eletrÔnica industrial -...
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ELETROcircNICA INDUSTRIAL
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Apresentaccedilatildeo
Esta apostila nasceu de uma necessidade que se tinha de explicar e aplicar eletrocircnica industrial em uma linguagem simples sem ir ao encontro de extensas deduccedilotildees matemaacuteticas utilizando caacutelculos complexos natildeo estou falando que natildeo utilizaremos caacutelculos mas caacutelculos baacutesicos afinal este eacute um livro teacutecnico para teacutecnicos
O objetivo aqui exposto natildeo foi criar um livro de romance sobre eletrocircnica mas um livro que contenha o princiacutepio de funcionamento dos assuntos abordados e ateacute alguns experimentos para saciar a vontade de teacutecnicos e estudantes de por em praacutetica implementando assim os seus sonhos de construir um mundo melhor
Isac Zilli Rodrigues
O primeiro passo em direccedilatildeo ao sucesso eacute o conhecimento
Nicola Tesla
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Sumaacuterio
1 ndash Introduccedilatildeo 4
2 - Aplicaccedilotildees de eletrocircnica de potencia 5
3 - Diodo 6
4 - Transistor BJT 11
5 - Transistor FET 14
7 - Tiristor 17
71 - Tiristor SCR 18
72 - Tiristor TRIAC 21
8 - Diac 24
9 - Retificadores a tiristor 25
11 - Soft-Starter 30
12 - Inversores 31
13 - Dissipadores 33
Apecircndice A 37
Laboratoacuterio 1 38
Laboratoacuterio 2 41
Laboratoacuterio 3 43
Laboratoacuterio 4 44
Laboratoacuterio 5 46
Laboratoacuterio 6 47
Laboratoacuterio 7 48
Apendice B 49
Coacutedigo de resistores 49
Capacitores ceracircmicos 50
Apecircndice C 53
Osciloscoacutepio 53
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1 ndash Introduccedilatildeo A Eletrocircnica Industrial eacute uma das aacutereas mais novas da Eletrocircnica Associa conhecimentos em diversas aacutereas como controle instrumentaccedilatildeo circuitos eleacutetricos e diversas outras O estudo desta aacuterea possui uma importacircncia fundamental pois atraveacutes dos experimentos eacute possiacutevel visualizar e compreender consolidando entatildeo conceitos que jaacute foram estudados ateacute entatildeo teoricamente
Atraveacutes dos dispositivos semicondutores de potecircncia associados agrave circuitos eletrocircnicos discreto torna-se possiacutevel acionar e controlar diversos tipos de cargas industriais Como veremos no decorrer do livro
Nesta abordagem consideremos que o estudante jaacute tem uma iniciaccedilatildeo ao estudo da eletrocircnica para que sejam mais proveitosas as paacuteginas que se sucedem
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2 - Aplicaccedilotildees de eletrocircnica de potencia
bull Controle e acionamentos de maacutequinas eleacutetricas bull Controladores industriais bull Combina Potecircncia Eletrocircnica e Controle bull Aplicaccedilatildeo de eletrocircnica de estado soacutelido para controle e conversatildeo de energia eleacutetrica bull Baseia-se no chaveamento no chaveamento dos semicondutores de potencia bull Utiliza semicondutores de potencia e microeletrocircnica bull Controle de sistemas de aquecimento bull Controle de luminosidade bull Fontes de alimentaccedilatildeo
Principais interruptores em eletrocircnica de potencia
bull Diodos de potencia bull Transistores de potencia (BPT IGBT) bull MOSFETs de potencia bull Tiristores (SCR TRIAC DIAC)
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3 - Diodo Haacute vaacuterios diodos desenvolvidos especificamente para suportar as demandas de alta potencia e alta temperatura de algumas aplicaccedilotildees O emprego mais frequumlente de diodos de potencia ocorre no processo de retificaccedilatildeo A maioria dos diodos de potencia eacute a base de siliacutecio devido agraves altas correntes e temperaturas Para que flua uma corrente elevada a aacuterea da junccedilatildeo deve ser maior reduzindo assim a resistecircncia do diodo Se essa resistecircncia direta fosse muito grande as perdas I2R seriam excessivas As altas temperaturas resultantes do fluxo denso de corrente exigem na maioria dos casos que sejam utilizados dissipadores de calor para escoar o calor do elemento
Retificador monofaacutesico de meia onda com carga resistiva
Figura 1
Formas de ondas
Figura 2
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Retificador monofaacutesico de onda completa com ponto meacutedio e em ponte
Figura 3 Ponto meacutedio
Figura 4 Ponte
A forma de onda para o circuito de ponte meacutedio
Figura 5
As formas de onda de tensatildeo e corrente satildeo idecircnticas as do retificador de ponto meacutedio Vantagens de retificador de onda completa em relaccedilatildeo ao de meia-onda
bull A tensatildeo meacutedia na carga eacute duas vezes maior bull A corrente de carga apresenta menor distorccedilatildeo harmocircnica
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Retificador trifaacutesico com ponto meacutedio
Figura 6
As harmocircnicas desconsideradas
O valor meacutedio da tensatildeo eacute
Figura 7
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Retificador trifaacutesico de onda completa ponte de Graetz
Figura 8
O valor meacutedio da tensatildeo eacute
Figura 9
bull Cada diodo conduz durante um intervalo igual a 120o
bull Existe sempre dois diodos em conduccedilatildeo um no grupo positivo e outro no grupo negativo do conversor
bull Ocorre uma comutaccedilatildeo a cada 60o
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Associaccedilotildees em seacuterie e em paralelo
Um conjunto de diodos do mesmo tipo associados em serie apresenta uma capacidade de corrente direta igual a capacidade de cada unidade A tensatildeo maacutexima reversa entretanto seraacute a soma das tensotildees maacuteximas reversas individuais Eacute importante que os diodos sejam do mesmo tipo ou haveraacute uma distribuiccedilatildeo irregular da tensatildeo entre eles causando a ruptura em um valor inferior a esta soma
Figura 10 Permanece a mesma I e somam-se V
A montagem de diodos em paralelo costuma ser problemaacutetica e deve ser substituiacuteda por um uacutenico
diodo com maior capacidade de corrente sempre que possiacutevel Nos diodos associados em paralelo a tendecircncia seraacute de que aquele com a menor barreira de tensatildeo comecem a conduzir primeiro assumindo a maior parte (senatildeo toda) a corrente do circuito Portanto natildeo eacute suficiente que os diodos sejam do mesmo tipo e preciso que resistores de baixo valor montados conforme a figura abaixo contrabalance esta tendecircncia permitindo uma divisatildeo quase igual de corrente O valor destes resistores deve ser tal que provoque uma queda de tensatildeo de cerca de 05V para a corrente maacutexima do diodo associado Ou seja para diodos de 1A seraacute necessaacuteria uma resistecircncia de aproximada 05Ω Note que alem dos 07V perdidos na barreira de tensatildeo do diodo outros 05V seratildeo perdidos no resistor com uma dissipaccedilatildeo de calor igual a 05 vezes a corrente
Figura 11 Permanece a mesma V e somam-se as I
Relembrando Tipo 1N4001 1N4002 1N4003 1N4004 1N4005 1N4006 1N4007 Tensatildeo de pico reversa (V) 50 100 200 400 600 800 1000 Tensatildeo RMS reversa (V) 35 70 140 280 420 560 700 Corrente de saiacuteda (A) 1
Temos tambeacutem Tipo 1N4012 1N4014 1N3970 1N3927 1N1189 Tensatildeo de pico reversa (V) 700 900 600 2500 500 Corrente de saiacuteda (A) 12 12 50 10 35
Este satildeo apenas alguns diodos de potecircncia
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4 - Transistor BJT
Os transistores bipolar de potecircncia representaram um importante passo no desenvolvimento de componentes de meacutedia potecircncia atingindo tensotildees de bloqueio da ordem de 1000V conduzindo correntes de 500A Embora estes valores natildeo permitam sua aplicaccedilatildeo direta estes dispositivos satildeo a base para uma seacuterie de outros conversores para condicionamento de energia eleacutetrica
Transistores do tipo NPN os eleacutetrons satildeo atraiacutedos do emissor pelo potencial positivo da base tendo em mente a corrente real de eleacutetrons J1 se transforma num diodo diretamente polarizado Esta camada central eacute suficientemente fina para que a maior parte dos portadores tenha energia cineacutetica suficiente para atravessaacute-la chegando agrave regiatildeo de transiccedilatildeo de J2 sendo entatildeo atraiacutedos pelo potencial positivo do coletor
A figura abaixo mostra uma estrutura tiacutepica de um transistor bipolar de potecircncia As bordas arredondadas da regiatildeo de emissor permitem uma homogeneizaccedilatildeo do campo eleacutetrico necessaacuteria agrave manutenccedilatildeo de ligeiras polarizaccedilotildees reversas entre base e emissor O TBP natildeo sustenta tensatildeo no sentido oposto porque a alta dopagem do emissor provoca a ruptura de J1 em baixas tensotildees (5 a 20V)
Figura 12 Estrutura baacutesica de um transistor de potecircncia
O controle de VBE determina a corrente de base IB que por sua vez se relaciona com IC pelo
ganho de corrente do dispositivo Para suportar tensotildees elevadas existe uma camada intermediaacuteria do coletor com baixa dopagem a qual define a tensatildeo de bloqueio do componente
Porem uma das principais limitaccedilotildees dos transistores bipolares de potecircncia eacute o baixo valor do ganho de corrente β (muitas vezes inferior a 10) com isto muitas vezes satildeo utilizados estes transistores na regiatildeo de saturaccedilatildeo e bloqueio ou como chave
Figura 13
Para que o transistor opere como chave aberta eacute necessaacuterio que a tensatildeo de entrada VE seja menor que VBE de conduccedilatildeo E para que o transistor opere como chave fechada eacute preciso que a tensatildeo de entrada VE seja maior que VBE de conduccedilatildeo
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Vamos a um exemplo Para dimensionarmos RB e RC vamos utilizar a analise das malhas
Entrada VRB = VCC - VBE
Saiacuteda VRC = VCC - VCE
Figura 14
Paracircmetros do 2SC5353 VBEsat = 13V VCEsat = 1V βsat = 10 O RC eacute como se fosse a carga a ser controlada entatildeo para dimensionarmos os resistores de
polarizaccedilatildeo temos que definir uma carga concluiacutemos entatildeo que teremos que calcular na verdade soacute o RB jaacute que foi definido que carga teremos que controlar
O RC definido foi de 800Ω
Malha de saiacuteda
VRC = VCC ndash VCEsat
VRC = 180 ndash 1 there4 VRC =179V
IRC = IC
IC = C
RC
R
V there4 IC = 2237mA
Potencia de RC
PRC = 2CsatC IR sdot there4 800 x (2237x10-3)2
PRC = 40W
Podemos entatildeo substituir o resistor por
uma lacircmpada de 40W180V
Malha de entrada
VRB = VCC ndash VBE
VRB = 12 ndash 13 there4 VRB = 107V
IB = βCI
there4
IB =10
107223 3minustimes there4 IB = 2237mA
RB = B
RB
I
V there4 RB =
3107322
710minustimes
RB = 4783Ω Valor comercial RB = 470 Ω
Potencia de RB
PRB = 2BsatB IR sdot
PRB = 470 x (2273x10-3)2
PRB = 2352mW (14W)
Estes caacutelculos satildeo para o interruptor na posiccedilatildeo ligado quando o interruptor passa para a posiccedilatildeo desligado a entrada eacute aterrada (VEltVBE) causando o corte do transistor consequumlentemente a lacircmpada iraacute apagar
O uso preferencial de TBP tipo NPN se deve agraves menores perdas em relaccedilatildeo aos PNP o que ocorre por causa da maior mobilidade dos eleacutetrons em relaccedilatildeo agraves lacunas reduzindo principalmente os tempos de comutaccedilatildeo do componente em outras palavras os transistores do tipo NPN satildeo mais raacutepidos do que os do tipo PNP
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Conexatildeo Darlington
Como jaacute mencionado transistores de potecircncia geralmente tecircm ganhos menores e precisam correntes altas na base para a plena conduccedilatildeo O transistor do exemplo anterior pode exigir 1A para controlar uma corrente de 3A Para solucionar este problema existe um arranjo que eacute chamado de Darlington esta configuraccedilatildeo consiste em conectar dois transistores do mesmo tipo de maneira que o ganho de corrente de um transistor β1 e o do outro β2 entatildeo o ganho de corrente do arranjo seraacute igual a βD = β1xβ2 Outra caracteriacutestica desta configuraccedilatildeo eacute conseguir uma alta impedacircncia de entrada Normalmente este tipo de ligaccedilatildeo eacute feito em um uacutenico encapsulamento Neste caso o valor de ganho eacute muito grande e uma corrente bem pequena na base jaacute leva o transistor ao estado de plena conduccedilatildeo O ocircnus por esta sensibilidade de corrente baixa de base eacute o fato de que a tensatildeo VBDED eacute maior que em um transistor normal pois temos que polarizar em vez de um mas dois diodos para que comece a ocorrer a conduccedilatildeo
Figura 15 Conexatildeo Darlington
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5 - Transistor FET
O surgimento do MOSFET representou um grande avanccedilo tecnoloacutegico por ser de fabricaccedilatildeo muito simples ter uma alta impedacircncia de entrada e baixo ruiacutedo proporcionar integraccedilatildeo em larga escala isto eacute por ter tamanho reduzido cerca de 20 vezes menos que o transistor bipolar permitindo assim que um grande numero de transistores sejam produzidos em um mesmo circuito integrado
O MOSFET de potencia eacute um semicondutor com capacidade de controle de corrente por meio de tensatildeo aplicada entre os terminais gate e source a exemplo do TBP o transistor FET pode trabalhar com tensotildees tambeacutem elevadas na ordem dos 1000V e correntes em torno de 200A mas sua principal vantagem eacute por ser acionado por tensatildeo a sua arquitetura disponibiliza uma elevada velocidade de chaveamento tornando-o indicado para as aplicaccedilotildees de frequumlecircncia elevada (centenas de kHz)
Para VGS lt 0 os eleacutetrons do canal n satildeo repelidos aumentando assim a camada de depleccedilatildeo proacutexima da camada oacutexido Assim haacute uma diminuiccedilatildeo na aacuterea do canal n (estrangulamento) sendo estabelecida uma alta resistecircncia RDS Deste modo natildeo haacute circulaccedilatildeo de corrente IDS Para IDS igual a zero a tensatildeo VGS eacute chamada de tensatildeo de estrangulamento (pinch-off) VP Para VGS gt 0 o canal n torna-se largo reduzindo drasticamente a resistecircncia RDS sendo assim estabelecida a corrente IDS O MOSFET com canal p tem a s polaridades das tensotildees e correntes invertidas
Figura 16
Estrutura baacutesica de transistor MOSFET Uma pequena corrente de gate eacute necessaacuteria apenas para carregar e descarregar as capacitacircncias de
entrada do transistor desta forma o melhor modo de polarizaccedilatildeo de um FET eacute empregando uma fonte de baixa impedacircncia de saiacuteda jaacute que temos na estrutura do gate uma capacitacircncia parasita gate-fonte CGS que eacute inerente ao componente desta forma natildeo existe meios de minimizaacute-lo
Estes transistores em geral satildeo de canal N por apresentarem menores perdas e maior velocidade de comutaccedilatildeo devido agrave maior mobilidade dos eleacutetrons em relaccedilatildeo agraves lacunas
Abaixo temos um exemplo de polarizaccedilatildeo de gate de baixa impedacircncia tambeacutem teraacute que utilizar fonte de pulsos de baixa impedacircncia como foi dito antes
Figura 17
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Outra forma de obter um circuito de disparo eacute o demonstrado abaixo porem eacute importante notar nesta situaccedilatildeo que estamos atrelados a transistores bipolares natildeo sendo aconselhaacutevel a altas frequumlecircncias ou pelo menos dar uma olhada no datasheet dos transistores que seratildeo utilizados com atenccedilatildeo a frequumlecircncia maacutexima de trabalho
Figura 18
Este circuito nada mais eacute do que um gate driver que pode se fazer com componentes discretos ou com auxilio de CIs fabricados especialmente para isto a saiacuteda pode ser para um MOSFET ou para vaacuterios deles Isto eacute mais faacutecil de verificar em IGBTs que seraacute estudado em seguida
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6 ndash Transistor IGBT O IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) alia a facilidade de acionamento dos MOSFET com as pequenas perdas em conduccedilatildeo dos TBP Sua velocidade de chaveamento eacute superior agrave dos transistores bipolares Os limites atuais de tensatildeo e corrente em dispositivos uacutenicos estatildeo em torno de 2kV e 1000A o que indica que tal componente pode ser utilizado em aplicaccedilotildees de potecircncia
O controle de componente eacute anaacutelogo ao do MOSFET ou seja pela aplicaccedilatildeo de uma polarizaccedilatildeo entre gate e emissor Tambeacutem para o IGBT o acionamento eacute feito por tensatildeo O IGBT possui uma corrente maacutexima que natildeo deve ser ultrapassada se isso ocorrer natildeo se consegue cortar o IGBT retirando a tensatildeo do Gate A corrente fluiraacute pelo dreno sem controle e isso poderaacute danificar o componente Esse fato eacute conhecido por LatchUp Princiacutepio de funcionamento
A estrutura do IGBT eacute similar agrave do MOSFET mas com a inclusatildeo de uma camada P+ que forma o coletor do IGBT como mostrado na figura abaixo Em termos simplificados pode-se analisar o IGBT como um MOSFET no qual a regiatildeo N- tem sua condutividade modulada pela injeccedilatildeo de portadores minoritaacuterios (lacunas) a partir da regiatildeo P+ uma vez que J1 estaacute diretamente polarizada Esta maior condutividade produz uma menor queda de tensatildeo em comparaccedilatildeo a um MOSFET similar A maacutexima tensatildeo suportaacutevel eacute determinada pela junccedilatildeo J2 (polarizaccedilatildeo direta) e por J1 (polarizaccedilatildeo reversa) Como J1 divide 2 regiotildees muito dopadas conclui-se que um IGBT natildeo suporta tensotildees elevadas quando polarizado reversamente
Figura 19 Estrutura baacutesica de IGBT
A entrada em conduccedilatildeo eacute similar ao MOSFET sendo um pouco mais lenta a queda da tensatildeo Vce uma vez que isto depende da chegada dos portadores vindos da regiatildeo P+ Para o desligamento no entanto tais portadores devem ser retirados Nos TBPs isto se daacute pela drenagem dos portadores via base o que natildeo eacute possiacutevel nos IGBTs devido ao acionamento isolado A soluccedilatildeo encontrada foi a inclusatildeo de uma camada N+ na qual a taxa de recombinaccedilatildeo eacute bastante mais elevada do que na regiatildeo N- Desta forma as lacunas presentes em N+ recombinam-se com muita rapidez fazendo com que por difusatildeo as lacunas existentes na regiatildeo N- refluam apressando a extinccedilatildeo da carga acumulada na regiatildeo N- possibilitando o restabelecimento da barreira de potencial e o bloqueio do componente
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7 - Tiristor
O tiristor e o SCR satildeo facilmente confundidos pois estatildeo relacionados ao mesmo componente Tiristor eacute o nome de uma famiacutelia de componentes da qual o SCR faz parte O SCR eacute um diodo controlado muito utilizado em equipamentos de controle industrial que iremos ver detalhadamente mais tarde Funcionamento de uma forma geral O tiristor eacute um dispositivo semicondutor de quatro camadas de estrutura PNPN com trecircs junccedilotildees PN Tem trecircs terminais Anodo Catodo e Gatilho Os terminais anodo e catodo quando polarizados diretamente soacute comeccedilam a conduzir se receber um comando no terminal gatilho Uma vez conduzindo ele se comportara como um diodo em conduccedilatildeo e natildeo haacute controle sobre o dispositivo Desligamento A corrente de anodo eacute conservada abaixo da corrente de manutenccedilatildeo por um tempo suficiente grande de forma que todos os portadores em excesso nas quatro camadas sejam eliminados ou recombinados
Alguns toacutepicos que devem ser levado em consideraccedilatildeo em projeto de circuitos de controle de gatilho
1- O sinal de gatilho deve ser retirado apoacutes o disparo do tiristor Um sinal contiacutenuo aumentaria a perda de potencia na junccedilatildeo do gatilho
2- Enquanto o tiristor estiver reversamente polarizado natildeo devera haver sinal de gatilho De outra forma o tiristor poderia falhar devido a um aumento de corrente de fuga
3- A largura do pulso de gatilho IG tem que ser maior que o tempo necessaacuterio para a corrente do anodo crescer ateacute o valor da corrente de manutenccedilatildeo IH Na praacutetica a largura do pulso no tiristor TON
Tipos de Tiristores Tiristor de controle de fase SCR Tiristor triodo bidirecional TRIAC Tiristor de desligamento pelo gatilho GTO Tiristor de conduccedilatildeo reversa RCT Tiristor de induccedilatildeo estaacutetica SITH Tiristor de desligamento auxiliado pelo gatilho GATT Retificador controlado de siliacutecio controlado por luz LASCR Tiristores controlados por MOS MCTs
Conversatildeo e o controle de grandes quantidades de potencia em sistemas CC e CA utilizando apenas uma pequena potencia para controle pois apresenta chaveamento raacutepido pequeno porte e altos valores de corrente e tensatildeo
Algumas exemplos de aplicaccedilotildees
bull Controle de reles e motores bull Fontes de tensatildeo regulada bull Inversores CC-CA bull Controle de iluminaccedilatildeo
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71 - Tiristor SCR Siacutembolo
O SCR eacute um dispositivo semicondutor de quatro camadas de estrutura PNPN com trecircs junccedilotildees PN Ele tem trecircs terminais anodo catodo e gatilho como eacute visto na figura abaixo
Figura 20
O SCR tal como um diodo soacute conduz corrente no sentido do anodo para o catodo mas apenas quando lhe aplicamos um sinal de tensatildeo no terminal chamado gatilho este meacutetodo de disparo eacute o mais utilizado para se disparar o SCR Mas existem outras formas de disparo normalmente indesejado e em alguns casos podem destruir o componente
Disparo por sobretensatildeo Quando o SCR estaacute polarizado diretamente e aumenta-se a tensatildeo VAK J1 e J3 estatildeo polarizados diretamente mas J2 estaacute reversamente polarizado veja a figura acima Com o aumento de VAK os portadores satildeo acelerados na junccedilatildeo J2 podendo atingir uma energia tatildeo grande que provocaratildeo o fenocircmeno avalanche Esse fenocircmeno faz com que muitos eleacutetrons choquem-se e saiam das orbitas dos aacutetomos da rede Estando disponiacuteveis para a conduccedilatildeo esses eleacutetrons permitem que a corrente de anodo cresccedila Aumentando a corrente de anodo estabelece-se a realimentaccedilatildeo entre os terminais mantendo o SCR disparado Este tipo de disparo eacute chamado de Tensatildeo de Breakover (VBO) Disparo por variaccedilatildeo de tensatildeo (dvdt) Para que um capacitor armazene carga eleacutetrica eacute necessaacuterio haver uma variaccedilatildeo de tensatildeo(∆v) no capacitor em um intervalo de tempo (∆t) eacute necessaacuterio que circule ainda uma corrente i pelo capacitor quando estas variaccedilotildees satildeo muito pequenas a expressatildeo que relaciona estas grandezas eacute apresentada abaixo
dt
dvCi =
Em um SCR polarizado diretamente J2 estaacute reversamente polarizado Nesta junccedilatildeo existe carga armazenada iacuteons positivos de um lado e iacuteons negativos do outro Isto eacute como um capacitor carregado Assim natildeo havendo pulso no gatilho fechando-se S1 a capacitacircncia de J2 faraacute com que circule uma corrente de gatilho Como esta variaccedilatildeo eacute muito grande a corrente resultante seraacute muito grande Essa
