ANÁLISE DE CIRCUITOS I ( AULA 03) 1.0 O CAPACÍMETRO É o instrumento usado para medir o valor dos capacitores comuns e eletrolíticos. Há dois tipos de capacímetro: o analógico (de ponteiro) e o digital (de cristal líquido). Existem os multímetros digitais com um capacímetro que podem medir capacitores de 0 a 20 µf e os capacímetros propriamente ditos (sem outras funções) que podem alcançar valores maiores como por exemplo de 0 a 20.000 µf. Abaixo vemos um multímetro digital com várias funções entre elas um capacímetro: 1.1 - ESCALAS DO CAPACÍMETRO Cada uma das escalas indica a máxima capacitância que pode ser medida. Não se esqueça de descarregar o capacitor antes de testá-lo num capacímetro. Veja abaixo: Análise de Circuitos I - Aula -3 Colégio e Cursos P&C Página 1
A sequência certa para testar o capacitor com este instrumento é a seguinte: a) Faça a leitura do valor do capacitor indicado no corpo do mesmo; b) Coloque o capacímetro na escala mais próxima acima do valor da peça; c) Descarregue o capacitor e encaixe-o nos terminais do aparelho; d) A leitura deve ser próxima ao valor indicado no corpo; e) Se a leitura for muito diferente ao indicado no corpo, o capacitor está com defeito. Obs - Os aparelhos que são apenas capacímetros podem alcançar maiores valores para os capacitores eletrolíticos (geralmente até 20.000 µf) e costumam ter, além dos terminais de encaixe, duas ponteiras de provas para colocar nos terminais do capacitor a ser testado. O capacitor eletrolítico pode ser colocado em qualquer posição para o teste. 1.2 - MEDIDA DE CAPACITORES DE CERÂMICA Como estes capacitores geralmente têm valores mais baixos, usaremos as escalas de 2n, 20n ou 200n no máximo conforme o caso. Abaixo vemos como se faz a medida do valor do capacitor cerâmico: Neste caso como o capacitor é de 12 pf (0,012 nf), foi escolhida a escala mais próxima acima, no caso até 2 nf. O valor medido está um pouco acima do marcado no corpo, devido à tolerância do capacitor. E outro detalhe: o capacitor alterado indicará valor menor que o normal. Análise de Circuitos I - Aula -3 Colégio e Cursos P&C Página 2
1.3 - MEDIDA DE CAPACITORES DE POLIÉSTER Este tipo possui uma faixa de valores mais alta que os de cerâmica. As escalas do capacímetro a serem usadas estão entre 20 n e 2 µ. O procedimento de teste nos capacitores de poliéster podem ser usados em qualquer tipo de capacitor comum de médio valor. Veja abaixo: 1.4 - MEDIDA DE CAPACITORES ELETROLÍTICOS Estes capacitores são os de mais alto valor na eletrônica. Portanto devemos usar as escalas mais altas do capacímetro. Infelizmente o multímetro usado como exemplo só pode ser usado para medir pequenos capacitores eletrolíticos (até 20 µf). Porém os capacímetros sem outras funções podem medir eletrolíticos maiores. O capacitor pode ser colocado em qualquer posição para fazer este teste. Veja alguns exemplos abaixo: 1.5 CAPACÍMETRO DIGITAL MC-152 Embora os capacitores possam ser testados de forma empírica com o multímetro ou Análise de Circuitos I - Aula -3 Colégio e Cursos P&C Página 3
mesmo com outros recursos, saber se um desses componentes está com o valor correto é fundamental para o diagnóstico de falhas em equipamentos de todos os tipos. Um capacitor alterado, mesmo que levemente, pode causar problemas graves nos equipamentos e os testes rudimentares de fuga ou carga feitos com multímetros ou outros recursos não revelam isso. Assim, todo o profissional de Eletrônica deve contar obrigatoriamente em sua oficina com a ajuda de um capacímetro. Houve tempo que os capacímetros eram instrumentos caros e sofisticados, encontrados apenas nos laboratórios mais avançados. Hoje, entretanto, graças às tecnologias modernas de instrumentação, é possível encontrar capacímetros excelentes a preços acessíveis como o MC-152. Esse capacímetro digital que fornece os valores de capacitância em um display de cristal líquido de 3 1/2 dígitos pode medir com precisão capacitâncias de 1 pf a 2 000 mf em10 faixas de leitura indicadas na tabela abaixo. Essas escalas são selecionadas por uma chave rotativa que se encontra no painel do aparelho, o que torna bastante simples o seu uso. Quando um capacitor tem valor que está fora do valor máximo alcançado pela faixa selecionada, há uma indicação no próprio painel pedindo que escala apropriada seja escolhida. 