Curso Profissional de Técnico de Electrónica, Automação e Computadores. Disciplina de Tecnologias Aplicadas 10º Ano Ano Lectivo 2009 / 2010

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1 Curso Profissional de Técnico de Electrónica, Automação e Computadores Disciplina de Tecnologias Aplicadas 10º Ano Ano Lectivo 2009 / 2010 Módulo 3 Tecnologia dos Componentes Electrónicos Objectivos: Conhecer e identificar as características gerais dos componentes electrónicos Determinar os valores de R e C pelo código de cores Identificar componentes electrónicos através dos símbolos Consultar livros e Datasheets de componentes Identificar componentes electrónicos através do seu código Verificar o estado de funcionamento de um componente electrónico com multímetro Componentes utilizados em circuitos electrónicos Os circuitos electrónicos, em circuito impresso (PCI) ou não, podem ser mais ou menos complexos e com mais ou menos componentes, consoante a função que vão desempenhar. Os principais componentes electrónicos são: o Resistências (R) o Condensadores (C) o Bobinas (L) o Díodos rectificadores (D) o Díodos Zener o Transístores (T) o FET o Tiristores o Triacs o Diacs o Circuitos integrados (CI) O processador de um computador (PC) é um circuito integrado de resistências, díodos e transístores interligados que controla o funcionamento do PC, tendo variadas funções. A placa-mãe (MB) de um PC é uma placa de circuito impresso multicamada constituída por diferentes componentes electrónicos e outros dispositivos, entre os quais está o processador (µp). Os componentes electrónicos são agrupados em 2 grupos: o Componentes passivos: não provocam a transformação do sinal que recebem, limitando-se apenas a receber energia e a transformá-la ou guardá-la. Ex: R, L, C. o Componentes activos: provocam transformação do sinal (em amplitude, forma, frequência, sentido, tipo, ). Ex: díodos, transístores, Triacs, FET, CI, Módulo 3 Tecnologia dos Componentes Electrónicos TAPL 10º Ano Turma /2010 1

2 Características dos componentes electrónicos Resistências eléctricas Componente passivo Simbologia e exemplos: Sistema de identificação por cores: Quando a resistência é identificada pelo código de cores e tem: o 3 Riscas: não está definida a 4ª cor (tolerância), o que significa que as resistências deste tipo têm tolerância 20% o 4 Riscas: são resistências de baixa precisão (de 5% a 20% de tolerância) o 5 Riscas: são resistências de precisão (2% de tolerância ou inferior) o 6 Riscas: a 6ª cor indica o coeficiente de temperatura Letra de identificação em fórmulas: R Unidade de medida: Ω (ohm) Função: limitar a corrente (I) ou provocar queda de tensão (q.d.t) Características: o Valor nominal, em Ω (sempre indicado) o Potência de dissipação: P = R * I 2 (sempre indicado ou reconhecido) o Tolerância, em % (indica a diferença máxima de variação do valor da resistência) (sempre indicado) Módulo 3 Tecnologia dos Componentes Electrónicos TAPL 10º Ano Turma /2010 2

