 7A durante 1 h, ou manter de uma corrente de intensidade 3,5A durante 2h, ou 1A durante 7h etc.

Fazendo experincias com pilhas: pilhas so assuntos da Qumica, especificamente da Eletroqumica. Didaticamente, a qumica desenvolve esse assunto a partir da pilha de Daniel onde, em particular discute-se a eletrlise. A eletrlise voc pode encontrar em nossas Salas de Exposies, Sala da Qumica - Foguete - Eletrlise. Nessa mesma Sala voc encontrar o experimento sobre, 'como fazer pilhas com batatas' e colocar relgio digital em funcionamento usando as 'baterias de batatas' ou, permitam-se, as "bataterias".

Entendeu mesmo? .... O que tenso eltrica ou diferena de potencial?

O que uma bateria?

Em que unidade(s) mede(m)-se a 'capacidade de armazenamento' de uma clula?

O sentido convencional da corrente eltrica

Um terminal (plo) de uma clula (pilha) ou bateria positivo, enquanto o outro negativo. conveniente pensar em corrente eltrica como algo fluindo do plo positivo para o plo negativo. Esse sentido de percurso (do + para o -) denominado sentido convencional da corrente eltrica. Setas colocadas nos diagramas sempre indicam esse sentido convencional. Porm, voc deve ficar atento que esse s seria o sentido correto se o fluxo ordenado (corrente) fosse constitudo por partculas com carga positiva.

Em um fio de cobre, os portadores de carga eltrica so os eltrons. Eltrons sonegativamente-carregados e ento devem fluir do negativo para o positivo. Isto significa que, realmente, o sentido do fluxo de eltron oposto ao escolhido como "sentido da corrente convencional".

A corrente eltrica nos mais variados sistemas eltricos e eletrnicos envolve freqentemente trs espcies de portadores de cargas eltricas: os eltrons (-), os nions (ons negativos) e os ctions (ons positivos). Como exemplo, em transistores, a corrente formada por fluxos ordenados de eltrons (todos num mesmo sentido) e por "buracos" (todos em sentido oposto ao dos eltrons) que se comportam como portadores de carga positiva.

Quando o comportamento de um circuito eletrnico est sendo analisado, de modo geral, no interessa saber que tipo de portador (com carga positiva ou com carga negativa)est participando da corrente eltrica. Em alguns casos, no eletromagnetismo por exemplo, esse conhecimento indispensvel para que possa ser previsto com preciso o efeito da corrente eltrica.

Uma pilha prov uma tenso eltrica com polaridade fixa (o plo positivo nunca ficar negativo e vice-versa), de forma que fluxo da corrente se dar sempre no mesmo sentido. Por isso ela denominada corrente contnua ou CC, em contraste com a corrente eltrica domiciliar, que mantida por um gerador que prov tenso eltrica constantemente varivel. A polaridade nos terminais desse tipo de gerador tal que a corrente inverte seu sentido de percurso 60 vezes a cada segundo de funcionamento. Isso d lugar a uma corrente alternada ou AC. Nela, os portadores de carga eltrica invertem seu sentido de percurso, num incessante vai-vem.

Entendeu mesmo? .... O que "sentido convencional da corrente eltrica"? O comportamento dos circuitos eletrnicos pode ser sempre analisado com preciso ao assumirmos para a corrente esse sentido convencional?

Resistncia eltricaSe interligarmos diretamente o plo positivo de uma bateria automotiva com seu plo negativo mediante um grosso fio de cobre, iremos conseguir uma corrente eltrica de enorme intensidade durante um curto intervalo de tempo. Em alguns segundos o interior da bateria comear a ferver!

Em uma lanterna no acontece isso. Parte do circuito da lanterna limita o fluxo de cargas, mantendo a intensidade da corrente com valores adequados. Algumas outras partes no afetam substancialmente esse fluxo. A propriedade eltrica dessas partes, umas dificultando o fluxo de cargas e outras no, caracterizam uma grandeza denominada resistncia eltrica.

A mola, as lminas do interruptor e as conexes da lmpada so feitas de metal apropriado, de considervel espessura, oferecendo uma baixa resistncia corrente eltrica. Por outro lado, o filamento da lmpada feito com outro material (tungstnio) e de pequena espessura, oferecendo uma alta resistncia corrente eltrica. O fluxo de cargas atravs desse trecho de grande resistncia (o filamento) causa um grande aquecimento que o leva ao brilho-branco, o qual passa a emitir luz visvel. No ar, esse filamento se oxidaria de imediato (combusto) e seria volatilizado. Para impedir isso, todo ar retirado de dentro do bulbo da lmpada e substitudo por um outro gs no oxidante.

A resistncia eltrica (R)dos condutores, ou seja, quanto de dificuldade eles impem passagem da corrente eltrica, medida em ohms (smbolo W ).

Se uma bateria feita com duas pilhas tamanho C, em srie, prov uma tenso eltrica U = 3 V, nos terminais de uma lmpada incandescente, mantendo uma corrente eltrica de intensidade I = 300 mA = 0,3 A, qual a resistncia eltrica R desse filamento?

Isso calculado assim, e mais adiante ver o porque:

R = U : I = 3V : 0,3A = 10Os valores de resistncias eltricas que participam de circuitos eletrnicos podem variar desde alguns ohms, passar pelos milhares de ohms (quiloohms) e chegar aos megaohms.

Os componentes eletrnicos projetados com o propsito de oferecerem resistncia eltrica de valores particulares so chamados de resistores.

Nota: Conceituar 'resistncia eltrica' em termos de 'dificuldade' ou 'oposio' passagem da corrente eltrica apenas uma tcnica macroscpica e simplista para contornar a conceituao microscpica dos efeitos observados quando portadores de carga eltrica interagem com a matria. As partculas constituintes da corrente eltrica (portadores) chocam-se (interao de campos) com as partculas do prprio condutor. O nmero de choques por unidade de volume o conceito fiel e microscpico para a grandeza "resistncia eltrica'.A grande faanha da lei de Ohm, conforme pode ser demonstrado, que o resultado da 'operao' U/I (duas grandezas de fcil medio) justamente a medida do nmero de choques por unidade de volume (uma contagem de difcil realizao prtica).

Entendeu mesmo? .... Que partes da lanterna limita o fluxo da corrente? Que unidade usadas para a medida da resistncia eltrica de um condutor? Quais seus mltiplos? Que smbolos grficos so usados habitualmente para representar: a. diferena de potencial (tenso)?

b. intensidade de corrente eltrica?

c. resistncia eltrica de um condutor?

A lei de Ohm

A relao entre a intensidade da corrente eltrica (I), a tenso eltrica (U) e a resistncia eltrica (R) foi descoberta por Georg Simon Ohm. Ele fez seus prprios fios resistores. Com eles, conseguiu mostrar que a intensidade da corrente depende de seus comprimentos e de suas espessuras, quando a tenso sobre eles e a temperatura so mantidos constantes.

Suas observaes (a,b,c),feitas sob tenso e temperatura constantes, foram as seguintes:

(1) A intensidade da corrente eltrica diminui quando se aumenta o comprimento do fio, sem alterar sua espessura.

R aumenta quando o comprimento do fio aumenta.

(2) A intensidade da corrente eltrica aumenta conforme se aumenta a espessura do fio, sem alterar seu comprimento.

R diminui quando a espessura do fio aumenta.

(3) Com comprimento e espessura constantes, a intensidade da corrente se altera quando se substitui um material condutor por outro.

R depende do material de que feito o fio. (4) Usando-se sempre o mesmo fio, mantido temperatura constante, a intensidade da corrente aumenta quando se aumenta a tenso aplicada.

Dessas observaes, Ohm conclui que, se a temperatura for mantida constante, a relao

Tenso eltrica : corrente eltrica ou U : Imantinha-se constante para qualquer fio particular. Essa constante exatamente o valor da resistncia eltrica do fio em questo.

Em smbolos: U : I = constante = RReorganizando a lei de Ohm podemos obter duas expresses adicionais: U = R.I e I = U : REscrita dessa ltima forma, a lei de Ohm estabelece que, sob temperatura constante, a intensidade de corrente que circula por um material diretamente proporcional tenso eltrica (d.d.p.) aplicada e inversamente proporcional sua resistncia eltrica.

Essas equaes simples so fundamentais para a Eletrnica e, uma vez que voc aprenda a us-las corretamente, ver que constituem chaves para resoluo de delicados problemas sobre circuitos eltricos.

Nota: Por motivos que ser oportunamente explicado (potencial eltrico), evite escrever a lei de Ohm sob a forma V = R.I. Sob esse prisma, ser perfeitamente vlido escrever V - V'= R.I, onde V - V' indica uma diferena de potenciais eltricos (d.d.p.).

Entendeu mesmo? .... Uma d.d.p.(tenso) aplicada entre os extremos de um fio mantida constante. Se a resistncia desse fio, devido a uma causa qualquer, diminuir, a intensidade de corrente atravs dele ............... (aumenta / diminui / no se altera).

Se a d.d.p.(tenso) aplicada sobre um fio aumentada, sem alterar sua resistncia eltrica ento, a intensidade de corrente atravs dele deve .................... (aumentar / diminuir / permanecer a mesma). Calcule a resistncia eltrica do filamento de uma pequena lmpada sabendo-se que, sob tenso de 4,5 V (trs pilhas conectadas em srie), a intensidade de corrente atravs dele de 150 mA.

No circuito acima, que interruptor(es) deve(m) ser fechado(s) para:

a) acender s a lmpada L1?b) acender s a lmpada L2?c) acender as lmpadas L1 e L2?

O que acontecer com as lmpadas L1 e L2 se os interruptores S1, S2 e S3 forem fechados todos ao mesmo tempo? Por que essa ao deve ser evitada?

Prticas da Teoria 1 - Circuitos eletrnicos(Prottipos de Circuitos)Prof. Luiz Ferraz Nettoleo@barretos.com.brIntroduo

Assim como nos demais campos do conhecimento humano, tambm na Eletrnica, devemos associar Teoria Prtica. Sua compreenso se desenvolver bem mais rapidamente se voc comear cedo a manipular e utilizar os diversos componentes eletrnicos.

