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Eletrônica para Eletricistas Instituto Newton C. Braga www.newtoncbraga.com.br Diretor responsável: Newton C. Braga Coordenação: Renato Paiotti Revisão: Marcelo Braga ELETRÔNICA PARA ELETRICISTAS Autor: NEWTON C. BRAGA São Paulo - Brasil - 2019 Palavras-chave: Eletrônica - Engenharia Eletrônica - Componentes – Circuitos práticos – Coletânea de circuitos – Projetos eletrônicos - Eletricidade http://www.newtoncbraga.com.br Copyright by - INSTITUTO NEWTON C BRAGA. Todos os direitos reservados. Proibida a reprodução total ou parcial, por qualquer meio ou processo, especialmente por sistemas gráficos, microfílmicos, fotográficos, reprográficos, fonográficos, videográficos, atualmente existentes ou que venham a ser inventados. Vedada a memorização e/ou a recuperação total ou parcial em qualquer parte da obra em qualquer programa juscibernético atualmente em uso ou que venha a ser desenvolvido ou implantado no futuro. Essas proibições aplicam-se também às características gráficas da obra e à sua editoração. A violação dos direitos autorais é punível como crime (art. 184 e parágrafos, do Código Penal, cf. Lei nº 6.895, de 17/12/80) com pena de prisão e multa, conjuntamente com busca e apreensão e indenização diversas (artigos 122, 123, 124, 126 da Lei nº 5.988, de 14/12/73, Lei dos Direitos Autorais). Apresentação Este livro foi publicado originalmente no ano 2000, edição que se esgotou rapidamente. Este livro que agora disponibilizamos em nova edição visa atingir os leitores que têm formação em eletricidade e eletrotécnica e que precisam de noções de eletrônica para atender à presença cada vez maior de dispositivos eletrônicos nas instalações elétricas. De fato, cada vez mais temos a presença de dispositivos eletrônicos nas instalações elétricas que os instaladores e reparadores precisam conhecer, pelo menos o princípio de funcionamento, para poder trabalhar com eles. São as lâmpadas de LEDs, dimmers, timers, porteiros eletrônicos, sistemas de alarmes, portões automáticos e muito mais. O leitor com formação em eletricidade não precisa saber exatamente como funcionam os seus circuitos, mas apenas ter uma noção de sua tecnologia para poder detectar pequenas falhas e não cometer erros na instalação. Para poder saber mais, aumentando seus conhecimentos o leitor com formação em eletrotécnica pode estudar mais com nossos cursos, nossos artigos no site e também nossos livros como a série Curso de Eletrônica, começando com o livro “Curso de Eletrônica – Eletrônica Analógica”. Newton C. Braga Introdução da nova edição A edição original deste livro foi publicada nos Estados Unidos no ano 2 000 sendo depois feita uma adaptação em português publicada em 2005. No entanto, as edições logo se esgotaram e os leitores começaram a pedir que refizéssemos esse livro dado o seu interesse. Assim, fizemos uma análise de seu conteúdo, verificando que ele está ainda atual e é justamente de interesse para uma nova categoria de pessoas que desejam conhecer eletrônica, mas para usar em suas atividades ligadas à eletrotécnica. São aqueles que têm formação em eletricidade ou eletrotécnica, os eletricistas que verificam que no seu ramo de trabalho a eletrônica está cada vez mais presente. Nos nossos dias, as instalações elétricas domiciliares, prediais e comerciais não constam apenas de lâmpadas, interruptores e aparelhos exclusivamente elétricos, mas já incluem uma grande quantidade de eletrônica, que o profissional ou mesmo o amador precisam conhecer. São as lâmpadas de LEDs, os porteiros eletrônicos, os sistemas de abertura de portas de garagem, os sistemas de aberturas de portas codificados e com biometria, os sistemas inteligentes de ar condicionado, as redes internas de cabos de comunicações, os telefones sem fio e uma grande quantidade de outros dispositivos em que a eletrônica está presente. Temos também a chegada a IoT ou Internet das Coisas (Internet of Things) onde os eletrodomésticos passam a ter conexão com a internet conversando entre si, usando tecnologia eletrônica avançada que usa desde os microcontroladores e dispositivos avançados de controle até placas de comunicação sem fio como as que fazem a tecnologia LoRa e WiFi. Assim ter uma base sobre o funcionamento desses dispositivos todos, conhecer os componentes eletrônicos que usam é fundamental para aqueles que pretendem trabalhar com instalações elétricas. É justamente isso que visamos com este livro, no qual fizemos atualizações, mas mantendo a base teórica e os componentes básicos que não mudam. Com a sua leitura, os leitores que têm formação em eletrotécnica ou eletricidade podem dar os primeiros passos entrando no mundo da eletrônica, no mundo “maker”, daqueles que não apenas reparam ou instalam mas que criam e que fazem coisas. Tudo isso poderá estar a um passo do leitor, que poder[a dar o passo seguinte com a leitura de nosso livro “Manual Maker” – Volume 1 e se desejar realmente penetrar no assunto, estudar com nossos livros que fazem a série Curso de Eletrônica, começando com o Eletrônica Básica e depois o Eletrônica Analógica. O leitor também encontrará no nosso site milhares de artigos que poderão lhe ensinar muito e lhe dar ideias práticas para uma atividade importante neste mundo de tecnologia. Newton C. Braga AS DIFERENÇAS ENTRE ELETRICIDADE E ELETRÔNICA A finalidade deste livro é aplicar ao leitor como os circuitos eletrônicos funcionam sem a necessidade de ter conhecimento prévio sobre o assunto. É claro que muitos profissionais de áreas não ligadas à eletrônica podem ter algum conhecimento elementar do assunto, o que pode servir de base para o que vamos ensinar neste livro. E, depois de ler este livro, desejando se aprofundar mais no assunto sugerimos que os seus conhecimentos de eletrônica sejam complementados com dois livros do mesmo autor. O primeiro é o Manual Maker onde que temos tecnologias básicas para os iniciantes em eletrônica e o segundo é o Curso de Eletrônica – Volume 1 e 2. Também são importantes nossos livros sobre Multímetros que ensinam como usar o multímetro no teste de instalações elétricas, eletrodomésticos e dispositivos eletrônicos os mais diversos. Mas, voltando ao nosso problema básico que é entender a eletrônica encontrada em circuitos elétricos e que justamente aflige o leitor, a primeira pergunta que certamente feita é: a eletricidade que encontramos nos circuitos elétricos domiciliares, no automóvel em estabelecimentos comerciais e industriais é a mesma encontrada nos circuitos eletrônicos? A resposta é sim, o que significa que os conhecimentos básicos para entender as duas são os mesmos. As pequenas diferenças entre as duas eletricidades está apenas na maneira como ela é usada. Isso significa que os princípios básicos que regem o funcionamento dos dispositivos elétricos tais como lâmpadas, fusíveis, etc das instalações também são aplicados em circuitos eletrônicos como porteiros eletrônicos, timers, dimmers, e muitos outros. Este fato é importante, porque os eletricistas que desejam passar para um novo estágio de sua visa profissional, mexendo agora com a eletrônica dos circuitos eletrônicos não precisam partir do zero. Tudo que aprenderam na sua vida profissional é válido e serve para alavancar o seu aprendizado de novas tecnologias. Na verdade, podemos separar o material contido neste livro em três grupos, destinado a profissionais que tenham diferentes graus de preparado. O primeiro grupo é o formado por profissionais que adquiriram sua experiência exclusivamente com o trabalho prático ou que fizeram cursos rápidos onde foi visto muito mais prática do que teoria. Um segundo grupo que podemos incluir é dos que tiveram uma base teórica, mas há muito tempo o que leva à necessidade de uma revisão. Finalmente temos os leitores que tiveram uma sólida base teórica, mas que foi dirigida exclusivamente visando as aplicações na eletricidade, sem atenção alguma as suas aplicações na eletrônica, mesmo que a eletrônica usada nas instalações elétricas. Para o primeiro e segundogrupos temos a primeira parte deste livro que aborda os fundamentos da eletricidade e que permite que antes de passar as suas aplicações na eletrônica torne familiares termos técnicos e princípios importantes para entender o que vem depois. Para o terceiro grupo temos a aplicação direta dos princípios diretos na eletrônica em componentes e circuitos encontrados nas instalações elétricas o que nos leva às partes seguintes deste livro. Assim, se o leitor se julgar já suficientemente preparado pode saltar esta primeira parte lembrando apenas que se tiver dúvidas ao ler os capítulos subsequentes deve procurar as informações que talvez lhe faltem nesta parte. FUNDAMENTOS DE ELETRICIDADE Tanto os profissionais da eletrônica como da eletrotécnica trabalham com a mesma espécie de "fluído" denominado eletricidade. Conforme explicamos anteriormente as diferenças básica entre um dispositivo eletrônico e um dispositivo elétrico estão na maneira como eles são montados, as partes que eles usam e o modo como a eletricidade é usado. Apesar de usarem componentes diferentes, os princípios de operação são os mesmos. A eletricidade não é encontrada em diferentes tipos. Isso significa que as leis físicas que determinam como a eletricidade se comporta num circuito são as mesmas. São leis universais que todo o profissional, quer seja eletricista quer seja eletrônico, deve conhecer. Assim, nos próximos itens trataremos justamente destas leis e princípios para os quais chamamos a atenção dos leitores profissionais da eletrotécnica que desejam estender seus conhecimentos à eletrônica. A corrente elétrica Toda substância é feita de pequenas partículas denominadas átomos. Os átomos são pequenos demais para poderem ser visíveis à vista desarmada e mesmo com microscópios muito potentes. Os átomos são feitos de partículas ainda menores denominadas "partículas elementares" das quais três são as mais importantes para os nossos estudos. Estas partículas formam uma estrutura bem definida que é mostrada na figura 1. Figura 1 - Estrutura do Átomo O núcleo do átomo é formado por partículas denominadas prótons e nêutrons enquanto que em torno dele giram a grande velocidade, partículas menores denominadas elétrons. Verifica-se que os prótons e elétrons manifestam propriedades especiais. Estas partículas são dotadas de cargas elétricas que, por convenção denominamos positiva e negativa. Os prótons possuem uma carga elétrica positiva (+) e o elétron uma carga elétrica negativa (-). Verificamos que cargas de mesmo nome se repelem (positivo repele positivo e negativo repele negativo) enquanto que cargas opostas se atraem (negativo atrai positivo). É por este motivo que os elétrons se mantem em órbita em torno do núcleo. A carga positiva do núcleo os atrai. Em condições normais, o número de elétrons de um átomo é igual ao número de prótons. Isso significa que, no total, as cargas dos elétrons equilibram as cargas dos prótons tornando o átomo uma estrutura neutra, conforme mostra a figura 2. Figura 2 As forças que agem nesta estrutura tendem a manter os átomos dos corpos e portanto os próprios corpos em estado de equilíbrio ou neutralidade. No entanto, sob certas condições, este equilíbrio pode ser quebrado. Evidentemente, não podemos mexer nos prótons que estão firmemente presos ao núcleo do átomo, mas podemos retirar ou acrescentar elétrons a um átomo. Nestas condições, quando retiramos elétrons de um átomo, as cargas positivas passam a predominar e o corpo manifesta propriedades associadas a uma carga positiva. Dizemos que ele se encontra carregado positivamente. Da mesma forma, se os átomos de um corpo ganharem elétrons as propriedades negativas destas partículas predominam e o corpo se diz carregado negativamente conforme mostra a figura 3. Figura 3 Os corpos que estão com os átomos numa das duas condições se dizem "eletrizados". Um corpo eletrizado é, portanto um corpo cujos átomos estão com excesso ou falta de elétrons. Quando esfregamos um pedaço de plástico num tecido, o atrito faz com que elétrons sejam arrancados do plástico e passem para o tecido. Desta forma, o tecido fica eletrizado negativamente e o plástico fica eletrizado positivamente, conforme mostra a figura 4. Figura 4 Se aproximarmos o pedaço de plástico do cabelo ou pequenos pedaços de papel, os átomos que estão com falta de elétrons deste material vão atrair os elétrons dos átomos de seu cabelo ou do papel. O resultado é eu o cabelo e o papel são atraídos. A eletricidade que se acumula nestes corpos está fixa, ou seja, não é dotada de movimento, sendo por isso denominada "eletricidade estática". Indo além, vamos supor que tenhamos dois corpos carregados com eletricidade de sinais opostos, e entre eles seja ligado um pedaço de fio de metal (o metal é um material através dos quais os elétrons podem se movimentar com facilidade), conforme mostra a figura 5. Figura 5 Observaremos que um fluxo de elétrons sairá do corpo que os tem em excesso (carregado negativamente) indo para o corpo que os tem em falta (carregado positivamente). Este fluxo de elétrons, de forma ordenada num único sentido, é denominado “corrente elétrica”. Um ponto importante a ser notado neste fenômeno é que os elétrons, ao se movimentar de um corpo para outro, liberam energia. No caso dado como exemplo, a energia é transformada em calor. Outro fato importante que o leitor deve ter em mente, é que esta energia disponível no trajeto dos elétrons de um corpo a outro pode ser usada por dispositivos que sejam colocados no seu percurso. Veja que as únicas partículas que se movem neste processo são os elétrons, pois os prótons estão presos nos núcleos dos átomos. É por este motivo que as ciências que estamos estudando se chama "eletricidade" e "eletrônica"(e não "protocidade" ou "protônica"!). Curiosidade Os cientistas descobriram que pode existir em alguma parte do universo matéria onde os elétrons possuem cargas positivas e os prótons cargas negativas. Os elétrons positivos seriam chamados de "pósitrons" e a matéria originada por estas partículas seria a "antimatéria". A corrente que pode fluir entre dois corpos carregados conforme tomamos como exemplo só pode tirar um breve instante. Tão logo os elétrons do que os tem amais equilibre os átomos do ouro corpo, que os têm em falta, o fluxo de corrente cessa. Para podermos usar a eletricidade de forma prática, transportando energia de um ponto para outro através de fios, é preciso ter algum meio de manter a diferença de carga entre os corpos. Veja que a corrente obtida neste processo vem de um processo dinâmico em contrapartida a eletricidade estática acumulada nos corpos. A eletricidade estática era antes estudada nos cursos de física de uma maneira não muito profunda, já que não havia muita utilidade prática. Hoje existem muitos dispositivos eletrônicos que funcionam baseados em seus princípios. Circuitos Básicos Conforme vimos, a corrente elétrica pode ser usada para transportar energia de um local a outro, desde que seja mantida a diferença entre as cargas dos corpos entre os quais ela flui. Para isso, precisamos manter a concentração das cargas nos corpos que são interligados. No exemplo que vimos, os corpos mostrados possuem cargas diferentes: um deles está carregado positivamente enquanto que o outro está carregado negativamente. No entanto, podemos obter um fluxo de cargas, ou seja, uma corrente, bastando que os corpos tenham concentrações diferentes de cargas, conforme mostra a figura 6. Figura 6 - Fluxo de elétrons entre corpos carregados Veja pela figura 6 que, a corrente tende sempre a se movimentar dos corpos em que as cargas negativas estão mais comprimidas para os corpos em que elas estão menos comprimidas ou que possuam cargas positivas. Da mesma forma, a corrente flui dos corpos em que as cargas positivas estão menos comprimidas para os que as têm mais comprimidas. É fácil perceber que a tendência natural do processo é que as cargas fluam sempre de modo a estabelecer um equilíbrioentre a concentração de cargas dos corpos. De volta ao problema de manter a circulação da corrente, como devemos proceder para ter um fornecimento constante de energia que estabeleça o fluxo de cargas ou corrente entre os corpos? Em primeiro lugar, precisamos de um meio eficiente para repor os elétrons que deixam um corpo em direção ao que os tem em falta. Como elétrons não podem ser criados do nada, a solução para o nosso problema está num dispositivo denominado Gerador que é mostrado na figura 7. Figura 7 O conjunto em que temos um gerador, fios metálicos e um dispositivo que pode absorver a energia transportada pela corrente é denominado circuito elétrico. Seu funcionamento é o seguinte: O excesso de elétrons que existe no lado negativo do gerador é "bombeado" em um único sentido em direção ao polo em que estes elétrons estão faltando, passando através do dispositivo onde a energia é liberada na forma de calor. Chegando ao polo onde os elétrons estão faltando (positivo) um processo de reposição ocorre no interior do gerador, transportando os elétrons que chegam para o outro lado do gerador, onde eles se torna disponíveis no polo negativo. Os geradores químicos como as pilhas usam energia liberada nas reações internas para fornecer energia para este processo de reposição enquanto que os dínamos usam força mecânica para esta finalidade. Observe que os geradores apenas precisam repor energia quando existe corrente fluindo, o que significa que numa pilha a reação química só ocorre quando ela está sendo usada. Outro fato que o leitor sempre deve ter em mente é que a energia não pode ser criada do nada. Sempre teremos energia elétrica a partir de alguma outra forma de energia. O gerador não cria energia, apenas a transforma, como é sugerido na figura 8. Figura 8 Finalmente, o leitor deve observar que o movimento dos elétrons ocorre num percurso fechado. Isso significa que só teremos corrente num "circuito fechado". Assim, para estabelecer ou interromper a corrente num circuito simples, como o formado por uma lâmpada e um gerador podemos fazer isso antes ou depois da lâmpada, pois a interrupção pode ser feita em qualquer ponto, conforme mostra a figura 9. Figura 9 Nesta figura, tanto num caso como noutro, o fluxo de corrente pode ser interrompido ou estabelecido, apagando ou acendendo a lâmpada. Veja que o dispositivo que nos permite fazer isso é chamado interruptor. Importante Um fato que muitos estudantes de eletricidade não entendem é que os elétrons não são a energia elétrica. Eles apenas a transportam! Assim, num circuito como o mostrado na figura 10, mesmo com a lâmpada acendendo, a quantidade de elétrons que deixa o polo negativo é a mesma que chega ao polo positivo ou seja: a quantidade de elétrons passando pelos fios antes e depois da lâmpada é a mesma! Veja que os elétrons não são destruídos quando fornecem a energia a um circuito. Eles precisam ir para algum lugar. Tensão e Corrente Podemos comparar a falta de elétrons e o excesso de elétrons de um corpo ao estado de compressão e distensão de uma mola. A força que se manifesta entre as cargas tende a restabelecer o estado de equilíbrio ou falta de tensão das molas, conforme mostra a figura 10. Figura 10 A força que se manifesta nas molas depende de seu grau de compressão e da mesma forma, a força que se manifesta nas cargas seja capaz de empurrá-las através de um fio se manifesta no seu grau de compressão ou densidade. Esta força ou tensão que empurra as cargas através dos fios metálicos de um circuito é denominada "tensão elétrica". É a tensão que causa a corrente, pois sem uma força atuando sobre as cargas elas não podem se movimentar. A tensão elétrica é medida numa unidade chamada volt que é abreviada por V. Num gerador como, por exemplo, uma pilha, existe um estado de tensão elétrica entre seus polos - uma tensão elétrica. isso significa que, quando ligamos um circuito a estes polos, uma corrente elétrica pode fluir. Este estado de tensão nos polos de um gerador também é chamado de força eletromotriz e abreviado por f.e.m. Uma pilha comum, por exemplo, tem uma f.e.m. de 1,5 V. Por outro lado, a corrente que flui através de um circuito é medida em amperes, abreviado por A. Podemos fazer uma analogia entre a corrente elétrica e a tensão com o fluxo de água e a pressão num reservatório, conforme mostra a figura 11. Figura 11 Tanto mais alto o nível da água, maior é a pressão e portanto maior é a pressão capaz de empurrar a água através de uma saída. Maior será o fluxo desta água o que equivale a uma corrente maior. Tanto maior a tensão de um gerador, maior será a intensidade da corrente que ele pode estabelecer por um determinado circuito. Resistência Na descrição do circuito básico fizemos uma analogia entre o fluxo de corrente e o fluxo de água. No entanto, se o leitor reparar, acrescentamos nesta analogia mais um elemento muito importante: o dispositivo que usa a energia que está sendo produzida pelo gerador, convertendo-a em outra forma de energia como por exemplo luz ou calor. O que ocorre é que, quando oi fluxo de elétrons que passa pelo fio encontra este dispositivo ele encontra certa oposição ao seu movimento, conforme mostra a figura 12. Figura 12 Para vencer esta oposição ou "resistência" é preciso liberar energia, a qual é convertida em calor. Esta oposição apresentada pelo dispositivo é denominada "resistência elétrica" e pode ser medida. A resistência elétrica é medida em ohms, abreviamos pela letra grega ômega (ω). Veja então que a intensidade da corrente que pode fluir por um circuito formado por fios e um dispositivo, depende não só da tensão do gerador (que causa a corrente), como também pela quantidade de resistência que o dispositivo que deve receber energia apresenta. A relação entre a tensão, a corrente e a resistência pode ser calculada pela Lei de Ohm, que é representada na figura 13 (veja o símbolo adotado para representar a resistência de um dispositivo qualquer). Figura 13 De uma forma simples, considerando que a tensão é a causa e a corrente é o efeito, podemos dizer que a corrente circulante por um circuito que tenha certa resistência é diretamente proporcional a tensão aplicada. Os eletrotécnicos devem então lembrar que a lei que rege a circulação da corrente nos circuitos eletrônicos é a mesma que rege a sua circulação nos equipamentos elétricos em geral! Nos circuitos eletrônicos o leitor vai encontrar um dispositivo que especificamente tem por função apresentar uma resistência à circulação de uma corrente de modo a reduzir sua intensidade, por exemplo. Este dispositivo, denominado resistor, tem o símbolo que vimos na figura 13. Mais informações sobre os resistores será dada no capítulo em que trataremos especificamente dos componentes eletrônicos. Unidades Podemos dominar a eletricidade e criar muitos equipamentos elétricos e eletrônicos porque ela pode ser medida. Fazendo cálculos podemos prever exatamente o que acontece quando uma corrente flui num circuito em qualquer condição e com isso criar circuitos que façam exatamente o que desejamos. Conforme vimos, medimos correntes em amperes, tensões em volts e resistência em amperes. No entanto, em eletrônica, diferentemente do que ocorre em eletrotécnica, as correntes e as resistências podem assumir valores muito pequenos ou muito grandes, conforme o caso, o mesmo ocorrendo com as tensões. Assim, é comum usar prefixos tanto para expressar valores pequenos como grandes. Por exemplo, podemos usar o quilo (k) para representar 1000, e assim em lugar de falarmos em 1000 volts, falamos 1 quilovolt ou 1 kV. Para uma corrente muito pequena, de 0,001 ampere, podemos usar o prefixo mili (m) para indicar milésimos e então falamos 1 miliampère ou 1 mA. Os principais prefixos usados em eletrônica são mostrados na seguinte tabela: Prefixo Abreviação Fator de Multiplicação Tera T 1 000 000 000 000 Giga G 1 000 000 000 Mega M 1 000 000 Quilo k 1 000 Deca D 10 Deci d 0,1 Mili m 0,001 Micro μ 0, 000001 Nano n 0, 000 000 001 Pico p 0, 000 000 000 001 Em alguns casos, o prefixo pode substituir a vírgula decimal. Por exemplo, em lugar de 2 200 ohms, simplesmente escrevemos 2,2 kohms. Efeitos da Corrente Elétrica O dispositivo (receptor) que tomamos como exemplo nos itens anteriores representa uma resistência elétrica pura, ou seja, uma resistência: "ôhmica", convertendo energia elétrica em calor. Muitos dispositivos que encontramos no dia a dia e que usam a eletricidade como fonte de energia convertem esta energia em calor tais como aquecedores, lâmpadas incandescentes, etc. No entanto, ao trabalhar com eletrônica, podemos encontrar dispositivos que se aproveitam de outras formas de energia que a corrente elétrica pode produzir ao passar por eles. Assim, será interessante revisarmos quais são os efeitos que a corrente elétrica pode produzir e onde eles são aproveitados. Efeito Térmico ou Efeito Joule Quando uma corrente atravessa qualquer dispositivo que apresente uma resistência elétrica, o resultado é que a energia gasta no processo de vencer esta resistência se converte em calor. Este efeito é conhecido por efeito térmico ou efeito Joule. A quantidade de energia que é liberada num dispositivo que tenha certa resistência e que seja percorrido por uma corrente pode ser calculada pela fórmula da Lei de Joule. A energia liberada é medida em Jules, mas em eletrônica é comum usarmos a potência convertida em calor, que é a quantidade de energia em Joules liberada em cada segundo. Esta quantidade recebe o nome de potência elétrica e tem sua própria unidade que é o Watt (W). Assim, 1 W equivale a 1 Joule por segundo. Podemos então escrever a seguinte fórmula: P = V x I Onde: P é a potência convertida em calor em watts (W) V e á tensão aplicada em volts (V) I é a corrente circulante em ampères (I) Considerando que a corrente, a tensão e a resistência estão relacionadas de forma bem definida, também podemos escrever: P = R x I² e P = V² /R Onde: R é a resistência em ohms (ω) Estas fórmulas são as mais simples que o leitor deve conhecer. Para os que desejam se aprofundar mais em cálculos eletrônicos é preciso fazer um curso completo ou ainda ter um formulário apropriado. Evidentemente, muitas fórmulas eletrônicas usam recursos matemáticos complexos como funções trigonométricas, logaritmos, integrais, derivadas e determinantes o que leva o leitor que pretende ir além a procurar uma base matemática antes. Muitos dispositivos eletrônicos usados em eletrotécnica produzem calor para algum tipo de uso, no entanto existem outros em que o calor é resultado de sua operação e por isso precisam ser eliminados para que eles não se aqueçam demais e com isso sofram danos. Para ajudar os dispositivos que produzem muito calor a se livrar dele não tendo sua temperatura elevada a valores perigosos eles são dotados ou montados em radiadores de calor, como os mostrados na figura 14. Figura 14 A função dos radiadores ou dissipadores de calor é transferir para o meio ambiente o calor gerado pelos dispositivos eletrônicos. Em muitos casos podemos ajudar essa dissipação agregando aos dissipadores ventiladores ou ventoinhas, como ocorre em computadores. Efeito Luminoso Existem muitas formas de se obter luz a partir de energia elétrica. A mais simples e mais tradicional é aquecendo um filamento de tungstênio dentro de um bulbo do qual se tenha retirado o ar. A ausência de oxigênio é importante pois ele atacaria o metal ao aquecer provocando sua queima. Luz também pode ser produzida pela circulação de uma corrente através de um gás em condições especiais, como ocorre com as lâmpadas fluorescentes e eletrônicas. Nelas, o gás se torna condutor pela aplicação de uma alta tensão num processo denominado "ionização" com o que passa a emitir luz. Outra forma de se produzir luz a partir de corrente é encontrado em dispositivos semicondutores como os LEDs (Diodos Emissores de Luz ou Light Emmiting Diodes). Estes componentes possuem uma junção de material semicondutor que a ser percorrida por uma corrente emite luz. Como eles funcionam será discutido em mais detalhes no capítulo de que trata dos componentes eletrônicos. Efeito Magnético Este é o único efeito que se manifesta sempre: basta existir uma corrente circulando através de algum material para que um campo magnético seja criado. Foi o professor dinamarquês Oesterd quem descobriu que ao passar uma corrente através do fio era criado um campo que atuava sobre uma agulha imantada de uma bússola, desviando-a conforme mostra a figura 15. Figura 15 As linhas de força do campo magnético envolvem o condutor percorrido pela corrente e têm uma orientação que depende do sentido de circulação dessa corrente. Podemos aumentar a intensidade do campo criado por uma corrente se enrolarmos o fio de modo a formar uma bobina, conforme mostra a figura 16. Figura 16 Neste caso, teremos um solenoide que concentra o campo magnético no seu interior podendo atrair objetos de metais ferrosos com força. Os solenoides e as bobinas que concentram os campos criados pelas correntes são usadas em uma grande quantidade de dispositivos eletrônicos. Também observar-se o efeito inverso: um campo magnético que atue de determinada forma sobre uma bobina induz uma corrente. Este efeito pode ser usado em diversos tipos de sensores. Efeito Químico Quando uma corrente elétrica atravessa determinas soluções químicas ocorrem reações. A mais conhecida delas é a que ocorre quando uma corrente atravessa uma solução de água e ácido sulfúrico, conforme mostra a figura 17. Figura 17 Nesta reação, denominada eletrólise, a água se decompõe nos dois elementos que a formam: oxigênio e hidrogênio. Muitos dispositivos eletrônicos, como por exemplo os capacitores eletrolíticos, se baseiam neste efeito para seu funcionamento. Efeito Fisiológico Uma corrente pode atuar sobre organismos vivos, como por exemplo, nas pessoas causando efeitos como o choque elétrico. Este efeito pode ser aproveitado em diversas aplicações práticas tais como estimuladores de nervos e outros. Ligações em Série e em Paralelo Num circuito elétrico ou eletrônico um único gerador ou fonte de energia pode ser usado para alimentar diversos elementos. Mesmo num circuito simples podemos encontrar dezenas de componentes interligados. A maneira como estes componentes ou elementos são interligados determina como a corrente circula através deles, como as tensões são divididas e também como calor é produzido por cada um deles. Nos circuitos elétricos e eletrônicos a análise dos circuitos é simples quando poucos elementos ou componentes são usados. Por outro lado, nos circuitos eletrônicos mais elaborados, a análise é muito mais difícil, pois podem ser usados centenas e até milhares de componentes. Saber como estes componentes são interligados é fundamental para se fazer a análise do circuito e também para se determinar a causa de falhas e calcular seu comportamento. Todo profissional da eletricidade deve conhecer as diferenças entre os modos segundo os quais os componentes são ligados para poder fazer uma análise correta da operação de seus circuitos. Mesmo sendo formados por dezenas, centenas e até mesmo milhares de componentes, os componentes são ligados de duas maneiras básicas: Série - dois ou mais elementos de um circuito estão em série quando eles estão ligados da forma mostrada na figura 18. A corrente em todos os elementos (no nosso caso, resistores) é a mesma e a tensão através deles se divide de acordo com a resistência de cada um. O componente de maior resistência dissipará mais calor. Figura 18 Paralelo - os componentes de um circuito estão em paralelo (por exemplo, lâmpadas) quando forem ligados da forma mostrada na figura 19. As tensões em todos os componentes são as mesmas e pelo elemento que tiver menor resistência circulará a corrente mais intensa. Se os elementos forem resistores, o de menor resistência dissipará mais calor. Figura 19 Na prática, o profissional da eletricidadeencontrará muitos tipos de componentes que podem ser combinados em ligações mais complexas. Estas ligações são resultados da combinação de componentes em série e em paralelo, como por exemplo a mostrada na figura 20. Figura 20 A análise destas configurações é feita separando-os oc componentes que estão em série e os componentes que estão em paralelo. Para os engenheiros e profissionais avançados existem procedimentos matemáticos que permitem calcular as correntes num circuito como esse de forma imediata. Para os leitores que desejam ir além, no livro Curso Prático de Eletrônica ensinamos como calcular as resistências equivalentes às associações e damos mais propriedades de cada uma. Corrente Alternada e Corrente Contínua Nos exemplos que tomamos nas páginas anteriores para explicar como um circuito elétrico funciona, as fontes de energia elétrica que usamos (geradores) eram de um tipo especial. Nos polos destes geradores havia uma tensão constante, o que significa que, ligados a um receptor de resistência constante, a corrente era estabelecida num único sentido com uma intensidade que não muda ao longo do tempo. Dizemos que este tipo de circuito opera com uma corrente contínua e o gerador usado é um gerador de corrente contínua, conforme mostra a figura 21. Figura 21 É costume abreviar corrente contínua por CC ou ainda DC (da palavra inglesa direct current) para especificar este tipo de corrente. Baterias, pilhas, dínamos são geradores de corrente contínua e a maioria dos circuitos eletrônicos opera com este tipo de corrente. Por outro lado, os profissionais eletricistas sabem que a energia fornecida para as instalações domésticas, comerciais e industriais não é deste tipo. A energia que chega para nosso consumo vem na forma de uma corrente alternada (abreviamos por AC ou CA) Conforme mostra a figura 22, numa corrente alternada não temos um fluxo constante de carga na mesma direção no circuito em que ela está presente. Figura 22 Nessa figura temos um gerador que muda constantemente de polaridade, Num instante o polo A está positivo e B negativo e a corrente flui num sentido passando pela lâmpada eu acende. Num instante seguinte os polos invertem e a corrente flui no sentido oposto, mas também passando pela lâmpada que se mantém acesa. O processo de inversão de polaridade do gerador é tão rápido que não há tempo para a lâmpada apagar durante as inversões. Assim, apesar da polaridade deste tipo de gerador estar constantemente invertida a lâmpada permanece acesa de modo contínuo. Observe que neste processo as cargas se movem apenas uma distância microscópica nas duas direções. Elas, na verdade oscilam no fio, transferindo energia do gerador para o receptor. O fato curioso que deve ser observado pelos leitores é que, apesar dos elétrons se moverem apenas alguns centímetros ou mesmo milímetros em cada inversão da polaridade, a força que empurra e puxa estes elétrons pode se mover com a velocidade da luz através dos fios. Assim, quando fechamos o interruptor para acender uma lâmpada, o movimento se estabelece ao longo do fio instantaneamente. Nas nossas instalações elétricas a polaridade da tensão disponível se inverte 120 vezes por segundos: 60 vezes um polo está positivo e 60 vezes negativo. Dizemos que a frequência da rede de energia em nosso país é de 60 Hertz (60 Hz). Existem países em que esta frequência é de 50 Hz. A corrente alternada disponível na linha de energia pode então ser representada pela sua forma de onda que é mostrada na figura 23. Figura 23 Esta curva segue uma função trigonométrica e é denominada senoide. Veja que as variações da tensão nesta curva não são feitas de forma abrupta, mas suavemente do positivo para o negativo e vice-versa. Veja que neste caso representamos uma tensão alternada (V), mas poderíamos da mesma forma representar uma corrente alternada (I). O leitor deve estar muito atento às diferenças entre tensão e corrente. Nos equipamentos eletrônicos usados em instalações elétricas o profissional vai encontrar os dois tipos de corrente. Mesmo naqueles que são alimentados exclusivamente com tensões contínuas como os que fazem uso de pilhas e baterias podemos ter etapas em que correntes alternadas de diversas frequências estão circulando. E, da mesma forma, existem circuitos de corrente alternada em que existem partes ou etapas em que circulam exclusivamente correntes contínuas. Também podemos dizer que existem circuitos em que numa mesma etapa circulam ao mesmo tempo os dois tipos de corrente. O profissional da eletricidade deve, portanto estar preparado para encontrar os dois tipos de corrente nos circuitos que analisar. Sons e Ondas Eletromagnéticas Muitos aparelhos eletrônicos são projetados para operar com sons e ondas eletromagnéticas (também chamadas de ondas de rádio). Telefones, alarmes e controles remotos sem fio, porteiros eletrônicos, sistemas de vigilância são alguns exemplos de aparelhos que operam tanto com ondas eletromagnéticas como com sons. Evidentemente, o profissional que vai trabalhar com tais aparelhos precisa conhecer um pouco mais das "vibrações" que estão envolvidas no seu processo de funcionamento. Em primeiro lugar devemos separar os dois tipos de vibrações: Sons Quando fazemos uma barra de metal vibrar ela produz perturbações no ar que a circunda. Estas perturbações podem se propagar na forma de ondas de compressão e descompressão, conforme mostra a figura 24. Figura 24 Quando estas vibrações alcançam nossos ouvidos elas o excitam dando-os a sensação sonora. Ouvimos então estas vibrações como sons. No entanto, para que isso aconteça, estas ondas precisam ter características especiais. Em primeiro lugar, o ouvido humano só consegue perceber as vibrações que estejam numa faixa de frequências, normalmente entre 16 Hz e 18 000 Hz para as pessoas comuns. Por exemplo, se uma barra vibrar 30 000 vezes por segundo, não conseguiremos ouvir isso pois estará além de nosso limite auditivo. Muitos animais como cães, morcegos e golfinhos, podem ouvir estas vibrações denominadas ultrassons. Outra característica importante dos sons é que o nosso sentido auditivo pode diferenciá-los segundo sua frequência. Os sons de baixa frequência, entre 16 Hz e 500 Hz são percebidos como "graves", enquanto que os que estão acima de 2 000 Hz são percebidos como agudos. Nossos ouvidos são sensíveis o suficiente para distinguir sons com uma diferença de frequência de apenas 1/16 de seu valor. Por causa desta capacidade é que podemos distinguir duas notas musicais adjacentes pela sua frequência. Também é importante analisar o modo como os corpos podem vibrar para produzir sons. O modo natural de vibração de um "corpo perfeito" como um diapasão produz um som com características senoidais, conforme mostra a figura 25. Figura 25 No entanto, a maioria dos sons que encontramos nos aparelhos eletrônicos e na própria natureza não são perfeitos consistindo em vibrações mais complexas com formas de onda que fogem à senoidal. Nossos ouvidos conseguem distinguir estes sons pelo que chamamos de "timbre". É por este motivo que mesmo tocando notas de mesma frequência, distinguimos quando ela produzida por um violino ou uma flauta. Os sons precisam de um meio material para se propagar. Eles podem se propagar pelo ar, por corpos sólidos e líquidos. No ar, a velocidade aproximada do som é de 340 metros por segundo (ela varia com a temperatura e pressão). Ondas de Rádio ou Eletromagnéticas Em 1865 o físico e astrônomo James Clerk Maxwell publicou uma teoria explicando a existência de campos eletromagnéticos ou ondas. Para explicar isso ele partiu da idéia de que uma carga elétrica em repouso seria circundada apenas por um campo elétrico, como mostrado na figura 26. Figura 26 No entanto se a carga fosse colocada em movimento, ela