3 o Sistema de identificação por código de cores, código numérico ou alfanumérico o Coeficiente de temperatura o Coeficiente de tensão o Tensão máxima nominal [V] o Tensão de ruído o Diagrama de potência temperatura o Característica resistência frequência o Tipo de ligação (axial ou radial) o Dimensões físicas Tipos de resistências: o De carvão (aglomerado ou película) o Metálicas o Óxidos metálicos o LDR (resistências variáveis com a luz) o VDR (resistências variáveis com a tensão aplicada) o PTC (resistências que aumentam de valor com o aumento da temperatura) o NTC (resistências que diminuem de valor com o aumento da temperatura) o Classificação: o Quanto ao modo de funcionamento: Linear (Ex: carvão, bobinadas, metálicas) Não linear (Ex: PTC, NTC, LDR, VDR) o Quanto ao material de construção: Bobinadas: de potência, de precisão Não bobinadas: carvão, bobinadas, metálicas o Quanto ao valor: Fixas Variáveis: potenciómetros, trimmers, As resistências de carvão são as mais utilizadas por serem mais baratas e serem fabricadas desde 0,1Ω até dezenas de MΩ. Por outro lado, têm valores máximos de potência baixos (1/8W, 1/4W, 1/2W, 1W, 2W, 3W), são instáveis, têm tolerância alta e coeficiente de temperatura negativo. As resistências de película metálica são mais caras pois têm uma película muito fina de ouro. Têm melhor tolerância, são mais estáveis e têm coeficiente de temperatura positivo. As resistências bobinadas são constituídas por fios (de cobre - níquel, ) enrolados num suporte. O valor depende do diâmetro do fio utilizado, do comprimento e da resistividade eléctrica do material. Têm baixa tolerância, motivo pelas quais são utilizadas em aparelhos de precisão. São fabricadas para potências mais elevadas (desde W a milhares de W). Valores nominais de resistência A sucessão de valores nominais de resistência se ajusta a uma progressão geométrica: onde N é o valor nominal da resistência na posição n e k é um coeficiente relacionado com a tolerância (ver tabela I): Nas tabelas II e III são mostrados os valores normalizados entre 1 e 10. Os outros valores padronizados podem ser obtidos multiplicando esses valores por potências de 10. Módulo 3 Tecnologia dos Componentes Electrónicos TAPL 10º Ano Turma /2010 3

4 Tabela I Tabela II - Séries E6, E12, E24 (resistências de 4 faixas) Tolerância Nome k [%] da Série 20 6 E6 Série E E12 Série E E24 Série E E E E192 Série E E192 Série E E192 Série E Tabela III - Séries E48, E96, E192 (resistências de 5 faixas) Série E , 1.05, 1.10, 1.15, 1.21, 1.27, 1.33, 1.40, 1.47, 1.54, 1.62, 1.69, 1.78, 1.87, 1.96, 2.05, 2.15, 2.26, 2.37, 2.49, 2.61, 2.74, 2.87, 3.01, 3.16, 3.32, 3.48, 3.65, 3.83, 4.02, 4.22, 4.42, 4.64, 4.87, 5.11, 5.36, 5.62, 5.90, 6.19, 6.49, 6.81, 7.15, 7.50, 7.87, 8.25, 8.66, 9.09, 9.53 Série E , 1.02, 1.05, 1.07, 1.10, 1.13, 1.15, 1.18, 1.21, 1.24, 1.27, 1.30, 1.33, 1.37, 1.40, 1.43, 1.47, 1.50, 1.54, 1.58, 1.62, 1.65, 1.69, 1.74, 1.78, 1.82, 1.87, 1.91, 1.96, 2.00, 2.05, 2.10, 2.15, 2.21, 2.26, 2.32, 2.37, 2.43, 2.49, 2.55, 2.61, 2.67, 2.74, 2.80, 2.87, 2.94, 3.01, 3.09, 3.16, 3.24, 3.32, 3.40, 3.48, 3.57, 3.65, 3.74, 3.83, 3.92, 4.02, 4.12, 4.22, 4.32, 4.42, 4.53, 4.64, 4.75, 4.87, 4.99, 5.11, 5.23, 5.36, 5.49, 5.62, 5.76, 5.90, 6.04, 6.19, 6.34, 6.49, 6.65, 6.81, 6.98, 7.15, 7.32, 7.50, 7.68, 7.87, 8.06, 8.25, 8.45, 8.66, 8.87, 9.09, 9.31, 9.53, 9.76 Série E , 1.01, 1.02, 1.04, 1.05, 1.06, 1.07, 1.09, 1.10, 1.11, 1.13, 1.14, 1.15, 1.17, 1.18, 1.20, 1.21, 1.23, 1.24, 1.26, 1.27, 1.29, 1.30, 1.32, 1.33, 1.35, 1.37, 1.38, 1.40, 1.42, 1.43, 1.45, 1.47, 1.49, 1.50, 1.52, 1.54, 1.56, 1.58, 1.60, 1.62, 1.64, 1.65, 1.67, 1.69, 1.72, 1.74, 1.76, 1.78, 1.80, 1.82, 1.84, 1.87, 1.89, 1.91, 1.93, 1.96, 1.98, 2.00, 2.03, 2.05, 2.08, 2.10, 2.13, 2.15, 2.18, 2.21, 2.23, 2.26, 2.29, 2.32, 2.34, 2.37, 2.40, 2.43, 2.46, 2.49, 2.52, 2.55, 2.58, 2.61, 2.64, 2.67, 2.71, 2.74, 2.77, 2.80, 2.84, 2.87, 2.91, 2.94, 2.98, 3.01, 3.05, 3.09, 3.12, 3.16, 3.20, 3.24, 3.28, 3.32, 3.36, 3.40, 3.44, 3.48, 3.52, 3.57, 3.61, 3.65, 3.70, 3.74, 3.79, 3.83, 3.88, 3.92, 3.97, 4.02, 4.07, 4.12, 4.17, 4.22, 4.27, 4.32, 4.37, 4.42, 4.48, 4.53, 4.59, 4.64, 4.70, 4.75, 4.81, 4.87, 4.93, 4.99, 5.05, 5.11, 5.17, 5.23, 5.30, 5.36, 5.42, 5.49, 5.56, 5.62, 5.69, 5.76, 5.83, 5.90, 5.97, 6.04, 6.12, 6.19, 6.26, 6.34, 6.42, 6.49, 6.57, 6.65, 6.73, 6.81, 6.90, 6.98, 7.06, 7.15, 7.23, 7.32, 7.41, 7.50, 7.59, 7.68, 7.77, 7.87, 7.96, 8.06, 8.16, 8.25, 8.35, 8.45, 8.56, 8.66, 8.76, 8.87, 8.98, 9.09, 9.19, 9.31, 9.42, 9.53, 9.65, 9.76, Módulo 3 Tecnologia dos Componentes Electrónicos TAPL 10º Ano Turma /2010 4

