EX 09.2 - Diodos - Retificador de meia-onda com filtro capacitivo

Fig 01 - Retificador 1/2 onda

O retificador de meia-onda consiste em um circuito para remover metade de um sinal AC (corrente alternada) de entrada, transformando-o em um sinal CC (corrente contínua). É constituído basicamente de um transformador, um diodo, um filtro e uma carga.

O Transformador diminui a tensão de saída. A tensão do secundário é igual a tensão do primário dividida pela relação de espiras do transformador (RT), sendo o transformador construído com 1200 espiras no primário e 82 espiras no secundário. A carga a ser utilizada será uma lâmpada de 12V / 5W.

Cálculo do retificador meia onda com filtro:

• RT = NP/NS = 1200 / 82 = 14,6.
• VS = VP/RT = 220/14,6 = 15,0 Vac.

Possui o diodo em série com o resistor de carga, onde a tensão na carga corresponde à metade da onda inserida na entrada. A tensão de pico é calculada por:

• VP = VS x √2 = 15 x 1,41 = 21,2 Vac.

O valor de tensão DC na saída é um valor médio de tensão (Vdc).

• Vdc = (VP - Vd) / π = (21,2 - 0,7) / 3,14 = 20,5 / 3,14 = 6,52 Vdc.

O filtro capacitivo usado nesta fonte de alimentação serve para eliminar uma tensão alternada pulsativa e transformá-la em uma (tensão contínua) que varia menos. Essa variação é chamada de tensão de ondulação ou ripple. O filtro capacitivo diminui a tensão de ripple: 

• Vrpp  = Vmf / F . R . C = 6,52 / 60 x 30 x 0,001000 = 3,62 V;

Onde: Vrpp é a tensão de Ripple de pico-a-pico. F é a frequência. R a resistência da carga. C o valor do capacitor.

Fig 02 - Diodo Retificador - 1N4001 a 1N4007

A Tensão na carga é chamada de Tensão Média Filtrada (Vmf). A tensão Vmf fica situada na metade da tensão de ripple.

• Vmf = 6,52 V.

No semiciclo positivo o diodo conduz e carrega o capacitor com o valor de pico (VP) da tensão. Assim que a tensão de entrada cair a Zero, o diodo parar de conduzir e o capacitor mantém-se carregado e descarrega lentamente em RL. Quando a tensão de entrada fica negativa (semiciclo negativo) o diodo não conduz e o capacitor continua descarregando lentamente em RL. O capacitor recarrega 60 vezes por segundo.

O capacitor carrega de Vmin até VP e neste intervalo de tempo ( DT ) o diodo conduz. O capacitor descarregará de VP até Vmin e neste intervalo o diodo não conduzirá.

O relatório da atividade prática resolvido pelo Prof. Sinésio Gomes está disponível em: 24_05_01 Diodos - Retificador meio onda com filtro. 

O resumo de Circuitos retificadores, filtros e reguladores elaborado pelo Prof. Sinésio Gomes está disponível em: Circuitos retificadores, filtros e Reguladores - Prof. Sinésio Gomes.

© Direitos de autor. 2020: Gomes; Sinésio Raimundo. Última atualização: 13/02/2021 

EX 09.1 - Diodos - Polarização direta e reversa de diodos

O que fazemos é ligar o diodo em série com uma lâmpada de modo que a corrente tenha de passar através dele para alimentar a lâmpada.

Assim, conforme mostra a figura ao lado, observaremos que, quando ligamos o diodo 1N4148 de modo que ele seja polarizado no sentido direto, a corrente pode passar com facilidade e a lâmpada acende. 

No entanto, se o diodo for invertido a lâmpada não acenderá, pois ele estará polarizado no sentido inverso quando a corrente não passa.

Atividade Prática 01 : Testar os componentes: B1, X1 e D1. Montar o circuitos e fazer  medidas de:

• Tensão: V1, VL1 e VD1 em volts;
• Corrente: I1 em ampéres;

Utilizando multímetro, com os valores da leitura calcular a potência dissipada e medir a temperatura do componente e fazer as anotações em tabela.

No link a seguir haverá o diagrama elétrico da aplicação: 25_01_01 Aplicação de associação de lâmpada e diodo.

Referência: << https://www.newtoncbraga.com.br/projetos-educacionais/4576-art637.html >>

© Direitos de autor. 2004: Gomes; Sinésio Raimundo. Última atualização: 15/04/2024

Aula 09.1 - Diodo Retificador

Diodo é um dispositivo semicondutor que permite que a corrente flua em uma única direção. Um diodo pode ser usado como um retificador que converte CA (Corrente Alternada) para CC (Corrente Contínua), em uma fonte de energia. A corrente flui do lado do anodo para o catodo.

O gráfico ao lado mostra as características elétricas de um diodo típico. Quando uma pequena voltagem é aplicada ao diodo na polarização direta, a corrente flui facilmente. Uma vez que o díodo tem uma certa quantidade de resistência, a tensão irá cair ligeiramente enquanto a corrente flui através do diodo. Um díodo normal provoca uma queda de tensão de cerca de 0,6 - 1V (VF), no caso do díodo de silício.

