Universidade Federal da Paraíba Centro de Ciências Exatas e da Natureza Departamento de Informática

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1 Universidade Federal da Paraíba Centro de Ciências Exatas e da Natureza Departamento de Informática Francisco Erberto de Sousa Saulo Bezerra Alves Relatório: Capacitor, Resistor, Diodo e Circuito RC João Pessoa, 25 de Agosto de 2011

2 INTRODUÇÃO Este relatório tem por objetivo apresentar da forma mais clara e objetiva possível os fundamentos básicos e a função de capacitor, resistor, diodo e circuito RC. 1 - FUNDAMENTAÇÃO TEORICA Capacitor O capacitor é dispositivo capaz de criar um campo elétrico, que possibilita o armazenamento de energia no mesmo. Ele é formado por duas placas condutoras, separadas por uma distância d e com uma diferença de potencial V entre essas placas, o que forma o campo elétrico que armazenará energia até ficar com o mesmo potencial elétrico da fonte que o alimentou. É utilizado um terminal isolante entre elas chamado de dielétrico ou isolante elétrico, o tamanho dessas placas influi bastante na capacitância, que esta por sua vez tem a função de medir a capacidade de armazenamento das cargas elétricas de um capacitor. A forma de como é calculada esta capacidade estar mostrada logo abaixo: C = Q/V C Capacitância - Faraday Q Cargas elétricas - Coulomb V Diferença de Potencial - Volts Nos diagramas esquemáticos os capacitores são representados como na figura 1.1: Fig 1.1

3 Existem dois tipos de capacitores e os que diferenciam são seus dielétricos, com forme mostra a tabela 1.1. Tipo Axial Radial Tabela 1.1: Tipos de Capacitores Característica Um terminal em cada extremidade Dois terminais na mesma extremidade 1.2 Resistor Um resistor é um dispositivo elétrico muito utilizado em eletrônica, ora com a finalidade de transformar energia elétrica em térmica por meio do efeito joule, ora com a finalidade de limitar a corrente elétrica em um circuito. Os resistores têm por finalidade oferecer uma oposição à passagem de corrente elétrica, através de seu material. A essa oposição dar-se o nome de resistência elétrica, que possui como unidade ohm. Causam uma queda de tensão em alguma parte de um circuito elétrico, porém jamais causam quedas de corrente elétrica. Isso significa que a corrente elétrica que entra em um terminal do resistor será exatamente a mesma que sai pelo outro terminal, porém há uma queda de tensão. Utilizando-se disso, é possível usar os resistores para controlar a corrente elétrica sobre os componentes desejados. Os resistores são utilizados como parte de um circuito elétrico e incorporados dentro de dispositivos microeletrônicos. A relação entre tensão, corrente e resistência, através de um objeto é dada por uma simples equação, Lei de Ohm (Fig. 1.2): Fig Lei de Ohm. Fig Representação de um resistor em um circuito. Fig Imagem de um resistor.

4 Onde V (ou U) é a diferença de potencial em volts, I é a corrente que circula através de um objeto em ampères, e R é a resistência em ohms. A resistência de um componente pode ser calculada pelas suas características físicas. A resistência é proporcional ao comprimento do resistor e à resistividade do material (uma propriedade do material), e inversamente proporcional à área da secção transversal. A equação para determinar a resistência de uma seção do material é: Fig Onde é a resistividade do material, é o comprimento, e é a área da secção transversal. Isso pode ser estendido a uma integral para áreas mais complexas, mas essa fórmula simples é aplicável a fios cilíndricos e à maioria dos condutores comuns. Esse valor está sujeito a mudanças em altas freqüências devido ao efeito skin, que diminui a superfície disponível da área. Nos circuitos eletrônicos em geral, os resistores são encontrados associados em série ou em paralelo, e muitas vezes em associações mistas, que são compostos por conjuntos de associações em série e em paralelo. Na associação em serie, a resistência equivalente é simplesmente a soma das resistências oferecidas por cada resistor. R eq = R 1 + R R n Na associação em paralelo a resistência equivalente é dado por: 1/Req = 1/R1 + 1/R /Rn 1.3 Diodo Diodo é um dispositivo ou componente eletrônico composto de cristal semicondutor de silício ou germânio numa película cristalina cujas faces opostas são dopadas por diferentes gases durante sua formação.