Nesse trabalho prtico que acompanha a Teoria I - Circuitos Eletrnicos - voc aprender a tcnica da montagem de circuitos a partir de prottipos. Tais prottipos constituem uma fase de ensaio, coordenao e anlise de um projeto, antes de sua montagem definitiva em placas de circuitos impressos. O que se usa, via de regra, uma matriz de contatos, mais especificamente, placa de contatos para prottipos (protoboard).

Vamos estudar:

Placa para prottiposA ilustrao a seguir mostra uma placa para prottipos:Placas para prottipos so usadas para as montagens de circuitos temporrios, sem o uso de soldas. Os terminais dos componentes so introduzidos nos orifcios da placa, a qual incumbe-se das conexes bsicas. , na prtica, um circuito impresso provisrio. No s os terminais dos componentes, como tambm, interligaes mediante fios (jumpers) podem ser espetados nos orifcios dessa placa.

No interior da placa, conjuntos metlicos fazem interligaes entre os componentes, os quais so organizados em colunas e canais, como se ilustra abaixo.

Alguns modelos de tais placas tm a base facilmente removveis, o que permite observar esses arranjos com detalhes. De cada lado da placa, ao longo de seu comprimento, h duas colunas completas. H um espao livre no meio da placa e de cada lado desse espao h vrios grupos de canais horizontais (pequenas fileiras), cada um com 5 orifcios.

Que conexes so necessrias para se montar um circuito?

Primeiro, voc precisa conectar uma fonte de alimentao. Em nossas primeiras prticas, tais fontes sero pilhas ou baterias. A conexo do 0 V (negativo da fonte) deve ser feita com fio preto utilizando o primeiro orifcio da coluna da esquerda. O terminal positivo da fonte deve ser ligado com fio vermelho, ao primeiro orifcio da coluna da direita.

Uma fonte de alimentao que fornea 6 VCC ou 9 VCC de tenso eltrica entre seus terminais satisfatria para os circuitos que voc ir testar nessa fase experimental.

No laboratrio da escola voc poder usar como fonte de tenso um eliminador de pilhas de tenso ajustvel. Uma fonte de tenso ajustvel AC/DC encontra-se em nossa Sala 03 - Equipamento Indispensvel.

Breve voc estar apto a montar uma dessas fontes de alimentao (e no vai mais precisar comprar pilhas ou baterias!)

Prtica com circuitos

Construa o circuito ilustrado a seguir:

A lmpada, adequada para suportar os 9 VCC, est ligada diretamente na fonte de alimentao e dever acender com brilho normal.

Se isso no acontecer, confira o seguinte:

a. observe se a fonte de alimentao est ligada (se for do tipo eliminador de pilhas) ou se as ligaes aos terminais esto bem feitas (porta-pilhas ou bateria),

b. verifique se o circuito est completo (fios da lmpada bem inserido e lmpada devidamente rosqueada em seu soquete).

Os fios que vem da lmpada devem ser inseridos exatamente nas colunas mostradas. Cheque o filamento da lmpada para ver se no est rompido. Essa montagem ilustra exatamente o circuito da lanterna. A menos que haja um percurso contnuo, a corrente no circular e a lmpada no ir acender.

Modifique a montagem conforme essa nova ilustrao:

Agora voc estar usando fios para fazer as conexes entre as colunas (- e +) para os canais intermedirios na regio mdia da placa. Tais conexes so os "jumpers".

Nessa figura, passe sua caneta para mostrar as ligaes por baixo da matriz de contatos, de modo a enxergar o circuito completo.Repare que os canais (blocos com 5 orifcios) so independentes entre si.

Aqui est uma montagem que no vai funcionar; observe-a:

A idia era montar duas lmpadas ligadas em srie e alimentar a associao com os 9 V da fonte de alimentao. Mas, na prtica, isso no foi feito. O circuito est incompleto. H uma certa distncia entre o que se pensa e o que se faz!

Voc capaz de mostrar os erros cometidos?

Construa esse circuito adequadamente. Mostre, nessa ilustrao abaixo, como ele deve ficar:

Uma vez que seu circuito est pronto para funcionar, o que voc nota com relao ao brilho das lmpadas?

Como voc explica esse comportamento?

Comparada com o circuito da lanterna (uma lmpada ligada diretamente na fonte), a intensidade de corrente nesse atual circuito maior, menor ou a mesma?

Desenrosque uma das lmpadas de seu soquete. O que acontece outra lmpada? Por qu?

Agora construa um circuito diferente. Dessa vez as lmpadas so interligadas em paralelo, como se ilustra:

Confira suas conexes cuidadosamente. Em relao aos circuitos anteriores, como est o brilho de cada lmpada?

Em relao aos circuitos anteriores, que voc pode dizer quanto intensidade de corrente em cada lmpada?

Em relao aos circuitos anteriores a intensidade de corrente atravs da fonte aumentou ou diminuiu?

Desenroscando uma das lmpadas, o que acontece com a outra? Explique o fato.

Lembre-se: nas ligaes em paralelo h caminhos alternativos para a corrente eltrica.

E, para encerrar, monte esse circuito. uma associao mista (srie e paralelo). Montando o circuito corretamente, todas as lmpadas devem acender.

Que lmpada(s) apresenta(m) brilho normal?

Que lmpadas apresentam mesmo brilho?

Que acontece quando desenroscamos cada lmpada individualmente?

Que acontece com a intensidade de corrente atravs da fonte?

Faa vrios ensaios com esse circuito e procure interpretar suas observaes em termos de resistncia global do circuito e intensidades de correntes que circulam em cada lmpada.

Teoria 2 - Resistores

Prof. Luiz Ferraz Nettoleo@barretos.com.brEsse captulo ir descrever os resistores de valores fixos e comentar algumas de suas aplicaes mais importantes nos circuitos eletrnicos.

Tpicos:Para que servem os resistores?, Resistores de valores fixos, Cdigo de cores, Ainda sobre o cdigo de cores, Padres E12 e E24, Limitador de correnteResistores em Srie e em Paralelo, Potncia em resistores

Para que servem os resistores?Na prtica, os resistores limitam a intensidade de corrente eltrica atravs de determinados componentes. Uma aplicao tpica disso, como exemplo, o resistor associado em srie com um LED, como se ilustra:

Nesse circuito, o resistor limita a corrente que passa atravs do LED, permitindo apenas uma intensidade suficiente para que ele possa acender. Sem esse resistor a intensidade de corrente atravs do LED iria danific-lo permanentemente. Aps esse captulo voc estar apto para calcular um valor hmico satisfatrio para tal resistor. Os LEDs sero discutidos, em detalhes, num outro captulo.

O "retngulo" com terminais uma representao simblica para os resistores de valores fixos tanto na Europa como no Reino Unido; a representao em "linha quebrada" (zig-zag) usada nas Amricas e Japo.

Apesar disso, nas ilustraes eletrnicas brasileiras (de revistas etc.) opta-se pelo "retngulo", talvez por simplicidade do desenho. Nos livros de Fsica publicados no Brasil, em geral, usam-se do "zig-zag" (linha quebrada).

Resistores especiais tambm so usados como transdutores em circuitos sensores. Transdutores so componentes eletrnicos que efetuam converso de energia de uma modalidade para outra onde, uma delas, necessariamente energia eltrica.

Microfones, interruptores e Resistores Dependentes da Luz ou LDRs, so exemplos de transdutores de entrada.

Alto-falantes, lmpadas de filamento, rels, "buzzers" e tambm os LEDs, so exemplos de transdutores de sada.

No caso dos LDRs, mudanas da intensidade da luz que incide em suas superfcies resultam numa alterao nos valores hmicos de suas resistncias.

Como se ver (Teoria III), um transdutor de entrada freqentemente associado a um resistor para fazer um circuito denominado divisor de tenso. Nesse caso, a tenso recolhida sobre esse divisor de tenso ser um "sinal de tenso" que reflete as mudanas de iluminao sobre o LDR. Voc pode citar outros exemplos de transdutores de cada tipo?

Em outros circuitos, os resistores podem ser usados para dirigir fraes da corrente eltrica para partes particulares do circuito, assim como podem ser usados para controlar o "ganho de tenso" em amplificadores. Resistores tambm so usados em associaes com capacitores no intuito de alterar sua "constante de tempo" (ajuste do tempo de carga ou descarga).

A maioria dos circuitos requerem a presena de resistores para seus corretos funcionamento. Assim sendo, preciso saber alguns detalhes sobre diferentes tipos de resistores e como fazer uma boa escolha dos resistores disponveis (valores adequados, seja em , kou M) para uma particular aplicao.

Entendeu mesmo ...

1. D trs funes que os resistores podem desempenhar num circuito.

2. Que um transdutor?

3. D exemplos de transdutores de entrada e de sada.

Resistores de valores fixosA ilustrao mostra detalhes construtivos de um resistor de filme de carbono (carvo):

Durante a construo, uma pelcula fina de carbono (filme) depositada sobre um pequeno tubo de cermica. O filme resistivo enrolado em hlice por fora do tubinho tudo com mquina automtica at que a resistncia entre os dois extremos fique to prxima quanto possvel do valor que se deseja. So acrescentados terminais (um em forma de tampa e outro em forma de fio) em cada extremo e, a seguir, o resistor recoberto com uma camada isolante. A etapa final pintar (tudo automaticamente) faixas coloridas transversais para indicar o valor da resistncia.

Resistores de filme de carbono (popularmente, resistores de carvo) so baratos, facilmente disponveis e podem ser obtidos com valores de (+ ou -) 10% ou 5% dos valores neles marcados (ditos valores nominais).

Resistores de filme de metal ou de xido de metal so feitos de maneira similar aos de carbono, mas apresentam maior acuidade em seus valores (podem ser obtidos com tolerncias de (+ ou-) 2% ou 1% do valor nominal).

H algumas diferenas nos desempenhos de cada um desses tipos de resistores, mas nada to marcante que afete o uso deles em circuitos simples.