Quando a tensão é aplicada na direção inversa através de um diodo, o diodo terá uma grande resistência ao fluxo de corrente. A corrente que flui através de um diodo polarizado no sentido inverso é muito pequena. As tensões limitantes e correntes admissíveis devem ser analisados ​​caso a caso. Por exemplo, quando se utiliza diodos de retificação, a parte do tempo eles vão ser obrigados a suportar uma tensão inversa. Se os diodos não são escolhidos com cuidado, eles vão queimar.

Diodos devem ser ligados na polaridade correta, o diagrama pode ser rotulado como (A) ou + para ânodo e (k) ou - para catodo. O cátodo é marcada por um anel pintado sobre o corpo. Diodos são rotulados com um código em letras gravado no corpo. Diodos retificadores são bastante robustos e sem precauções especiais são necessários para soldá-los. O anel estampado na extremidade dos diodos indica sua polaridade (Catodo).

Os dois primeiros dispositivos mostrados na imagem são diodos para a retificação. Eles são feitos para lidar com as correntes relativamente elevadas. O dispositivo em cima pode suportar até 6A, e o que está abaixo, pode com segurança suportar até 1A. No entanto, é melhor utilizado em cerca de 70% da sua classificação, pois este valor de corrente é uma classificação máxima.

O terceiro dispositivo do (cor vermelha) de cima tem um número de peça do 1S1588. Este díodo é usada para comutar, uma vez que podem ser ligados e desligados a uma velocidade muito elevada. No entanto, a corrente máxima que ele pode manipular é de 120 mA. Isto torna-o adequado para utilizar em circuitos digitais. A tensão reversa máxima (polarização reversa) este diodo pode suportar é 30V.
O dispositivo, na parte inferior da figura é um diodo de regulação Zenner com tensão de 6V. Quando este tipo de diodo é polarizado inversamente, irá resistir às mudanças na tensão. Se a tensão de entrada é aumentada, a tensão de saída não mudará.

Procedimento para teste de diodos: Coloque o multímetro numa escala intermediária de resistências (x 10 ou x 100) e zere-o. Retire o diodo do circuito em que se encontra ou levante um dos seus terminais, desligando-o do circuito. Meça a resistência ou continuidade nos dois sentidos (faça uma medida e depois outra invertendo as pontas de prova). Um diodo em bom estado deve apresentar baixa resistência na polarização direta e alta resistência no sentido oposto (polarização inversa), se estiver em bom estado.
A baixa resistência pode variar e não representa a resistência que ele vai apresentar quando usado numa aplicação prática, mas sim a resistência vista pelo multímetro em função de sua baixa corrente de teste.
A resistência alta deve ser superior a 1 M. Um diodo com resistência menores á 1 M na polarização inversa, apresenta fugas. Existem aplicações menos críticas, como fontes, em que essa resistência inversa ou fuga é tolerada.

O resumo de Circuitos retificadores, filtros e reguladores elaborado pelo Prof. Sinésio Gomes está disponível em: Circuitos retificadores, filtros e Reguladores - Prof. Sinésio Gomes.

Informações sobre diodos retificadores podem ser obtidas no link: 24_04_05 Diodos 1N4001 a 1N4007.

© Direitos de autor. 2024: Gomes; Sinésio Raimundo. Última atualização: 01/04/2024.

Aula 09 - Noções Básicas de Semicondutores

Materiais semicondutores, tais como silício (Si), germânio (Ge) e de arseneto de gálio (GaAs), têm  propriedades elétricas intermediárias entre as de um "condutor" e um "isolador". Seus átomos estão  agrupados em um padrão cristalino. Sua capacidade de conduzir eletricidade pode ser melhorada pela adição de certas "impurezas" a esta estrutura cristalina produzindo mais elétrons livres.

Ao controlar a quantidade de impurezas adicionadas ao material semicondutor, é possível controlar a sua condutividade. Estas impurezas são chamados de doadores ou aceitadores dependendo se eles produzem elétrons ou lacunas. Este processo de adição de átomos de átomos de impureza de semicondutores é chamado de dopagem. O material semicondutor básico mais comumente usado é o silício. O silício tem quatro elétrons de valência em sua camada mais externa que compartilha com seus átomos de silício vizinhos para formar a orbital de oito elétrons. A estrutura da ligação entre os dois átomos de silício é tal que cada átomo compartilha um elétron com o seu vizinho fazendo a ligação muito estável.

Os átomos de silício estão dispostos segundo um padrão definido simétrico tornando-as uma estrutura cristalina sólida. Um cristal de sílicio puro (dióxido de silício) é geralmente considerado um cristal e não tem electrões livres.

Semicondutor Básico Tipo N

Para que o cristal de silício conduzir eletricidade, precisamos introduzir um átomo de impureza, como antimônio, arsênio ou fósforo na estrutura cristalina. Estes átomos têm cinco elétrons externos em sua órbita mais externa para compartilhar com os átomos vizinhos e são chamados de impurezas "pentavalente".

Isso permite deixar um "elétron livre" para se tornar móvel quando uma tensão elétrica é aplicada (fluxo de elétrons).

