Circuitos Capacitivos

Transcrição

1 CEFET BA Vitória da Conquista Análise de Circuitos Circuitos Capacitivos Prof. Alexandre Magnus

2 Conceito Um capacitor é um dispositivo elétrico formado por 2 placas condutoras de metal separadas por um material isolante chamado dielétrico Circuitos Capacitivos 2

3 Tipos Capacitores Comuns: Apresenta-se com tolerâncias de 5 % ou 10 % Capacitores são freqüentemente classificados de acordo com o material usados como dielétrico. Os seguintes tipos de dielétricos são usados: cerâmica (valores baixos até cerca de 1 µf) poliéster (de aproximadamente 1 nf até µf) tântalo (compacto, dispositivo de baixa tensão, de até 100 µf aproximadamente) Eletrolítico (de alta potência, compacto mas com muita perda, na escala de 1 µf a 1000 µf) Circuitos Capacitivos 3

4 Tipos Capacitores variáveis Capacitâncias podem ser mudadas intencionalmente e repetidamente ao longo da vida do dispositivo Circuitos Capacitivos 4

5 Capacitância A propriedade que estes dispositivos têm de armazenar energia elétrica sob a forma de um campo eletrostático é chamada de capacitância ou capacidade (C) e é medida pelo quociente da quantidade de carga (Q) armazenada pela diferença de potencial ou tensão (V) que existe entre as placas: C = Q/V Circuitos Capacitivos 5

6 Unidade A unidade de capacitância é o farad Um capacitor de 1 farad pode armazenar um coulomb de carga a 1 volt Um coulomb é 6,25E18 (6,25 * 10^18, ou 6,25 bilhões de bilhões) de elétrons Um ampère representa a razão de fluxo de elétrons de 1 coulomb de elétrons por segundo, então, um capacitor de 1 farad pode armazenar 1 ampère- segundo de elétrons a 1 volt Um capacitor de 1 farad seria bem grande Ele poderá ser do tamanho de uma lata de atum ou de uma garrafa de 1litro de refrigerante, dependendo da tensão que ele pode suportar Então, normalmente, os capacitores são medidos em microfarads (milionésimos de um farad) Circuitos Capacitivos 6

7 Aplicações A diferença entre um capacitor e uma pilha é que o capacitor pode descarregar toda sua carga em uma pequena fração de segundo, já uma pilha demoraria alguns minutos para descarregar-se É por isso que o flash eletrônico em uma câmera utiliza um capacitor, a pilha carrega o capacitor do flash durante vários segundos, e então o capacitor descarrega toda a carga no bulbo do flash quase que instantaneamente Isto pode tornar um capacitor grande e carregado extremamente perigoso, os flashes e as TVs possuem advertências sobre abri-los por este motivo Eles possuem grandes capacitores que poderiam matá-lo com a carga que contêm Circuitos Capacitivos 7

8 Aplicações Os capacitores são utilizados de várias maneiras em circuitos eletrônicos: Algumas vezes, os capacitores são utilizados para armazenar carga para utilização rápida. É isso que o flash faz Os grandes lasers também utilizam esta técnica para produzir flashes muito brilhantes e instantâneos Os capacitores também podem eliminar ondulações Se uma linha que conduz corrente contínua (CC) possui ondulações e picos, um grande capacitor pode uniformizar a tensão absorvendo os picos e preenchendo os vales Um capacitor pode bloquear a CC Se você conectar um pequeno capacitor a uma pilha, então não fluirá corrente entre os pólos da pilha assim que o capacitor estiver carregado (o que é instantâneo se o capacitor é pequeno) Entretanto, o sinal de corrente alternada (CA) flui através do capacitor sem qualquer impedimento. Isto ocorre porque o capacitor irá carregar e descarregar à medida que a corrente alternada flutua, fazendo parecer que a corrente alternada está fluindo Uma das utilizações mais comuns dos capacitores é combiná-los com indutores para criar osciladores Circuitos Capacitivos 8

9 Capacitores em Série e em Paralelo Série Paralelo Circuitos Capacitivos 9

10 Reatância Capacitiva É a oposição ao fluxo de corrente ca devido à capacitância no circuito Onde: Xc é a reatância capacitiva (Ω) π = 3,14 f é a freqüência (Hz) C é a capacitância (F) A unidade é ohm (Ω) Circuitos Capacitivos 10

11 Circuitos Capacitivos Ic Somente capacitância 90º Se um capacitor ideal (não tem resistência de perdas) for ligado à uma fonte de tensão alternada senoidal, a corrente estará 90º adiantada em relação à tensão Vc (ref) 90º Vc Ic (ref) Circuitos Capacitivos 11

12 Circuito RC Série (alimentação ca) Como com os circuitos indutivos, a associação de resistência e reatância capacitiva é chamada impedância Num circuito em série a corrente é a mesma que passa por R e X C A queda de tensão de R é V R = IR A queda de tensão em X C é V C = IX C A tensão através de XC segue a corrente a corrente que passa por XC atrasada de 90º A tensão através de R está em fase com I já que resistência não produz desvio de fase Circuitos Capacitivos 12

13 Circuito RC Série (alimentação ca) O ângulo de fase θ entre V T e V R tgθ = -V C /V R θ = arctg (-V C /V R ) Circuitos Capacitivos 13

14 Circuito RC Série (alimentação ca) Exemplo: Um circuito ca RC em série tem uma corrente de pico de 1A com R=50Ω e X C =120Ω. Calcule V R, V C, V T e θ. Faça o diagrama de fasores de V C e I. Desenhe também o diagrama de tempo de i, V R, v c e v t. Circuitos Capacitivos 14

15 Circuito RC Série (alimentação ca) Exemplo (cont.) Circuitos Capacitivos 15

16 Impedância em Circuitos RC Série O triângulo de tensão corresponde ao triângulo de impedância Circuitos Capacitivos 16

17 Impedância em Circuitos RC Série Exemplo: Um R de 30Ω e um X C de 40Ω estão ligados em série a uma fonte de 120V. Calcule Z, I e θ. Faça o diagrama de fasores. Circuitos Capacitivos 17

18 Impedância em Circuitos RC Série Exemplo (cont.) Circuitos Capacitivos 18

19 Circuito RC Paralelo (alimentação ca) A tensão é a mesma, através da fonte, de R e de X C, uma vez que todos estão em paralelo Cada ramo tem sua corrente individual A corrente em R é I R = V T /R (em fase com V T ) A corrente em C é I C = V T /X C (adiantada 90º em a V T ) Circuitos Capacitivos 19

20 Impedância em Circuitos RC Paralelo A impedância de um circuito RC paralelo é a tensão total dividida pela corrente total Z T = V T /I T Circuitos Capacitivos 20

21 Impedância em Circuitos RC Paralelo Exemplo: Um resistor de 15Ω e um capacitor de 20Ω de reatância capacitiva estão dispostos em paralelo ligados a uma linha de 120V. Calcule I R, I C, I T, θ e Z. Faça o diagrama de fasores. Circuitos Capacitivos 21

22 Tabela de Resumo para os Circuitos RC Série e Paralelo Circuitos Capacitivos 22

23 Tabela de Resumo para os Circuitos RL Série e Paralelo Circuitos Capacitivos 23

24 Resumo das Reatâncias Indutivas e Capacitivas Circuitos Capacitivos 24

25 Resumo das Defasagens de Tensão e Corrente no Indutor e Capacitor Circuitos Capacitivos 25