5 Condensadores Componente passivo Simbologia e exemplos: Módulo 3 Tecnologia dos Componentes Electrónicos TAPL 10º Ano Turma /2010 5

6 Sistema de identificação por cores: O sistema de identificação por cores é semelhante ao sistema utilizado para as resistências. No entanto, é utilizada uma outra cor para definir a tensão máxima de trabalho. Para os condensadores cerâmicos e de poliester, são utilizadas as seguintes tabelas de cores: Módulo 3 Tecnologia dos Componentes Electrónicos TAPL 10º Ano Turma /2010 6

7 Constituição: o condensador típico é constituído por dois eléctrodos ou placas que armazenam cargas opostas. Estas duas placas são condutoras e são separadas por um isolante ou por um dieléctrico. Letra de identificação: C Unidade de medida: F (Farad) Função: Armazenar energia eléctrica Aplicações: fonte auxiliar de energia, Acoplamento AC, correcção do factor de potência Características: o Capacidade nominal, em Farad (F). Na prática, encontram-se condensadores com capacidades na ordem dos mf, uf, nf e pf. o Tensão nominal Un, em Volt (V) o Tolerância, em % o Temperatura de funcionamento T, em ºC o Sistema de identificação por código de cores, código numérico ou alfanumérico o Tipo de ligação (axial ou radial) o Dimensões físicas o Tipos de condensadores: Cerâmicos Mica Película ou Folha Electrolíticos Híbridos Poliestireno Polipropileno Poliéster Tântalo De dupla camada (EDLC) o Classificação: Quanto ao valor: Fixas Variáveis Quanto ao funcionamento: Electrostáticos Electrolíticos: polarizados / não polarizados Tipo de dieléctrico: Gasoso (ar, vácuo, ) Sólido (cerâmico, papel, ) Líquido (electrólito, óleo, ) Módulo 3 Tecnologia dos Componentes Electrónicos TAPL 10º Ano Turma /2010 7