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corrente poderaacute ser suficiente para estabelecer o processo de realimentaccedilatildeo fazendo com que o componente entre em conduccedilatildeo
Figura 21
Esse disparo normalmente indesejado pode ser evitado pela accedilatildeo de um circuito de proteccedilatildeo
chamado snubber esse circuito eacute formado por um resistor em serie com um capacitor colocados em paralelo com o SCR
Figura 22 Circuito snubber colocado em paralelo com o SCR
Os meacutetodos de comutaccedilatildeo ou de bloqueio de um SCR significa cortar a corrente que ele conduz e impedir que ele retorne a conduccedilatildeo A comutaccedilatildeo estaraacute completa quando a corrente no sentido direto for anulado e a reaplicaccedilatildeo de tensatildeo direta entre os terminais catodo e anodo natildeo provocarem o retorno do estado de conduccedilatildeo A comutaccedilatildeo natural ocorre quando se reduz a corrente de anodo a um valor abaixo de IH chamada corrente de manutenccedilatildeo (holding current) o SCR eacute bloqueado Este bloqueio pode ser visto melhor na figura abaixo Com S2 aberto mesmo com S1 fechado o SCR estaacute bloqueado pois natildeo haacute corrente no gatilho Fechando S2 pelo R circula uma corrente de gatilho que eacute suficiente para disparar o SCR Abrindo entatildeo S1 a corrente na lacircmpada anula-se e o SCR bloqueia Outro modo de obter a comutaccedilatildeo natural seria trocar a fonte de tensatildeo continua por uma tensatildeo alternada porem o SCR conduziria somente no semi-ciclo positivo natildeo havendo fluxo de corrente no semi-ciclo negativo
Figura 23 Meacutetodo mais utilizado
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Haacute tambeacutem um outro meacutetodo chamado comutaccedilatildeo forccedilada mais usual em circuitos CC a teacutecnica consiste em desviar a corrente por um caminho de menor impedacircncia a corrente que passa pelo SCR iraacute cair abaixo de IH provocando o bloqueio Como podemos ver no circuito abaixo
Figura 24
Com todas as chaves abertas o SCR estaacute bloqueado e a lacircmpada estaacute apagada Fechando-se a CH1 o circuito da lacircmpada e do SCR estaraacute energizado Como natildeo haacute corrente no gatilho o SCR continuaraacute bloqueado a lacircmpada apagada Quando S2 fechar circulara pelo resistor uma corrente suficiente para alimentar o gatilho do SCR que disparara e acenderaacute a lacircmpada Com a lacircmpada acesa S2 pode se novamente aberta sem que o SCR bloqueie e a lacircmpada se apague Agora fechando S3 naturalmente a lacircmpada natildeo se apagara pois a chave curto-circuitaraacute o SCR ficando a lacircmpada alimentada diretamente pela tensatildeo da fonte Como o SCR real natildeo eacute um curto-circuito toda a corrente da lacircmpada ira passar por S3 e a corrente do SCR cairaacute agrave zero o SCR entatildeo ira bloquear Com o SCR bloqueado abrindo-se a chave S3 a lacircmpada apagara Assim soacute seraacute outra vez acessa se S2 for novamente fechada provocando a corrente de gatilho no SCR Mas tambeacutem pode-se utilizar o SCR em tensatildeo alternada natildeo soacute em tensatildeo contiacutenua abaixo temos um exemplo de circuito com sua forma de onda
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72 - Tiristor TRIAC Siacutembolo O Triac eacute um dispositivo de 5 camadas tendo 2 caminhos P-N-P-N em ambos os sentidos entre o MT1 e MT2 e podendo conduzir nos dois sentidos como nos mostra claramente o seu siacutembolo Eletricamente o Triac equivale a ligaccedilatildeo de dois SCRs em antiparalelo e os terminais de gatilho ligados juntos O Triac pode ser levado a conduccedilatildeo pela aplicaccedilatildeo de uma corrente positiva ou negativa no gatilho embora seja mais sensiacutevel a aplicaccedilatildeo de uma corrente positiva quando MT2 eacute positivo e de uma corrente negativa quando MT1 eacute positivo Um TRIAC pode conduzir em ambos os sentidos e eacute normalmente utilizado em controle de fase CA Ele pode ser considerado como dois SCR conectados em antiparalelo com uma conexatildeo de gatilho comum como mostrado na figura abaixo
Como o TRIAC eacute um dispositivo bidirecional seus terminais natildeo podem ser designados como catodo e anodo Se o terminal MT2 for positivo em relaccedilatildeo ao terminal MT1 o TRIAC pode ser disparado pela aplicaccedilatildeo de um sinal positivo entre os terminais de gatilho G e MT1 Se o terminal MT2 for negativo em relaccedilatildeo a MT1 ele pode ser disparado pela aplicaccedilatildeo de um sinal negativo entre o gatilho G e MT1 Natildeo eacute necessaacuterio que se tenham ambas as polaridades do sinal de gatilho pois um TRIAC pode ser disparado com um sinal tanto positivo quanto negativo Na praacutetica as sensibilidades variam de um quadrante para outro e os triacs normalmente satildeo operados no I quadrante (tensatildeo e correntes de gatilho positivas) ou no quadrante III (tensotildees e correntes de gatilho negativas) como eacute visto na curva caracteriacutestica abaixo
a) Quadrante I VMT2 positivo e IG positivo b) Quadrante II VMT2 negativo e IG positivo c) Quadrante III VMT2 negativo e IG negativo d) Quadrante IV VMT2 positivo e IG negativo
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Entatildeo pode-se dizer que o triac pode fazer o controle de fase em uma carga como no circuito abaixo
Variando o potenciocircmetro R2 podemos disparar o triac em vaacuterios acircngulos da onda como demonstra o graacutefico abaixo
Porem com este circuito eacute impossiacutevel efetuar disparos aleacutem dos 90deg em cada semi-ciclo por exemplo se desejarmos disparar em 25deg que a tensatildeo instantacircnea eacute de Vx e o potenciocircmetro estaacute ajustado com este valor de tensatildeo de rede se utilizar o mesmo raciociacutenio para disparar em 155deg a tensatildeo instantacircnea seraacute a mesma consequumlentemente teraacute a mesmo ajuste do potenciocircmetro que e iraacute disparar em 25deg e natildeo em 155deg A figura abaixo ajuda esclarecer este raciociacutenio
Entatildeo para resolvermos a limitaccedilatildeo no acircngulo de disparo menor ou igual a 90deg eacute associarmos com os resistores jaacute existentes um capacitor como no circuito abaixo formando entatildeo uma rede defasadora
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O valor desta defasagem eacute dada pela equaccedilatildeo τ=(R1+R2)C Variando R2 consegue-se
variar o angula de disparo do Triac Porem como o capacitor nem sempre se carrega apartir de uma tensatildeo fixa natildeo se tem uma regularidade no disparo
Para resolvermos este problema estudaremos o Diac na sequumlecircncia
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8 - Diac Os diacs satildeo diodos de disparo bidirecional composto por trecircs camadas (PNP) com a simples funccedilatildeo de disparar tiristores Sua construccedilatildeo assemelha-se a de um transistor bipolar poreacutem difere na dopagem do cristal N
Seu funcionamento eacute simples Para passar do estado de bloqueio para o estado de conduccedilatildeo eacute preciso ultrapassar a tensatildeo de ruptura (VR) rompendo assim a junccedilatildeo polarizada inversamente podendo a corrente fluir em ambos sentidos
Para voltar ao estado de bloqueio basta remover a tensatildeo por alguns instantes Os diacs servem para controlar o disparo de triacs quando uma tensatildeo de referecircncia chegar a certo valor
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9 - Retificadores a tiristor A estrutura baacutesica de retificadores controlado consiste na mesma metodologia vista anteriormente com diodos porem com esta estrutura somente os semiciclos positivos da fonte de alimentaccedilatildeo seratildeo aplicados na carga quando os SCRs forem disparados Jaacute os semiciclos negativos satildeo omitidos como jaacute estudado anteriormente Agora temos um circuito de controle dos gatilhos dos SCRs mais requintado podendo fazer o controle entre 0deg a 180deg Vamos dar exemplos de montagem dos circuitos para que seja melhor entendido
Retificador monofaacutesico de meia onda
Retificador monofaacutesico de onda completa com ponto meacutedio
Retificador monofaacutesico em ponte completa
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Retificador semi-controlado ou em ponte mista
Retificador trifaacutesico de meia onda
Retificador trifaacutesico de onda completa (Ponte de Graetz)
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10 - PWM Para comeccedilarmos o estudo do PWM que vem do inglecircs Pulse Width Modulation ou seja modulaccedilatildeo
por largura de pulso temos que ter alguns preacute-requisitos em mente Uma maneira tradicional de se controlar a potencia de uma carga eacute atraveacutes de um potenciocircmetro ou reostato em seacuterie com a carga conforme mostra a figura abaixo este tipo de controle eacute denominada linear
Variando-se a resistecircncia do potenciocircmetro pode-se modificar a corrente na carga e portanto a potecircncia aplicada a ela
A grande desvantagem deste tipo de controle eacute que a queda de tensatildeo multiplicada pela corrente no R em seacuterie representa uma potencia na forma de calor Conforme o ajuste deste o controle passa a dissipar mais potencia que a carga
O R tem de ser capaz de dissipar esta potencia sendo assim o seu tamanho fiacutesico cresce proporcionalmente com a sua potencia tornando-se caro Embora este controle seja ateacute intuitivo porem natildeo eacute muito inteligente no que diz respeito de desperdiacutecio de energia Consideremos entatildeo o mesmo circuito soacute trocamos o controle como podemos ver no desenho abaixo
Consideremos ainda que esta chave tem uma accedilatildeo muito raacutepida Quando o interruptor estaacute aberto natildeo haacute corrente na carga e a potecircncia aplicada eacute nula No instante em que o interruptor eacute fechado a carga recebe a tensatildeo total da fonte e a potecircncia aplicada eacute maacutexima
Entatildeo para termos uma potencia de 50 a ideacuteia eacute deixarmos um tempo x com a chave ligada e o mesmo tempo com a chave desligada Isso significa que em meacutedia teremos metade do tempo com corrente e metade do tempo sem corrente concluindo que a potencia ficaraacute em 50
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A potecircncia meacutedia e portanto a proacutepria tensatildeo meacutedia aplicada agrave carga eacute neste caso 50 da tensatildeo de entrada
Veja que o interruptor fechado pode definir uma largura de pulso pelo tempo em que ele fica nesta condiccedilatildeo e um intervalo entre pulsos pelo tempo em que ele fica aberto Os dois tempos juntos definem o periacuteodo e portanto uma frequecircncia de controle
A relaccedilatildeo entre o tempo em que temos o pulso e a duraccedilatildeo de um ciclo completo de operaccedilatildeo do interruptor nos define ainda o ciclo ativo conforme eacute mostrado na figura 5
Variando-se a largura do pulso e tambeacutem o intervalo de modo a termos ciclos ativos diferentes podemos controlar a potecircncia meacutedia aplicada a uma carga Assim quando a largura do pulso varia de zero ateacute o maacuteximo a potecircncia tambeacutem varia na mesma proporccedilatildeo conforme estaacute indicado na figura 6
Este princiacutepio eacute usado justamente no controle PWM modulamos (variamos) a largura do pulso de modo a controlar o ciclo ativo do sinal aplicado a uma carga e com isso a potecircncia aplicada a ela
Na praacutetica substituiacutemos o interruptor por algum dispositivo de estado soacutelido que possa abrir e fechar o circuito rapidamente como por exemplo um transistor bipolar um FET de potecircncia um IGBT ou ateacute mesmo um SCR
A este dispositivo eacute entatildeo ligado um oscilador que possa ter seu ciclo ativo controlado numa grande faixa de valores Na praacutetica eacute difiacutecil chegar agrave duraccedilatildeo zero do pulso e agrave 100 jaacute que isso implicaria na parada do oscilador mas podemos chegar bem perto disso
Na operaccedilatildeo de um controle por PWM existem diversas vantagens a serem consideradas e alguns pontos para os quais o projetista deve ficar atento para natildeo jogar fora estas vantagens
Na condiccedilatildeo de aberto nenhuma corrente circula pelo dispositivo de controle e portanto sua dissipaccedilatildeo eacute nula Na condiccedilatildeo de fechado teoricamente se ele apresenta uma resistecircncia nula a queda de tensatildeo eacute nula e ele natildeo dissipa tambeacutem nenhuma potecircncia
Isso significa que na teoria os controles PWM natildeo dissipam potecircncia alguma e portanto consistem em soluccedilotildees ideais para este tipo de aplicaccedilatildeo
Na praacutetica entretanto isso natildeo ocorre Em primeiro lugar os dispositivos usados no controle natildeo satildeo capazes de abrir e fechar o circuito num tempo infinitamente pequeno Eles precisam de um tempo para mudar de estado e neste intervalo de tempo sua resistecircncia sobe de um valor muito pequeno ateacute infinito e vice-versa numa curva de comutaccedilatildeo semelhante a mostrada na figura 10
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Neste intervalo de tempo a queda de tensatildeo e a corrente atraveacutes do dispositivo natildeo satildeo nulas e uma boa quantidade de calor poderaacute ser gerada conforme a carga controlada Dependendo da frequecircncia de controle e da resposta do dispositivo usado uma boa quantidade de calor poderaacute ser gerada neste processo de comutaccedilatildeo
Entretanto mesmo com este problema a potecircncia gerada num controle PWM ainda eacute muito menor do que num circuito de controle linear equivalente Transistores de comutaccedilatildeo raacutepidos FETs de potecircncia e outros componentes de chaveamento podem ser suficientemente raacutepidos para permitir que projetos de controles de potecircncias elevadas sejam implementados sem a necessidade de grandes dissipadores de calor ou que tenham problemas de perdas de energia por geraccedilatildeo de calor que possam ser preocupantes
O segundo problema que poderaacute surgir vem justamente do fato de que os transistores de efeito de campo ou bipolares usados em comutaccedilatildeo natildeo se comportam como resistecircncias nulas quando saturados Os transistores bipolares podem apresentar uma queda de tensatildeo de ateacute alguns volts quando saturados o mesmo ocorrendo com os FETs
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11 - Soft-Starter
Soft start eacute um dispositivo eletrocircnico composto de pontes tiristorizadas a fim de controlar a corrente de partida de motores de corrente alternada trifaacutesicos o controle da tensatildeo reduzida eacute feita ajustando-se o acircngulo de disparo de um par de SCRs dispostos em antiparalelo em cada fase do motor A medida que a tensatildeo vai aumentando a corrente aumenta para acelerar a carga de uma maneira suave e sem degraus Seu uso eacute comum em bombas centriacutefugas ventiladores e motores de elevada potecircncia cuja aplicaccedilatildeo natildeo exija a variaccedilatildeo de velocidade
A vantagem desta teacutecnica sobre as alternativas de custo baixo eacute a possibilidade de ajustarmos o torque do motor as necessidades de torque da carga
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12 - Inversores
Introduccedilatildeo A obtenccedilatildeo de uma tensatildeo alternada a partir de uma fonte CC eacute muitas vezes necessaacuteria para a
alimentaccedilatildeo de diversas cargas Os conversores que realizam a transformaccedilatildeo CC-CA satildeo chamados de inversores Como exemplos de aplicaccedilotildees pode-se citar o controle de velocidade de motores de corrente alternada fontes de alimentaccedilatildeo ininterrupta (no-break) entre varias outras aplicaccedilotildees
Qualquer sistema no qual o fornecimento da energia eleacutetrica natildeo pode ser interrompido deve prever uma fonte de emergecircncia para supri-lo Quando a potecircncia instalada eacute muito grande tem-se em geral um sistema de acionamento imediato alimentado a partir de baterias e um sistema motor-gerador que por necessitar de alguns minutos para estar em condiccedilotildees ideais de operaccedilatildeo natildeo pode ser usado de imediato Tal arranjo eacute usado por exemplo em centrais telefocircnicas hospitais etc Topologias Baacutesicas
Inversor Monofaacutesico em Ponte A estrutura do inversos monofaacutesico em ponte alimentando carga resistiva estaacute representado na
Figura abaixo
As formas de onda de interesse satildeo apresentadas na figura abaixo Com S1 e S4 em conduccedilatildeo a
tensatildeo na carga eacute igual a E quando S2 e S3 estatildeo em conduccedilatildeo ela torna-se igual a -E
Quando a carga for indutiva devem ser adicionados a estrutura do circuito mostrado acima os
diodos de circulaccedilatildeo D1 D2 D3 e D4 como indica a figura abaixo Observe que com carga indutiva a fonte E deve ser reversiacutevel em corrente
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Etapas de funcionamento do inversor em ponte alimentando carga indutiva
Inversor Monofaacutesico em Ponto Meacutedio Este circuito representado na figura abaixo emprega apenas um braccedilo sendo desse modo mais
simples de ser comandado que o inversor em ponte porem a sua desvantagem eacute a tensatildeo de saiacuteda ser a metade
Inversor Monofaacutesico em Ponte
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13 - Dissipadores
A circulaccedilatildeo de corrente eleacutetrica por qualquer elemento provoca uma dissipaccedilatildeo de potecircncia igual ao produto do quadrado da corrente pela resistecircncia do circuito O objetivo eacute estabelecer criteacuterios para o dimensionamento de sistemas de dissipaccedilatildeo do calor produzido por componentes eletrocircnicos especialmente semicondutores de potecircncia (diodostransistores tiristores etc) buscando a proteccedilatildeo de tais componentes tendo como meta fundamental a elevada confiabilidade dos equipamentos nos quais os dispositivos satildeo empregados Deve-se buscar reduccedilatildeo de volume peso e custos
Caacutelculo da Potecircncia Dissipada
O caacutelculo da potecircncia dissipada deve ser feito via de regra pelo produto da tensatildeo pela corrente sobre o dispositivo em questatildeo
Comportamento em regime permanente potecircncia meacutedia
Nos dispositivos semicondutores de potecircncia o calor decorrente do efeito Joule eacute produzido na pastilha semicondutora fluindo daiacute para ambientes mais frios como o encapsulamento do dispositivo e o ambiente Este fluxo de calor depende de fatores como o gradiente de temperatura e as caracteriacutesticas teacutermicas dos meios e materiais envolvidos Define-se a grandeza ldquoresistecircncia teacutermicardquo como uma medida da dificuldade do fluxo de calor entre 2 meios ∆T diferenccedila de temperatura entre regiotildees de transferecircncia de calor P potecircncia meacutedia dissipada h coeficiente de transferecircncia de calor A aacuterea envolvida na transferecircncia de calor
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ANALOGIA COM CIRCUITO ELEacuteTRICO Em geral se faz uma analogia com um circuito eleacutetrico sendo a potecircncia meacutedia representada por uma fonte de corrente As temperaturas nos ambientes indicados (junccedilatildeo caacutepsula ambiente) satildeo anaacutelogas agraves tensotildees nos respectivos noacutes enquanto as resistecircncias teacutermicas satildeo as proacuteprias resistecircncias do modelo
Tj=Temperatura da junccedilatildeo Rtjc=Resistecircncia teacutermica entre junccedilatildeo e encapsulamento Tc=temperatura do encapsulamento Rtca=Resist Term Entre encapsulamento e ambiente Rtcd=Resist Entre encapsulament e dissipador Rtda=Resist Teacutermica entre dissipador e ambiente Partindo do anaacutelogo eleacutetrico chegamos a seguinte equaccedilatildeo tiacutepica Tj = Ta + P (Rtjc + Rtca) Exemplo 1 P = 20 W Rtjc = 2degCW Rtca = 10degCW Ta = 40degC Tjmax = 120degC Tc = Ta + P Rtca = 240degC Tj = Tc + P Rtjc = 280degC
Dissipadores de calor Considerando que natildeo seja possiacutevel reduzir a potecircncia meacutedia dissipada a alternativa para a proteccedilatildeo do semicondutor eacute colocar um dispositivo de baixa resistecircncia teacutermica entre o encapsulamento e o ambiente A este elemento colocado junto ao encapsulamento se diz ldquodissipador de calorrdquo Caracteriacutesticas dos dissipadores As principais caracteriacutesticas estatildeo relacionadas com dimensotildees e especialmente agrave sua superfiacutecie de contato com o ambiente Em geral estes dispositivos satildeo construiacutedos em alumiacutenio dada sua boa condutividade teacutermica (condiccedilatildeo indispensaacutevel) baixo custo e peso A figura mostra perfis tiacutepicos de dissipadores A utilizaccedilatildeo de grande nuacutemero de aletas eacute para aumentar a aacuterea de troca de calor A resistecircncia teacutermica para uma placa plana quadrada pode ser aproximadamente dada por
λ condutacircncia teacutermica (a 77o C) [W(oCcm)] W espessura do dissipador [mm]
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A aacuterea do dissipador [cm2] Cf fator de correccedilatildeo devido agrave posiccedilatildeo e tipo de superfiacutecie Na tabela abaixo satildeo dados alguns valores para os coeficientes da foacutermula O fator Cf varia com a posiccedilatildeo do dissipador sendo preferiacutevel uma montagem vertical agrave horizontal por criar um efeito ldquochamineacuterdquo Dissipadores pretos satildeo melhores irradiadores de calor que aqueles com superfiacutecie brilhante
Comportamento em regime transitoacuterio potecircncia de pico Quando a potecircncia dissipada no semicondutor consiste de pulsos de potecircncia eacute preciso verificar a proteccedilatildeo do componente em relaccedilatildeo aos picos de dissipaccedilatildeo Durante a ocorrecircncia do pico de potecircncia ocorre a elevaccedilatildeo da temperatura da junccedilatildeo embora natildeo ocorra variaccedilatildeo nas temperaturas do encapsulamento e do dissipador (que dependem da potecircncia meacutedia) devido agrave maior capacidade teacutermica da caacutepsula e especialmente do dissipador Tal capacidade teacutermica relaciona-se com o tipo de material utilizado e seu volume Na analogia eleacutetrica utilizada anteriormente ela se comporta como uma capacitacircncia O caacutelculo da temperatura da junccedilatildeo em tal regime transitoacuterio eacute feito utilizando uma grandeza chamada ldquoimpedacircncia teacutermicardquo Ztjc que leva em consideraccedilatildeo a capacidade teacutermica da junccedilatildeo Exemplo 2 Rtjc = 2deg CW Rtca = 5deg CW Rtcd = 2deg CW Rtda = 3deg CW Ztjc = 005deg CW Tjmax = 150deg C Ta = 40deg C P = 20W Pp = 1000W
Tj = 130 oC (o componente estaacute protegido em relaccedilatildeo agrave potecircncia meacutedia) Tc = 90 oC Tj = Tc + Pp Ztjc = 140 oC
Caacutelculo dos Dissipadores
bull A temperatura de trabalho da junccedilatildeo deve ser 20 a 30 menor que seu valor maacuteximo para permitir a proteccedilatildeo do componente sem super-dimensionar o dissipador middot Para ambientes nos quais natildeo se faccedila um controle riacutegido da temperatura deve-se usar uma temperatura ambiente de 40oC
