Eletronica analogica, Notas de estudo de Engenharia Elétrica

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Semicondutores

Curso TÈcnico em EletroeletrÙnica - Semicondutores

 SENAI-SP, 2005

Trabalho organizado e atualizado a partir de conte˙dos extraÌdos da Intranet por Meios Educacionais da GerÍncia de EducaÁ„o e CFPs 1.01, 1.13, 1.18, 2.01,3.02, 6.02 e 6.03 da Diretoria TÈcnica do SENAI-SP.

Equipe respons·vel CoordenaÁ„o Airton Almeida de Moraes SeleÁ„o de conte˙dos AntÙnio Marcos Costa Celso Luiz Sais ElaboraÁ„o de ensaios AntÙnio Marcos Costa e capÌtulo nove Celso Luiz Sais Revis„o tÈcnica Everaldo Costa Queiroz Capa JosÈ Joaquim Pecegueiro

SENAI

ServiÁo Nacional de Aprendizagem Industrial Departamento Regional de S„o Paulo Av. Paulista, 1313 - Cerqueira CÈsar S„o Paulo - SP CEP 01311- Telefone Telefax SENAI on-line

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Componentes passivos

Nesta unidade, ser„o estudados os componentes passivos: resistor, capacitor e indutor.

Esses componentes passivos s„o largamente empregados nos circuitos eletrÙnicos.

Eles podem cumprir funÁıes tais como; quedas de tensıes em circuitos, armazenamento de cargas elÈtricas, seleÁ„o de freq¸Íncias em filtros para caixas ac˙sticas e fenÙmenos ligados ao eletromagnetismo. Este capÌtulo vai falar sobre a constituiÁ„o, tipos e caracterÌsticas dos componentes passivos.

S„o informaÁıes importantes que ser„o utilizadas no dia-a-dia do aprendizado de conte˙dos da ·rea eletroeletrÙnica.

Resistor

Resistor È um componente formado por um corpo cilÌndrico de cer‚mica sobre o qual È depositada uma camada espiralada de material ou filme resistivo. Esse material determina o tipo e o valor de resistÍncia nominal do resistor. Ele È dotado de dois terminais colocados nas extremidades do corpo em contato com o filme resistivo.

Os resistores s„o utilizados nos circuitos eletrÙnicos para limitar a corrente elÈtrica e, conseq¸entemente, reduzir ou dividir tensıes.

• Para resistores de precis„o: ⇒ ± 2% de toler‚ncia ⇒ ± 1% de toler‚ncia

ObservaÁ„o Empregam-se os resistores de precis„o apenas em circuitos em que os valores de resistÍncia s„o crÌticos.

A tabela a seguir traz alguns valores de resistor com o respectivo percentual de toler‚ncia. Traz tambÈm os limites entre os quais se situa o valor real do componente.

ResistÍncia nominal ( ΩΩΩΩ )

Toler‚ncia (%)

VariaÁ„o ( ΩΩΩΩ )

Valor real do componente ( ΩΩΩΩ ) 220 Ω ±5% ± 11 Ω +5% = 220 -5% = 220 ΩΩ - 11+ 11 Ω^ Ω = 209^ = 232 Ω^ Ω 1000 Ω ±2% ± 20 Ω +2% = 1000 - 2% = 1000^ ΩΩ^ + 20- 20 ΩΩ = 980= 1020 Ω^ Ω 56 Ω ±1% ±0,56 Ω +1% = 56 - 1% = 56^ ΩΩ^ + 0,56- 0,56 ΩΩ = 55,44= 56,56Ω^ Ω 470 kΩ ±10% ±47 kΩ +10% = 470 k -10% = 470 kΩΩ - 47 k+ 47 kΩΩ = 423 k^ = 517 kΩΩ

A tabela acima indica que, um resistor de 220Ω ±5% (valor nominal), por exemplo, pode apresentar qualquer valor real de resistÍncia entre 232Ω e 209Ω.

ObservaÁ„o Devido ‡ modernizaÁ„o do processo industrial, os resistores est„o sendo produzidos por m·quinas especiais que utilizam raios lazer para o ajuste final da resistÍncia nominal.

Por isso, dificilmente, s„o encontrados no mercado resistores para uso geral com percentual de toler‚ncia maior do que ±5%.