1.6 Indutímetros No ARRL Handbook for Radioamateurs de 1999 foi apresentado um circuito muito simples para medir indutores. Este Indutímetro mede indutores entre 3µH e 7mH, em duas escalas de medição. A leitura da indutância é feita na escala de milivolts de um multímetro. A precisão deste Indutímetro fica em torno de +/- 10%, o que é perfeitamente adequado ao caráter experimental do radioamadorismo. O multímetro deve ser digital. Medida de bobinas é uma coisa que quase não ouvimos falar, até parece que o valor de bobinas é quantas espiras ela tem, mas indutores tem sua unidade de medida o Henry. Esse circuito pode auxiliar nas montagens de circuitos de RF. 1.6.1 - O Circuito do medidor de indutores para multímetro O circuito do medidor é composto pelos seguintes blocos: Fonte de alimentação, Oscilador, Diferenciador, Integrador e Ajuste de Offset. A fonte de alimentação é composta por uma pilha de 9V e um circuito integrado regulador de tensão (U2). Para aumentar a vida útil da pilha escolhemos o regulador 78L05 que tem uma corrente quiescente em torno de 3mA. Já um regulador do tipo 7805 tem uma corrente quiescente em torno de 10mA (os reguladores de alguns fabricantes chegam a apresentar até a 25mA de corrente quiescente!). O oscilador, que fornece os pulsos para o diferenciador, gera pulsos em duas freqüências fixas. Estas freqüências determinam as escalas de medição. A primeira escala, com o oscilador em Análise de Circuitos I - Aula -3 Colégio e Cursos P&C Página 4
60KHz, vai de 3uH a 500uH. Na segunda escala, de 100uH a 7mH, o oscilador funciona com uma freqüência de 6KHz. A seleção de escalas é dada pela chave, S1, do tipo 2 pólos 2 posições. Este oscilador é do tipo RC com uma porta inversora e com um buffer para isolá-lo da carga RL. O diferenciador é formado por uma carga resistiva R e pelo indutor a ser medido, L. Neste diferenciador serão gerados pulsos cuja largura depende da constante de tempo RL, como o R é fixo, quanto maior o indutor L, maior será a largura do pulso gerado. Simples assim. Os pulsos do diferenciador são aplicados à entrada da porta lógica seguinte que transforma estes pulsos analógicos e pulsos de nível TTL, e desta segue para a última porta lógica e o RC formado por R3 e C3 - o integrador que transforma estes pulsos em uma tensão dc proporcional a largura destes pulsos. Por último, o circuito de Ajuste de offset gera uma pequena tensão para zerar o instrumento na escala de 3uH a 500uH. 1.6.2 - Montagem e Calibração do indutímetro A montagem do circuito é simples. Aconselhamos usar um soquete de 14 pinos para o circuito integrado. As conexões entre o Indutímetro e o indutor sob medição devem ser mantidas curtas, para não afetar o valor medido. Para a calibração é necessário ter um indutor (bobina) padrão. Este determinará a precisão do Indutímetro. O procedimento que descrevemos é para um indutor padrão de 330µH. Selecione a escala de medição baixa (3 a 500uH), coloque os terminais de medição em curto - com um pedaço de fio de tamanho suficiente apenas para estabelecer o curto circuito. Ligue a saída no multímetro e selecione a escala de milivolts. Ajuste o potenciômetro para ler 0V no multímetro. Retire o curto circuito e coloque o indutor padrão para ser medido. Ajuste o trimpot (R2) da escala de medição baixa para ler 330 mv no multímetro. Pronto, esta escala está calibrada. Para calibrar a outra escala, selecione a escala de medição alta. Coloque o indutor padrão para ser medido. Ajuste o trimpot da escala de medição alta (R5) para ler 0,33 mv no multímetro. O Indutímetro está calibrado.lembre que na escala baixa os milivolts lidos no multímetro indicam µh e na escala alta os milivolts lidos no multímetro indicam mh.sempre que for medir na escala baixa é preciso colocar um curto no lugar do indutor sob medição e ajustar o potenciômetro para ler 0V no multímetro. Este procedimento não é necessário ao medir na escala alta.. O sistema elétrico brasileiro produz potência elétrica, a qual é fornecida e tarifada segundo o tempo de consumo dos usuários, ou seja, energia consumida pelos mesmos. Como já foi visto em relatórios anteriores, a potência elétrica é dada pela expressão (a qual nos será de grande valia mais a frente, quando a ela retornaremos), contudo, o simples cálculo da mesma dessa forma, nos induziria a um erro muito maior quando da realização dessa operação. Então, para minimizar o erro, usamos o Wattímetro, instrumento esse, que internamente realiza essa operação devido a seus detalhes construtivos (bobinas separadas para medição da tensão e corrente e, da interação das duas, produz o movimento de deflexão do ponteiro). A energia é a integral, num dado intervalo de tempo, da potência consumida nesse mesmo intervalo (). Assim sendo, o instrumento (medidor de energia elétrica, popularmente conhecido como Relógio) calcula a energia consumida como numa integral, similarmente a um Voltímetro, mas, ao invés de mover um ponteiro, o trabalho produzido faz girar um disco que, através de ponteiros ou dígitos, registra quantitativamente a energia consumida num dado período. Montagem: Realizamos os tipos de montagens acima procurando montar na bancada o circuito visando segurança e padronização. Daí, nos valendo dos materiais listados mais a frente, realizamos a coleta de alguns dados, tendo feito as leituras mais aproximadamente possível do seus reais valores. As tabelas a seguir expõem esses valores: Medido Calculado Tensão Corrente Potência Consumo/Dia Consumo/Mês Potência Consumo/Dia Consumo/Mês 50,00 V 0,782 A 40,00 W 0,96 kwh 28,80 kwh 39,10 W 0,94 kwh 28,15 kwh 80,00 V 1,025 A 82,00 W 1,97 kwh 59,04 kwh 82,00 W 1,97 kwh 59,04 kwh 100,00 V 1,155 A 116,00 W 2,78 kwh 83,52 kwh 115,50 W 2,77... Análise de Circuitos I - Aula -3 Colégio e Cursos P&C Página 5