bull Caso o dissipador fique dentro de algum bastidor ou caixa na qual a temperatura possa se elevar acima dos 40oC deve-se considerar sempre a maacutexima temperatura do ar com o qual o dissipador troca calor Eacute conveniente agrave falta de maiores informaccedilotildees utilizar o valor de 40oC e verificar apoacutes a entrada em operaccedilatildeo do protoacutetipo a verdadeira temperatura ambiente
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bull Deve-se verificar a necessidade do uso de isoladores (mica teflon ou mylar) e natildeo desconsiderar suas resistecircncias teacutermicas middot O emprego de pastas teacutermicas eacute sempre recomendado e se deve considerar tambeacutem sua resistecircncia teacutermica
b) No transitoacuterio
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Apecircndice A
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Laboratoacuterio 1
Diodo Ache os componentes em sucatas e monte o circuito abaixo em placa de circuito impresso corroiacuteda Lista de material
4 Diodos 1N4007 2 Capacitores 330uF200V 2 Resistores 150K 18W 1 Suporte p lacircmpada 1 Lacircmpada 40W220V 1 Conector p placa de 2 bornes 6 Chaves HH 1 Rabicho com plugue Placa p circuito impresso virgem (fibra fenolite perfurada) Caneta retro projetor ou esmalte p unhas Palha de accedilo ou acetona e pedaccedilo de pano Soluccedilatildeo de percloreto de ferro Estanho em fio
Obs Colocar o seu nome no lado do cobre a caneta ou esmalte antes da corrosatildeo
Montado na placa o circuito acima e testado fazer os seguintes exerciacutecios 1 ndash Com o interruptor Ch7 ligado os interruptores Ch3 Ch4 Ch5 e Ch6 desligados e os interruptores Ch1 e Ch2 na posiccedilatildeo 1 faccedila a seguinte medida meccedila com o osciloscoacutepio colocando a garra jacareacute onde aparece o GND e o pinccedila no ponto 1 de forma que apareccedila somente o semi-ciclo positivo na tela tambeacutem reproduza abaixo a forma de onda encontrada e registre onde a posiccedilatildeo do zero O aparelho ajustado da seguinte forma O botatildeo de tempodivisatildeo em 5mS O botatildeo tensatildeodivisatildeo ajustado em 5V A ponteira ajustada em X10
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2 ndash Permanecendo o interruptor Ch7 ligado Ch5 e Ch6 desligados poreacutem Ch1 e Ch2 na posiccedilatildeo 2 e Ch3 e Ch4 ligados faccedila novamente a medida e reproduza na tela abaixo a forma de onda
3 - Permanecendo o interruptor Ch7 ligado Ch3 Ch4 Ch5 e Ch6 agora ligados e Ch1 e Ch2 na posiccedilatildeo 2 faccedila novamente a medida e reproduza na tela abaixo a forma de onda
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4 ndash O que aconteceu com a potecircncia (brilho) da lacircmpada Com circuito configurado como no exerciacutecio 1 e exerciacutecio 3 (aumentou ou diminuiu) Porque ocorreu isto _____________________________________________________________________________________
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5 ndash Qual eacute a nova potecircncia da lacircmpada Provar por meio de caacutelculos 6 ndash Por fim com o circuito configurado como no exerciacutecio 3 coloque uma lacircmpada de maior potecircncia e visualize o ripple novamente com o osciloscoacutepio explique o que ocorreu _____________________________________________________________________________________
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Laboratoacuterio 2 TRANSISTOR BIPOLAR (BJT)
Os transistores de potecircncia apresentam caracteriacutesticas de chaveamento controlado Os transistores utilizados como elementos de chaveamento operam na regiatildeo de saturaccedilatildeo apresentando uma baixa queda de tensatildeo de conduccedilatildeo (VCE=0V) (VBE=13V)
Este laboratoacuterio tem o objetivo de fazer um retificador e filtro diretamente da rede alternada com componentes retirados de fontes chaveadas de computadores apoacutes o estaacutegio de retificaccedilatildeo e filtro faremos funcionar uma lacircmpada incandescente de 220 volts corrente alternada em corrente contiacutenua com o auxiacutelio de um transistor de potencia tambeacutem retirado das mesmas fontes
Calcule o R1 e monte o circuito e apoacutes responda as questotildees
Pinos 1 ndash Base 2 ndash Coletor 3 ndash Emissor
Alguns transistores encontrados em fontes chaveadas de computador Transistor VCE (V) Ic (A) β MJE13007 400 8 5
2SC4106 400 7 10
2SC5027 800 3 8
2SC5353 800 3 15
2SC2335 400 7 10
2SC4242 400 7 10
2SC5763 400 7 10
1 ndash Escolha o transistor e faccedila o calculo para descobrir R1 e depois monte o circuito Transistor escolhido ______________
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2 ndash Meccedila a corrente no ponto 1 e compare com o calculado Faccedila as observaccedilotildees necessaacuterias
Corrente no ponto (1)
Calculado
Medido _____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
3 ndash Por que existem os resistores em paralelo com os capacitores
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_____________________________________________________________________________________
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Laboratoacuterio 3
TRANSISTOR EFEITO DE CAMPO (FET) O transistor de potecircncia MOSFET eacute um dispositivo de tensatildeo controlada e necessita apenas de tensatildeo no gatilho A velocidade de chaveamento eacute muito alta (nanosegundos) MOSFETrsquos de potecircncia satildeo utilizados em conversores de baixa potecircncia e alta frequumlecircncia Estes transistores apresentam problemas de descargas eletrostaacuteticas necessitando de cuidados especiais Este experimento tem como objetivo mostrar o funcionamento de Mosfets em uma aplicaccedilatildeo pratica para tanto montaremos o circuito abaixo
Pinagem 1 ndash GATE 2 ndash DRAIN 3 ndash SOURCE
Alguns transistores encontrados no comeacutercio
Transistor Tensatildeo Vds(V) Corrente Id (A)
IRF840 500 85 IRF740 400 10
1 ndash Meccedila a corrente no ponto 1 Corrente no ponto 1 ______________ No ponto 2 coloque 1deg o multiacutemetro antes de ligar o circuito Meccedila a corrente no ponto 2 Corrente no ponto 2 ______________ Por que isto ocorre 2 ndash Calcule a corrente que passa entre os resistores E compare com os valores medidos e faccedila as observaccedilotildees necessaacuterias
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Laboratoacuterio 4
SCR E TRIAC
Este laboratoacuterio tem o objetivo de comprovar o funcionamento do componente SCR e TRIAC e diferenciaacute-los 1
A - Primeiramente ligue a chave 1 mantendo a chave 2 desligada o que ocorre _____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
B ndash Mantendo ligada a chave 1 ligue a chave 2 por um breve intervalo de tempo e desligue-a O que acontece Justifique sua resposta _____________________________________________________________________________________ _____________________________________________________________________________________ 2
C ndash Faccedila a mesma sequumlecircncia usada nas questotildees A e B Sequumlecircncia da questatildeo A________________________________________________________________
Sequumlecircncia da questatildeo B_________________________________________________________________
D - Faccedila as consideraccedilotildees comparando os circuitos 1 e 2
_____________________________________________________________________________________ _____________________________________________________________________________________
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3
E ndash Faccedila um comentaacuterio sobre a omissatildeo das chaves _____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
4
F - Comente os circuitos 3 e 4 haacute alguma diferenccedila no brilho da lacircmpada
_____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
Pinos do SCR e BTA 1 ndash Catodo A2 2 ndash Anodo A1 3 ndash Gatilho
Alguns SCRs encontrados no comeacutercio
Tiristor
Tensatildeo Vds(V)
Corrente Id (A)
BT151 500 85 TIC106 400 10
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Laboratoacuterio 5
DIAC E TRIAC O objetivo eacute montar o circuito abaixo e visualizar com o osciloscoacutepio a forma de onda em cima da carga no nosso caso a lacircmpada enquanto varia o potenciocircmetro
Pinagem 1 ndash A1 2 ndash A2 3 ndash G Alguns triacs encontrado no comeacutercio BTA08 ndash 8A BTA26 ndash 26A MAC224 ndash 40A TIC226 ndash 8A
Coloque a ponteira em cima da carga e deixe o potenciocircmetro no meio do curso e reproduza na tela abaixo Registre o ajuste que foi feito no osciloscoacutepio para aparecer o meio ciclo superior na tela
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Laboratoacuterio 6
PWM Este circuito eacute simples com o famoso CI 555 para gerar o sinal PWM Controlando uma carga que conseguimos observar o estaacute acontecendo
1 ndash Qual a frequumlecircncia gerada do sinal PWM _______________________________________________________________________________
_______________________________________________________________________________
2 ndash O que acontece com a lacircmpada quando varia o potenciocircmetro
_______________________________________________________________________________
_______________________________________________________________________________
3 ndash Trocando o capacitor de 100nF por um de 10nF qual seraacute a nova frequumlecircncia
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Laboratoacuterio 7
INVERSOR Este circuito eacute o conceito baacutesico do princiacutepio de funcionamento de um inversor que eacute capaz de gerar uma tensatildeo alternada a partir de uma tensatildeo contiacutenua
1 ndash O motor estaacute girando _____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
2 ndash Caso afirmativo na primeira pergunta coloque a ponteira do osciloscoacutepio em um dos terminais do motor e a garra jacareacute no terra e meccedila a frequumlecircncia _____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
3 ndash O que estaacute acontecendo com o motor em suas caracteriacutesticas fiacutesicas Mudou a velocidade estaacute aquecendo estaacute trepidando etc _____________________________________________________________________________________
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Apendice B
Coacutedigo de resistores
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Capacitores ceracircmicos
O valor do capacitorB eacute de 3300 pF (picofarad = 10-12 F) ou 33 nF (nanofarad = 10-9 F) ou 00033 microF (microfarad =
10-6 F) No capacitor A devemos acrescentar mais 4 zeros apoacutes os dois primeiros algarismos O valor do capacitor que se lecirc 104 eacute de 100000 pF ou 100 nF ou 01microF
O aparecimento de uma letra maiuacutescula ao lado dos nuacutemeros Esta letra refere-se a toleracircncia do capacitor ou seja o quanto que o capacitor pode variar de seu valor em uma temperatura padratildeo de 25deg C A letra J significa que este capacitor pode variar ateacute plusmn5 de seu valor a letra K = plusmn10 ou M = plusmn20 Segue na tabela abaixo os coacutedigos de toleracircncias de capacitacircncia
Ateacute 10pF Coacutedigo Acima de 10pF
plusmn01pF B
plusmn025pF C
plusmn05pF D
plusmn10pF F plusmn1
G plusmn2
H plusmn3
J plusmn5
K plusmn10
M plusmn20
S -50 -20
Z +80 -20
ou +100 -20
P +100 -0
O coeficiente de temperatura TC que define a variaccedilatildeo da capacitacircncia dentro de uma determinada faixa de temperatura O TC eacute normalmente expresso em ou ppmdegC ( partes por milhatildeo degC ) Eacute usado uma sequumlecircncia de letras ou letras e nuacutemeros para representar os coeficientes Observe o desenho abaixo
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Na tabela abaixo estatildeo mais alguns coeficientes de temperatura e as toleracircncias que satildeo muito utilizadas por diversos fabricantes de capacitores
Coacutedigo Coeficiente de temperatura NPO -0plusmn 30ppmdegC N075 -75plusmn 30ppmdegC N150 -150plusmn 30ppmdegC N220 -220plusmn 60ppmdegC N330 -330plusmn 60ppmdegC N470 -470plusmn 60ppmdegC N750 -750plusmn 120ppmdegC N1500 -1500plusmn 250ppmdegC N2200 -2200plusmn 500ppmdegC N3300 -3300plusmn 500ppmdegC N4700 -4700plusmn 1000ppmdegC N5250 -5250plusmn 1000ppmdegC P100 +100plusmn 30ppmdegC
Outra forma de representar coeficientes de temperatura eacute mostrado abaixo Eacute usada em capacitores que se caracterizam
pela alta capacitacircncia por unidade de volume (dimensotildees reduzidas) devido a alta constante dieleacutetrica sendo recomendados para aplicaccedilatildeo em desacoplamentos acoplamentos e supressatildeo de interferecircncias em baixas tensotildees
Os coeficientes satildeo tambeacutem representados exibindo sequumlecircncias de letras e nuacutemeros como por exemplo X7R Y5F e Z5U Para um capacitor Z5U a faixa de operaccedilatildeo eacute de +10degC que significa Temperatura Miacutenima seguido de +85degC que significa Temperatura Maacutexima e uma variaccedilatildeo Maacutexima de capacitacircncia dentro desses limites de temperatura que natildeo ultrapassa -56 +22
Veja as trecircs tabelas abaixo para compreender este exemplo e entender outros coeficientes
Temperatura Miacutenima
Temperatura Maacutexima
Variaccedilatildeo Maacutexima de Capacitacircncia
X -55degC Y -30degC Z +10degC
2 +45degC 4 +65degC 5 +85degC 6 +105degC 7 +125degC
A plusmn10 B plusmn15 C plusmn22 D plusmn33 E plusmn47 F plusmn75 P plusmn10 R plusmn15 S plusmn22 T -33 +22 U -56 +22 V -82 +22
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Capacitores de filme plaacutestico
O desenho ao lado mostra capacitores que tem os seus valores impressos em nanofarad (nF) = 10-9F Quando aparece no capacitor uma letra n minuacutescula como um dos tipos apresentados ao lado por exemplo 3n3 significa que este capacitor eacute de 33nF No exemplo o n minuacutesculo eacute colocado ao meio dos nuacutemeros apenas para economizar uma viacutergula e evitar erro de interpretaccedilatildeo de seu valor
Capacitores de Ceracircmica Multicamada
Capacitores de Polieacutester Metalizado usando coacutedigo de cores
A tabela abaixo mostra como interpretar o coacutedigo de cores dos capacitores abaixo No capacitor A as 3 primeiras cores satildeo laranja laranja e laranja correspondem a 33000 equivalendo a 33 nF A cor branca logo adiante eacute referente a plusmn10 de toleracircncia E o vermelho representa a tensatildeo nominal que eacute de 250 volts
1ordf Algarismo 2ordf Algarismo 3ordf Ndeg de zeros 4ordf Toleracircncia 5ordf Tensatildeo
PRETO 0 0 - plusmn 20 -
MARROM 1 1 0 - -
VERMELHO 2 2 00 - 250V
LARANJA 3 3 000 - -
AMARELO 4 4 0000 - 400V
VERDE 5 5 00000 - -
AZUL 6 6 - - 630V
VIOLETA 7 7 - - -
CINZA 8 8 - - -
BRANCO 9 9 - plusmn 10 -
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Apecircndice C
Osciloscoacutepio Geralmente os osciloscoacutepios tecircm os controles e entradas que podem ser divididos em cinco grupos
1 ndash Controle da fonte de alimentaccedilatildeo 2 ndash Controles de ajuste do traccedilo ou ponto na tela 3 ndash Controles e entrada de atuaccedilatildeo vertical 4 ndash Controles e entrada de atuaccedilatildeo horizontal 5 ndash Controles de entrada de sincronismo
1 - CONTROLE DA FONTE DE ALIMENTACcedilAtildeO 11 - INTERRUPTOR Sua funccedilatildeo eacute interromper ou estabelecer a corrente no primaacuterio do transformador de fora Sua atuaccedilatildeo normalmente eacute acompanhada por uma lacircmpada piloto que serve de aviso visual sobre a situaccedilatildeo do circuito (ligado ou desligado) Normalmente este interruptor se encontra acoplado junto do potenciocircmetro de controle de brilho 12 - COMUTADOR DE TENSAtildeO Sua funccedilatildeo eacute selecionar a tensatildeo de funcionamento do osciloscoacutepio (127 220V) Permite utilizar o instrumento sem a necessidade de recorrer a um transformador abaixador ou elevador de tensatildeo (geralmente o acesso deste comutador eacute visto na parte de traz do aparelho) 2 - CONTROLES DE AJUSTE DO TRACcedilO OU PONTO NA TELA 21 - BRILHO OU LUMINOSIDADE Eacute o controle que ajusta a luminosidade do ponto ou do traccedilo O controle do brilho eacute feito por meio de um potenciocircmetro situado no circuito da grade de controle do TRC mediante o qual se regula o potencial desta grade (deve-se evitar o uso de brilho excessivo sob pena de se danificar a tela) 22 - FOCO Eacute o controle que ajusta a nitidez do ponto ou traccedilo luminoso O ajuste do foco eacute conseguido mediante a regulagem de um potenciocircmetro que regula a polarizaccedilatildeo do eletrodo de enfoque O foco deve ser ajustado de forma a se obter um traccedilo fino e niacutetido na tela (estes ajustes de brilho e de foco satildeo ajustes baacutesicos que devem ser feitos sempre que se for usar o osciloscoacutepio)
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23 - ILUMINACcedilAtildeO DA RETIacuteCULA Permite que se ilumine o quadriculado ou as divisotildees na tela 3 - CONTROLES E ENTRADA DE ATUACcedilAtildeO VERTICAL 31 - ENTRADA DE SINAL VERTICAL Nesta entrada eacute conectada a ponta de prova do osciloscoacutepio As variaccedilotildees de tensatildeo aplicadas nesta entrada aparecem sob forma de figura na tela 32 - CHAVE DE SELECcedilAtildeO DE MODO DE ENTRADA (CA-CC) Esta chave eacute selecionada de acordo com o tipo de forma de onda a ser observada Em alguns osciloscoacutepios esta chave possui trecircs posiccedilotildees (CA-0-CC ou AC-GND-DC) Esta posiccedilatildeo adicional eacute usada para a realizaccedilatildeo de ajustes do traccedilo do osciloscoacutepio em algumas situaccedilotildees Por exemplo quando se deseja Uma referecircncia na tela 33 - CHAVE SELETORA DE GANHO (VDiv) Esta chave permite que se aumente ou que se diminua a amplitude de projeccedilatildeo na tela do osciloscoacutepio (altura da imagem) 34 - POSICcedilAtildeO VERTICAL Permite movimentar a imagem para cima ou para baixo na tela A movimentaccedilatildeo natildeo interfere na forma da figura projetada na tela 4 - CONTROLES DE ATUACcedilAO HORIZONTAL 41 - CHAVE SELETORA DE BASE DE TEMPO Eacute o controle que permite variar o tempo de deslocamento horizontal do ponto na tela Atraveacutes deste controle eacute possiacutevel reduzir ou ampliar horizontalmente na tela a figura nela projetada Em alguns osciloscoacutepios esta chave seletora tem uma posiccedilatildeo identificada como EXT (externa) o que possibilita que o deslocamento horizontal pode ser controlado por circuito externo ao osciloscoacutepio atraveacutes de uma entrada especiacutefica Quando a posiccedilatildeo externa eacute selecionada natildeo haacute formaccedilatildeo do traccedilo na tela obtendo-se apenas um ponto 42 - POSICcedilAtildeO HORIZONTAL Eacute o ajuste que permite controlar horizontalmente a forma de onda na tela Girando o controle de posiccedilatildeo horizontal para a direita o traccedilo move-se horizontalmente para a direita e vice-versa Assim como o controle de posiccedilatildeo vertical o controle de posiccedilatildeo horizontal natildeo interfere na forma da figura projetada na tela
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5 - CONTROLES E ENTRADA DE SINCRONISMO (TRIGGER) Satildeo controles que se destinam a fixar a imagem na tela Estes controles satildeo utilizados principalmente na observaccedilatildeo de sinais alternados Os controles de sincronismo satildeo Chave seletora de fonte de sincronismo Chave de modo de sincronismo Controle de niacutevel de sincronismo 51 - CHAVE SELETORA DE FONTE DE SINCRONISMO Seleciona onde seraacute tomada o sinal de sincronismo para fixar a imagem na tela do osciloscoacutepio Normalmente esta chave possui trecircs posiccedilotildees pelo menos POSICcedilAtildeO CH1 O sincronismo eacute controlado pelo sinal aplicado ao canal 1 POSICcedilAtildeO REDE Realiza o sincronismo com base na frequecircncia da rede de alimentaccedilatildeo do osciloscoacutepio (60Hz) Nesta posiccedilatildeo consegue-se facilmente sincronizar na tela sinais aplicados na entrada vertical que sejam obtidos a partir da rede eleacutetrica POSICcedilAtildeO EXTERNO Na posiccedilatildeo externo o sincronismo da figura eacute obtido agrave partir de outro equipamento externo conectado ao osciloscoacutepio O sinal que controla o sincronismo na posiccedilatildeo externo eacute aplicado a entrada de sincronismo 52 - CHAVE DE MODO DE SINCRONISMO Normalmente esta chave tem duas ou trecircs posiccedilotildees AUTO Nesta posiccedilatildeo o osciloscoacutepio realiza o sincronismo automaticamente com base no sinal selecionado pela chave seletora de fonte de sincronismo NORMAL + O sincronismo eacute positivo ajustado manualmente pelo controle de niacutevel de sincronismo (TRIGGER) de modo que o primeiro pico que apareccedila na tela seja o positivo NORMAL - O sincronismo eacute negativo tambeacutem ajustado manualmente entretanto o primeiro pico a aparecer eacute o negativo 53 - CONTROLE DE NIacuteVEL DE SINCRONISMO (TRIGGER) Eacute um controle manual que permite o ajuste do sincronismo quando natildeo se consegue um sincronismo automaacutetico Tem atuaccedilatildeo nas posiccedilotildees NORMAL + e NORMAL - OBSERVACcedilAtildeO Para se realizar leituras eacute necessaacuterio sincronizar a figura na tela II - ENTRADA E CONTROLE DO OSCILOSCOacutePIO DUPLO TRACcedilO O osciloscoacutepio de duplo traccedilo possui alguns controles que satildeo comuns aos dois traccedilos e outros que satildeo individuais Os controles de brilho foco base de tempo e de posiccedilatildeo horizontal satildeo controles que satildeo comuns aos dois traccedilos Basicamente os controles individuais situam-se nas entradas e controles do vertical nos controles e entrada de sincronismo ENTRADAS E CONTROLES DO VERTICAL Para que se possa observar dois sinais simultaneamente eacute necessaacuterio que se aplique uma tensatildeo em cada uma das entradas verticais O osciloscoacutepio duplo traccedilo dispotildee de dois grupos de controles verticais Um grupo para o canal A ou canal 1 (CH1) Um grupo para o canal B ou canal 2 (CH2) Cada grupo controla um dos sinais na tela (amplitude posiccedilatildeo vertical etc) Geralmente satildeo iguais Cada canal dispotildee de Entrada Vertical Chave Seletora CA-O-CC Chave Seletora de ganho vertical (DDiv) Posiccedilatildeo vertical Um osciloscoacutepio de duplo traccedilo pode ainda ser utilizado como sendo um osciloscoacutepio de traccedilo simples Uma chave seletora permite que se possa selecionar cada canal individualmente ou os dois simultaneamente Esta chave possui pelo menos trecircs posiccedilotildees CH1
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CH2 DUAL Na posiccedilatildeo CH1 apareceraacute apenas a imagem na tela que estiver sendo aplicada na entrada vertical do canal 1 Na posiccedilatildeo CH2 apareceraacute apenas a imagem na tela que estiver sendo aplicada na entrada vertical do canal 2 Na posiccedilatildeo DUAL aparecem as duas imagens Em osciloscoacutepios mais sofisticados esta chave pode possuir mais posiccedilotildees de modo a permitir outras alternativas de uso CONTROLES DE SINCRONISMO Realizam as mesmas funccedilotildees do osciloscoacutepio traccedilo simples que eacute a de fixar a imagem na tela O que diferencia eacute o fato de que na chave seletora de fonte existe uma posiccedilatildeo adicional de modo a poder sincronizar a figura PONTAS DE PROVA As pontas de prova satildeo utilizadas para interligar o osciloscoacutepio aos pontos de medida