criaria um campo magnético conforme mostra a mesma figura. Destas duas situações imaginárias vamos agora passar para um simples experimento que pode nos mostrar melhor como ondas que combinamcampos elétricos e magnéticos podem ser produzidos. Para isso vamos usar o arranjo de bolinhas de metal penduradas em fios (que são vendidas como brinquedos para executivos) conforme mostra a figura 27. Figura 27 Se a primeira bolinha for solta ela, ao bater nas seguintes que estão uma ao lado da outra, transfere energia que se propaga até o outro extremo da cadeia de esferas, levando finalmente a bolinha B a se elevar até o ponto em que estava a primeira correspondendo à energia potencial transferida. Assim, o que Maxwell provou é que nesta transferência de energia existe um intervalo de tempo para sua propagação através das bolinhas e neste intervalo a energia está presente em trânsito mas na forma de energia cinética. No caso de uma carga que oscila, as duas formas de energia ficam armazenadas em campos elétricos e magnéticos que se propagam na forma de perturbação pelo espaço circundante, ou seja, uma onda eletromagnética. Estas ondas podem viajar pelo espaço numa velocidade de 300 000 quilômetros por segundo (lembramos que luz é uma forma de onda eletromagnética). Podemos fazer as cargas elétricas vibrar rapidamente em qualquer frequência, o que nos leva a encontrar ondas numa que se distribuem num espectro contínuo como o mostrado na figura 28. Figura 28 Nas frequências mais baixas encontramos as ondas de rádio usadas em telecomunicações, TV, telefonia, etc. Na parte intermediária temos a radiação infravermelha, luz visível e ultravioleta e na parte das frequências mais elevadas os raios X e cósmicos. Duas quantidades importantes podem ser associadas à uma onda eletromagnética: o comprimento da onda e a frequência. Representamos uma onda eletromagnética por curvas senoidais que correspondem ao campo elétrico e magnético conforme mostra a figura 29 ou somente por uma senoide simples. Figura 29 A frequência é número de ondas produzido em cada segundo e é medida em hertz (Hz). Como as frequências normalmente são muito altas é comum usarmos os prefixos k, M e G (quilo, mega e giga). Quando partindo de uma fonte emissora, a distância que uma onda viaja durante um ciclo completo é definida como comprimento de onda e representada por λ. Esta distância depende da velocidade da onda que no vácuo é de 300 000 000 metros por segundo. Assim, para calcular o comprimento de onda de uma onda eletromagnética basta dividir 300 000 000 pela frequência em Hz . Por exemplo, o comprimento de onda de emissora de FM que opera em 100 MHz (100 000 000 Hz) é: λ = 300 000 000 / 100 000 000 λ = 3 metros Conhecer o comprimento de onda de uma emissão de rádio é muito importante para se calcular as características da antena que deve transmitir ou receber esta onda. As dimensões dos elementos de uma antena depende justamente disso. Placas de Circuito Impresso e Solda Os componentes usados nos equipamentos eletrônicos normalmente são pequenos necessitando por isso de um suporte físico para sua operação. Este suporte deve ao mesmo tempo proporcionar sustentação mecânica para estes componentes como também fornecer a conexão elétrica que eles precisam na sua ligação com os demais componentes do mesmo aparelho. Abrindo os equipamentos eletrônicos comuns o profissional vai perceber que eles são montados numa placa especial que é feita de um material isolante. Esta placa é denominada "placa de circuito impresso" é feita de um material isolante, normalmente fibra ou fenolite, na qual existe uma parte em que são gravadas por deposição das trilhas finas de cobre, conforme mostra a figura 30. Figura 30 Estas tiras de cobre funcionam como fios condutores de eletricidade, interligando os diversos componentes que nela são montados. O padrão das trilhas determina o modo como os componentes são ligados. Este padrão varia conforme o aparelho, o circuito e os componentes sendo determinado pelo projetista do equipamento. Isso significa que a placa de circuito impresso usada num rádio é completamente diferente da placa usada num porteiro eletrônico ou num dimmer. Conforme mostra a figura 31, os pequenos componentes eletrônicos são soldados nesta placa de tal forma que os seus terminais façam contato com as trilhas de cobre. Figura 31 Uma técnica que cada vez está sendo mais usada nas montagens eletrônicas faz uso de componentes ultra-miniaturizados denominados SMD (Surface Mounting Devices ou Componentes Para Montagem em Superfície) que são soldados do mesmo lado que as trilhas de cobre, conforme mostra a figura 32. Figura 32 Retirar componentes de uma placa e reinstalá-los é operação delicada que exige habilidade do eletricista que pretende mexer com circuitos eletrônicos. Os componentes são delicados e sensíveis ao calor o que exige o emprego de técnicas e ferramentas especiais. A solda usada em eletrônica é uma liga especial de chumbo e estanho que se funde a uma temperatura de 273 graus. Esta solda é chamada de solda para rádio, solda eletrônica ou simplesmente solda, e pode ser encontrada em tubinhos, rolos e cartelas, conforme mostra a figura 33. Figura 33 Quando aquecida até a temperatura de fusão a solda derrete e envolve o terminal do componente a ser soldado. Ao esfriar ela solidifica-se proporcionando uma sustentação firme e contacto elétrico ao componente. Para soldar usamos uma ferramenta especial que é o ferro de solda que é mostrada na figura 34. Figua 34 Para os trabalhos que o profissional da eletrotécnica vai executar com circuitos eletrônicos, recomendamos um ferro de 15 a 40 W com pontas finas. Na verdade, podem ser necessários dois ferros para um trabalho melhor: um de baixa potência (15 a 30 W) e um de média potência (40 a 60 W). Soldar uma operação bastante simples. Certamente muitos profissionais da eletricidade já sabem como fazer. No entanto, quando trabalhando com dispositivos eletrônicos que são muito sensíveis, especial cuidado deve ser tomado, pois o excesso de calor pode facilmente danificá-los. Os procedimentos básicos para o processo de soldagem são os seguintes: Ligue o fero de solda e deixe-o aquecer por pelo menos 5 minutos. Este é o tempo necessário para que o ferro alcance a temperatura ideal de trabalho. Toque com a ponta do ferro na área de trabalho pequeno tempo para que ela se aqueça até o ponto de fusão da solda e então encoste a solda nos terminais dos componentes que devem ser soldados, conforme mostra a figura 35. Figura 35 Observe que a solda vai derreter e envolver o terminal do componente e o local em que ele deve ser soldado. Retire o ferro do local e espere a solda esfriar tomando cuidado para não fazer nenhum movimento até que a solda esfrie completamente. Quando a solda esfria ela forma uma sólida junta que prende o terminal do componente. Mais sobre soldagem e processos de montagens o leitor pode encontrar em artigos no nosso site e em nossos livros como o Manual Maker. A figura 36 mostra uma solda perfeita e algumas soldas feitas de forma irregular. Figura 36 Uma das principais causas de problemas de funcionamento de equipamentos eletrônicos é a chamada solda fria em que a solda aparentemente envolve o componente mas na verdade não o prende, deixando-o solto. Este tipo de solda ocorre principalmente pela aplicação de calor insuficiente no processo de soldagem. Um tipo de ferramenta adotada por alguns profissionais é a pistola de soldar que é mostrada na figura 37. Figura 37 Apesar de versátil para trabalhos rápidos (ela aquece instantaneamente) ela tem por desvantagem poder danificar os componentes mais delicados. O que ocorre é que a sua ponta aquece pela passagem de uma corrente intensa. Em contacto com componentes delicados esta corrente pode passar para eles e causar-lhes danos. Outras Ferramentas O ferro de soldar não é a única ferramenta que o profissional que vai trabalhar com componentes eletrônicos precisa para poder realizar com perfeição sua atividade profissional. Muitas ferramentas adicionais podem ser citados e sua presença na bancada de trabalho é importante pois elas garantem o trabalhocorreto com componentes que, conforme vimos, são delicados. O uso impróprio de ferramentas pode causar danos aos componentes e aparelhos eletrônicos. Baseados na nossa experiência profissional, sugerimos que o leitor que pretenda trabalhar com componentes eletrônicos tenha as seguintes ferramentas disponíveis: Alicate de corte lateral Alicate de ponta Duas ou mais chave de fendas Duas ou mais chave Philips Pinças Conjunto de micro chaves de precisão Acessórios de soldagem e dessoldagem Mãos extras ou garras para fixação de aparelhos e placas Pequeno torno de mesa Nos catálogos de ferramentas de empresas especializadas o leitor pode encontrar muitas outras que serão de grande utilidade. Diagramas e Símbolos Da mesma forma que nas instalações elétricas onde as ligações e os diversos elementos são representados por diagramas e símbolos, também usamos diagramas e símbolos para representar os circuitos eletrônicos. Existem muitas diferenças entre os circuitos eletrônicos e os circuitos elétricos. As principais começam com os símbolos adotados para representar os diversos componentes. Todo profissional que pretende também trabalhar com circuitos eletrônicos precisa conhecer a simbologia adotada para poder interpretar os diagramas onde os circuitos dos equipamentos são representados. Na figura 38 temos um diagrama eletrônico ou circuito de um circuito de uma fonte de alimentação ou fonte CC muito encontrada em equipamentos comuns: este circuito converte a tensão alternada da rede de energia numa tensão contínua mais baixa. É o chamado também "eliminador de pilhas". Figura 38 Neste diagrama temos representados todos os componentes pelos seus símbolos e em alguns casos, ao lado da identificação os valores e outras informações importantes. Do lado de cada componente temos ainda um número de identificação que é uma informação muito importante pois nos permite localizar este componente facilmente na placa de circuito impresso em que ele está montado. Por exemplo, todos os resistores são identificados pela letra R seguida de um número que é o número do componente naquele equipamento. Isso significa que num mesmo equipamento podemos encontrar resistores com as indicações R1, R2, R3, etc. Os capacitores, que são outros componentes comuns nos aparelhos serão indicados pela letra C. Assim, teremos C1, C2, C3, etc. Os transistores podem ser identificados pelas letras T, Q ou ainda TR. Assim, num equipamento poderemos ter Q1, Q2, Q3, T1,. T2, T3 ou ainda TR1, TR2, TR3. Em muitos casos, os fabricantes adicionam ao número do componente um segundo número que indica o bloco ou estágio em que ele está. Assim, R101 significa o resistor 01 do bloco 1. TR203 significa o transistor 03 do bloco 2. Os resistores costumam ter nos diagramas os seus valores em ohms indicados ao lado de sua identificação. Da mesma forma, se for um transistor ele terá a sua identificação. Por exemplo, Q1 - BC548, onde BC548 é o tipo do transistor Q1. Existem várias formas de se designar os transistores. Na nomenclatura americana, por exemplo os transistores começam todos por 2N enquanto os diodos por 1N. Na nomenclatura europeia os transistores podem ser BD, BC, BF ou ainda BR. Já, os fabricantes japoneses podem indicar seus transistores por 2SA, 2SB, 2SB e 2SD. Existem também algumas outras empresas que adotam nomenclatura própria como a Texas que usa sempre as letras TIP (TIP31, TIP120, etc.) ou a Motorola que usa a letra M no início da designação dos seus componentes. Temos ainda os casos de empresas que adotam codificações próprias nas suas placas. Esse procedimento dificulta os que pretendem fazer reparações, pois não podem conseguir os componentes com facilidade de fabricantes comuns que eventualmente tenham equivalentes. Assim, por exemplo, um fabricante pode indicar como XY238-A236 um transistor que, na verdade é um BC548, muito comum no mercado e disponível de diversos fabricantes. Os profissionais alegam que isso feito para forçar o proprietário do aparelho em caso de problemas a procurarem somente oficinas autorizadas. Dependendo do circuito, muitas outras informações podem ser obtidas pela simples visualização do diagrama esquemático. Assim, no exemplo que damos na figura 39, temos indicado que entre os pontos A e o terra teremos uma tensão de 6 V. Figura 39 Outra informação importante que pode ser encontrada em alguns diagramas é a forma de onda encontrada em seus pontos. Conforme visto anteriormente, nos circuitos eletrônicos podemos encontrar tanto correntes contínuas como correntes alternadas com diversas frequências e formas de onda. Para visualizar estas formas de onda o profissional pode contar com um instrumento denominado osciloscópio cujo tipo mais simples e comum é mostrado na figura 40. Figura 40 Saber usar um osciloscópio no diagnóstico e análise de circuito é algo que o praticante da eletrônica e o profissional pode se valer para ter muito maior eficiência no seu trabalho. Observando a forma de onda de um sinal num circuito, o profissional habilidoso pode saber exatamente onde está a causa de um problema que ele apresente. Em muitos diagramas encontramos ainda informações sobre procedimentos para a instalação de um equipamento, ajustes e muito mais. Os profissionais da eletrônica sabem que existem empresas denominadas "esquematecas" que vendem diagramas da maioria dos equipamentos de consumo tais como televisores, rádios, porteiros eletrônicos, etc. Da mesma forma, os bons manuais de serviço de tais equipamentos trazem os diagramas completos que possibilitam ao profissional fazer sua análise para a eventual procura de um problema de funcionamento. E, nos nossos tempos é possível obter bastante informação sobre equipamentos, circuitos e componentes na internet. COMPONENTES ELETRÔNICOS Os componentes encontrados nos equipamentos eletrônicos, mesmo os usados nas instalações elétricas, são bem diferentes daqueles com os quais o eletricista tradicional está acostumado. Assim, um primeiro passo para saber mexer com estes componentes é conhecer cada um, saber para que serve, os tipos e formas em que aparecem nas aplicações e finalmente como fazer testes básicos que permitam saber se eles estão bons ou não. Depois de uma breve introdução aos conceitos básicos de eletrônica (que podem ser vistos mais profundamente no nosso livro Curso de Eletrônica - Eletrônica Básica, Eletrônica Analógica, Eletrônica de Potência e seguintes) passamos a detalhar os principais componentes que encontramos nos equipamentos eletrônicos. O conhecimento básico que passamos a seguir é de extrema importância para todos os que tenham formação em eletrotécnica que pretendem mexer também com equipamentos eletrônicos. FIOS Para interligar componentes e mesmo os dispositivos de entrada e saída dos equipamentos eletrônicos são usados fios de metal. Existem vários tipos de fio que podemos encontrar nos aparelhos eletrônicos. O tipo de fio usado numa aplicação depende não só das intensidades das correntes que devem ser conduzidas como também do tipo de corrente, ou seja, forma de onda, frequência, etc. As correntes encontradas nos equipamentos eletrônicos são em geral muito menores do que as encontradas nos circuitos elétricos, daí normalmente serem usados fios mais finos. Basicamente, o leitor vai encontrar os seguintes tipos de fios nos equipamentos eletrônicos: Cabos - formados por um núcleo com diversos condutores de cobre cobertos por uma capa isolante de plástico Rígidos - formados por um núcleo com um único condutor coberto por uma capa isolante de plástico Nu - formado por um condutor de cobre rígido sem capa protetora Blindado ou coaxial - formado por um núcleo com um ou mais condutores encapados. Estes condutores são envolvidos por uma rede de fios trançados formando uma blindagem. Cabos múltiplos que são fitas ou conjuntos de fios flexíveis de diversas espessuras conforme a aplicação. Na figura 41 temos estes fios representados. Figura 41 Um outro tipo de fio especial usadoem eletrônica e eletrotécnica é o AWG ou American Wire Gauge. Este tipo de fio é usado para fazer enrolamentos de componentes como indutores, solenoides, motores, relês, alto-falantes, etc. AWG é um padrão americano estabelecido para condutores não ferrosos. O calibre destes condutores está relacionado com o diâmetro. Este padrão também é conhecido como B&S de Brawn and Sharpe. Os fios esmaltados AWG são formados por um condutor de cobre rígido isolado por uma fina camada de esmalte. O diâmetro do fio determina a intensidade máxima de corrente que ele pode conduzir. O diâmetro pode ser expresso em milímetros ou mils (milésimos de polegadas) ou ainda por um número AWG. Na tabela 1 mostramos os números AWG, milímetros de diâmetro, milímetros quadrados da secção do fio e resistência em ohms por quilômetro. AWG Diametro (mm) Seção circular (mm²) Resistência (ohms/km) 0000 11.86 107,2 0.158 000 10.40 85.3 0.197 00 9.226 67.43 0.252 0 8.252 53.48 0.317 1 7.348 42.41 0.40 2 6.544 33.63 0.50 3 5.827 26.67 0.63 4 5.189 21.15 0.80 5 4.621 16.77 1.01 6 4.115 10.55 1.27 7 3.665 10.55 1.70 8 3.264 8.36 2.03 9 2.906 6.63 2.56 10 2.588 5.26 3.23 11 2.305 4.17 4.07 12 2.053 3.31 5.13 13 1.828 2.63 6.49 14 1.628 2.08 8.17 15 1.450 1.65 10.3 16 1.291 1.31 12.9 17 1.150 1.04 16.34 18 1.024 0.82 20.73 19 0.9116 0.65 26.15 20 0.8118 0.52 32.69 21 0.7230 0.41 41.46 22 0.6438 0.33 51.5 23 0.5733 0.26 56.4 24 0.5106 0.20 85.0 25 0.4547 0.16 106.2 26 0.4049 0.13 130.7 27 0.3606 0.10 170,0 28 0.3211 0.08 212.5 29 0.2859 0.064 265.6 30 0.2546 0.051 333.3 31 0.2268 0.040 425.0 32 0.2019 0.032 531.2 33 0.1798 0.0254 669.3 34 0.1601 0.0201 845.8 35 0.1426 0.0159 1,069 36 0.1270 0.0127 1,339 37 0.1131 0.0100 1,700 38 0.1007 0.0079 2,152 39 0.0897 0.0063 2,669 40 0.0799 0.0050 3,400 41 0.0711 0.0040 4,250 42 0.0633 0.0032 5,312 43 0.0564 0.0025 6,800 44 0/0503 0.0020 8,500 FUSÍVEIS Os fusíveis são elementos de proteção de um circuito. A finalidade do fusível é comparada ao elo mais fraco de uma corrente. Se acontecer alguma coisa no circuito que eleve a corrente para além de certo valor que seja perigoso para a integridade do circuito, ele se rompe interrompendo o circuito. Os fusíveis são especificados pela intensidade da corrente com que abrem. Símbolos e Tipos Na figura 42 mostramos alguns tipos de fusíveis encontrados nos aparelhos eletrônicos comuns assim como seus símbolos. Nesta figura também temos os suportes que são usados para estes componentes. Figura 42 Estes fusíveis são basicamente formados por um pedaço de fio fino que é calculado para se fundir com uma determinada intensidade de corrente. Onde são encontrados e como são usados Os fusíveis são ligados em série com os dispositivos ou circuitos que devem proteger, conforme mostrado na figura 43. Figura 43 Normalmente são intercalados entre a entrada de energia e o dispositivo alimentado. Em muitos equipamentos encontramos diversos fusíveis protegendo diversos setores de tal forma que se uma etapa de um equipamento tem problemas apenas o fusível que a protege abre. Especificações A especificação mais importante de um fusível é a corrente em que ele abre. Esta é a corrente nominal e pode ser especificada tanto em miliamperes como em amperes. Quando substituir um fusível o leitor deve estar atento para usar sempre um com a mesma corrente que o original. Se um fusível de maior corrente for usado, em caso de falha ele pode não abrir e com isso podem ocorrer danos irreversíveis no circuito que deveriam estar sendo protegido. Outra especificação importante de alguns fusíveis é a sua velocidade de ação, ou seja, quanto de rapidez esperamos na sua abertura. Assim, existem aplicações em que se exige o emprego de fusíveis de ação rápida. Como Testar um Fusível Um fusível em bom estado deve ter uma resistência elétrica muito baixa. Para saber se ele está em bom estado o teste que se faz é de continuidade, ou seja, como ele conduz a corrente. Este teste pode ser feito com um multímetro ou mesmo com uma lâmpada de série. CHAVES Nos equipamentos eletrônicos o profissional encontrará diversos tipos de chaves. Como em qualquer outro equipamento, as chaves são usadas para se controlar a corrente nos circuitos ou em suas partes. As diferenças entre as chaves que encontramos nas instalações elétricas e nos equipamentos eletrônicos não são muitas. A maior diferença está no fato de que em muitos aparelhos eletrônicos certas chaves podem controlar diversas correntes ao mesmo tempo. Símbolos e Tipos Na figura 44 mostramos os símbolos adotados para representar as chaves aos principais tipos. O símbolo indica o que a chave faz. Figura 44 Por exemplo, em (a) temos uma chave SPST (Um polo uma posição ou Single- Pole Single Throw) que é um interruptor simples que controla uma única corrente num único circuito. Uma chave de dois polos x 2 posições (DPDT - Double-Pole Double-Throw) controla a corrente em dois circuitos ao mesmo tempo passando-a de um para outro condutor (b). As chaves também são classificadas de acordo com o modo como são operadas podendo ser deslizantes ou rotativas. Algumas chaves especiais também podem ser encontradas diretamente montadas nas placas de circuito impresso para configuração, sendo chamadas de "dip switches". Onde São Encontradas As chaves são encontradas em todas as aplicações onde a corrente precisa ser controlada. Todo equipamento precisa de pelo menos uma chave para seu funcionamento, a que liga e desliga sua alimentação. Especificações As chaves são especificadas pelo número de polos, pelo número de oposições além da corrente e tensão máxima de operação. Os polos podem ser indicados por símbolos como os que vimos: SPST - Um polo x Uma posição (Single-Pole Single-Throw) SPDT - Um polo x Duas posições (Single-Pole Double-Throw) DPDT - Dois polos x Duas posições (Double-Pole Double-Throw) Corrente e Tensão Máxima de Operação A corrente máxima de operação de uma chave é indicada em amperes (A). Nunca use numa aplicação uma chave com menor capacidade do que a recomendada. Os contatos podem aquecer danificando-a. A tensão máxima de operação é indicada em volts (V). Como Testar Uma chave aberta tem de apresentar uma resistência infinita e quando fechada muito baixa (próxima de zero). Para testar uma chave basta fazer um teste de continuidade com ela aberta e depois fechada. Para isso pode ser usado um multímetro na escala mais baixa de resistências. Um teste visual também ajuda, pois uma chave que tenha sofrido sobrecargas tem sinais de queimado e deformações. Tanto este componente, como todos os outros que temos neste livro podem ser testados de diversas formas. Na nossa série de livros em 4 volumes “Como Testar Componentes” ensinamos como testar interruptores, chaves e todos os demais componentes que estudaremos neste livro. PILHAS E BATERIAS As pilhas e baterias são fontes primárias de energia de muitos equipamentos eletrônicos. A pilha é formada basicamente por dois metais diferentes que são imersos em algum tipo de substância química. As pilhas usadas para alimentar equipamentos eletrônicos podem ser encontradas numa variedade muito grande de tipos e tamanhos. O tamanho e forma das pilhas são determinados pela quantidade de energia que devem fornecer, ou seja, pela intensidade da corrente e por quanto tempo elas devem fazer isso. A tecnologia envolvida também é um fator que influi na capacidade de fornecimento de energia. Existem diversas tipos de pilhas, sendo as mais comuns as pilhas secas ou de carvão-zinco (pilhas comuns) e as pilhas alcalinas. Os formatos recebem designações como AA, AAA, C , D, botão e muitos outros que dependem da aplicação. São comuns atualmente as pilhas muito pequenas usadas em controles remotos, aparelhos para surdes e muitos outros que nem sempre seguem formatos padronizados. As pilhas comuns não são recarregáveis, o que quer dizer que uma vez esgotadas devem ser jogadas fora, daí serem denominadas células primárias. No entanto, existem pilhas quesão denominadas células secundárias, pois precisam ser carregadas como as de Ni-Cad Níquel-Cádmio. Estas pilhas podem ser carregadas fazendo circular uma corrente através delas, utilizando-se para isso um circuito especial, como o mostrado na figura 45. Figura 45 As tensões das pilhas comuns variam entre 1,2 e 1,5 V. Quando ligamos diversas pilhas ou células em série, suas tensões se somam e obtemos o que se denominada bateria. Assim, as chamadas baterias de 9 V recebem este nome porque são formadas por 6 pilhas de 1,5 V ligadas em série. Símbolo e Tipos Na figura 46 temos o símbolo adotado para representar pilhas e baterias assim como os aspectos dos tipos mais comuns. Figura 46 Especificações a) A primeira e principal especificação de uma pilha é o seu tipo e tamanho. Designações padronizadas costumam ser usadas formando grupos de letras como AAA, AA, C e D ou ainda designações especiais dos fabricantes. b) A segunda especificação é a tensão que pode ser omitida se o tipo já subentender. c) Dependendo da aplicação é importante saber por quantas horas a pilha ou bateria pode fornecer uma determinada quantidade de energia. Isso é indicado pela quantidade de amperes-hora ou Ah ou ainda mAh. Assim, se uma pilha tem uma especificação de 100 mAh isso significa que ela pode fornecer uma corrente de 100 mA durante 1 hora ou 10 mA durante 10 horas. Como testar Existem diversos tipos de testes de pilhas e baterias disponíveis, mas o mais usual é empregar o multímetro. Muitos multímetros possuem a função de teste de pilhas o que facilita bastante esta tarefa (veja artigos no site do autor e em seus livros). Para os outros podemos verificar a tensão entre os seus terminais. RESISTOR A presença de uma resistência elétrica num circuito nem sempre é desejável, pois significa uma perda de energia que se converte em calor. No entanto, existem casos em que é preciso agregar uma resistência ao circuito justamente com a finalidade de se reduzir a intensidade de uma corrente ou diminuir a tensão. Assim, encontramos nos circuitos eletrônicos componentes denominados resistores que têm justamente por função oferecer uma certa resistência à passagem da corrente. Nota: É comum que muitos que tenham formação em eletricidade, eletrotécnica ou eletricidade de automóvel usem o termo “resistência” em lugar de “resistor” para designar este componente. Em eletrônica, o termo “resistência” é usado para indicar a propriedade do componente, oferecer uma resistência, enquanto que o componente que faz isso é chamado “resistor”. O tipo de resistor mais comum é resistor fixo que é feito de algum tipo de material que seja mau condutor ou ainda que seja moldado de modo a apresentar uma certa resistência. Conforme vimos, a resistência é medida em ohms e os resistores encontrados nos equipamentos eletrônicos podem ter diversos tamanhos com resistência que podem estar entre fração de ohm e milhões de ohms. Símbolo e Tipos Na figura 47 mostramos os símbolos usados para representar os resistores fixos. Observe que temos o símbolo encontrados em diagramas de origem americana e símbolos adotados na Europa. Figura 47 O tipo mais comum de resistor que encontramos nos equipamentos eletrônicos é o de carbono ou película metálica que tem baixa dissipação. Para dissipações elevadas temos os resistores de fio que são formados por fios de nicromo enrolados numa base de porcelana. Os resistores de baixa potência podem dissipar calor numa faixa de potência de 1/8 a 2 W enquanto que os de fio podem ter dissipações na faixa de 5 a 200 W e até mesmo mais. Os resistores de carbono são ruidosos diferentemente dos de película metálica. Nota: No caso referimo-nos ao ruído elétrico, ou seja, uma espécie de achado que aparece principalmente nos circuitos de som. Os resistores “não fazem barulho” ao funcionar. Especificações Quando usando, trocando ou testando resistores também precisamos conhecer suas especificações. As principais são: Valor O valor de um resistor é dado pela sua resistência em ohms. Para os tipos maiores, de fio, por exemplo, o seu tamanho permite que seu valor seja gravado diretamente no seu corpo. No entanto, para os tipos de baixa dissipação, dadas suas reduzidas dimensões é adotado um código universal de marcação de valores através de faixas coloridas. Este código é mostrado na tabela 2. Cor Valores Significativos (1a e 2a Faixas) Multiplicador (3a Faixa) Tolerância (4a Faixa) Preto 0 1 - Marrom 1 10 1% Vermelho 2 100 2% Laranja 3 1 000 - Amarelo 4 10 000 - Verde 5 100 000 0,5% Azul 6 1 000 000 0,25% Violeta 7 10 000 000 0,1% Cinza 8 100 000 000 0,05% Branco 9 1 000 000 000 - Dourado - 0.1 5% Prateado - 0.01 10% Observações: a) Se o resistor tiver três faixas, a tolerância será assumida como 20% b) Se o resistor tiver 3 ou 4 faixas o coeficiente de temperatura não será indicado. c) Se o resistor tiver 5 faixas, as três primeiras indicam os algarismos do valor. Este código se aplica em resistores de precisão com tolerâncias menores do que 2%. Exemplo de leitura: um resistor tem as faixas indicadoras de valor da extremidade para o centro na seguinte sequência: vermelho, violeta, laranja e prateado. As duas primeiras faixas formam o valor 27. A terceira faixa o fator de multiplicação ou número de zeros que é 3 (000). Assim, o valor do resistor é 27 000 ohms ou 27 k ohms. A quarta faixa indica a tolerância que é de 10%. Dissipação O tamanho e o material de que é feito o resistor determinam a quantidade de calor que ele pode transferir para o meio ambiente sem se queimar. Com base na aplicação a que se destinam, podemos encontrar resistores com diferentes capacidades de dissipação ou pot6encia (medidas em watts). Assim, os pequenos resistores de filme metálico e carbono são encontrados tipicamente em dissipações de 1/8 (0,125) a 2 W, enquanto que os resistores de fio de maior dissipação são encontrados tipicamente em dissipações entre 5 W e mais de 200 W. A figura 48 mostra resistores de carbono comparados em função da dissipação. O menor é de 1/8 W enquanto que o maior é de 1/2 W. Figura 48 Tolerância É impossível fabricar um resistor com um valor exato de resistência. Também devemos considerar que isso não é necessário na maioria das aplicações práticas, já que os circuitos são projetados para operar numa certa faixa de correntes e tensões. Isso significa que é tolerada certa variação nos valores dos componentes, o que justamente é chamado de tolerância. Os resistores comuns podem ser encontrados numa faixa de tolerância que vai de 1% a 20%. Assim, um resistor de 1000 ohms x 10% pode, na realidade, ter valores entre 900 e 1100 ohms. Isso significa que não precisamos fabricar resistores de 950 ohms, pois um de 1000 ohms com 10% de tolerância vai abranger provavelmente este valor. Os resistores, por este motivo, são fabricados em poucos valores, formando séries que são determinadas pela tolerância. Na tabela a seguir temos as duas séries mais comuns com tolerâncias de 10% e 10%. Série E-6 de 20% Série E-12 de 10% 10 10 12 15 15 18 22 22 27 33 33 39 47 47 56 68 68 82 100 100 Veja então que podemos encontrar resistores de 10, 150, 330, 33000, 4700, 68 000 ou 1 000 000 ohms com 20% ou 10% de tolerância. Um resistor de 56 ohms, certamente será de 10% de tolerância assim como um de 8200 ohms. SMD Nos equipamentos modernos os resistores e assim como outros componentes podem ser encontros em invólucros muito pequenos com uma codificação especial. Esses resistores são soldados na placa por máquinas, mas pode ser feita sua troca com ferramentas apropriadas ao alcance dos montadores comuns. Onde os resistores são usados Os resistores são os mais comuns de todos os componentes eletrônicos sendo encontrados em praticamente todos os equipamentos eletrônicos e em alguns casos em grandes quantidades. A finalidade básica dos resistores e alterar correntes e tensões de modo a se adaptar as características dos diversos componentes ativos de um circuito. Como testarQuando percorridos por corrente excessiva os resistores aquecem e acabam por queimar. Podemos perceber que um resistor está queimado por fica escurecido e até mesmo deformado. No entanto, os resistores também podem ter sua resistência alterada sem que se note isso por uma simples observação visual. Para testar um resistor, o melhor é usar um multímetro que é um instrumento que, entre outras coisas, mede resistência. Assim, podemos medir a resistência de um resistor suspeito e verificar se ela confere com o valor que o componente deve apresentar. Na figura 49 mostramos como usar o multímetro no teste de um resistor (no nosso livro Instrumentação – Multímetro - ensinamos passo a passo como escolher as escalas e fazer a leitura das escalas). Lembre-se, ao medir o valor de um resistor, em considerar a sua tolerância. Também é importante sempre testar os resistores fora dos circuitos em que eles estão para que o próprio circuito não tenha sua resistência medida. Figura 49 RESISTORES VARIÁVEIS Existem circuitos em que não se pode ter uma resistência fixa em determinadas funções. Um exemplo disso é um amplificador de som em que precisamos variar a resistência que deixa passar o sinal de uma etapa para outra de modo a controlar seu volume. Assim, o controle de volume de um amplificador é feito por um tipo de resistor variável assim como é o controle de brilho numa lâmpada ou de contraste num televisor analógico. Também precisamos ter resistores variáveis que são ajustados para o ponto correto de funcionamento de um aparelho depois que ele é montado. Isso significa que o eletricista vai encontrar resistores variáveis em uma grande quantidade de resistores variáveis nos equipamentos eletrônicos de instalações elétricas comuns. Basicamente os resistores variáveis podem ser divididos em duas categorias: Os potenciômetros que normalmente são montados nos painéis dos equipamentos e usados como controles de funções dos equipamentos, como por exemplo os controles de um amplificador ou televisor. Os trimpots que são montados dentro dos equipamentos para se realizar o ajuste do ponto de funcionamento. Os tipos comuns são formados por um elemento resistivo sobre o qual corre um cursor. Assim, com o movimento do cursor seleciona-se o ponto do material resistivo em que é feita a ligação e assim a resistência apresentada pelo componente. Os elementos resistivos podem ser carbono ou fio metálico dando origem a potenciômetros de carbono ou fio. Resistores comuns encontrados em equipamentos eletrônicos podem ter resistências entre 1 e 10 000 000 ohms (10 M ohms). Símbolos e Tipos Na figura 50 temos os símbolos adotados para representar potenciômetros e trimpots assim como os aspectos dos tipos mais comuns. Figura 50 Observe que existem potenciômetros simples e duplos e alguns tipos que incluem uma chave ou interruptor para ligar e desligar o aparelho. Este tipo de potenciômetro é comum em aparelhos de som e rádios em que a função de controle de volume e liga-desliga é feita pelo mesmo botão. Especificações Valor ou resistência nominal A especificação mais importante de um resistor variável (potenciômetro ou trimpot) é a sua resistência nominal. Esta resistência é indicada em ohms e representa o valor máximo de resistência que o componente pode assumir. Por exemplo, um potenciômetro de 10 000 ohms pode ser ajustado para apresentar qualquer resistência entre 0 e 10 000 ohms. Variação da resistência Em alguns tipos de potenciômetros a resistência varia linearmente (numa proporção direta) com o movimento do cursor enquanto que em outras a variação segue uma curva logarítmica. Assim, existem dois tipos de potenciômetros quanto à variação: lineares (lin) e logarítmicos (log). Os logarítmicos normalmente são usados no controle de volume de equipamentos que operem com som. Teste e Substituição Os potenciômetros e trimpots podem queimar ou ter seu elemento resistivo interrompido além de apresentar problemas de contatos. Um dos problemas mais comuns dos potenciômetros é justamente dado pelas falhas de contato quando o potenciômetro de volume de um equipamento de som faz o som "arranhar" quando o ajustamos. Este tipo de problema pode ser resolvido pingando-se uma substância solvente que limpe a sujeira acumulada no elemento resistivo. Para testar um potenciômetro medimos sua resistência entre as extremidades e entre as extremidades e o cursor, movimentando o cursor. Neste movimento, o multímetro deve indicar uma variação suave da resistência. Saltos da agulha indicam falhas de contato. LÂMPADAS INCANDESCENTES Lâmpadas incandescentes de diversos tipos são encontradas nos equipamentos eletrônicos exercendo funções de indicadores de painel, efeitos de luz, sinalização, etc. As características não lineares do filamento (tensão x corrente) também possibilitam a utilização da lâmpada como elemento regulador de corrente em certos circuitos eletrônicos. As lâmpadas incandescentes são formadas por um fino filamento de tungstênio colocado dentro de um bulbo de vidro onde não há oxigênio. Quando uma corrente elétrica aquece o filamento ele produz luz. O metal do filamento não queima porque não existe oxigênio para alimentar a reação de combustão. Os equipamentos eletrônicos comuns normalmente usam pequenas lâmpadas incandescentes de 1,5 a 12 V com correntes na faixa de miliamperes (10 a 500 mA). Nos equipamentos modernos as lâmpadas praticamente não mais são usados, sendo encontrados em seu lugar os LEDs. Os LEDs também estão substituindo as lâmpadas incandescentes comuns na iluminação ambiente e em outra aplicação. São as lâmpadas de LEDs que têm princípio de funcionamento completamente diferente. Analisaremos seu funcionamento mais adiante quando tratarmos dos LEDs. Símbolos e Tipos A figura 51 mostra os símbolos usados para representar lâmpadas incandescentes e os tipos mais comuns encontrados em aplicações elétricas e eletrônicas. Figura 51 Observe que a base ou soquete (receptáculo) da lâmpada muda de tamanho e forma. Os dois tipos principais são o baioneta e a rosca. Especificações Tensão nominal É a tensão de operação da lâmpada. Os tipos comuns têm tensões de operação na faixa de 1,5 a 12 V. Corrente nominal É a corrente que flui pelo filamento da lâmpada quando a tensão nominal é aplicada. Os tipos usados em aplicações eletr6onicas variam entre 10 mA e 500 mA tipicamente. Número ou Tipo Em alguns catálogos de lâmpadas para aplicações eletrônicas, seu tipo pode ser indicado por um número. Este número de identificação. Assim, a lâmpada “47” é bem conhecida e tem por características 6,3 V x 150 mA. Onde elas são encontradas Lâmpadas incandescentes são encontradas em painéis de equipamentos e em outras aplicações onde iluminação seja necessária. Lembramos que este tipo de dispositivo a cada dia vem sendo mais substituído pelos LEDs (de que falaremos mais adiante). Teste e Substituição Os filamentos das lâmpadas devem ter uma resistência muito baixa (da ordem de dezenas ou centenas de ohms no máximo). Assim, o teste de sua integridade pode ser feito com o multímetro. Alta resistência no teste significa um filamento interrompido e portanto uma lâmpada queimada. A substituição de uma lâmpada num equipamento eletrônico deve ser feita por outra que tenha mesma tensão e corrente que a original. LÂMPADAS NEON As lâmpadas neon são usadas em muitos circuitos como indicadores de painel e também como elementos ativos já que possuem características que possibilitam seu aproveitamento como oscilador. As lâmpadas neon consistem em pequenos bulbos vidro cheios de gás neon com dois eletrodos que não se tocam. Quando aplicamos uma tensão suficientemente alta aos eletrodos o gás se ioniza e emite uma luz alaranjada. Uma