Antimónio (Sb) ou fósforo (P), são frequentemente utilizados como impurezas pentavalente para o silício , o resultado é o material de semicondutor com excesso de elétrons, com uma carga negativa, e por isso é referido como semicondutor do "tipo-N" . O diagrama mostra a estrutura do Antimônio como átomo doador impureza.

Semicondutor Básico Tipo P

Se introduzir uma impureza "trivalente" (3-elétrons) na estrutura cristalina do silício, como alumínio, boro ou índio, que tem apenas três elétrons de valência disponível em sua órbita mais externa, uma ligação completa com os quatro átomos de silício não ocorrerá,  o material semicondutor terá uma abundância de portadores de carga positiva, conhecidos como "buracos" na estrutura do cristal quando falta os elétrons.

Uma vez que existe um buraco no cristal de silício, um elétron vizinho é atraído para ele e tentará mover para dentro do buraco para a encher. No entanto, o elétron enchendo o buraco deixa outro buraco por trás dele quando se move. Este por sua vez, atrai outro elétron que por sua vez cria um outro buraco por trás dele, e assim por diante, dando a aparência de que os buracos estão se movendo como uma carga positiva através da estrutura cristalina (fluxo de corrente convencional). Este movimento de orifícios resulta numa falta de elétrons no cristal de silício dopado, tornado-se um pólo positivo. Como cada átomo de impureza gera um buraco, as impurezas trivalentes são geralmente conhecidas como "aceitantes", por continuamente "aceitar" os elétrons livres.

Boro (símbolo B) é comumente usado como um aditivo trivalente, pois tem na orbital mais externa apenas três elétrons. A dopagem de átomos de boro provoca a condução de portadores de carga positiva, resultando em um cristal "tipo-P" material com os orifícios positivos sendo chamados "Lacunas", um semicondutor do tipo P tem mais buracos do que elétrons. O diagrama mostra a estrutura cristalina de silício com átomo de Boro.

Processo de fabricação de diodos

Os diodos atualmente são fabricados utilizando-se técnicas desenvolvidas para a fabricação de dispositivos semicondutores, como os transistores e circuitos integrados. 

No fluxograma de fabricação de diodo empregando tecnologia planar. Empregam-se etapas de deposição de polímeros, reação química no estado gasoso e no estado sólido, utilizando-se fornos de crescimento de cristal onde ocorre a deposição e difusão de dopante em cristal semicondutor e de reação química por vapor (CVD). Um desses equipamentos é Forno de crescimento epitaxial. O aspecto real de um diodo está apresentado na figura, onde se observa a estrutura de camadas crescidas, depositadas e difundidas, para a fabricação da junção PN e das conexões elétricas externas.

A indústria moderna de semicondutores utiliza como matéria prima, em sua maioria, o "Wafer" ou disco de silício, que varia de 75mm a 150mm de diâmetro e menos de 1mm de espessura (usualmente 200μm). Os wafers são cortados a partir de tarugos de cristal de silício, retirados de um cadinho com silício policristalino puro. Este processo, como mostrado na Figura 1.1, é conhecido como método de "Czochralsky", que é o método mais popular de produção de cristal de silício. Quantidades controladas de impurezas são adicionadas ao silício líquido para se obter o cristal com as propriedades elétricas desejadas. A orientação cristalina é determinada por uma semente de cristal que é mergulhada no silício líquido para iniciar o crescimento do tarugo. O silício fundido é mantido em um cadinho de quartzo envolvido por um radiador de grafite. O grafite é aquecido por indução de radiofreqüência, e a temperatura é mantida em alguns graus acima da temperatura de fusão do silício (≈1425 o C), tipicamente em uma atmosfera de Hélio ou Argônio. 

 Após a semente ter sido introduzida no silício líquido, ela é puxada gradualmente no sentido vertical e ao mesmo tempo em que é rotacionada. O silício policristalino fundido derrete a ponta da semente e, à medida que a semente é puxada derrete a ponta da semente e, à medida que a semente é puxada ocorre o resfriamento (solidificação). Quando o silício líquido, em contato com a semente, esfria, e assume a forma a orientação cristalina da semente. O diâmetro do tarugo é determinado pelas taxas de 

velocidade de tracionamento e de rotação. A formação do tarugo varia de 30 a 180mm/hora. 

 O corte em fatias do tarugo é usualmente feito por meio de serras com diamantes nos dentes girando em alta rotação. Os wafers obtidos têm usualmente entre 0,25mm e 1mm de espessura, dependendo de seu diâmetro. Finalmente, os discos são polidos em uma de suas faces até se obter um acabamento espelhado e sem imperfeições.

Há no link um resumo de alguns semicondutores: 24_08_01 Introdução á semicondutores SRG

© Direitos de autor. 2019: Gomes; Sinésio Raimundo. Última atualização: 01/04/2019

Equipamentos - Osciloscópio Digital

Muitas vezes, ao testarmos um circuito eletrônico, nos deparamos com a necessidade, de ver qual o formato de onda (ou sinal), em um ponto desse circuito. Nesses casos o multímetro não serve para isso, pois ele pode testar alguns tipos de componentes, mostrar valores para tensão e corrente, mas não mostra forma de onda

Já o Osciloscópio é um instrumento de teste eletrônico, que permite ver graficamente em uma tela, as mudanças na tensão e frequência (variação no tempo) do sinal, que chamamos de onda.