Uma das extremidades da ponta de prova eacute conectada a uma das entradas do osciloscoacutepio atraveacutes de um conector e a extremidade livre serve para conexatildeo aos pontos de medida A extremidade livre possui uma garra jacareacute denominada de terra da ponta de prova que deve ser conectada ao terra do circuito e uma ponta de entrada de sinal que deve ser conectada no ponto que se deseja medir Existem dois tipos de ponta de prova ponta de prova 11 ponta de prova 101 A ponta de prova 11 se caracteriza por aplicar agrave entrada do osciloscoacutepio a mesma tensatildeo ou forma de onda que eacute aplicada a ponta de mediccedilatildeo A ponta de prova 101 entrega ao osciloscoacutepio apenas a deacutecima parte da tensatildeo aplicada a ponta de mediccedilatildeo As pontas de prova 101 permitem que o osciloscoacutepio consiga observar tensotildees dez vezes maior que a sua capacidade Por exemplo Um osciloscoacutepio que permite a leitura de tensotildees de 50V com ponta de prova 11 com ponta de prova 101 poderaacute medir tensotildees de ateacute 500V (10x50V) Existem pontas de prova que dispotildee de um botatildeo onde se pode selecionar 101 ou 11 Obs Quando natildeo se tem total certeza da grandeza da tensatildeo envolvida eacute aconselhaacutevel iniciar a mediccedilatildeo com o posiccedilatildeo 101
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Bibliografia
1 Dispositivos semicondutores tiristores controle de potecircncia em CC e CA 1996 - ALMEIDA Joseacute Luiz Antunes de Satildeo Paulo Eacuterica 1996 150 p
2 Dispositivos semicondutores diodos e transistores 1996 MARQUES Angelo Eduardo B
CHOUERI JUacuteNIOR Salomatildeo CRUZ Eduardo Cesar Alves Satildeo Paulo Eacuterica 1996 389 p
3 Anaacutelise e projeto de fontes chaveadas MELLO Luiz Fernando P de Satildeo Paulo Eacuterica 1996 487 p
4 Eletrocircnica de potecircncia circuitos dispositivos e aplicaccedilotildees 1999 RASHID Muhammad H Satildeo Paulo Makron Books 1999 828 p
5 Eletrocircnica de potecircncia 1994 - PALMA Guilherme Rebouccedilas da Satildeo Paulo Eacuterica 1994 259 p
6 Dispositivos eletrocircnicos e teoria de circuitos - 8 ed 2004 -
BOYLESTAD Robert L NASHELSKY Louis CAMARGO Joseacute Bueno de NASCIMENTO Joseacute Lucimar do PERTENCE JUNIOR Antonio (Coord) Satildeo Paulo Pearson Prentice Hall 2004 672 p
7 Rodrigues Isac Zilli Notas de aula da disciplina de Eletrocircnica II do Curso de Engenharia
Eleacutetrica da UPF Passo Fundo RS 2000
8 Ghirardello Ariovaldo Apostila sobre Modulaccedilatildeo PWM Coleacutegio Politec
9 Electronics Workbench Versatildeo 512
10 LabcenterElectronics 1989-2008 Release 75 SP3
2
Apresentaccedilatildeo
Esta apostila nasceu de uma necessidade que se tinha de explicar e aplicar eletrocircnica industrial em uma linguagem simples sem ir ao encontro de extensas deduccedilotildees matemaacuteticas utilizando caacutelculos complexos natildeo estou falando que natildeo utilizaremos caacutelculos mas caacutelculos baacutesicos afinal este eacute um livro teacutecnico para teacutecnicos
O objetivo aqui exposto natildeo foi criar um livro de romance sobre eletrocircnica mas um livro que contenha o princiacutepio de funcionamento dos assuntos abordados e ateacute alguns experimentos para saciar a vontade de teacutecnicos e estudantes de por em praacutetica implementando assim os seus sonhos de construir um mundo melhor
Isac Zilli Rodrigues
O primeiro passo em direccedilatildeo ao sucesso eacute o conhecimento
Nicola Tesla
3
Sumaacuterio
1 ndash Introduccedilatildeo 4
2 - Aplicaccedilotildees de eletrocircnica de potencia 5
3 - Diodo 6
4 - Transistor BJT 11
5 - Transistor FET 14
7 - Tiristor 17
71 - Tiristor SCR 18
72 - Tiristor TRIAC 21
8 - Diac 24
9 - Retificadores a tiristor 25
11 - Soft-Starter 30
12 - Inversores 31
13 - Dissipadores 33
Apecircndice A 37
Laboratoacuterio 1 38
Laboratoacuterio 2 41
Laboratoacuterio 3 43
Laboratoacuterio 4 44
Laboratoacuterio 5 46
Laboratoacuterio 6 47
Laboratoacuterio 7 48
Apendice B 49
Coacutedigo de resistores 49
Capacitores ceracircmicos 50
Apecircndice C 53
Osciloscoacutepio 53
4
1 ndash Introduccedilatildeo A Eletrocircnica Industrial eacute uma das aacutereas mais novas da Eletrocircnica Associa conhecimentos em diversas aacutereas como controle instrumentaccedilatildeo circuitos eleacutetricos e diversas outras O estudo desta aacuterea possui uma importacircncia fundamental pois atraveacutes dos experimentos eacute possiacutevel visualizar e compreender consolidando entatildeo conceitos que jaacute foram estudados ateacute entatildeo teoricamente
Atraveacutes dos dispositivos semicondutores de potecircncia associados agrave circuitos eletrocircnicos discreto torna-se possiacutevel acionar e controlar diversos tipos de cargas industriais Como veremos no decorrer do livro
Nesta abordagem consideremos que o estudante jaacute tem uma iniciaccedilatildeo ao estudo da eletrocircnica para que sejam mais proveitosas as paacuteginas que se sucedem
5
2 - Aplicaccedilotildees de eletrocircnica de potencia
bull Controle e acionamentos de maacutequinas eleacutetricas bull Controladores industriais bull Combina Potecircncia Eletrocircnica e Controle bull Aplicaccedilatildeo de eletrocircnica de estado soacutelido para controle e conversatildeo de energia eleacutetrica bull Baseia-se no chaveamento no chaveamento dos semicondutores de potencia bull Utiliza semicondutores de potencia e microeletrocircnica bull Controle de sistemas de aquecimento bull Controle de luminosidade bull Fontes de alimentaccedilatildeo
Principais interruptores em eletrocircnica de potencia
bull Diodos de potencia bull Transistores de potencia (BPT IGBT) bull MOSFETs de potencia bull Tiristores (SCR TRIAC DIAC)
6
3 - Diodo Haacute vaacuterios diodos desenvolvidos especificamente para suportar as demandas de alta potencia e alta temperatura de algumas aplicaccedilotildees O emprego mais frequumlente de diodos de potencia ocorre no processo de retificaccedilatildeo A maioria dos diodos de potencia eacute a base de siliacutecio devido agraves altas correntes e temperaturas Para que flua uma corrente elevada a aacuterea da junccedilatildeo deve ser maior reduzindo assim a resistecircncia do diodo Se essa resistecircncia direta fosse muito grande as perdas I2R seriam excessivas As altas temperaturas resultantes do fluxo denso de corrente exigem na maioria dos casos que sejam utilizados dissipadores de calor para escoar o calor do elemento
Retificador monofaacutesico de meia onda com carga resistiva
Figura 1
Formas de ondas
Figura 2
7
Retificador monofaacutesico de onda completa com ponto meacutedio e em ponte
Figura 3 Ponto meacutedio
Figura 4 Ponte
A forma de onda para o circuito de ponte meacutedio
Figura 5
As formas de onda de tensatildeo e corrente satildeo idecircnticas as do retificador de ponto meacutedio Vantagens de retificador de onda completa em relaccedilatildeo ao de meia-onda
bull A tensatildeo meacutedia na carga eacute duas vezes maior bull A corrente de carga apresenta menor distorccedilatildeo harmocircnica
8
Retificador trifaacutesico com ponto meacutedio
Figura 6
As harmocircnicas desconsideradas
O valor meacutedio da tensatildeo eacute
Figura 7
9
Retificador trifaacutesico de onda completa ponte de Graetz
Figura 8
O valor meacutedio da tensatildeo eacute
Figura 9
bull Cada diodo conduz durante um intervalo igual a 120o
bull Existe sempre dois diodos em conduccedilatildeo um no grupo positivo e outro no grupo negativo do conversor
bull Ocorre uma comutaccedilatildeo a cada 60o
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Associaccedilotildees em seacuterie e em paralelo
Um conjunto de diodos do mesmo tipo associados em serie apresenta uma capacidade de corrente direta igual a capacidade de cada unidade A tensatildeo maacutexima reversa entretanto seraacute a soma das tensotildees maacuteximas reversas individuais Eacute importante que os diodos sejam do mesmo tipo ou haveraacute uma distribuiccedilatildeo irregular da tensatildeo entre eles causando a ruptura em um valor inferior a esta soma
Figura 10 Permanece a mesma I e somam-se V
A montagem de diodos em paralelo costuma ser problemaacutetica e deve ser substituiacuteda por um uacutenico
diodo com maior capacidade de corrente sempre que possiacutevel Nos diodos associados em paralelo a tendecircncia seraacute de que aquele com a menor barreira de tensatildeo comecem a conduzir primeiro assumindo a maior parte (senatildeo toda) a corrente do circuito Portanto natildeo eacute suficiente que os diodos sejam do mesmo tipo e preciso que resistores de baixo valor montados conforme a figura abaixo contrabalance esta tendecircncia permitindo uma divisatildeo quase igual de corrente O valor destes resistores deve ser tal que provoque uma queda de tensatildeo de cerca de 05V para a corrente maacutexima do diodo associado Ou seja para diodos de 1A seraacute necessaacuteria uma resistecircncia de aproximada 05Ω Note que alem dos 07V perdidos na barreira de tensatildeo do diodo outros 05V seratildeo perdidos no resistor com uma dissipaccedilatildeo de calor igual a 05 vezes a corrente
Figura 11 Permanece a mesma V e somam-se as I
Relembrando Tipo 1N4001 1N4002 1N4003 1N4004 1N4005 1N4006 1N4007 Tensatildeo de pico reversa (V) 50 100 200 400 600 800 1000 Tensatildeo RMS reversa (V) 35 70 140 280 420 560 700 Corrente de saiacuteda (A) 1
Temos tambeacutem Tipo 1N4012 1N4014 1N3970 1N3927 1N1189 Tensatildeo de pico reversa (V) 700 900 600 2500 500 Corrente de saiacuteda (A) 12 12 50 10 35
Este satildeo apenas alguns diodos de potecircncia
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4 - Transistor BJT
Os transistores bipolar de potecircncia representaram um importante passo no desenvolvimento de componentes de meacutedia potecircncia atingindo tensotildees de bloqueio da ordem de 1000V conduzindo correntes de 500A Embora estes valores natildeo permitam sua aplicaccedilatildeo direta estes dispositivos satildeo a base para uma seacuterie de outros conversores para condicionamento de energia eleacutetrica
Transistores do tipo NPN os eleacutetrons satildeo atraiacutedos do emissor pelo potencial positivo da base tendo em mente a corrente real de eleacutetrons J1 se transforma num diodo diretamente polarizado Esta camada central eacute suficientemente fina para que a maior parte dos portadores tenha energia cineacutetica suficiente para atravessaacute-la chegando agrave regiatildeo de transiccedilatildeo de J2 sendo entatildeo atraiacutedos pelo potencial positivo do coletor
A figura abaixo mostra uma estrutura tiacutepica de um transistor bipolar de potecircncia As bordas arredondadas da regiatildeo de emissor permitem uma homogeneizaccedilatildeo do campo eleacutetrico necessaacuteria agrave manutenccedilatildeo de ligeiras polarizaccedilotildees reversas entre base e emissor O TBP natildeo sustenta tensatildeo no sentido oposto porque a alta dopagem do emissor provoca a ruptura de J1 em baixas tensotildees (5 a 20V)
Figura 12 Estrutura baacutesica de um transistor de potecircncia
O controle de VBE determina a corrente de base IB que por sua vez se relaciona com IC pelo
ganho de corrente do dispositivo Para suportar tensotildees elevadas existe uma camada intermediaacuteria do coletor com baixa dopagem a qual define a tensatildeo de bloqueio do componente
Porem uma das principais limitaccedilotildees dos transistores bipolares de potecircncia eacute o baixo valor do ganho de corrente β (muitas vezes inferior a 10) com isto muitas vezes satildeo utilizados estes transistores na regiatildeo de saturaccedilatildeo e bloqueio ou como chave
Figura 13
Para que o transistor opere como chave aberta eacute necessaacuterio que a tensatildeo de entrada VE seja menor que VBE de conduccedilatildeo E para que o transistor opere como chave fechada eacute preciso que a tensatildeo de entrada VE seja maior que VBE de conduccedilatildeo
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Vamos a um exemplo Para dimensionarmos RB e RC vamos utilizar a analise das malhas
Entrada VRB = VCC - VBE
Saiacuteda VRC = VCC - VCE
Figura 14
Paracircmetros do 2SC5353 VBEsat = 13V VCEsat = 1V βsat = 10 O RC eacute como se fosse a carga a ser controlada entatildeo para dimensionarmos os resistores de
polarizaccedilatildeo temos que definir uma carga concluiacutemos entatildeo que teremos que calcular na verdade soacute o RB jaacute que foi definido que carga teremos que controlar
O RC definido foi de 800Ω
Malha de saiacuteda
VRC = VCC ndash VCEsat
VRC = 180 ndash 1 there4 VRC =179V
IRC = IC
IC = C
RC
R
V there4 IC = 2237mA
Potencia de RC
PRC = 2CsatC IR sdot there4 800 x (2237x10-3)2
PRC = 40W
Podemos entatildeo substituir o resistor por
uma lacircmpada de 40W180V
Malha de entrada
VRB = VCC ndash VBE
VRB = 12 ndash 13 there4 VRB = 107V
IB = βCI
there4
IB =10
107223 3minustimes there4 IB = 2237mA
RB = B
RB
I
V there4 RB =
3107322
710minustimes
RB = 4783Ω Valor comercial RB = 470 Ω
Potencia de RB
PRB = 2BsatB IR sdot
PRB = 470 x (2273x10-3)2
PRB = 2352mW (14W)
Estes caacutelculos satildeo para o interruptor na posiccedilatildeo ligado quando o interruptor passa para a posiccedilatildeo desligado a entrada eacute aterrada (VEltVBE) causando o corte do transistor consequumlentemente a lacircmpada iraacute apagar
O uso preferencial de TBP tipo NPN se deve agraves menores perdas em relaccedilatildeo aos PNP o que ocorre por causa da maior mobilidade dos eleacutetrons em relaccedilatildeo agraves lacunas reduzindo principalmente os tempos de comutaccedilatildeo do componente em outras palavras os transistores do tipo NPN satildeo mais raacutepidos do que os do tipo PNP
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Conexatildeo Darlington
Como jaacute mencionado transistores de potecircncia geralmente tecircm ganhos menores e precisam correntes altas na base para a plena conduccedilatildeo O transistor do exemplo anterior pode exigir 1A para controlar uma corrente de 3A Para solucionar este problema existe um arranjo que eacute chamado de Darlington esta configuraccedilatildeo consiste em conectar dois transistores do mesmo tipo de maneira que o ganho de corrente de um transistor β1 e o do outro β2 entatildeo o ganho de corrente do arranjo seraacute igual a βD = β1xβ2 Outra caracteriacutestica desta configuraccedilatildeo eacute conseguir uma alta impedacircncia de entrada Normalmente este tipo de ligaccedilatildeo eacute feito em um uacutenico encapsulamento Neste caso o valor de ganho eacute muito grande e uma corrente bem pequena na base jaacute leva o transistor ao estado de plena conduccedilatildeo O ocircnus por esta sensibilidade de corrente baixa de base eacute o fato de que a tensatildeo VBDED eacute maior que em um transistor normal pois temos que polarizar em vez de um mas dois diodos para que comece a ocorrer a conduccedilatildeo
Figura 15 Conexatildeo Darlington
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5 - Transistor FET
O surgimento do MOSFET representou um grande avanccedilo tecnoloacutegico por ser de fabricaccedilatildeo muito simples ter uma alta impedacircncia de entrada e baixo ruiacutedo proporcionar integraccedilatildeo em larga escala isto eacute por ter tamanho reduzido cerca de 20 vezes menos que o transistor bipolar permitindo assim que um grande numero de transistores sejam produzidos em um mesmo circuito integrado
O MOSFET de potencia eacute um semicondutor com capacidade de controle de corrente por meio de tensatildeo aplicada entre os terminais gate e source a exemplo do TBP o transistor FET pode trabalhar com tensotildees tambeacutem elevadas na ordem dos 1000V e correntes em torno de 200A mas sua principal vantagem eacute por ser acionado por tensatildeo a sua arquitetura disponibiliza uma elevada velocidade de chaveamento tornando-o indicado para as aplicaccedilotildees de frequumlecircncia elevada (centenas de kHz)
Para VGS lt 0 os eleacutetrons do canal n satildeo repelidos aumentando assim a camada de depleccedilatildeo proacutexima da camada oacutexido Assim haacute uma diminuiccedilatildeo na aacuterea do canal n (estrangulamento) sendo estabelecida uma alta resistecircncia RDS Deste modo natildeo haacute circulaccedilatildeo de corrente IDS Para IDS igual a zero a tensatildeo VGS eacute chamada de tensatildeo de estrangulamento (pinch-off) VP Para VGS gt 0 o canal n torna-se largo reduzindo drasticamente a resistecircncia RDS sendo assim estabelecida a corrente IDS O MOSFET com canal p tem a s polaridades das tensotildees e correntes invertidas
Figura 16
Estrutura baacutesica de transistor MOSFET Uma pequena corrente de gate eacute necessaacuteria apenas para carregar e descarregar as capacitacircncias de
entrada do transistor desta forma o melhor modo de polarizaccedilatildeo de um FET eacute empregando uma fonte de baixa impedacircncia de saiacuteda jaacute que temos na estrutura do gate uma capacitacircncia parasita gate-fonte CGS que eacute inerente ao componente desta forma natildeo existe meios de minimizaacute-lo
Estes transistores em geral satildeo de canal N por apresentarem menores perdas e maior velocidade de comutaccedilatildeo devido agrave maior mobilidade dos eleacutetrons em relaccedilatildeo agraves lacunas
Abaixo temos um exemplo de polarizaccedilatildeo de gate de baixa impedacircncia tambeacutem teraacute que utilizar fonte de pulsos de baixa impedacircncia como foi dito antes
Figura 17
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Outra forma de obter um circuito de disparo eacute o demonstrado abaixo porem eacute importante notar nesta situaccedilatildeo que estamos atrelados a transistores bipolares natildeo sendo aconselhaacutevel a altas frequumlecircncias ou pelo menos dar uma olhada no datasheet dos transistores que seratildeo utilizados com atenccedilatildeo a frequumlecircncia maacutexima de trabalho
Figura 18
Este circuito nada mais eacute do que um gate driver que pode se fazer com componentes discretos ou com auxilio de CIs fabricados especialmente para isto a saiacuteda pode ser para um MOSFET ou para vaacuterios deles Isto eacute mais faacutecil de verificar em IGBTs que seraacute estudado em seguida
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6 ndash Transistor IGBT O IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) alia a facilidade de acionamento dos MOSFET com as pequenas perdas em conduccedilatildeo dos TBP Sua velocidade de chaveamento eacute superior agrave dos transistores bipolares Os limites atuais de tensatildeo e corrente em dispositivos uacutenicos estatildeo em torno de 2kV e 1000A o que indica que tal componente pode ser utilizado em aplicaccedilotildees de potecircncia
O controle de componente eacute anaacutelogo ao do MOSFET ou seja pela aplicaccedilatildeo de uma polarizaccedilatildeo entre gate e emissor Tambeacutem para o IGBT o acionamento eacute feito por tensatildeo O IGBT possui uma corrente maacutexima que natildeo deve ser ultrapassada se isso ocorrer natildeo se consegue cortar o IGBT retirando a tensatildeo do Gate A corrente fluiraacute pelo dreno sem controle e isso poderaacute danificar o componente Esse fato eacute conhecido por LatchUp Princiacutepio de funcionamento
A estrutura do IGBT eacute similar agrave do MOSFET mas com a inclusatildeo de uma camada P+ que forma o coletor do IGBT como mostrado na figura abaixo Em termos simplificados pode-se analisar o IGBT como um MOSFET no qual a regiatildeo N- tem sua condutividade modulada pela injeccedilatildeo de portadores minoritaacuterios (lacunas) a partir da regiatildeo P+ uma vez que J1 estaacute diretamente polarizada Esta maior condutividade produz uma menor queda de tensatildeo em comparaccedilatildeo a um MOSFET similar A maacutexima tensatildeo suportaacutevel eacute determinada pela junccedilatildeo J2 (polarizaccedilatildeo direta) e por J1 (polarizaccedilatildeo reversa) Como J1 divide 2 regiotildees muito dopadas conclui-se que um IGBT natildeo suporta tensotildees elevadas quando polarizado reversamente
Figura 19 Estrutura baacutesica de IGBT
A entrada em conduccedilatildeo eacute similar ao MOSFET sendo um pouco mais lenta a queda da tensatildeo Vce uma vez que isto depende da chegada dos portadores vindos da regiatildeo P+ Para o desligamento no entanto tais portadores devem ser retirados Nos TBPs isto se daacute pela drenagem dos portadores via base o que natildeo eacute possiacutevel nos IGBTs devido ao acionamento isolado A soluccedilatildeo encontrada foi a inclusatildeo de uma camada N+ na qual a taxa de recombinaccedilatildeo eacute bastante mais elevada do que na regiatildeo N- Desta forma as lacunas presentes em N+ recombinam-se com muita rapidez fazendo com que por difusatildeo as lacunas existentes na regiatildeo N- refluam apressando a extinccedilatildeo da carga acumulada na regiatildeo N- possibilitando o restabelecimento da barreira de potencial e o bloqueio do componente
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7 - Tiristor
O tiristor e o SCR satildeo facilmente confundidos pois estatildeo relacionados ao mesmo componente Tiristor eacute o nome de uma famiacutelia de componentes da qual o SCR faz parte O SCR eacute um diodo controlado muito utilizado em equipamentos de controle industrial que iremos ver detalhadamente mais tarde Funcionamento de uma forma geral O tiristor eacute um dispositivo semicondutor de quatro camadas de estrutura PNPN com trecircs junccedilotildees PN Tem trecircs terminais Anodo Catodo e Gatilho Os terminais anodo e catodo quando polarizados diretamente soacute comeccedilam a conduzir se receber um comando no terminal gatilho Uma vez conduzindo ele se comportara como um diodo em conduccedilatildeo e natildeo haacute controle sobre o dispositivo Desligamento A corrente de anodo eacute conservada abaixo da corrente de manutenccedilatildeo por um tempo suficiente grande de forma que todos os portadores em excesso nas quatro camadas sejam eliminados ou recombinados
Alguns toacutepicos que devem ser levado em consideraccedilatildeo em projeto de circuitos de controle de gatilho
1- O sinal de gatilho deve ser retirado apoacutes o disparo do tiristor Um sinal contiacutenuo aumentaria a perda de potencia na junccedilatildeo do gatilho
2- Enquanto o tiristor estiver reversamente polarizado natildeo devera haver sinal de gatilho De outra forma o tiristor poderia falhar devido a um aumento de corrente de fuga
3- A largura do pulso de gatilho IG tem que ser maior que o tempo necessaacuterio para a corrente do anodo crescer ateacute o valor da corrente de manutenccedilatildeo IH Na praacutetica a largura do pulso no tiristor TON
Tipos de Tiristores Tiristor de controle de fase SCR Tiristor triodo bidirecional TRIAC Tiristor de desligamento pelo gatilho GTO Tiristor de conduccedilatildeo reversa RCT Tiristor de induccedilatildeo estaacutetica SITH Tiristor de desligamento auxiliado pelo gatilho GATT Retificador controlado de siliacutecio controlado por luz LASCR Tiristores controlados por MOS MCTs
Conversatildeo e o controle de grandes quantidades de potencia em sistemas CC e CA utilizando apenas uma pequena potencia para controle pois apresenta chaveamento raacutepido pequeno porte e altos valores de corrente e tensatildeo
Algumas exemplos de aplicaccedilotildees
bull Controle de reles e motores bull Fontes de tensatildeo regulada bull Inversores CC-CA bull Controle de iluminaccedilatildeo
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71 - Tiristor SCR Siacutembolo
O SCR eacute um dispositivo semicondutor de quatro camadas de estrutura PNPN com trecircs junccedilotildees PN Ele tem trecircs terminais anodo catodo e gatilho como eacute visto na figura abaixo
Figura 20