DissipaÁ„o nominal de potÍncia

O resistor pode trabalhar com os mais diversos valores de tens„o e corrente, transformando a energia elÈtrica (potÍncia elÈtrica) em calor. … necess·rio, portanto, limitar seu aquecimento para evitar sua destruiÁ„o.

O resistor pode sofrer danos se a potÍncia dissipada for maior que seu valor nominal. Em condiÁıes normais de trabalho, esse acrÈscimo de temperatura È proporcional ‡ potÍncia dissipada.

Assim, a dissipaÁ„o nominal de potÍncia ou limite de dissipaÁ„o È a temperatura que o resistor atinge sem que sua resistÍncia nominal varie mais que 1,5%, ‡ temperatura ambiente de 70∫C (norma IEC 115-1).

A dissipaÁ„o nominal de potÍncia È expressa em watt (W) que È a unidade de medida de potÍncia. Por exemplo, um resistor de uso geral pode apresentar dissipaÁ„o nominal de potÍncia de 0,33 W. Isso significa que o valor da resistÍncia nominal desse resistor n„o ser· maior que 1,5%, se ele dissipar essa potÍncia na temperatura ambiente de 70∫C.

ObservaÁ„o Alguns fabricantes tambÈm consideram a temperatura de superfÌcie de 155 o^ C do resistor ao especificar seu limite de dissipaÁ„o, ou seja, v„o alÈm da exigÍncia da norma.

Simbologia

Observe nas figuras a seguir os sÌmbolos utilizados para representaÁ„o dos resistores segundo as normas da AssociaÁ„o Brasileira de Normas TÈcnicas (ABNT),NBR 12521.

Nos diagramas, as caracterÌsticas especÌficas dos resistores aparecem ao lado do sÌmbolo.

O resistor de filme met·lico tem o mesmo formato e È fabricado da mesma maneira que o resistor de filme de carbono. O que os diferencia È o material resistivo depositado sobre o corpo de cer‚mica. No resistor de filme met·lico o material resistivo È uma pelÌcula de nÌquel que resulta em resistores com valores Ùhmicos mais precisos, ou seja, com baixo percentual de toler‚ncia, e mais est·veis, isto È, com baixo coeficiente de temperatura. Em virtude dessas caracterÌsticas, esses resistores devem ser empregados em situaÁıes nas quais se requer precis„o e estabilidade.

O resistor de fio constitui-se de um corpo de porcelana ou cer‚mica. Sobre esse corpo enrola-se um fio especial, geralmente de nÌquel-cromo. O comprimento e seÁ„o desse fio determinam o valor do resistor, que tem capacidade para operar com valores altos de corrente elÈtrica e normalmente se aquece quando em funcionamento. Observe nas ilustraÁıes a seguir, alguns resistores de fio e os terminais, o fio enrolado e a camada externa de proteÁ„o do resistor.

Para facilitar o resfriamento nos resistores que produzem grandes quantidades de calor, substitui-se o corpo de porcelana maciÁa por um tubo, tambÈm de porcelana.

O resistor SMR (do inglÍs Surface Mounted Resistor, que quer dizer resistor montado em superfÌcie) È constituÌdo de um min˙sculo corpo de cer‚mica com alto grau de pureza no qual È depositada uma camada vÌtreo metalizada formada por uma liga de cromo-silÌcio.

Seu valor de resistÍncia Ùhmica È obtido pela variaÁ„o da composiÁ„o desta camada e pelo uso do raio laser. Devido ao seu tamanho mÌnimo, este tipo de resistor È mais indicado para ser fixado nos circuitos eletrÙnicos atravÈs de m·quinas de inserÁ„o autom·tica.

O quadro a seguir resume as caracterÌsticas desses resistores e suas aplicaÁıes.

Resistor Elemento Resistivo AplicaÁ„o Filme de carbono Carbono puro Uso geral: circuitos eletrÙnicos, aparelhos de som e vÌdeo. Filme met·lico NÌquel Precis„o e uso geral: temporizadores, computadores,controladores lÛgicos. Fio Liga de nÌquel-cromoou nÌquel-cobre DissipaÁ„o de grandes potÍncias em pequeno volume:carga (saÌda) em circuitos elÈtricos ou eletrÙnicos.

