ENCARREGADO DE ELÉTRICA DISPOSITIVOS ELETRO-ELETRÔNICOS 1-1 -
ENCARREGADO DE ELÉTRICA DISPOSITIVOS ELETRO-ELETRÔNICOS 2
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INDICE APRESENTAÇÃO... 6 1 - FONTES DE ALIMENTAÇÃO... 7 1.1 - INTRODUÇÃO... 7 2 - RETIFICADORES... 8 2.1 - RETIFICADOR DE MEIA ONDA:... 8 2.2 - RETIFICADOR DE ONDA COMPLETA TAP:... 8 2.3 - RETIFICADOR DE ONDA COMPLETA TIPO PONTE... 10 2.4 - FILTRO CAPACITIVO... 11 2.5 - DIODO ZENER... 12 3 - AMPLIFICADOR... 14 3.1 - AMPLIFICADORES VALVULADOS... 14 3.2 - AMPLIFICADORES TRANSISTORIZADOS... 14 3.2.1 - Classes de Amplificadores... 15 4 - OSCILADORES... 18 BIBLIOGRAFIA... 19 4
LISTA DE FIGURAS Figura 1 O diagrama em bloco de uma fonte de Alimentação...07 Figura 2 Retificador de meia onda...08 Figura 3 Retificador de onda completa TAP central...09 Figura 4 Formas de onda...09 Figura 5 Retificador de onda completa em ponte...10 Figura 6 Formas de onda na carga e nos dados...11 Figura 7 Fonte cm filtragem capacitiva... 12 Figura 8 Símbolo do diodo Zener...12 Figura 9 Curva característica do diodo Zener...13 Figura 10 Amplificador classe A...15 Figura 11 Forma de onda de onda na entrada e na saída...15 5
APRESENTAÇÃO A meta da elaboração desta literatura é propiciar aos alunos, técnicos e profissionais do segmento de Elétrica, condições de aperfeiçoar, com pouca ajuda o gerenciamento do trabalho na área de Eletrônica. Desta forma desejamos que o material seja lido e aplicado nas atividades do dia a dia, pois só com dedicação e comprometimento atingiremos nossos objetivos pessoais e profissionais. E não esqueça de abusar das anotações, utilizando-se dos espaços ao lado do texto. Posteriormente suas anotações poderão servir como referencial para a elaboração de um resumo esquemático da apostila. 6
1 - FONTES DE ALIMENTAÇÃO 1.1 - INTRODUÇÃO Essencialmente todos os dispositivos eletrônicos requerem uma fonte de corrente contínua, e no caso de equipamentos sensíveis a tensão deve ser de boa qualidade, ou seja, livre de oscilações. Chamamos de FONTE DE ALIMENTAÇÃO ao circuito eletrônico que retifica, filtra e quando necessário regula uma dada tensão oriunda da rede elétrica.. O diagrama em bloco de uma fonte regulada e apresentada a seguir: FIGURA 1 - DIAGRAMA EM BLOCOS DE UMA FONTE DE ALIMENTAÇÃO O transformador de força tem a função de compatibilizar o nível de tensão da rede com a do equipamente a ser alimentado. o retificador transforma a tensão alternada em contínua pulsante,o filtro elimina parte das ondulações(ripple) enquanto que o regulador torna a tensão mais próxima possível do valo nominal. 7
2 - RETIFICADORES 2.1 - Retificador de meia onda: A tensão de entrada varia de maneira senoidal. Como o diodo da figura 02 só conduz quando polarizado diretamente (anodo (+), catodo (-) ) somente no semiciclo positivo haverá corrente circulando pela carga. No semiciclo negativo o diodo estará polarizado reversamente e portanto: i = 0.Este retificador tem um rendimento inferior a 50%.O valor VDCou tensão média na carga na saída do regulador é: 2 VDC = VEFICAZ. π FIGURA 2 RETIFICADOR DE MEIA ONDA 2.2 - Retificador de onda completa TAP: O transformador com CENTER TAP do retificador da figura 3 possui 2 secundários iguais mas com tensões defasadas de 180º.Quando a tensão no enrolamento superior cresce, o diodo D1 é polarizado e conduz uma corrente que passa por R. Ao mesmo tempo a tensão no enrolamento inferior diminui, polarizando D2 inversamente. 8
Quando termina o semiciclo a situação se inverte, ou seja, D2 fica polarizado diretamente, enquanto D1 é cortado. Assim, durante os dois semiciclos haverá corrente circulando pela carga. FIGURA 3 RETIFICADOR DE ONDA COMPLETA COM TAP CENTRAL O valor de tensão média na carga é dado por: 2 VEFICAZ VDC π frequência na carga será o dobro da frequência do secundário do transformador. Na figura abaixo temos as formas de onda na carga e nos diodos. 2.Neste circuito o valor da FIGURA 4- FORMAS DE ONDA 9
2.3 - Retificador de onda completa tipo ponte Durante o semiciclo positivo de Vent, há um potencial positivo aplicado ao ânodo de D2 e ao catodo de D1 e um potencial negativo aplicado ao catodo de D4 e ao ânodo de D3. Desta forma, D2 e D4 estão polarizados diretamente e permitem circular uma corrente pelo resistor. Quando Vent passar para o semiciclo negativo, a polarização dos diodos se inverte e passando agora a conduzir D1 e D3. Com isso vemos que há sempre uma corrente circulando pelo resistor com uma mesma polaridade. Podemos ver que neste circuito a cada semi-ciclo temos dois diodos conduzindo. FIGURA 5 RETIFICADOR DE ONDA COMPLETA EM PONTE 10