É mostrado normalmente, como um gráfico bidimensional de um ou mais sinais em função do tempo.

A figura 1, mostra um osciloscópio com 2 formas de onda.

É mostrado também a Ponteira, que permite conectar o osciloscópio, ao circuito analisado.

Os osciloscópios basicamente medem valores de tensão, e sua variação em relação ao tempo.

Em uma tela de osciloscópio, a tensão é mostrada no eixo Y, em verde (também conhecido como eixo vertical), e o tempo é representado no eixo X, em vermelho (eixo horizontal), como mostra a figura 2.

Repare, que a tela é dividida em “quadradinhos”, formados por linhas horizontais e linhas verticais. Cada linha representa uma divisão.

A título de exemplo, a senóide mostrada, tem altura total (eixo vertical) de 4 divisões.

Basicamente o sinal é captado (entra) no osciloscópio através da ponteira (também chamada de sonda – Probe em inglês).

Após passar por alguns circuitos eletrônicos dentro do osciloscópio, a forma de onda do sinal captado, é mostrado na tela.

São encontrados dois tipos de osciloscópios:

• Analógicos – Até o final do século passado, o osciloscópio mais comum e usado, era do tipo Analógico.

A tela é constituída de um Tubo de Raios Catódicos (CRT em inglês), muitos semelhantes às televisões antigas.

Este tipo de tubo é comprido, por isso o gabinete, é bastante profundo. Em geral são volumosos (figura 3).

• Digitais ou DSO (Osciloscópio de Armazenagem Digital – DSO em inglês) – Atualmente os osciloscópios são do tipo “Digital” (figura 4), e a Tela é de Cristal Líquido (LCD em inglês), dessa forma têm profundidade bem pequena, ou seja, são compactos, leves e, em geral, os modelos mais básicos tem um custo mais acessível.

Estamos falando em equipamento de uso comum (costumamos dizer que são equipamentos de bancada), osciloscópios com muitos recursos e funções, são em geral muito caros, sendo usados em laboratórios.

Nos osciloscópios Analógicos, a maior parte dos componentes eletrônicos internos são analógicos, por sua vez, os Digitais, usam circuitos integrados para uma aplicação específica ou ASIC (Application-specific integrated circuit). A eletrônica usada é digital.

Independente da maneira como são construídos, a finalidade de aplicação é a mesma nos dois tipos de osciloscópio.

Painel de controle do Osciloscópio

Um osciloscópio visto de frente tem 2 partes: De um lado a Tela, e do outro, um Painel com vários botões para diversos controles. Agora veremos com detalhes o Painel de Controle (figura 5).

O Painel do osciloscópio é constituído basicamente de três partes:

• Seção Vertical,
• Seção Horizontal
• Trigger (gatilho em português)

Cada parte ou seção, tem um papel importante a desempenhar, quando se trata de permitir que o osciloscópio reconstrua um sinal com precisão.

Seção de controle Vertical

Os controles verticais são usados para posicionar e dimensionar a forma de onda verticalmente (figura 6). Controles verticais comuns incluem:

• Conectores de entrada, onde é ligada a ponteira (neste caso Canal 1 e Canal 2),
• Seletor de Volts por Divisão (Volts/Div) – Este seletor, permite diminuir ou aumentar a amplitude dos sinais que são aplicados ao osciloscópio.
• Chave AC / DC / GND (Terra) O mostrado nesta figura não tem.
• Botão giratório para controle do feixe no deslocamento vertical.

Seção controle Horizontais

Os controles horizontais são usados para controle da base de tempo (figura 7). Controles horizontais comuns incluem:

• Seletor de Segundos por Divisão (Sec/Div)

Permite medir a quantidade de tempo por divisão. Como a frequência é o inverso do tempo, sabemos desta forma qual a frequência do sinal mostrado.

• Botão giratório para controle do feixe no deslocamento horizontal.

​Observações:

• As seções de controle Vertical e Horizontal num osciloscópio Analógico, têm a grafia dos valores marcados no próprio painel (figuras 6 e 7). O mesmo não acontece com o osciloscópio Digital. Neste caso a grafia desses valores, aparece na tela do display.
• Os controles Vertical e Horizontal, claro, não afetam ou modificam os valores obtidos. Girar os botões, permite que se enquadre na tela a onda analisada, ou, para que se torne mais preciso, a leitura desses valores.

Seção de controle de Trigger – Sincronização da onda.

O Trigger (gatilho em português), permite que se estabilize uma forma de onda repetitiva, ou capture formas de ondas únicas.

De uma forma mais simples, o trigger quando acionado, permite que uma onda que parece “correr” na tela, fique parada.

O que acontece normalmente, é que quando se captura um sinal, ele não fique estabilizado na tela, mas se deslocando, então gira-se o botão de trigger, até que o sinal se estabilize (pare), como mostrado na figura 8.