SMR Liga de cromo-silÌcio

MiniaturizaÁ„o de aparelhos eletrÙnicos com reduÁ„o de custo de produÁ„o: filmadoras, relÛgios, ìnotebooksî, agendas eletrÙnicas, aparelhos de surdez.

EspecificaÁ„o de resistores

Sempre que for necess·rio descrever, solicitar ou comprar um resistor, È necess·rio fornecer sua especificaÁ„o completa, que deve estar de acordo com a seguinte ordem:

• Tipo;
• ResistÍncia nominal;
• Percentual de toler‚ncia;
• DissipaÁ„o nominal de potÍncia.

Veja alguns exemplos de especificaÁ„o de resistores:

• Resistor de filme de carbono 820Ω ±5% 0,33 W;
• Resistor de filme met·lico 150Ω ±1% 0,4 W;
• Resistor de fio 4,7Ω ±5% 10 W;
• Resistor para montagem em superfÌcie 1 kΩ ±5% 0,25 W.

Para os resistores com quatro anÈis, o cÛdigo de cores compıe-se de trÍs cores para representar o valor da resistÍncia nominal (valor Ùhmico), e uma para representar o percentual de toler‚ncia. O primeiro anel a ser lido È aquele que se encontra mais prÛximo da extremidade. Seguem-se pela ordem o 2 o, o 3o^ e o 4o^ anel colorido.

A cada algarismo corresponde uma cor: 0 - preto 4 - amarelo 7 - violeta 1 - marrom 5 - verde 8 - cinza 2 - vermelho 6 - azul 9 - branco 3 - laranja

O primeiro anel colorido representa o primeiro algarismo que formar· o valor do resistor. Veja figura a seguir.

ObservaÁ„o A primeira cor nunca È o preto.

O segundo anel colorido representa o segundo algarismo que forma o valor do resistor.

O terceiro algarismo representa a quantidade de zeros que seguem os dois primeiros algarismos. … chamado de fator multiplicativo.

A cada quantidade de zeros corresponde uma cor: Nenhum zero ⇒ preto Um zero (0) ⇒ marrom Dois zeros (00) ⇒ vermelho TrÍs zeros (000) ⇒ laranja Quatro zeros (0000) ⇒ amarelo Cinco zeros (00000) ⇒ verde Seis zeros (000000) ⇒ azul

ObservaÁ„o As cores violeta, cinza e branca n„o s„o encontradas no 3o^ anel porque os resistores padronizados para uso geral n„o alcanÁam valores que necessitem de 7, 8 ou 9 zeros.

A seq¸Íncia descrita corresponde a um resistor assim representado:

O quarto anel colorido representa a toler‚ncia do resistor. A cada percentual corresponde uma cor caracterÌstica. Desse modo temos: ⇒ ± 10% - prateado ⇒ ± 5% - dourado ⇒ ± 2% - vermelho ⇒ ± 1% - marrom

Cor (^) significativosDÌgitos Multiplicador Toler‚ncia preto 0 1X marrom 1 10X ± 1% vermelho 2 100X ± 2% laranja 3 1.000X amarelo 4 10.000X verde 5 100.000X azul 6 1.000.000X violeta 7 - cinza 8 - branco 9 - ouro 0,1X ± 5 % prata 0,01X ± 10 % sem cor ± 20 %

1 a^ faixa 1 o^ dÌgito

2 a^ faixa 2 o^ dÌgito

3 a^ faixa Multiplicador

4 a^ faixa Toler‚ncia Cor DÌgito Cor DÌgito Cor DÌgito Cor DÌgito Preto 0 Preto 1 Prata ± 5% Marrom 1 Marrom 1 Marrom 10 Ouro ± 10% Vermelho 2 Vermelho 2 Vermelho 100 Sem faixa ± 20% Laranja 3 Laranja 3 Laranja 1000 Marrom ± 1% Amarelo 4 Amarelo 4 Amarelo 10000 Vermelho ± 2% Verde 5 Verde 5 Verde 100000 Azul 6 Azul 6 Azul 1000000 Violeta 7 Violeta 7 Prata 0, Cinza 8 Cinza 8 Ouro 0, Branco 9 Branco 9

ObservaÁ„o A memorizaÁ„o da sÈrie de valores E-24 agiliza a decodificaÁ„o dos valores representados pelos anÈis coloridos, pois j· se saber· de antem„o qual a cor que poder· vir apÛs a primeira. Assim, por exemplo, se a primeira cor for o amarelo, a segunda sÛ poder· ser laranja ou violeta (43 ou 47).