8 Supercondensadores Para além dos condensadores convencionais, apareceram no mercado novos tipos de condensadores, os supercondensadores, os quais permitem armazenar quantidades de energia muito elevadas, podendo ser comparadas ou mesmo melhores do que algumas baterias. Os supercondensadores contêm células de 25, 50 e 150 farads de capacidade, todas com uma diferença de potencial de 2,7 volts. Vantagens: Desempenho fiável de mais de 500 mil ciclos de carregamento; Capacidade de operação em temperaturas que vão dos -40ºC aos +65ºC; Elevada potência e densidade energética Invólucro leve e com pouco volume; Resistência à polaridade invertida, Podem ter um desenho radial de dois pinos para uma instalação mais fácil; Não requerem qualquer manutenção durante 10 anos. Desvantagem Trabalharem geralmente com voltagens baixas, na ordem dos 2 a 3 volts. Este tipo de dispositivos é habitualmente usado no campo da robótica e dos sistemas de automação industrial, mas também em sistemas de armazenamento UPS para a área das telecomunicações e em aparelhos electrónicos sem fios. Os supercondensadores possuem uma densidade energética elevada em comparação com os condensadores convencionais. Conseguem melhorar a sua capacidade para armazenar energia através de um material microscopicamente poroso (como o carvão activado), que aumenta a área total da superfície que consegue reter os electrões. Embora os supercondensadores tenham uma densidade de energia geralmente inferior à das baterias ou das células de combustível, conseguem uma potência e uma longevidade cerca de 10 vezes superiores àquelas, para além de carregarem muito mais rapidamente. Módulo 3 Tecnologia dos Componentes Electrónicos TAPL 10º Ano Turma /2010 8

9 Díodos Componente activo Simbologia e exemplos: Sistema de identificação: alfanumérica Constituição: o díodo é constituído por uma junção PN. As camadas P e N podem ser do tipo germânio (Ge) ou silício (Si), existindo em estudo outros tipos de componentes. Letra de identificação: D Unidade de medida: V (Volt) Função base: Rectificação de sinal (díodo rectificador), sinalizador (Led) Aplicações: circuitos de rectificação, sinalização ou comunicação (Led e díodo lazer), detecção (Foto-díodo) ou estabilização (Zener) Características: o Intensidade de corrente directa I F, em A o Intensidade de corrente directa máxima de pico I FSM, em A (+/- 30*I F ) o Intensidade de corrente inversa I R, em µa, ma ou A o Tensão inversa U R, em Volt (V) o Temperatura de funcionamento T, em ºC o Sistema de identificação por código alfanumérico o Tipo de encapsulamento e tipo de ligação (axial ou radial) o Potência máxima, em Watt (W) o Tipos de díodos: Rectificadores, schottky Zener Leds, foto-díodos Bidireccional, túnel, de efeito de campo, varactor Módulo 3 Tecnologia dos Componentes Electrónicos TAPL 10º Ano Turma /2010 9

10 Díodos Zener São díodos especiais utilizados para manter constante um dado valor de tensão no circuito. O díodo Zener difere do díodo convencional pelo fato de receber uma dopagem (tipo N ou P) maior, o que provoca a aproximação da curva na região de avalanche ao eixo vertical. Isto reduz consideravelmente a tensão de ruptura e evidencia o efeito Zener que é mais notável à tensões relativamente baixas Exemplos de códigos de díodos Zener Características únicas, para além das características do díodo rectificador: o Intensidade de corrente de Zener I Z, em A o Tensão de Zener U Z, em Volt (V) o Potência de Zener P Z, em Watt (W) o R Z : resistência do Zener o I Zmín : corrente Mínima de Zener o I Zmáx : corrente Máxima de Zener Característica tensão-corrente (exemplo de um díodo Zener de 17.1V): Módulo 3 Tecnologia dos Componentes Electrónicos TAPL 10º Ano Turma /