O SCR tal como um diodo soacute conduz corrente no sentido do anodo para o catodo mas apenas quando lhe aplicamos um sinal de tensatildeo no terminal chamado gatilho este meacutetodo de disparo eacute o mais utilizado para se disparar o SCR Mas existem outras formas de disparo normalmente indesejado e em alguns casos podem destruir o componente
Disparo por sobretensatildeo Quando o SCR estaacute polarizado diretamente e aumenta-se a tensatildeo VAK J1 e J3 estatildeo polarizados diretamente mas J2 estaacute reversamente polarizado veja a figura acima Com o aumento de VAK os portadores satildeo acelerados na junccedilatildeo J2 podendo atingir uma energia tatildeo grande que provocaratildeo o fenocircmeno avalanche Esse fenocircmeno faz com que muitos eleacutetrons choquem-se e saiam das orbitas dos aacutetomos da rede Estando disponiacuteveis para a conduccedilatildeo esses eleacutetrons permitem que a corrente de anodo cresccedila Aumentando a corrente de anodo estabelece-se a realimentaccedilatildeo entre os terminais mantendo o SCR disparado Este tipo de disparo eacute chamado de Tensatildeo de Breakover (VBO) Disparo por variaccedilatildeo de tensatildeo (dvdt) Para que um capacitor armazene carga eleacutetrica eacute necessaacuterio haver uma variaccedilatildeo de tensatildeo(∆v) no capacitor em um intervalo de tempo (∆t) eacute necessaacuterio que circule ainda uma corrente i pelo capacitor quando estas variaccedilotildees satildeo muito pequenas a expressatildeo que relaciona estas grandezas eacute apresentada abaixo
dt
dvCi =
Em um SCR polarizado diretamente J2 estaacute reversamente polarizado Nesta junccedilatildeo existe carga armazenada iacuteons positivos de um lado e iacuteons negativos do outro Isto eacute como um capacitor carregado Assim natildeo havendo pulso no gatilho fechando-se S1 a capacitacircncia de J2 faraacute com que circule uma corrente de gatilho Como esta variaccedilatildeo eacute muito grande a corrente resultante seraacute muito grande Essa
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corrente poderaacute ser suficiente para estabelecer o processo de realimentaccedilatildeo fazendo com que o componente entre em conduccedilatildeo
Figura 21
Esse disparo normalmente indesejado pode ser evitado pela accedilatildeo de um circuito de proteccedilatildeo
chamado snubber esse circuito eacute formado por um resistor em serie com um capacitor colocados em paralelo com o SCR
Figura 22 Circuito snubber colocado em paralelo com o SCR
Os meacutetodos de comutaccedilatildeo ou de bloqueio de um SCR significa cortar a corrente que ele conduz e impedir que ele retorne a conduccedilatildeo A comutaccedilatildeo estaraacute completa quando a corrente no sentido direto for anulado e a reaplicaccedilatildeo de tensatildeo direta entre os terminais catodo e anodo natildeo provocarem o retorno do estado de conduccedilatildeo A comutaccedilatildeo natural ocorre quando se reduz a corrente de anodo a um valor abaixo de IH chamada corrente de manutenccedilatildeo (holding current) o SCR eacute bloqueado Este bloqueio pode ser visto melhor na figura abaixo Com S2 aberto mesmo com S1 fechado o SCR estaacute bloqueado pois natildeo haacute corrente no gatilho Fechando S2 pelo R circula uma corrente de gatilho que eacute suficiente para disparar o SCR Abrindo entatildeo S1 a corrente na lacircmpada anula-se e o SCR bloqueia Outro modo de obter a comutaccedilatildeo natural seria trocar a fonte de tensatildeo continua por uma tensatildeo alternada porem o SCR conduziria somente no semi-ciclo positivo natildeo havendo fluxo de corrente no semi-ciclo negativo
Figura 23 Meacutetodo mais utilizado
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Haacute tambeacutem um outro meacutetodo chamado comutaccedilatildeo forccedilada mais usual em circuitos CC a teacutecnica consiste em desviar a corrente por um caminho de menor impedacircncia a corrente que passa pelo SCR iraacute cair abaixo de IH provocando o bloqueio Como podemos ver no circuito abaixo
Figura 24
Com todas as chaves abertas o SCR estaacute bloqueado e a lacircmpada estaacute apagada Fechando-se a CH1 o circuito da lacircmpada e do SCR estaraacute energizado Como natildeo haacute corrente no gatilho o SCR continuaraacute bloqueado a lacircmpada apagada Quando S2 fechar circulara pelo resistor uma corrente suficiente para alimentar o gatilho do SCR que disparara e acenderaacute a lacircmpada Com a lacircmpada acesa S2 pode se novamente aberta sem que o SCR bloqueie e a lacircmpada se apague Agora fechando S3 naturalmente a lacircmpada natildeo se apagara pois a chave curto-circuitaraacute o SCR ficando a lacircmpada alimentada diretamente pela tensatildeo da fonte Como o SCR real natildeo eacute um curto-circuito toda a corrente da lacircmpada ira passar por S3 e a corrente do SCR cairaacute agrave zero o SCR entatildeo ira bloquear Com o SCR bloqueado abrindo-se a chave S3 a lacircmpada apagara Assim soacute seraacute outra vez acessa se S2 for novamente fechada provocando a corrente de gatilho no SCR Mas tambeacutem pode-se utilizar o SCR em tensatildeo alternada natildeo soacute em tensatildeo contiacutenua abaixo temos um exemplo de circuito com sua forma de onda
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72 - Tiristor TRIAC Siacutembolo O Triac eacute um dispositivo de 5 camadas tendo 2 caminhos P-N-P-N em ambos os sentidos entre o MT1 e MT2 e podendo conduzir nos dois sentidos como nos mostra claramente o seu siacutembolo Eletricamente o Triac equivale a ligaccedilatildeo de dois SCRs em antiparalelo e os terminais de gatilho ligados juntos O Triac pode ser levado a conduccedilatildeo pela aplicaccedilatildeo de uma corrente positiva ou negativa no gatilho embora seja mais sensiacutevel a aplicaccedilatildeo de uma corrente positiva quando MT2 eacute positivo e de uma corrente negativa quando MT1 eacute positivo Um TRIAC pode conduzir em ambos os sentidos e eacute normalmente utilizado em controle de fase CA Ele pode ser considerado como dois SCR conectados em antiparalelo com uma conexatildeo de gatilho comum como mostrado na figura abaixo
Como o TRIAC eacute um dispositivo bidirecional seus terminais natildeo podem ser designados como catodo e anodo Se o terminal MT2 for positivo em relaccedilatildeo ao terminal MT1 o TRIAC pode ser disparado pela aplicaccedilatildeo de um sinal positivo entre os terminais de gatilho G e MT1 Se o terminal MT2 for negativo em relaccedilatildeo a MT1 ele pode ser disparado pela aplicaccedilatildeo de um sinal negativo entre o gatilho G e MT1 Natildeo eacute necessaacuterio que se tenham ambas as polaridades do sinal de gatilho pois um TRIAC pode ser disparado com um sinal tanto positivo quanto negativo Na praacutetica as sensibilidades variam de um quadrante para outro e os triacs normalmente satildeo operados no I quadrante (tensatildeo e correntes de gatilho positivas) ou no quadrante III (tensotildees e correntes de gatilho negativas) como eacute visto na curva caracteriacutestica abaixo
a) Quadrante I VMT2 positivo e IG positivo b) Quadrante II VMT2 negativo e IG positivo c) Quadrante III VMT2 negativo e IG negativo d) Quadrante IV VMT2 positivo e IG negativo
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Entatildeo pode-se dizer que o triac pode fazer o controle de fase em uma carga como no circuito abaixo
Variando o potenciocircmetro R2 podemos disparar o triac em vaacuterios acircngulos da onda como demonstra o graacutefico abaixo
Porem com este circuito eacute impossiacutevel efetuar disparos aleacutem dos 90deg em cada semi-ciclo por exemplo se desejarmos disparar em 25deg que a tensatildeo instantacircnea eacute de Vx e o potenciocircmetro estaacute ajustado com este valor de tensatildeo de rede se utilizar o mesmo raciociacutenio para disparar em 155deg a tensatildeo instantacircnea seraacute a mesma consequumlentemente teraacute a mesmo ajuste do potenciocircmetro que e iraacute disparar em 25deg e natildeo em 155deg A figura abaixo ajuda esclarecer este raciociacutenio
Entatildeo para resolvermos a limitaccedilatildeo no acircngulo de disparo menor ou igual a 90deg eacute associarmos com os resistores jaacute existentes um capacitor como no circuito abaixo formando entatildeo uma rede defasadora
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O valor desta defasagem eacute dada pela equaccedilatildeo τ=(R1+R2)C Variando R2 consegue-se
variar o angula de disparo do Triac Porem como o capacitor nem sempre se carrega apartir de uma tensatildeo fixa natildeo se tem uma regularidade no disparo
Para resolvermos este problema estudaremos o Diac na sequumlecircncia
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8 - Diac Os diacs satildeo diodos de disparo bidirecional composto por trecircs camadas (PNP) com a simples funccedilatildeo de disparar tiristores Sua construccedilatildeo assemelha-se a de um transistor bipolar poreacutem difere na dopagem do cristal N
Seu funcionamento eacute simples Para passar do estado de bloqueio para o estado de conduccedilatildeo eacute preciso ultrapassar a tensatildeo de ruptura (VR) rompendo assim a junccedilatildeo polarizada inversamente podendo a corrente fluir em ambos sentidos
Para voltar ao estado de bloqueio basta remover a tensatildeo por alguns instantes Os diacs servem para controlar o disparo de triacs quando uma tensatildeo de referecircncia chegar a certo valor
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9 - Retificadores a tiristor A estrutura baacutesica de retificadores controlado consiste na mesma metodologia vista anteriormente com diodos porem com esta estrutura somente os semiciclos positivos da fonte de alimentaccedilatildeo seratildeo aplicados na carga quando os SCRs forem disparados Jaacute os semiciclos negativos satildeo omitidos como jaacute estudado anteriormente Agora temos um circuito de controle dos gatilhos dos SCRs mais requintado podendo fazer o controle entre 0deg a 180deg Vamos dar exemplos de montagem dos circuitos para que seja melhor entendido
Retificador monofaacutesico de meia onda
Retificador monofaacutesico de onda completa com ponto meacutedio
Retificador monofaacutesico em ponte completa
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Retificador semi-controlado ou em ponte mista
Retificador trifaacutesico de meia onda
Retificador trifaacutesico de onda completa (Ponte de Graetz)
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10 - PWM Para comeccedilarmos o estudo do PWM que vem do inglecircs Pulse Width Modulation ou seja modulaccedilatildeo
por largura de pulso temos que ter alguns preacute-requisitos em mente Uma maneira tradicional de se controlar a potencia de uma carga eacute atraveacutes de um potenciocircmetro ou reostato em seacuterie com a carga conforme mostra a figura abaixo este tipo de controle eacute denominada linear
Variando-se a resistecircncia do potenciocircmetro pode-se modificar a corrente na carga e portanto a potecircncia aplicada a ela
A grande desvantagem deste tipo de controle eacute que a queda de tensatildeo multiplicada pela corrente no R em seacuterie representa uma potencia na forma de calor Conforme o ajuste deste o controle passa a dissipar mais potencia que a carga
O R tem de ser capaz de dissipar esta potencia sendo assim o seu tamanho fiacutesico cresce proporcionalmente com a sua potencia tornando-se caro Embora este controle seja ateacute intuitivo porem natildeo eacute muito inteligente no que diz respeito de desperdiacutecio de energia Consideremos entatildeo o mesmo circuito soacute trocamos o controle como podemos ver no desenho abaixo
Consideremos ainda que esta chave tem uma accedilatildeo muito raacutepida Quando o interruptor estaacute aberto natildeo haacute corrente na carga e a potecircncia aplicada eacute nula No instante em que o interruptor eacute fechado a carga recebe a tensatildeo total da fonte e a potecircncia aplicada eacute maacutexima
Entatildeo para termos uma potencia de 50 a ideacuteia eacute deixarmos um tempo x com a chave ligada e o mesmo tempo com a chave desligada Isso significa que em meacutedia teremos metade do tempo com corrente e metade do tempo sem corrente concluindo que a potencia ficaraacute em 50
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A potecircncia meacutedia e portanto a proacutepria tensatildeo meacutedia aplicada agrave carga eacute neste caso 50 da tensatildeo de entrada
Veja que o interruptor fechado pode definir uma largura de pulso pelo tempo em que ele fica nesta condiccedilatildeo e um intervalo entre pulsos pelo tempo em que ele fica aberto Os dois tempos juntos definem o periacuteodo e portanto uma frequecircncia de controle
A relaccedilatildeo entre o tempo em que temos o pulso e a duraccedilatildeo de um ciclo completo de operaccedilatildeo do interruptor nos define ainda o ciclo ativo conforme eacute mostrado na figura 5
Variando-se a largura do pulso e tambeacutem o intervalo de modo a termos ciclos ativos diferentes podemos controlar a potecircncia meacutedia aplicada a uma carga Assim quando a largura do pulso varia de zero ateacute o maacuteximo a potecircncia tambeacutem varia na mesma proporccedilatildeo conforme estaacute indicado na figura 6
Este princiacutepio eacute usado justamente no controle PWM modulamos (variamos) a largura do pulso de modo a controlar o ciclo ativo do sinal aplicado a uma carga e com isso a potecircncia aplicada a ela
Na praacutetica substituiacutemos o interruptor por algum dispositivo de estado soacutelido que possa abrir e fechar o circuito rapidamente como por exemplo um transistor bipolar um FET de potecircncia um IGBT ou ateacute mesmo um SCR
A este dispositivo eacute entatildeo ligado um oscilador que possa ter seu ciclo ativo controlado numa grande faixa de valores Na praacutetica eacute difiacutecil chegar agrave duraccedilatildeo zero do pulso e agrave 100 jaacute que isso implicaria na parada do oscilador mas podemos chegar bem perto disso
Na operaccedilatildeo de um controle por PWM existem diversas vantagens a serem consideradas e alguns pontos para os quais o projetista deve ficar atento para natildeo jogar fora estas vantagens
Na condiccedilatildeo de aberto nenhuma corrente circula pelo dispositivo de controle e portanto sua dissipaccedilatildeo eacute nula Na condiccedilatildeo de fechado teoricamente se ele apresenta uma resistecircncia nula a queda de tensatildeo eacute nula e ele natildeo dissipa tambeacutem nenhuma potecircncia
Isso significa que na teoria os controles PWM natildeo dissipam potecircncia alguma e portanto consistem em soluccedilotildees ideais para este tipo de aplicaccedilatildeo
Na praacutetica entretanto isso natildeo ocorre Em primeiro lugar os dispositivos usados no controle natildeo satildeo capazes de abrir e fechar o circuito num tempo infinitamente pequeno Eles precisam de um tempo para mudar de estado e neste intervalo de tempo sua resistecircncia sobe de um valor muito pequeno ateacute infinito e vice-versa numa curva de comutaccedilatildeo semelhante a mostrada na figura 10
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Neste intervalo de tempo a queda de tensatildeo e a corrente atraveacutes do dispositivo natildeo satildeo nulas e uma boa quantidade de calor poderaacute ser gerada conforme a carga controlada Dependendo da frequecircncia de controle e da resposta do dispositivo usado uma boa quantidade de calor poderaacute ser gerada neste processo de comutaccedilatildeo
Entretanto mesmo com este problema a potecircncia gerada num controle PWM ainda eacute muito menor do que num circuito de controle linear equivalente Transistores de comutaccedilatildeo raacutepidos FETs de potecircncia e outros componentes de chaveamento podem ser suficientemente raacutepidos para permitir que projetos de controles de potecircncias elevadas sejam implementados sem a necessidade de grandes dissipadores de calor ou que tenham problemas de perdas de energia por geraccedilatildeo de calor que possam ser preocupantes
O segundo problema que poderaacute surgir vem justamente do fato de que os transistores de efeito de campo ou bipolares usados em comutaccedilatildeo natildeo se comportam como resistecircncias nulas quando saturados Os transistores bipolares podem apresentar uma queda de tensatildeo de ateacute alguns volts quando saturados o mesmo ocorrendo com os FETs
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11 - Soft-Starter
Soft start eacute um dispositivo eletrocircnico composto de pontes tiristorizadas a fim de controlar a corrente de partida de motores de corrente alternada trifaacutesicos o controle da tensatildeo reduzida eacute feita ajustando-se o acircngulo de disparo de um par de SCRs dispostos em antiparalelo em cada fase do motor A medida que a tensatildeo vai aumentando a corrente aumenta para acelerar a carga de uma maneira suave e sem degraus Seu uso eacute comum em bombas centriacutefugas ventiladores e motores de elevada potecircncia cuja aplicaccedilatildeo natildeo exija a variaccedilatildeo de velocidade
A vantagem desta teacutecnica sobre as alternativas de custo baixo eacute a possibilidade de ajustarmos o torque do motor as necessidades de torque da carga
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12 - Inversores
Introduccedilatildeo A obtenccedilatildeo de uma tensatildeo alternada a partir de uma fonte CC eacute muitas vezes necessaacuteria para a
alimentaccedilatildeo de diversas cargas Os conversores que realizam a transformaccedilatildeo CC-CA satildeo chamados de inversores Como exemplos de aplicaccedilotildees pode-se citar o controle de velocidade de motores de corrente alternada fontes de alimentaccedilatildeo ininterrupta (no-break) entre varias outras aplicaccedilotildees
Qualquer sistema no qual o fornecimento da energia eleacutetrica natildeo pode ser interrompido deve prever uma fonte de emergecircncia para supri-lo Quando a potecircncia instalada eacute muito grande tem-se em geral um sistema de acionamento imediato alimentado a partir de baterias e um sistema motor-gerador que por necessitar de alguns minutos para estar em condiccedilotildees ideais de operaccedilatildeo natildeo pode ser usado de imediato Tal arranjo eacute usado por exemplo em centrais telefocircnicas hospitais etc Topologias Baacutesicas
Inversor Monofaacutesico em Ponte A estrutura do inversos monofaacutesico em ponte alimentando carga resistiva estaacute representado na
Figura abaixo
As formas de onda de interesse satildeo apresentadas na figura abaixo Com S1 e S4 em conduccedilatildeo a
tensatildeo na carga eacute igual a E quando S2 e S3 estatildeo em conduccedilatildeo ela torna-se igual a -E
Quando a carga for indutiva devem ser adicionados a estrutura do circuito mostrado acima os
diodos de circulaccedilatildeo D1 D2 D3 e D4 como indica a figura abaixo Observe que com carga indutiva a fonte E deve ser reversiacutevel em corrente
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Etapas de funcionamento do inversor em ponte alimentando carga indutiva
Inversor Monofaacutesico em Ponto Meacutedio Este circuito representado na figura abaixo emprega apenas um braccedilo sendo desse modo mais
simples de ser comandado que o inversor em ponte porem a sua desvantagem eacute a tensatildeo de saiacuteda ser a metade
Inversor Monofaacutesico em Ponte
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13 - Dissipadores
A circulaccedilatildeo de corrente eleacutetrica por qualquer elemento provoca uma dissipaccedilatildeo de potecircncia igual ao produto do quadrado da corrente pela resistecircncia do circuito O objetivo eacute estabelecer criteacuterios para o dimensionamento de sistemas de dissipaccedilatildeo do calor produzido por componentes eletrocircnicos especialmente semicondutores de potecircncia (diodostransistores tiristores etc) buscando a proteccedilatildeo de tais componentes tendo como meta fundamental a elevada confiabilidade dos equipamentos nos quais os dispositivos satildeo empregados Deve-se buscar reduccedilatildeo de volume peso e custos
Caacutelculo da Potecircncia Dissipada
O caacutelculo da potecircncia dissipada deve ser feito via de regra pelo produto da tensatildeo pela corrente sobre o dispositivo em questatildeo
Comportamento em regime permanente potecircncia meacutedia
Nos dispositivos semicondutores de potecircncia o calor decorrente do efeito Joule eacute produzido na pastilha semicondutora fluindo daiacute para ambientes mais frios como o encapsulamento do dispositivo e o ambiente Este fluxo de calor depende de fatores como o gradiente de temperatura e as caracteriacutesticas teacutermicas dos meios e materiais envolvidos Define-se a grandeza ldquoresistecircncia teacutermicardquo como uma medida da dificuldade do fluxo de calor entre 2 meios ∆T diferenccedila de temperatura entre regiotildees de transferecircncia de calor P potecircncia meacutedia dissipada h coeficiente de transferecircncia de calor A aacuterea envolvida na transferecircncia de calor
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ANALOGIA COM CIRCUITO ELEacuteTRICO Em geral se faz uma analogia com um circuito eleacutetrico sendo a potecircncia meacutedia representada por uma fonte de corrente As temperaturas nos ambientes indicados (junccedilatildeo caacutepsula ambiente) satildeo anaacutelogas agraves tensotildees nos respectivos noacutes enquanto as resistecircncias teacutermicas satildeo as proacuteprias resistecircncias do modelo
Tj=Temperatura da junccedilatildeo Rtjc=Resistecircncia teacutermica entre junccedilatildeo e encapsulamento Tc=temperatura do encapsulamento Rtca=Resist Term Entre encapsulamento e ambiente Rtcd=Resist Entre encapsulament e dissipador Rtda=Resist Teacutermica entre dissipador e ambiente Partindo do anaacutelogo eleacutetrico chegamos a seguinte equaccedilatildeo tiacutepica Tj = Ta + P (Rtjc + Rtca) Exemplo 1 P = 20 W Rtjc = 2degCW Rtca = 10degCW Ta = 40degC Tjmax = 120degC Tc = Ta + P Rtca = 240degC Tj = Tc + P Rtjc = 280degC
Dissipadores de calor Considerando que natildeo seja possiacutevel reduzir a potecircncia meacutedia dissipada a alternativa para a proteccedilatildeo do semicondutor eacute colocar um dispositivo de baixa resistecircncia teacutermica entre o encapsulamento e o ambiente A este elemento colocado junto ao encapsulamento se diz ldquodissipador de calorrdquo Caracteriacutesticas dos dissipadores As principais caracteriacutesticas estatildeo relacionadas com dimensotildees e especialmente agrave sua superfiacutecie de contato com o ambiente Em geral estes dispositivos satildeo construiacutedos em alumiacutenio dada sua boa condutividade teacutermica (condiccedilatildeo indispensaacutevel) baixo custo e peso A figura mostra perfis tiacutepicos de dissipadores A utilizaccedilatildeo de grande nuacutemero de aletas eacute para aumentar a aacuterea de troca de calor A resistecircncia teacutermica para uma placa plana quadrada pode ser aproximadamente dada por
λ condutacircncia teacutermica (a 77o C) [W(oCcm)] W espessura do dissipador [mm]
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A aacuterea do dissipador [cm2] Cf fator de correccedilatildeo devido agrave posiccedilatildeo e tipo de superfiacutecie Na tabela abaixo satildeo dados alguns valores para os coeficientes da foacutermula O fator Cf varia com a posiccedilatildeo do dissipador sendo preferiacutevel uma montagem vertical agrave horizontal por criar um efeito ldquochamineacuterdquo Dissipadores pretos satildeo melhores irradiadores de calor que aqueles com superfiacutecie brilhante