Resistores de fio, so feitos enrolando fios finos, de ligas especiais, sobre uma barra cermica. Eles podem ser confeccionados com extrema preciso ao ponto de serem recomendados para circuitos e reparos de multitestes, osciloscpios e outros aparelhos de medio. Alguns desses tipos de resistores permitem passagem de corrente muito intensa sem que ocorra aquecimento excessivo e, como tais, podem ser usados em fontes de alimentao e circuitos de corrente bem intensas.

Cdigo de cores

Como os valores hmicos dos resistores podem ser reconhecidos pelas cores das faixas em suas superfcies?

Simples, cada cor e sua posio no corpo do resistor representa um nmero, de acordo com o seguinte esquema, COR NMERO : PRETOMARROMVERMELHOLARANJAAMARELO

01234

VERDEAZULVIOLETACINZABRANCO

56789

A PRIMEIRA FAIXA em um resistor interpretada como o PRIMEIRO DGITO do valor hmico da resistncia do resistor. Para o resistor mostrado abaixo, a primeira faixa amarela, assim o primeiro dgito 4:

A SEGUNDA FAIXA d o SEGUNDO DGITO. Essa uma faixa violeta, ento o segundo dgito 7. A TERCEIRA FAIXA chamada de MULTIPLICADOR e no interpretada do mesmo modo. O nmero associado cor do multiplicador nos informa quantos "zeros" devem ser colocados aps os dgitos que j temos. Aqui, uma faixa vermelha nos diz que devemos acrescentar 2 zeros. O valor hmico desse resistor ento 4 7 00 ohms, quer dizer, 4 700 ou 4,7 k.

Verifique novamente, nosso exemplo, para confirmar que voc entendeu realmente o cdigo de cores dados pelas trs primeiras faixas coloridas no corpo do resistor.

A QUARTA FAIXA (se existir), um pouco mais afastada das outras trs, a faixa de tolerncia. Ela nos informa a preciso do valor real da resistncia em relao ao valor lido pelo cdigo de cores. Isso expresso em termos de porcentagem. A maioria dos resistores obtidos nas lojas apresentam uma faixa de cor prata, indicando que o valor real da resistncia est dentro da tolerncia dos 10% do valor nominal. A codificao em cores, para a tolerncia a seguinte: COR MARROM VERMELHO OURO PRATA

TOLERNCIA + ou 1% + ou 2% + ou 5% + ou 10%

Nosso resistor apresenta uma quarta faixa de cor OURO. Isso significa que o valor nominal que encontramos 4 700tem uma tolerncia de 5% para mais ou para menos. Ora, 5% de 4 700so 235ento, o valor real de nosso resistor pode ser qualquer um dentro da seguinte faixa de valores: 4 700- 235= 4 465e 4 700+ 235= 4 935.

A ausncia da quarta faixa indica uma tolerncia de 20%.

Quando voc for ler em voz alta um valor hmico de resistor (a pedido de seu professor), procure a faixa de tolerncia, normalmente prata e segure o resistor com essa faixa mantida do lado direito. Valores de resistncias podem ser lidos rapidamente e com preciso, isso no difcil, mas requer prtica!

Entendeu mesmo ...1. Cite trs diferentes tipos de resistores.

2. Qual o valor hmico do resistor cujas faixas coloridas so:

(A) marrom, preto, vermelho?(B) cinza, vermelho, marrom?(C) laranja, branco, verde?

3. D o cdigo de cores para os seguintes valores de resistncia:

(A) 1,8 k (B) 270 (C) 56 k

4. Obtenha os valores mximos e mnimos de resistncias dos resistores marcados com as seguintes faixas:

(A) vermelho, vermelho, preto ----- ouro(B) amarelo, violeta, amarelo ----- prata

Ainda sobre o cdigo de cores

O cdigo de cores como explicado acima permite interpretar valores acima de 100 ohms. Com devido cuidado, ele pode se estendido para valores menores.

Como sero as cores para um resistor de valor nominal 12 ohms?

Ser: marrom, vermelho e preto.

A cor preta (0) para a faixa do multiplicador indica que nenhum zero (0 zeros) deve ser acrescentado aos dois dgitos j obtidos.

Qual ser o cdigo de cores para 47 ohms?

A resposta : amarelo, violeta e preto.

Usando esse mtodo, para indicar valores entre 10 ohms e 100 ohms, significa que todos os valores de resistor requerem o mesmo nmero de faixas.

Para resistores com valores hmicos nominais entre 1 ohm e 10 ohms, a cor do multiplicador mudada para OURO. Por exemplo, as cores marrom, preto e ouro indicam um resistor de resistncia 1 ohm (valor nominal).

Outro exemplo, as cores vermelho, vermelho e ouro indicam uma resistncia de 2,2 ohms.

Resistores de filme de metal, fabricados com 1% ou 2% de tolerncia, usam freqentemente um cdigo com, 4 faixas coloridas para os dgitos e 1 faixa para a tolerncia, num total de 5 faixas.

Assim, um resistor de 1k, 1% ter as seguintes faixas: marrom, preto, preto, marrom marrom 1 0 0 1zero 1%J, um resistor de 56k, 2% ter as seguintes faixas:

verde, azul, preto, vermelho vermelho5 6 0 2zeros 2% provvel que voc utilize resistores de valores pequenos assim como resistores de filme de metal em algumas ocasies, por isso til saber esses detalhes. A maioria dos circuitos eletrnicos, porm, ser montada com resistores de carvo (filme de carbono) e, portanto, o mais usado ser o cdigo de trs cores + tolerncia. Esse voc tem que dominar, com certeza!

Entendeu mesmo ...1. D os valores hmicos nominais dos resistores que apresentam as seguintes faixas de cores:

(A) laranja, laranja, preto(B) cinza, vermelho, ouro(C) laranja, laranja, preto, vermelho

2. Como fica o cdigo de cores para um resistor de 10 kW nominais,

(A) usando o trs sistema de cores?(B) usando o sistema de quatro cores?

Padres E12 e E24

Se voc j tem alguma experincia na montagem de circuitos, ter notado que os resistores tm comumente valores como 2,2 (, kou M), 3,3 (, kou M) ou 4,7 (, kou M) e no encontra no mercado valores igualmente espaados tais como 2, 3, 4, 5 etc.

Os fabricantes no produzem resistores com esses valores hmicos nominais.Por que ser?

A resposta, pelo menos em parte tem algo a ver com a preciso expressas pelas porcentagens. Na tabela abaixo indicamos os valores encontrados nos denominados padres E12 e E24, um para aqueles com tolerncia de 10% e outro para a tolerncia de 5%:

Os resistores so fabricados com resistncias nominais de valores mltiplos desses vistos nas tabelas, por exemplo, 1,2 12 120 1200 etc. Considere os valores adjacentes 100 e 120 do padro E12; 100 mltiplo de 10 e 120 mltiplo de 12. Ora, como esse padro para tolerncia de 10%, teremos: 10% de 100 = 10 e 10% de 120 = 12. Assim sendo, os resistores marcados como 100 podero ter qualquer valor entre 90e 110e os marcados como 120 podero ter qualquer valor entre 108 e 132 . Essas duas faixas de alcances se sobrepem, mas s ligeiramente; s 2, entre 108e 110. Nominal = 100 90 110 Nominal = 120132 Vamos repetir o raciocnio para valores do extremo da tabela, digamos 680e 820. O marcado como 680poder ter resistncia real de at 680+ 68= 748, enquanto que aquele marcado como 820poder ter resistncia to baixa quanto 820- 82= 738. Novamente h superposio porm, de valor bastante pequeno, s 10! Os padres E12 e E24 so projetados para cobrir todos os valores de resistncia, com o mnimo de sobreposio entre eles.

Isso significa que, quando voc substituir um resistor danificado por outro com um valor nominal mais alto, sua resistncia real, quase certamente, tambm ter valor maior. Do ponto de vista prtico, tudo isso serviu para mostrar a voc que os resistores de filme de carbono so disponveis em mltiplos dos valores indicados nos padres E12 e E24.

Entendeu mesmo ...

Que valor do padro E12 est mais prximo a 5 030?

Limitador de correnteAgora voc j est pronto para calcular o valor hmico do resistor que deve ser conectado em srie com um LED. um resistor limitador de corrente. Observe a ilustrao:

Um LED tpico requer uma corrente de intensidade de 10 mA e proporciona uma "queda de tenso" de 2V enquanto est aceso.

Nossa fonte de tenso fornece 9V.

Qual deve ser a tenso entre os terminais de R1?

A resposta 9V 2V = 7V. Lembre-se que a soma das tenses sobre componentes em srie deve ser igual tenso da fonte de alimentao.Agora, com relao a R1, temos duas informaes: a intensidade de corrente que passa por ele (10mA) e a tenso que ele suporta (7V).

Para calcular sua resistncia usamos a frmula:R1 = U I

Substituindo-se U e I por seus valores temos:

R1 = 7V 0,01A = 700

Cuidado com as unidades! A frmula deve ser aplicada com as grandezas resistncia, tenso e intensidade de corrente eltrica medidas nas unidades fundamentais que so, respectivamente, ohm (), volt (V) e ampre (A). No caso, os 10 mA devem ser convertidos para 0,01A, antes de se fazer a substituio.

O valor obtido, mediante clculo, para R1 foi de 700. Qual o valor mais prximo que deve ser selecionado entre os indicados nos padres E12 e E24?

Resistores de 680 , 750 e 820 so os mais provveis. 680 a escolha bvia. Isso acarretar uma corrente ligeiramente maior que os 10 mA atravs do LED (e do prprio resistor R1!) mas, a maioria dos LEDs no sero danificados pois podem suportar at cerca de 20 mA.

Que cores tero as faixas desse resistor de 680 ?Entendeu mesmo ...1. No circuito por acender um LED, a fonte de alimentao fornece 6 V. Qual deve ser o valor de R1? Se a fonte for substituda por outra de 9V, qual o novo valor de R1?

Resoluo:

Resistores em Srie e em ParaleloEm um circuito srie constatam-se as seguintes propriedades:

a) todos os componentes so percorridos por corrente de mesma intensidade;

b) a soma das tenses sobre todos os componentes deve ser igual tenso total aplicada;

c) a resistncia total da associao igual soma das resistncias dos componentes individuais.