Na figura 6 temos as formas de onda na entrada do circuito nos diodos e na carga. O valor Vdc é dado por: Vdc = 2 Veficaz π 2 FIGURA 6 FORMA DE ONDA NA CARGA E NOS DIODOS 2.4 - Filtro Capacitivo A filtragem do sinal retificado é necessária para que o mesmo se aproxime ao máximo possível de uma tensão contínua constante. A utilização de um filtro capacitivo na saída em paralelo com a carga, é muito comum nas fontes de alimentação que não necessitam boa regulação, ou seja, que podem Ter pequenas oscilações na tensão de saída. Um exemplo é o eliminador de bateria, cujo circuito vem todo montado na caixinha que vai ligada à rede elétrica. O Vrpp (valor de pico a pico do ripple) pode ser calculado pela equação abaixo: Vrpp I f c =,onde: I - Corrente na carga. F Freqüência do circuito retificador C Capacitância do filtro 11
Em um projeto de uma fonte de alimentação devemos, estipular a tensão média de saída e o ripple desejados para, em seguida, calcular o capacitor necessário para a filtragem, as especificações dos diodos e as especificações do transformador. A seguir vemos um exemplo de fonte de alimentação com filtragem capacitiva. FIGURA 7 FONTE COM FILTRAGEM CAPACITIVA 2.5 - Diodo Zener O diodo Zener é um dispositivo semicondutor, construído especialmente para trabalhar na região de ruptura, sem se danificar, o que não acontece com os diodos retificadores comuns que ao atingirem esta região tende a se danificar. Podemos observar pela figura 8, que o Zener deve ser polarizado reversamente, para que possa operar corretamente. Existe uma corrente mínima (Izmin), que deve ser mantida através do diodo Zener, para que este permaneça na região de ruptura. Izmax é função da potência do diodo (P = Vz. Izmax ),enquanto que Izmin é 10% de Izmax. Note que depois que a tensão no dispositivo atinge Vz, a corrente varia por uma extensa faixa(izmin e Izmax ) de valores, enquanto que a tensão é praticamente constante.na figura 7 vemos o símbolo do diodo Zener. FIGURA 8 SÍMBOLO DO DIODO ZENER 12
Abaixo temos a curva característica do diodo Zener. FIGURA 9 CURVA CARACTERÍSTICA DO ZENER 13
3 - AMPLIFICADOR O amplificador é um circuito eletrônico que tem por finalidade aumentar a amplitude de um sinal elétrico Um amplificador pode ser considerado como um dispositivo que utiliza uma pequena quantidade de energia para controlar uma quantidade maior.a relação entre a tensão de entrada e a saída de um amplificador é denominada ganho de tensão,enquanto que a relação entre corrente de entrada e saída é denominada ganho de corrente. O amplificador mais comum é o eletrônico, comumente usado em transmissores e receptores de rádio e televisão,tv por assinatura,fornoos microondas, equipamentos estéreo de alta fidelidade (highfidelity,"hi-fi"), microcomputadores e outros equipamentos eletrônicos digitais.o Amplificador é um aparelho eletrônico que eleva os níveis de tensão dos sinais de áudio. É muitas vezes empregado para designar o conjunto pré-amplificador e amplificador de potência ou o Amplificador Integrado. Préamplificador é o estágio de um amplificador de áudio que recebe o sinal da fonte sonora, tais como o gravador cassete, o receptor e o toca-discos de baixo nível e amplifica-o, entregando em sua saída um sinal suficientemente elevado para excitar o amplificador de potência. Amplificador de potência é o estágio de um amplificador de áudio que eleva o sinal de áudio fornecido pelo pré-amplificador a um nível de tensão e impedância adequados para fazer funcionar as caixas acústicas. Amplificador Integrado possui o Preamplificador e o Amplificador de potência juntos no mesmo aparelho. 3.1 - AMPLIFICADORES VALVULADOS No início as válvulas faziam a atividade de dispositivos ativos. Atualmente ainda são utilizadas em aparelhos High End e em caixas amplificadas para instrumentos (guitarra elétrica).,pois segundos os audiófilos não existe amplificador melhor que o valvulado. Um amplificador valvulado geralmente funciona sob altas tensões de alimentação e baixas correntes, o que torna necessário o uso de transformadores de saída para adequar as impedâncias de saída do amplificador (altas) com as baixas impedâncias dos alto falantes. 3.2 - AMPLIFICADORES TRANSISTORIZADOS Com o surgimento dos transístores, as válvulas foram sendo substituídas nos circuitos eletrônicos, devido às vantagens de menor consumo de energia, maior durabilidade, menor tamanho, custo menor e maior robustez(não tem involucros de vidro). Os amplificadores transistorizados não necessitam de transformadores de saída para casar as impedâncias dos alto-falantes. Hoje os amplificadores transistorizados podem ser construídos com transístores de junção bipolares ou Transistores de efeito de campo de junção ou Metal óxido semicondutor(mos) ou ainda dentro de circuitos integrados. 14