lâmpada neon comum precisa de uma tensão de aproximadamente 80 V para acender. Com a ionização a resistência do gás cai e a lâmpada pode conduzir uma corrente mais intensa. Símbolo e Tipos Na figura 52 temos o símbolo da lâmpada neon e o aspecto dos tipos maiscomuns. Figura 52 Observe que elas não possuem filamento. No seu interior existem dois eletrodos (bastões ou pequenas placas) que não fazem contato um com o outro. Especificações A principal especificação de uma lâmpada neon é a tensão de disparo ou tensão de ionização. Para os tipos comuns esta tensão fica entre 60 e 80 V. Muitos fabricantes também indicam suas lâmpadas por um código como, por exemplo, NE-2H, NE-51, etc. Em alguns casos a lâmpada pode ter um resistor interno para limitação da corrente. Dependendo da aplicação é preciso saber se este resistor está ou não presente. Onde são encontradas e como são usadas As lâmpadas neon podem tanto ser usadas como indicadores como elementos de um circuito oscilador. Na figura 53 temos um circuito em que a lâmpada é usada para indicar se existe energia numa rede de alimentação de 110 V ou 220 V. Figura 53 O resistor ligado em série com a lâmpada, para limitar a corrente pode ter valores entre 47k e 1M ohms. Algumas lâmpadas, como a NE-2 já tem um resistor interno calculado para sua operação na rede de 120 V. Outra aplicação é como oscilador, gerando um sinal cuja frequência depende de RC e que tem forma de onda dente de serra. O circuito oscilador de relaxação com lâmpada neon é mostrado na figura 54. Figura 54 Outra aplicação para a lâmpada neon é como indicador de fase para a rede de energia e que é mostrada na figura 55. Figura 55 Se ligado ao terminal de fase de uma rede de energia, a lâmpada acenderá. O leitor não vai tomar choques porque o resistor em série limita bastante a corrente que é tão baixa que não consegue excitar nossos nervos a ponto de nos causar qualquer sensação. Testando Basta ligar em série um resistor de 220 k ohms e alimentar a lâmpada com 110 V ou 220 V. Ela deve acender se estiver boa. Atenção: Nunca ligue uma lâmpada neon diretamente na rede de energia. Sem o resistor limitador ela pode explodir! LDRs OU FOTO-RESISTORES Foto resistores, células de sulfeto de cádmio (CdS) ou LDRs (Light Dependent Resistor) são componentes sensíveis à luz. Eles possuem uma superfície sensível (sulfeto de cádmio) que apresenta uma resistência muito alta no escuro mas que cai quando iluminada. No escuro a resistência é da ordem de milhões de ohms caindo para centenas ou dezenas de ohms sob luz forte. O LDR é usado como sensor de luz em inúmeros equipamentos eletrônicos. O tamanho e formato do LDR depende da aplicação as que ele se destina. Símbolo e Tipos Na figura 56 temos os símbolos adotados para representar o LDR. Figura 56 Na figura 57 temos o aspecto do tipo mais comum. Figura 57 Especificações Os LDRs comuns são especificados pelo seu tamanho e também por números de tipos através dos quais podemos observar suas características a partir de dados técnicos (curvas) fornecidas pelos fabricantes. Onde são encontrados Muitas aplicações dotadas de controles sensíveis a luz usam LDRs como elementos sensores. A mais conhecida é no controle automático de iluminação, que acende as luzes de um local quando escurece e as apaga quando clareia (por exemplo, iluminação pública). Conforme mostra a figura 58 os LDRs são colocados de modo a receber a luz ambiente e acionar um circuito de controle para acender ou apagar um conjunto de lâmpadas. Figura 58 Apesar dos LDRs serem dispositivos muito sensíveis eles não são rápidos o suficiente para certas aplicações, como por exemplo a leitura óptica de código de barras e outras. Para estas aplicações o leitor vai encontrar outros componentes de que falaremos futuramente. Em muitas aplicações os LDRs são dotados de recursos ópticos que permitem aumentar sua sensibilidade e diretividade (capacidade de focalizar o local de onde deve vir a luz). Isso pode ser conseguido com sua instalação em tubos opacos com lentes, conforme mostra a figura 59. Figura 59 Como Testar Para testar um LDR basta medir sua resistência no claro e depois no escuro. Podemos fazer isso usando um multímetro comum numa escala intermediária de resistência. Cobrindo-o com a mão de modo que não receba luz deve apresentar uma resistência alta (acima de 10 000 ohms, tipicamente) e quando descoberto de modo a receber a luz ambiente deve apresentar uma baixa resistência (menor que 10 000 ohms, tipicamente) NTC/PTC Resistores com Coeficiente negativo de temperatura ou Negative Temperature Coefficient e resistores com coeficiente positivo de temperatura (Positive Temperature Coefficient) são componentes cuja resistência varia com a temperatura. No NTC (negativo) a resistência diminui quando a temperatura aumenta e no PTC (positivo) a temperatura aumenta quando a temperatura se eleva. Estes componentes são fabricados com materiais (ligas e misturas) que tem propriedades térmicas especiais. Símbolos, Tipos e Curva Característica Na figura 60 mostramos os símbolos usados para representar estes componentes, os aspectos dos tipos mais comuns e suas curvas características. Figura 60 O tamanho do componente determina sua rapidez ao responder com alterações da resistência uma mudança da temperatura do local em que ele está instalado. Especificações Os NTCs e os PTCs são especificados pela resistência que apresentam a uma determinada temperatura, normalmente a temperatura ambiente de 20 °C. As demais resistências apresentadas pelo componente podem ser obtidas pela sua curva característica que normalmente é fornecida pelo fabricante. Onde são encontrados NTCs e PTCs são usados nos equipamentos eletrônicos como sensores de temperatura. Eles podem ser montados fora dos equipamentos para sensoriar a temperatura ambiente ou dentro dos equipamentos para sensoriar a temperatura das suas partes mais críticas sujeitas a aquecimento. Podemos usar os NTCs tanto para acionar dispositivos de refrigeração ou aquecimento quando a temperatura atinge um certo valor como para compensar os circuitos que alimentam circuitos que se aquecem. Assim, num condicionador de ar um NTC pode ser usado para acionar o circuito eletrônico que controla a temperatura do ambiente. Evidentemente ele será apenas o sensor sendo ligado a um circuito de controle, normalmente um microcontrolador. Como Testar NTCs e PTCs podem queimar ou sofrer alterações de características. Neste caso, sua resistência nominal se altera ou ele não mais responde às variações da temperatura. O teste mais simples consiste na medida da resistência usando o multímetro. VDR Voltage Dependent Resistores ou Resistores que Dependem da Tensão são também denominados Varistores de óxido de zinco ou metal oxido. Outra denominação encontrada para estes componentes é como TSA (Transient Surge Absorbes) ou componentes que absorvem transientes. Estes componentes possuem uma resistência que muda com a tensão aplicada. Esta resistência cai abruptamente possibilitando a circulação de correntes intensas quando a tensão ultrapassa certo valor. Esta característica possibilita a sua utilização como protetor de linha de alimentação de aparelhos sensíveis como computadores, para absorver transientes e picos de alta tensão que possam estar presentes na energia. Símbolos e Tipos Na figura 61 mostramos os aspectos e os símbolos adotados para representar os VDRs. O tamanho vai depender da quantidade de energia que eles podem absorver quando se tornam condutores. Figura 61 Especificações A especificação principal de um VDR é a sua tensão de operação, ou a tensão em que ele se torna condutor. Para os componentes mais comuns esta tensão varia entre 18 e 1800 volts. Como são usados e onde são encontrados O profissional da eletricidade vai encontrar os VDRs principalmente nos circuitos de entrada de alimentação de aparelhos elétricos e eletrônicos comuns como um protetor contra transientes. Estes dispositivos ficam em paralelo com a linha de energia, absorvendo qualquer pulso ou transiente que venha pela alimentação e que possa causar danos ao equipamento alimentado. Quando isso ocorrer o componente põe em curto a alimentaçãopor um instante e absorve a energia do pulso de ata tensão numa ação muito rápida. É comum encontrarmos esses componentes nas tomadas protegidas muito usadas para alimentar computadores, como a mostrada na figura 62. Figura 62 Como testar Os efeitos dos picos de tensão que são absorvidos pelo VDR fazem com que ele tenha uma vida limitada. Cada pico provoca um leve aquecimento do componente que se reflete numa mudança gradual de suas características. Assim, chega o momento em que ele entra em curto ou não age mais devendo ser substituído. Ao fazer a troca de um VDR deve ser usado sempre um de mesma tensão e mesma capacidade de absorção de energia que é dada em Joules. Para testar podemos apenas descobrir se ele esta em curto medindo sua resistência. CAPACITORES Capacitores são componentes que têm por função armazenar energia elétrica. Os capacitores comuns são formados por duas peças de material condutor separadas por um material isolante. Quando uma tensão DC é aplicada entre estas placas condutores chamadas “armaduras”, ele fica carregado: uma armadura armazena cargas positivas e a outra armazena cargas negativas. O material isolante, denominado dielétrico normalmente dá nome ao capacitor (mica, poliéster, cerâmica, etc.). A forma como os capacitores são construídos pode variar assim como o tamanho dependendo de quanto de carga se deseja que eles armazenem. Tipos e Símbolos Na figura 63 mostramos os principais símbolos adotados para representar os capacitores assim como os aspectos dos tipos mais comuns. Figura 63 Também encontramos capacitores com invólucros SMD que podem ser confundidos com os resistores, pois são semelhantes. Para saber se é um capacitor ou um resistor num circuito precisamos consultar o diagrama ou ainda medi-lo. As diferenças entre os tipos são importantes, pois conforme o material usado como dielétrico podem se manifestar propriedades específicas que tornam os capacitores ideais para determinadas aplicações. Assim, enquanto os capacitores cerâmicos e de mica são indicados para circuitos de altas frequências, os de poliéster e eletrolíticos são indicados para aplicações em circuitos de corrente contínua e baixa frequência. O profissional também precisa estar atento que determinados tipos de capacitores como os eletrolíticos, são polarizados. Isso significa que eles possuem uma armadura que sempre deve ser positiva e uma que sempre deve ser negativa. Se eles forem ligados invertidos podem sofrer danos e até mesmo explodir em alguns casos. Especificações Ao trabalhar com capacitores nos circuitos eletrônicos o eletricista deve estar atento as seguintes especificações destes componentes: Capacitância A capacitância é medida em farads. No entanto, os capacitores usados na maioria dos equipamentos eletrônicos possui capacitâncias muito pequenas, muito menores que 1 farad, sendo normal o uso dos seus submúltiplos. Na tabela dada a seguir temos os submúltiplos mais usados: Unidade Símbolo Valor em Farads (F) Microfarad µF 0,000 001 F Nanofarad nF 0,000 000 001 F Picofarad pF 0,000 000 000 001 F Tabela 5 A tabela seguinte mostra como fazer a conversão de um submúltiplo para outro: Para converter em Multiplique por Microfarads Nanofarads 1 000 Microfarads Picofarads 1 000 000 Nanofarads Picofarads 1 000 Nanofarads Microfarads 0,001 Picofarads Microfarads 0,000 001 Picofarads Nanofarads 0,001 Tabela 6 Assim como no caso dos resistores, alguns capacitores são pequenos demais para que seus valores sejam gravados de forma normal nos seus invólucros. Encontramos então as especificações destes componentes sob a forma de códigos que o leitor deve conhecer. Um desses códigos é o de 3 dígitos. Este código é formado por 3 números ou dois números e uma letra. Para o caso de três números os dois primeiros formam o valor que deve ser seguido do número de zeros dado pelo terceiro algarismo ou multiplicado pelo prefixo indicado pela letra. Exemplos: 10 n = 10 nF 47p = 47 pF 103 = 10 000 pF = 10 nF 474 = 470 000 pF = 470 nF Abaixo de 100 pF, apenas dois dígitos são usados. Exemplo: 27 = 27 pF Tensão de trabalho A capacitância de um capacitor depende da distância entre as placas e da natureza do material usado como dielétrico. Quanto mais fino for o dielétrico, maior a capacitância, mas existe um problema que limita a espessura. Se o isolador for muito fino ele não consegue isolar tensões elevadas. Uma tensão acima de certo valor "fura" o dielétrico, provocando a queima do capacitor, já que ele perde sua capacidade de isolar no local em que isso ocorre. Assim, além da capacitância os capacitores também têm indicada a tensão máxima de trabalho normalmente especificada em valores contínuos como WVDC (Working Voltage DC). Os tipos comuns usados em eletrônica podem ter tensões de trabalho de 1 V a mais de 1000 V. Tipos Os principais tipos de capacitores encontrados nos equipamentos eletrônicos são: Capacitores eletrolíticos Este tipo de capacitor usa folhas de alumínio como armaduras e como dielétrico uma finíssima camada de óxido que se forma sobre as folhas por um processo eletrolítico. Como esta camada é muito fina, podemos obter grandes capacitâncias em pequenos espaços. Assim, os capacitores eletrolíticos se caracterizam por sua capacitância elevada sendo encontrados em valores tipicamente de 0,5 a 100 000 uF ou mais. Os capacitores eletrolíticos são polarizados o que significa que existe uma armadura eu deve ficar sempre positiva em relação a outra. A marcação de polaridade é feita no próprio invólucro destes componentes conforme mostra a figura 64. Os capacitores eletrolíticos são indicados para circuitos de corrente contínua e baixas frequências. Figura 64 Capacitores de tântalo Os capacitores de tântalo são semelhantes aos eletrolíticos no princípio de fabricação exceto pelo fato do óxido que se forma ser de outro elemento: o tântalo. Como o óxido de tântalo tem uma constante dielétrica muito maior do que o óxido de alumínio é possível obter grandes capacitâncias em componentes de tamanho extremamente reduzido. Os capacitores de tântalo também são polarizados. Capacitores cerâmicos Cerâmicas especiais como as de titânio, bário e outras são usadas como dielétricos destes capacitores que encontram aplicações em circuitos que vão de corrente contínua a altas frequências. O tipo mais comum é o disco cerâmico que pode ser encontrado com capacitâncias de 1 pF a 470 nF tipicamente. Capacitores de polistireno Este capacitor está incluído na família dos tipos plásticos em que temos um filme fino de poliestireno como dielétrico. Normalmente, este tipo de capacitor é fabricado com as folhas formando um tubo, o que lhes dota de certa indutância que limita suas aplicações em circuitos de altas frequências. Capacitores de poliéster (filme) Outro tipo de plástico que é muito usado na fabricação de capacitores é o poliéster que tanto pode dar origem aos tipos tubulares como planos. Este tipo de capacitor também não é recomendado para aplicações em frequências muito altas e pode ser encontrado numa faixa de valores de 1000 pF a mais de 10 uF. Outros tipos Muitos outros materiais que apresentam propriedades dielétricas importantes podem ser usados para fabricação de capacitores. Por exemplo, podemos usar a mica para fazer capacitores de alta precisão para instrumentos. Capacitores que usam dielétrico de papel embebido em óleo ainda são encontrados em equipamentos antigos. Onde são encontrados O eletricista deve estar familiarizado com muitos tipos de capacitores como os encontrados em motores de eletrodomésticos e outros. No entanto, os capacitores encontrados nos equipamentos eletrônicos, além de serem diferentes, podem ser encontrados numa variedade muito maior de tipos e tamanhos. Os capacitores são usados em muitas funções importantes nos circuitos eletrônicos como, por exemplo, na determinação da frequência de operação, em circuitos de filtros, em circuitos de tempo, na filtragem de correntes e sinais além de muitas outras.Podemos dizer que, depois dos resistores, os capacitores são os componentes que aparecem em maior quantidade nos equipamentos eletrônicos. Como Testar Um capacitor em bom estado deve se comportar como um isolante. Assim, quando medimos sua resistência com um multímetro, um capacitor em bom estado apresenta uma resistência infinita. Alguns capacitores de valores altos (acima de 10 uF) podem apresentar uma pequena resistência, denominada "de fuga" que é torrada se for acima de 1 M ohms. No entanto, se qualquer resistência abaixo deste valor for medida o capacitor estará comprometido. Uma resistência nula indica um capacitor em curto e uma resistência em baixa indica um capacitor com fugas. O teste com o multímetro não revela se o capacitor está bom (com capacitância) a não ser quando ele tenha valores acima de uns 470 nF. Quando testamos estes capacitores a agulha do multímetro vai até perto de zero ao tocarmos as pontas de prova para depois voltar até marcar uma resistência próxima de infinito. Se este movimento não ocorrer dizemos que o capacitor está "aberto" ou "sem capacitância". CAPACITORES VARIÁVEIS Da mesma forma que no caso dos resistores, existem certas aplicações em que precisamos mudar a capacitância apresentada por um componente num circuito durante o seu funcionamento ou para efeitos de ajuste. Um exemplo está nos receptores de rádio em que variamos a capacitância de um componente para mudar sua frequência de operação possibilitando assim a sintonia das diversas estações. Os capacitores que podem ter sua capacitância alterada são denominados capacitores variáveis e podem ser encontrados em dois tipos básicos: o trimmer que é um capacitor de ajuste e o capacitor variável que é um capacitor de sintonia. Símbolos e aspectos Na figura 65 mostramos o símbolo usado para representar os capacitores variáveis e os aspectos dos principais tipos encontrados nos equipamentos eletrônicos. Figura 65 Existem também tipos antigos com base de porcelana. Especificações Capacitância Capacitores variáveis e trimmers podem ser tanto especificados pela capacitância máxima que apresentam como pela faixa de capacitâncias que podem assumir. Assim, um trimmer de 3-30 pF é um trimmer que pode ser ajustado para ter capacitâncias entre 3 pF e 30 pF. A capacitância maior é obtida quando o componente está totalmente "fechado", ou seja, a maior área das armaduras se defronta. Tipo O tipo do capacitor variável ou trimmer é especificado pelo número de seções e pelo material usado como dielétrico. Assim, os capacitores antigos usam como dielétrico o próprio ar (não à nenhum material separando as armaduras) enquanto que tipos mais modernos usam plásticos. Tensão Em muitas aplicações é importante saber qualquer é a tensão máxima que podemos aplicar entre as armaduras do capacitor sem que ocorra o faiscamento ou o rompimento do material do dielétrico. Em especial, esta especificação é importante em transmissores onde tensões de até milhares de volts podem aparecer entre as armaduras de um capacitor. Onde eles são encontrados Capacitores variáveis são usados principalmente em circuitos de altas frequências tais como receptores de rádio, telecomunicações, televisores, transmissores e em muitos outros onde sinais de frequências acima de 100 kHz estão presentes e precisam ser ajustadas. Como testar O teste mais simples consiste em se verificar se as armaduras estão isoladas uma das outras que é a condição principal para que eles funcionem. Podemos então testar um capacitor variável com o multímetro medindo sua resistência a qual deve ser infinita. Um capacitor com resistência nula está com as placas em curto, ou encostando uma nas outras. BOBINAS OU INDUTORES Bobinas, choques ou indutores são componentes formados por espiras de fios esmaltados em formas que podem ou não ter um núcleo de material ferroso. Os núcleos de materiais ferrosos podem ser ferrite, ferro doce, pó de ferro ou outros. A função de um indutor num circuito eletrônico é apresentar uma oposição a variações rápidas da corrente. A indutância de um indutor é medida em Henry (H) sendo comum o uso de seus submúltiplos, o miliehenry (mH) e o microhenry (uH). O número de voltas de fio e a espessura do fio além das dimensões da bobina determinam a sua indutância. Existem três tipos básicos de indutores encontrados nos aparelhos eletrônicos: os choques de filtro que operam, com baixas frequências e são enrolados em formas com chapas de ferro doce como núcleo, os choques de uso geral para RF com indutâncias intermediárias e núcleos de ferrite e os choques de alta frequência sem núcleo usados em circuitos de sintonia. Símbolos e tipos Na figura 66 mostramos os principais tipos de bobinas que encontramos nos equipamentos eletrônicos juntamente com os símbolos. Figura 66 Veja que a linha que pode ser contínua ou interrompida, no símbolo, indica a presença ou não do núcleo e o seu tipo. Bobinas ajustáveis, que possuem núcleos que podem ser movidos no seu interior, também são encontradas em algumas aplicações. Especificações As bobinas podem ser especificadas somente pela sua indutância (H) ou então também pelo tipo de núcleo que usam. Valores típicos nas aplicações eletrônicas têm indutâncias de poucos microhenry a mais de 1 henry. Onde são encontradas Encontramos bobinas numa ampla variedade de funções nos circuitos eletrônicos. Assim, as bobinas pesadas de núcleos de materiais laminados são encontradas como filtros em fontes de alimentação. Bobinas com núcleos de ferrite retos ou toroidais podem ser encontradas em filtros de linhas e em fontes chaveadas. Bobinas de baixa indutância com núcleos ajustáveis podem ser encontradas nos circuitos de sintonia ou ajuste de equipamentos transmissores, receptores, televisores e muitos outros. O uso de bobinas de grandes indutâncias nos circuitos é em geral evitado, pois são componentes caros, pesados e volumosos. Como testar Para testar um indutor o procedimento mais comum é verificar se a bobina apresenta continuidade. Mede-se sua resistência que deve ser baixa, entre fração de ohm e no máximo uns 5000 ohms para os tipos de indutâncias muito altas. Uma resistência infinita indica que a bobina está interrompida (aberta). No entanto, este teste não indica quando a bobina tem as espiras em curto. Uma bobina que tenha sofrido uma sobrecarga apresenta sinais de queimado, ou seja, os fios perdem o isolamento pela queima do esmalte. TRANSFORMADORES Os transformadores são componentes formados por dois ou mais enrolamentos que têm um núcleo em comum de modo que a corrente que circula por um deles possa induzir uma corrente no outro. Nesta indução a corrente tem suas características alteradas. Assim, se tivermos um transformador com um enrolamento denominado primário com 1000 espiras de fio e nele aplicarmos 100 Volts, se o secundário tiver 100 espiras, obteremos nele 10 V e se tiver 10 000 espiras obteremos 1 000 V. Os transformadores são usados, portanto, para alterar as correntes e tensões num circuito. Os transformadores só podem operar com sinais alternados que tanto podem ser de baixa frequência como a tensão da rede de energia, como de altas frequências como por exemplo em fontes especiais chaveadas que operam entre 50 kHz e 500 kHz ou ainda sinais de RF acima de 100 kHz em circuitos de diversos tipos. Na figura 67 mostramos o princípio de funcionamento do transformador. Figura 67 As bobinas que formam um transformador podem ser enroladas em diversos tipos de núcleos, dependendo da aplicação. Os núcleos de lâminas de ferro servem apenas para transformadores de baixas frequências, os tipos de ferrite e pó de ferro servem para altas frequências e em alguns casos podemos até ter transformadores sem núcleo (núcleo de ar). Símbolos e tipos Na figura 68 mostramos os símbolos adotados para representar os transformadores. Da mesma forma que nas bobinas, os traços entre elas indicam o tipo de núcleo usado. Figura 68 Especificações As especificações dostransformadores dependem da sua aplicação, ou seja, do tipo de sinal com que trabalham. Podemos fazer a seguinte divisão: Transformadores usados em fontes - transformadores de alimentação São os transformadores que recebem a energia da rede e a alteram para alimentar os circuitos eletrônicos. As especificações principais são: Tensão do primário - é a tensão que deve ser aplicado na entrada ou enrolamento primário para se ter o funcionamento normal do transformador. Tensão do secundário - é a tensão que obtemos no enrolamento secundário quando aplicamos no primário a tensão de primário. Corrente máxima de secundário - é a máxima corrente que podemos obter no secundário do transformador. Multiplicando-se a corrente de secundário pela tensão de secundário obtemos a potência do transformador. Tipo de núcleo que pode ser de ferro laminado ou toroidal. Transformadores de RF São transformadores usados em circuitos de altas frequências. As especificações principais são: - Número de voltas dos enrolamentos e tipo de fio usado - Diâmetro da forma - Tipo de núcleo a ser usado e suas dimensões Onde são usados Encontramos transformadores de força ou alimentação na entrada de equipamentos eletrônicos que funcionam com a energia da rede local e que precisam de tensão mais baixa para funcionar. Como exemplo, podemos dar os eliminadores de pilhas, fontes, e muitos eletroeletrônicos de uso comum. Os transformadores de baixa frequência também podem ser encontrados dentro dos circuitos como amplificadores para modificar as características de sinais além de outras funções. Transformadores de altas frequências podem ser encontrados dentro de equipamentos como computadores, eletrodomésticos, monitores de vídeo para transformar tensões e sinais. Como testar O teste mais simples de um transformador consiste em se verificar em primeiro lugar se suas bobinas apresentam continuidade. Elas devem apresentar uma resistência baixa que pode variar entre poucos ohms a um máximo algumas centenas de ohms. Se tiverem resistências muito altas isso pode significar que estão interrompidas. Como no caso dos indutores, este teste não revela se elas têm espiras em curto. O outro teste consiste em se saber se os dois enrolamentos de um transformador estão isolados. Entre eles deve haver uma resistência muito alta, acima de 100 000 ohms, exceto para os tipos denominados: "autotransformadores" que possuem uma ligação em comum entre o primário e o secundário. RELÊS Os relês são chaves eletromagnéticas. Eles são formados por uma bobina e um conjunto de contatos que podem ser acionados pela ação do campo magnético criado por esta bobina. Aplicando uma tensão na bobina ela atrai a armadura que é uma peça ferrosa presa aos contatos de modo que eles se movimentam comutando assim a corrente de um circuito externo. Na figura 69 temos a estrutura básica de forma simplificada de um relê comum. Figura 69 Os relês são usados para se controlar circuitos a partir de correntes fracas ou de forma isolada. Podemos aplicar uma baixa tensão a uma bobina de relê para controlar um circuito de alta corrente que sejam ligados aos seus contatos. A principal vantagem do uso de relês está no fato de que o circuito controlado fica completamente isolado do circuito que o controla. Os relês podem ser encontrados numa infinidade de tipos e tamanhos conforme as características de suas bobinas, a quantidade de contatos que possuem e a intensidade da corrente que podem controlar. Nos tipos comuns, para se obter grande sensibilidade, as bobinas são formadas por milhares de espiras de fios muito finos. Símbolos e Aspectos Na figura 70 mostramos os símbolos adotados para representar diversos tipos de relês assim como os aspectos mais comuns destes componentes. Figura 70 Observe pela figura que os contatos podem ter as mesmas funções das chaves. poderemos ter relês com contatos simples, reversíveis e reversíveis duplos, Existem relês que apresentam até 4 ou 6 conjuntos de contatos, dependendo da aplicação. Um ponto importante que deve ser observado quanto ao uso dos relês é que nos tipos de contatos reversíveis temos as funções NA (Normalmente Aberto) e NF (Normalmente Fechado). Quando ligamos alguma coisa entre os contatos NA e C (comum) o dispositivo controlado é alimentado quando a bobina do relê é energizada. Por outro lado, quando ligamos alguma coisa (carga) entre os contatos NF e C, a carga externa é desligada quando o relê é energizado. Na figura 71 mostramos o uso do relê de acordo com os contatos que são ligados. Figura 71 Na figura 72 temos um outro tipo muito importante do relê que é o reed-relê. Figura 72 Este componente é formado por um interruptor de lâminas (reed switch) em torno do qual é enrolada uma bobina. Quando a bobina é energizada o campo magnético criado atua sobre o interruptor fazendo-o fechar seus contatos. Existem ainda os denominados relés de estado sólido (Solid State Relay ou SSR) que não possuem partes móveis, diferentemente dos relés comuns que são dispositivos eletromecânicos. Esses relés se baseiam em dispositivos semicondutores que veremos mais adiante neste livro. Especificações Ao trabalhar com relês devemos estar atentos a três especificações principais: Especificações da bobina A bobina pode ser especificada pela tensão e corrente de operação ou ainda pela tensão e pela resistência. Veja que conhecendo duas dessas grandezas a terceira poderá ser calculada facilmente pela lei de ohm. Por exemplo, um relê de 12 V x 50 mA tem uma resistência de bobina de 240 ohms. Especificações dos contatos Precisamos saber qual é a corrente máxima que os contatos podem controlar. Uma corrente excessiva pode causar seu desgaste prematura ou ainda sua queima. Configurações dos contatos Conforme vimos os contatos dos relês podem ser simples, mas também podem ser reversíveis duplos, triplos, etc. Esta especificação é importante para o uso do relê, principalmente quando todos os elementos dos contatos são usados. Onde são encontrados Os relês são encontrados numa infinidade de aplicações domésticas ligadas à rede de energia e também a sistemas de automação e controle. Em geral eles são usados por circuitos que controlam cargas de potência a partir de sinais. Por exemplo, timers acionam relês que ligam e desligam os aparelhos controlados. Controles remotos de portões usam relês que são acionados pelos circuitos eletrônicos para ativar e desativar os motores. Pequenos relês podem ainda ser encontrados dentro de equipamentos para controlar circuitos que devem ser mantidos isolados uns dos outros. Como Testar Para sabermos se um relê está bom precisamos fazer dois testes: Teste da bobina Para testar as bobinas verificamos sua continuidade o que pode ser conseguido por um multímetro na escala apropriada de resistências. Relês comuns têm resistências que variam entre alguns ohms a mais de 5 000 ohms, conforme a tensão, sensibilidade e tipo. O teste de continuidade não revela se a bobina tem espiras em curto. Teste dos contatos Basta medir as resistências dos contatos quando o relê está ativado e quando não está levando em conta a função (NA e NF). Um relê em bom estado deve ter uma resistência nula entre os contatos, quando estão fechados e infinita quando estão abertos. SOLENOIDES Os solenoides são componentes formados por uma bobina dentro da qual pode deslizar um núcleo de material ferroso. Quando uma corrente percorre a bobina, o campo magnético criado puxa o núcleo para dentro com força. Esta força pode ser usada para acionar os mais diversos dispositivos, como por exemplo, abrir e fechar uma válvula de água numa máquina de lavar, abrir a fechadura de um portão ou ainda acionar uma armadilha. Os solenoides podem ser encontrados os mais diversos formatos e tamanhos dependendo da força que devem exercer, da tensão de alimentação e da função na qual são usados. Símbolo e aspectos Na figura 73 mostramos o símbolo adotado para representar o solenoide e os aspectos mais comunspara estes componentes. Figura 73 Os pequenos solenoides encontrados nos equipamentos eletrônicos são formados por milhares de espiras de fios esmaltados muito finos. Um sistema de molas permite que o núcleo volte a posição original quando a bobina deixa de ser energizada. Especificações A principal especificação de um solenoide é a tensão que deve ser aplicada nos seus terminais para que ele seja acionado. Em função desta tensão temos a corrente drenada a qual depende da resistência que ele apresenta e da força que deve exercer. Os solenoides encontrados nos equipamentos eletrônicos podem ser tanto acionados pela tensão AC da rede de energia como tensões DC na faixa de 3 a 48 V tipicamente. As correntes podem variar entre alguns miliamperes até diversos amperes. Uma outra especificação que é importante em algumas aplicações é a força que ele exerce quando energizado. Onde são encontrados O leitor encontrará uma infinidade de tipos de solenoides não só em equipamentos eletrônicos, mas em muitos equipamentos elétricos como máquinas de lavar e portões elétricos. Nos equipamentos eletrônicos pequenos solenoides são usados para movimentar partes móveis de equipamentos como VCRs, DVDs, toca-fitas etc. Os solenoides encontrados nos equipamentos eletrônicos são pequenos e delicados sendo alimentados por circuitos eletrônicos com transistores e circuitos integrados. Como testar O teste elétrico básico de um solenoide consiste em se verificar a continuidade de sua bobina usando o multímetro. Este teste, entretanto, como em qualquer bobina, não revela se ela possui espiras em curto. O melhor teste é o de acionamento, energizando-se o componente para verificar se ele é acionado. A resistência típica das bobinas dos solenoides varia entre alguns ohms e alguns milhares de ohms depende de sua tensão e força. MOTORES Uma das principais formas de se obter movimento de partes móveis em equipamentos eletrônicos é através de pequenos motores de corrente contínua. Os motores comuns podem ser encontrados numa grande variedade de tamanhos e tipos conforme a força que devem exercer. Estes motores são formados por um conjunto de bobinas que se movimentam no campo magnético criado por imãs permanentes ou outras bobinas. A interação dos campos magnéticos das bobinas cria as forças que fazem o motor girar. Basicamente existem dois tipos de motores que podem ser encontrados nos equipamentos eletrônicos: motores DC ou CC e motores de passo. Os motores DC rodam praticamente sem controle, a não ser de velocidade e são usados apenas nas aplicações em que se deseja movimento. Os motores de passo são motores de precisão que se movem colocando partes de um equipamento em posições definidas com altos graus de precisão. Por exemplo, o posicionamento de uma cabeça de leitura de um DVD ou de impressão de uma impressora é feito por um motor de passo. Nas aplicações atuais existem ainda outros tipos de motores como os motores sem escova, os servomotores e outros. Símbolo e aspectos Na figura 74 temos os símbolos adotados para representar motores e o aspecto dos tipos mais comuns. Figura 74 Especificações Os motores DC são especificados tanto pela tensão de operação como pela corrente que exigem quando alimentados pela tensão de operação com determinada carga ou velocidade. É importante observar que tanto a corrente como a velocidade variam bastante em função da força que o motor tem de fazer, assim é comum que os fabricantes especifiquem as características do motor através de curvas que relacionam estas grandezas. A rotação do motor é indicada em rpm (rotações por minuto) e pode variar entre 500 e 30 000 para os tipos comuns. Os motores de passo, por sua vez, além da tensão e corrente de operação de cada bobinas são especificados pelo número de bobina ou número de fases que possuem. Os tipos mais comuns são os de 2 e 4 fases. Onde são encontrados Os motores elétricos são encontrados em uma grande quantidade de equipamentos eletrônicos. Encontramos motores praticamente em todos os aparelhos que possuam partes móveis como impressoras, portões, videocassetes, brinquedos, etc. Os problemas que estes componentes apresentam tanto podem ter origem na parte elétrica (bobina queimada ou interrompida) como nas partes mecânicas já que eixos, engrenagens, polias e correias que transmitem seus movimentos podem quebrar. Teste O teste elétrico de um motor consiste basicamente em se verificar a continuidade de sua bobina. Os motores comuns devem ter bobinas com resistências na faixa de poucos ohms a no máximo algumas centenas de ohms. Uma resistência infinita indica uma bobina aberta. Este teste não revela se a bobina possui espiras em curto. ALTO FALANTES E FONES Os alto-falantes e fones de ouvido são transdutores eletroacústicos, ou seja, dispositivos que convertem energia elétrica em sons. O tipo mais comum de alto- falante é o de bobina móvel que é mostrado em corte na figura 75. Figura 75 Neste componente, quando uma corrente que tenha frequência e forma de onda do sinal a ser reproduzido, circula por uma bobina, surge uma força correspondente que tende a empurrar e puxar um cone de papelão ou plástico. O movimento de vai e vem do cone produz ondas sonoras que têm as mesmas características da corrente que circula pela bobina. Para criar o campo que age com o criado pela bobina os alto-falantes empregam potentes imãs. Os fones de ouvido tanto podem ser magnéticos operando segundo o mesmo princípio do alto-falante como piezoelétricos, formados por pequenos cristais que se deformam quando uma tensão lhes é aplicada. Essa deformação produz ondas sonoras que retratam o sinal aplicado. Símbolos e Tipos Na figura 76 temos os símbolos adotados para representar fones e alto-falantes assim como os aspectos mais comuns. Figura 76 Veja que existem alto-falantes de tipos e tamanhos diferentes, conforme a faixa de sons que deve ser reproduzida. Assim, os alto-falantes maiores se destinam à reprodução dos sons graves enquanto que os menores a reprodução dos sons agudos (altas frequências). Observamos que existe alto-falantes que são projetados par funcionar exclusivamente dentro de caixas acústicas. Especificações a) Impedância: quando trocando um alto-falante ou adquirindo um para um projeto uma primeira especificação que deve ser observada é a impedância. A impedância diz de que modo o alto-falante recebe a energia (sinal). A impedância é medida em ohms e deve casar com a saída do amplificador. Valores comuns de impedância estão entre 1,6 e 8 ohms. Se um alto-falante de impedância muito baixa for ligado na saída de um amplificador de maior impedância, o amplificador pode sofrer uma sobrecarga com a queima de componentes. b) Potência: é a quantidade de energia que o alto-falante pode converter em som. A potência é medida em watts (W). Devemos sempre usar um alto- falante que tenha uma potência maior do que aquela que o amplificador pode fornecer. É comum especificar a pot6encia em valores PMPO que resultam em números maiores que rms, dando a falsa impressão de que o componente é "mais potente". c) Faixa de frequências: indica o tipo de som que o alto-falante pode reproduzir. Assim, existem os tweeter para agudos, mid-ranges para médios e woofers para graves. Os full range reproduzem sons de toda a faixa audível. Características dos fones A principal característica de um fone de ouvido é sua impedância. Os fones de ouvido têm em geral uma baixa impedância na faixa de 3,2 a 600 ohms para os tipos magnéticos. Os tipos piezoelétricos possuem impedância muito alta. Nunca use um fone de baixa impedância onde em se exige um fone de alta impedância e vice-versa pois podem ocorrer problemas. Teste Para