Comportamento em regime transitoacuterio potecircncia de pico Quando a potecircncia dissipada no semicondutor consiste de pulsos de potecircncia eacute preciso verificar a proteccedilatildeo do componente em relaccedilatildeo aos picos de dissipaccedilatildeo Durante a ocorrecircncia do pico de potecircncia ocorre a elevaccedilatildeo da temperatura da junccedilatildeo embora natildeo ocorra variaccedilatildeo nas temperaturas do encapsulamento e do dissipador (que dependem da potecircncia meacutedia) devido agrave maior capacidade teacutermica da caacutepsula e especialmente do dissipador Tal capacidade teacutermica relaciona-se com o tipo de material utilizado e seu volume Na analogia eleacutetrica utilizada anteriormente ela se comporta como uma capacitacircncia O caacutelculo da temperatura da junccedilatildeo em tal regime transitoacuterio eacute feito utilizando uma grandeza chamada ldquoimpedacircncia teacutermicardquo Ztjc que leva em consideraccedilatildeo a capacidade teacutermica da junccedilatildeo Exemplo 2 Rtjc = 2deg CW Rtca = 5deg CW Rtcd = 2deg CW Rtda = 3deg CW Ztjc = 005deg CW Tjmax = 150deg C Ta = 40deg C P = 20W Pp = 1000W
Tj = 130 oC (o componente estaacute protegido em relaccedilatildeo agrave potecircncia meacutedia) Tc = 90 oC Tj = Tc + Pp Ztjc = 140 oC
Caacutelculo dos Dissipadores
bull A temperatura de trabalho da junccedilatildeo deve ser 20 a 30 menor que seu valor maacuteximo para permitir a proteccedilatildeo do componente sem super-dimensionar o dissipador middot Para ambientes nos quais natildeo se faccedila um controle riacutegido da temperatura deve-se usar uma temperatura ambiente de 40oC
bull Caso o dissipador fique dentro de algum bastidor ou caixa na qual a temperatura possa se elevar acima dos 40oC deve-se considerar sempre a maacutexima temperatura do ar com o qual o dissipador troca calor Eacute conveniente agrave falta de maiores informaccedilotildees utilizar o valor de 40oC e verificar apoacutes a entrada em operaccedilatildeo do protoacutetipo a verdadeira temperatura ambiente
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bull Deve-se verificar a necessidade do uso de isoladores (mica teflon ou mylar) e natildeo desconsiderar suas resistecircncias teacutermicas middot O emprego de pastas teacutermicas eacute sempre recomendado e se deve considerar tambeacutem sua resistecircncia teacutermica
b) No transitoacuterio
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Apecircndice A
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Laboratoacuterio 1
Diodo Ache os componentes em sucatas e monte o circuito abaixo em placa de circuito impresso corroiacuteda Lista de material
4 Diodos 1N4007 2 Capacitores 330uF200V 2 Resistores 150K 18W 1 Suporte p lacircmpada 1 Lacircmpada 40W220V 1 Conector p placa de 2 bornes 6 Chaves HH 1 Rabicho com plugue Placa p circuito impresso virgem (fibra fenolite perfurada) Caneta retro projetor ou esmalte p unhas Palha de accedilo ou acetona e pedaccedilo de pano Soluccedilatildeo de percloreto de ferro Estanho em fio
Obs Colocar o seu nome no lado do cobre a caneta ou esmalte antes da corrosatildeo
Montado na placa o circuito acima e testado fazer os seguintes exerciacutecios 1 ndash Com o interruptor Ch7 ligado os interruptores Ch3 Ch4 Ch5 e Ch6 desligados e os interruptores Ch1 e Ch2 na posiccedilatildeo 1 faccedila a seguinte medida meccedila com o osciloscoacutepio colocando a garra jacareacute onde aparece o GND e o pinccedila no ponto 1 de forma que apareccedila somente o semi-ciclo positivo na tela tambeacutem reproduza abaixo a forma de onda encontrada e registre onde a posiccedilatildeo do zero O aparelho ajustado da seguinte forma O botatildeo de tempodivisatildeo em 5mS O botatildeo tensatildeodivisatildeo ajustado em 5V A ponteira ajustada em X10
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2 ndash Permanecendo o interruptor Ch7 ligado Ch5 e Ch6 desligados poreacutem Ch1 e Ch2 na posiccedilatildeo 2 e Ch3 e Ch4 ligados faccedila novamente a medida e reproduza na tela abaixo a forma de onda
3 - Permanecendo o interruptor Ch7 ligado Ch3 Ch4 Ch5 e Ch6 agora ligados e Ch1 e Ch2 na posiccedilatildeo 2 faccedila novamente a medida e reproduza na tela abaixo a forma de onda
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4 ndash O que aconteceu com a potecircncia (brilho) da lacircmpada Com circuito configurado como no exerciacutecio 1 e exerciacutecio 3 (aumentou ou diminuiu) Porque ocorreu isto _____________________________________________________________________________________
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5 ndash Qual eacute a nova potecircncia da lacircmpada Provar por meio de caacutelculos 6 ndash Por fim com o circuito configurado como no exerciacutecio 3 coloque uma lacircmpada de maior potecircncia e visualize o ripple novamente com o osciloscoacutepio explique o que ocorreu _____________________________________________________________________________________
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Laboratoacuterio 2 TRANSISTOR BIPOLAR (BJT)
Os transistores de potecircncia apresentam caracteriacutesticas de chaveamento controlado Os transistores utilizados como elementos de chaveamento operam na regiatildeo de saturaccedilatildeo apresentando uma baixa queda de tensatildeo de conduccedilatildeo (VCE=0V) (VBE=13V)
Este laboratoacuterio tem o objetivo de fazer um retificador e filtro diretamente da rede alternada com componentes retirados de fontes chaveadas de computadores apoacutes o estaacutegio de retificaccedilatildeo e filtro faremos funcionar uma lacircmpada incandescente de 220 volts corrente alternada em corrente contiacutenua com o auxiacutelio de um transistor de potencia tambeacutem retirado das mesmas fontes
Calcule o R1 e monte o circuito e apoacutes responda as questotildees
Pinos 1 ndash Base 2 ndash Coletor 3 ndash Emissor
Alguns transistores encontrados em fontes chaveadas de computador Transistor VCE (V) Ic (A) β MJE13007 400 8 5
2SC4106 400 7 10
2SC5027 800 3 8
2SC5353 800 3 15
2SC2335 400 7 10
2SC4242 400 7 10
2SC5763 400 7 10
1 ndash Escolha o transistor e faccedila o calculo para descobrir R1 e depois monte o circuito Transistor escolhido ______________
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2 ndash Meccedila a corrente no ponto 1 e compare com o calculado Faccedila as observaccedilotildees necessaacuterias
Corrente no ponto (1)
Calculado
Medido _____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
3 ndash Por que existem os resistores em paralelo com os capacitores
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Laboratoacuterio 3
TRANSISTOR EFEITO DE CAMPO (FET) O transistor de potecircncia MOSFET eacute um dispositivo de tensatildeo controlada e necessita apenas de tensatildeo no gatilho A velocidade de chaveamento eacute muito alta (nanosegundos) MOSFETrsquos de potecircncia satildeo utilizados em conversores de baixa potecircncia e alta frequumlecircncia Estes transistores apresentam problemas de descargas eletrostaacuteticas necessitando de cuidados especiais Este experimento tem como objetivo mostrar o funcionamento de Mosfets em uma aplicaccedilatildeo pratica para tanto montaremos o circuito abaixo
Pinagem 1 ndash GATE 2 ndash DRAIN 3 ndash SOURCE
Alguns transistores encontrados no comeacutercio
Transistor Tensatildeo Vds(V) Corrente Id (A)
IRF840 500 85 IRF740 400 10
1 ndash Meccedila a corrente no ponto 1 Corrente no ponto 1 ______________ No ponto 2 coloque 1deg o multiacutemetro antes de ligar o circuito Meccedila a corrente no ponto 2 Corrente no ponto 2 ______________ Por que isto ocorre 2 ndash Calcule a corrente que passa entre os resistores E compare com os valores medidos e faccedila as observaccedilotildees necessaacuterias
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Laboratoacuterio 4
SCR E TRIAC
Este laboratoacuterio tem o objetivo de comprovar o funcionamento do componente SCR e TRIAC e diferenciaacute-los 1
A - Primeiramente ligue a chave 1 mantendo a chave 2 desligada o que ocorre _____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
B ndash Mantendo ligada a chave 1 ligue a chave 2 por um breve intervalo de tempo e desligue-a O que acontece Justifique sua resposta _____________________________________________________________________________________ _____________________________________________________________________________________ 2
C ndash Faccedila a mesma sequumlecircncia usada nas questotildees A e B Sequumlecircncia da questatildeo A________________________________________________________________
Sequumlecircncia da questatildeo B_________________________________________________________________
D - Faccedila as consideraccedilotildees comparando os circuitos 1 e 2
_____________________________________________________________________________________ _____________________________________________________________________________________
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3
E ndash Faccedila um comentaacuterio sobre a omissatildeo das chaves _____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
4
F - Comente os circuitos 3 e 4 haacute alguma diferenccedila no brilho da lacircmpada
_____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
Pinos do SCR e BTA 1 ndash Catodo A2 2 ndash Anodo A1 3 ndash Gatilho
Alguns SCRs encontrados no comeacutercio
Tiristor
Tensatildeo Vds(V)
Corrente Id (A)
BT151 500 85 TIC106 400 10
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Laboratoacuterio 5
DIAC E TRIAC O objetivo eacute montar o circuito abaixo e visualizar com o osciloscoacutepio a forma de onda em cima da carga no nosso caso a lacircmpada enquanto varia o potenciocircmetro
Pinagem 1 ndash A1 2 ndash A2 3 ndash G Alguns triacs encontrado no comeacutercio BTA08 ndash 8A BTA26 ndash 26A MAC224 ndash 40A TIC226 ndash 8A
Coloque a ponteira em cima da carga e deixe o potenciocircmetro no meio do curso e reproduza na tela abaixo Registre o ajuste que foi feito no osciloscoacutepio para aparecer o meio ciclo superior na tela
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Laboratoacuterio 6
PWM Este circuito eacute simples com o famoso CI 555 para gerar o sinal PWM Controlando uma carga que conseguimos observar o estaacute acontecendo
1 ndash Qual a frequumlecircncia gerada do sinal PWM _______________________________________________________________________________
_______________________________________________________________________________
2 ndash O que acontece com a lacircmpada quando varia o potenciocircmetro
_______________________________________________________________________________
_______________________________________________________________________________
3 ndash Trocando o capacitor de 100nF por um de 10nF qual seraacute a nova frequumlecircncia
_______________________________________________________________________________
_______________________________________________________________________________
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Laboratoacuterio 7
INVERSOR Este circuito eacute o conceito baacutesico do princiacutepio de funcionamento de um inversor que eacute capaz de gerar uma tensatildeo alternada a partir de uma tensatildeo contiacutenua
1 ndash O motor estaacute girando _____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
2 ndash Caso afirmativo na primeira pergunta coloque a ponteira do osciloscoacutepio em um dos terminais do motor e a garra jacareacute no terra e meccedila a frequumlecircncia _____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
3 ndash O que estaacute acontecendo com o motor em suas caracteriacutesticas fiacutesicas Mudou a velocidade estaacute aquecendo estaacute trepidando etc _____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
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Apendice B
Coacutedigo de resistores
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Capacitores ceracircmicos
O valor do capacitorB eacute de 3300 pF (picofarad = 10-12 F) ou 33 nF (nanofarad = 10-9 F) ou 00033 microF (microfarad =
10-6 F) No capacitor A devemos acrescentar mais 4 zeros apoacutes os dois primeiros algarismos O valor do capacitor que se lecirc 104 eacute de 100000 pF ou 100 nF ou 01microF
O aparecimento de uma letra maiuacutescula ao lado dos nuacutemeros Esta letra refere-se a toleracircncia do capacitor ou seja o quanto que o capacitor pode variar de seu valor em uma temperatura padratildeo de 25deg C A letra J significa que este capacitor pode variar ateacute plusmn5 de seu valor a letra K = plusmn10 ou M = plusmn20 Segue na tabela abaixo os coacutedigos de toleracircncias de capacitacircncia
Ateacute 10pF Coacutedigo Acima de 10pF
plusmn01pF B
plusmn025pF C
plusmn05pF D
plusmn10pF F plusmn1
G plusmn2
H plusmn3
J plusmn5
K plusmn10
M plusmn20
S -50 -20
Z +80 -20
ou +100 -20
P +100 -0
O coeficiente de temperatura TC que define a variaccedilatildeo da capacitacircncia dentro de uma determinada faixa de temperatura O TC eacute normalmente expresso em ou ppmdegC ( partes por milhatildeo degC ) Eacute usado uma sequumlecircncia de letras ou letras e nuacutemeros para representar os coeficientes Observe o desenho abaixo
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Na tabela abaixo estatildeo mais alguns coeficientes de temperatura e as toleracircncias que satildeo muito utilizadas por diversos fabricantes de capacitores
Coacutedigo Coeficiente de temperatura NPO -0plusmn 30ppmdegC N075 -75plusmn 30ppmdegC N150 -150plusmn 30ppmdegC N220 -220plusmn 60ppmdegC N330 -330plusmn 60ppmdegC N470 -470plusmn 60ppmdegC N750 -750plusmn 120ppmdegC N1500 -1500plusmn 250ppmdegC N2200 -2200plusmn 500ppmdegC N3300 -3300plusmn 500ppmdegC N4700 -4700plusmn 1000ppmdegC N5250 -5250plusmn 1000ppmdegC P100 +100plusmn 30ppmdegC
Outra forma de representar coeficientes de temperatura eacute mostrado abaixo Eacute usada em capacitores que se caracterizam
pela alta capacitacircncia por unidade de volume (dimensotildees reduzidas) devido a alta constante dieleacutetrica sendo recomendados para aplicaccedilatildeo em desacoplamentos acoplamentos e supressatildeo de interferecircncias em baixas tensotildees
Os coeficientes satildeo tambeacutem representados exibindo sequumlecircncias de letras e nuacutemeros como por exemplo X7R Y5F e Z5U Para um capacitor Z5U a faixa de operaccedilatildeo eacute de +10degC que significa Temperatura Miacutenima seguido de +85degC que significa Temperatura Maacutexima e uma variaccedilatildeo Maacutexima de capacitacircncia dentro desses limites de temperatura que natildeo ultrapassa -56 +22
Veja as trecircs tabelas abaixo para compreender este exemplo e entender outros coeficientes
Temperatura Miacutenima
Temperatura Maacutexima
Variaccedilatildeo Maacutexima de Capacitacircncia
X -55degC Y -30degC Z +10degC
2 +45degC 4 +65degC 5 +85degC 6 +105degC 7 +125degC
A plusmn10 B plusmn15 C plusmn22 D plusmn33 E plusmn47 F plusmn75 P plusmn10 R plusmn15 S plusmn22 T -33 +22 U -56 +22 V -82 +22
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Capacitores de filme plaacutestico
O desenho ao lado mostra capacitores que tem os seus valores impressos em nanofarad (nF) = 10-9F Quando aparece no capacitor uma letra n minuacutescula como um dos tipos apresentados ao lado por exemplo 3n3 significa que este capacitor eacute de 33nF No exemplo o n minuacutesculo eacute colocado ao meio dos nuacutemeros apenas para economizar uma viacutergula e evitar erro de interpretaccedilatildeo de seu valor
Capacitores de Ceracircmica Multicamada
Capacitores de Polieacutester Metalizado usando coacutedigo de cores
A tabela abaixo mostra como interpretar o coacutedigo de cores dos capacitores abaixo No capacitor A as 3 primeiras cores satildeo laranja laranja e laranja correspondem a 33000 equivalendo a 33 nF A cor branca logo adiante eacute referente a plusmn10 de toleracircncia E o vermelho representa a tensatildeo nominal que eacute de 250 volts
1ordf Algarismo 2ordf Algarismo 3ordf Ndeg de zeros 4ordf Toleracircncia 5ordf Tensatildeo
PRETO 0 0 - plusmn 20 -
MARROM 1 1 0 - -
VERMELHO 2 2 00 - 250V
LARANJA 3 3 000 - -
AMARELO 4 4 0000 - 400V
VERDE 5 5 00000 - -
AZUL 6 6 - - 630V
VIOLETA 7 7 - - -
CINZA 8 8 - - -
BRANCO 9 9 - plusmn 10 -
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Apecircndice C
Osciloscoacutepio Geralmente os osciloscoacutepios tecircm os controles e entradas que podem ser divididos em cinco grupos
1 ndash Controle da fonte de alimentaccedilatildeo 2 ndash Controles de ajuste do traccedilo ou ponto na tela 3 ndash Controles e entrada de atuaccedilatildeo vertical 4 ndash Controles e entrada de atuaccedilatildeo horizontal 5 ndash Controles de entrada de sincronismo
1 - CONTROLE DA FONTE DE ALIMENTACcedilAtildeO 11 - INTERRUPTOR Sua funccedilatildeo eacute interromper ou estabelecer a corrente no primaacuterio do transformador de fora Sua atuaccedilatildeo normalmente eacute acompanhada por uma lacircmpada piloto que serve de aviso visual sobre a situaccedilatildeo do circuito (ligado ou desligado) Normalmente este interruptor se encontra acoplado junto do potenciocircmetro de controle de brilho 12 - COMUTADOR DE TENSAtildeO Sua funccedilatildeo eacute selecionar a tensatildeo de funcionamento do osciloscoacutepio (127 220V) Permite utilizar o instrumento sem a necessidade de recorrer a um transformador abaixador ou elevador de tensatildeo (geralmente o acesso deste comutador eacute visto na parte de traz do aparelho) 2 - CONTROLES DE AJUSTE DO TRACcedilO OU PONTO NA TELA 21 - BRILHO OU LUMINOSIDADE Eacute o controle que ajusta a luminosidade do ponto ou do traccedilo O controle do brilho eacute feito por meio de um potenciocircmetro situado no circuito da grade de controle do TRC mediante o qual se regula o potencial desta grade (deve-se evitar o uso de brilho excessivo sob pena de se danificar a tela) 22 - FOCO Eacute o controle que ajusta a nitidez do ponto ou traccedilo luminoso O ajuste do foco eacute conseguido mediante a regulagem de um potenciocircmetro que regula a polarizaccedilatildeo do eletrodo de enfoque O foco deve ser ajustado de forma a se obter um traccedilo fino e niacutetido na tela (estes ajustes de brilho e de foco satildeo ajustes baacutesicos que devem ser feitos sempre que se for usar o osciloscoacutepio)
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23 - ILUMINACcedilAtildeO DA RETIacuteCULA Permite que se ilumine o quadriculado ou as divisotildees na tela 3 - CONTROLES E ENTRADA DE ATUACcedilAtildeO VERTICAL 31 - ENTRADA DE SINAL VERTICAL Nesta entrada eacute conectada a ponta de prova do osciloscoacutepio As variaccedilotildees de tensatildeo aplicadas nesta entrada aparecem sob forma de figura na tela 32 - CHAVE DE SELECcedilAtildeO DE MODO DE ENTRADA (CA-CC) Esta chave eacute selecionada de acordo com o tipo de forma de onda a ser observada Em alguns osciloscoacutepios esta chave possui trecircs posiccedilotildees (CA-0-CC ou AC-GND-DC) Esta posiccedilatildeo adicional eacute usada para a realizaccedilatildeo de ajustes do traccedilo do osciloscoacutepio em algumas situaccedilotildees Por exemplo quando se deseja Uma referecircncia na tela 33 - CHAVE SELETORA DE GANHO (VDiv) Esta chave permite que se aumente ou que se diminua a amplitude de projeccedilatildeo na tela do osciloscoacutepio (altura da imagem) 34 - POSICcedilAtildeO VERTICAL Permite movimentar a imagem para cima ou para baixo na tela A movimentaccedilatildeo natildeo interfere na forma da figura projetada na tela 4 - CONTROLES DE ATUACcedilAO HORIZONTAL 41 - CHAVE SELETORA DE BASE DE TEMPO Eacute o controle que permite variar o tempo de deslocamento horizontal do ponto na tela Atraveacutes deste controle eacute possiacutevel reduzir ou ampliar horizontalmente na tela a figura nela projetada Em alguns osciloscoacutepios esta chave seletora tem uma posiccedilatildeo identificada como EXT (externa) o que possibilita que o deslocamento horizontal pode ser controlado por circuito externo ao osciloscoacutepio atraveacutes de uma entrada especiacutefica Quando a posiccedilatildeo externa eacute selecionada natildeo haacute formaccedilatildeo do traccedilo na tela obtendo-se apenas um ponto 42 - POSICcedilAtildeO HORIZONTAL Eacute o ajuste que permite controlar horizontalmente a forma de onda na tela Girando o controle de posiccedilatildeo horizontal para a direita o traccedilo move-se horizontalmente para a direita e vice-versa Assim como o controle de posiccedilatildeo vertical o controle de posiccedilatildeo horizontal natildeo interfere na forma da figura projetada na tela
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5 - CONTROLES E ENTRADA DE SINCRONISMO (TRIGGER) Satildeo controles que se destinam a fixar a imagem na tela Estes controles satildeo utilizados principalmente na observaccedilatildeo de sinais alternados Os controles de sincronismo satildeo Chave seletora de fonte de sincronismo Chave de modo de sincronismo Controle de niacutevel de sincronismo 51 - CHAVE SELETORA DE FONTE DE SINCRONISMO Seleciona onde seraacute tomada o sinal de sincronismo para fixar a imagem na tela do osciloscoacutepio Normalmente esta chave possui trecircs posiccedilotildees pelo menos POSICcedilAtildeO CH1 O sincronismo eacute controlado pelo sinal aplicado ao canal 1 POSICcedilAtildeO REDE Realiza o sincronismo com base na frequecircncia da rede de alimentaccedilatildeo do osciloscoacutepio (60Hz) Nesta posiccedilatildeo consegue-se facilmente sincronizar na tela sinais aplicados na entrada vertical que sejam obtidos a partir da rede eleacutetrica POSICcedilAtildeO EXTERNO Na posiccedilatildeo externo o sincronismo da figura eacute obtido agrave partir de outro equipamento externo conectado ao osciloscoacutepio O sinal que controla o sincronismo na posiccedilatildeo externo eacute aplicado a entrada de sincronismo 52 - CHAVE DE MODO DE SINCRONISMO Normalmente esta chave tem duas ou trecircs posiccedilotildees AUTO Nesta posiccedilatildeo o osciloscoacutepio realiza o sincronismo automaticamente com base no sinal selecionado pela chave seletora de fonte de sincronismo NORMAL + O sincronismo eacute positivo ajustado manualmente pelo controle de niacutevel de sincronismo (TRIGGER) de modo que o primeiro pico que apareccedila na tela seja o positivo NORMAL - O sincronismo eacute negativo tambeacutem ajustado manualmente entretanto o primeiro pico a aparecer eacute o negativo 53 - CONTROLE DE NIacuteVEL DE SINCRONISMO (TRIGGER) Eacute um controle manual que permite o ajuste do sincronismo quando natildeo se consegue um sincronismo automaacutetico Tem atuaccedilatildeo nas posiccedilotildees NORMAL + e NORMAL - OBSERVACcedilAtildeO Para se realizar leituras eacute necessaacuterio sincronizar a figura na tela II - ENTRADA E CONTROLE DO OSCILOSCOacutePIO DUPLO TRACcedilO O osciloscoacutepio de duplo traccedilo possui alguns controles que satildeo comuns aos dois traccedilos e outros que satildeo individuais Os controles de brilho foco base de tempo e de posiccedilatildeo horizontal satildeo controles que satildeo comuns aos dois traccedilos Basicamente os controles individuais situam-se nas entradas e controles do vertical nos controles e entrada de sincronismo ENTRADAS E CONTROLES DO VERTICAL Para que se possa observar dois sinais simultaneamente eacute necessaacuterio que se aplique uma tensatildeo em cada uma das entradas verticais O osciloscoacutepio duplo traccedilo dispotildee de dois grupos de controles verticais Um grupo para o canal A ou canal 1 (CH1) Um grupo para o canal B ou canal 2 (CH2) Cada grupo controla um dos sinais na tela (amplitude posiccedilatildeo vertical etc) Geralmente satildeo iguais Cada canal dispotildee de Entrada Vertical Chave Seletora CA-O-CC Chave Seletora de ganho vertical (DDiv) Posiccedilatildeo vertical Um osciloscoacutepio de duplo traccedilo pode ainda ser utilizado como sendo um osciloscoacutepio de traccedilo simples Uma chave seletora permite que se possa selecionar cada canal individualmente ou os dois simultaneamente Esta chave possui pelo menos trecircs posiccedilotildees CH1