Comentemos isso tendo em vista o circuito ilustrado a seguir, onde temos dois resistores R1 e R2 conectados em srie, sob tenso total de 6V:

a) em todos os pontos do circuito (inclusive dentro da bateria de 6V) a intensidade de corrente de 3 mA;

b) a tenso sobre cada resistor (de valores iguais, nesse exemplo) de 3V. A soma dessas duas tenses igual tenso mantida pela bateria.

c) a resistncia total da associao vale 2kW , dada pela expresso: Rtotal = R1 + R2

Nesse circuito, a intensidade de corrente foi obtida pela frmula: I = Utotal / RtotalSubstituindo:

I = 6V / 2 000 = 0,003A = 3 mA A tenso eltrica (d.d.p.) sobre o resistor R1 ser obtida por:

U1 = R1.I = 1 000 x 0,003A = 3V A tenso eltrica sobre o resistor R2 deve ser tambm de 3V, uma vez que a soma delas deve dar os 6V da fonte de alimentao.

Em um circuito paralelo constatam-se as seguintes propriedades:

a) todos os componentes suportam a mesma tenso eltrica;

b) a soma das intensidades de corrente nos componentes individuais deve ser igual intensidade de corrente total;

c) a resistncia total da associao calculada pelo quociente entre o produto das resistncias individuais e a soma delas (CUIDADO: isso vale s para 2 resistores em paralelo!).

A prxima ilustrao nos mostra dois resistores conectados em paralelo e alimentados por uma bateria de 6V:

a) ambos os resistores R1 e R2 funcionam sob a mesma tenso (6V). Cada um deles est ligado diretamente na fonte de alimentao;

b) a corrente total (12 mA, veja clculo abaixo) divide-se em duas parcelas iguais (6mA) porque os resistores tm resistncias iguais;

c) a resistncia total dado pelo produto dividido pela soma das resistncias:

R1 x R2Rtotal = R1 + R2

Observe que circuitos em paralelos provm caminhos alternativos para a circulao da corrente eltrica, sempre passando a maior intensidade pelo caminho que oferece a menor resistncia. Se as resistncias do paralelo tiverem o mesmo valor a corrente total divide-se em partes iguais.

Vejamos os clculos do circuito acima:

1. Clculo da resistncia total:

R1 x R2 1000 x 1000Rtotal = = 500R1 + R2 1000 + 1000

2. Clculo da corrente total:

Utotal 6 V Itotal = = 0,012 A = 12 mA Rtotal 5003. Clculo da corrente no resistor R1:

Utotal 6 VI1 = = 0,006 A = 6 mA R1 1000Para R2 teremos resultado idntico.

NOTA Uma frmula alternativa para o clculo da resistncia total para dois resistores : 1/Rtotal = 1/R1 + 1/R2 . Apesar de aritmeticamente ser mais trabalhosa para clculos mentais, ela mais geral, pois pode ser estendida a mais de dois resistores. Para o clculo da resistncia total de 4 resistores (iguais ou no) em paralelo teremos:

1/Rtotal = 1/R1 + 1/R2 + 1/R3 + 1/R4 Vejamos agora um circuito mais complexo, contendo partes em srie e parte em paralelo:

a) Clculo da resistncia total:

1. Comecemos pelos resistores em paralelo. Como vimos no exemplo anterior, a resistncia total de dois resistores iguais em paralelo vale metade da de um deles. Como cada um tem resistncia de 1k , a associao ter resistncia de 500 .2. Esses 500 estaro em srie com os 1000 da resistncia R1 logo, a resistncia total ser 1000 + 500 = 1500 . b) Clculo da corrente total:

Itotal = Ucomum / Rtotal = 6V / 1500 = 0,004A = 4mA Essa corrente a que passa pelo interior da bateria, passa atravs de R1 e subdivide-se em duas parcelas iguais (porque os resistores do paralelo so iguais) que passam por R2 e R3.

c) Tenso sobre R1:

U1 = R1.I = 1000 x 0,004A = 4V d) Tenso sobre R2 e R3:

Pode ser obtida por dois caminhos:

1. Tenso total (6V) - tenso sobre R1 (4V) = tenso no paralelo (2V); 2. U2 ou 3 = R2 ou 3 x I2 ou 3 = 1000 x 0,002A = 2V Confira cuidadosamente todos os clculos e frmulas envolvidas. Uma compreenso clara disso tudo ajudar enormemente.

Entendeu mesmo ...1. No circuito ilustrado, qual

(A) a resistncia total no circuito?(B) a intensidade de corrente que passa pelo ponto A?2. No circuito ilustrado, qual

(A) a resistncia total no circuito?(B) as intensidades de corrente que passam pelos pontos B, C, e D?

Potncia nos resistores

Quando corrente eltrica circula atravs de resistores, especificamente, e nos condutores, em geral, esses sempre se aquecem. Neles ocorre converso de energia eltrica em energia trmica. Essa energia trmica produzida, via de regra, transferida para fora do corpo do resistor sob a forma de calor.

Isso torna-se bvio se examinarmos o que acontece no filamento da lmpada da lanterna. Seu filamento comporta-se como um resistor de resistncia elevada (em confronto com as demais partes condutoras do circuito). Nele a energia eltrica proveniente das pilhas, via corrente eltrica, convertida em energia trmica. Essa quantidade aquece o filamento at que ele adquira a cor branca e passa a ser transferida para o ambiente sob a forma de calor e luz. A lmpada um transdutor de sada, convertendo energia eltrica em energia trmica e posteriormente em calor (parcela intil e indesejvel) e luz (parcela til).

Embora no to evidente como na lmpada e em alguns resistores de fonte de alimentao, esse aquecimento devido passagem de corrente eltrica ocorre com todos os componentes eletrnicos, sem exceo. A maior ou menor quantidade de energia eltrica convertida em trmica num componente depende apenas de dois fatores: a resistncia hmica do componente e a intensidade de corrente eltrica que o atravessa. Esses dois fatores so fundamentais para se conhecer a rapidez com que a energia eltrica converte-se em trmica.

A rapidez de converso de energia, em qualquer campo ligado Cincia, conhecida pela denominao de potncia.

A potncia de um dispositivo qualquer nos informa "quanto de energia" foi convertida de uma modalidade para outra, a cada "unidade de tempo" de funcionamento.

Energia convertidaPotncia = Tempo para a conversoAs unidades oficiais para as grandezas da expresso acima so: Potncia em watt (W), Energia em joule (J) e Tempo em segundo (s).

Em particular, na Eletrnica, a potncia eltrica nos informa quanto de energia eltrica, a cada segundo, foi convertida em outra modalidade de energia. Em termos de grandezas eltricas a expresso da potncia pode ser posta sob a forma:

Potncia eltrica = tenso x intensidade de correnteOuP = U . I Usando da definio de tenso e intensidade de corrente eltrica voc conseguiria chegar a esse resultado?Isso importante para que voc perceba que essa 'formula' no foi tirada de uma 'cartola mgica'!

Dentro da Eletrnica, para os resistores, onde a energia eltrica convertida exclusivamente em energia trmica (a mais degradadas das modalidade de energia ... a mais "vagabunda", "indesejvel", "intil" etc.), essa potncia passa a ser denominada potncia dissipada no resistor.

Desse modo, podemos escrever: P = U . I = (R.I). I = R . I2 Lembre-se disso: para calcular a potncia dissipada por resistores podemos usar das expresses P = U.i ou P = R.I2.

Voc poderia deduzir uma terceira expresso para o clculo da potncia dissipada em resistor? Tente, e eis uma dica: na expresso P = U.I, deixe o U quieto e substitua o I por U/R.

Vamos checar o entendimento disso:

a) Uma mquina converte 1000 joules de energia trmica em energia eltrica a cada 2 segundos. Qual sua potncia?

b) Um resistor submetido tenso de 10V atravessado por corrente eltrica de intensidade 0,5A. Qual sua resistncia? Que potncia ele dissipa?

c) Um resistor de resistncia 100 ohms percorrido por corrente d.c. de 200 mA. Que tenso eltrica ele suporta? Que potncia ele dissipa?

importante e indispensvel que a energia trmica produzida num resistor seja transferida para o meio ambiente sob a forma de calor. Ora, essa transferncia ir depender, entre outros fatores, da superfcie do corpo do resistor. Quanto maior for a rea dessa superfcie mais favorvel ser essa transferncia. Um resistor de tamanho pequeno (rea pequena) no poder dissipar (perder energia trmica para o ambiente sob a forma de calor) calor com rapidez adequada, quando percorrido por corrente muito intensa. Ele ir se aquecer em demasia o que o levar destruio total.

A cada finalidade, prevendo-se as possveis intensidades de corrente que o atravessaro, deve-se adotar um resistor de tamanho adequado (potncia adequada) para seu correto funcionamento. Quanto maior o tamanho fsico de um resistor maior ser a potncia que pode dissipar (sem usar outros artifcios).

A ilustrao abaixo mostra resistores de tamanhos diferentes:

O resistor de carvo mais comum nos circuitos de aprendizagem so os de 0,5W. Em mdia, tais resistores, pelo seu tamanho, podem dissipar calor razo de 0,5 joules a cada segundo, ou seja, tm potncia mxima de 0,5W.

Alguns tipos de resistores (cujo tamanho fsico no pode exceder umas dadas dimenses ... mesmo porque nem caberiam nas caixas que alojam o circuito) devem usar outros recursos que permitam uma maior dissipao para os seus tamanhos. Um dos recursos manter uma ventilao forada mediante ventiladores. Outro, coloca-los no interior de uma cpsula de alumnio dotada de aletas. Isso determina uma superfcie efetiva bem maior. Temos uma ilustrao dessa tcnica na figura acima, para o resistor de 25W..

Entendeu mesmo ...1. Que valor de potncia recomendada para um resistor limitador de corrente de 680W , de modo que o LED conectado em srie seja percorrido por corrente de 10 mA?

Prticas da Teoria 2 - ResistoresProf. Luiz Ferraz Nettoleo@barretos.com.br

Usando o multmetro

O Laboratrio que acompanha a Teoria II - Resistores, introduz a utilizao do multmetro como ferramenta indispensvel para realizar medidas nos circuitos.