O Trigger funciona, “prendendo o início da onda. Tecnicamente ´é chamado de Disparo de Borda e, nesta imagem, a sincronização começa no lado esquerdo da tela, como mostrado na figura 8 (tela `a direita).

Pode-se sincronizar a onda (estabilizá-la) pela borda positiva (na figura 8 à direita, o sinal da onda está subindo, portanto, borda positiva), ou pela borda negativa (não mostrado).

Este é o tipo de trigger é o mais comum (trigger de borda), e está disponível em osciloscópios analógicos e digitais (ver figura 9). A figura mostra o Controle de Trigger para uma osciloscópio Digital (à esquerda), e um Analógico.

Nível de Trigger (Level)

Os dois osciloscópios têm um botão giratório para o nível de trigger “Level”. No osciloscópio Analógico, há vários botões, que permitem outras opções.

No osciloscópio Digital há 1 botão “Trig Menu” que cumpre função equivalente. Porém, ao pressioná-lo, a tela do Osciloscópio apresenta várias opções e, através de outros botões, é possível selecionar a opção desejada.

Esse procedimento (um botão para várias funções) é muito comum em equipamentos digitais, e não há nisso nenhuma surpresa. Os osciloscópios Analógicos em geral, não tem opção de escrever na tela.

O Trigger é uma das funções mais importantes de um osciloscópio, e há casos específicos, em que é necessário outros tipos de trigger, por isso, é comum em equipamentos digitais mais caros, que se tenha várias configurações de disparo especializadas, que não são oferecidas nos instrumentos mais baratos.

• No dia a dia, usa-se a palavra “Trigger” (gatilho em português), em vez de gatilho, ou coisa parecida. Eventualmente, também se usa “sincronizar”, para representar a mesma ação, porém não é muito comum.

Painel com funções específicas

As 3 partes principais de um osciloscópio, foram vistas acima, porém, muitos osciloscópios, principalmente os Digitais, possuem um conjunto de vários botões, com funções específicas (figura 10). Nesta figura (refira-se à figura 5 para ver todo o osciloscópio) podemos observar isso.

Para que servem esses botões? Bem, a função de cada botão é determinada pelo fabricante, por isso é necessário consultar o manual, para entender qual a função que cada botão executa.

Ainda na figura 10, ao lado da tela, há um conjunto de botões e, há esquerda nessa tela (retângulo vermelho), a função de cada um.

Frequentemente para medições básicas, basta conhecer as funções principais do osciloscópio, porém, conhecer bem todas as funções desse equipamento, permite que se use todo o potencial do mesmo.

Finalmente, existem centenas e centenas de modelos de Osciloscópios, é impossível abordar todas as situações, então é sempre importante ter o manual e estudá-lo, para que se possa obter o melhor do equipamento.

Operação básica do Osciloscópio

Nesta seção veremos muito superficialmente, como configurar um osciloscópio para que possa ser usado. Configurando um osciloscópio:

• Desconecte o osciloscópio de qualquer outro equipamento.
• Selecione o Canal 1 e defina o acoplamento para DC.
• Defina a escala vertical de volts/divisão e os controles de posição para posições intermediárias.
• Defina o Reset (modo de disparo) para automático e a fonte disparo para o canal 1
• Defina os controles de tempo/divisão e posição horizontais para posições intermediárias.

Ao ligar o osciloscópio o traço (ou feixe) horizontal que aparece, se apresentará como uma linha reta, pois o equipamento está desconectado e não há nenhum sinal na entrada.

Essa linha ou traço pode estar em qualquer posição, mas uma boa ideia é coloca-lo no meio da tela, através do botão “Posição vertical”, figura 6. Se o traço não aparecer, acione os controles vertical e/ou horizontal, até que apareça.

Caso não consiga sincronizar o sinal na tela do osciloscópio digital, acione a tecla automático, mas não se esqueça que a cada acionamento, você ficará menos inteligente.

Testando a Ponteira

A ponteira não costuma apresentar problema, porém às vezes pode se descalibrar, mostrando na tela as formas de onda distorcidas.

Para calibrá-la, procure no painel frontal do osciloscópio um ponto de teste. Ele gera uma onda quadrada de 1 KHz (esse é o padrão, mas verifique no manual do osciloscópio, para a informação correta).

• Encoste a ponta da ponteira e verifique a forma de onda.

Caso apresente distorção (figura 11), gire o (pequeno) parafuso que existe na própria ponteira, até corrigir a forma de onda. Pronto está calibrada.

A calibração da Ponteira, é muito importante para medidas precisas. Faça-o regularmente.

Aterramento

O aterramento é uma etapa importantíssima quando se faz medições ou trabalha em um circuito, qual quer que seja (veja mais aqui).

O aterramento adequado do osciloscópio é importante por vários motivos, veja os dois principais:

• Protege contra choques perigosos. Neste caso é fundamental.

O aterramento do osciloscópio é necessário por segurança. Se uma alta tensão entrar em contato com o gabinete do osciloscópio não aterrado, pode acontecer algo mais do que um choque. Proteja-se.