Se a terceira cor for o vermelho (ou verde), coloca-se a letra k (M) entre os dois primeiros algarismos. Se for laranja, o k vir· depois deles.

Se a terceira cor for o amarelo, os dois primeiros algarismos devem ser multiplicados por 10 antes da letra k. A tabela a seguir exemplifica o que foi explicado.

1 a^ cor 2 a^ cor 3 a^ cor 4 a^ cor valor azul cinza vermelho ouro 6k8Ω ±5% marrom preto laranja ouro 10kΩ ±5% amarelo violeta amarelo prata 470kΩ ±10% vermelho vermelho verde ouro 2M2Ω ±5%

Resistores de cinco anÈis A grande maioria dos resistores fabricados atualmente apresentam cinco anÈis coloridos para a codificaÁ„o de seus valores. Esses resistores s„o mais precisos que os de quatro anÈis pois apresentam um percentual de toler‚ncia menor, ou seja, da ordem de ±1%, ±2%, ±5%.

Nesses resistores, os trÍs primeiros anÈis s„o dÌgitos significativos; j· o quarto anel representa o n˙mero de zeros (fator multiplicativo) e o quinto È a toler‚ncia.

Resistores com seis anÈis coloridos

Resistores com seis anÈis coloridos s„o resistores destinados a aplicaÁıes especiais que requerem elevada precis„o e ambiente controlado. O que os diferencia dos demais alÈm da aplicaÁ„o È a especificaÁ„o do coeficiente de temperatura (CT), codificado no 6o^ anel.

O valor nominal e percentual de toler‚ncia est„o codificados pelos cinco primeiros anÈis coloridos exatamente como acontece com os resistores de cinco anÈis coloridos.

Por se tratar de resistor de elevada precis„o, o quinto anel poder· conter ainda as cores verde, azul ou violeta, indicando respectivamente o percentual de toler‚ncia de ±0,5%, ±0,25% ou ±0,1%.

O coeficiente de temperatura (C.T.) do resistor expressa a relaÁ„o diretamente proporcional existente entre o valor nominal de resistÍncia e a temperatura do resistor, dentro de uma faixa prÈ-determinada. Esse coeficiente È especificado em partes por milh„o (ppm) por grau Celsius (ppm/∫C ou 10 -6/∫C).

Os valores dos coeficientes de temperatura encontrados nestes resistores podem ser: 100ppm, 50ppm, 15ppm ou 25ppm codificados respectivamente pelas cores marrom, vermelho, laranja ou amarelo.

Cor (^) significativosDÌgitos Multiplicador Toler‚ncia C.T. preto 0 1 X marrom 1 10 X ± 1% 100 ppm vermelho 2 100 X ±2% 50 ppm laranja 3 1000 X 15 ppm amarelo 4 10000 X 25 ppm verde 5 100000 X ±0,5% azul 6 1000000 X ±0,25% violeta 7 - ±0,1% cinza 8 - branco 9 - ouro 0,1 X ± 5% prata 0,01 X

Para calcular o valor que a resistÍncia nominal poder· apresentar dentro de uma faixa de temperatura especÌfica, utiliza-se a relaÁ„o a seguir: Vnt = Vn (1 ± ∆T. CT)

Nessa relaÁ„o, Vnt È o valor de resistÍncia nominal na temperatura dada; Vn È o valor da resistÍncia nominal (temperatura ambiente); ∆T È a variaÁ„o da temperatura em relaÁ„o a 25∫C (temperatura ambiente); C.T. È o coeficiente de temperatura.

Exemplo de c·lculo de valor de resistÍncia nominal

1. Um resistor apresenta 6 anÈis coloridos na seguinte ordem: marrom - preto - preto - amarelo - marrom - marrom. Calcule os valores de resistÍncia nominal caso a temperatura de superfÌcie do resistor oscile entre -45∫C e + 115∫C.