testar os fones de baixa impedância e alto-falantes basta medir a resistência de sua bobina. Este teste também não revela se a bobina está ou não em curto. Para o teste dos fones de alta impedância, o melhor é aplicar um sinal de teste. TRANSDUTORES MAGNÉTICOS Nas aplicaçõeseletrônicas de uso doméstico, comercial e industrial o eletricista que mexe com eletrônica poderá encontrar diversos tipos de transdutores magnéticos. Estes transdutores podem funcionar como sensores convertem sons, batidas, movimentos e outras grandezas em sinais elétricos para o controle ou acionamento de diversos tipos de circuitos. Basicamente estes sensores são formados por uma bobina que possui algum dispositivo próximo que gera um campo variável sob a ação da grandeza que se deseja detectar. Por exemplo, podemos citar os microfones que convertem os sons que recebem em sinais elétricos e que podem funcionar segundo um princípio semelhante ao de um alto-falante ligado "ao contrário". Os sensores que detectam a passagem de um dente de engrenagem em movimento pelo campo magnético que alteram podem ser usados para controlar a velocidade de um motor num portão automático ou em outros equipamentos. A cabeça de gravação e leitura de um disco rígido de computador é um sensor magnético que pode gerar campos que magnetizam o disco registrando informações ou perceber a passagem das regiões magnetizadas lendo a informação gravada. Símbolos e tipos Na figura 77 temos alguns tipos de transdutores magnéticos encontrados nas aplicações eletrônicas com seus símbolos e aspectos. Figura 77 Especificações As especificações dos transdutores magnéticos dependem de sua aplicação e podem incluir desde suas características elétricas tais como sua tensão, corrente e impedância até o modo como eles reagem à grandeza que deve ser detectada, ou seja, sua curva característica, sensibilidade, etc. Para estes sensores, entretanto, o mais comum é que o fabricante indique um tipo ou número de identificação para que o profissional possa saber qual é a peça que deve ser usada na reposição. Onde são encontrados Os transdutores magnéticos são encontrados nos equipamentos em que se deseja detectar sons, batidas, movimento e em muitas outras aplicações conforme já citamos ao explicar seu funcionamento. Teste O teste mais simples consiste em se verificar a continuidade de sua bobina com o multímetro. Suas bobinas devem apresentar resistências que variam entre poucos ohms a milhares de ohms. Uma resistência infinita indica uma bobina aberta. Este teste não revela se a bobina tem espiras em curto. TRANSDUTORES PIEZOELÉTRICOS Alguns materiais apresentam propriedades piezoelétricas devido a sua estrutura cristalina. Materiais comuns que têm estas propriedades são as cerâmicas à base de titanato de bário e o cristal de quartzo. Quando estes materiais são submetidos a um esforço mecânico (deformação) eles geram uma tensão elétrica que aparece entre suas faces. O efeito inverso também é notado: quando submetidos a uma tensão eles deformam. Baseados nestas propriedades podem ser fabricados diversos tipos de componentes com aplicações na eletrônica. Já vimos o caso dos fones de ouvido e de tweeters que podem reproduzir sons utilizando estes materiais. No entanto, existem alguns outros componentes eletrônicos importantes que se baseiam nas propriedades piezoelétricas destes materiais. Alguns componentes desta família merecem destaque: a) Cristais de quartzo - quando excitados por um sinal elétrico um cristal de quartzo tende a vibrar numa frequência única que depende das suas dimensões e da forma como ele cortado. Os cristais de quartzo podem manter fixas em valores muito bem definidos as frequências de circuitos como computadores, relógios, instrumentos de medida, etc. b) Geradores sonoros (buzzers) - pequenos dispositivos de sinalização usados em telefones, alarmes, e outros podem ser feitos com base em cristais piezoelétricos de titanato de bário. Tweeters piezoelétricos também podem ser fabricados usando os mesmos cristais. c) Geradores de alta tensão - quando batemos numa cerâmica de titanato de bário, usando um gatilho, por exemplo, ela pode gerar uma tensão da ordem de milhares de volts. A faísca produzida pode ser usado para acender fogo em isqueiros, fogões, etc. d) Microfones piezoelétricos - quando prendemos um diafragma numa cerâmica os sons que incidem nesta peça podem fazer a cerâmica vibrar convertendo sons em sinais elétricos. Estes sinais podem então ser levados a circuitos amplificadores para registro, transmissão ou reprodução. Símbolo e Tipos Na figura 78 mostramos os símbolos adotados para representar alguns transdutores e os aspectos dos tipos mais comuns. Figura 78 Especificações Os transdutores piezoelétricos normalmente são especificados por um código de fabricação. A partir deste código podem ser obtidas características dos sinais, potência, etc conforme o tipo e aplicação. Cristais de quartzo são indicados pela frequência e tweeter piezoelétricos normalmente pela potência e impedância. Apesar dos cristais dos tweeters serem de alta impedância, normalmente eles possuem internamente um transformador de baixa impedância, conforme mostra a figura 79. Figura 79 Onde são encontrados Transdutores piezoelétricos são encontrados numa infinidade de aplicação como sensores ou com produtores de sons, movimento, sinais, etc. Testando Cristais de quartzo são testados com circuitos próprios onde se verificam se oscilam. Outros transdutores podem ser testados de acordo com suas características, quer seja pela continuidade quer seja pela análise dos sinais que produzem. SEMICONDUTORES Os componentes mais importantes de todos os equipamentos eletrônicos são, em nossos dias, os baseados em materiais semicondutores, principalmente o silício. Graças às propriedades destes materiais é que temos componentes como diodos, transistores, LEDs, circuitos integrados SCRs, Triacs, e muitos outros que passamos a analisar a partir de agira. Assim, antes de passarmos ao detalhamento do princípio de funcionamento dos principais componentes baseados em semicondutores será importante vermos alguma coisa sobre o seu princípio geral de funcionamento. Princípio de funcionamento De acordo com a física moderna, todas as substâncias podem ser classificadas num dos seguintes grupos, quanto ao seu comportamento elétrico: isolante, condutor e semicondutor. O que determina em que grupo é colocada uma determinada substância é a banda de energia da sua disposição atômica. Cada banda de energia pode conter apenas dois elétrons. Se as bandas de energia de uma substância estão preenchidas, a substância não pode receber ou doar elétrons e com isso se comporta como um isolante. Se existe um elétron por banda, ou se as bandas não estão suficientemente espaçadas, os elétrons podem se movimentar através do material e com isso ele se comporta como um condutor. Agora, temos o caso intermediário: se pequenas aberturas existirem entre as bandas de energia preenchidas e as que têm vagas, o material age como um isolante a baixas temperaturas e se torna um condutor quando a temperatura se eleva. Este material é um semicondutor. Existem diversos materiais semicondutores como o silício, germânio, gálio e outros com propriedades adicionais que os tornam ideais para uso em eletrônica. São elementos que têm quatro elétrons na camada de valência cada um. Por causa das ligações de valência, eles formam uma estrutura básica conforme a mostrada na figura 80. O cristal é mantido coeso pelo compartilhamento dos elétrons entre os átomos. Num material condutor os elétrons livres podem se mover através da estrutura sob a ação de forças elétricas. Por outro lado, num material semicondutor o trajeto possível para os elétrons depende da temperatura. A medida que a temperatura se eleva trajetos são liberados e elétrons de alta energia podem se mover através deles. Um cristal de material semicondutor como silício ou germânio é composto de bilhões de átomos unidos numa estrutura similar a que mostramos na figura 80. Os cristais de materiais semicondutores podem crescer em condições especiais de laboratório. Eles são chamados de materiais intrínsecos e não tem uso prático. No entanto, se adicionarmos pequenas quantidadesde impurezas a estes materiais, essas impurezas têm a capacidade de penetrar na estrutura e atuar em nível atômico. Existem dois tipos de impurezas que resultam em dois efeitos diferentes sobre as propriedades elétricas da matéria. Se uma impureza com átomos de 5 elétrons na camada de valência como o antimônio, boro ou fósforo for adicionada ao cristal, cada um dos átomos terá um elétron de sobra na camada de valência, o qual não encontrará um terceiro para compartilhar sua posição no cristal. O resultado é que temos uma sobra de elétrons neste material. As substâncias em que acontece isso são denominadas "doadoras" e elas possuem um excesso de cargas negativas. Estes materiais são chamados semicondutores do tipo N (de negativo). Se a substância adicionada ao cristal for um elemento com três elétrons na camada de valência como, por exemplo, o alumínio, gálio ou irídio, o resultado final será a presença de buracos ou lacunas onde faltam elétrons para preencher a camada de valência. Materiais deste tipo que podem aceitar elétrons são chamados "aceptores" e formam semicondutores do tipo P (de positivo). Junções Quando os cristais estão em crescimento é possível acrescentar numa parte impurezas que os tornam doadores e na outra aceptores. Assim, num único cristal temos dois tipos diferentes de materiais. A superfície de separação entre estas duas partes é denominada junção e apresenta propriedades elétricas muito importantes para a eletrônica. É interessante observar que a eletrônica de nossos dias se baseia justamente nas propriedades das junções destes materiais sólidos, daí ser denominada "de estado sólido" em contrapartida à eletrônica das válvulas, que se baseava na movimentação de cargas no vácuo. Combinando junções de diferentes materiais e de diferentes formas podemos obter uma grande quantidade de componentes eletrônicos que passamos a ver a partir de agora. DIODOS O primeiro componente eletrônico da família dos semicondutores é o diodo. Para entender o seu funcionamento vamos analisar o que ocorre numa junção semicondutora como a que descrevemos previamente. Numa junção o excesso de elétrons do material N se difunde através da junção preenchendo as lacunas do material P. Este processo é denominado recombinação e forma bandas de valência que não pode se difundir através do cristal. Isso significa que apenas uma pequena área, uma região de "depleção" se forma e que é livre de elétrons livres e lacunas. Se, numa junção semicondutora aplicarmos uma tensão positiva no material N ela tende a drenar elétrons do material N. Ao mesmo tempo, os elétrons do lado negativo da fonte de alimentação, vão encher as lacunas do lado P do material. O resultado é que a camada de depleção se expande para toda a estrutura do material. Essa situação impede que a corrente circule. Dizemos que o diodo está polarizado no sentido inverso. Se invertermos a polaridade da tensão aplicada, os elétrons serão forçados da fonte de alimentação para a junção e ao mesmo tempo as lacunas do outro lado também. A força que aparece neste processo comprime a camada de depleção que desparece. Neste momento a barreira que existe neste ponto é rompida e a corrente pode circular através do componente. Nos dispositivos de germânio este fenômeno ocorre com aproximadamente 0,2 V e nos dispositivos de silício com aproximadamente 0,6 V. O dispositivo formado por uma junção P-N como a descrita é chamado diodo. A figura 81 mostra o que ocorre nas duas situações. Figura 81 Os diodos na prática são formados por dois pedaços de materiais semicondutores (N e P) de germânio ou silício colocados dentro de um invólucro. O tamanho dos materiais basicamente determina a intensidade máxima da corrente que eles podem conduzir quando polarizados no sentido direto e a tensão máxima no sentido inverso. Os diodos funcionam como vias de sentido único para as correntes, ou seja, conduzem a corrente num único sentido. Símbolos e Tipos Os diodos são encontrados em diferentes tamanhos e tipos de acordo com a aplicação. Na figura 82 temos o símbolo adotado para representar o diodo e alguns tipos mais comuns. Figura 82 Os diodos ão componentes polarizados o que significa que sua posição num circuito deve ser observada. Assim é comum utilizar algum tipo de indicação para o catodo ou lado do material N, como por exemplo, uma faixa. Especificações a) Tensão inversa - como um diodo representa um circuito aberto quando polarizado no sentido inverso, aparece nas suas extremidades toda a tensão do circuito. Para poder usar um diodo precisamos saber se ele suporta esta tensão a qual é especificada como tensão inversa máxima ou Vrrm ou Vr. b) Corrente direta - é a máxima corrente que o diodo pode conduzir quando polarizado no sentido direto. Indicada como If nos manuais. c) Tipo - muitos fabricantes simplesmente indicam os seus diodos por um código de fábrica. Assim, para os tipos americanos é comum que todos os diodos comecem por 1N. Assim temos 1N4002, 1N4148, etc. Para os tipos americanos é comum usar as letras A para diodos de uso geral, B para silício e Y para retificadores. Exemplos: BA315, AA115, BY127, etc. Outros fabricantes usam códigos próprios como MR751, P600D, V18, etc. Onde são encontrados Os diodos são usados como retificadores, detectores, funções lógicas e em muitas outras aplicações onde se necessita a circulação da corrente num único sentido. Como detectores, o eletricista vai encontrar pequenos diodos de silício ou germânio em receptores de rádio, controle remoto, telefones, etc. Na figura 83 mostramos uma aplicação típica de um diodo num circuito retificador, onde se obtém corrente contínua a partir de corrente alternada da rede de energia. Figura 83 Neste circuito o diodo conduz a corrente num único sentido deixando passar apenas os semiciclos positivos da tensão da rede da energia. Filtrando estes semiciclos temos uma tensão contínua na saída do circuito. Este tipo de circuito é muito usado nos chamados eliminados de pilhas usados na alimentação de pequenos aparelhos como calculadoras, rádios, videogames, etc, conforme mostra a figura 84. Figura 84 Outra aplicação para os diodos é mostrada na figura 85. Figura 85 Existem componentes eletrônicos como transistores, que são muito sensíveis a picos de alta tensão que são gerados quando comutamos uma carga indutiva como um motor, relê ou solenoide. Ligando em paralelo com esta carga um diodo, ele absorve os picos gerados na comutação da carga evitando que eles apareçam sobre o transistor ou outro componente sensível. Como Testar Um diodo pode ser testado com um multímetro comum numa escala intermediária de resistências. Quando polarizamos o diodo num sentido com as pontas de prova ele conduz e o instrumento indica uma baixa resistência (entre 100 e 5000 ohms). Quando invertemos as pontas de prova ele é polarizado no sentido inverso e o instrumento acusa uma alta resistência (entre 500 000 e 10 000 000 ohms). Um diodo com baixa resistência nos dois sentidos se diz em curto e um diodo com alta resistência nos dois sentidos se diz aberto. Resistência entre 50 000 e 200 000 ohms no sentido inverso indicam um diodo com fugas. DIODOS ZENER Quando um diodo é polarizado no sentido inverso existe uma tensão limite que podemos aplicar neste componente sem que ele se torne condutor. Acima desta tensão, denominada "de ruptura" o diodo se torna condutor, e para os tipos comuns ocorre sua destruição. Na figura 86 mostramos num gráfico o ponto em que a ruptura ocorre. Figura 86 Nota: Em eletrônica, além dos esquemas, é comum a utilização dos gráficos para mostrar o funcionamento dos componentes e circuitos. Entender uum pouco sobre a interpretação desses gráficos é importante para quem trabalha com eletrônica. Se um diodo for construído de modo a suportar a corrente nesta ruptura ele pode manter a tensão constante entre seus terminais. Assim, diodos zener, são diodos especiais que podem operar polarizados no sentido inverso com uma tensãode ruptura não destrutiva. A ação dos diodos zener pode ser aproveitada em diversas aplicações eletrônicas importantes. Eles funcionam como reguladores de tensão ou de corrente e ainda podem ser empregados para fazer o corte de picos de sinais. Os diodos zener são encontrados em diversos tamanhos e tipos de acordo com a corrente e tensão com que devem trabalhar. Símbolo e aspecto Na figura 87 temos o símbolo usado para representar o diodo zener e os aspectos mais comuns deste componente. Figura 87 Os diodos zener, conforme podemos observar, são componentes polarizados normalmente havendo um anel ou marca para indicar o catodo (k). Especificações A maioria dos fabricantes especifica seus diodos zener por códigos que tanto podem levar a nomenclatura 1N como BZX e BZY para os tipos europeus. Através de manuais é possível saber, a partir do tipo as suas características elétricas. As principais características elétricas que devemos observar num diodo zener são: a) Tensão zener - que é a tensão inversa que faz o diodo conduzir e que ele mantém constante numa ampla faixa de valores de corrente. Os diodos zener comum possuem tensões zener entre 1,5 e mais de 200 V tipicamente. b) Dissipação - que é a quantidade máxima de calor que o componente pode dissipar e que portanto está associada a máxima corrente que podemos manter através dele. A máxima corrente multiplicada pela tensão zener resulta na potência ou dissipação máxima. Os tipos mais comuns são de 400 mW de dissipação, mas dependendo da aplicação podemos encontrar diodos zener maiores. Onde São Encontrados Na figura 88 mostramos alguns circuitos típicos onde os diodos zener são usados para regular as tensões. No primeiro caso um diodo zener opera sozinho controlando totalmente a tensão na carga enquanto no segundo ele utiliza um transistor para controlar a maior corrente de modo que ele pode ser de menor potência. Figura 88 Teste Se bem que possamos testar um diodo zener da mesma forma que um diodo comum, este teste nada revela sobre a tensão zener e portanto se o componente está dentro de suas características. No entanto, quando os diodos zener apresentam problemas, o mais comum é que entrem em curto apresentando uma baixa resistência nos dois testes com o multímetro. Na substituição devemos sempre usar um que tenha a mesma tensão que o original. A potência pode ser igual ou maior. LEDs Os Diodos Emissores de Luz que em inglês são chamados de Light Emitting Diodes (abreviadamente LEDs) são diodos especiais que ao serem percorridos por uma corrente emitem luz através de sua junção. Os LEDs comuns são emissores monocromáticos, ou seja, emitem luz de uma única frequência (única cor) que pode ir da faixa do infravermelho até o ultravioleta. LEDs de luz branca têm sido obtidos pela associação numa mesma pastilha de três LED que fornecem as cores básicas (vermelho, verde e azul) as quais combinadas resultam na luz branca. Com esses LEDs podemos ter as lâmpadas de LEDs que hoje são utilizadas em iluminação. Os LEDs são fabricados com base em materiais semicondutores especiais como o Arseneto de Gálio que também pode conter o elemento Índio os quais têm esta propriedade de formar junções emissoras de radiação. Na figura 89 mostramos as curvas de emissão dos LEDs quando comparadas as curvas de outras fontes, observando-se que estes componentes emitem um estreito feixe de radiação. Figura 89 As impurezas que estão presentes nos LEDs não só determinam a cor da luz que eles emitem como também a tensão mínima que precisamos aplicar no sentido direto para que a barreira de potencial da junção seja vencida e ele se torne condutor. Os LEDs comuns vermelhos e infravermelhos conduzem com 1,6 V, já os amarelos e laranja com 1,8 V e os LEDs azuis e verdes precisam de pelo menos 2,1 V. Os LEDs tanto são usados como pequenas lâmpadas em sinalização como também como emissores de radiação infravermelha em controles remotos, em acopladores ópticos transferindo sinais de um ponto a outro de um circuito através da luz e na emissão de luz coerente na versão LASER. De fato, se o material semicondutor dos LEDs for montado de maneira especial de modo a formar uma cavidade ressonante e ter o que se denomina de "inversão de população" dos átomos excitados, a luz emitida tem características da radiação LASER. LASERs deste tipo são usados em diversos tipos de aparelhos como CD e DVD players, LASER pointers, etc. Símbolo e aparência Na figura 90 mostramos o símbolo do LED e os aspectos mais comuns deste componente. Figura 90 Os LEDs também podem ser montados de modo a formar um display de 7 segmentos, conforme mostra a figura 91. Figura 91 Alimentando os LEDs de cada segmento de maneira combinada podemos formar números como ocorre nas calculadoras, relógios e em muitas outras aplicações que podem "acender" com luz vermelha, laranja, etc. Observamos que, da mesma maneira que os diodos, os LEDs são componentes polarizados. Se forem invertidos num circuito não funcionam e se a tensão inversa aplicada for maior do que 5 V, eles correm o risco de queimar. Observe que o catodo é dado por uma marca no invólucro ou pelo terminal mais curto. Atenção: Uma lâmpada de LEDs não consiste simplesmente em um conjunto de LEDs e, portanto não pode ser considerada como tal numa aplicação ou num circuito. Ela contém circuitos adicionais de excitação dos LEDs que devem ser analisados separadamente. Especificações A maioria dos LEDs é especificada por um código do fabricante. No entanto, para usar os LEDs precisamos conhecer as seguintes características destes componentes: a) Corrente máxima - é a máxima corrente que podemos deixar o LED conduzir quando em funcionamento sem que ele queime. Este dado é importante, pois o LED sempre funciona com um resistor em série que limita a corrente a este valor. Sem este resistor o LED queima. Tipos comuns têm correntes máximas de até 50 mA. b) Tensão direta - é a tensão mínima que faz o LED conduzir e, portanto acender. Esta tensão depende da cor, conforme já explicamos. c) Comprimento de onda da luz emitida - normalmente a cor do LED é expressa pelo comprimento da onda emitida. Este comprimento de onda pode ser expresso em nanômetros (nm) ou em angstrons (Å). Um Angstrom equivale a 100 nanômetros. Assim, conforme mostra a figura 92, o espectro visível vai aproximadamente de 400 nm a 700 nm. Nesta figura temos as curvas de emissão de alguns LEDs comuns. Figura 92 Onde são encontrados Na maioria das aplicações eletrônicas os LEDs são usados como indicadores de painéis, em indicadores alfanuméricos de 7 segmentos e como fontes de luz (LEDs brancos). Outras aplicações incluem a emissão de sinais em controles remotos por infravermelhos, barreiras ópticas de alarmes, etc. Quando usar um LED é muito importante não ultrapassar a corrente máxima que eles suportam. Para esta finalidade, em todas as aplicações encontramos um resistor ligado em série com o LED para limitar a corrente, conforme mostra a figura 93. Figura 93 A resistência deste resistor pode ser calculada subtraindo-se a tensão direta do LED da tensão de alimentação e dividindo o valor encontrado pela corrente de operação do componente. Por exemplo, se desejamos alimentar um LED de 20 mA com 6 V e ele é vermelho, o cálculo será: V = 6 - 1,6 V = 4,4 V R = 4,4/0,02 (0,02 A = 20 mA) R = 220 ohms Testando Nunca teste um diodo ligando-o diretamente a uma fonte de corrente contínua. Sem o resistor limitador de corrente ele vai queimar. Para testar, o leitor deve fazer uso do circuito mostrado na figura 94 onde usamos 4 pilhas e um resistor limitador. Figura 94 Em lugar das 4 pilhas pode ser usada uma fonte de 6 a 9 V. Para 12 V use um resistor de 1 k ohms. Observe a polaridade do LED. Para testar LEDs infravermelhos deve ser usado algum tipo de detector para esta finalidade. DIODOS ESPECIAIS As propriedades elétricas das junções PN podem ser usados em diversos outros dispositivos que derivam dos diodos. Estes diodosespeciais podem ser encontrados numa infinidade de aparelhos eletrônicos. Os principais são: a) Fotodiodos - expondo uma junção PN polarizada no sentido inverso à luz, a corrente que é causada pela liberação de cargas a partir dos fótons incidentes depende da intensidade luminosa. Desta forma, diodos em invólucros transparentes podem ser usados como sensíveis sensores de luz, sendo denominados fotodiodos. Os fotodiodos tem uma capacidade de responder à variações muito rápidas da luz. b) Diodos tunnel - são diodos que possuem uma característica de resistência negativa semelhante a lâmpada neon, mas que se manifesta com tensões muito mais baixas (da ordem de fração de volt) e podem oscilar em frequências extremamente elevadas, na faixa de UHF e até de micro-ondas. Os diodos tunnel são usados em osciladores de altíssimas frequências. c) Varicaps ou Varactors - quando polarizamos um diodo no sentido inverso, a distância entre as cargas das regiões PN depende da tensão. Assim, estas regiões se comportam como as placas de um capacitor e a região da junção como um dielétrico cuja espessura pode ser controlada pela tensão aplicada. Para maior tensão o dielétrico é maior e a capacitância menor, conforme mostra a figura 95. Isso significa que diodos especiais com junções amplas podem ser usados como capacitores variáveis controlados pela tensão. Varicaps são encontrados em seletores de canais de televisores e em receptores de diversos tipos. Figura 95 Símbolos e tipos Na figura 96 mostramos alguns tipos de diodos especiais com seus símbolos e aspectos. Figura 96 Especificações Os diodos especiais normalmente são indicados por um código de fábrica através do qual podem ser obtidas suas características a partir de folhas de dados (datasheet). Dependendo da aplicação devemos estar atento para algumas das especificações que são: Para os fotodiodos a resposta espectral, ou seja, o comprimento de onda para os quais são mais sensíveis e sua velocidade de resposta que determina a frequência máxima dos sinais modulados que eles podem detectar. Para os diodos tunnel devemos conhecer a tensão tunnel e a frequência máxima que eles podem oscilar. Para os varicaps precisamos conhecer a faixa de tensões de uso e a capacitância que ele apresenta nesta faixa. Como testar Um teste básico consiste em se verificar se o diodo conduz num sentido e bloqueia a corrente no sentido inverso, como qualquer diodo convencional. No entanto, as características específicas conforme a função devem ser determinadas a partir de circuitos de prova especiais. TRANSISTORES BIPOLARES Sem dúvida alguma, os transistores bipolares são os mais importantes de todos os componentes da família dos semicondutores. Estes componentes são formados por três pedaços ou regiões de materiais semicondutores diferentes montadas numa estrutura conforme a mostrada na figura 97. Figura 97 Apesar de que esta estrutura é equivalente a diodos montados de costas ela apresenta propriedades especiais que tornam o transistor um componente extremamente importante para as aplicações eletrônicas. Observe que, de acordo com as estruturas temos transistores do tipo NPN e PNP. A cada estrutura associamos três terminais denominados emissor (E), coletor ( C) e base (B). O sentido da corrente através do transistor depende do seu tipo. Um transistor é capaz de amplificar uma corrente que circule entre a base e o emissor de modo que ela apareça aumentada entre o coletor e a base, conforme mostra a figura 98. Figura 98 Em outras palavras, uma pequena variação de corrente de base num transistor provoca uma variação maior da corrente de coletor. Se uma corrente de base de apenas 1 mA provoca uma corrente de base de 100 mA dizemos que o ganho do transistor ou hFE é 100. Dependendo da aplicação podemos encontrar transistores de diferentes tamanhos e formatos com ganhos que vão de 5 a 10 000. Existem milhões de tipos de transistores que são identificados por códigos de fábrica, o que significa para que conhecer suas especificações é preciso consultar os manuais dos próprios fabricantes. No entanto, existem 100 a 200 tipos de uso muito comum que têm características que podem substituir a maioria dos tipos especiais encontrados em muitos equipamentos eletrônicos. Símbolos e tipos Na figura 99 mostramos os símbolos utilizados para representar os transistores bipolares e seus principais aspectos. Figura 99 O tamanho do transistor determina a intensidade da corrente que ele pode controlar e, portanto a potência que ele pode dissipar. Os transistores que devem dissipar altas potências normalmente são dotados de recursos para montagem em radiadores de calor, conforme mostra a figura 100. Figura 100 O maior problema que o eletricista vai encontrar quando trabalhando com transistores é na identificação dos seus terminais (emissor, coletor e base). Existem diversos códigos adotados pelos fabricantes de modo que somente conhecendo o tipo específico é possível saber como deve ser feita a sua ligação. Observamos que nem sempre o terminal do meio é a base! Especificações Os transistores encontrados nos equipamentos eletrônicos podem ser separados em três grandes categorias de acordo com suas especificações: Uso Geral São transistores de pequenas dimensões projetados para trabalhar com sinais de baixas frequências e corrente contínua com correntes de até uns 200 mA no máximo. São transistores que amplificam sons em rádios, intercomunicadores, alarmes, porteiros eletrônicos e outras aplicações. Potência São transistores que operam com sinais de baixas frequências mas com grande potência. Estes componentes são dotados de recursos para montagem em radiadores de calor e podem dissipar potências de 5 a 200 Watts tipicamente. As correntes de coletor máximos podem chegar aos 15 amperes. Encontramos estes transistores em fontes de alimentação, amplificadores e no controle de motores, relês e solenoides. Alta frequência São transistores de pequena potência, mas que podem operar com sinais de altas frequências chegando a mais de 1000 MHz. Estes transistores são usados em transmissores e receptores como amplificadores de sinais. Outras especificações Um problema que os leitores vão encontrar ao trabalhar com transistores é encontrar um substituto para um determinado tipo que tenha problemas e que não possa ser encontrado facilmente. De posse do número original pode-se chegar as especificações e com isso sair em busca de um que seja considerado equivalente. As principais especificações dos transistores são: Tensões máximas Vce(max) é a tensão máxima entre coletor e emissor; Vcb(max) é a tensão máxima entre coletor e base; Vbe(max) é a tensão máxima entre base e emissor. Quando acrescentamos o "o" ele indica que o terceiro terminal está desligado. Exemplo: Vceo(max) é a tensão máxima entre coletor e emissor com a base desligada (aberta). Em alguns casos pode ser indicada a tensão absoluta, como Vc, Vb e Ve. Correntes máximas As correntes máximas são indicadas pelos terminais. Por exemplo Ic(max) é a corrente máxima de coletor de um transistor. Potências máximas É a máxima potência que o transistor pode dissipar sendo indicada como Ptot ou Pmax ou ainda Pt. Ganho O ganho do transistor pode ser dado como beta (Β) ou como hFE e pode variar entre 5 e 10 000 conforme o tipo de transistor. Em alguns casos os fabricantes dão para determinado tipo a faixa de ganhos que uma unidade pode ter. Por exemplo, o BC548 pode ter ganhos entre 125 e 800. Frequência de transição É a máxima frequência em que o transistor ainda pode funcionar como amplificador e portanto como oscilador. Esta frequência é dada em Hertz (quilo ou mega) e varia bastante conforme o tipo de transistor. Trabalhando com Transistores Para fazer a substituição de um transistor observamos principalmente que: O substituto deve ter correntes e tensões máximas iguais ou maiores que o substituído O substituto deve ter ganho maior ou igual ao substituído O substituto deveser capaz de operar com frequência igual ou maior que o substituído Deve ser do mesmo tipo: NPN ou PNP Como os transistores são usados Os transistores podem ser usados como dispositivos de controle (chaves eletrônicas) ou como amplificadores. As duas possibilidades são mostradas na figura 101. Figura 101 Em (a) quando fechamos S1 a corrente de base que circula através de R aciona o transistor de modo que a corrente de coletor alimenta a lâmpada. Com uma corrente de base muito baixa podemos controlar uma corrente de coletor muito maior para a lâmpada. Em (b) o sinal aplicado na base do transistor provoca pequenas variações da corrente que se traduzem em variações maiores da corrente de coletor. Com isso, no coletor o mesmo sinal aparece com uma amplitude maior, ou seja, amplificado. Os modos como os transistores são polarizados e como os sinais são aplicados e retirados dos seus elementos varia e dá origem a três configurações básicas que são mostradas na figura 102. Figura 102 Em (a) temos a configuração de emissor comum que é a que apresenta maior ganho de potência. Em (b) temos a configuração de coletor comum que tem ganho de corrente elevado mas baixo ganho de tensão e em (c) a configuração de base comum que tem baixo ganho de tensão e de corrente mas que opera bem com sinais de frequências elevadas. A configuração a ser usada depende do tipo de sinal e do circuito. Normalmente, nos circuitos eletrônicos um único transistor não é suficiente para se obter a amplificação ou controle desejados o que significa que diversos transistores devem ser ligados em conjunto e deve ser proporcionado um meio para que os sinais passem de um para outro sem problemas. Num amplificador de áudio, por exemplo, temos transistores de pequenos sinais na entrada que pegam os sinais dos microfones e vão aumentando sua intensidade até chegar a transistores de alta potência que entregam estes sinais ao alto-falante. Na figura 103 mostramos um amplificador de duas etapas (2 transistores) em que o sinal amplificado passa do coletor de um para a base de outro através do capacitor C3. Figura 103 Esta não é a única maneira de se transferir sinais de uma etapa para outra de um circuito com transistores. Na figura 104 mostramos os principais tipos de acoplamento que usamos entre as etapas de um circuito. Figura 104 Em (a) temos um acoplamento RC (resistor e capacitor), em (b) um acoplamento LC; em (c) usamos um transformador e em (d) fazemos um acoplamento direto denominado Darlington. Teste e Identificação O leitor que apenas tomando seu primeiro contato com a eletrônica poderá se ver diante de muitos aparelhos que usam transistores e apresentam falhas. Como proceder neste caso? Cada etapa de um aparelho pode ter um ou mais transistores e estes componentes podem ter problemas. O procedimento mais comum para se identificar falhas em circuitos com transistores é através da medida das tensões nos terminais desses componentes usando um multímetro. De uma forma geral, para os transistores NPN, a tensão de coletor é mais alta que a tensão de base e de emissor e a tensão de base deve estar entre 0,6 e 0,7 V acima da tensão de base. Para os transistores PNP as tensões estão "invertidas" conforme mostra a figura 105. Figura 105 O teste estático, com o transistor fora do circuito pode ser feito medindo-se as resistências entre as junções que devem se comportar como diodos. O teste básico é feito com o multímetro numa escala intermediária de resistências e consta de 6 medidas que são mostradas para os transistores NPN e PNP na figura 106. Figura 106 Nota: No site do autor e em seus livros podem ser encontradas descrições de diversas formas de se testar transistores bipolares. As provas supõem que a bateria interna do multímetro aplica a tensão positiva na ponta vermelha. Observamos que existem alguns multímetros em que isso não ocorre. O leitor deve verificar experimentando num transistor que saiba estar em bom estado. Nesta prova as resistências consideradas altas devem estar acima de 200 000 ohms e as baixas entre 0 e 5 000 ohms tipicamente. Uma resistência entre 20 000 e 100 000 ohms onde deveria ser muito alta (infinita) representa um transistor com fugas. E, se esta resistência for nula, o transistor estará em curto. É importante observar, para os que ainda não têm prática em reparação, que se encontrarmos um transistor queimado num circuito, ele pode ser a causa da queima de outros componentes próximos como resistores ou ainda ter queimado pela alteração de outros componentes, como capacitores que entram em curto. Assim, antes de se fazer sua troca devemos também testar os componentes próximos. FOTOTRANSISTORES Como no caso dos fotodiodos, se as junções de um transistor forem expostas à luz, o componente reage com alterações de suas correntes. Isso significa que, transistores que tenham invólucros transparentes ou com janelas, podem ser usados como sensores de luz. Neles, é comum que se utilize a corrente que passa entre o coletor e o emissor (mantendo a base desligada) a qual depende da quantidade de luz incidente. Os fototransistores são usados da mesma forma que os fotodiodos apresentam uma boa velocidade e sensibilidade. Observamos que os fototransistores podem perceber luz ultravioleta e infravermelha que são invisíveis para nós. Símbolo e tipos Na figura 107 mostramos o símbolo adotado para representar o fototransistor e os aspectos mais comuns. Figura 107 Especificações Como muitos outros componentes, os fototransistores são especificados por um código de fabricação sendo preciso obter as suas folhas de características para saber mais do seu comportamento elétrico. Dentre as principais características que devem ser observadas temos: a) Tipo - se NPN ou PNP b) Tensão máxima entre coletor e emissor c) Faixa de comprimentos de onda em que ele é mais sensível d) Potência máxima de dissipação Onde e como são usados O leitor poderá encontrar fototransistores numa infinidade de equipamentos que trabalham com a detecção de luz, como por exemplo, alarmes, controles remotos, sistemas de iluminação automática, controles automáticos de brilho, etc. Como os fototransistores são muito mais rápidos que os LDRs eles possuem usos diferentes. Assim o eletricista encontra LDRs como detectores de luz onde as mudanças de intensidade são lentas, enquanto os fototransistores são encontrados em aplicações onde as variações são muito rápidas ou ainda onde informação deva ser transmitida através de raios de luz. Na figura 108 temos um circuito típico de aplicação de um fototransistor que aciona um relé quando recebe luz. Figura 108 Neste circuito o terminal de base do transistor não é usado, pois aproveita-se apenas a corrente entre emissor e coletor. Para aumentar a sensibilidade e diretividade de um fototransistor é comum utilizar-se recursos ópticos como lentes, conforme mostra a figura 109. Figura 109 A lente pode concentrar mais luz no fototransistor que deve ser posicionado de modo a ficar no seu foco. Na figura 110 temos uma aplicação típica de um fototransistor como sensor num alarme de passagem. O emissor é de luz infravermelha para que o intruso não perceba sua presença. Figura 110 Nota: No site do autor podem ser acessados centenas de artigos usando fototransistores, desde os mais simples como alarmes até os que transmitem dados digitais. ACOPLADORES ÓPTICOS São dispositivos formados por um LED infravermelho e um fototransistor ou outro tipo de foto sensor (fotodiodo, por exemplo) instalados num invólucro hermético. O LED ilumina o fototransistor de modo que a luz emitida por um possa ser recebida pelo outro. Se um sinal é aplicado ao