Quanto mais habilitado voc estiver com esse aparelho de medio, mais poder testar circuitos, entendendo melhor como funcionam, como localizar e corrigir falhas.

TpicosO que fazem os medidores?Multmetros digitais

HYPERLINK "http://www.feiradeciencias.com.br/sala15/15_04.asp" \l "Multmetros analgicos#Multmetros analgicos" Multmetros analgicosPrticas com medidas

O que fazem os medidores?Um medidor um instrumento de medio. O resultado de uma medio uma medida. No h cunho cientfico onde no houver medida. Em Eletrnica, os ampermetros medem intensidades de corrente, os voltmetros medem a diferena de potencial (tenso) entre dois pontos e os ohmmetros medem as resistncias eltricas dos condutores.Cometendo erros de nomenclatura, porm j consagrados pelo uso, tais aparelhos so mais conhecidos por: ampermetro, voltmetro e ohmmetro.[Nota: O Sistema Internacional de Unidades, no trecho dedicado nomenclatura, indica: aparelhos de medida direta so grafados com terminao em "metro" (tal como o paqumetro) e os de medida indireta so grafados com terminao "metro" (tais como o cronmetro, odmetro, ampermetro, voltmetro etc.). Os tcnicos em eletricidade e eletrnica no 'falam' cronmetro ou odmetro, mas do-se por satisfeitos com ampermetro, voltmetro etc.]

Um 'multmetro' ou multiteste incorpora todas essas funes de medidores e possivelmente outras mais, num s equipamento.Antes de entrarmos em detalhes no manuseio dos multmetros, importante para voc ter uma idia clara de como os medidores so conectados ao circuito sob inspeo.

1) A ilustrao abaixo mostra um circuito em duas situaes, A antes e B depois de se ligar um ampermetro:

Para se medir a intensidade de corrente que circula por um dado componente ou num trecho de circuito, tal circuito deve ser "aberto", "cortado", "interrompido" para poder intercalar o ampermetro em srie.Toda a corrente que passa pelo componente ou no trecho em questo deve passar tambm atravs do medidor. Na ilustrao acima, no importa se o ampermetro inserido na posio indicada, entre R1 e R2 ou entre R2 e a fonte de tenso.

A introduo do ampermetro no circuito implica na introduo de uma nova resistncia (a resistncia interna do prprio aparelho)que afeta a resistncia total e conseqentemente a intensidade de corrente. Assim, para a leitura seja confivel necessrio que a resistncia prpria do medidor seja a mais baixa possvel.

Um bom ampermetro deve ter resistncia interna praticamente nula! 2) A ilustrao a seguir mostra um circuito em duas situaes, A antes e C depois de se ligar um voltmetro:

Observe que, para a medida de uma diferena de potencial (tenso) entre dois pontos (os terminais do resistor R2, na ilustrao), o circuito no precisa ser interrompido; o voltmetro conectado em paralelo.Para que a incluso do voltmetro no altere substancialmente o valor da resistncia do trecho sob medio preciso que a resistncia prpria (interna) do medidor seja a mais alta possvel. Em outras palavras, a intensidade de corrente atravs do voltmetro deve ser mnima.Um bom voltmetro tem resistncia interna praticamente infinita!Que medio voc acha que mais til para o experimentador, intensidade de corrente (com ampermetro) ou tenso eltrica (com voltmetro)?

Ambas so teis porm, a medida de tenso muito mais prtica e muito mais freqente. Ela uma medio fcil pois incorpora a vantagem de no necessitar nenhuma interrupo no circuito original. Nesse tipo de medio, as pontas de prova do voltmetro so simplesmente encostadas nos pontos entre os quais quer se saber o valor de tenso.3) A ilustrao abaixo mostra um circuito em duas situaes, A antes e D depois de se ligar um hmmetro:

O hmmetro no deve ser usado com o circuito conectado fonte de alimentao. Ele no trabalha da mesma maneira que voltmetro e ampermetro. Esses dois usam a fonte de alimentao do circuito para suas leituras; o hmmetro no, ele tem sua prpria fonte de tenso.Alm disso, o componente cuja resistncia est sob medio deve ser retirado do circuito. Na ilustrao, o resistor R2 foi retirado para uma perfeita medio do valor de sua resistncia. Na prtica no necessrio dessoldar seus dois terminais, basta soltar um deles.

A fonte de tenso interna do ohmmetro faz circular uma pequena intensidade de corrente pelo componente em teste e avalia a queda de tenso sobre ele; em funo dessa tenso o medidor fornece, como leitura, a resistncia do componente.A maioria dos ohmmetro tm, em seu interior, um fusvel para proteg-lo contra "abusos" e falhas do operador.Voltar aos TpicosMultmetros digitaisMultmetros digitais so projetados por engenheiros eletrnicos e produzidos em massa. At mesmo os modelos mais baratos podem incluir caractersticas que voc, iniciante, provavelmente no as usar.Tais medidores do, como sada, uma exibio numrica normalmente atravs das propriedades dos mostradores de cristais lquidos.A ilustrao a seguir mostra dois modelos de multmetro digitais. O da esquerda, um tpico, tem suas funes e alcances selecionadas mediante uma chave (ligada a um grande boto no meio do aparelho). O da direita, mais sofisticado, no necessrio selecionar nenhum alcance, apenas a funo. Ele, automaticamente seleciona um alcance adequado.

Comentemos o primeiro modelo. Mediante o acionamento do boto central, que pode assumir diversas posies, voc tem que escolher aquela que convm para a adequada medio. Se esse boto foi dirigido para o setor V= e aponta para a faixa dos 20V (como na ilustrao) ento, 20V a tenso mxima que pode ser medida. Para os circuitos experimentais com os quais trabalharemos essa a seleo indicada para medidas de tenses. Em algumas situaes poderemos utilizar o alcance 2V ou ainda 200 mV.As faixas de tenses para fontes de polaridade fixa (pilhas, baterias e fontes de alimentao) esto no setor indicado com V=. Nossos projetos iniciais trabalharo com esse tipo de alimentao.Leituras de tenses alternadas (AC) devem ser feitas com o mximo de cuidado e o boto central deve ser levado para o setor V~.

Muito cuidado ao ligar o medidor na rede eltrica domiciliar. Comentemos o segundo modelo. um multiteste (multmetro) denominado multmetro auto ajustvel. Mediante o boto central voc se limita a escolher uma funo, ou seja, que grandeza quer medir (tenso, corrente, resistncia, decibis etc.), o restante o aparelho faz por conta prpria. Ele escolhe qual o alcance mais indicado e apresenta no mostrador a leitura (digital) acompanhada da unidade de medida. Ele mais caro que o medidor comum mas, obviamente, de manuseio mais simples.Cuidado especial deve ser tomado para as ligaes das pontas de prova no multiteste. O fio vermelho que termina em ponta deve ser conectado ao terminal marcado com V, ,mA e o fio preto que termina com um jacar deve ser inserido no terminal marcado com COM (COMUM).Voltar aos Tpicos

Multmetros analgicosNos medidores analgicos uma agulha movimenta-se diante de uma escala gravada no mostrador. Multmetros analgicos com alcances chaveados (selecionados por boto central) so mais baratos que os digitais porm, de leituras mais difceis para os novatos lerem com preciso, especialmente nas escalas de resistncias. O aparelho mais delicado que os digitais e, em caso de queda, mais provvel que se danifiquem.Cada tipo de medidor tem suas vantagens e desvantagens. Usado como voltmetro, um medidor digital normalmente melhor porque sua resistncia interna muito mais alta (1 M ou 10 M ) que aquela dos analgicos (200 kW ) numa faixa semelhante.Por outro lado, mais fcil seguir o lento movimento da agulha em determinadas leituras de tenso que as trocas numricas de um digital.Usado como ampermetro, um medidor analgico passa frente do digital; primeiro por ter resistncia interna bem menor e em segundo, por ser mais sensvel (normalmente com escalas at 50 m A). Multmetros digitais mais caros podem igualar ou mesmo superar esse desempenho.A maioria dos multmetros modernos digital; os tipos analgicos tradicionais so destinados a ficar obsoletos.Voltar aos Tpicos

Prticas com medidas1. Medidas de tenso:Construa o circuito mostrado abaixo usando a matriz de contatos e quatro resistores de 10 k .

Usando o multmetro digital como voltmetro, mea a tenso fornecida pela fonte de alimentao e a seguir as tenses (d.d.p) entre os pontos [A e B] e [A e C].Que voc observa com relao a esses resultados?Os quatro resistores esto associados em srie e fazem um arranjo conhecido como divisor de tenso. A tenso total compartilhada (dividida) entre os quatro resistores e, a menos da tolerncia, cada resistor recebe parcelas iguais (pois tm valores nominais iguais).Nota: O prximo captulo (Teoria III) dar detalhes dos divisores de tenso.Modifique o circuito, substituindo um ou mais resistores de 10 kW por outros de 1 kW ou 100 kW . Refaa as leituras de tenso.Os resultados so os esperados?A ilustrao a seguir mostra um circuito sensor de luz construdo de modo semelhante:

O circuito usa um LDR (resistor dependente da luz) e um resistor de 10 k em srie, constituindo tambm um divisor de tenso.A resistncia imposta pelo LDR afetada pela luz que incide sobre sua face sensvel. Na escurido essa resistncia bem alta, 1 M ou mais. Sob iluminao (quando ento a energia luminosa aumenta o nmero de portadores de carga disponvel para o fluxo de corrente) a resistncia diminui sensivelmente, podendo mesmo chegar abaixo dos 100 .Conecte as pontas de prova de tenso sobre o resistor de 10 k , como se ilustra. A seguir, cubra com a mo a superfcie sensvel do LDR.

A tenso lida aumenta ou diminui?

2. Medidas de resistncia

Remova o LDR do circuito e mea sua resistncia, como se ilustra acima.Para fazer o multmetro funcionar como um ohmmetro, voc precisar selecionar uma faixa de resistncia. O chaveamento para o alcance 200 k satisfatrio. Agora voc poder observar as alteraes de resistncia conforme muda o nvel de iluminao no LDR.