11 Díodos Led O díodo emissor de luz é também conhecido pela sigla em inglês LED (Light Emitting Diode). A sua funcionalidade básica é a emissão de luz em locais e instrumentos onde se torna mais conveniente a sua utilização no lugar de uma lâmpada. É especialmente utilizado em produtos de microeletrônica como sinalizador de avisos, e também pode ser encontrado em tamanho maior, como em alguns modelos de semáforos. O LED é um díodo semicondutor (junção P-N) que, quando alimentado electricamente e no sentido positivo, emite luz visível. A luz não é monocromática (como em um laser), mas consiste de uma banda espectral relativamente estreita e é produzida pelas interacções energéticas do electrão. O processo de emissão de luz pela aplicação de uma fonte eléctrica de energia é chamado eletroluminescência. Devido à sua limitação de corrente, os díodos Led devem ter uma resistência em série de modo a proteger o Led. Estes componentes normalmente não suportam tensões inversas U R muito elevadas. Características únicas, para além das características do díodo rectificador: o Intensidade de corrente máxima de condução I F, em ma o Tensão mínima de condução U o, em Volt (V) o Tensão inversa U R, em Volt (V) o Cor (infravermelho, verde, azul, vermelho, branco, ) Exemplos: CQY11B: cor infravermelha, IF=3 0mA, U R =2 V, P=50 mw CQY94: cor verde, IF=20mA, U R =3 V, P=60 mw Módulo 3 Tecnologia dos Componentes Electrónicos TAPL 10º Ano Turma /

12 Transístores O transístor é um componente electrónico que começou a popularizar-se na década de 1950, tendo sido o principal responsável pela revolução da electrónica na década de São utilizados principalmente como amplificadores e interruptores de sinais eléctricos. O termo vem de transfer resistor (resistência de transferência), como era conhecido pelos seus inventores. O processo de transferência de resistência, no caso de um circuito analógico, significa que a impedância característica do componente varia para cima ou para baixo da polarização pré-estabelecida. Graças a esta função, a corrente eléctrica que passa entre colector e emissor do transístor varia dentro de determinados parâmetros pré-estabelecidos pelo projectista do circuito electrónico. Esta variação é feita através da variação de corrente num dos terminais chamados base, o que, consequentemente, ocasiona o processo de amplificação de sinal. Componente activo constituído por 2 junções PN ligadas entre si. Simbologia e exemplos: Tipos: bipolares ou de junção (BJT), de efeito de campo (FET), unijunção (UJT), Aplicações: Amplificadores, interruptores digitais, Módulo 3 Tecnologia dos Componentes Electrónicos TAPL 10º Ano Turma /

13 Características: o Factor de multiplicação ß ou hfe, dado pela expressão i C = i B x ß o i C : corrente máxima de colector, em A o i B : corrente de base, em ma o ß: beta (ganho de corrente de emissor, sem unidade) o H fe : ganho (beta, sem unidade) o Tipo: NPN ou PNP, Silício ou Germânio o U CE : tensão entre colector e emissor, em V o U BE : tensão entre base e emissor, em V o U CEO : tensão entre colector e emissor com a base aberta, em V o P TOT : máxima potência que o transístor pode dissipar, em Watt (W) o Ft: frequência máxima de trabalho, em Hz o Temperatura de funcionamento T, em ºC o Encapsulamento: o modo como o fabricante encapsulou o transístor, define a identificação dos terminais (ver imagem da página anterior). Configurações básicas de um transístor: o Base comum (BC): Baixa impedância (Z) de entrada, Alta impedância (Z) de saída, Não há desfasamento entre o sinal de saída e o sinal de entrada, Amplificação de corrente igual a um o Colector comum (CC): Alta impedância (Z) de entrada. Baixa impedância (Z) de saída. Não há desfasamento entre o sinal de saída e o de entrada. Amplificação de tensão igual a um. o Emissor comum (EC): Média impedância (Z) de entrada. Alta impedância (Z) de saída. Desfasamento entre o sinal de saída e o de entrada de 180. Pode amplificar tensão e corrente, até centenas de vezes. Exemplos: Tipo IC (ma) UCE (V) P (mw) hfe Encapsulamento 2N2222 NPN TO-18 2N2907 PNP TO-18 BC109 NPN TO-18 BC237 PNP TO-92 BC328 PNP TO-92 BC337 NPN TO-92 Nota: Vários textos e imagens foram obtidos das seguintes compilações: Aplicações Tecnológicas de Electrotecnia e Electrónica 10º ano da Didáctica Editora Práticas Oficinais e Laboratoriais 10º ano da Porto Editora Guia Técnico da empresa Solidal Internet Módulo 3 Tecnologia dos Componentes Electrónicos TAPL 10º Ano Turma /