Aterre o osciloscópio, usando devidamente o “terra” do cabo de alimentação (com 3 pinos), em uma tomada aterrada.

Verifique qual é o “Terra" (GND) do circuito a ser analisado, e ligue a garra da Ponteira do osciloscópio, nesse ponto.

Muito cuidado com Fontes de Tensão Chaveadas, verifique qual é o terra correto, ou use um Transformador Isolador como mostra a figura 12.

• Proteção de CI’s

Componentes eletrônicos digitais, são muito sensíveis a variações maiores de tensão, principalmente Cargas Eletrostáticas. O aterramento correto, pode evitar que esses componentes se danifiquem ao manuseá-los.

Como medir tensões AC de tomadas elétricas

Nunca se deve medir tensões AC (110V, 220V, etc.) diretamente com o osciloscópio, pois caso você ligue a Garra da Ponteira (que é terra), na Fase, haverá um curto. Na melhor das hipóteses o disjuntor desarma, mas pode acontecer algo pior.

Por isso, é necessário usar um Transformador Isolador, que é um tipo de transformador que isola a entrada (rede elétrica) da saída (ligado ao equipamento).

Na figura 12 mostra-se como medir Tensão Alternada, usando um osciloscópio e um multímetro para essa medição (se medir somente com o multímetro, não precisa do transformador isolador).

© Direitos de autor. 2024: Gomes; Sinésio Raimundo. Última atualização: 13/04/2024 

EX 08.1 - Carga e descarga de Indutor - Parte Prática

Vamos usar o princípio da auto-indução para estudar o circuito RL em série. No momento em que a chave S, na figura 01 for ligada na posição ‘a’, uma corrente surgirá no circuito. Imediatamente, o indutor reagirá, produzindo uma fem eL, dada pela equação 01. Aplicando a regra de Kirchhoff na malha externa (chave ligada em ‘a’), tem-se: V1 = VL+ VR.

Figura 01 - Circuito RL (série)

As expansões das frações parciais levam a:

• VL (t) = V e ^(-t L/R) ;
• VR (t) = V (1 - e ^(-t L/R) );

Desse modo, a tensão sobre o indutor tende a 0 conforme o tempo passa, enquanto a tensão sobre o resistor tende a V1, como é mostrado no gráfico. Isto é de acordo com o conceito intuitivo de que o indutor terá apenas uma tensão entre seus terminais enquanto o circuito estiver com mudanças de corrente, conforme o circuito atinge seu estado fixo, não existem mais mudanças de corrente e praticamente nenhuma tensão sobre o indutor.

Figura 02 - Tensão elétrica no
indutor do circuito RL (série).

Estas equações mostram que um circuito RL série possui uma constante de tempo, usualmente representada por τ (tau) = L/R sendo o tempo que a tensão leva para descer (sobre L) ou subir (sobre R) até 1/e de seu valor final. Desta forma, tau é o tempo que VL leva para atingir V(1/e) e o tempo que V(R) leva para atingir V(1-1/e).

A solução para a equação será obtida substituindo-se os elementos R e L correspondentes.

A tensão no resistor R irá atingir cerca de 63% de seu valor quando t = τ. Já quando  t = 5τ, a tensão no resistor R estará próximo de seu valor final. Então a tensão de L terá caído cerca de 37% após τ, e praticamente zero (0.7%) após cerca de 5 τ.

A Lei da voltagem de Kirchhoff implica que a tensão sobre o resistor irá "subir" com a mesma taxa de variação da "queda" da tensão do indutor. Ao desligar a fonte de alimentação, ela é então substituída por um curto-circuito, a tensão sobre R cai exponencialmente em função de t de V a 0. O indutor L será descarregado a cerca de 37% após τ, e praticamente totalmente descarregado (0.7%) após cerca de 5τ. Note que a corrente, I, no circuito se comporta da mesma forma que a tensão através de R, de acordo com a Lei de Ohm.

Figura 03 - Calculo de
corrente elétrica no 
circuito RL (série).

O comportamento da corrente, descrito pela a equação da figura 03, na descarga do indutor é ilustrado na figura 02. Este comportamento é similar ao comportamento da carga no capacitor do circuito RC. A corrente de saturação, e/R, ocorre quando o indutor entra em “curto”.

O fator τ = L/R é denominado constante de tempo indutiva. Quando t = L/R, a corrente no circuito atinge 63% do valor de saturação. 

Figura 04 - Corrente e tensão elétrica na
descarga do indutor no circuito RL (série).

No caso do circuito RC, vimos que à medida que a carga no capacitor aumentava, aumentava a energia acumulada no capacitor. No caso do circuito RL, também há acumulação de energia; neste caso, tem-se acumulação de energia no campo magnético. 

Depois de um longo tempo (p. ex. t > 10 τ) ligado em ‘a’, a corrente atinge seu valor de saturação. Se nesse instante a chave for ligada em ‘b’, a energia será devolvida pelo indutor e consumida no resistor. Fazendo e = 0, é fácil mostrar que a corrente fluirá de acordo com a relação da figura 04, na descarga do indutor.

A partir das energias acumuladas em campos elétricos e magnéticos, podemos calcular as respectivas densidades de energia, isto é, corrente elétrica através da fórmula da figura 03.