LED fazendo sua luz variar, estas variações serão captadas pelo fototransistor de tal forma que temos a passagem do sinal de um para o outro sem a necessidade de conexões elétricas. Com o uso deste dispositivo podemos isolar um circuito do outro deixando apenas o sinal passar. O uso dos acopladores ópticosou opto acopladores é muito comum quando se deseja isolar circuitos. Símbolo e aspecto Na figura 111 temos o símbolo adotado para representar este componente assim como o aspecto mais comum. Figura 111 Especificações As especificações mais importantes dos acopladores ópticos que normalmente são designados por códigos de fábrica são: a) Características do LED emissor que incluem a tensão de operação e corrente máxima além do comprimento de onda usado. b) Características do receptor (fototransistor) que consistem na tensão máxima coletor-emissor, corrente máxima e potência de dissipação. c) Características de isolamento, ou seja, a tensão máxima que pode aparecer entre o emissor e o receptor, normalmente na faixa entre 3000 e 7000 volts. Onde são usados O leitor encontrará acopladores ópticos em aplicações onde se deseja isolar dois circuitos, normalmente um delicado e outro ligado na rede de energia. Um caso é em placas de interfaceamento de computadores onde controla-se alguma coisa ligada à rede de energia a partir de um computador. O computador é isolado da aplicação pela presença de acopladores ópticos no circuito de controle. Como testar Os acopladores ópticos são testados fazendo-se uma verificação independente do funcionamento do LED e do fototransistor. Pode-se alimentar o LED com um circuito de prova (ver prova de LEDs) e verificar-se se a corrente no transistor varia. TRANSISTORES DARLINGON Dois transistores ligados da forma mostrada na figura 112 formam um par Darlington ou uma etapa Darlington. Esta etapa age como se fosse um único transistor cujo ganho será o produto do ganho dos dois transistores usados. Figura 112 Por exemplo, se dois transistores com ganho 100 forem interligados desta forma o conjunto se comporta como um transistor único de ganho 10 000. Um par de transistores ligados desta maneira pode ser fabricado e colocado num único invólucro como se fosse um transistor de alto ganho único, denominado transistor Darlington. Transistores Darlington são úteis em aplicações onde um alto ganho é necessário, e normalmente o que se faz é associar um transistor de baixa potência com um de alta de modo a termos um dispositivo amplificador de alta potência também. Símbolos Na figura 113 temos os símbolos adotados para se representar os transistores Darlington. Figura 113 Pela simples observação de um transistor não é possível saber se ele é um transistor comum ou Darlington. Somente através do número de fábrica ou ainda de um teste é que podemos saber. Especificações As especificações dos transistores Darlington são as mesmas dos transistores comuns. Uma série comum de transistores Darlingtons e encontrada em muitos equipamentos eletrônicos é a TIP da Texas. Estes transistores são especificados para correntes de 1 A a mais de 10 A com tensões de até mais de 100 V. Tipos NPN são o TIP110, TIP11 e TIP112 de 2 A com complementares (PNP) TIP115, TIP116 e TIP117. Obs: Nem todos os transistores começam com "TIP" são darlingtons. Onde São Encontrados Transistores Darlington podem ser encontrados em uma infinidade de aplicações normalmente controlando relês, solenoides e lâmpadas em circuitos típicos como o mostrado na figura 114. Figura 114 A carga é ligada entre o coletor e a fonte de alimentação. Quando a base do transistor é polarizada ele conduz ativando a carga. Nesta configuração o transistor funciona como uma chave. Outra possibilidade de uso é mostrada na figura 115 onde um transistor Darlington funciona como um amplificador alimentando um alto-falante. Um circuito deste tipo pode ser encontrado em porteiros eletrônicos. Figura 115 Nos amplificadores de algumas gerações podemos encontrar um par complementar (NPN e PNP) de transistores Darlington que são ligados conforme mostra a figura 116. Figura 116 Neste tipo de circuito os transistores amplificam alternadamente os semiciclos positivos e negativos dos sinais de som (áudio) para aplicá-los num alto-falante. Circuitos deste tipo podem fornecer potências de até 250 W. Testando Transistores Darlington podem ser testados da mesma forma que os transistores bipolares (veja a seção correspondente para mais informações). Apenas lembre- se que a tensão interna de teste de transistores de alguns multímetros pode ser útil neste caso. TRANSISTORES UNIJUNÇÃO (UJT) O transistor unijunção é um dispositivo de três terminais mas com uma estrutura completamente diferente dos transistores comuns e que possui características de resistência negativa. Estas características tornam o transistor unijunção um componente com aplicações em osciladores de baixa frequência, timers, geradores de sinais dente-de-serra, etc. Na figura 117 mostramos a estrutura de um transistor unijunção. Figura 117 Conforme podemos ver existe apenas uma junção entre dois pedaços de materiais P e N. No material P são ligados, nas extremidades opostas, os dois terminais que correspondem à base 1 e base 2 (B1 e B2). Para entender o funcionamento do circuito podemos partir do circuito mostrado na figura 118. Figura 118 O material N colocado no meio da barra de material B funciona como um divisor de tensão fazendo aparecer uma certa tensão no emissor do transistor. Ao ligar o circuito, o capacitor ligado entre a fonte e o terminal de emissor tem sua tensão se elevando até o ponto em que alcança a tensão de emissor mais 0,6 V. Quando isso acontece, o transistor unijunção comuta e a resistência entre o emissor e a base 1 vai abruptamente fazendo com que o capacitor se descarregue através dela. Um pulso de alta corrente é então produzido. Tão logo a carga do capacitor se reduza, e a tensão caia para um valor apropriado, o transistor desliga e o circuito volta ao estado de não condução. O processo de carga do capacitor começa novamente e um novo ciclo de oscilação é produzido. Na figura 119 também temos as formas de onda dos sinais que podem ser gerados pelo circuito. Figura 119 Podemos dizer que este componente é o equivalente de estado sólido da lâmpada neon. Com os osciladores com unijunção podemos produzir sinais de fração de hertz até algumas centenas de quilohertz. Símbolo e Aspecto Na figura 120 mostramos o símbolo usado para representar o transistor unijunção e o aspecto do tipo mais popular que é o 2N2646. Figura 120 Especificações Como em outros tipos de transistores, o mais comum é que os transistores unijunção sejam especificados por um código de fábrica. Através do manual podemos obter as características principais que são: a) Tensão entre bases (Vbb) - é a máxima tensão que pode ser aplicada entre as bases. Para o 2N2646 esta tensão é de 35 V. b) Tensão entre emissor e base 1(Vb1e) - é a máxima tensão que pode ser aplicada entre estes dois eletrodos. Para o 2N2646 é 30 V. c) Relação intrínseca (η) - a posição da junção de emissor determina o modo como a tensão entre as bases vai ser dividida. Este valor é usado para calcular o ponto de disparo com tensões determinadas. Para o 2N2646, este calor varia entre 0,56 e 0,75. d) Resistência entre bases (Rbb) - é a resistência ohmica que encontramos entre as bases. Os valores típicos para o 2N2646 estão entre 4,7 e 9,1 k oms. e) Corrente de pico de emissor (Ie) - é a máxima corrente que pode circular entre o emissor e a base 1 quando o transistor é disparado. Onde são encontrados O transistor unijunção não é um componente moderno, sendo introduzido no mercado em torno de 1960. Hoje existem muitos circuitos integrados que fazem a mesma função e de forma mais completa. Assim, os transistores unijunção podem ser encontrados mais em equipamentos antigos. Para o circuito de relaxação que vimos, a fórmula que permite calcular a frequência de operação é: f = 1 / [ R x C x ln( 1 / 1 - η ) ] Onde: f é a frequência em hertz (Hz) R é a resistência em ohms C é a capacitância em farads Ln é o logaritmo natural η é a relação intrínseca Como Testar Usando um multímetro podemos fazer dois testes básicos para verificaro estado de um transistor unijunção: a) A resistência entre as duas bases em qualquer sentido deve estar entre 4 e 12 k ohms tipicamente b) Colocando as pontas de prova entre o emissor e a Base 1 devemos ter uma alta resistência num sentido e uma baixa resistência no sentido oposto (indicando o estado da junção PN). No entanto, o melhor meio de se testar um transistor deste tipo é com um simples circuito de prova que é mostrado na figura 121. Figura 121 Se o transistor estiver bom o LED vai piscar. TRANSISTOR PROGRAMÁVEL UNIJUNÇÃO (PUT) Se bem que este componente opere da mesma forma que um transistor unijunção sua estrutura é diferente. Trata-se de um semicondutor de quatro camadas da família dos tiristores e que tem a estrutura mostrada na figura 122. Figura 122 A diferença básica entre o transistor unijunção e o PUT está no ponto de disparo. No PUT este ponto pode ser programado por um divisor de tensão ligado no terminal de anodo, conforme mostra a figura 123. Figura 123 O PUT é usado nas mesmas aplicações e da mesma forma que o transistor unijunção como oscilador de baixa frequência. Símbolo Na figura 124 temos o símbolo adotado para representar o PUT. Figura 124 Especificações Os PUTs são identificados por números de fábrica devendo ser consultadas as folhas de dados para se obter mais informações. Onde são usados O PUT não é um dispositivo muito comum nos equipamentos modernos. Basicamente eles serão encontrados em circuitos nos quais se deseja gerar um sinal dente de serra de baixa frequência. Teste Na figura 125 temos um circuito simples para o teste de PUTs. Se o componente estiver bom o LED vai piscar. Figura 125 TRANSISTORES DE EFEITO DE CAMPO (FETs) FET é a abreviação de Field Effect Transistor ou transistor de efeito de campo. O FET é um dispositivo que pode ser usado nas mesmas aplicações que os transistores bipolares, ou seja, como amplificador, chave ou oscilador. O FET básico é formado por uma peça de material semicondutor N no qual duas regiões P são formadas deixando entre elas um canal, conforme mostra a figura 126. Figura 126 A corrente através do canal de material N pode ser controlada por uma tensão aplicada a material N. Variações pequenas da tensão aplicada ao terminal de comporta (gate ou G) provocam então variações de corrente maiores entre o dreno (drain = d) e fonte (source = s). Enquanto os transistores bipolares são típicos amplificadores de corrente, os FETs são típicos amplificadores de tensão. O FET pode ser encontrado em dois tipos básicos: canal N e canal P conforme o material usado. Este tipo básico de transistor de efeito de campo onde existe uma junção entre os materiais P e N é também chamado de FET de junção ou JFET. Na figura 127 temos um circuito básico usando um FET deste tipo como amplificador de sinais. Figura 127 O FET pode ser usado nas mesmas configurações básicas em que os transistores de junção são ligados, conforme mostra a figura 128. Figura 128 Atenção: Os FETs são dispositivos sensíveis. Uma carga estática pode danificá-los. Nunca segure-os pelos terminais. Símbolos e tipos Na figura 129 mostramos os símbolos usados para representar os FETs assim como os aspectos mais comuns. Figura 129 Observe que não existe nenhuma diferença externa entre os transistores bipolares comuns e os FETs. Para saber qual é um ou qual é outro somente conhecendo o tipo ou tendo o diagrama do aparelho onde eles são usados. Especificações As especificações elétricas dos FETs são importantes para se saber qual é o substituto numa aplicação ou ainda para se poder testar um que tenhamos em mãos. As principais especificações são: a) Máxima tensão entre dreno e fonte (Vds) - é a máxima tensão que o transistor pode manusear sem queimar. Para os tipos comuns está entre 20 e 60 V. Esta especificação também pode ser dada como Vds(max). b) Máxima corrente de dreno (Id) - é a máxima corrente que pode atravessar o componente quando em operação. c) Transcondutância - trata-se da medida equivalente ao ganho dos transistores bipolares. A transcondutância é medida em Siemens (S). Em algumas publicações antigas e diagramas encontramos a antiga unidade mho (ohm escrita ao contrário ou o símbolo ômega "de cabeça para baixo"). d) Potência de dissipação (Pd) - é a mesma especificação dos transistores bipolares, sendo medida em watts. Onde são encontrados Os JFETs são encontrados em circuitos onde sinais devam ser gerados, controlados ou amplificados. Eles tanto podem ser usados no modo linear, como amplificadores ou como chaves. Na figura 130 mostramos um circuito típico onde um FET é usado como amplificador para sinais de um microfone ou outro transdutor. Figura 130 Quando substituindo um FET é importante conhecer o tipo, e se um substituto diferente for usado, é preciso saber qual é a disposição de seus terminais de comporta, dreno e fonte. Testando Podemos detectar se um FET tem problemas na junção medindo-a com o multímetro. No entanto, o teste mais completo deve ser dinâmico feito com aparelhos especiais. Na figura 131 mostramos as resistências típicas que encontramos ao testar um FET com o multímetro. Figura 131 MOSFETs Transistores de Efeito de Campo MOS (Metal Oxide Semiconductor) ou MOSFETs são dispositivos derivados dos transistores de efeito de campo comuns, mas com algumas mudanças na sua estrutura. Conforme mostra a figura 132, no MOSFET temos uma fina camada de óxido de metal (que dá nome ao dispositivo) que isola o substrato da região de comporta, em lugar da junção encontrada no JFET. Figura 132 No entanto, o funcionamento do MOSFET é o mesmo: uma tensão aplicada no terminal de comporta provoca variações ou controla a corrente que flui entre o dreno e a fonte. Isso significa que os MOSFETs podem ser usados nas mesmas aplicações que o JFET, mas com algumas vantages. Alerta: A camada de óxido que isola a comporta do substrato é extremamente fina e pode ser rompida por descargas estáticas. O simples toque dos dedos no terminal de um componente deste tipo pode provocar uma descarga estática que fura esta camada e danifica o componente. Símbolos e Aspectos Na figura 133 temos os símbolos adotados para representar os dois tipos de MOSFETs que existem além de seu aspecto mais comum. Figura 133 Nota: Como os demais dispositivos semicondutores, os MOSFETs tanto de pequena potência como de potências elevadas também estão disponíveis em invólucros SMD. Veja que também existem MOSFETs em que podemos integrar duas comportas, ou seja, podemos controlar a corrente entre o dreno e a fonte a partir de dois sinais diferentes. Os MOSFETs comuns são dispositivos se baixa potência, sendo necessário que o eletricista tenha diagramas ou folhas de dados do fabricante para conhecer melhor um tipo que seja encontrado num equipamento. Especificações Um MOSFET é identificado por um código de fábrica. Através dele pode-se chegar as folhas de especificações e com isso saber como ele se comporta numa aplicação. As principais características que devemos observar neste tipo de componente são: a) Máxima tensão entre dreno e fonte (Vds) - é a máxima tensão que o transistor pode manusear sem queimar. Para os tipos comuns está entre 20 e 60 V. Esta especificação também pode ser dada como Vds(max). b) Máxima corrente de dreno (Id) - é a máxima corrente que pode atravessar o componente quando em operação. c) Transcondutância - trata-se da medida equivalente ao ganho dos transistores bipolares. A transcondutância é medida em Siemens (S). Em algumas publicações antigas e diagramas encontramos a antiga unidade mho (ohm escrita ao contrário ou o símbolo ômega "de cabeça para baixo"). d) Potência de dissipação (Pd) - é a mesma especificação dos transistores bipolares, sendo medida em watts. Onde são encontrados Os MOSFETs são encontrados em circuitos de áudio e alta frequência como por exemplo, amplificadores, driver de motores, solenoides, shields, eletrodomésticos, VCRs,DVDs, walk-talkies, etc. Em muitos equipamentos mais modernos as funções destes componentes estão embutidas em circuitos integrados. Como Testar O MOSFET pode ser testado medindo-se as resistências entre seus terminais com um multímetro. Na figura 134 mostramos os resultados que devem ser obtidos nestes testes. Figura 134 FETs DE POTÊNCIA (Power FETs) Power FETs ou Power MOSFETS são FETs especiais projetados para conduzir altas correntes sob regime de altas tensões. Estes FETs são encontrados em muitas aplicações modernas no controle de motores, solenoides e outras cargas de alta potência. A estrutura e o princípio de funcionamento do MOSFET de potência é a mesma dos MOSFETs comuns exceto pela sua alta capacidade de controle. Assim, as principais diferenças estão no tamanho da pastilha de material semicondutor de silício e no processo de fabricação. A principal vantagem encontrada no emprego dos Power MOSFETs em muitas aplicações está no fato de que, quando conduzindo eles apresentam uma resistência extremamente baixa entre o dreno e a fonte (chamada Rds). Como o dispositivo praticamente não têm resistência, a quantidade de calor que ele dissipa é mínima. Este fato permite que ele controle correntes muito intensas praticamente sem dissipar calor. MOSFETs de potência comuns podem controlar correntes de dezenas e até centenas de amperes dissipando um mínimo de calor. Símbolo e Aspecto Na figura 135 temos os símbolos adotados para representar os dois principais tipos de MOSFETs de potência assim como os aspectos. Figura 135 Como qualquer outro componente de potência, os MOSFETs de alguns tipos precisam ser montados em radiadores de calor. No entanto, existem alguns tipos muito pequenos para montagem em superfície que dispensam este recurso. Existem também tipos em invólucros metálicos e SMD, como já indicamos. Especificações Os Power MOSFETs são especificados por um número de fábrica. De posse deste número, consultando manuais ou folhas de dados podemos chegar as especificações. As principais são: a) Máxima tensão entre dreno e fonte (Vds) - é a máxima tensão que o transistor pode manusear sem queimar. Para os tipos comuns está entre 20 e 600 V. Esta especificação também pode ser dada como Vds(max). b) Máxima corrente de dreno (Id) - é a máxima corrente que pode atravessar o componente quando em operação. Os MOSFETs de potência mais comuns podem controlar correntes de 1 a mais de 100 A . c) Potência de dissipação (Pd) - é a potência máxima que o componente pode dissipar. Existem tipos comuns que chegam a mais de 200 W. d) Resistência entre dreno e fonte (Rds) - trata-se da resistência que o componente apresenta a plena condução (on). Esta resistência é muito importante pois determina a quantidade de calor que o componente vai dissipar numa aplicação. Quando menor for o valor da Rds(on) de um MOSFET de potência mais eficiente ele é no controle de correntes elevadas. Tipos comuns podem ter uma resistência entre dreno e fonte menor que 0,02 ohms. Onde são encontrados Muitos equipamentos modernos usam MOSFETs de potência para o controle de motores, solenoides e outras cargas de alta corrente. Como nos demais transistores, também podemos encontrar os MOSFETs de potência operando no modo linear na amplificação de sinais. Na figura 136 temos duas configurações típicas em que estes componentes são usados. Figura 136 Observe que, quando uma tensão positiva é aplicada à comporta de um MOSFET de canal N, ele conduz intensamente a corrente alimentado o dispositivo que está ligado no seu dreno. Uma outra função importante em que encontramos os MOSFETs de potência é nas fontes chaveadas ou Switched Mode Power Supplies (SMPS) cujo diagrama simplificado é mostrado na figura 137. Figura 137 Neste circuito, controlado por um oscilador PWM o transistor de efeito de campo liga e desliga com uma chave aplicando pulsos num transformador. Este sinal induz uma tensão no secundário que depois de alterada e retificada serve para alimentar os circuitos externos. Para controlar a tensão de saída desta fonte um sinal é aplicado ao oscilador alterando a duração dos pulsos. Quando a tensão cai os pulsos aumentam sua largura para compensar este efeito. Como alteramos ou modulamos a largura dos pulsos para manter a tensão este tipo de fonte comutada usa uma tecnologia denominada PWM (Pulse Width Modulation) ou modulação de largura de pulso. Uma outra aplicação para os FETs de potência é mostrada na figura 138. Figura 138 Nela usamos transistores de efeito de campo complementares, cada qual amplificado metade do semiciclo do sinal de áudio. Com esta técnica se obtém uma amplificação de muito alta potência com pequena distorção. Este tipo de circuito é encontrado em amplificadores de áudio de alta qualidade. Como Testar Um multímetro pode ser usado para testar os Power MOSFETs da mesma forma que os MOSFETs comuns. Num transistor bom temos altas resistências entre todos os terminais. Uma baixa resistência em alguma medida indica um transistor danificado. IGBT Este é o acrônimo para Isolated-Gate Bipolar Transistor. Trata-se de um semicondutor que é metade FET e metade bipolar. Assim, a corrente principal é conduzida entre um coletor e um emissor como num transistor bipolar, mas esta corrente é controlada por uma tensão aplicada numa comporta, como num FET. Os IGBTs reúnem as vantagens dos dois componentes e por isso podem ser usados no controle de dispositivos de potência, sendo encontrados principalmente em aplicações industriais. IGBTs são usados para controlar solenoides, motores, em fontes chaveadas e em muitas outras aplicações importantes onde o controle de altas correntes a partir de tensões é necessário. Simbolo O símbolo adotado para representar um IGBT é mostrado na figura 139. Figura 139 O aspecto externo é o mesmo de qualquer transistor de potência comum (Bipolar ou Power MOSFET) de modo que para saber se é um IGBTs temos de nos basear no seu número de fábrica. Especificações Os IGBTs são identificados por números de fábrica. A partir deles podemos obter suas principais características elétricas que são: a) Tensão máxima entre coletor e emissor (Vce(max)) - é a máxima tensão que pode ser aplicada ao dispositivo. b) Corrente máxima de coletor (Ic(max)) - é a máxima corrente que o componente pode conduzir quando chaveado. c) Potência de dissipação (Pd) - é a máxima quantidade de energia que pode ser convertida em calor em cada segundo (em watts). Onde são usados Os IGBTs são encontrados principalmente em máquinas industriais, inversores de potência e em outros dispositivos de comutação de alta potência. Os IGBTs são sempre montados em dissipadores de calor. Nos equipamentos das instalações elétricas domiciliares os IGBTs ainda não são muito comuns. Em muitos casos, os IGBTs podem substituir diretamente Power MOSFETs. Teste O teste mais simples é o de continuidade com o multímetro. A resistência entre a comporta (gate) e os demais terminais deve ser muito alta assim como a resistência entre coletor e emissor. DIODO CONTROLADO DE SILÍCIO (SCR) SCR é o acrônimo de Silicon Controlled Rectifier ou Diodo Controlado de Silício é um dos mais importantes dos componentes eletrônicos encontrados em instalações elétricas de todos os tipos pois ele pode controlar diretamente circuitos de corrente alternada. O SCR é um dispositivo semicondutor de quatro camadas da família dos tiristores. Os tiristores são dispositivos destinados ao controle de potência principalmente em circuitos de corrente alternada. Os SCRs funcionam como chaves comutadores de estado sólido que podem controlar correntes de até centenas de amperes sob tensões que ultrapassam 1 000 volts, conforme o tipo. O SCR é um componente muito importante para os eletricistas e eletrotécnicos que desejam entender um pouco de eletrônica pois ele é encontrado numa infinidade de dispositivos que são alimentados pela rede de energia. Na figura 140 temos a estrutura básica de um SCR e um circuitoequivalente que nos permite analisar seu princípio de funcionamento. Figura 140 Na operação básica quando alimentamos um circuito com um SCR, nenhuma corrente pode circular entre o anodo e o catodo pois os dois transistores estão desligados (cortados). No entanto, se aplicarmos na comporta (gate = G) uma tensão positiva, ela faz com que o transistor NPN conduza e com isso a corrente de seu coletor vai diretamente para a base do transistor PNP que também entra em condução. O resultado é que agora a corrente de coletor do transistor PNP realimenta o NPN e não precisamos mais de uma tensão de comporta para manter os dois transistores em condução. O conjunto "liga" e uma forte corrente pode circular entre o anodo e o catodo (A e K) mesmo depois de desaparecer o sinal de disparo aplicado em G. Para desligar o SCR é preciso interromper por um momento a corrente ou então reduzir a corrente no circuito até o ponto em que a realimentação cesse. Na figura 141 temos um modo simples de desligar um SCR que consiste em se colocar em curto o anodo e o catodo por uma chave de modo que a tensão entre estes elementos se reduza a zero. Figura 141 Observe que o SCR funciona como um diodo, ou que quer dizer que a corrente só pode circular num sentido. O símbolo, que veremos mais adiante, é justamente o de um diodo com uma comporta. Os SCRs comuns precisam de correntes muito baixas para disparar, alguns com correntes de 100 uA, e podem conduzir correntes de diversos amperes. Num circuito de corrente alternada, uma vez disparados os SCRs conduzem apenas metade dos semiciclos da tensão, conforme mostra a figura 142. Figura 142 Recursos podem ser agregados aos seus circuitos para que ele controle os dois semiciclos da corrente alternada daí ser este componente muito encontrado em muitos aparelhos de uso domésticos alimentados pela rede de energia. Símbolo e Aspecto Na figura 143 temos o símbolo adotado para representar os SCRs os aspectos dos tipos mais comuns. Figura 143 Veja que os tipos mais usados possuem recursos para montagem em radiadores de calor. Especificações Os SCRs são identificados por um código de fábrica. Uma série muito comum é a TIC da Texas como tipos como o TIC106 e outros, além da série MCR como o MCR106 da Motorola. No entanto, o prefixo TIC também serve para designar outros componentes da família dos tiristores. De posse das folhas de dados de um SCR devemos estar atento para as seguintes características deste componente: a) Tensão máxima entre anodo e catodo - é a tensão máxima que pode ser aplicada ao SCR quando ele está desligado. Esta tensão pode variar entre 50 V e 1000 V para os tipos comuns. Em alguns tipos ela abreviada como Vrrm ou Vdrm. b) Corrente máxima - é a maior corrente que o SCR pode conduzir quando disparado e tanto pode ser dada em valores contínuos como rms. Tipos com correntes de até mais de 50 A podem ser encontrados em algumas aplicações. c) Dissipação - é a potência máxima que o SCR pode dissipar numa determinada aplicação, sendo especificada em watts (W). d) Corrente de manutenção - é a menor corrente que o SCR pode conduzir sem desligar. Esta corrente é indicada também como (IH). Outras especificações podem ser importantes em função da aplicação. Por exemplo, os SCRs também podem ser usados em fontes chaveadas ou na geração de pulsos em frequências relativamente altas. Neste caso, ao se utilizar um SCR é também preciso saber quão rápido ele pode ligar e desligar. Onde são usados Os SCRs podem ser encontrados numa grande quantidade de eletrodomésticos e aplicações na instalação elétrica domiciliar, comercial e mesmo industrial. Um dos circuitos mais comuns usando o SCR é o dimmer ou controle de brilho de lâmpadas que também serve como controle de velocidade para motores e de temperatura para aplicações como aquecedores, secadores de cabelo, etc. Este circuito é mostrado na figura 144 e usa um SCR comum e uma lâmpada neon como elementos básicos. Figura 144 Variações em torno desta configuração podem existir, como o uso de diac em lugar da lâmpada neon, mas o princípio de funcionamento é sempre o mesmo e é o seguinte: Observe a forma de onda senoidal da tensão da rede de energia mostrada na parte superior da figura 145. Figura 145 Se pudermos cortar os pulsos dos semiciclos positivos em diversos pontos, podemos controlar a energia eu passa a um circuito alimentado como, por exemplo, no circuito que vimos na figura 144. Assim, se ajustarmos o potenciômetro P1 para uma posição de baixa resistência o capacitor carrega-se rapidamente a tempo de disparar a lâmpada neon e o SCR no início do semiciclo. O resultado é que a maior parte da energia passa para a carga e ele funciona com maior energia (a lâmpada acende mais forte). Se agora ajustarmos o potenciômetro para uma posição de maior resistência, o capacitor demora mais para se carregar e a lâmpada só dispara no final do semiciclo, juntamente com o SCR. O resultado é que só a parte final dos semiciclos passa e a lâmpada (ou outra carga) recebe menos energia (veja a figura 145). Entre estes dois pontos, podemos ajustar o potenciômetro P1 para disparar em qualquer ponto do semiciclo e assim controlar a potência aplicada à carga. Observe que em qualquer caso, tão logo ocorra o disparo o capacitor descarrega para estar pronto para funcionar da mesma forma no semiciclo seguinte. Em alguns casos não há problema em se operar o circuito com apenas metade dos semiciclos, mas se isso não for conveniente, podemos usar um artifício que é mostrado na figura 146. Figura 146 Neste circuito usamos dois SCRs de modo que um dispare com os semiciclos positivos e o outro com os semiciclos negativos. Outra maneira de se obter um controle de "onda completa" é com o uso de uma ponte retificadora com quatro diodos, conforme mostra a figura 147. Figura 147 Esta ponte "dobra" os semiciclos negativos de modo que tenhamos sobre a carga somente semiciclos positivos e com isso a aplicação total da potência quando necessário. Mas, a melhor solução é a que faz uso de outro dispositivo da família dos tiristores que veremos mais adiante: o triac. A série 106 Uma das séries mais populares de SCRs e que pode ser encontrada numa infinidade de aplicativos, principalmente ligados à rede de energia, é a formada pelos dispositivos 106. São SCRs de alta sensibilidade (60 µA de disparo) com tensões tipicamente de 200 V para a rede de 110 V e 400 V para a rede de220 V. Estes dispositivos podem controlar correntes de até 3,2 A ou 4 A conforme a marca e são fornecidos com diversos nomes a partir dos seguintes fabricantes: TIC106 (Texas Instruments) - sufixo B para 200 V e sufixo D para 400 V MCR-106 (Motorola) - sufixo 4 para 200 V e sufixo 6 para 400 V IR106 (International Rectifier) C106 (General Electric) Teste Os SCRs podem ser testados com um multímetro. Em condições normais temos circuito aberto (alta resistência) entre anodo e catodo nos dois sentidos. Entre a comporta (g) e o catodo (C ou K) temos baixa resistência num sentido e alta resistência no sentido oposto. Outro teste pode ser feito com um circuito experimental de disparo. TRIACs O TRIAC é um outro importante dispositivo da família dos tiristores. Conforme vimos a principal limitação dos SCRs está no fato de serem unidirecionais. Os TRIACs são bidirecionais podendo conduzir a corrente nos dois sentidos quando disparados. Um TRIAC pode ser comparado a dois SCRs ligados em oposição. Na figura 148 temos a estrutura equivalente a este componente e o circuito equivalente. Figura 148 Os terminais MT1 e MT2 são chamados de "Main terminal 1 e Main terminal 2" ou terminal principal 1 e terminal principal 2. Podemos encontrar os TRIACs no controle de potência de motores, brilho de lâmpadas (dimmers), acionamento de solenoides e sistema de aquecimento, da mesma forma que os SCRs. Na figura 149 mostramos um circuito básico de aplicação do TRIAC. Figura 149 A carga a ser controlada (motor, lâmpada, etc) é ligada aoMT1 enquanto que o MT2 vai à rede de energia. Os sinais aplicados ao terminal de controle (gate) determinam o disparo do TRIAC de modo que ele conduza a corrente que alimenta a carga. Levando em conta que o TRIAC está num circuito de corrente alternada, o disparo pode ocorrer de diversas formas tanto em relação à polaridade da tensão naquele instante quanto à polaridade da tensão de disparo. Isso significa que o TRIAC pode operar num dos 4 modos indicados a seguir: Modo I+: MT2 positivo e corrente de comporta positiva Modo I- : MT2 positivo e corrente de comporta negativa Modo III+ : MT2 negativo e corrente de gate positiva Modo III- : MT2 negativo e corrente de gate negativa A sensibilidade ao disparo no modo I+ e III- são maiores. Os TRIACS comuns precisam de apenas alguns miliamperes de corrente para disparar controlando correntes que podem chegar a centenas de amperes. Símbolos Na figura 150 temos o símbolo adotado para representar um TRIAC. Figura 150 O invólucro é o mesmo usado pela maioria dos SCRs e são dotados de recursos para montagem em dissipadores de calor. A identificação dos terminais deve ser feita com base em informações fornecidas pelo fabricante. Especificações Os TRIACs são identificados por um código de fábrica e em sua função devem ser obtidas as características elétricas principais que são: a) Tensão máxima entre MT1 e MT2 - é a tensão máxima que pode ser aplicada ao TRIAC quando ele está desligado. Esta tensão pode variar entre 50 V e 1000 V para os tipos comuns. Em alguns tipos ela abreviada como Vrrm ou Vdrm. b) Corrente máxima - é a maior corrente que o TRIAC pode conduzir quando disparado e tanto pode ser dada em valores contínuos como rms. Tipos com correntes de até mais de 50 A podem ser encontrados em algumas aplicações. c) Dissipação - é a potência máxima que o TRIAC pode dissipar numa determinada aplicação, sendo especificada em watts (W). d) Corrente de manutenção - é a menor corrente que o TRIAC pode conduzir sem desligar. Esta corrente é indicada também como (IH). e) Corrente de disparo - é a corrente necessária ao disparo do TRIAC e pode variar entre 10 mA e 500 mA para os tipos comuns conforme sua corrente máxima controlada. Onde são usados Os triacs são encontrados em muitos equipamentos ligados à rede de energia e até embutidos na rede de energia tais como dimmers e controles de ventilação. Na figura 151 temos um típico controle de potência (dimmer) usando um TRIAC. O componente chamado Diac que faz o disparo do TRIAC será visto nos próximos itens. Figura 151 Este circuito funciona exatamente como o controle que usa um SCR com a diferença que ele pode controlar tanto os semiciclos positivos como negativos da tensão da rede, resultando numa forma de onda conforme a controla na figura 152. Figura 152 Teste A melhor maneira de se testar um TRIAC é com um circuito de prova. No entanto, com o multímetro podemos apenas detectar se ele está em curto quando alguma das medidas entre seus terminais resulta numa resistência muito baixa. Inteferência Eletromagnética (EMI) TRIACs e SCRs são dispositivos comutadores de alta velocidade. Estes dispositivos ligam e desligam até milhares de vezes por segundo. Esta comutação pode causar um sério problema : interferência eletromagnética ou abreviadamente EMI. EMI ou RFI (Interferência por Radio frequência) é a interferência causada por sinais de rádio indesejáveis que são gerados por dispositivos de comutação rápida como tiristores, motores, e muitos outros dispositivos. Estes sinais afetam a operação de equipamentos sensíveis como rádios, televisores, equipamentos de comunicações, etc. Quando um SCR ou TRIAC é usado num controle de potência ocorrem mudanças de alta velocidade da corrente e com isso a geração de sinais num amplo espectro de frequências. A maior parte da energia irradiada se concentram no espectro das baixas frequências (até uns 2 MHz) diminuindo gradualmente mas atingindo frequências tão altas como as da faixa de FM e TV (VHF). Esta interferência é ainda maior quando o SCR ou TRIAC controla cargas indutivas. Um circuito de proteção que minimiza a interferência é mostrado na figura 153. Figura 153 O capacitor e o resistor formam um circuito de amortecimento reduzindo as oscilações de corrente no momento em que tiristor comuta. O ruído num receptor de rádio AM produzido quando um circuito que usa TRIAC ou SCRs é acionado é um exemplo deste tipo de interferência. Em televisores ela aparece como pequenos tracinhos escuros e claros que se sobrepõe à imagem. A interferência pode alcançar receptores de rádio, televisores e outros equipamentos de duas formas. A primeira é por irradiação, sendo captada pela antena do aparelho afetado conforme mostra a figura 154. Figura 154 O sinal indesejável, em geral é muito fraco, alcançando apenas alguns metros e se distribui por um espectro de frequências conforme o mostrado na figura 155. Figura 155 Observe que os rádios AM são os mais afetados assim como os canais baixos de TV em VHF (analógica). Receptores de frequências mais altas são menos afetados. Os receptores que empregam técnicas digitais são menos afetados pois possuem recursos para não reconhecer o ruído. A segunda forma de propagação dos sinais é através da própria rede de energia, conforme mostra a figura 156. Figura 156 Para se evitar o problema de interferência via rede um filtro LC (Bobina - Capacitor) pode ser usado entre o aparelho que interfere e a rede ou o aparelho interferido e a rede. Na figura 157 temos um filtro deste tipo. Figura 157 DIAC O DIAC é outro componente da família dos tiristores sendo usado no disparo de SCRs e TRIACs. O Diac é um dispositivo de quatro camadas que tem um comportamento semelhante ao da lâmpada neon, ou seja, dispara conduzindo intensamente a corrente com uma determinada tensão, da ordem de 20 a 40 V para os tipos comuns. A alta velocidade de comutação do DIAC facilita o disparo de SCRs e TRIACs. Em alguns casos o DIAC pode estar embutido no mesmo invólucro do TRIAC resultando num dispositivo denominado QUADRAC (ver próximo item). Símbolo Na figura 158 temos o símbolo adotado para representar o DIAC e o seu aspecto. Figura 158 Observe que o DIAC é um componente não polarizado. Especificações Os DIACs são indicados por um número de fábrica e eventualmente tela tensão de disparo que tem por valor típico 35 V. Onde são encontrados A aplicação mais comum para o DIAC é no circuito de disparo de SCRs e TRIACs. Isso significa que eles são encontrados principalmente nos equipamentos de controle de potência como dimmers, controles de temperatura, motores, etc de muitos eletrodomésticos ou mesmo associados a uma rede de energia doméstica ou comercial. Teste O multímetro não pode ser usado para testar este tipo de dispositivo, pois não fornece tensão suficiente para dispará-lo. O multímetro pode apenas detectar se ele está em curto, quando apresenta uma baixa resistência. O melhor meio de testar um DIAC é através de um circuito apropriado. QUADRAC O Quadrac é um dispositivo formado por um DIAC e um TRIAC num mesmo invólucro. Este dispositivo é usado principalmente no controle de potência de equipamentos ligados a rede de energia como motores, lâmpadas, aquecedores, etc. Símbolo Na figura 159 temos o símbolo usado para representar um Quadrac. Figura 159 A aparência é a mesma dos transistores de potência, TRIACs e SCRs, sendo dotados de invólucros para montagem em dissipadores de calor. Especificações As especificações dos Quadracs são as mesmas dos Triacs. E, da mesma forma eles são identificados por n úmeros de fábrica através dos quais podemos obter suas características elétricas. Onde são encontrados Os quadracs não são componentes muito comuns em nossos dias. Eles