Se a leitura chegar ao valor mximo e estacionar com a progressiva cobertura do LDR, isso significa que o alcance do medidor precisa ser modificado para um alcance mais elevado, 2000 k , por exemplo.A quantos M corresponde os 2000 k ? 3. Medidas de intensidades de correntes:A ilustrao abaixo mostra um arranjo efetuado com resistores de 100 W sobre uma matriz de contatos. Vamos us-lo para efetuar medidas de intensidade de corrente:

Observe que a corrente tem que circular pelo ampermetro assim como pelo circuito. O circuito foi previamente interrompido e o ampermetro inserido.Faa uma nova leitura de intensidade de corrente levando o "jumper" que est ligado em A para uma nova posio B.Qual a intensidade de corrente?Leve o "jumper" para as posies C e D, sucessivamente e anote as novas leituras. No esquea de escrever as unidades corretamente.Calcule, separadamente, a intensidade de corrente esperada em cada caso usando da Lei de Ohm.Entendeu mesmo? ... A1. D trs funes que os resistores podem desempenhar num circuito.2. Que um transdutor?3. D exemplos de transdutores de entrada e de sada.

Entendeu mesmo? ... B1. Cite trs diferentes tipos de resistores.2. Qual o valor hmico do resistor cujas faixas coloridas so:(A) marrom, preto, vermelho?(B) cinza, vermelho, marrom?(C) laranja, branco, verde?3. D o cdigo de cores para os seguintes valores de resistncia: (A) 1,8 k (B) 270 (C) 56 k

4. Obtenha os valores mximos e mnimos de resistncias dos resistores marcados com as seguintes faixas: (A) vermelho, vermelho, preto ----- ouro(B) amarelo, violeta, amarelo ----- prataEntendeu mesmo? ... C1. D os valores hmicos nominais dos resistores que apresentam as seguintes faixas de cores: (A) laranja, laranja, preto(B) cinza, vermelho, ouro(C) laranja, laranja, preto, vermelho

2. Como fica o cdigo de cores para um resistor de 10 knominais, (A) usando o trs sistema de cores?(B) usando o sistema de quatro cores?Entendeu mesmo? ... D1. Que valor do padro E12 est mais prximo a 5 030? Entendeu mesmo? ... E1. No circuito por acender um LED, a fonte de alimentao fornece 6 V. Qual deve ser o valor de R1? Se a fonte for substituda por outra de 9V, qual o novo valor de R1? Entendeu mesmo? ... F1. No circuito ilustrado, qual (A) a resistncia total no circuito?(B) a intensidade de corrente que passa pelo ponto A?2. No circuito ilustrado, qual (A) a resistncia total no circuito?(B) as intensidades de corrente que passam pelos pontos B, C, e D?Entendeu mesmo? ... G1. Que valor de potncia recomendada para um resistor limitador de corrente de 680, de modo que o LED conectado em srie seja percorrido por corrente de 10 mA? RESPOSTAS ... A 1.(a) Como limitador de intensidade de corrente em determinados componentes,(b) como um transdutor (como parte de um subcircuito de sensor),(c) como modificador da constante de tempo quando associado em srie com um capacitor.2. Um componente que muda uma forma de energia em outro. No transdutor eletrnico, uma das formas de energia deve ser eltrica. 3. De entrada: LDR, microfone, interruptor, termistor (sensor de temperatura) De sada: LED, lmpada, alto-falantes, cigarra.RESPOSTAS ... B

1. Filme de carbono (carvo), filme de metal (xidos), fio enrolado (nicromo).2. Valores dos resistores:(A) 1000 ou 1 k (B) 820 (C) 3 900 000 ou 3,9 M .

3. cdigo de cores: (A) marrom, cinza, vermelho(B) vermelho, violeta, marrom(C) verde, azul, laranja4. ouro = 5% mximo: 220+11=231mnimo: 220-11=209 prata = 10% mximo: mnimo: RESPOSTAS ... C 1. valores de resistor: (A) 33(B) 8.2(C) 33 000, ou 33

2. cdigos de cor: (A) marrom, preto, laranja,(B) marrom, preto, preto, vermelho,RESPOSTAS ... D 1. E12 valores de 4.7 e 56 esto disponveis: 4.7 esto mais prximos. Na E24 escala, 5.1 esto mais prximos.

RESPOSTAS ... E 1. A tenso por R1 agora 6-4=2 V O E12 valor mais prximo 390, laranja de cdigo de cor, branco, marrom.RESPOSTAS ... F 1. resistor em srie: (A) 3(B) 2 mA

2. resistor em paralelo: (A) 0.67(B) B=9 mA, C=6 mA, D=3 mA,

Os resistor conectados em paralelo tm valores diferentes e por isso as correntes que fluem por eles sero diferentes.

RESPOSTAS ... G 1. 10 mA=0.01A. A tenso pelos 680 : 6,8V. A potncia : 0,068W. Qualquer resistor acima dessa faixa pode ser usado, tal como 0,25W ou 0,5W Divisor de tenso(Teoria 3)Luiz Ferraz Nettoleo@barretos.com.brNessa Teoria III voc descobrir como funcionam os circuitos divisores de tenso e saber porque eles so importantes nos circuitos eletrnicos em geral. Tpicos (para navegar)O divisor de tenso

HYPERLINK "http://www.feiradeciencias.com.br/sala15/15_05.asp" \l "Sensores de temperatura#Sensores de temperatura" Sensores de temperatura

HYPERLINK "http://www.feiradeciencias.com.br/sala15/15_05.asp" \l "Ponte de Wheatstone#Ponte de Wheatstone" Ponte de Wheatstone

HYPERLINK "http://www.feiradeciencias.com.br/sala15/15_05.asp" \l "Sensores de som#Sensores de som" Sensores de som

HYPERLINK "http://www.feiradeciencias.com.br/sala15/15_05.asp" \l "Sinais de interruptores#Sinais de interruptores" Sinais de interruptores

HYPERLINK "http://www.feiradeciencias.com.br/sala15/15_05.asp" \l "Concluso#Concluso" Concluso

O divisor de tensoVoc vai ficar sabendo o que isso, mas no tenha pressa. Acompanhe atentamente o captulo e deixe a explicao aparecer naturalmente.

A ilustrao acima mostra um resistor dependente da luz, um LDR, e seu smbolo nos circuitos de eletrnica. A parte sensvel luz, no LDR, uma trilha ondulada feita de sulfeto de cdmio. A energia luminosa inerente ao feixe de luz que atinge essa trilha, provoca uma liberao de portadores de carga eltrica alm do normal, nesse material. Essa quantidade extra de portadores faz com que a resistncia do elemento diminua drasticamente conforme o nvel de iluminao aumenta.Um sensor de luz usa um LDR como parte de um divisor de tenso.

O circuito bsico de um divisor de tenso, por vezes tambm denominado "divisor de potenciais eltricos" o ilustrado a seguir:

Como voc pode ver, foram conectados dois resistores em sries, sendo a associao alimentada pela tenso Uentrada, freqentemente proveniente da fonte de alimentao.

A tenso de sada, Usada, recolhida sobre o Rde baixo e a expresso que permite seu clculo a indicada sob a figura.

recomendvel a memorizao (e "traquejo") dessa expresso visto o grande nmero de aplicaes desse simples divisor de tenso.

O que acontecer se um dos resistores do divisor de tenso for substitudo por um LDR?

No circuito acima, o Rde cima um resistor de 10 k e o Rde baixo foi substitudo por um LDR. Suponha que o LDR adquirido tenha resistncia de 500 (0,5 k) sob luz brilhante e 200 k na sombra (esses valores so bem razoveis). Quais as tenses de sada, sob iluminao e sombra? Faamos alguns clculos: a) Quando o LDR estiver sob iluminao intensa a Usada , aplicando a frmula, ser de: Rde baixo 0,5Usada = x Uentrada = x 9 = 0,43 volts Rde baixo + Rde cima 0,5 + 10 b) Quando o LDR estiver sombra, a Usada , aplicando a frmula, ser de: Rde baixo 200Usada = x Uentrada = x 9 = 8,57 volts Rde baixo + Rde cima 200 + 10 Em outras palavras, esse circuito "sensor de luz" entrega na sada uma tenso BAIXA quando o LDR est intensamente iluminado e uma tenso ALTA quando o LDR est na sombra. O circuito do divisor de tenso d uma tenso de sada que se altera com a iluminao. Que tal pensar num circuito "sensor de escuro"?

Ele poderia ser utilizado para controlar a iluminao de um ambiente ao escurecer acendendo as luzes e apag-las ao raiar do dia.

Talvez isso no lhe parea terrivelmente excitante mas, fique sabendo que, praticamente todos os circuitos sensores que voc possa imaginar utiliza, de algum modo, um divisor de tenso. A menos que voc invente um outro processo para isso!

Nesse divisor de tenso, substitumos o Rde cima pelo LDR. O resistor de 10 k passou para baixo e a tenso de sada est sendo recolhida entre seus terminais. Que efeito ter essa inverso sobre a Usada? A ao do circuito fica invertida, ou seja, Usada torna-se ALTA quando o LDR est sob iluminao e BAIXA quando mantido sombra. Substitua os valores adequadamente na frmula do divisor de tenso para se convencer de que isso verdadeiro. Voltar aos Tpicos

Sensores de temperaturaUm resistor sensvel temperatura chamado de termstor. H vrios tipos diferentes:

Na maioria dos tipos comuns de termstores a resistncia diminui medida que a temperatura aumenta. Eles so denominados termstores de coeficiente negativo de temperatura e indicados como NTC. Na sua simbologia, note o "- to". Um termstor NTC tpico feito de material semicondutor base de um xido metlico. Lembre-se, os semicondutores exibem a propriedade de resistncia eltrica a meio caminho entre os bons condutores e os bons isolantes. Com a elevao da temperatura, mais portadores de carga tornam-se disponveis e, conseqentemente a resistncia eltrica diminui. Embora no seja de uso freqente, fabricam-se tambm os termstores com coeficiente positivo de temperatura, os PTC. So confeccionados com outros materiais e exibem um aumento de resistncia com a temperatura. Como poderamos fazer um circuito sensor para atuar como alarme de incndio? Vejamos; como opo pretendemos um circuito que fornea uma ALTA tenso quando elevaes de temperaturas forem detectadas. Para tanto, vamos precisar de circuito divisor de tenso, com um termstor NTC na posio Rde cima. A Usada ser recolhida no Rde baixo.