Parte Prática: Monte o circuito e com o indutor descarregado, acione a chave e o cronômetro. Determine e anote o instante em que cada tensão for atingida, anote os valores em uma tabela.

V = 10Vpp/ 100K Hz		Resistor = 1KW			Indutor = 680 µH			L/R = 0,680 nS
Volts (V)	10	9	8	7	6	5	4	3	2	0
Tempo (µs)

© Direitos de autor. 2019: Gomes; Sinésio Raimundo. Última atualização: 01/04/2024

Aula 08.6 - Indutores Transformadores

Transformador: O transformador utiliza a característica da indução mútua. A bobina de entrada que fornece a potência elétrica é chamado de primário, enquanto que a bobina de saída que leva para fora a energia eléctrica é chamado de secundário. 
A tensão de saída é determinada pela relação de voltas do fio entre a bobina primária e a bobina secundária. Alguns transformadores tem uma ou várias derivações na bobina secundária para proporcionar os níveis de tensão múltiplas.

Para dispositivos eletrônicos funcionarem, é necessário uma fonte de alimentação em corrente contínua. Pilhas e baterias podem cumprir o papel, mas a forma mais eficiente é usar uma fonte de alimentação. O componente básico de um fonte é o transformador que converte a tensão de 127V (rede) a um valor inferior, por exemplo 12V. 
Um tipo comum de transformador tem um enrolamento primário, que conecta-se a 127 V e um (ou vários) enrolamentos secundários para as tensões mais baixas. Mais comumente, os núcleos são feitos com lâminas do tipo E e I. Os fabricantes fornecem informação sobre o diagrama contendo os enrolamentos primário e secundário, as tensões e as correntes máximas. Para determinar qual é o enrolamento primário e o secundário, verificamos que o enrolamento primário é constituído por fio mais fino e mais voltas do que o secundário. Ele tem uma resistência mais elevada - e pode ser facilmente testada por ohmímetro.

Após o transformador temos o circuito retificador de onda completa, com uma ponte de díodos é utilizada para transformar AC para DC. 

Mesmo com a tensão alternada de entrada em que as alterações do positivo e do negativo, a tensão que é aplicada à carga é sempre positiva. A tensão que é aplicada a carga não é limpo DC. Ela é chamada de tensão contínua pulsante. Neste circuito, a fim de fazer tensão de ondulação pequena, o capacitor deverá ser ligado em paralelo com  carga.

Informações sobre Indutores Transformadores podem ser obtidas no link: 24_04_04 Indutor Transformador .

Há no link á seguir um resumo de informações sobre indutores elaborado pelo Prof. Sinésio Raimundo Gomes que pode ser baixada em: Aula 24 - Tudo sobre Indutores.

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Aula 08.5 - Indutores Relés

Relé: (Eletroímã) Quando a corrente flui através de um condutor, um campo magnético é criado. Este campo é muito mais forte em uma bobina.
Um eletroímã é como um ímã regular. Ela atrai o ferro, níquel e alguns outros metais. Relés utilizam essa característica. Quando a corrente flui para a bobina de relê, o campo magnético atrai uma placa de aço, e que o comutador está ligado à placa de aço for ligado. O relé tira vantagem do fato de que, quando a eletricidade flui através de uma bobina, torna-se um eletro ima. A bobina eletromagnética atrai uma chapa de aço, o qual está ligado a um interruptor.
Assim, o movimento do chave (ON e OFF) é controlada pela corrente que flui para a bobina, ou não, respectivamente.

Uma característica muito útil de um relé é que ele pode ser utilizado para isolar eletricamente as diferentes partes de um circuito. Ele permitirá que um circuito de baixa tensão (por exemplo, 5VDC) para controlar em um circuito de alta tensão, 127 VAC ou mais. O relé opera mecanicamente, de modo que não pode operar a alta velocidade.Existem muitos tipos de relés. Você pode selecionar um de acordo com suas necessidades. 

As várias coisas a considerar ao escolher um relé são seu tamanho, capacidade de tensão e corrente dos pontos de contato, a tensão da bobina, impedância, número de contatos, a resistência dos contatos, etc.

A tensão de resistência dos contatos é a voltagem máxima que pode ser realizada no ponto de contato no interruptor. Quando o máximo for excedido, os contatos irá derreter, às vezes fundir. O relé irá falhar. As características são é impressas no relé.

Informações sobre Indutores Relés podem ser obtidas no link: 24_04_01 Indutor Relé.

Há no link á seguir um resumo de informações sobre indutores elaborado pelo Prof. Sinésio Raimundo Gomes que pode ser baixada em: Aula 24 - Tudo sobre Indutores.