podem ser encontrados em velhos dimmers, controles de potência de motores e aparelhos semelhantes onde a corrente de uma carga de corrente alternada deve ser controlada. Podemos sempre substituí-lospor um Triac e um Diac separados, sem problemas. Teste O multímetro pode apenas revelar se este componente está em curto. Quando isso ocorre uma baixa resistência é medida em alguma combinação das medidas entre terminais. SUS SUS é a abreviação de Silicon Unilateral Switch ou Chave Unilateral de Silício. Trata-se de mais um componente da família dois tiristores, indicado especificamente ao disparo de SCRs pois conduz a corrente num único sentido. O SUS é uma espécie de SCR com uma comporta no anodo onde existe um diodo zener "embutido" que determina sua tensão de disparo, num circuito equivalente ao mostrado na figura 160. Figura 160 A tensão de disparo do SUS normalmente está em torno de 8 V mas é possível alterá-la com o uso de componentes externos. Símbolo Na figura 161 temos o símbolo adotado para representar um SUS. Figura 161 Especificações A principal especificação de um SUS é a sua tensão de disparo ou a tensão do zener interno. Outras especificações incluem a corrente máxima. Os fabricantes identificam o SUS por códigos. Onde são encontrados Os SUS são encontrados nas aplicações em que temos SCRs no controle de potência. Não são componentes muito comuns em aplicações modernos. Testando Um multímetro pode apenas revelar se um SUS está ou não em curto. A determinação do seu funcionamento deve ser feita com um circuito apropriado. SBS SBS é o acrônimo de Silicon Bilateral Switch ou Chave Bilateral de Silício. Trata-se de mais um componente da família dos tiristores que pode ser considerado como dois SUS ligados em oposição, conforme mostra a figura 162. Figura 162 Os SBS são usados no disparo de TRIACs e como possuem um terceiro eletrodo para programação do disparo eles podem ser usados para fixar o ponto de disparo com diversas tensões. Símbolo Na figura 163 temos o símbolo adotado para representar um SBS. Figura 163 Especificações Os fabricantes identificam os seus SBSs por códigos de fábrica. A principal especificação para este tipo de componente é a tensão do zener interno que indica a tensão de disparo sem componentes externos. Onde são encontrados Os SBSs são encontrados principalmente em controles de potência que fazem uso de TRIACs. O SBS não é um componente atualmente em uso o que significa que o eletricista só vai encontrá-los em aplicações mais antigas. Teste Com o multímetro podemos saber apenas se um SBS está ou não em curto, pois todas as resistências devem ser altas no teste convencional. Para um teste dinâmico (de funcionamento) deve ser usado um circuito apropriado. DISPLAYS DE CRISTAL LÍQUIDOS (LCDs) No painel indicador de muitos equipamentos ligados à rede de energia encontramos displays do tipo que acende com segmentos (LEDs) e outro tipo um pouco diferente em que os símbolos são opacos havendo uma superfície luminosa ou iluminada por trás. Estes displays são do tipo de Cristal Líquido ou Liquid Crystal Display - LCD como também são conhecidos. Encontramos estes displays em calculadoras, relógios, medidores de tensão, timers, fornos de micro-ondas, videocassetes, telefones e em muitos outros aparelhos. Os displays de cristal líquido que encontramos em muitos equipamentos aproveitam as propriedades elétricas de certas substâncias que podem mudar deposição quando submetidas a um campo elétrico, conforme mostra a figura 164. Figura 164 Sem capo elétrico presente as moléculas da substância são orientados de modo a deixar a luz passar através delas. Nestas condições a substância é transparente. Quando um campo elétrico é aplicado, as moléculas mudam de posição de tal forma a bloquear a posição. A substância se torna então opaca. Se eletrodos transparentes com o formato do dígito, símbolo ou figura que se deseja apresentar colocados num recipiente cheio com este líquido podemos fazê-los aparecer pela simples aplicação de um sinal. Um tipo comum é o mostrador de 7 segmentos mostrado na figura 165. Figura 165 Os segmentos que são ativados e, portanto se tornam opacos aparecendo são controlados pelo campo criado por uma tensão nos terminais correspondentes. Displays mais complexos com figuras e símbolos podem ser elaborados com seu funcionamento controlado por microcontroladores, como por exemplo, em minigames, computadores, etc. Os LCDs precisam de circuitos especiais para serem ativados porque o circuito não só deve reconhecer a combinação de eletrodos ativados como também opera com corrente alternada. Se for usada uma tensão DC ocorre um fenômeno de eletrólise que estraga os eletrodos. Símbolos e aparências Na figura 166 temos a aparência de alguns conjuntos de LCDs que podem ser encontrados em diversas dimensões e formatos nos equipamentos eletrônicos. Figura 166 Os displays apresentados são do tipo numérico, ou seja, apresentam apenas números, mas podemos ter tipos alfanuméricos que podem apresentar letras e números. Especificação Os LCDs são indicados por um código de fábrica. No entanto, informações importantes podem ser agregadas como por exemplo: Se o LCD é de uso geral ou específico. No caso do uso geral, eles podem ser numéricos e alfanuméricos sendo importante saber o número de dígitos que apresentam ou o número de símbolos. O modo que eles são organizados, em linhas e colunas (número delas) também é importante. Os tipos específicos já possuem um padrão de desenhos e símbolos que não pode ser modificado. Eles aparecem, por exemplo, no painel de videocassetes, fornos de microondas e outros aplicativos onde já existem eletrodos com formato de símbolos correspondentes às informações que devem ser apresentadas. Onde são encontrados Todas as aplicações que possuam uma interface com o usuário onde são apresentadas informações usam displays. Eles podem ser tanto do tipo com LED como de cristal líquido. Assim, encontramos LCDs em rádios, videocassetes, fornos de micro-ondas, computadores portáteis, agendas eletrônicas, telefones celulares, etc. Como testar Testes simples com multímetros ou outros equipamentos não fornecem informações seguras sobre o estado deste componente. VÁLVULAS Se bem que a maioria dos equipamentos modernos já não use mais válvulas, elas podem ser encontradas em alguns equipamentos mais antigos, principalmente de colecionadores ou ainda em aplicações onde o seu desempenho ainda possa ser considerado insuperável, como, por exemplo, em transmissores de alta potência, equipamentos de áudio de alta qualidade, além de outros. Para entender como funciona uma válvula podemos partir do tipo mais simples que é a válvula diodo. Dentro de um tubo de vidro (ou metal) no qual todo o ar é retirado de modo a se obter o vácuo são colocados um filamento de tungstênio e uma placa de metal, denominada anodo. Os dois elementos em questão não se tocam, conforme mostra a figura 167. Figura 167 Quando o filamento é aquecido, elétrons são emitidos. Se o anodo estiver positivo em relação ao filamento, os elétrons vão fluir para este elemento, estabelecendo assim uma corrente. Se o anodo for feito negativo em relação ao filamento os elétrons serão repelidos e nenhuma corrente pode fluir. Este dispositivo conduz a corrente num único sentido, exatamente como vimos no caso dos diodos semicondutores. Podemos usar um eletrodo diferente para emitir os elétrons, sendo este denominado catodo, o efeito obtido será o mesmo: ao ser aquecido pelo filamento o catodo emite elétrons. Se agora, colocarmos uma grade metálica entre o anodo e o catodo, novas propriedades elétricas serão observadas. Figura 168 Uma tensão aplicada a esta grade pode controlar o fluxo de elétrons entre o catodo e o anodo. Por exemplo, se aplicarmos uma tensão negativa à grade os elétrons serão repelidos e nenhuma corrente flui para o anodo. Por outro lado, se uma tensão positiva for aplicada os elétrons serão atraídos e passam para o anodo, fluindo corrente. Se um sinal for aplicado à grade de uma válvula deste tipo, denominada TRIODO, ele pode ser amplificado, aparecendo com maior intensidadeno anodo. Outros elementos podem ser acrescentados internamente à válvula como, por exemplo, anodos secundários, novas grades resultando assim em válvulas de diversos tipos como tetrodos, pentodos, hexodos, etc. As válvulas precisam ser aquecidas para funcionar, o que é conseguido pela aplicação da tensão no filamento que para os tipos comuns varia entre 1,5 e 110 V. Por outro lado, para termos uma corrente entre anodo e catodo devemos usar alta tensão. Assim, os circuitos que usam válvulas operam tipicamente com tensões entre 80 e 1000 volts. Tanto pelo alto consumo de energia necessário ao aquecimento, como pelas altas tensões as válvulas são elementos impraticáveis em equipamentos portáteis. Símbolos e aspectos Na figura 169 temos os símbolos dos principais tipos de válvulas e também os aspectos dos tipos mais comuns. Figura 169 Especificações As válvulas são identificadas por um código que pode nos revelar alguma coisa sobre as suas características. Assim, para as válvulas de nomenclatura americana o primeiro número indica a tensão que devemos usar para aquecer o filamento. Por exemplo: 6C4 = 6,3 V 12AV6 = 12 V 50C5 = 50 V Para as válvulas de nomenclatura europeia temos na indicação as informações sobre sua configuração. Por exemplo: ECC83 - Duplo triodo (dois C) No entanto, o melhor é ter um manual de válvulas, caso o leitor se defronte muito com este tipo de componente em seu trabalho. Outra possibilidade consiste em se consultar muitos manuais "on line" que estão disponíveis na Internet. Onde são encontradas A maioria das válvulas é encontrada em rádios, televisores e outros aparelhos antigos (anteriores a 1960) e basicamente têm as mesmas funções e configurações que os transistores conforme mostra a figura 170. Figura 170 Para recuperar um aparelho que tenha válvulas o profissional precisa ter um bom fornecedor (que ainda existem). Muitos deles podem ser encontrados na Internet e vendem as válvulas pelo correio. Em alguns casos é possível substituir a válvula por componentes modernos como no caso dos diodos, mas em outros não. Testando O principal defeito das válvulas é ter o filamento interrompido, quando dizemos que elas se encontram queimadas. Assim, o teste mais simples que pode ser feito é com o multímetro. Coloca-se o multímetro na escala de resistências e mede-se a resistência entre os pinos do filamento. Para isso é preciso observar o diagrama do aparelho ou a própria válvula, ou ainda ter um manual, para saber quais são estes pinos. A resistência deve ser baixa, da ordem de 2 ou 3 ohms a 100 ou 200 ohms conforme o tipo. Uma resistência infinita indica que o filamento e, portanto a válvula está queimada. Para outros testes (teste dinâmico ou de emissão) existem aparelhos apropriados, que, no entanto, são cada vez mais raros. Um problema muito comum que ocorre é que as válvulas tem os seus filamentos ligados em série em alguns aparelhos. Assim, quando uma queima, todas as demais apagam. O profissional deve então testar uma a uma para saber qual foi a responsável pelo problema. CIRCUITOS INTEGRADOS Na realidade, não podemos considerar o circuito integrado um componente eletrônico, mas sim um conjunto de componentes fabricados numa pastilha de silício já interligados e montados num invólucro comum. A ideia básica do circuito integrado surgiu ao se tentar responder as seguintes questões: Porque temos de fabricar todos os componentes de um circuito separadamente e depois interligá-los para obter o aparelho que desejamos? Não seria possível fabricar todos os componentes num único processo já interligados de modo a termos o aparelho ou o circuito que desejamos? A resposta para estas questões veio na forma do circuito integrado ou CI (nas publicações em inglês IC). O circuito integrado consiste numa pequena pastilha de silício que contém um determinado número de componentes tais coo transistores, resistores, diodos e capacitores, já interligados por trilhas ou regiões condutoras de modo a formar um circuito completo. Os componentes e trilhas são formados por um complexo processo de fabricação que envolve a difusão de impurezas, foto-impressão e corrosão. Na figura 171 temos uma ideia de que modo podemos integrar componentes numa pastilha de silício. Figura 171 Num substrato de material N, regiões P podem ser criadas para formar um diodo. Se na região P de um diodo, for difundida uma outra região N teremos um transistor. Um capacitor pode ser formado polarizando-se no sentido inversor uma região P e um N que formam uma junção. Um resistor pode ser formado através de uma região P entre duas regiões N formando uma trilha cujo comprimento, largura e espessura determinam a resistência. Numa única pastilha de silício podemos integrar circuitos completos contendo desde poucos componentes como no caso dos transistores Darlington até milhões de componentes como na pastilha de um microprocessador. A pastilha de Pentium, por exemplo, contém mais de 10 000 000 de componentes integrados! A principal vantagem no uso do circuito integrado está no fato de que ele pode conter o circuito que desejamos quase que completo, precisando apenas de alguns componentes adicionais externos. Assim, no caso de um amplificador, precisamos apenas de poucos capacitores externos, os jaques de entrada e saída e o controle de volume e tom. Os capacitores e os indutores de valores altos são ainda componentes que não podem ser integrados com facilidade, o que significa que se necessários devem ser externos. Veja que, como os circuitos integrados contém um circuito completo, eles existem numa variedade muito grande de tipos e cada tipo só serve para uma aplicação específica. Não podemos usar um CI projetado para ser um amplificador como um controle de potência para um TRIAC ou como um regulador de tensão de uma fonte de alimentação. Símbolo e tipos Na figura 172 temos o símbolo genérico para representar o circuito integrado. Nos diagramas estes símbolos são acompanhados da identificação para podermos saber o que são e o que fazem. Figura 172 O número de terminais varia de acordo com a complexidade do circuito integro podendo ir de 3 a mais de 200, como por exemplo, no caso dos microprocessadores usados nos computadores. Na mesma figura temos os invólucros mais comuns. Nos tipos SIL temos recursos para montagem em radiador de calor. Estes são destinados a operação com sinais de alta pot6encia como reguladores de tensão e amplificadores. Circuitos integrados de alta potência são encontrados em equipamentos de uso comum no controle de motores, solenoides, lâmpadas, etc. Especificações e tipos Existem hoje milhões de tipos diferentes de circuitos integrados. Cada um deles é identificado por um código de seu fabricante e somente com os manuais destes fabricantes podemos saber o que cada um faz. Os que pretendem trabalhar com circuitos integrados precisam saber como encontrar as informações sobre os diversos tipos que vão aparecer no seu dia a dia. A melhor maneira é consultando os "datasheets" e "data books" dos fabricantes que tanto podem ser impressos como acessados pela Internet. Uma forma simples de se obter estas informações é digitando o tipo do equipamento nos programas de busca da Internet como o Google. Aparecem então nos sites das fábricas as folhas de dados no formato PDF as quais podem ser consultadas na tela ou impressas para maior facilidade de uso. No entanto, existem algumas funções que são tão comuns que seus circuitos integrados se tornaram populares e todos usam. Assim, para estes circuitos integrados mais comuns é importante que o profissional eletricista que vai trabalhar com eletrônica tenha algum conhecimento. São circuitos de uso geral que incluem funções analógicas e digitais tais como reguladores de tensão, amplificadores operacionais, amplificadores de áudio, timers, etc. Para maior facilidade de entendimento dividimos estas funções comuns em dois grandes grupos: analógicas e digitais. Analógicas Circuitos integrados analógicostrabalham com correntes contínuas e também com sinais analógicos, ou seja, sinais de áudio, vídeo, RF, etc. Um sinal analógico pode assumir qualquer valor entre dois limites. Eles são diferentes dos sinais digitais que assumem apenas dois valores fixos que representam 0 e 1. No grupo dos circuitos integrados analógicos encontramos os reguladores de tensão, amplificadores, operacionais, amplificadores de áudio, etc. Vamos analisar cada um separadamente: Reguladores de Tensão A finalidade de um regulador de tensão é manter constante a tensão que alimenta um circuito independentemente de seu consumo (quando a corrente varia) ou quando a tensão de entrada varia. Uma das séries mais populares é a de reguladores de 3 terminais 78XX, em que o XX do tipo indica a tensão de saída. Assim, o 7806 é um regulador de 6 V que pode fornecer correntes de até 1A . O 7812 fornece 12 V sob corrente de até 1 A, e assim por diante. Fontes chaveadas e fontes variáveis também usam outros circuitos integrados bastante conhecidos. O LM350, por exemplo, pode ter ajustada a tensão de saída para valores entre 1,2 e 30 V sob corrente de até 3 A . Estes reguladores, por controlarem correntes elevadas vêm em invólucros que permite a montagem em radiadores de calor. Símbolos e aspectos Na figura 173 temos o símbolo adotado para representar estes componentes e os aspectos dos tipos mais comuns. Figura 173 Especificações Como qualquer outro tipo de circuito integrado eles são especificados pelos códigos de fábrica. No entanto, quando trabalhamos com estes CIs precisamos estar atentos a três de suas principais especificações: a) Tensão máxima de entrada - é a máxima tensão que podemos aplicar na entrada do CI. b) Tensão de saída - que é a tensão que o circuito integrado vai entregar ao circuito de saída e que tanto pode ser fixa como estar numa faixa de valores. c) Corrente máxima de saída - que é a corrente máxima que o circuito alimentado pode consumir. Na figura 174 temos um exemplo de fonte de alimentação variável em que usamos um LM350 para fornecer tensões de 0 a 20 V com até 3 A de saída. Figura 174 Onde são encontrados Os reguladores de tensão são encontrados em praticamente todos os equipamentos eletrônicos modernos. Eles garantem que os circuitos eletrônicos sensíveis recebam uma tensão constante independente de variações que ocorrem no próprio circuito ou na tensão de entrada. Estes circuitos ficam normalmente numa etapa denominada "fonte de alimentação" que gera a tensão contínua que alimenta os diversos estágios de um aparelho. Teste O teste mais simples de um CI regulador consiste em se aplicar na sua entrada uma tensão pelo menos 2 V maior do que a se espera na saída, e verificar se na saída temos a tensão espetara. O multímetro pode ser usado para se medir esta tensão de saída. Normalmente, basta verificar se no circuito em que ele se encontra, a tensão no terminal de saída confere com a esperada. Amplificadores Operacionais Amplificadores operacionais (AO ou OA) são circuitos de uso geral que originalmente foram criados para fazer operações matemáticas com sinais elétricos em antigos computadores analógicos. Um amplificador operacional tem uma entrada inversora (-), uma entrada não inversora (+) e um terminal de saída. Os sinais aplicados na entrada inversora têm sua fase invertida ao serem amplificados, conforme mostra a figura 175. Figura 175 Um amplificador operacional ideal tem uma impedância de entrada infinita e uma impedância de saída nula. Os tipos reais, entretanto, possuem impedância de entrada muito alta (muitos megohms) e impedância de saída muito baixa (algumas dezenas ou centenas de ohms). O ganho (número de vezes que ele amplifica um sinal) depende do circuito de realimentação normalmente um resistor ou rede ligada entre a saída e a entrada inversora, conforme mostra a figura 176. Figura 176 Quanto mais alto for o resistor no circuito de realimentação, maior será o ganho do amplificador operacional. Valores entre 1 e 1 000 000 são comuns nas aplicações práticas. O circuito que tem ganho unitário, onde a saída é ligada à entrada inversora é chamado "seguidor de tensão". Os amplificadores operacionais podem ser encontrados numa infinidade de tipos e configurações. Existem casos em que num único circuito integrado podemos encontrar dois e até quatro amplificadores operacionais independentes, mas de mesmas características. Símbolo Na figura 177 mostramos o símbolo adotado para representar um amplificador operacional. Figura 177 Alguns amplificadores operacionais têm entradas adicionais para controles especiais, compensações de frequência e outras. Especificações Os amplificadores operacionais são identificados por um código de fábrica. Existem tipos comuns em que antes do número (que se mantém) temos um grupo de letras que identifica o fabricante. Por exemplo, LM para a National Semiconductor, SN para a Texas Instruments e MC para a Motorola. Do código de fábrica, consultando as filhas de dados ou manuais podemos ter acesso as características elétricas de cada componente. As principais características são: a) Ganho sem realimentação (open loop) - é o ganho máximo do amplificador, sem realimentação. Este ganho varia entre 1 000 a 1 000 000 para os tipos comuns. O ganho normalmente é abreviado pela letra G. b) Faixa de tensões de alimentação - é a faixa de tensões que o amplificador pode operar podendo variar entre 1,5 e 40 V para os tipos comuns Neste ponto devemos observar que em muitas aplicações os amplificadores operacionais precisam de um tipo especial de fonte de alimentação existem tensões negativas e positivas além do terra. Esta fonte chamada "dual" ou "simétrica" ou “dupla” pode ser obtida por duas baterias conforme mostra a figura 178 ou configurações equivalentes. Figura 178 Em alguns documentos ou folhas de dados, é comum que a tensão de alimentação seja referida tendo em conta esta configuração. Assim, falamos em 6-0-6 V de alimentação quando precisamos ter uma tensão positiva de 6 V, uma negativa de -6 e 0 V do terra. Amplificadores para aplicações modernas, como as que usam microcontroladores e baterias de muito baixa tensão, a alimentação pode ser feita por tensões tão baixas como 0,8 V apenas. Outras características importantes dos amplificadores operacionais são: a) Ganho x Faixa Passante - o ganho de um amplificador operacional cai à medida que a frequência do sinal que deve ser amplificado aumenta. A frequência em que o ganho cai a 1 (não há mais amplificação) é indicada como faixa passante do operacional e dada em MHz. Os tipos comuns têm faixas que estão em torno de 1 ou 2 MHz. b) CMRR - é a abreviação de Common Mode Rejection Ratio. Quando dois sinais da mesma amplitude, frequência e fase são aplicados às entradas (inversora e não inversora) de um operacional eles devem se cancelar e nenhuma saída deve ocorrer. A capacidade do operacional e rejeitar estes sinais iguais é a rejeição em modo comum e é medida em dB. Os tipos comuns podem ter CMRR de até 90 dB. Onde são encontrados Os amplificadores operacionais são encontrados principalmente em instrumentação e equipamentos industriais. Tipos comuns como o 741, CA3140, LM324 podem ser encontrados em muitos equipamentos. A função de um amplificador operacional nestes equipamentos normalmente é amplificar sinais de sensores. Testando A melhor maneira de se testar um amplificador operacional é no circuito, medindo-se as tensões nos seus terminais e comparando-as com o diagrama original. Para testar amplificadores operacionais fora do circuito é preciso montar um circuito de teste experimental, o que em geral não é muito complicado. Amplificadores de Áudio Amplificadores de áudio completos com potências que vão de alguns miliwatts (como os usados em aparelhos portáteis) até mais de 100 W (usados em som doméstico) podem ser encontrados na forma de circuitos integrados. Alguns circuitos possuem também as etapas de preamplificação e outras necessárias ao equipamentocompleto. Como neste tipo de circuito normalmente são necessários capacitores de grandes valores (eletrolíticos e outros) que não podem ser integrados, estes componentes devem ser instalados como periféricos. Estes amplificadores também podem ter pinos onde são ligados componentes que programam o ganho e outras características conforme a aplicação. Muitos fabricantes colocam no mesmo invólucro de certos tipos dois amplificadores para facilitar a montagem de uma versão estéreo. Símbolos Na figura 179 temos o símbolo adotado para representar um amplificador de áudio com alguns pinos adicionais num circuito já pronto. Figura 179 Especificações Os circuitos integrados deste grupo também são identificador por um número de fábrica. Através deles, pode-se consultar as filhas de dados e manuais para se obter as características elétricas principais que são: a) Potência de saída - é a potência máxima dada em watts rms ou de outro tipo pmpo, por exemplo. b) Tensões de alimentação - é a faixa de tensões de alimentação em que o circuito pode funcionar. c) Impedância de saída - que determina que tipos de alto-falantes e de que modo eles podem ser ligados ou se o amplificador se destina ao uso com fones de ouvido (alta impedância) d) Impedância de entrada, dada em ohms, determina como o sinal deve ser entregue ao amplificador para amplificação e) Ganho - que diz quantas vezes ou de que modo temos a amplificação do sinal em função de eventuais componentes de programação externa. f) Curvas de operação que indicam a fidelidade do amplificador na amplificação de sinais conforme sua frequência. Nestas curvas pode-se observar também a distorção que indica justamente a qualidade do amplificador. Onde são encontrados A maioria dos amplificadores de áudio modernos, equipamentos de som, aparelhos que usam fones de ouvido ou alto-falantes possuem um circuito integrado amplificador de áudio. Alarmes, intercomunicadores, porteiros eletrônicos, babá eletrônica, campainhas eletrônicas e muitos outros equipamentos de uso doméstico ligados a uma instalação possuem estes componentes. Nos equipamentos mais antigos em lugar do amplificador integrado encontramos amplificadores que fazem uso de transistores ou mesmo válvulas. Testando O teste de amplificadores de áudio também deve ser feito com base na medida de tensões nos seus terminais. Se for encontrada alguma tensão anormal deve-se antes testar o componente externo que está ligado a este pino, pois a causa da anormalidade pode ser ele. Se o componente estiver bom e a tensão se mantiver alterada a causa pode estar no próprio circuito integrado. Timers ou Temporizadores Outro grupo importante de circuitos integrados da família dos lineares é o formado pelos timers. Estes circuitos têm por função produzir um sinal ou ainda, depois de um intervalo de tempo determinado disparar algum tipo de dispositivo conforme mostra a figura 180. Figura 180 O modo comum de temporização é o monoestável que depois de certo tempo liga alguma coisa. No modo astável, o circuito produz sinais retangulares que podem ser usados com as mais diversas finalidades, conforme mostra a figura 181. Figura 181 Símbolo Na figura 182 temos o símbolo usual para representar um circuito integrado deste tipo. O nome do componente geralmente é colocado no interior do símbolo. Figura 182 O 555 Talvez o mais popular de todos os circuitos integrados é o timer 555, do qual se fabricam mais de 1 bilhão de unidades por ano de diversos fabricantes. O 555 pode aparecer com denominações como LM555, TLC7555. NE555, e muitas outras. Conforme mostra a figura 183 este circuito integrado pode operar de duas formas: astável e monoestável. Figura 183 Na versão monoestável, levando o pino 2 ao nível baixo (aterrando) ele dispara e fica acionado por um tempo que depende de R e de C. Na versão astável ele produz um sinal cuja frequência depende de Ra, Rb e C. Especificações As principais especificações dos circuitos integrados temporizadores são: a) Faixa de tensões de alimentação - é a faixa de tensões em que ele pode funcionar. b) Como calcular a frequência de operação - podem ser dadas informações através de fórmulas, tabelas ou gráficos. c) Corrente de saída - é a máxima corrente que a saída pode drenar ou fornecer quando o circuito está acionado. d) Modos de operação - como no caso do 555 em que temos o modo astável e monoestável, existem alguns outros timers que podem ter diversas modalidades de operação. Onde são encontrados Existem muitas aplicações domésticas ligadas à rede de energia e que envolvem temporização onde o 555 pode ser encontrado. Lâmpadas de corredor que apagam depois de um tempo acionado podem ter em seus circuitos de controle este componente. Como testar Para este circuito integrado também, o melhor modo de se fazer seu teste é através da medida das tensões em seus pinos. Verifica-se antes se o componente ligado ao pino em que a tensão está anormal está em bom estado, pois ele pode ser causa do problema. Outra possibilidade consiste em se montar um circuito de teste numa matriz de contatos. PLL PLL significa Phase Locked Loop e consiste num circuito que pode reconhecer sinais de determinadas frequências ou ainda demodular sinais que sejam modulados em frequência. Trata-se de uma função que pode ser encontrada na forma de circuitos integrados e que encontra utilidade em algumas aplicações domésticas tais como alarmes de passagem, alarmes por ultrassons, intercomunicadores via rede de energia, controles remotos, etc. Um PLL, por exemplo, pode ser usado para reconhecer o sinal enviado por um controle remoto e em sua função acionar um sistema de abertura de portas de garagem ou ainda desarmar um alarme. Símbolo Na figura 184 damos o símbolo geral usado para representar um PLL. Figura 184 Especificações Como qualquer outro circuito integrado os PLLs são identificados por um número de fábrica. A partir deste número podemos ter acesso as suas especificações ou características elétricas. As principais são: Tensão de alimentação - normalmente a faixa de tensões que pode ser usada para sua alimentação. Faixa de frequências - é a faixa de frequências que ele pode reconhecer e operar. Para os tipos comuns ela vai tipicamente até 500 kHz. Sensibilidade - é a intensidade mínima do sinal aplicado a sua entrada que ele pode reconhecer a frequência. Corrente de saída - é a corrente máxima que ele fornece em sua saída quando reconhece o sinal para o qual foi ajustado. Onde são encontrados Eis uma relação de algumas aplicações onde encontramos PLL. Lembramos que um dos tipos mais comuns é o NE567 muito usado em alguns projetos de baixo custo do tipo que relacionamos a seguir: a) Controles remotos - o tom que modula um feixe de radiação infravermelha é reconhecido por um PLL acionando o sistema que abre portas, desativa alarmes ou ainda realiza outras funções simples. b) Intercomunicadores - existe um tipo de intercomunicador que lança na fiação da rede de energia um sinal de alta frequência entre 40 kHz e 200 kHz o qual é modulado por um microfone. Este sinal é separado dos 60 Hz da rede por um PLL que extrai o sinal de áudio para amplificação. Este sistema de intercomunicação é muito usado em babás eletrônicas e intercomunicadores de escritórios. c) Alarmes - um feixe de luz infravermelha é modulado por um tom que é reconhecido por um PLL que mantém o sistema em espera. Se o feixe de luz for cortado, o PLL reconhece a ausência do sinal e dispara o alarme. Como testar O procedimento é o mesmo dos demais circuitos integrados: medindo as tensões nos seus terminais ou através de um circuito de prova. Outras funções lineares Além das funções que vimos existem outras que são igualmente importantes e para as quais podem existir circuitos integrados específicos. Podemos citar os circuitos de controle digital de potência por toque que são usados em dimmers, referências de tensão, módulos de receptor e transmissor de controle remoto e muitosoutros. Digital Os circuitos integrados digitais formam outra família de grande importância para a eletrônica. A eletrônica digital parte da ideia de que podemos representar qualquer quantidade usando apenas os algarismos 0 e 1. Usando apenas estes dígitos podemos representar a quantidades conforme mostra a figura 185 utilizando para isso o sistema binário de numeração. Figura 185 A vantagem do uso desta representação binária é que os circuitos eletrônicos podem manusear os sinais de uma forma mais simples: uma chave aberta ou transistor desligado representa o 0 e uma chave fechada ou transistor ligado representa o 1, conforme mostra a figura 186. Figura 186 Um circuito que opera com apenas dois estados é menos sujeito a problemas de interferências e muito mais preciso, como se pode ver no caso dos microprocessadores. Podemos levar a ideia ao transistor conforme mostra a figura 187. Figura 187 Uma chave fechada na base do transistor leva a tensão de seu coletor a zero e com isso podemos ter o algarismo 0 na sua saída quando o valor na entrada for 1 e vice-versa. Um circuito como este pode inverter os sinais, sendo por isso chamado inversor. Associando transistores de diversas formas podemos realizar uma série de operações matemáticas com os valores binários. E, associando os blocos que realizam estas operações simples podemos realizar operações muito complexas com os números binários como ocorre no caso dos computadores. Certo número de funções básicas existe na forma de circuitos integrados e com elas podemos desenvolver diversos projetos Assim, conforme mostra a figura 188, a partir destas funções podemos ter uma infinidade de circuitos denominados digitais. Figura 188 No primeiro grupo destas funções encontramos as portas ou gates. As portas combinam dois ou mais níveis lógicos (0 ou 1) nas suas entradas para dar uma saída que corresponde a uma determina regra ou função. As regras seguem a matemática desenvolvida por Boole e que é a base da eletrônica digital. Os leitores que desejam ir além podem estudar eletrônica digital e daí entender desde os simples circuitos deste tipo até como funcionam os computadores. Se bem que hoje em dias as funções lógicas estejam integrados nos chips de controladores, processadores e outros chips, existem ainda aparelhos onde elas podem ser encontradas de forma isolada em circuitos simples. Existem algumas famílias de circuitos integrados que consistem em diversas funções que têm as mesmas características elétricas de modo que eles podem ser ligados uns aos outros diretamente para se obter o tratamento mais complexo de um sinal ou a realização de uma função digital mais complexa. As principais famílias lógicas são dos circuitos integrados TTL e CMOS. TTL TTL significa Transistor Transistor Logic e é uma família que tem mais de 1000 circuitos integrados diferentes com, características em comum que permite sua alimentação. Todos eles devem ser alimentados com 5 V. A família normal tem um número enorme de funções como portas, multiplexadores, contadores, memórias, etc. Subfamílias podem ser encontradas quando se deseja mais velocidade ou menor consumo. Os dispositivos desta família são facilmente reconhecidos por terem o número 74 na sua especificação. Exemplo: 7400, 7490, 74121, etc. Para as subfamílias temos uma letra ou duas entre o 74 e o número que se segue. Exemplo: 74L00, 74H121, 74LS04, etc. CMOS Outra família muito importante de circuitos integrados digitais é a conhecida por CMOS. Os circuitos integrados desta família podem ser alimentados com tensões na faixa de 3 a 15 V e tem um consumo muito menor que os TTLs. No entanto, eles são mais lentos. Conhecemos os dispositivos desta família porque a maioria tem por designação um número que começa por 40. Por este motivo também designamos esta família por 40xx onde o xx representa o tipo específico. Exemplo: 4011, 4017, 4001, etc Da mesma forma que no caso dos circuitos TTL, nas saídas e entradas destes circuitos sempre encontramos apenas dois níveis lógicos: 0 ou 1, conforme mostra a figura 189. Os circuitos integrados digitais podem operar no modo sincronizado ou não. Figura 189 Nos circuitos sincronizados as saídas dos blocos lógicos com circuitos TTL ou CMOS estão constantemente mudando de nível gerando sinais conforme mostra a figura 190. Figura 190 Especificações A função dos circuitos integrados digitais TTL ou CMOS são dadas pelo seu tipo. Assim, os usuários destes circuitos integrados precisam ter manuais que indiquem estas funções e que tipo de comportamento eles devem ter. Isso normalmente é feito por meio de tabelas, denominadas "tabelas verdade" em que as saídas são indicadas em função das entradas. Atenção: Os circuitos integrados da família CMOS são sensíveis a descargas estáticas. O simples toque com os dedos nos seus terminais, se estivermos com nosso corpo carregado, pode causar sua queima. Onde são encontrados Equipamentos digitais em geral podem empregar tantos circuitos lógicos TTL como CMOS. Em muitos equipamentos modernos, em lugar de termos diversos chips destas famílias podemos ter um único que substitui todas as funções. No entanto, existem aplicações que realizam funções mais simples e que podem usar de 1 a 10 destes circuitos integrados tais como alares, sequenciais, controles remotos, sistemas de iluminação inteligentes, etc. Um circuito básico pode mostrar ao leitor como são usados estes circuitos. Na figura 191 temos um sistema sequencial. Figura 191 Este circuito usa um CMOS 4017 e produz pulsos em sequência na saída, numa velocidade determinada pelos resistores e capacitores junto ao 555. Uma aplicação para este circuito consiste em ligar a cada saída do 4017 SCRs que alimentam lâmpadas as quais vão acender em sequência num sistema de iluminação decorativa. Com a expansão das aplicações que fazem uso de microcontroladores que operam com tensões muito baixas (da ordem de 0,8 a 1,2 V, famílias de integrados lógicos digitais TTL e CMOS para muito baixas tensões (LVTTL) também podem ser encontradas em muitos equipamentos. O funcionamento é o mesmo. Muda apenas a tensão de alimentação que é muito mais baixa. Teste A melhor maneira de se testar circuitos digitais é com instrumentos apropriados, no caso os analisadores lógicos e outros. O meio mais simples, entretanto é medindo tensões nos terminais, se bem que para termos uma conclusão correta sobre o estado devemos saber exatamente que tipo de nível lógico esperar em cada caso. Consumo, IoT e Embutidos (Embedded) Hoje em dia praticamente qualquer função necessária à implementação de um aparelho eletrônico pode ser obtida num circuito integrado. Para reduzir custos, os fabricantes podem criar suas aplicações, colocando todos os componentes necessários num circuito integrado próprios e usá-lo no seu aparelho. Isso significa que seus produtos usam chips específicos que só servem para aquela aplicação. Como o custo de um chip deste tipo cai pela quantidade em que são fabricados, as placas que os usam de muitos equipamentos se tornam descartáveis. Assim, em muitos casos os equipamentos são do tipo completamente descartável, ou se apresentam problemas as placas é que devem ser trocadas e não os componentes. Outro tipo de tecnologia é aquele que em os dispositivos eletrônicos são chips que controlam as diversas partes de uma máquina, por exemplo os motores, solenoides e bombas de uma máquina de lavar roupas, ou ainda os sensores de um carro. Estes dispositivos podem ser considerado parte integral dos aparelhos que controlam, ou seja, de acordo com o IEEE (Instituto de Engenharia Elétrica e Eletrônica dos Estados Unidos) são definidos como "embutidos" (embedded é o termo inglês para isso). Estes componentes são basicamente