Acompanhe:

Veja que esse circuito satisfaz plenamente o propsito para o detetor de incndio.

Vejamos outro desafio:

Em pases de clima bem frio comum a formao de gelo sobre as estradas.

Como voc faria um circuito sensor para detectar temperaturas abaixo dos 4oC e com isso advertir os motoristas da possibilidade de gelo sobre a pista? Dessa vez, queremos um circuito que entregue na sada uma ALTA tenso sob baixas temperaturas. Para tanto devemos preparar um divisor de tenso, usando um termstor NTC na posio Rde baixo e recolher a Usada sobre ele. Veja o esquema bsico:

Esta ltima aplicao levanta uma pergunta importante:

Como saberemos que valor a Usada vai assumir quando a temperatura chegar aos 4C? Para responder a essa pergunta, voc precisa calcular (ou saber de antemo) a resistncia do termstor a 4C.

So fabricados muitos tipos de termstores, cada um com seu prprio padro caracterstico de alterao da resistncia em funo da temperatura. Os fabricantes publicam grficos que mostram as curvas caractersticas desses termstores.

A ilustrao que segue mostra a curva caracterstica de um particular termstor:

No eixo dos "y" (ordenadas) so postos os valores de resistncia em escala logartmica. Esse procedimento tem por finalidade comprimir o grfico verticalmente de forma a facilitar a visualizao dos valores de resistncia com os aumentos de temperatura. Note que, entre 100 e 1000 , cada intervalo horizontal corresponde a 100 ohms, apesar de aparentar "larguras diferentes". Entre 1000 e 10000 , cada intervalo horizontal corresponde a 1000 ohms. Dos 10000 aos 100000 , cada intervalo indica 10000 ohms.No eixo dos "x" (abscissas) so postos os valores de temperatura em escala linear (divises e intervalos igualmente espaados).Como voc pode observar esse particular termstor tem uma resistncia ao redor dos 70 k 0 oC e aproximadamente 1 k 100 oC. Os fabricantes normalmente catalogam seus termstores indicando suas resistncias aos 25 oC esse que ilustramos apresenta resistncia de 20 k 25 oC . Marque esse ponto no grfico para mostrar que voc entendeu mesmo o jeito da coisa.Se voc quiser avanar um pouco mais no assunto eis outra informao: usualmente os fabricantes acrescentam em seus catlogos outra informao a respeito do termstor, o seu beta ou o fator- . Em posse desses dois dados RT0 (resistncia de referncia) e o fator- , possvel calcular um valor aproximado da resistncia RT do termstor para qualquer particular temperatura usando da seguinte expresso: { [(1/T) - (1/T0)]}RT = RT0 x e onde RT a resistncia calculada na temperatura absoluta kelvin (T = toC + 273), RT0 a resistncia de referncia a T0 em kelvin. Quando a temperatura de referncia 25oC, T0 = 25oC + 273.e a base dos logaritmos naturais, elevado potncia [ ((1/T) - (1/T0))], nessa expresso, o fator-beta, especfico desse termstor. Voc no precisa se preocupar em aplicar essa expresso no momento, mas bom saber que as informaes colhidas nos catlogos so suficientes para voc predizer o bom desempenho do termstor em seu projeto. Dica: Existem programas que montam e traam grficos. O Excel um deles. Voc entra com a frmula (essa que mostramos acima) e os valores de temperatura numa dada faixa (digamos entre 0 e 100, com passos de 5 graus clsius). O programa incumbe-se de calcular e traar a curva caracterstica do termstor em questo. Com RT0 = 20 k e b = 4200, e temperaturas de 0 a 10oC (passo de 1oC) eis a curva caracterstica desse termstor:

Do grfico, a resistncia a 4oC, mostra um valor algo menor que 60 k ; por clculo obtemos o valor 58,2 k .IMPORTANTE: A maior alterao em Usada, no divisor de tenso, obtida quando Rde cima e Rde baixo tm mesmo valor hmico. Isso significa que, selecionando-se um valor para Rde cima perto de 58,2 k , far o divisor de tenso usado como "alarme de gelo" ficar o mais sensvel possvel aos 4oC. O valor mais prximo desse valor ideal nos padres E12/E24 o 56 k. Esse detalhe importante uma vez que grandes alteraes em Usada facilitam o projeto do sensor de gelo tornando-o mais confivel para detectar temperatura abaixo dos 4oC. Dispositivos usados como sensores variam consideravelmente em resistncia e voc poder sempre usar dessa regra em seus divisores de tenso para torna-lo to sensvel quanto possvel no ponto crtico escolhido. Termstores so utilizados nos lugares "mais estranhos" que voc possa imaginar. Nos projetos automotivos, por exemplo, citamos: * injeo eletrnica de combustvel, na qual, monitora-se a quantidade de ar na mistura ar/combustvel, para a concentrao ideal; * ar condicionado e controle automtico de temperatura; * indicador de temperatura do leo, nvel do leo etc; * controle do motor do ventilador, baseado na temperatura da gua de refrigerao; * sensores para freezers, em relao temperatura externa; * etc. Voltar aos Tpicos

Ponte de WheatstoneCharles Wheatstone era um cientista talentoso e verstil. Ele inventou a concertina, experimentou com a fotografia estereoscpica, inventou o estereoscpio e teve uma participao importante no desenvolvimento das comunicaes com o telgrafo da poca. Ele no reivindicou ter inventado o circuito que mais tarde veio a receber o seu nome, mas foi certamente um dos primeiros a explorar o circuito para fazer medidas de resistncias.

Ento, vamos ver como uma ponte de Wheatstone. Esse o circuito:

bvio que o circuito consiste de dois divisores de tenso.

Suponha que RX seja um valor desconhecido de resistncia. RA e RB so resistores de resistncias fixas e conhecidas.

Vamos ajustar RC at que a Usada sobre ele fique igual Usada do divisor que contm RX. Quando esses valores tornarem-se iguais, a ponte ser dita "em equilbrio".

O "ponto de equilbrio" (atuando-se sobre RC) pode ser visualizado, conectando-se um voltmetro ou um ampermetro aos terminais de sada. Ambos os tipos de medidores daro uma leitura ZERO quando o equilbrio for alcanado.

Quando o equilbrio for obtido, a razo RX/RA ser igual razo RB/RC. Reorganizando:

RA x RBRX = RC Em outras palavras, conhecendo-se RA, RB e RC, fcil calcular RX. Nos instrumentos baseados na ponte de Wheatstone, RA e RB so fixos e RC ajustado a uma escala corredia de tal modo que o valor de RX lido diretamente nessa escala mvel.

Atualmente, a ponte de Wheatstone no mais corriqueiramente usada para a medida de resistncia, mas sim para artificiosos circuitos sensores. O varimetro, por exemplo, que detecta mudanas na presso do ar devido s mudanas sbitas de altitude, muito usado em planadores, um sensor que usa dos recursos dessa ponte.

O circuito desses varimetros apresentam dois termstores NTC, cada um deles medindo a temperatura do fluxo de ar que se movimenta sob a diferena de presso ocasionadas pela alterao da altitude.

O varimetro alerta o piloto para uma corrente trmica ascendente e, com isso, ele pode ganhar altura e voar durante um tempo maior.

Quando o instrumento inicialmente aferido, o resistor prefixado ajustado para uma tenso de sada ZERO. A vantagem da ponte de Wheatstone que s diferenas de temperatura entre os dois sensores colocaro a ponte fora de equilbrio.

A propsito, os circuitos com ponte de Wheatstone so supostos prematuramente difceis de entender. Isso no deve acontecer com voc.

Via de regra, muito devido s aulas de Fsica, esse circuito normalmente desenhado sob a forma de um losngulo. Sob esse formato fica menos bvio o circuito bsico de dois divisores de tenso mas, uma vez que voc sabe disso, torna-se fcil entender a ao do circuito. Voltar aos Tpicos

Sensores de somTalvez voc conhea um sensor de som com outro nome; que tal, microfone.

A ilustrao a seguir mostra um tipo de microfone que mistura cermica com metal. Pode ser identificado pelo nome CerMet. Essa mistura utilizada na parte sensvel ao som. Para que essa parte funcione adequadamente, deve permanecer sob uma determinada tenso eltrica, cerca de 1,5 volts. No circuito que apresentamos ao lado do microfone, a fonte de alimentao fornece 9 volts. Portanto, um divisor de tenso faz-se necessrio.

O resistor de 4,7 k e o de 1 k constituem um divisor de tenso que prov uma sada de 1,6 V sobre o microfone. As ondas sonoras que ele recebe geram pequenas variaes de tenso, normalmente na faixa dos 10 a 20 mV. Para isolar essas pequenas variaes, dos 1,6V que permanece fixo, usamos um capacitor. Os capacitores sero tratados em aulas futuras. Com certeza voc conhece outros tipos de microfones; capacitivo, dinmico, cristal, eletreto etc. Sero estudados oportunamente.

Voltar aos Tpicos

Sinais de interruptoresQuando um interruptor usado para prover uma entrada em um determinado circuito, seu pressionamento normalmente gera um sinal de tenso. esse sinal de tenso que ativa o circuito propriamente dito. Do que voc precisa para fazer o interruptor gerar um sinal de tenso? Resposta perfeita ... isso mesmo, voc precisa de um divisor de tenso.