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CH2 DUAL Na posiccedilatildeo CH1 apareceraacute apenas a imagem na tela que estiver sendo aplicada na entrada vertical do canal 1 Na posiccedilatildeo CH2 apareceraacute apenas a imagem na tela que estiver sendo aplicada na entrada vertical do canal 2 Na posiccedilatildeo DUAL aparecem as duas imagens Em osciloscoacutepios mais sofisticados esta chave pode possuir mais posiccedilotildees de modo a permitir outras alternativas de uso CONTROLES DE SINCRONISMO Realizam as mesmas funccedilotildees do osciloscoacutepio traccedilo simples que eacute a de fixar a imagem na tela O que diferencia eacute o fato de que na chave seletora de fonte existe uma posiccedilatildeo adicional de modo a poder sincronizar a figura PONTAS DE PROVA As pontas de prova satildeo utilizadas para interligar o osciloscoacutepio aos pontos de medida
Uma das extremidades da ponta de prova eacute conectada a uma das entradas do osciloscoacutepio atraveacutes de um conector e a extremidade livre serve para conexatildeo aos pontos de medida A extremidade livre possui uma garra jacareacute denominada de terra da ponta de prova que deve ser conectada ao terra do circuito e uma ponta de entrada de sinal que deve ser conectada no ponto que se deseja medir Existem dois tipos de ponta de prova ponta de prova 11 ponta de prova 101 A ponta de prova 11 se caracteriza por aplicar agrave entrada do osciloscoacutepio a mesma tensatildeo ou forma de onda que eacute aplicada a ponta de mediccedilatildeo A ponta de prova 101 entrega ao osciloscoacutepio apenas a deacutecima parte da tensatildeo aplicada a ponta de mediccedilatildeo As pontas de prova 101 permitem que o osciloscoacutepio consiga observar tensotildees dez vezes maior que a sua capacidade Por exemplo Um osciloscoacutepio que permite a leitura de tensotildees de 50V com ponta de prova 11 com ponta de prova 101 poderaacute medir tensotildees de ateacute 500V (10x50V) Existem pontas de prova que dispotildee de um botatildeo onde se pode selecionar 101 ou 11 Obs Quando natildeo se tem total certeza da grandeza da tensatildeo envolvida eacute aconselhaacutevel iniciar a mediccedilatildeo com o posiccedilatildeo 101
57
Bibliografia
1 Dispositivos semicondutores tiristores controle de potecircncia em CC e CA 1996 - ALMEIDA Joseacute Luiz Antunes de Satildeo Paulo Eacuterica 1996 150 p
2 Dispositivos semicondutores diodos e transistores 1996 MARQUES Angelo Eduardo B
CHOUERI JUacuteNIOR Salomatildeo CRUZ Eduardo Cesar Alves Satildeo Paulo Eacuterica 1996 389 p
3 Anaacutelise e projeto de fontes chaveadas MELLO Luiz Fernando P de Satildeo Paulo Eacuterica 1996 487 p
4 Eletrocircnica de potecircncia circuitos dispositivos e aplicaccedilotildees 1999 RASHID Muhammad H Satildeo Paulo Makron Books 1999 828 p
5 Eletrocircnica de potecircncia 1994 - PALMA Guilherme Rebouccedilas da Satildeo Paulo Eacuterica 1994 259 p
6 Dispositivos eletrocircnicos e teoria de circuitos - 8 ed 2004 -
BOYLESTAD Robert L NASHELSKY Louis CAMARGO Joseacute Bueno de NASCIMENTO Joseacute Lucimar do PERTENCE JUNIOR Antonio (Coord) Satildeo Paulo Pearson Prentice Hall 2004 672 p
7 Rodrigues Isac Zilli Notas de aula da disciplina de Eletrocircnica II do Curso de Engenharia
Eleacutetrica da UPF Passo Fundo RS 2000
8 Ghirardello Ariovaldo Apostila sobre Modulaccedilatildeo PWM Coleacutegio Politec
9 Electronics Workbench Versatildeo 512
10 LabcenterElectronics 1989-2008 Release 75 SP3
3
Sumaacuterio
1 ndash Introduccedilatildeo 4
2 - Aplicaccedilotildees de eletrocircnica de potencia 5
3 - Diodo 6
4 - Transistor BJT 11
5 - Transistor FET 14
7 - Tiristor 17
71 - Tiristor SCR 18
72 - Tiristor TRIAC 21
8 - Diac 24
9 - Retificadores a tiristor 25
11 - Soft-Starter 30
12 - Inversores 31
13 - Dissipadores 33
Apecircndice A 37
Laboratoacuterio 1 38
Laboratoacuterio 2 41
Laboratoacuterio 3 43
Laboratoacuterio 4 44
Laboratoacuterio 5 46
Laboratoacuterio 6 47
Laboratoacuterio 7 48
Apendice B 49
Coacutedigo de resistores 49
Capacitores ceracircmicos 50
Apecircndice C 53
Osciloscoacutepio 53
4
1 ndash Introduccedilatildeo A Eletrocircnica Industrial eacute uma das aacutereas mais novas da Eletrocircnica Associa conhecimentos em diversas aacutereas como controle instrumentaccedilatildeo circuitos eleacutetricos e diversas outras O estudo desta aacuterea possui uma importacircncia fundamental pois atraveacutes dos experimentos eacute possiacutevel visualizar e compreender consolidando entatildeo conceitos que jaacute foram estudados ateacute entatildeo teoricamente
Atraveacutes dos dispositivos semicondutores de potecircncia associados agrave circuitos eletrocircnicos discreto torna-se possiacutevel acionar e controlar diversos tipos de cargas industriais Como veremos no decorrer do livro
Nesta abordagem consideremos que o estudante jaacute tem uma iniciaccedilatildeo ao estudo da eletrocircnica para que sejam mais proveitosas as paacuteginas que se sucedem
5
2 - Aplicaccedilotildees de eletrocircnica de potencia
bull Controle e acionamentos de maacutequinas eleacutetricas bull Controladores industriais bull Combina Potecircncia Eletrocircnica e Controle bull Aplicaccedilatildeo de eletrocircnica de estado soacutelido para controle e conversatildeo de energia eleacutetrica bull Baseia-se no chaveamento no chaveamento dos semicondutores de potencia bull Utiliza semicondutores de potencia e microeletrocircnica bull Controle de sistemas de aquecimento bull Controle de luminosidade bull Fontes de alimentaccedilatildeo
Principais interruptores em eletrocircnica de potencia
bull Diodos de potencia bull Transistores de potencia (BPT IGBT) bull MOSFETs de potencia bull Tiristores (SCR TRIAC DIAC)
6
3 - Diodo Haacute vaacuterios diodos desenvolvidos especificamente para suportar as demandas de alta potencia e alta temperatura de algumas aplicaccedilotildees O emprego mais frequumlente de diodos de potencia ocorre no processo de retificaccedilatildeo A maioria dos diodos de potencia eacute a base de siliacutecio devido agraves altas correntes e temperaturas Para que flua uma corrente elevada a aacuterea da junccedilatildeo deve ser maior reduzindo assim a resistecircncia do diodo Se essa resistecircncia direta fosse muito grande as perdas I2R seriam excessivas As altas temperaturas resultantes do fluxo denso de corrente exigem na maioria dos casos que sejam utilizados dissipadores de calor para escoar o calor do elemento
Retificador monofaacutesico de meia onda com carga resistiva
Figura 1
Formas de ondas
Figura 2
7
Retificador monofaacutesico de onda completa com ponto meacutedio e em ponte
Figura 3 Ponto meacutedio
Figura 4 Ponte
A forma de onda para o circuito de ponte meacutedio
Figura 5
As formas de onda de tensatildeo e corrente satildeo idecircnticas as do retificador de ponto meacutedio Vantagens de retificador de onda completa em relaccedilatildeo ao de meia-onda
bull A tensatildeo meacutedia na carga eacute duas vezes maior bull A corrente de carga apresenta menor distorccedilatildeo harmocircnica
8
Retificador trifaacutesico com ponto meacutedio
Figura 6
As harmocircnicas desconsideradas
O valor meacutedio da tensatildeo eacute
Figura 7
9
Retificador trifaacutesico de onda completa ponte de Graetz
Figura 8
O valor meacutedio da tensatildeo eacute
Figura 9
bull Cada diodo conduz durante um intervalo igual a 120o
bull Existe sempre dois diodos em conduccedilatildeo um no grupo positivo e outro no grupo negativo do conversor
bull Ocorre uma comutaccedilatildeo a cada 60o
10
Associaccedilotildees em seacuterie e em paralelo
Um conjunto de diodos do mesmo tipo associados em serie apresenta uma capacidade de corrente direta igual a capacidade de cada unidade A tensatildeo maacutexima reversa entretanto seraacute a soma das tensotildees maacuteximas reversas individuais Eacute importante que os diodos sejam do mesmo tipo ou haveraacute uma distribuiccedilatildeo irregular da tensatildeo entre eles causando a ruptura em um valor inferior a esta soma
Figura 10 Permanece a mesma I e somam-se V
A montagem de diodos em paralelo costuma ser problemaacutetica e deve ser substituiacuteda por um uacutenico
diodo com maior capacidade de corrente sempre que possiacutevel Nos diodos associados em paralelo a tendecircncia seraacute de que aquele com a menor barreira de tensatildeo comecem a conduzir primeiro assumindo a maior parte (senatildeo toda) a corrente do circuito Portanto natildeo eacute suficiente que os diodos sejam do mesmo tipo e preciso que resistores de baixo valor montados conforme a figura abaixo contrabalance esta tendecircncia permitindo uma divisatildeo quase igual de corrente O valor destes resistores deve ser tal que provoque uma queda de tensatildeo de cerca de 05V para a corrente maacutexima do diodo associado Ou seja para diodos de 1A seraacute necessaacuteria uma resistecircncia de aproximada 05Ω Note que alem dos 07V perdidos na barreira de tensatildeo do diodo outros 05V seratildeo perdidos no resistor com uma dissipaccedilatildeo de calor igual a 05 vezes a corrente
Figura 11 Permanece a mesma V e somam-se as I
Relembrando Tipo 1N4001 1N4002 1N4003 1N4004 1N4005 1N4006 1N4007 Tensatildeo de pico reversa (V) 50 100 200 400 600 800 1000 Tensatildeo RMS reversa (V) 35 70 140 280 420 560 700 Corrente de saiacuteda (A) 1
Temos tambeacutem Tipo 1N4012 1N4014 1N3970 1N3927 1N1189 Tensatildeo de pico reversa (V) 700 900 600 2500 500 Corrente de saiacuteda (A) 12 12 50 10 35
Este satildeo apenas alguns diodos de potecircncia
11
4 - Transistor BJT
Os transistores bipolar de potecircncia representaram um importante passo no desenvolvimento de componentes de meacutedia potecircncia atingindo tensotildees de bloqueio da ordem de 1000V conduzindo correntes de 500A Embora estes valores natildeo permitam sua aplicaccedilatildeo direta estes dispositivos satildeo a base para uma seacuterie de outros conversores para condicionamento de energia eleacutetrica
Transistores do tipo NPN os eleacutetrons satildeo atraiacutedos do emissor pelo potencial positivo da base tendo em mente a corrente real de eleacutetrons J1 se transforma num diodo diretamente polarizado Esta camada central eacute suficientemente fina para que a maior parte dos portadores tenha energia cineacutetica suficiente para atravessaacute-la chegando agrave regiatildeo de transiccedilatildeo de J2 sendo entatildeo atraiacutedos pelo potencial positivo do coletor
A figura abaixo mostra uma estrutura tiacutepica de um transistor bipolar de potecircncia As bordas arredondadas da regiatildeo de emissor permitem uma homogeneizaccedilatildeo do campo eleacutetrico necessaacuteria agrave manutenccedilatildeo de ligeiras polarizaccedilotildees reversas entre base e emissor O TBP natildeo sustenta tensatildeo no sentido oposto porque a alta dopagem do emissor provoca a ruptura de J1 em baixas tensotildees (5 a 20V)
Figura 12 Estrutura baacutesica de um transistor de potecircncia
O controle de VBE determina a corrente de base IB que por sua vez se relaciona com IC pelo
ganho de corrente do dispositivo Para suportar tensotildees elevadas existe uma camada intermediaacuteria do coletor com baixa dopagem a qual define a tensatildeo de bloqueio do componente
Porem uma das principais limitaccedilotildees dos transistores bipolares de potecircncia eacute o baixo valor do ganho de corrente β (muitas vezes inferior a 10) com isto muitas vezes satildeo utilizados estes transistores na regiatildeo de saturaccedilatildeo e bloqueio ou como chave
Figura 13
Para que o transistor opere como chave aberta eacute necessaacuterio que a tensatildeo de entrada VE seja menor que VBE de conduccedilatildeo E para que o transistor opere como chave fechada eacute preciso que a tensatildeo de entrada VE seja maior que VBE de conduccedilatildeo
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Vamos a um exemplo Para dimensionarmos RB e RC vamos utilizar a analise das malhas
Entrada VRB = VCC - VBE
Saiacuteda VRC = VCC - VCE
Figura 14
Paracircmetros do 2SC5353 VBEsat = 13V VCEsat = 1V βsat = 10 O RC eacute como se fosse a carga a ser controlada entatildeo para dimensionarmos os resistores de
polarizaccedilatildeo temos que definir uma carga concluiacutemos entatildeo que teremos que calcular na verdade soacute o RB jaacute que foi definido que carga teremos que controlar
O RC definido foi de 800Ω
Malha de saiacuteda
VRC = VCC ndash VCEsat
VRC = 180 ndash 1 there4 VRC =179V
IRC = IC
IC = C
RC
R
V there4 IC = 2237mA
Potencia de RC
PRC = 2CsatC IR sdot there4 800 x (2237x10-3)2
PRC = 40W
Podemos entatildeo substituir o resistor por
uma lacircmpada de 40W180V
Malha de entrada
VRB = VCC ndash VBE
VRB = 12 ndash 13 there4 VRB = 107V
IB = βCI
there4
IB =10
107223 3minustimes there4 IB = 2237mA
RB = B
RB
I
V there4 RB =
3107322
710minustimes
RB = 4783Ω Valor comercial RB = 470 Ω
Potencia de RB
PRB = 2BsatB IR sdot
PRB = 470 x (2273x10-3)2
PRB = 2352mW (14W)
Estes caacutelculos satildeo para o interruptor na posiccedilatildeo ligado quando o interruptor passa para a posiccedilatildeo desligado a entrada eacute aterrada (VEltVBE) causando o corte do transistor consequumlentemente a lacircmpada iraacute apagar
O uso preferencial de TBP tipo NPN se deve agraves menores perdas em relaccedilatildeo aos PNP o que ocorre por causa da maior mobilidade dos eleacutetrons em relaccedilatildeo agraves lacunas reduzindo principalmente os tempos de comutaccedilatildeo do componente em outras palavras os transistores do tipo NPN satildeo mais raacutepidos do que os do tipo PNP
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Conexatildeo Darlington
Como jaacute mencionado transistores de potecircncia geralmente tecircm ganhos menores e precisam correntes altas na base para a plena conduccedilatildeo O transistor do exemplo anterior pode exigir 1A para controlar uma corrente de 3A Para solucionar este problema existe um arranjo que eacute chamado de Darlington esta configuraccedilatildeo consiste em conectar dois transistores do mesmo tipo de maneira que o ganho de corrente de um transistor β1 e o do outro β2 entatildeo o ganho de corrente do arranjo seraacute igual a βD = β1xβ2 Outra caracteriacutestica desta configuraccedilatildeo eacute conseguir uma alta impedacircncia de entrada Normalmente este tipo de ligaccedilatildeo eacute feito em um uacutenico encapsulamento Neste caso o valor de ganho eacute muito grande e uma corrente bem pequena na base jaacute leva o transistor ao estado de plena conduccedilatildeo O ocircnus por esta sensibilidade de corrente baixa de base eacute o fato de que a tensatildeo VBDED eacute maior que em um transistor normal pois temos que polarizar em vez de um mas dois diodos para que comece a ocorrer a conduccedilatildeo
Figura 15 Conexatildeo Darlington
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5 - Transistor FET
O surgimento do MOSFET representou um grande avanccedilo tecnoloacutegico por ser de fabricaccedilatildeo muito simples ter uma alta impedacircncia de entrada e baixo ruiacutedo proporcionar integraccedilatildeo em larga escala isto eacute por ter tamanho reduzido cerca de 20 vezes menos que o transistor bipolar permitindo assim que um grande numero de transistores sejam produzidos em um mesmo circuito integrado
O MOSFET de potencia eacute um semicondutor com capacidade de controle de corrente por meio de tensatildeo aplicada entre os terminais gate e source a exemplo do TBP o transistor FET pode trabalhar com tensotildees tambeacutem elevadas na ordem dos 1000V e correntes em torno de 200A mas sua principal vantagem eacute por ser acionado por tensatildeo a sua arquitetura disponibiliza uma elevada velocidade de chaveamento tornando-o indicado para as aplicaccedilotildees de frequumlecircncia elevada (centenas de kHz)
Para VGS lt 0 os eleacutetrons do canal n satildeo repelidos aumentando assim a camada de depleccedilatildeo proacutexima da camada oacutexido Assim haacute uma diminuiccedilatildeo na aacuterea do canal n (estrangulamento) sendo estabelecida uma alta resistecircncia RDS Deste modo natildeo haacute circulaccedilatildeo de corrente IDS Para IDS igual a zero a tensatildeo VGS eacute chamada de tensatildeo de estrangulamento (pinch-off) VP Para VGS gt 0 o canal n torna-se largo reduzindo drasticamente a resistecircncia RDS sendo assim estabelecida a corrente IDS O MOSFET com canal p tem a s polaridades das tensotildees e correntes invertidas
Figura 16
Estrutura baacutesica de transistor MOSFET Uma pequena corrente de gate eacute necessaacuteria apenas para carregar e descarregar as capacitacircncias de
entrada do transistor desta forma o melhor modo de polarizaccedilatildeo de um FET eacute empregando uma fonte de baixa impedacircncia de saiacuteda jaacute que temos na estrutura do gate uma capacitacircncia parasita gate-fonte CGS que eacute inerente ao componente desta forma natildeo existe meios de minimizaacute-lo
Estes transistores em geral satildeo de canal N por apresentarem menores perdas e maior velocidade de comutaccedilatildeo devido agrave maior mobilidade dos eleacutetrons em relaccedilatildeo agraves lacunas
Abaixo temos um exemplo de polarizaccedilatildeo de gate de baixa impedacircncia tambeacutem teraacute que utilizar fonte de pulsos de baixa impedacircncia como foi dito antes
Figura 17
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Outra forma de obter um circuito de disparo eacute o demonstrado abaixo porem eacute importante notar nesta situaccedilatildeo que estamos atrelados a transistores bipolares natildeo sendo aconselhaacutevel a altas frequumlecircncias ou pelo menos dar uma olhada no datasheet dos transistores que seratildeo utilizados com atenccedilatildeo a frequumlecircncia maacutexima de trabalho
Figura 18
Este circuito nada mais eacute do que um gate driver que pode se fazer com componentes discretos ou com auxilio de CIs fabricados especialmente para isto a saiacuteda pode ser para um MOSFET ou para vaacuterios deles Isto eacute mais faacutecil de verificar em IGBTs que seraacute estudado em seguida
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6 ndash Transistor IGBT O IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) alia a facilidade de acionamento dos MOSFET com as pequenas perdas em conduccedilatildeo dos TBP Sua velocidade de chaveamento eacute superior agrave dos transistores bipolares Os limites atuais de tensatildeo e corrente em dispositivos uacutenicos estatildeo em torno de 2kV e 1000A o que indica que tal componente pode ser utilizado em aplicaccedilotildees de potecircncia
O controle de componente eacute anaacutelogo ao do MOSFET ou seja pela aplicaccedilatildeo de uma polarizaccedilatildeo entre gate e emissor Tambeacutem para o IGBT o acionamento eacute feito por tensatildeo O IGBT possui uma corrente maacutexima que natildeo deve ser ultrapassada se isso ocorrer natildeo se consegue cortar o IGBT retirando a tensatildeo do Gate A corrente fluiraacute pelo dreno sem controle e isso poderaacute danificar o componente Esse fato eacute conhecido por LatchUp Princiacutepio de funcionamento
A estrutura do IGBT eacute similar agrave do MOSFET mas com a inclusatildeo de uma camada P+ que forma o coletor do IGBT como mostrado na figura abaixo Em termos simplificados pode-se analisar o IGBT como um MOSFET no qual a regiatildeo N- tem sua condutividade modulada pela injeccedilatildeo de portadores minoritaacuterios (lacunas) a partir da regiatildeo P+ uma vez que J1 estaacute diretamente polarizada Esta maior condutividade produz uma menor queda de tensatildeo em comparaccedilatildeo a um MOSFET similar A maacutexima tensatildeo suportaacutevel eacute determinada pela junccedilatildeo J2 (polarizaccedilatildeo direta) e por J1 (polarizaccedilatildeo reversa) Como J1 divide 2 regiotildees muito dopadas conclui-se que um IGBT natildeo suporta tensotildees elevadas quando polarizado reversamente
Figura 19 Estrutura baacutesica de IGBT
A entrada em conduccedilatildeo eacute similar ao MOSFET sendo um pouco mais lenta a queda da tensatildeo Vce uma vez que isto depende da chegada dos portadores vindos da regiatildeo P+ Para o desligamento no entanto tais portadores devem ser retirados Nos TBPs isto se daacute pela drenagem dos portadores via base o que natildeo eacute possiacutevel nos IGBTs devido ao acionamento isolado A soluccedilatildeo encontrada foi a inclusatildeo de uma camada N+ na qual a taxa de recombinaccedilatildeo eacute bastante mais elevada do que na regiatildeo N- Desta forma as lacunas presentes em N+ recombinam-se com muita rapidez fazendo com que por difusatildeo as lacunas existentes na regiatildeo N- refluam apressando a extinccedilatildeo da carga acumulada na regiatildeo N- possibilitando o restabelecimento da barreira de potencial e o bloqueio do componente
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7 - Tiristor
O tiristor e o SCR satildeo facilmente confundidos pois estatildeo relacionados ao mesmo componente Tiristor eacute o nome de uma famiacutelia de componentes da qual o SCR faz parte O SCR eacute um diodo controlado muito utilizado em equipamentos de controle industrial que iremos ver detalhadamente mais tarde Funcionamento de uma forma geral O tiristor eacute um dispositivo semicondutor de quatro camadas de estrutura PNPN com trecircs junccedilotildees PN Tem trecircs terminais Anodo Catodo e Gatilho Os terminais anodo e catodo quando polarizados diretamente soacute comeccedilam a conduzir se receber um comando no terminal gatilho Uma vez conduzindo ele se comportara como um diodo em conduccedilatildeo e natildeo haacute controle sobre o dispositivo Desligamento A corrente de anodo eacute conservada abaixo da corrente de manutenccedilatildeo por um tempo suficiente grande de forma que todos os portadores em excesso nas quatro camadas sejam eliminados ou recombinados
Alguns toacutepicos que devem ser levado em consideraccedilatildeo em projeto de circuitos de controle de gatilho
1- O sinal de gatilho deve ser retirado apoacutes o disparo do tiristor Um sinal contiacutenuo aumentaria a perda de potencia na junccedilatildeo do gatilho
2- Enquanto o tiristor estiver reversamente polarizado natildeo devera haver sinal de gatilho De outra forma o tiristor poderia falhar devido a um aumento de corrente de fuga
3- A largura do pulso de gatilho IG tem que ser maior que o tempo necessaacuterio para a corrente do anodo crescer ateacute o valor da corrente de manutenccedilatildeo IH Na praacutetica a largura do pulso no tiristor TON
Tipos de Tiristores Tiristor de controle de fase SCR Tiristor triodo bidirecional TRIAC Tiristor de desligamento pelo gatilho GTO Tiristor de conduccedilatildeo reversa RCT Tiristor de induccedilatildeo estaacutetica SITH Tiristor de desligamento auxiliado pelo gatilho GATT Retificador controlado de siliacutecio controlado por luz LASCR Tiristores controlados por MOS MCTs