microcontroladores, microprocessadores ou DSPs montados em caixas-pretas e ligados as diversas partes do sistema que controlam a partir de cabos. A utilização desta tecnologia está levando a uma nova família de aplicativos de uso doméstico quepassam a fazer parte das instalações elétricas domiciliares e comerciais que são os dispositivos ligados à internet. Isso leva à IoT (Internet of Things) ou internet das coisas, em que dispositivos eletrônicos os mais diversos têm conexão com a internet podendo ser ativados ou controlados a distância (pelo celular, por exemplo) ou ainda “conversar uns com os outros”. Tipos Não existe um símbolo especial para representar estes componentes, mas na figura 192 temos os aspectos de alguns deles. Figura 192 Na maioria dos casos eles fazem parte de um sistema que deve ser trocado na íntegra quando apresenta problemas e por isso são montados com componentes de difícil manuseio, normalmente SMD. Especificações Em alguns casos o fabricante indica o CI por um código de fábrica, mas em outros casos a identificação só pode ser feita pelo próprio fabricante através de sua posição no sistema. Onde são encontrados As funções embutidas são encontradas em carros, brinquedos, games e na maioria dos equipamentos eletroeletrônicos de consumo tais como máquinas de lavar roupa, de lavar pratos, fornos de micro-ondas, etc. Em alguns casos os chips não possuem invólucros comuns sendo simplesmente soldados nas placas e cobertos com uma resina protetora. Relógios e cronômetros também podem usar este tipo de circuito integrado que são chamados "módulos". Como testar Não existe modo simples de testar estes circuito tanto pela dificuldade de acesso nas placas como de acesso aos seus terminais e de informações sobre que tensões devem ser encontradas. Microprocessadores e Microcontroladores Os microprocessadores e microcontroladores representam um outro grande grupo de componentes da família dos circuitos integrados. Num único chip podem ser encontrados milhões de componentes já interligados para realizar operações complexas tanto analógicas como digitais. Na maioria dos casos eles são usados para realizar funções de controle ou automação em máquinas, equipamentos de uso comercial ou doméstico e em muitos outros casos. Um microcontrolador possui diversos blocos como a unidade de entrada e saída (I/O), unidade de processamento, memórias, temporizadores, conversores A/D, etc. Na figura 193 mostramos a estrutura típica de um microcontrolador. Figura 193 Os microprocessadores também são usados para realizar operações matemáticas e lógicas complexas sendo por isso usados em computadores e outros equipamentos. Os microprocessadores operam apenas com dados digitais e retornam os resultados de suas operações na forma digital. Na figura 194 temos um diagrama de blocos simplificado de um microprocessador. Figura 194 Os microprocessadores têm portas I/O (entrada e saída) onde a informação pode ser colocada ou retirada, uma CPU (Unidade Central de Processamento) onde os cálculos lógicos e matemáticos são feitos, uma memória e outros circuitos de apoio. Uma conhecida família de microprocessadores é X86 onde o X pode ser o 2, 3 ou 4 que equipou uma série computadores muito populares (PCs) e que depois passou para outros nomes como Pentium, por exemplo. Na figura 195 temos os aspectos dos chips de alguns microprocessadores conhecidos. Figura 195 Microcontroladores são encontrados em máquinas industriais, carros e outros equipamentos onde eles fazem o controle de funções. Eles tanto podem aparecer na forma de componentes em invólucros comuns como outros tipos miniaturizados. Um tipo de microcontrolador muito usado atualmente é o Arduino que já vem numa placa que permite o desenvolvimento fácil de projetos e que é usada em aplicações comerciais. Temos também os microcontroladores em chips que podem ser encontrados em equipamentos comerciais de uso doméstico como os Atmega (Atmel), PIC (Microchip), MSP (Texas), etc Para usar um microcontrolador num projeto é prece de programação e uma placa de desenvolvimento. Prepara-se no programa o que o microcontrolador deve fazer e depois transfere-se isso para sua memória através da placa de desenvolvimento. Especificações Os microcontroladores e microprocessadores são identificados por um número de fábrica. Através deste número, um livro de dados (databooks) fornece todas as características de programação e uso. DSP Digital Signal Processors ou Processadores Digitais de Sinais (DSP) podem ser encontrados em diversos tipos de equipamento de controle de máquinas industriais, eletroeletrônicos e mesmo embutidos em carros, aviões, barcos e nas instalações elétricos. Estes equipamentos são normalmente usados pelas indústrias que desenvolvem suas aplicações em função de suas características e os programam usando sistemas de desenvolvimento que usam programas e placas como no caso dos microcontroladores. O que é um DSP? Os circuitos analógicos tradicionais operam com sinais como sons, imagens, variações de tensão de um sensor, empregando componentes como transistores, filtros, etc. O circuito analógico se aproveita das propriedades elétricas dos componentes para introduzir alterações no sinal. Por exemplo, um filtro deixa passar sinais de apenas determinadas frequências, um amplificador altera a amplitude de um sinal. Dependendo do se deseja fazer com um sinal, a implementação de um circuito usando componentes comuns pode ser simples, mas não é muito precisa. No entanto, se considerarmos que qualquer tipo de sinal analógico pode ser representado por um número ou uma sequ6encia de números (convertido para a forma digital) por que não realizar a função desejada com o sinal na forma de números? Em lugar de se usar uma rede que deixa apenas determinar passar uma frequência, convertemos o sinal numa série de números em um computador e aplicamos um algoritmo (série de operações lógicas e matemáticas) que reconheça as frequências e amplitudes e os valores indesejáveis são cortados, ficando depois os valores que são convertidos novamente para a forma analógica. Na figura 196 mostramos em diagrama de blocos como um DSP funciona. Figura 196 Partindo do fato de que um computador é preciso e rápido, os resultados apresentados por este tipo de circuito são fantásticos. Muito melhores do que um circuito analógico projetado para a mesma finalidade. O processador num DSP é rápido e pode realizar operações extremamente complexas, tornando possível fazer praticamente tudo o que se deseja com um sinal, dependendo apenas do programa usado. Usando um DSP, o que um circuito pode fazer deixa de depender apenas dos circuitos usados, mas passa a depender basicamente de um programa! Muitos DSPs são usados em equipamentos elétricos e eletrônicos para controlar funções em lugar de microcontroladores. Por exemplo, um fabricante pode comprar um DSP "vazio" e programá-lo para servir de controle de uma máquina de lavar roupas a partir de informações de um painel de controle, sensores de nível de água e temperatura. O DSP processa essa informação e controla o motor, aquecedor e demais funções da máquina. O mesmo DSP, dependendo do programa introduzido pelo fabricante em sua memória, pode realizar funções completamente diferentes, como por exemplo, controlar o injetor de combustível de um carro a partir de informações de um sensor de temperatura, pressão e oxigênio da mistura. É claro que, se um DSP tem problemas numa aplicação a única solução é sair em busca de uma placa do mesmo fabricante que já tem a unidade de reposição programada para aquela função. Veja que o DSP é identificado por um código de fábrica, mas dois DSPs de mesmo código podem estar programados de forma diferente e por isso fazendo coisas completamente diferentes! SMDs SMD é o acrônimo para Surface Mouting Device ou Componente para Montagem em Superfície. Muitos dos dispositivos que vimos até agora neste livro pode ter versões ultraminiaturizadas em que o invólucro é praticamente reduzido a zero de modo que eles ocupem menos espaço e mais ainda, possam ser montados automaticamente com máquinas de alta precisão. Observe que o elemento ativo de um transistor ou de um SCR é apenas uma pequena pastilha de silícioque ocupa uma reduzida proporção de todo o invólucro do componente. O corpo ou invólucro da maioria dos componentes representam até mais de 95% de todo o espaço e peso do próprio componente. A ideia básica dos SMDs é reduzir o tamanho do componente a um mínimo de tal modo a tornar os equipamentos menores e mais leves. Na figura 197 temos as versões SMD de alguns componentes comuns. Figura 197 A tecnologia usada para a montagem destes componentes é chamada SMT (Surface Mounting Technology ou Tecnologia de Montagem em Superfície) assim tanto encontramos as abreviações SMT como SMD para indicar o tipo de tecnologia ou componente encontrado num equipamento. Para o eletricista que vai trabalhar com eletrônica é importante entender que as funções e os circuitos são os mesmos quando comparados aos que usam componentes comuns. O maior problema é trabalhar com componentes tão pequenos quando reparos e substituições são necessários. Existem kits especiais para trabalhos de reparação com componentes SMD que contam com pinças e outras ferramentas delicadas que permitem remover e instalar componentes ultrapequenos. Da mesma forma, existem empresas que fornecem componentes básicos tais como transistores, capacitores e resistores em invólucros SMT para o reparo de equipamentos. Uma solução que se admite nos casos em que existe espaço é trocar um SMD queimado por um equivalente comum de mesma especificação. DIAGNÓSTICO E REPARAÇÃO Uma das finalidades deste livro é dar aos eletricistas e eletrotécnicos alguns conhecimentos básicos de eletrônica que sejam necessários para se poder fazer alguns reparos simples de equipamentos deste tipo que estejam agregados à instalações elétricas convencionais. Se bem que muitos equipamentos sejam complexos a ponto de necessitarem de ajuda especializada, existem muitos casos em que os problemas são simples e um conhecimento básico de seu princípio de funcionamento e eventualmente dos componentes que falham possibilita a sua localização e consequentemente a reparação. Existem basicamente dois tipos de problemas que podem ser resolvidos pelo eletricista com algum conhecimento de eletrônica: Problemas simples com o próprio circuito eletrônico Problemas com a instalação do aparelho ou sua operação de modo indevido Nesta parte de nosso livro vamos analisar alguns sintomas e causas de problemas que podem ocorrer com equipamentos eletrônicos comuns que estão diretamente ligados à rede de energia quer pela sua alimentação quer seja por estarem embutidos numa instalação. Evidentemente, como não podemos ver, sentir ou cheirar a eletricidade para fazer a análise de alguns dos problemas abordados necessitaremos de alguns instrumentos. Também lembramos que este livro apenas ensina ao leitor como dar os primeiros passos rumo a um entendimento mais profundo da eletrônica. Se o leitor se sentir seguro com o que viu aqui será interessante procurar se aperfeiçoar quer seja, com cursos técnicos especializados ou adquirindo literatura. O primeiro passo Se algum tipo de dispositivo eletrônico não funciona qual deve ser o primeiro passo a ser dado para descobrir a causa? Existe ainda nos meios técnicos (e não técnicos) o falso conceito de que, para cada sintoma, existe um componente responsável e ele deve ser localizado e trocado. Isso não é válido para os complexos circuitos eletrônicos modernos onde os componentes operam de modo interdependente, num equilíbrio bastante crítico onde, se um apresenta uma mudança de característica ele reflete isso em diversos outros (às vezes muito longe uns dos outros, no aparelho) os quais podem queimar ou apresentar problemas de funcionamento. É preciso saber como o circuito trabalha para que em função de um sintoma seja possível saber quais são os componentes que podem ser os responsáveis pela anormalidade. Para o leitor com formação em eletricidade e não eletrônica e que está começando agora é muito cedo para pensar num processo de localização de problemas e reparação em equipamentos complexos. No entanto, ele pode aprender alguns procedimentos básicos que podem ser grande utilidade para localizar pequenos problemas ou de origem simples em alguns equipamentos de uso comum nas instalações elétricas e mesmo no carro. Regras de Segurança Este é um dos itens mais importantes quando trabalhamos com qualquer tipo de circuito ou dispositivo que esteja ligado a uma rede de energia. É claro que estes procedimentos também são válidos para equipamentos alimentados por baterias onde existam setores de alta tensão. Eletricidade pode matar e o eletricista que trabalha com ela deve saber disso! Não é o fato de se estar mexendo agora com eletrônica que a eletricidade muda de temperamento! Os principais cuidados ao se trabalhar com eletricidade são os seguintes: Nunca ligue um equipamento sem ter certeza de que você pode fazer isso em segurança. Pense bem no que está fazendo, analisando a possibilidade de que ele pode estar em curto ou ter problemas mais graves. Não toque em componentes ou partes que você não sabe para quer servem. Você pode causar um dano maior ao aparelho, agravando o problema que ele eventualmente tenha. Procure inicialmente por partes danificadas que possam ser visíveis, como por exemplo, componentes com sinais de escurecimento, fusíveis queimados, conexões soltas, etc. A inspeção visual é o ponto de partida para se descobrir problemas num equipamento. Tenha cuidado ao manusear partes e ferramentas. Uma chave de fendas que caia num equipamento ligado pode causar um curto-circuito com danos muito maiores do que aquele que se pretende corrigir. A maioria dos equipamentos modernos trabalha com partes em módulos. Normalmente, identificando o módulo que tem o problema basta fazer sua troca para que o equipamento volte a funcionar normalmente. Não confie totalmente nos seus instrumentos. As vezes uma leitura confusa num multímetro pode levar o técnico a pensar em problemas que realmente não existem quando na verdade o problema está no modo como a leitura é realizada. Muitos multímetros "carregam" os circuitos que estão medindo, modificando as tensões e resistências lidas, o que leva a falsas interpretações por parte do profissional. O multímetro é o mais útil de todos os instrumentos com que os profissionais de reparação podem contar, mas é preciso saber como usá-los. Se você se interessa pela profissão procure aprender melhor como usar este instrumento (Sugerimos o livro Instrumentação - Multímetro do mesmo autor). Use sempre pequenos recipientes de plástico como embalagens de filmes fotográficos, bandejas de ovos e outros para guardar de forma organizada parafusos e pequenas partes retiradas dos equipamentos em reparo. Use um caderno para anotar exatamente a posição de cada uma, pois em alguns casos poderá ser muito difícil saber onde cada um se encaixa depois que o aparelho reparado tiver de ser fechado. Não force nenhuma parte do equipamento ao desmontá-lo. Se for preciso fazer força é porque o movimento na direção correta não está sendo realizado ou existem mais parafusos para serem retirados. O movimento forçado normalmente leva à quebra de partes delicadas do equipamento, agravando os problemas. Descarga Eletrostática (ESD) - muitos componentes eletrônicos são sensíveis às cargas estáticas que podem se acumular no seu corpo. Nunca toque diretamente em seus terminais, pois isso pode causar sua queima. Um aterramento de seu corpo feito com pulseiras especiais deve ser previsto quando você for trabalhar com estes componentes. Sempre que possível use um esquema ou um manual de fábrica para poder obter informações importantes sobre o circuito e o funcionamento dos principais componentes. Nos grandes centros existem "esquematecas" que são empresas que vendem cópias de diagramas (esquemas) da maioria dos equipamentos eletrônicos nacionais (e mesmo alguns importados). Dicas de Reparação Um equipamento totalmente inoperante (não funciona) ou com mais de uma função afetada pode ter um problema de fonte de alimentação.verifique se o circuito está sendo corretamente alimentado, por exemplo, se existe tensão na entrada do cabo de energia. Problemas erráticos ou intermitentes, na maioria dos casos, são devidos à conexões ruins ou soldas frias que precisam ser refeitas. Defeitos que se alteram à medida que o aparelho esquenta (diminuem ou aumentam com o tempo) normalmente são devidos a capacitores eletrolíticos com problemas. A maioria dos problemas com partes mecânicas como DVDs, VCRs, Toca-Fitas e outras são devidos a causas mecânicas ou ópticas. O Multímetro O Multímetro, VOM (Volt-Ohm-Miliamperímetro) ou Multiteste é o mais importante dos instrumentos com que pode contar o profissional eletricista que deseja mexer com eletrônica. Este instrumento pode medir as grandezas básicas como corrente, tensão e resistência que, corretamente interpretadas num circuito eletrônico podem ajudar a revelar seus problemas. Medindo a corrente e tensão determina-se o estado de etapas inteiras de um circuito e com testes de resistência podemos determinar o estado de uma grande quantidade de componentes. Multímetros Analógicos Existem dois tipos de multímetros que podem ser usados nos trabalhos com eletrônica. O mais comum é o analógico que é mostrado na figura 198. Figura 198 Este instrumento é formado por um indicador de bobina móvel com um ponteiro que corre sobre diversas escalas. Escolhendo-se a posição da chave seletora em seu painel podemos determinar que tipo de grandeza vai ser medida e com que sensibilidade. Por exemplo, se usarmos a chave na posição ohms x 100 estaremos lendo resistências com um fator de multiplicação de 100 vezes. Isso significa que uma leitura de 5,4 na escala na realidade significa 5 400 ohms, conforme mostra a figura 199. Figura 199 A principal especificação de um multímetro deste tipo é a sua sensibilidade. Quando um multímetro deste tipo funciona, ele extrai do circuito em que está sendo usado a energia para movimentar a agulha. Se o circuito sob medida for de muito baixa potência ele pode "sentir" esta solicitação de energia e a medida será alterada, ou seja, o multímetro indicará uma tensão menor do que a que realmente existe nele. Os multímetros mais baratos que servem para uma boa quantidade de testes têm uma sensibilidade de 1000 ohms por volt. No entanto, para trabalhar bem em circuitos sensíveis o profissional precisa de um multímetro com uma sensibilidade de pelo menos 10 000 ohms por volt. Quando usar um multímetro de baixa sensibilidade o leitor deve apenas estar atento para os valores, desconfiando de tensões muito baixas lidas na escala dos instrumentos pois elas antes podem ser devido à pequena sensibilidade do instrumento do que um problema do circuito. Multímetros Digitais Hoje em dia o eletricista pode contar com multímetros digitais de excelente qualidade a um preço muito baixo. Na figura 200 temos um multímetro digital típico de 3 dígitos, ou seja, aparecem três números significativos na medida das grandezas elétricas mais comuns como corrente, resistência e tensão. Figura 200 Como nos multímetros analógicos, o tipo de medida que será feita é determinado pela escala no painel frontal. Normalmente estes multímetros são alimentados por uma bateria de 9 V e possuem uma enorme sensibilidade de entrada não afetando assim os circuitos quando medem tensões. Como Usar o Multímetro O principal cuidado que o leitor deve ter ao usar o multímetro é de não sobrecarregá-lo usando escalas indevidas ou com medidas que não correspondam ao dimensionamento do aparelho. Por exemplo, deve-se cuidar para diferenciar quando se medem tensões e quando se medem correntes. Se o multímetro for colocado na escala de correntes e conectarmos suas pontas para medir uma tensão o instrumento pode queimar! Da mesma forma, se ajustarmos o multímetro para medir uma tensão da ordem de 100 V colocando-o numa escala que vai até 15 V ele pode queimar-se. Precisamos também observar a polaridade das pontas de prova quando medimos correntes ou tensões contínuas. Se invertermos as pontas de prova a agulha tende a deflexionar para a direção errada. Alguns multímetros possuem uma chavinha no painel com a indicação +/- ou "pol" que ao ser acionada desinverte a ligação das pontas de prova sem que precisemos fazer isso externamente. Medidas de Tensão e Corrente As medidas de corrente não são muito comuns nos aparelhos eletrônicos, pois para realizá-las precisamos interromper o circuito e intercalar o instrumento, conforme mostra a figura 201. Figura 201 Nesta medida deve-se ter muito cuidado para escolher a escala apropriada a ser usada. Se não temos ideia da intensidade da corrente que vamos encontrar num circuito devemos sempre começar com a maior. Se for usada uma escala menor ou o multímetro pode danificar-se ou ainda o fusível interno pode queimar. Para medir tensões é mais simples, conforme mostra a mesma figura. Medidas de Resistência As medidas de resistência são mais comuns no trabalho de testar componentes. Essas medidas sempre devem ser feitas com o aparelho ou o componente com a alimentação desligada ou fora do circuito. Na medida de resistências o multímetro aplica uma tensão (de sua bateria interna) ao circuito ou componente sob teste e o instrumento indicador indica a corrente que passa através dele. Os multímetros analógicos comuns normalmente usam uma pilha AA como fonte de energia enquanto que os multímetros digitais usam a bateria de 9 V. Sempre que o multímetro for usado precisamos compensar o desgaste desta bateria ajustando o instrumento para indicar zero quando as pontas de prova são interligadas (resistência nula). Este procedimento é chamado de "zerar" ou multímetro e é mostrado na figura 202. Figura 202 Assim, sempre que formos medir uma resistência devemos escolher a escala apropriada, unir as pontas de prova e antes de fazer a medida, devemos zerar o instrumento. Encoste as pontas de prova no componente ou circuito do qual se deseja saber a resistência e faça a leitura na escala considerando o fator de multiplicação conforme mostra a figura 203. Figura 203 Outras Funções do Multímetro Muitos multímetros mais sofisticados podem fazer outras medidas além das indicadas. Assim, existem multímetros que podem testar pilhas e baterias, verificar o estado de diodos e transistores, testar capacitores e até medir frequências. Leituras e Interpretações das Medidas com o Multímetro Não basta encostar as pontas de prova nos terminais de um componente ou em determinados pontos do circuito para que, observando-se o movimento da agulha ou o valor da escala digital imediatamente possamos saber o que está errado neste componente ou circuito. É preciso saber que tipo de leitura deve-se obter para um determinado circuito ou componente. Existem componentes que estão bons quando indicam baixa resistência, enquanto que outros estão bons quando indicam altas resistências! Assim, o teste em que a agulha não se mexe pode indicar bom para um componente e ruim para outro. Isso sem se falar nos componentes em que obtemos leituras intermediárias de resistência, ou seja, a agulha vai até o meio da escala ou coisa parecida! Quando analisamos os componentes na parte anterior deste livro, demos o modo de provar cada um e nele já informamos que tipo de indicações o leitor pode esperar ao testá-los. É claro que, estudando melhor o funcionamento do multímetro o eletricista que vai mexer com eletrônica pode aprender muito mais sobre testes de componentes e circuitos. Encontrando Componentes Uma boa parte dos equipamentos eletrônicos de hoje são descartáveis. Uma vez que apresentem qualquer defeito, em geral, é muito mais barato comprar um novo do que tentar repará-los. No existem alguns poucos componentes em muitos aparelhos que, quando apresentam problemas, podem ser trocados com facilidade e até a um custo muito baixo, o que compensa a sua reparação. Uma vez que o profissional consiga encontrar um ou mais componentes com problemas o ponto mais difícil doprocesso de reparação consiste em encontrar um bom para comprar. No Brasil, as lojas que vendem componentes são poucas e normalmente só dispõem de uma linha limitada de tipos. No entanto, existem muitos fornecedores de componentes que possuem listas enormes de tipos e que trabalham via correio e Internet. Para estes, basta acessar seus sites na Internet e procurar nas suas listas de componentes se aqueles que precisamos estão disponíveis. Normalmente estes fornecedores exigem um valor mínimo de pedido para compensar o envio e o pagamento é feito através de depósito bancário. Deposita-se o valor da compra e quando isso é confirmado o vendedor expede a mercadoria. Uma dessas empresas que o leitor pode consultar é a Mouser Electronics (www.mouser.com). Uma outra fonte importante de componentes está na sucata, ou seja, em velhos equipamentos fora de uso dos quais podemos aproveitar partes em bom estado. Transistores, diodos, resistores e uma boa parte dos capacitores comuns não se deterioram facilmente e podem ser encontrados em bom estado mesmo em placas de equipamentos antigos. Os componentes mais críticos são os capacitores eletrolíticos que podem ressecar e com isso "perder a capacitância" não podendo ser usados em outras aplicações. Capacitores eletrolíticos que fiquem algum tempo guardados devem ser sempre testados antes do uso. Equivalentes Um problema comum que acontece com todos que pretendem reparar algum tipo de equipamento eletrônico é não encontrar o tipo original para um componente, principalmente transistores, diodos e circuitos integrados. Para os diodos e transistores o que se pode fazer é colocar no lugar um que tenha características próximas, ou seja, um substituto. O termo "equivalente" muito usado por profissionais nem sempre é válido. Um componente que pode funcionar no lugar de outro num aparelho pode não funcionar em outro. Assim, para substituir diodos e transistores devemos adotar os seguintes critérios: Transistores Para os transistores devemos observar se o que vamos usar como substituto é capaz de suportar a mesma tensão e corrente que o original e tenha o mesmo ganho. Se ele for usado num circuito de alta frequência deve ser capaz de operar na mesma frequência máxima, ou seja, ter uma frequência de corte maior ou igual ao do original. Para transistores de potência, a dissipação deve ser maior ou igual ao do original. Diodos Para os diodos, devemos observar que o substituto tenha uma tensão igual ou maior que o original e uma capacidade de corrente igual ou maior que o original. No caso dos circuitos integrados, o problema é mais complexo. Existem milhões de tipos diferentes de circuitos integrados e alguns são específicos para a função de um determinado aparelho não havendo equivalentes ou substitutos. Para funções mais simples como reguladores de tensão, amplificadores operacionais, etc. podemos encontrar o mesmo tipo de diversos fabricantes diferindo apenas a sigla. Assim, para o amplificador operacional 741 podemos encontrar o mesmo componente como LM741, 741, iA741, MC1741, etc. Existem "manuais de substituição" que são muito usados por profissionais em que existem tipos equivalentes aos mais comuns. Outra fonte de referência para os componentes é a própria Internet. Digitando-se o tipo do componente na Internet, muitas vezes é possível encontrá-lo de diversas procedências. CIRCUITOS PRÁTICOS - COMO FUNCIONAM Como explicamos no início deste livro, os eletricistas de hoje podem encontrar circuitos eletrônicos não só em equipamentos domésticos como também embutidos em instalações elétricas domiciliares, comerciais, industriais e mesmo no carro. Apesar de não ser necessário um conhecimento profundo do princípio de funcionamento destes circuitos para que possamos instalá-los, vendê-los e mesmo repará-los o eletricista precisa ter informações básicas sobre cada um para ter alguma segurança ao mexer com eles. Vamos examinar o princípio de funcionamento de alguns dos aparelhos mais comuns numa residência ou numa instalação analisando alguns pontos que são importantes para o eletricista que vai repará-lo, instalá-lo ou mesmo usá-lo. Eliminadores de Pilhas ou Adaptadores AC/DC Muitos pequenos aparelhos de uso doméstico que são alimentados por pilhas e baterias podem ser ligados na rede de energia através de um eliminador de pilhas ou adaptador AC/DC. Estes aparelhos também são conhecidos como "fontes de alimentação" ou "fontes de corrente contínua". Na figura 204 temos o circuito típico de um adaptador deste tipo. Figura 204 Conforme o leitor vê, um circuito simples deste tipo é formado por um transformador que abaixa a tensão da rede de energia e depois de uma retificação por um diodo e filtragem por um capacitor eletrolítico entregam em sua saída uma tensão contínua entre 1,5 e 12 V. O transformador é importante pois isola o circuito alimentado da rede de energia evitando assim o perigo de choques. A saída para o aparelho alimentado é feita normalmente por um fio com um plugue que se encaixa num jaque apropriado. Na figura 205 temos a foto de um conversor comum. Figura 205 Existem alguns pontos importantes para os quais o eletricista deve estar atento quando trabalhando com este tipo de equipamento: Tensão de trabalho - a tensão de saída do conversor é determinada pelo número de pilhas (ou bateria) que o equipamento a ser alimentado usa. Por exemplo, para um aparelho de 4 pilhas (4 x 1,5 V) precisamos de um conversor de 6 V. Para uma bateria de 9 V precisamos de um conversor de 9 V. Alguns conversores são fixos, ou seja, devem ser adquiridos já com a tensão desejada. Outros possuem uma chave que permite selecionar a tensão de saída. Nunca use uma tensão maior do que a exigida pelo aparelho alimentado pois ele pode sofrer danos irreversíveis. Corrente de trabalho - a corrente de trabalho é determinada pelo consumo do aparelho o qual está relacionado com o tipo de pilhas ou bateria usada. Para aparelhos que usam pilhas AA a corrente estará entre 100 e 200 mA. Para aparelhos que usam pilhas tipo C a corrente deve ser entre 300 e 500 mA. Para aparelhos que usam pilhas grandes (D) a corrente deve estar entre 800 mA e 1 A . Para baterias de 9 V a corrente deve estar entre 50 e 200 mA. Polaridade do plugue - os plugues de conexão aos aparelhos podem ter o polo positivo no pino central ou o polo negativo no pino central. É importante verificar antes de fazer a conexão se o polo do plugue do conversor coincide com o do aparelho alimentado. Alguns conversores também possuem uma chavinha que permite selecionar qual das duas opções deve ser usada. Um ponto importante a se observar nos conversores comprados na maioria das casas especializadas é que eles são formados por circuitos muito simples sem regulagem e às vezes com filtragem deficiente. O problema causado pela filtragem se reflete eventualmente em roncos quando aparelhos de som são alimentados (CD players, rádios, etc.). Um capacitor adicional de filtro de 1 000 a 2000 uF em paralelo com a saída, observando-se a polaridade pode ajudar a reduzir estes roncos e eventualmente oscilações. Nos CDs players e pequenas caixas para pendrives podemos ter forte distorção com o volume aberto em sons graves quando a filtragem é deficiente ou quando a capacidade de fornecimento de corrente do conversor está abaixo do exigido pelo aparelho. Por causa da ausência de regulagem, observamos que a tensão que medimos num conversor com o multímetro quando ele não está alimentando nenhum aparelho é sempre maior do que quando ele está ligado. Assim, ao testar a saída de um conversor de 6 V com o multímetro você pode encontrar tensões bem mais altas, sem que isso signifique que ele esteja ruim. Tensões de 7 a 9 V podem ser encontradas neste caso. DIMMERS E CONTROLES DE POTÊNCIA Dimmers e Controles de Potência podem ser encontrados embutidos em lugares de interruptores comuns para controlar a intensidade luminosa de lâmpadas incandescentes comuns. Eles também podem ser usados para controlar a velocidadede ventiladores de teto ou ainda elementos de aquecimento. Na figura 206 temos o aspecto típico de um controle deste tipo que tem sua montagem de forma a substituir diretamente um interruptor comum de parede. Figura 206 Na seção de componentes em que falamos dos TRIACs o leitor vai encontrar um circuito típico de um dimmer deste tipo, com indicações de como os elementos principais são dimensionados e testados. Outro tipo de dimmer que está se tornando popular é o dimmer de toque. Nele existe uma chapinha de metal que deve ser tocada com os dedos para se dosar a quantidade de luz que vai ser produzida pela lâmpada. Os dimmers podem substituir os interruptores mas só podem controlar lâmpadas incandescentes (alguns controlam lâmpadas halógenas também). Ao usá-los tenha em mente os seguintes fatos: Esteja certo de que ele pode controlar a carga. Lâmpadas fluorescentes não podem ser controladas com este tipo de aparelho nem equipamentos eletrônicos tais como televisores, VCRs, etc. Se o dimmer não controlar a carga do modo esperado inverta seus fios de ligação. Use filtros (veja a seção de SCRs, Triacs e EMI para mais informações) se o dimmer causar interferências em equipamentos próximos (rádios , televisores, etc). INVERSORES As baterias fornecem baixas tensões contínuas não servindo para alimentar aparelhos ligados na rede de energia. Os inversores ou conversores DC/AC são aparelhos que podem converter as baixas tensões de bateria (geralmente de 12 V de carro ou caminhão) em uma alta tensão alternada (geralmente 110 V ou 220 V) para alimentar aparelhos que são plugados na rede de energia. Ao usar um inversor é preciso observar que não é possível criar energia, assim, a bateria usada deve ter potência compatível com o aparelho alimentado e sua autonomia dependerá justamente disso. Assim, normalmente uma bateria de carro não pode fornecer energia por mais do que umas poucas horas a qualquer aparelho de consumo mais elevado, como por exemplo, um pequeno televisor. Por outro lado, aparelhos cujo consumo seja superior a 100 W dificilmente podem ser alimentados mesmo com conversores, pois a bateria é que não dão conta da energia a ser fornecida. Por exemplo, para 240 W de potência usando uma bateria de 12 V, mesmo se tivéssemos um conversor de 100% de rendimento (o que não ocorre na prática) a corrente drenada seria da ordem de 20 amperes! Uma bateria de 30 Ah teria a capacidade de alimentar tal aparelho por apenas 1 hora e meia! Inversores são indicados apenas para alimentar pequenos equipamentos como lâmpadas fluorescentes em sistemas de emergência, computadores quando falta energia (no break), ou outros equipamentos cujo consumo não seja elevado. Como Funcionam Um inversor típico é formado por um oscilador normalmente oscilando na frequência da rede de energia e uma etapa de potência com transistores alimentando um transformador conforme mostra a figura 207. Figura 207 Os transistores podem ser bipolares, FETs de potência ou IGBTs. Nos tipos comerciais estes transistores são montados em grandes dissipadores de calor do lado de fora das caixas. A qualidade do circuito determina a eficiência do inversor e para os tipos comerciais pode chegar aos 90%. Assim, para se obter 90 W de energia 10 W são perdidos na forma de calor no próprio circuito. É preciso observar que muitos tipos de inversores não fornecem uma tensão de saída perfeitamente senoidal de 60 Hz. Estes tipos de inversores não servem para alimentar equipamentos mais sensíveis. O eletricista vai encontrar inversores principalmente em sistemas de iluminação de emergência onde eles usam os 12 V de uma bateria que fica em carga constante quando a energia está presente, para alimentar lâmpadas fluorescentes. Algumas aplicações importantes dos inversores: Podem ser usados para alimentar aparelhos elétricos comuns a partir de baterias em barcos, carro e na barraca de camping. Também podem ser usados para a mesma finalidade em locais em que não chega energia convencional, sendo as baterias carregadas por painéis solares durante o dia. Inversores para lâmpadas fluorescentes são usados em sistemas de iluminação de emergência. Sistema nobreak, onde o computador se mantém alimentado por uma bateria ligada a um inversor por tempo suficiente para se salvar o trabalho quando há um corte de energia. Sistemas de sinalização com lâmpadas de xenônio em veículos, barcos ou boias. Nestes sistemas, o inversor normalmente chega a fornecer tensões que superam os 600 V. Na figura 208 mostramos um inversor comercial de tipo que pode ser ligado ao acendedor de cigarros de um carro para alimentar pequenos aparelhos tais como um televisor portátil, um aparelho de barbear ou um dispositivo de sinalização. Figura 208 Este tipo de inversor também é encontrado em fontes alternativas de energia como geradores eólicos, pequenos dínamos acoplados a quedas d’água, painéis solares, etc. Trabalhando com Inversores Para o leitor é muito importante saber que tipo de inversor é recomendado para uma determinada aplicação. Se equipamentos sensíveis forem alimentados de forma indevida podem ocorrer danos. As seguintes são as principais especificações de tais aparelhos para as quais o eletricista deve estar atento: Potência de saída O leitor deve estar certo de que o inversor pode fornecer a potência que o aparelho a ser alimentado exige, dando uma certa margem de segurança para que os componentes não trabalhem no limite. Por exemplo, se vai ser alimentada uma lâmpada fluorescente de 40 W o inversor deve ser capaz de fornecer pelo menos 50 W de potência. Forma de onda Muitos inversores fornecem correntes de saída com formas de onda que não são perfeitamente senoidais. Lâmpadas fluorescentes e incandescentes não são sensíveis a esta forma de onda mas existem aparelhos que não podem ser usados com conversores que não tenham uma saída senoidal de 60 Hz. Performance Deve-se optar pelo inversor que tenha o maior rendimento possível. Normalmente acima de 70%. Isolação A alta tensão da saída de inversores pode causar choques perigosos. Verifique a qualidade do isolamento do sistema que alimenta o aparelho externo. Colocação da bateria Ao instalar um inversor com uma bateria não selada cuide para que ela fique em local ventilado, pois os gases que ela produz são tóxicos. Conexões As conexões do inversor à bateria devem ser feitas com fios grossos, pois a corrente normalmente é intensa. DIAGNÓSTICO DE PROBLEMAS Os transistores de potência dos inversores normalmente são os componentes que mais facilmente queimam neste tipo de equipamento, pois trabalham com correntes elevadas e não raro bem perto de suas condições-limite. Ao trocar estes componentes tenha cuidado para verificar se suportam a corrente e a tensão dos originais. Por exemplo, o sufixo do tipo comprado deve ser o mesmo do que queimou. SINALIZADORES (FLASHERS) Sinalizadores (pisca-pisca) são comuns em portas de garagens de edifícios e mesmo no alto em torres. Os tipos mais simples usam lâmpadas comuns incandescentes, mas os mais avançados e de maior potência usam lâmpadas especiais de xenônio. O leitor pode encontrar este circuito em diversos tipos de configurações. Com lâmpada incandescente O circuito apresentado na figura 209 controla uma lâmpada de 12 V que pisca numa frequência determinada pelos resistores ligados aos pinos 2,6 e 7 do circuito integrado 555 e do capacitor de 1 uF. No potenciômetro de 1 M é possível controlar a frequência das piscadas. Este circuito usa um transistor de efeito de campo de potência, mas podemos encontrar a mesma configuração com