As ilustraes a seguir mostram dois caminhos possveis:

A tenso de sada no circuito da esquerda sempre BAIXA, exceto quando o boto pressionado. Ao pressionar o boto essa tenso alta utilizada para por em ao o circuito restante. No circuito da direita a tenso de sada sempre ALTA (a prpria tenso da fonte, no caso), exceto quando o boto pressionado. Pressionando esse boto, a tenso de sada cai a ZERO. Para o resistor dos circuitos, um valor de 10 kW o recomendado. Em suma; quando o boto pressionado o primeiro circuito fornece uma Usada ALTA e o segundo uma Usada BAIXA. Nos circuitos que processam sinais lgicos, uma BAIXA tenso denominada "lgica 0" ou simplesmente "0", enquanto que uma ALTA tenso denominada "lgica 1" ou simplesmente "1". Esses circuitos divisores de tenso, com interruptores de boto, so perfeitos para proverem entradas de sinais lgicos. [H um probleminha de "reboot" ... mais isso outra histria.] Que tipos de interruptores voc usaria nesses circuitos? H uma grande variedade de interruptores de boto (presso). Os botes miniaturas trabalham adequadamente e freqentemente esto inseridos em uma matriz de contatos.

Como voc observa, o boto tem externamente quatro pequenos terminais que so unidos, aos pares e internamente, por tiras de metal. O boto leva um anel metlico. Ao ser apertado, o anel toca as tiras, fechando o circuito. Voltar aos Tpicos

ConclusoCircuitos eletrnicos so construdos a partir de subcircuitos com finalidades especficas. Cada um deles deve operar em termos de entrada, processamento, sada. H permanente transferncia de informaes entre subcircuitos. Essas informaes, sob a denominao de sinais, via de regra esto sob a forma de tenses variveis. Isso torna inevitvel que tais circuitos incluam divisores de tenso como parte integrante de suas estruturas.

Divisores de tenso no so apenas pequenos detalhes num circuito geral, eles so fundamentais para a compreenso do circuito eletrnico como um todo. Uma vez que voc os entenda e saiba como procura-los voc os encontrar em todos os circuitos.

Praticando com os sensoresProf. Luiz Ferraz Nettoleo@barretos.com.brNessa parte experimental da Teoria III - Divisores de Tenso, voc aprender como usar um resistor dependente da luz (LDR) como sensor de luz. O LDR dever fazer parte de um circuito divisor de tenso, cuja finalidade ser fornecer uma tenso de sada (Usada) que muda com a iluminao.TpicosCircuitos possveis

HYPERLINK "http://www.feiradeciencias.com.br/sala15/15_06.asp" \l "Medindo resistncias#Medindo resistncias" Medindo resistncias

HYPERLINK "http://www.feiradeciencias.com.br/sala15/15_06.asp" \l "Circuito sensor de luz#Circuito sensor de luz" Circuito sensor de luz

HYPERLINK "http://www.feiradeciencias.com.br/sala15/15_06.asp" \l "Um sensor algo diferente#Um sensor algo diferente" Circuito sensor algo diferente

HYPERLINK "http://www.feiradeciencias.com.br/sala15/15_06.asp" \l "Concluses#Concluses" Concluses

Circuitos possveisH somente duas possibilidades para construir o circuito divisor de tenso, uma com o LDR "em cima" e outra com o LDR "em baixo", como se ilustra.

A seguir, vamos investigar o comportamento desses dois circuitos. Uma das etapas desse estudo vai lhe ensinar como descobrir um valor adequado para o resistor fixo que participar do divisor de tenso nesses circuitos.

Relembremos a frmula para calcular a Usada no circuito divisor de tenso:

Observe bem essa expresso. Ela poder nos auxiliar a prever coisas importante.

O que acontecer com a Usada se Rbaixo for se tornando cada vez menor?Voltar aos Tpicos

Medindo resistnciasComo fazer isso?

Comece ajustando seu multmetro para uma escala de resistncia.Como se v na ilustrao, o fundo de escala - faixa da escala escolhida - do ohmmetro foi a de 200 k . Isso significa que o medidor medir resistncias desde zero at um mximo de 200 k . Com essa faixa de valores voc poder ver como a resistncia de um LDR muda com a iluminao.Outras faixas de resistncias podero ser usadas, todas, porem, trabalharo de modo semelhante. Se voc selecionar a escala 20 k , a maior resistncia que poder ser medida ser de 20 k . Todavia, como muda a posio do ponto que indica a frao decimal no mostrador, as medidas nessa faixa nos fornecer mais preciso que na faixa de 200 k .Se nada tiver ligado ao medidor, sua tela (mostrador de cristal lquido) mostrar algo assim:Isso significa que a resistncia eltrica colocada entre as pontas de prova do medidor muito grande para ser indicada nessa faixa selecionada.Usando um multmetro como um hmmetro

Lembre-se disso: quando o medidor no est conectado a nada, a resistncia eltrica entre as pontas de prova extremamente grande ("infinita") e isso indicado com esse " 1 . " ,como leitura, em todas as faixas de resistncia que voc selecionar.

Insira a ponta de prova preta no terminal marcado com COM (comum, negativo, terra etc) e a ponta de prova vermelha no terminal marcado com V mA. O que se observa na tela quando voc encosta uma ponta de prova com a outra? A leitura na tela do medidor deve mudar para:

Se o medidor indicar "restos" como ' 1 . ', a provvel explicao que o fusvel interno desse aparelho deve ter "pifado". O fusvel interno protege o medidor de descuidos ou manuseio incorretos nas ligaes. Isso pode ocorrer com freqncia se no for tomado o devido cuidado ao utiliz-lo como ampermetro ou como ohmmetro. Se tal erro aparecer, substitua o fusvel interno (normalmente de 200 mA, tipo fuso-rpida) ou use outro aparelho.

Se voc umedecer seus dedos e segurar as pontas de provas firmemente, em cada mo, poder medir a resistncia de sua pele. Para tanto, dever passar o seletor de escalas para 2000 k (ou seja, 2 M ), para uma leitura cmoda.

Agora, mea a resistncia eltrica de seu LDR, como indicamos abaixo:

Anote abaixo o valor da resistncia que voc obteve com o LDR exposto s luzes do laboratrio:

____________________________________________________No necessrio que o foco de luz incida diretamente na face sensvel do LDR.

Se a leitura se altera quando se faz sombra sobre o medidor, que valor de resistncia voc acha que o LDR est apresentando? Anote uma estimativa mdia razovel:

____________________________________________________Agora cubra totalmente o LDR com sua mo, de forma que ele fique no escuro. A resistncia do LDR aumentar.

Anote o valor dessa nova resistncia eltrica:

____________________________________________________Se a leitura comear a "flutuar", procure tirar uma mdia dos valores indicados.

Anote esse valor mdio:

____________________________________________________Tente cobrir a face sensvel do LDR de um modo prtico que torne fcil repetir as situaes. Com essa montagem voc poder comparar os valores hmicos do LDR na "luz" e na "escurido" no circuito bsico do sensor no divisor de tenso. Com isso voc poder verificar "no ato", qual os melhores valores do resistor fixo que deve ser usado nesse circuito sensor de luz.

Se o LDR colocado na completa escurido, sua resistncia eltrica aumentar assumindo o valor de 1 M ou mais. Isso no necessrio para o que passaremos a fazer; teremos bons resultados prticos apenas sombreando o LDR.

Voltar aos Tpicos

Circuito sensor de luzFaa a montagem abaixo indicada para construir um circuito de teste para seu sensor de luz:

Para comear, use um resistor de 100 k como resistor de teste. Faa medidas da Usada primeiro com o LDR na luz e depois com o LDR na sombra. Anote seus resultados na tabela abaixo:

Resistor fixo Usada sob luz Usada na sombra Diferena/Tenses

100 ...

1 k ...

10 k ...

100 k ...

1 M ...

Na coluna final da tabela anote a diferena entre a tenso de sada com LDR no escuro e a tenso de sada com o LDR sob a luz (Uescuro - Uclaro). Esse dado vai lhe indicar como a tenso muda ao passar de uma situao (escuro) para outra (claro). Esse ser o resultado chave para voc decidir qual o melhor valor para o resistor fixo a ser usado no divisor de tenso do circuito sensor de luz.

Repita o procedimento para cada valor do resistor fixo usado como resistor teste. Voc perceber que alguns resistores, no teste, fornecero leituras da Usada muito diferentes, na luz e na sombra.

Com esse circuito, Usada ALTA ou BAIXA, na luz? ____________________________________________________Que resistor de teste fornece a maior alterao da Usada entre as situaes claro e escuro? ____________________________________________________Que resistor voc usaria para fazer o seu sensor de luz ficar o mais sensvel possvel s alteraes da iluminao? ____________________________________________________Observe na ltima coluna de sua tabela qual o maior e o menor valor encontrado. de se esperar que o resistor de teste que d o melhor resultado no seu circuito de sensor de luz tenha um valor aproximado que seja mdia desses extremos.

De fato, o divisor de tenso mais sensvel quando a resistncia do resistor fixo igual resistncia do LDR.

FATO MARCANTE:

O divisor de tenso torna-se mais sensvel quando Rcima e Rbaixo tm valores iguais.Voltar aos Tpicos

Um sensor algo diferenteMonte novamente o prottipo de seu circuito sensor mas, desta vez, coloque o LDR no lugar do Rbaixo no divisor de tenso.

Repita todo o procedimento para esse novo divisor de tenso e anote na tabela os valores de Usada sob luz e sombra.

Resistor fixo Usada sob luz Usada na sombra Diferena/Tenses

100 ...

1 k ...

10 k ...

100 k ...

1 M ...

Com esse circuito, a Usada ALTA ou BAIXA, sob luz? ____________________________________________________Que resistor de teste fornece a maior diferena de tenso entre luz e sombra? ____________________________________________________Que resistor de teste voc usaria para construir o mais sensvel sensor de luz, com esse circuito? ____________________________________________________Devemos aceitar que seria mais lgico chamar esse circuito de "sensor de escuro", uma vez que ele fornece uma leitura ALTA para a Usada quando o LDR est na escurido.

FATO MARCANTE:

A ao do divisor de tenso fica invertida quando o LDR colocado no lugar do Rbaixo em vez do Rcima.Voltar aos Tpicos

Concluses O valor do resistor fixo usado no circuito divisor de tenso afeta a sensibilidade do circuito. O melhor valor para esse resistor fixo, aquele que fornece a maior alterao na Usada, tal que: Rbaixo = Rcima.

Voc pode decidir como o seu circuito sensor ir trabalhar, basta optar pela colocao do LDR no lugar do Rbaixo ou do Rcima.