3.2.1 - Classes de Amplificadores Os amplificadores são divididos em classes que diferem quanto ao método de operação, eficiência, linearidade e capacidade de potência de saída. Os amplificadores podem ser classificados em: Classe A - conseguem amplificar todo o sinal de entrada mas tem a desvantagem de consumir muita potência memso sem estar amplificando,pois os transistores estão conduzindo o tempo todo.pouco eficiente. Casse B Amplifica metade do sinal de entrada, um semi-ciclo mas tem maior eficiência que os da classe A. Classe AB Amplificadores em que os transistore sde saída conduzem por pouco mais que um semi-ciclo,mas não na sua totalidade. Classe Classe C Amplifica menos que um semi-ciclo muito utilizado em amplificadores de alta frequência. Abaixo temos um circuito amplificador de um estágio em classe A. FIGURA 10 AMPLIFICADOR CLASSE A 15
A forma de onda de onda na entrada e na saída do circuito é representada abaixo. Tipos de amplificadores Os amplificadores podem ser divididos em várias categorias: Quanto à amplitude dos sinais: Amplificadores de pequeno sinal ou baixa potência, cujos sinais de entrada são da ordem de unidades de microvolts a dezenas de mv, ou correntes de coletor da ordem de unidades a centenas de ma, ou potências de coletor de centenas de mw; Amplificadores de média potência, cujos sinais de entrada são da ordem de centenas de mv, ou correntes de coletor da ordem de centenas de ma a unidades de Àmpere, ou potências de coletor da ordem de centenas mw a unidades de Watt; Amplificadores de potência, cujos sinais de entrada são da ordem de centenas de mv, ou correntes de coletor da ordem de unidades a dezenas de Àmpere, ou potências de coletor da ordem de unidades a centenas de Watt. 16
Quanto à freqüência dos sinais: Amplificadores de baixa freqüência, que operam com freqüências entre 0,1Hz a 30KHz ( abaixo da faixa de áudio até VLF ) ; Amplificadores de média freqüência, que operam com freqüências na faixa de LF; Amplificadores de alta freqüência, que operam com freqüências acima de LF ( sendo classificados conforme a faixa de operação: VHF, UHF, microondas etc ). O principal fator determinante da faixa de operação de potência e de freqüência de um amplificador é os transistores utilizados, sendo fabricados especialmente para cada uma delas. Porém, para efeito de estudo dos amplificadores, eles podem ser divididos apenas em três categorias: amplificadores de baixa potência e freqüência, amplificadores de potência e amplificadores de alta freqüência, uma vez que tais categorias englobam todos os conceitos de amplificadores. A seguir uma tabela das faixas de freqências. TABELA 1 FAIXAS DE FREQUÊNCIA A faixa de frequência de áudio ( sinais audíveis ou sonoros ) está compreendida entre 20Hz e 20KHz, ou seja, começa abaixo da faixa VLF e termina dentro desta faixa. Entre 20KHz e 3MHz está a faixa denominada de ultra-som, compreendendo parte da faixa VLF e totalmente as faixas LF e MF. As frequências denominadas microondas ocupam a faixa entre 3GHz e 300GHz, ou seja, SHF e EHF. Finalmente, acima de EHF, estão as frequências ópticas e os raios, na seguinte sequência: infraverrmelho, luz visível, ultravioleta, raios X e raios gama. 17
4 - OSCILADORES Os osciladores constituem a base de uma infinidade de circuitos eletrônicos. Gerando sinais com as mais diversas formas de onda e freqüências,esses circuitos podem ser elaboradas com componentes de todos os tipos e configurações. É muito freqüente a necessidade de gerar correntes com freqüências distintas. Se esta freqüência estiver entre 15Hz e 15 KHz e for aplicado a um alto-falante teremos um sinal de áudio.caso a freqüência seja bem mais elevada e o sinal for aplicado a uma antena,teremos ondas eletromagnéticas que transmitem as informações vindas das emissoras de Ràdio e Tv,sistemas de comunicações via satélite e telefonia celular.um oscilador consiste num sistema amplificador realimentado positivamente, isto significa que parte do sinal de saída será aplicado a entrada com a mesma fase,levando o sistema a oscilação.um exemplo clássico de realimentação positiva é quando aproximamos da caixa de som um microfone,neste caso ouvimos um zumbido. 18
BIBLIOGRAFIA Oliveira, Jader de - Eletrônica Geral Cipeli, Antônio Marco, II. Sandrini Teoria e Desenvolvimento de Projetos de Circuitos Eletrônicos Eletrônica Total N 121 19