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Aula 08.4 - Indutores de alta frequência

Indutores de alta frequência: A fotografia mostra um exemplo de uma bobina pequena. O indutor do lado esquerdo é enrolada com fio de cobre fino, sobre um pequeno núcleo de ferrite em forma de barra, e tem um valor de 100μH. É usado para a ressonância de alta frequência, ou para bloquear alta frequência. O diâmetro é de cerca de 4 mm, a altura de cerca de 7 mm.
O valor da bobina pequeno como este é indicado com um código de cor, tal como um resistor. O valor deste tipo de bobina varia de 1μH a várias centenas de mH. 1μH, 2.2μH, 3.3μH, 3.9μH, 4.7μH, 5.6μH, 6.8μH, 8.2μH, 10μH, 15μH, 18μH, 22μH, 27μH, 33μH, 39μH, 46μH, 56μH, 68μH, 82μH, 100μH outro.

A segunda bobina da esquerda tem é feita de fino fio de cobre em torno de um núcleo de ferrite em forma de bastão. O valor é 470μH. O diâmetro do núcleo é de 4 mm, a altura é de 10 mm, e o diâmetro da bobina é de 8 mm.

Os dois dispositivos na direita na fotografia são transformadores de alta frequência. Eles são usados ​​para frequência intermédia (455KHz) sintonização de rádios, ou para circuitos osciladores. Para proteger as bobinas de fluxo magnético, e para evitar que os rolos de interferir com outros circuitos, as bobinas de alta frequência estão alojados numa caixa de metal chamado caso escudo. Neste caso deve ser ligada à terra. Como para o ajuste ou a oscilação, este tipo de transformador pode alterar o seu valor de indutância.

Como para o ajuste ou a oscilação, este tipo de transformador pode alterar o seu valor de indutância.

Há no link á seguir um resumo de informações sobre indutores elaborado pelo Prof. Sinésio Raimundo Gomes que pode ser baixada em: Aula 24 - Tudo sobre Indutores.

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Aula 08.3 - Indutores de montagem em superfície

Os indutores SMD (Small Mounting Device - Dispositivo de Montagem em Superfície) são peças de formato quadrado que possuem isolamento feito do mesmo material do núcleo, laterais abertas, e a parte inferior e superior cobertas, sendo que é a parte superior que abriga a numeração do componente. 
A leitura dos valores deve ser feita em µH. O núcleo destes indutores SMD é normalmente feito de ferrite, assim como sua capa isolante ao redor da bobina.

Alguns indutores vêm marcados com 3 ou 4 dígitos para designar seu valor de indutância. Os dois primeiros dígitos representam o número significativo e, o terceiro dígito é o multiplicador, como potência de 10. A indutância é dada em µH (microHenry)

Em outros indutores há a letra R, que representa o ponto decimal. Indutores com a letra R não têm multiplicador. O “R” fica no lugar do ponto decimal.

E ainda há indutores que têm uma letra (F, G, J, K ou M) no final (quarto dígito). Isso representa a tolerância, que é dada como uma porcentagem e indica a variação que o indutor pode ter.

Para elucidar melhor, veja alguns exemplos:

• 330 = 33*1 = 33µH
• 1R5 = 1,5 µH

O 4º dígito (F, G, J, K ou M) representa a tolerância (precisão do indutor).

• F = +/- 1%
• G = +/- 2%
• J = +/- 5%
• K = +/- 10%
• M = +/- 20%

Quanto aos indutores Axiais e Radiais PTH, independente do indutor ser radial ou axial, se ele possuir faixas coloridas de identificação em sua superfície, a indutância será em microHenrys (µH).
Indutores axiais e radiais PTH são geralmente utilizados em aplicações de alta frequência e baixa corrente, desta forma o fio utilizado é muito fino e não indicado para aplicações diferentes à esta. Sua capa é feita de poliepóxido para proteger a construção interna e para que possa ser aplicado as faixas de identificação.

Informações sobre Indutores SMD podem ser obtidas no link: 24_04_02 Indutor SMD.

© Direitos de autor. 2024: Gomes; Sinésio Raimundo. Última atualização: 23/04/2024 

Aula 08.2 - Indutores Radiais

Existe um tipo de indutor meio raro de se achar e que sua aparência é semelhante à um capacitor de mica! Estes indutores possuem uma capa de poliepóxido e também utilizam o sistema de cores do resistor, só que aplicado de forma diferente. O valor nominal de indutância do indutor interpretado pelas cores não sairá na unidade de Henry, a qual é padrão para medição de indutância, será dado em micro Henry (µH).

Para identificar a indutância destes indutores utilizamos a tabela de cores de resistores, só que neste modelo radial não é informada a tolerância, apenas o primeiro digito (Cor 1 - Marrom), o segundo digito (Cor 2 - Vermelho) e o terceiro dígito multiplicador (Cor 3 - Preto).  Neste caso 12 µH.

Informações sobre Indutores Axial podem ser obtidas no link: 19_05_01 Indutor Axial Moldado .

Informações sobre Indutores Radial podem ser obtidas no link: 19_05_02 Indutor Radial (Choke) .

Informações sobre Indutores Tambor podem ser obtidas no link: 23_04_03 Indutor Tambor Moldado .

Há no link á seguir um resumo de informações sobre indutores elaborado pelo Prof. Sinésio Raimundo Gomes que pode ser baixada em: Aula 24 - Tudo sobre Indutores.

© Direitos de autor. 2020: Gomes; Sinésio Raimundo. Última atualização: 13/02/2021