transistores bipolares comuns ou Darlington. Figura 209 Na figura 210 temos um circuito que usa dois Triacs para controlar duas lâmpadas incandescentes de 110 V ou 220 V que piscam alternadamente. A frequência das piscadas é determinada pelo capacitor de 1 uF e ajusta no trimpot de 1 M. Os Triacs devem ser montados em radiadores de calor. Figura 210 Com lâmpada de xenônio As lâmpadas de xenônioproduzem pulsos de luz de alta intensidade quando um capacitor de alta tensão se descarrega através delas. Nos tipos comuns são usadas tensões de 400 a 800 V para se obter uma boa intensidade luminosa. Na figura 212 temos um circuito típico em que a frequência depende do resistor e dos capacitores ligados ao elemento de disparo que tanto pode ser um diac como uma lâmpada neon. Figura 212 O transformado de disparo é um transformador de pulsos que fornecem pulsos de curta duração de 1 a 4 kV. Variações deste circuito podem usar SCRs ou triacs. O circuito mostrado na figura 211 é alimentado por bateria e tem um inversor para fornecer a alta tensão de carga do capacitor. No entanto, podemos ter versões alimentadas pela rede de energia que usam um dobrador de tensão, conforme mostrado na figura 212. Figura 211 Em alguns casos podemos obter mais tensão para o capacitor com o uso de um circuito triplicador de tensão como o mostrado na figura 213. Figura 213 Com um circuito deste tipo dispensa-se o uso de transformadores (que são componentes caros) para aumentar a tensão disponível na rede de energia até os valores necessários ao disparo da lâmpada de xenônio. Os componentes mais críticos deste tipo de circuito são justamente o elemento de controle (SCR ou diac e os capacitores). Atualmente as lâmpadas de xenônio não mais são usadas em sinalizadores, sendo substituídas por LEDs de alta potência, cujo circuito de acionamento é diferente. Ao trabalhar com sinalizadores de xenônio o eletricista deve observar os seguintes pontos: Quando precisar substituir a lâmpada tenha certeza de que a substituta tenha a mesma capacidade de emissão que é medida em milijoules (mJ). Os sinalizadores alimentados pela rede de energia não possuem elementos de isolamento assim todas as suas partes são "vivas" podendo causar choques se tocadas. Tensões muito altas podem ser encontradas depois do inversor e do multiplicador de tensão. Tome muito cuidado ao analisar este circuito ligado. Quando desligado descarregue os capacitores usando um resistor de 10 k ohms x 2 W ligado entre seus terminais por pelo menos 30 segundos. Sequenciadores Outro tipo de sinalizador luminoso que pode ser encontrado em anúncios e vitrines é o sistema sequenciador ou de luzes sequenciais. Este tipo de aparelho faz com que lâmpadas acendam em sequências, como nas árvores de natal e podem controlar lâmpadas incandescentes de potências algo elevadas. Na figura 214 temos um circuito típico de sequenciador que alimentadas lâmpadas incandescentes com triacs. Figura 214 O oscilador é o "clock" que determina a velocidade de corrimento das lâmpadas. O sequenciador é um circuito lógico que aciona as saídas em sequência com os pulsos de clock. O transistor serve para excitar o triac de modo a controlar as lâmpadas usadas. São usados tantos transistores e triacs quantas sejam as saídas do sequenciador. Os sequenciadores mais comuns têm de 4 a 10 saídas. Na figura 215 mostramos as formas de excitar tanto triacs como SCRs neste tipo de circuito. Figura 215 LUZ NOTURNA AUTOMÁTICA/LUZ DE EMERGÊNCIA Hoje em dias existem diversas formas alternativas de ligar e desligar sistemas de iluminação e com diversas finalidades. Uma delas é o sistema de luzes automáticas noturnas usadas em jardins, iluminação pública e vitrine em que a iluminação é acionada quando escurece. Neste tipo de aplicação temos normalmente um sensor (LDR) que controla um circuito de potência com SCR ou Triac. Na figura 216 temos um exemplo de circuito deste tipo para uma lâmpada incandescente. Figura 216 É claro que dependendo da potência que o SCR ou Triac podem controlar podemos ligar diversas lâmpadas em paralelo. Dependendo da aplicação este tipo de aparelho pode causar interferências em equipamentos que operem com sinais de rádio. Veja a seção sobre SCRs, Triacs e EMI neste mesmo livro para ver como eliminar este problema. Na instalação deve-se tomar cuidado para posicionar o sensor de modo que ele receba apenas a luz ambiente e não das lâmpadas que ele controla. Se isso ocorrer, temos uma realimentação que instabiliza seu funcionamento. Os sistemas de iluminação de emergência, por outro lado, acionam uma ou mais lâmpadas quando ao mesmo tempo temos a falta de energia elétrica e um sensor detecta que está escuro. Na figura 217 temos um diagrama de blocos de um aparelho deste tipo. Figura 217 Conforme o leitor ver, temos uma fonte de alimentação que ao mesmo tempo alimenta um relê mantendo-o fechado e carrega uma bateria. Quando ocorre a falta de energia, o relê comuta e faz com que a energia da bateria seja aplicada ao circuito sensor. Se o circuito sensor informar que está escuro, a energia passa e alimenta as lâmpadas. Se o local ainda estiver claro, não há necessidade de se alimentar as lâmpadas. Nota: Muitos circuitos antigos que fazem uso de SCRs e Triacs só funcionam com lâmpadas incandescentes. Mais adiante veremos como usar as lâmpadas de LEDs em seu lugar. ALARMES A preocupação com a segurança tem aumentando muito nos últimos tempos e uma grande quantidade de equipamentos eletrônicos podem ser agregados às residências, estabelecimentos comerciais e industriais e mesmo no carro. A maioria dos equipamentos de uso doméstico, comercial e industrial são alimentados pela rede de energia, podendo eventualmente contar com uma bateria. Os sistemas de alarme vão desde simples sirenes ou campainhas que disparam quando portas ou janelas são abertas até sofisticados sistemas que detectam a presença de um intruso pelo seu movimento ou pelo calor de seu corpo, discando automaticamente o número da polícia com uma mensagem preparada indicando onde ocorreu o evento e até um código para se identificar de onde vem a chamada com maior facilidade ficando a polícia já avisada da presença do sistema, ou ainda uma empresa particular de segurança. Para o eletricista é importante saber como funcionam os principais sistemas de alarme e como podem ser reparados, instalados ou mesmo vendidos a um cliente que deseje uma informação técnica mais profunda. Os sistemas básicos são os seguintes: Sistemas com sensores magnéticos e chaves Este é o tipo mais simples de alarme usando um sensor do tipo magnético ou "reed-switch" que se mantém ativado pela presença de um pequeno imã quando portas e janelas estão fechados. Quando o imã se afasta do sensor pela abertura da porta ou janela o circuito dispara. Na figura 218 temos um circuito típico deste tipo usando um SCR. Figura 218 Para rearmar o circuito basta pressionar por um instante o botão de Reset que, evidentemente, deve ficar em local escondido. Um sistema mais elaborado de alarme com estes sensores têm seu diagrama de blocos mostrado na figura 219. Figura 219 Neste, temos uma bateria que se mantém em carga constante para alimentar o circuito no caso do intruso desligar a energia antes de tentar uma invasão. Os diversos sensores vão para o circuito de alarme que então pode alimentar uma buzina, sirene ou outro sistema de aviso. Existem muitas empresas que vendem o kit completo deste tipo de alarme constando da bateria, sistema de alimentação, alarme, sensores e a buzina ou sirene que vai ser acionada. Estes sistemas incluem ainda um interruptor para desarmá-lo pelo proprietário do imóvel quando ele chega. Este interruptor deve ficar em local escondido. Alguns sistemas mais sofisticados incluem um transmissor num chaveiro ou de pequenas dimensões que desativa o sistema pelo tempo necessário ao proprietário para entrar e desligar o sistema. Fotoelétrico Neste tipo de alarme temos um emissor infravermelho (normalmente um LED infravermelho) e um sensor (um fototransistor ou um foto diodo) colocados de modo a proteger uma passagem conforme mostra a figura 220. Figura 220 Em condições normais a radiação infravermelha do emissor incide no sensor que mantém o alarme na condição de espera. Se o feixe de radiação infravermelha for interrompido por um instante pela passagem do intruso, oalarme dispara. Se a radiação do emissor for simples radiação, pode-se enganar o sensor com uma falsa fonte de luz que tenha componentes infravermelhas, como por exemplo, uma lanterna, conforme mostra a figura 221. Figura 221 Assim, para evitar este problema os alarmes trabalham com luz modulada, ou seja, com pulsos numa frequência que o sensor pode reconhecer. Desta forma, nenhuma outra fonte de radiação infravermelha "engana" o alarme. Uma maneira de se proteger várias passagens ao mesmo tempo ou mesmo uma área muito grande como um terreno industrial consiste no uso de um emissor laser e um sensor com diversos espelhos, conforme mostra a figura 222. Figura 222 Sensores de Movimento Este sensor tanto pode usar radiação infravermelha como também sinais de altas frequências. No caso da radiação infravermelha que é o tipo mais comuns são usados sensores piroelétricos. Estes sensores podem detectar a presença de pessoas pelo calor de seu corpo. Este tipo de sensor também é usado na abertura de portas de shoppings, lojas e aeroportos. Alarmes ultrassônicos Estes alarmes constam de um emissor ultrassônico e um receptor. O receptor nada mais é do que um microfone que recebe os ultrassons que preenchem o ambiente a ser protegido. Se alguém entra neste ambiente, seu movimento causa um leve desvio na frequência refletida e captada pelo sensor, fazendo com que um circuito reconheça estas modificações disparando o alarme. CAMPAINHAS ELETRÔNICAS As tradicionais campainhas residenciais têm sido substituídas por campainhas eletrônicas que tocam músicas e fazem os mais diversos sons, conforme a escolha de cada um. Também temos campainhas que combinam recursos mecânicos com eletrônicos como as que são formadas por circuitos sequenciais que controlam solenoides. Os solenoides atuam como martelos batendo em barras de ferro que produzem sons musicais. Na figura 223 temos o circuito típico de uma campainha musical. Figura 223 Esta campainha contém um circuito de disparo que atua sobre um gerador de melodia. Este é um circuito especial dedicado que contém gravado na memória uma ou mais melodias (como uma caixa de música eletrônica ou muitos brinquedos musicais). Ao ser disparado a sequência completa é tocada aparecendo na saída na forma de um sinal de áudio que deve ser amplificado. Temos então a etapa final do circuito que consiste num amplificador de áudio que alimenta um alto-falante. A fonte de alimentação deste circuito normalmente fornece de 6 a 12 V e tem configuração semelhante a eliminadores de pilhas como os que já vimos nesta parte do livro. Muitos dos circuitos mais sofisticados de campainhas estão associados a intercomunicadores ou porteiros eletrônicos que aproveitam o mesmo amplificador. CARREGADORES DE BATERIAS Dependendo do tipo de bateria a ser carregada encontramos os carregadores de baterias em dois formatos ou configurações básicas. Em ambos os casos, os carregadores nada mais são do que fontes que aplicam à bateria em carga uma corrente constante durante um período que varia entre 2 e 16 horas. Os tipos mais sofisticados possuem sensores que desligam a fonte quando a bateria está carregada ou ainda descarregam-na completamente antes de uma nova carga de modo a evitar o chamado "efeito memória". Assim, conforme mostra a figura 224, o carregador mais simples consiste em um bloco retificador ligado à rede de energia através de um transformador (em alguns casos nem o transformador existe) e um resistor limitador de corrente. Figura 224 Os carregadores são diferentes conforme as baterias carregadas sejam simples ou pequenas células de Nicad ou baterias de carro ou moto. Analisemos os dois tipos. Carregadores de Nicad Estes podem ter o formato mostrado na figura 225, sendo dotados de encaixes para as pilhas recarregáveis. Figura 225 Estes carregadores podem ser usados para carregar pilhas do tipo AAA, AA, C e D e até baterias de 9 V. Outro tipo de carregador desta família é o usado para carregar as baterias de telefones celulares que possuem um plugue para encaixar neste aparelho, conforme o tipo ou ainda uma base onde o aparelho é apoiado durante o processo de recarga. Também temos nesta categoria de circuito que fornece correntes entre 20 e 500 mA os carregadores embutidos em aparelhos como telefones sem fio, notebooks, etc. Carregadores de Baterias Automotivas Neste caso incluímos os carregadores de baterias para carros e motos que precisam de uma corrente maior de carga. Na figura 226 temos o circuito típico de um carregador econômico que pode ser usado para carregar baterias de carro em até 12 horas. Figura 226 Este circuito consiste de um transformador que abaixa a tensão da rede a qual é retificada por um diodo e depois filtrada por um capacitor eletrolítico. O resistor de 10 ohms limita a corrente de carga. Em alguns aparelhos encontramos um seletor que permite trocar de resistores neste ponto conforme desejarmos cargas lentas ou rápidas. O LED serve para indicar que a corrente está passando pela bateria que está sendo carregada. O problema mais comum deste tipo de carregador é a queima do diodo ou do transformador. LÂMPADAS FLUORESCENTES Nas instalações elétricas tradicionais as lâmpadas fluorescentes usam um reator (que consiste numa bobina com milhares de espiras num núcleo de ferro laminado) e um starter que nada mais é do que um interruptor térmico de lâminas, num circuito conforme mostra a figura 227. Figura 227 O capacitor é opcional servindo apenas para filtrar o ruído gerado pelo circuito que pode causar certa interferência em aparelhos próximos. No entanto, os reatores modernos são substituídos por reatores eletrônicos, e a configuração para acender uma lâmpada fluorescente muda para a mostrada na figura 228. Figura 228 Nela temos um retificador com quatro diodos que fornece uma alta tensão continua para um circuito eletrônico que é formado por um oscilador de alta frequência e dois transistores chaveadores de alta pot6encia (normalmente power MOSFETs). O circuito de controle ou oscilador gera dois sinais em oposição de fase em frequências que vão de 20 kHz a 500 kHz dependendo do circuito. Aplicados aos transistores estes sinais são amplificados e aplicados às bobinas do conjunto formado por L1, L2, L3 e L4 que na verdade é um transformador elevador de tensão. L2 e L3 geram a baixa tensão que aquece o filamento da lâmpada de modo a facilitar a ionização enquanto que L4 é o enrolamento de alta tensão que é aplicada à lâmpada em sí para ionização. L1 é o enrolamento primário deste transformador. A alta tensão e alta frequência aplicada a lâmpada num circuito como este não só permite obter muito maior rendimento como também melhor qualidade de luz com o prolongamento da própria vida útil da lâmpada. As chamadas lâmpadas eletrônicas usam também este tipo de circuito. Como normalmente os componentes deste tipo de circuito são muito pequenos e até embutidos em alguns casos na própria base da lâmpada qualquer tentativa de reparo é muito difícil (e não compensa pelo custo de uma lâmpada nova). CONVERSORES AC/AC OU TRANSFORMADORES Mesmo em nosso país existem diferenças entre as tensões encontradas nas redes de energia de diversas localidades. Em alguns casos temos 110/117/127 V e em outras podemos ter 220/240 V. Se bem que muitos aparelhos modernos sejam projetados para funcionar com qualquer uma destas tensões e em alguns sem precisar sequer ter algum tipo de chave acionada, isso não é uma regra. Para podermos alimentar aparelhos que tenham tensões diferentes da rede local precisamos de um conversor AC/AC ou de um transformador. Assim, existem transformadores em que entra 220/240 V e sai 110/117/127 V e também existem em que a entrada é de 110/117/127 V e a saída é de 220/240V. Na verdade, eles são o mesmo componente bastando inverter os terminais de entrada e saída... Ao procurar um transformador para poder ligar um aparelho numa rede diferente devemos estar atento à potência do aparelho a ser alimentado.Assim, não podemos usar um transformador que só suporta 200 W para alimentar a partir de uma rede de 220 V uma geladeira de 110 V mas que exija 300 W! O transformador aquecerá e queimará. ESTABILIZADORES DE TENSÃO A tensão da rede de energia pode sofrer muitas flutuações durante o dia e de lugar para lugar afetando o funcionamento de aparelhos elétricos e eletrônicos. Assim, numa tomada em que deveria haver teoricamente 110 V durante um dia podemos medir valores numa faixa típica que vai de 90 a 120 V. A maioria dos aparelhos modernos possui recursos para compensar estas variações não apresentando qualquer modificação de seu funcionamento. No entanto, existem equipamentos mais sensíveis como televisores antigos, computadores, etc. que podem ter seu desempenho afetado por variações da tensão da rede de energia. Para compensar as variações da tensão da rede, mantendo constante a tensão de alimentação de um aparelho usamos estabilizadores de tensão, reguladores de tensão, condicionadores de potência ou ainda como são chamados reguladores de voltagem. Os tipos manuais em que existia uma chave para que o usuário em função da tensão lida num mostrador fizesse ele mesmo a compensação já não existem mais. Os estabilizadores de tensão são totalmente automáticos e podem ser encontrados numa faixa muito grande de potência sendo usados principalmente com computadores. No caso dos computadores estes estabilizadores podem ainda conter recursos adicionais como circuitos de proteção contra transientes e até nos chamados: no breaks" que nada mais são do que fontes que possibilitam que o computador funcione por alguns minutos quando há um corte de energia dando assim tempo de se salvar o trabalho que está sendo realizado. Ao usar um estabilizador esteja atento para que a potência que ele pode controlar seja sempre maior do que a do aparelho que realmente vai ser ligado nele. Os tipos comuns têm potências na faixa de 500 a 1200 W. INTERCOMUNICADORES Existem muitos tipos de intercomunicadores que podem ser encontrados em residência, estabelecimentos comerciais e industriais além de outras localidades. Muitos deles estão intimamente ligados à instalação elétrica, conforme o leitor vai ver daí a necessidade de conhecermos melhor este tipo de equipamento. Os intercomunicadores, intercons, babás eletrônicas ou porteiros eletrônicos podem ser do tipo com fio ou sem fio. Analisemos o princípio de funcionamento dos dois. Na figura 229 temos o circuito típico de um intercomunicador por fios, de tipo bastante comum em escritórios, consultórios médicos ou mesmo no lar. Figura 229 Este aparelho tem por base um amplificador de áudio integrado LM390 que é alimentado por uma fonte de 6 V. Uma chave comuta a função de dois alto- falantes. Quando a chave está na posição falar, o alto-falante que está junto ao aparelho funciona como um microfone e o que se fala diante dele é reproduzido no alto-falante da estação remota. Quando a chave passa para a posição ouvir o alto falante remoto funciona como microfone e podemos ouvir no alto-falante da estação local o que se fala diante dele. Este tipo de aparelho funciona bem em pequenas distâncias, quando o cabo não tem mais do que 20 metros. Para maiores distâncias existem circuitos mais sofisticados que usam alto-falantes e microfones separados e cabos especiais. O outro tipo de intercomunicador que também é comum é o sem fio que faz uso dos fios da rede de energia para enviar seus sinais. Assim, conforme mostra a figura 230, os dois aparelhos que formam o sistema são plugados em tomadas da mesma rede. Figura 230 Quando falamos num o sinal de áudio (som) modula uma portadora de alta frequência (normalmente entre 50 kHz e 200 kHz) que é lançada nos próprios fios da rede de energia se propagando através dela. A estação remota capta este sinal e o separa dos 60 Hz da rede de energia através de um filtro. Detectando este sinal, o som (baixa frequência) é amplificado e aplicado a um alto-falante. Este sistema funciona bem dentro de instalações que não tenham problemas de ruídos muito intensos na rede de energia e nem sejam muito grandes. Um problema que pode ocorrer mesmo dentro de um domicílio pequeno é que os aparelhos sejam plugados em redes diferentes de fases diferentes conforme mostra a figura 231. Figura 231 O sinal, nestas condições tem dificuldades em passar de uma rede para outra e a comunicação não é possível. Uma maneira de se resolver o problema consiste em se ligar um capacitor de poliéster de 100 nF x 600 V entre as fases para possibilitar a passagem do sinal de alta frequência. Este capacitor não afeta a passagem do sinal de baixa frequência da rede de energia. Um problema atual que ocorre com este tipo de intercomunicador é o nível de ruído presente nas redes. Esse ruído aumenta à medida que são alimentados aparelhos eletrônicos que usam fontes chaveadas, ou seja, que operam com pulsos de curta duração e também circuitos com SCR e Triacs. O nível chega a ser tão elevado a ponto de impedir seu funcionamento. CONTROLES REMOTOS Uma grande quantidade de utilidades domésticas, muitas ligadas à rede de energia, podem ser acionadas por sistemas de controle remoto. O eletricista que vai mexer com o aparelho acionado em sí não tem problemas com a parte de alimentação, pois ela não tem segredos. No entanto, é preciso conhecer um pouco mais sobre o princípio de funcionamento dos circuitos eletrônicos de acionamento para se ter mais segurança na instalação e mesmo na reparação de pequenos problemas. Vamos analisar os principais tipos de aparelhos de com trole remotos encontrados nas instalações residenciais, comerciais e mesmo industriais. Por sinais de rádio Este é o tipo mais comum constando de um transmissor e um receptor ligado ao dispositivo que se deseja controlar como um portão de garagem, um alarme, uma fechadura, um ventilador de teto ou mesmo um sistema que acenda uma luz remotamente. Na figura 232 temos o diagrama de blocos do transmissor deste tipo de sistema de controle remoto. Figura 232 Um teclado faz a codificação dos sinais e acordo com a função que deve ser exercida. Esta codificação normalmente é feito por um CI que usa combinações que impede que os sinais de outros aparelhos sejam reconhecidos pelo receptor. Estes sinais são enviados ao receptor que normalmente consiste em módulos híbridos, conforme mostra a figura 233. Figura 233 Estes módulos operam na faixa de 300 a 400 MHz em frequências padronizadas para não causar interferências em equipamentos comuns. O receptor, também usando módulos híbridos recebe e decodifica os sinais acionando o dispositivo desejado. Infravermelho No sistema infravermelho os mesmos sinais codificados pelo CI a partir do teclado modulam uma etapa de potência eu aciona um ou mais LEDs infravermelhos. É produzido um sinal que ao incidir num foto-sensor e ser levado ao receptor é decodificado. A desvantagem em relação ao sistema por rádio é que no sistema infravermelho o sensor deve ver o transmissor, ou seja, não deve haver nenhum obstáculo na linha de ação. Este é o tipo mais usado com eletroeletrônicos como televisores, videocassetes, etc. Ultrassons Os sistemas de controle remoto por ultrassons quase não mais são usados. O princípio de funcionamento é o mesmo dos anteriores com a diferença de que o sinal de controle modula um sinal de áudio na faixa dos 40 kHz o qual é transmitido. O receptor é um pequeno microfone ligado ao circuito amplificador e decodificador. A principal desvantagem deste tipo de sistema está na sua sensibilidade às interferências, principalmente ruídos ambientes. Via rede de energia O mesmo sistema usado pelos intercomunicadores sem fio para transmitir a voz pode ser empregado para enviar sinais de comando de um local a outro usando a rede de energia. Os sinais de um teclado de comando modulam um sinal de alta frequência que é aplicado à rede de energia. Fios Outro sistema consiste no uso de comandos de baixa corrente para controlar aparelhos dealtas correntes usando relés conforme mostra a figura 234. Figura 234 Nele, o relé de baixa tensão é comandado por um circuito de baixa tensão e baixa corrente isolado da rede de energia, para maior segurança. PROTETORES DE REDE Pulsos de curta duração e alta intensidade que podem estar presentes na rede de energia são perigosos para os aparelhos alimentados. Em alguns casos estes pulsos, denominados surtos e transientes podem atingir valores que superam os 1000 volts. Para proteger os aparelhos existem tomadas protegidas ou protetores de rede que usam VDRs como elemento básico. Ligados em paralelo com a linha de energia estes componentes absorvem os pulsos de alta tensão evitando que eles cheguem aos aparelhos alimentados. Observamos que não são todos os aparelhos que são sensíveis aos transientes e surtos. Normalmente cargas resistivas como lâmpadas incandescentes, aquecedores além de motores possuem uma grande inércia não respondendo a estes pulsos e portanto não sendo sensíveis a eles. Muito mais sensíveis são os computadores, equipamentos de som e vídeo, além de outros. É preciso ainda observar que os protetores são eficientes até certa intensidade dos pulsos. Se pulsos muito intensos ocorrerem, como por exemplo, devido à queda de um raio na rede de energia nas proximidades, eles podem não ser suficientes para impedir que os aparelhos ligados ao protetor não sofram danos. LÂMPADAS DE LEDs Até há algum tempo os LEDs comuns eram fontes de luz de baixa intensidade, monocromáticas, utilizadas apenas em painéis, indicadores e outros dispositivos que não visavam especificamente iluminação. No entanto, os avanços das tecnologias de fabricação de LEDs nos últimos anos, levaram a obtenção de componentes com altíssimo rendimento, capazes de fornecer luz com intensidade suficiente para aplicações e que envolvam iluminação. Do LED vermelho primitivo, desenvolvido a partir dos tipos iniciais infravermelhos, os LEDs podem ser reunidos em chips capazes de produzir luz num largo espectro de frequências, se comportando como fontes de iluminação convencionais e mais do que isso. Pelo seu rendimento eles podem fornecer luz com muito maior rendimento, o que significa menor consumo de energia. Mas, os maiores avanços ocorreram recentemente, com novas técnicas de dopagem que levaram os LEDs a apresentarem rendimentos até 20 vezes maiores do que até então. Além disso, esses novos LEDs podiam produzir luz semelhante a do dia, ou qualquer cor do espectro. LEDs Brancos na Iluminação As diferenças básicas entre os LEDs comuns e as lâmpadas incandescentes são mais patentes quando se necessita de luz monocromática. Os LEDs produzem diretamente essa luz com 100% de rendimento. No caso de uma luz incandescente, ela preenche um amplo espectro e para se obter a cor desejada é preciso usar um filtro. Com esse filtro, normalmente 90% da luz produzida é perdida sendo bloqueada pelo filtro e apenas 10% passa, conforme mostra a figura 235. Figura 235 - Rendimento de uma lâmpada incandescente Além disso, a maior parte da energia numa lâmpada incandescente é convertida em calor e não em luz. Sabemos também que além da baixa eficiência, a lâmpada é frágil, pois o vidro pode quebrar-se facilmente, o filamento é sensível a choques e vibrações e tem sua vida limitada por diversos fatores. Os LEDs, por outro lado não mais robustos, mais eficientes e têm uma vida útil muito mais longa. Além disso, os LEDs são muito menores. No início, os LEDs substituíam apenas as lâmpadas pequenas. No entanto, com as novas tecnologias disponíveis, os LEDs podem ser encontrados numa ampla gama de tamanhos e potências, para aplicações em iluminação. Os LEDs comuns são dispositivos monocromáticos com uma faixa de emissão muito estreita, conforme mostra a figura 236. Figura 236 - Espectro de emissão de alguns LEDs A cor do LED é dada pela frequência de emissão que depende dos níveis de energia dos materiais usados, ou seja, da dopagem e do tipo de material. Assim, os LEDs comuns podem ser obtidos em comprimentos de onda que vão desde o infravermelho entre 830 ou 940 nanômetros, até os de menor comprimento de ondas na faixa dos 700 aos 400 nm que correspondem as cores do espectro do vermelho ao azul. Colocando LEDs de cores diferentes, por exemplo, RGB, podemos combinar a intensidade de emissão de cada um e assim obter qualquer cor do espectro, conforme mostra a figura 237. Figura 237 - O ponto de emissão de LEDs de diferentes cores Para chegar aos LEDs com todas as cores possíveis de emissão, a tecnologia de fabricação desses componentes passou por um lento processo de evolução. Comparando os LEDs com as Lâmpadas Incandescentes A primeira vantagem a ser ressaltada para os LEDs em relação às lâmpadas incandescentes é o consumo. Os LEDs precisam de 80% a 90% menos energia que as lâmpadas incandescentes convencionais de filamento. Além disso, a estrutura de estado sólido é muito mais robusta, tornando-os muito menos sensíveis a choques, vibrações ou outros esforços mecânicos, o que não ocorre com as lâmpadas comuns. Também temos a vida muito mais longa, que pode chegar a 100 000 horas. Numa lâmpada incandescente comum a luz é produzida pelo aquecimento de um filamento de tungstênio no interior de um bulbo de vidro. A radiação branca consiste num espectro muito largo de radiação eletromagnética, uma estrutura bastante frágil, conforme já vimos, o que não ocorre com os LEDs. Outra característica importante é o tamanho, já que os LEDs, não precisam de um volumoso bulbo de vidro e como o rendimento é muito maior, podem ser muito menores para uma mesma potência luminosa. Efeitos da Temperatura Ambiente Para se conseguir o máximo de longevidade de uma iluminação por LED é preciso considerar alguns fatores que influem nisso, dentre eles a temperatura. Normalmente, ocorre uma alteração da intensidade e corrente da ordem de 0,3 mA para cada grau de aumento da corrente a partir de 25º C. Assim, a corrente de um LED deve ser reduzida em 10 mA se ele operar em 55º C em relação à corrente nominal especificada para 25º C de temperatura. Na prática isso pode ser compensado. Assim, se sabemos que a temperatura de operação vai ser 30º C maior do que a especificada como nominal, projetamos o circuito para que o LED receba 10 mA a mais de corrente. A figura 238 ilustra o que ocorre. Figura 238 - Temperatura de operação dos LEDs. Onde os LEDs Brancos Podem Ser Usados Se bem que as finalidades de uma lâmpada incandescente e de LEDs usado em iluminação sejam as mesmas existem ainda algumas diferenças a serem consideradas nas aplicações práticas. Existem casos em que os LEDs brancos não podem ser usados? Onde eles podem ser usados? Para que possamos ter uma ideia de como os LEDs podem ser usados em iluminação é interessante ver como luz branca pode ser obtida desses componentes. Existem para isso duas tecnologias possíveis. A primeira consiste em se utilizar chips de LEDs nas cores básicas (RGB) num único invólucro ou cluster ainda fazer cobrir chips de LEDs azuis de Nitreto de Gálio com índio (InGaN) com fósforo. Essa técnica é mais apropriada quando se necessita de cor única da luz emitida, como por exemplo, em painéis de elevadores. Os LEDs desse tipo podem ser recobertos com fósforo de diversos tipos, que vão resultar no tipo de luz produzido. Pode-se obter uma luz fria, luz branca pálida ou luz branca incandescente. Nessa técnica a radiação de maior comprimento de onda da radiação azul é absorvida pelo fósforo e reemitida num espectro de frequências mais baixo que cobre a faixa visível, resultando em luz branca, conforme mostra a figura 239. Figura 239 - Técnica antiga de se obter LED branco A técnica de se combinar LEDs RGB é muito mais interessante em certas aplicações, pois combinando a maneira como os LEDs são excitados, além do branco podemos criar centenas de cores diferentes. Um ponto interessante a ser observado é que existe a falsa ideia de que um LED branco de InGaN pode ser usado para iluminarlentes ou materiais de qualquer cor. Isso é errado. O que ocorre é que, por exemplo, a luz vermelha não é representativa num LED branco, de modo que o LED branco só pode ser usado por trás de superfícies ou lentes brancas. Colocando um LED vermelho por trás de um painel ou lente vermelha a luz produzida será de cor rosa, enquanto que uma lente amarela transforma a luz em cor de limão e uma lente verde transforma a luz em esverdeado pálido. Para manter cores brilhantes é preciso que a cor do LED se case exatamente com a cor da lente ou painel. As lâmpadas Para alimentar os LEDs a partir da rede de energia precisamos usar circuitos especiais que são embutidos nas lâmpadas de LEDs. Estes circuitos podem ser muito simples como formados por resistores, capacitores e diodos, mas também complexos com circuitos integrados especiais que garantem corrente constante e maior rendimento. Estes circuitos são embutidos na base da lâmpada e não podem ser testados por meios simples. Na figura 240 temos exemplo de lâmpadas de LEDs de tipos comerciais. Figura 240 Observe que em algumas deles os chips dos LEDs são ligados em série de modo a imitar um filamento de lâmpada comum incandescente. CONCLUSÃO Este livro foi apenas uma breve introdução à eletrônica dos aparelhos e dispositivos ligados à rede de energia. Existe muito mais, e o eletricista que pretende se familiarizar com todas as tecnologias envolvidas deve ir além. As construções estão ficando cada vez mais sofisticadas com dispositivos que lhes agrega inteligência já sendo comuns tais como microprocessadores e microcontroladores. No futuro o eletricista não deverá apenas conhecer as instalações básicas e um pouco de eletrônica, mas muito mais. Deve conhecer informáticas, telecomunicações e automação coisas que hoje apenas estão no domínio dos engenheiros e técnicos avançados. Assim, prepare-se: procure entender mais de eletrônica se aprofundando a partir dos conhecimentos que demos aqui, de uma maneira algo superficial. Outros mais de 100 livros sobre Eletrônica Para você conhecer os outros livros sobre eletrônica do Instituto Newton C. Braga. Acesse : http://www.newtoncbraga.com.br/index.php/livros-tecnicos http://www.newtoncbraga.com.br/index.php/livros-tecnicos Cover Page Eletrônica para Eletricistas Apresentação Introdução da nova edição AS DIFERENÇAS ENTRE ELETRICIDADE E ELETRÔNICA FUNDAMENTOS DE ELETRICIDADE A corrente elétrica Circuitos Básicos Tensão e Corrente Resistência Unidades Efeitos da Corrente Elétrica Ligações em Série e em Paralelo Corrente Alternada e Corrente Contínua Sons e Ondas Eletromagnéticas Placas de Circuito Impresso e Solda Outras Ferramentas Diagramas e Símbolos COMPONENTES ELETRÔNICOS FIOS FUSÍVEIS Símbolos e Tipos Especificações Como Testar um Fusível CHAVES Símbolos e Tipos Onde São Encontradas Especificações Corrente e Tensão Máxima de Operação Como Testar PILHAS E BATERIAS Símbolo e Tipos Como testar RESISTOR Símbolo e Tipos Especificações SMD Onde os resistores são usados Como testar RESISTORES VARIÁVEIS Símbolos e Tipos Especificações Teste e Substituição LÂMPADAS INCANDESCENTES Símbolos e Tipos Especificações Onde elas são encontradas Teste e Substituição LÂMPADAS NEON Símbolo e Tipos Especificações Onde são encontradas e como são usadas Testando LDRs OU FOTO-RESISTORES Símbolo e Tipos Especificações Onde são encontrados Como Testar NTC/PTC Símbolos, Tipos e Curva Característica Especificações Onde são encontrados Como Testar VDR Símbolos e Tipos Especificações Como são usados e onde são encontrados Como testar CAPACITORES Tipos e Símbolos Especificações Tipos Onde são encontrados Como Testar CAPACITORES VARIÁVEIS Símbolos e aspectos Especificações Onde eles são encontrados Como testar BOBINAS OU INDUTORES Símbolos e tipos Especificações Onde são encontradas Como testar TRANSFORMADORES Símbolos e tipos Especificações Onde são usados Como testar RELÊS Símbolos e Aspectos Especificações Onde são encontrados Como Testar SOLENOIDES Símbolo e aspectos Especificações Onde são encontrados Como testar MOTORES Símbolo e aspectos Especificações Onde são encontrados Teste ALTO FALANTES E FONES Símbolos e Tipos Especificações Características dos fones Teste TRANSDUTORES MAGNÉTICOS Símbolos e tipos Especificações Onde são encontrados Teste TRANSDUTORES PIEZOELÉTRICOS Símbolo e Tipos Especificações Onde são encontrados Testando SEMICONDUTORES Princípio de funcionamento Junções DIODOS Símbolos e Tipos Especificações Onde são encontrados Como Testar DIODOS ZENER Símbolo e aspecto Especificações Onde São Encontrados Teste LEDs Símbolo e aparência Especificações Onde são encontrados Testando DIODOS ESPECIAIS Símbolos e tipos Especificações Como testar TRANSISTORES BIPOLARES Símbolos e tipos Especificações Outras especificações Trabalhando com Transistores Como os transistores são usados Teste e Identificação FOTOTRANSISTORES Símbolo e tipos Especificações Onde e como são usados ACOPLADORES ÓPTICOS Símbolo e aspecto Especificações Onde são usados Como testar TRANSISTORES DARLINGON Símbolos Especificações Onde São Encontrados Testando TRANSISTORES UNIJUNÇÃO (UJT) Símbolo e Aspecto Especificações Onde são encontrados Como Testar TRANSISTOR PROGRAMÁVEL UNIJUNÇÃO (PUT) Símbolo Especificações Onde são usados Teste TRANSISTORES DE EFEITO DE CAMPO (FETs) Símbolos e tipos Especificações Onde são encontrados Testando MOSFETs Símbolos e Aspectos Especificações Onde são encontrados Como Testar FETs DE POTÊNCIA (Power FETs) Símbolo e Aspecto Especificações Onde são encontrados Como Testar IGBT Simbolo Especificações Onde são usados Teste DIODO CONTROLADO DE SILÍCIO (SCR) Símbolo e Aspecto Especificações Onde são usados A série 106 Teste TRIACs Símbolos Especificações Onde são usados Teste Inteferência Eletromagnética (EMI) DIAC Símbolo Especificações Onde são encontrados Teste QUADRAC Símbolo Especificações Onde são encontrados Teste SUS Símbolo Especificações Onde são encontrados Testando SBS Símbolo Especificações Onde são encontrados Teste DISPLAYS DE CRISTAL LÍQUIDOS (LCDs) Símbolos e aparências Especificação Onde são encontrados Como testar VÁLVULAS Símbolos e aspectos Especificações Onde são encontradas Testando CIRCUITOS INTEGRADOS Símbolo e tipos Especificações e tipos Analógicas Digital DIAGNÓSTICO E REPARAÇÃO O primeiro passo Regras de Segurança Dicas de Reparação O Multímetro Multímetros Analógicos Multímetros Digitais Como Usar o Multímetro Medidas de Tensão e Corrente Medidas de Resistência Outras Funções do Multímetro Encontrando Componentes Equivalentes CIRCUITOS PRÁTICOS - COMO FUNCIONAM Eliminadores de Pilhas ou Adaptadores AC/DC DIMMERS E CONTROLES DE POTÊNCIA INVERSORES Como Funcionam Trabalhando com Inversores SINALIZADORES (FLASHERS) Com lâmpada incandescente Com lâmpada de xenônio Sequenciadores LUZ NOTURNA AUTOMÁTICA/LUZ DE EMERGÊNCIA ALARMES Sistemas com sensores magnéticos e chaves Fotoelétrico Sensores de Movimento Alarmes ultrassônicos CAMPAINHAS ELETRÔNICAS CARREGADORES DE BATERIAS Carregadores de Nicad Carregadores de Baterias Automotivas LÂMPADAS FLUORESCENTES CONVERSORES AC/AC OU TRANSFORMADORES ESTABILIZADORES DE TENSÃO INTERCOMUNICADORES CONTROLES REMOTOS Por sinais de rádio Infravermelho Ultrassons Via rede de energia Fios PROTETORES DE REDE LÂMPADAS DE LEDs LEDs Brancos na Iluminação Comparando os LEDs com as Lâmpadas Incandescentes Efeitos da Temperatura Ambiente Onde os LEDs Brancos Podem Ser Usados As lâmpadas CONCLUSÃO Outros mais de 100 livros sobre Eletrônica