5 É o tipo mais simples de componente eletrônico semicondutor, usado como retificador de corrente elétrica. Possui uma queda de tensão de 0,3 V(germânio) e 0,7 V(silício). O diodo é um componente elétrico que permite que a corrente atravesse-o num sentido com muito mais facilidade do que no outro. Diodos são simbolizados, conforme a figura 1.5. Fig Quando colocado em um simples circuito bateria-lâmpada, o diodo vai permitir ou impedir corrente através da lâmpada, dependendo da polaridade de da tensão aplicada, como nas figuras 1.6 e 1.7. e Fig Fig Na figura 1.6 o diodo está diretamente polarizado, há corrente e a lâmpada fica acesa. Na figura 1.7 o diodo está inversamente polarizado, não há corrente, logo a lâmpada fica apagada. A principal função de um diodo semicondutor, em circuitos retificadores de corrente, é transformar corrente alternada em corrente contínua pulsante, já que no semiciclo negativo de uma corrente alternada o diodo fará a função de uma chave aberta, não circulará corrente elétrica no circuito (considerando o sentido convencional de corrente, do positivo para o negativo ). A principal função de um diodo semicondutor, em circuitos de corrente contínua, é controlar o fluxo da corrente, permitindo que a corrente elétrica circule apenas em um sentido.

6 A polarização do diodo é dependente da polarização da fonte geradora. A polarização é direta quando o pólo positivo da fonte geradora entra em contato com o lado do cristal P(chamado de anodo) e o pólo negativo da fonte geradora entra em contato com o lado do cristal N(chamado de catodo). Assim, se a tensão da fonte geradora for maior que a tensão interna do diodo, os portadores livres se repelirão por causa da polaridade da fonte geradora e conseguirão ultrapassar a junção P-N, movimentando-os os e permitindo a passagem de corrente elétrica. A polarização é indireta quando o inverso ocorre. Assim, ocorrerá uma atração das lacunas do anodo(cristal P) pela polarização negativa da fonte geradora e uma atração dos elétrons livres do catodo(cristal N) pela polarização positiva da fonte geradora, sem existir um fluxo de portadores livres na junção P-N, ocasionando no bloqueio da corrente elétrica. Pelo fato de que os diodos fabricados não são ideais(contém impurezas), a condução de corrente elétrica no diodo (polarização direta) sofre uma resistência menor que 1 ohm, que é quase desprezível. O bloqueio de corrente elétrica no diodo (polarização inversa) não é total devido novamente pela presença de impurezas, tendo uma pequena corrente que é conduzida na ordem de microampéres, chamada de corrente de fuga, que também é quase desprezível. Gráfico abaixo mostra a curva característica do comportamento do diodo em sua polarização direta e inversa. Grafico Comportamento do diodo em sua polarização direta e inversa

7 1.4 Circuitos RC É um circuito formado por resistores, capacitores, podendo estar em serie ou não, e uma força eletromotriz. Fig. 1.4 Esquema de um circuito RC O circuito RC paralelo é geralmente de menor interesse que o circuito série. Isto ocorre em maior parte pelo fato de a tensão de saída Vout ser igual à tensão de entrada Vin. Como resultado, este circuito não atua como um filtro no sinal de entrada, a menos que este seja alimentado por uma fonte de corrente. Com impedâncias complexas: e. Isto mostra que a corrente do capacitor está 90 fora de fase com relação à corrente do resistor e à corrente da fonte. Alternativamente, as seguintes equações diferenciais podem ser utilizadas: e. Para uma saída de passo (que é efetivamente um sinal de 0 Hz, ou CC), a derivada da saída é um impulso em t = 0. Desta maneira, o capacitor atinge a carga completa muito

8 rapidamente e se torna o equivalente a um circuito aberto, sendo este o comportamento característico do capacitor em corrente contínua.

9 Referências Bibliográficas Resistor. Figura Disponível em: < >. Acesso em: 25 de agosto de Resistor. Figura e Disponível em < >. Acesso em: 25 de agosto de Resistor. Figura Disponível em < >. Acesso em: 25 de agosto de Diodo. Figura 1.3.1, 1.3.2, e Gráfico 1.3. Disponível em < >. Acesso em: 25 de agosto de Capacitores. Disponível em < >. Acesso em: 25 de agosto de Capacitores. Disponível em < >. Acesso em: 25 de agosto de 2011.

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