Conversatildeo e o controle de grandes quantidades de potencia em sistemas CC e CA utilizando apenas uma pequena potencia para controle pois apresenta chaveamento raacutepido pequeno porte e altos valores de corrente e tensatildeo
Algumas exemplos de aplicaccedilotildees
bull Controle de reles e motores bull Fontes de tensatildeo regulada bull Inversores CC-CA bull Controle de iluminaccedilatildeo
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71 - Tiristor SCR Siacutembolo
O SCR eacute um dispositivo semicondutor de quatro camadas de estrutura PNPN com trecircs junccedilotildees PN Ele tem trecircs terminais anodo catodo e gatilho como eacute visto na figura abaixo
Figura 20
O SCR tal como um diodo soacute conduz corrente no sentido do anodo para o catodo mas apenas quando lhe aplicamos um sinal de tensatildeo no terminal chamado gatilho este meacutetodo de disparo eacute o mais utilizado para se disparar o SCR Mas existem outras formas de disparo normalmente indesejado e em alguns casos podem destruir o componente
Disparo por sobretensatildeo Quando o SCR estaacute polarizado diretamente e aumenta-se a tensatildeo VAK J1 e J3 estatildeo polarizados diretamente mas J2 estaacute reversamente polarizado veja a figura acima Com o aumento de VAK os portadores satildeo acelerados na junccedilatildeo J2 podendo atingir uma energia tatildeo grande que provocaratildeo o fenocircmeno avalanche Esse fenocircmeno faz com que muitos eleacutetrons choquem-se e saiam das orbitas dos aacutetomos da rede Estando disponiacuteveis para a conduccedilatildeo esses eleacutetrons permitem que a corrente de anodo cresccedila Aumentando a corrente de anodo estabelece-se a realimentaccedilatildeo entre os terminais mantendo o SCR disparado Este tipo de disparo eacute chamado de Tensatildeo de Breakover (VBO) Disparo por variaccedilatildeo de tensatildeo (dvdt) Para que um capacitor armazene carga eleacutetrica eacute necessaacuterio haver uma variaccedilatildeo de tensatildeo(∆v) no capacitor em um intervalo de tempo (∆t) eacute necessaacuterio que circule ainda uma corrente i pelo capacitor quando estas variaccedilotildees satildeo muito pequenas a expressatildeo que relaciona estas grandezas eacute apresentada abaixo
dt
dvCi =
Em um SCR polarizado diretamente J2 estaacute reversamente polarizado Nesta junccedilatildeo existe carga armazenada iacuteons positivos de um lado e iacuteons negativos do outro Isto eacute como um capacitor carregado Assim natildeo havendo pulso no gatilho fechando-se S1 a capacitacircncia de J2 faraacute com que circule uma corrente de gatilho Como esta variaccedilatildeo eacute muito grande a corrente resultante seraacute muito grande Essa
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corrente poderaacute ser suficiente para estabelecer o processo de realimentaccedilatildeo fazendo com que o componente entre em conduccedilatildeo
Figura 21
Esse disparo normalmente indesejado pode ser evitado pela accedilatildeo de um circuito de proteccedilatildeo
chamado snubber esse circuito eacute formado por um resistor em serie com um capacitor colocados em paralelo com o SCR
Figura 22 Circuito snubber colocado em paralelo com o SCR
Os meacutetodos de comutaccedilatildeo ou de bloqueio de um SCR significa cortar a corrente que ele conduz e impedir que ele retorne a conduccedilatildeo A comutaccedilatildeo estaraacute completa quando a corrente no sentido direto for anulado e a reaplicaccedilatildeo de tensatildeo direta entre os terminais catodo e anodo natildeo provocarem o retorno do estado de conduccedilatildeo A comutaccedilatildeo natural ocorre quando se reduz a corrente de anodo a um valor abaixo de IH chamada corrente de manutenccedilatildeo (holding current) o SCR eacute bloqueado Este bloqueio pode ser visto melhor na figura abaixo Com S2 aberto mesmo com S1 fechado o SCR estaacute bloqueado pois natildeo haacute corrente no gatilho Fechando S2 pelo R circula uma corrente de gatilho que eacute suficiente para disparar o SCR Abrindo entatildeo S1 a corrente na lacircmpada anula-se e o SCR bloqueia Outro modo de obter a comutaccedilatildeo natural seria trocar a fonte de tensatildeo continua por uma tensatildeo alternada porem o SCR conduziria somente no semi-ciclo positivo natildeo havendo fluxo de corrente no semi-ciclo negativo
Figura 23 Meacutetodo mais utilizado
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Haacute tambeacutem um outro meacutetodo chamado comutaccedilatildeo forccedilada mais usual em circuitos CC a teacutecnica consiste em desviar a corrente por um caminho de menor impedacircncia a corrente que passa pelo SCR iraacute cair abaixo de IH provocando o bloqueio Como podemos ver no circuito abaixo
Figura 24
Com todas as chaves abertas o SCR estaacute bloqueado e a lacircmpada estaacute apagada Fechando-se a CH1 o circuito da lacircmpada e do SCR estaraacute energizado Como natildeo haacute corrente no gatilho o SCR continuaraacute bloqueado a lacircmpada apagada Quando S2 fechar circulara pelo resistor uma corrente suficiente para alimentar o gatilho do SCR que disparara e acenderaacute a lacircmpada Com a lacircmpada acesa S2 pode se novamente aberta sem que o SCR bloqueie e a lacircmpada se apague Agora fechando S3 naturalmente a lacircmpada natildeo se apagara pois a chave curto-circuitaraacute o SCR ficando a lacircmpada alimentada diretamente pela tensatildeo da fonte Como o SCR real natildeo eacute um curto-circuito toda a corrente da lacircmpada ira passar por S3 e a corrente do SCR cairaacute agrave zero o SCR entatildeo ira bloquear Com o SCR bloqueado abrindo-se a chave S3 a lacircmpada apagara Assim soacute seraacute outra vez acessa se S2 for novamente fechada provocando a corrente de gatilho no SCR Mas tambeacutem pode-se utilizar o SCR em tensatildeo alternada natildeo soacute em tensatildeo contiacutenua abaixo temos um exemplo de circuito com sua forma de onda
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72 - Tiristor TRIAC Siacutembolo O Triac eacute um dispositivo de 5 camadas tendo 2 caminhos P-N-P-N em ambos os sentidos entre o MT1 e MT2 e podendo conduzir nos dois sentidos como nos mostra claramente o seu siacutembolo Eletricamente o Triac equivale a ligaccedilatildeo de dois SCRs em antiparalelo e os terminais de gatilho ligados juntos O Triac pode ser levado a conduccedilatildeo pela aplicaccedilatildeo de uma corrente positiva ou negativa no gatilho embora seja mais sensiacutevel a aplicaccedilatildeo de uma corrente positiva quando MT2 eacute positivo e de uma corrente negativa quando MT1 eacute positivo Um TRIAC pode conduzir em ambos os sentidos e eacute normalmente utilizado em controle de fase CA Ele pode ser considerado como dois SCR conectados em antiparalelo com uma conexatildeo de gatilho comum como mostrado na figura abaixo
Como o TRIAC eacute um dispositivo bidirecional seus terminais natildeo podem ser designados como catodo e anodo Se o terminal MT2 for positivo em relaccedilatildeo ao terminal MT1 o TRIAC pode ser disparado pela aplicaccedilatildeo de um sinal positivo entre os terminais de gatilho G e MT1 Se o terminal MT2 for negativo em relaccedilatildeo a MT1 ele pode ser disparado pela aplicaccedilatildeo de um sinal negativo entre o gatilho G e MT1 Natildeo eacute necessaacuterio que se tenham ambas as polaridades do sinal de gatilho pois um TRIAC pode ser disparado com um sinal tanto positivo quanto negativo Na praacutetica as sensibilidades variam de um quadrante para outro e os triacs normalmente satildeo operados no I quadrante (tensatildeo e correntes de gatilho positivas) ou no quadrante III (tensotildees e correntes de gatilho negativas) como eacute visto na curva caracteriacutestica abaixo
a) Quadrante I VMT2 positivo e IG positivo b) Quadrante II VMT2 negativo e IG positivo c) Quadrante III VMT2 negativo e IG negativo d) Quadrante IV VMT2 positivo e IG negativo
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Entatildeo pode-se dizer que o triac pode fazer o controle de fase em uma carga como no circuito abaixo
Variando o potenciocircmetro R2 podemos disparar o triac em vaacuterios acircngulos da onda como demonstra o graacutefico abaixo
Porem com este circuito eacute impossiacutevel efetuar disparos aleacutem dos 90deg em cada semi-ciclo por exemplo se desejarmos disparar em 25deg que a tensatildeo instantacircnea eacute de Vx e o potenciocircmetro estaacute ajustado com este valor de tensatildeo de rede se utilizar o mesmo raciociacutenio para disparar em 155deg a tensatildeo instantacircnea seraacute a mesma consequumlentemente teraacute a mesmo ajuste do potenciocircmetro que e iraacute disparar em 25deg e natildeo em 155deg A figura abaixo ajuda esclarecer este raciociacutenio
Entatildeo para resolvermos a limitaccedilatildeo no acircngulo de disparo menor ou igual a 90deg eacute associarmos com os resistores jaacute existentes um capacitor como no circuito abaixo formando entatildeo uma rede defasadora
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O valor desta defasagem eacute dada pela equaccedilatildeo τ=(R1+R2)C Variando R2 consegue-se
variar o angula de disparo do Triac Porem como o capacitor nem sempre se carrega apartir de uma tensatildeo fixa natildeo se tem uma regularidade no disparo
Para resolvermos este problema estudaremos o Diac na sequumlecircncia
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8 - Diac Os diacs satildeo diodos de disparo bidirecional composto por trecircs camadas (PNP) com a simples funccedilatildeo de disparar tiristores Sua construccedilatildeo assemelha-se a de um transistor bipolar poreacutem difere na dopagem do cristal N
Seu funcionamento eacute simples Para passar do estado de bloqueio para o estado de conduccedilatildeo eacute preciso ultrapassar a tensatildeo de ruptura (VR) rompendo assim a junccedilatildeo polarizada inversamente podendo a corrente fluir em ambos sentidos
Para voltar ao estado de bloqueio basta remover a tensatildeo por alguns instantes Os diacs servem para controlar o disparo de triacs quando uma tensatildeo de referecircncia chegar a certo valor
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9 - Retificadores a tiristor A estrutura baacutesica de retificadores controlado consiste na mesma metodologia vista anteriormente com diodos porem com esta estrutura somente os semiciclos positivos da fonte de alimentaccedilatildeo seratildeo aplicados na carga quando os SCRs forem disparados Jaacute os semiciclos negativos satildeo omitidos como jaacute estudado anteriormente Agora temos um circuito de controle dos gatilhos dos SCRs mais requintado podendo fazer o controle entre 0deg a 180deg Vamos dar exemplos de montagem dos circuitos para que seja melhor entendido
Retificador monofaacutesico de meia onda
Retificador monofaacutesico de onda completa com ponto meacutedio
Retificador monofaacutesico em ponte completa
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Retificador semi-controlado ou em ponte mista
Retificador trifaacutesico de meia onda
Retificador trifaacutesico de onda completa (Ponte de Graetz)
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10 - PWM Para comeccedilarmos o estudo do PWM que vem do inglecircs Pulse Width Modulation ou seja modulaccedilatildeo
por largura de pulso temos que ter alguns preacute-requisitos em mente Uma maneira tradicional de se controlar a potencia de uma carga eacute atraveacutes de um potenciocircmetro ou reostato em seacuterie com a carga conforme mostra a figura abaixo este tipo de controle eacute denominada linear
Variando-se a resistecircncia do potenciocircmetro pode-se modificar a corrente na carga e portanto a potecircncia aplicada a ela
A grande desvantagem deste tipo de controle eacute que a queda de tensatildeo multiplicada pela corrente no R em seacuterie representa uma potencia na forma de calor Conforme o ajuste deste o controle passa a dissipar mais potencia que a carga
O R tem de ser capaz de dissipar esta potencia sendo assim o seu tamanho fiacutesico cresce proporcionalmente com a sua potencia tornando-se caro Embora este controle seja ateacute intuitivo porem natildeo eacute muito inteligente no que diz respeito de desperdiacutecio de energia Consideremos entatildeo o mesmo circuito soacute trocamos o controle como podemos ver no desenho abaixo
Consideremos ainda que esta chave tem uma accedilatildeo muito raacutepida Quando o interruptor estaacute aberto natildeo haacute corrente na carga e a potecircncia aplicada eacute nula No instante em que o interruptor eacute fechado a carga recebe a tensatildeo total da fonte e a potecircncia aplicada eacute maacutexima
Entatildeo para termos uma potencia de 50 a ideacuteia eacute deixarmos um tempo x com a chave ligada e o mesmo tempo com a chave desligada Isso significa que em meacutedia teremos metade do tempo com corrente e metade do tempo sem corrente concluindo que a potencia ficaraacute em 50
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A potecircncia meacutedia e portanto a proacutepria tensatildeo meacutedia aplicada agrave carga eacute neste caso 50 da tensatildeo de entrada
Veja que o interruptor fechado pode definir uma largura de pulso pelo tempo em que ele fica nesta condiccedilatildeo e um intervalo entre pulsos pelo tempo em que ele fica aberto Os dois tempos juntos definem o periacuteodo e portanto uma frequecircncia de controle
A relaccedilatildeo entre o tempo em que temos o pulso e a duraccedilatildeo de um ciclo completo de operaccedilatildeo do interruptor nos define ainda o ciclo ativo conforme eacute mostrado na figura 5
Variando-se a largura do pulso e tambeacutem o intervalo de modo a termos ciclos ativos diferentes podemos controlar a potecircncia meacutedia aplicada a uma carga Assim quando a largura do pulso varia de zero ateacute o maacuteximo a potecircncia tambeacutem varia na mesma proporccedilatildeo conforme estaacute indicado na figura 6
Este princiacutepio eacute usado justamente no controle PWM modulamos (variamos) a largura do pulso de modo a controlar o ciclo ativo do sinal aplicado a uma carga e com isso a potecircncia aplicada a ela
Na praacutetica substituiacutemos o interruptor por algum dispositivo de estado soacutelido que possa abrir e fechar o circuito rapidamente como por exemplo um transistor bipolar um FET de potecircncia um IGBT ou ateacute mesmo um SCR
A este dispositivo eacute entatildeo ligado um oscilador que possa ter seu ciclo ativo controlado numa grande faixa de valores Na praacutetica eacute difiacutecil chegar agrave duraccedilatildeo zero do pulso e agrave 100 jaacute que isso implicaria na parada do oscilador mas podemos chegar bem perto disso
Na operaccedilatildeo de um controle por PWM existem diversas vantagens a serem consideradas e alguns pontos para os quais o projetista deve ficar atento para natildeo jogar fora estas vantagens
Na condiccedilatildeo de aberto nenhuma corrente circula pelo dispositivo de controle e portanto sua dissipaccedilatildeo eacute nula Na condiccedilatildeo de fechado teoricamente se ele apresenta uma resistecircncia nula a queda de tensatildeo eacute nula e ele natildeo dissipa tambeacutem nenhuma potecircncia
Isso significa que na teoria os controles PWM natildeo dissipam potecircncia alguma e portanto consistem em soluccedilotildees ideais para este tipo de aplicaccedilatildeo
Na praacutetica entretanto isso natildeo ocorre Em primeiro lugar os dispositivos usados no controle natildeo satildeo capazes de abrir e fechar o circuito num tempo infinitamente pequeno Eles precisam de um tempo para mudar de estado e neste intervalo de tempo sua resistecircncia sobe de um valor muito pequeno ateacute infinito e vice-versa numa curva de comutaccedilatildeo semelhante a mostrada na figura 10
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Neste intervalo de tempo a queda de tensatildeo e a corrente atraveacutes do dispositivo natildeo satildeo nulas e uma boa quantidade de calor poderaacute ser gerada conforme a carga controlada Dependendo da frequecircncia de controle e da resposta do dispositivo usado uma boa quantidade de calor poderaacute ser gerada neste processo de comutaccedilatildeo
Entretanto mesmo com este problema a potecircncia gerada num controle PWM ainda eacute muito menor do que num circuito de controle linear equivalente Transistores de comutaccedilatildeo raacutepidos FETs de potecircncia e outros componentes de chaveamento podem ser suficientemente raacutepidos para permitir que projetos de controles de potecircncias elevadas sejam implementados sem a necessidade de grandes dissipadores de calor ou que tenham problemas de perdas de energia por geraccedilatildeo de calor que possam ser preocupantes
O segundo problema que poderaacute surgir vem justamente do fato de que os transistores de efeito de campo ou bipolares usados em comutaccedilatildeo natildeo se comportam como resistecircncias nulas quando saturados Os transistores bipolares podem apresentar uma queda de tensatildeo de ateacute alguns volts quando saturados o mesmo ocorrendo com os FETs
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11 - Soft-Starter
Soft start eacute um dispositivo eletrocircnico composto de pontes tiristorizadas a fim de controlar a corrente de partida de motores de corrente alternada trifaacutesicos o controle da tensatildeo reduzida eacute feita ajustando-se o acircngulo de disparo de um par de SCRs dispostos em antiparalelo em cada fase do motor A medida que a tensatildeo vai aumentando a corrente aumenta para acelerar a carga de uma maneira suave e sem degraus Seu uso eacute comum em bombas centriacutefugas ventiladores e motores de elevada potecircncia cuja aplicaccedilatildeo natildeo exija a variaccedilatildeo de velocidade
A vantagem desta teacutecnica sobre as alternativas de custo baixo eacute a possibilidade de ajustarmos o torque do motor as necessidades de torque da carga
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12 - Inversores
Introduccedilatildeo A obtenccedilatildeo de uma tensatildeo alternada a partir de uma fonte CC eacute muitas vezes necessaacuteria para a
alimentaccedilatildeo de diversas cargas Os conversores que realizam a transformaccedilatildeo CC-CA satildeo chamados de inversores Como exemplos de aplicaccedilotildees pode-se citar o controle de velocidade de motores de corrente alternada fontes de alimentaccedilatildeo ininterrupta (no-break) entre varias outras aplicaccedilotildees
Qualquer sistema no qual o fornecimento da energia eleacutetrica natildeo pode ser interrompido deve prever uma fonte de emergecircncia para supri-lo Quando a potecircncia instalada eacute muito grande tem-se em geral um sistema de acionamento imediato alimentado a partir de baterias e um sistema motor-gerador que por necessitar de alguns minutos para estar em condiccedilotildees ideais de operaccedilatildeo natildeo pode ser usado de imediato Tal arranjo eacute usado por exemplo em centrais telefocircnicas hospitais etc Topologias Baacutesicas
Inversor Monofaacutesico em Ponte A estrutura do inversos monofaacutesico em ponte alimentando carga resistiva estaacute representado na
Figura abaixo
As formas de onda de interesse satildeo apresentadas na figura abaixo Com S1 e S4 em conduccedilatildeo a
tensatildeo na carga eacute igual a E quando S2 e S3 estatildeo em conduccedilatildeo ela torna-se igual a -E
Quando a carga for indutiva devem ser adicionados a estrutura do circuito mostrado acima os
diodos de circulaccedilatildeo D1 D2 D3 e D4 como indica a figura abaixo Observe que com carga indutiva a fonte E deve ser reversiacutevel em corrente
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Etapas de funcionamento do inversor em ponte alimentando carga indutiva
Inversor Monofaacutesico em Ponto Meacutedio Este circuito representado na figura abaixo emprega apenas um braccedilo sendo desse modo mais
simples de ser comandado que o inversor em ponte porem a sua desvantagem eacute a tensatildeo de saiacuteda ser a metade
Inversor Monofaacutesico em Ponte
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13 - Dissipadores
A circulaccedilatildeo de corrente eleacutetrica por qualquer elemento provoca uma dissipaccedilatildeo de potecircncia igual ao produto do quadrado da corrente pela resistecircncia do circuito O objetivo eacute estabelecer criteacuterios para o dimensionamento de sistemas de dissipaccedilatildeo do calor produzido por componentes eletrocircnicos especialmente semicondutores de potecircncia (diodostransistores tiristores etc) buscando a proteccedilatildeo de tais componentes tendo como meta fundamental a elevada confiabilidade dos equipamentos nos quais os dispositivos satildeo empregados Deve-se buscar reduccedilatildeo de volume peso e custos
Caacutelculo da Potecircncia Dissipada
O caacutelculo da potecircncia dissipada deve ser feito via de regra pelo produto da tensatildeo pela corrente sobre o dispositivo em questatildeo
Comportamento em regime permanente potecircncia meacutedia
Nos dispositivos semicondutores de potecircncia o calor decorrente do efeito Joule eacute produzido na pastilha semicondutora fluindo daiacute para ambientes mais frios como o encapsulamento do dispositivo e o ambiente Este fluxo de calor depende de fatores como o gradiente de temperatura e as caracteriacutesticas teacutermicas dos meios e materiais envolvidos Define-se a grandeza ldquoresistecircncia teacutermicardquo como uma medida da dificuldade do fluxo de calor entre 2 meios ∆T diferenccedila de temperatura entre regiotildees de transferecircncia de calor P potecircncia meacutedia dissipada h coeficiente de transferecircncia de calor A aacuterea envolvida na transferecircncia de calor
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ANALOGIA COM CIRCUITO ELEacuteTRICO Em geral se faz uma analogia com um circuito eleacutetrico sendo a potecircncia meacutedia representada por uma fonte de corrente As temperaturas nos ambientes indicados (junccedilatildeo caacutepsula ambiente) satildeo anaacutelogas agraves tensotildees nos respectivos noacutes enquanto as resistecircncias teacutermicas satildeo as proacuteprias resistecircncias do modelo
Tj=Temperatura da junccedilatildeo Rtjc=Resistecircncia teacutermica entre junccedilatildeo e encapsulamento Tc=temperatura do encapsulamento Rtca=Resist Term Entre encapsulamento e ambiente Rtcd=Resist Entre encapsulament e dissipador Rtda=Resist Teacutermica entre dissipador e ambiente Partindo do anaacutelogo eleacutetrico chegamos a seguinte equaccedilatildeo tiacutepica Tj = Ta + P (Rtjc + Rtca) Exemplo 1 P = 20 W Rtjc = 2degCW Rtca = 10degCW Ta = 40degC Tjmax = 120degC Tc = Ta + P Rtca = 240degC Tj = Tc + P Rtjc = 280degC
Dissipadores de calor Considerando que natildeo seja possiacutevel reduzir a potecircncia meacutedia dissipada a alternativa para a proteccedilatildeo do semicondutor eacute colocar um dispositivo de baixa resistecircncia teacutermica entre o encapsulamento e o ambiente A este elemento colocado junto ao encapsulamento se diz ldquodissipador de calorrdquo Caracteriacutesticas dos dissipadores As principais caracteriacutesticas estatildeo relacionadas com dimensotildees e especialmente agrave sua superfiacutecie de contato com o ambiente Em geral estes dispositivos satildeo construiacutedos em alumiacutenio dada sua boa condutividade teacutermica (condiccedilatildeo indispensaacutevel) baixo custo e peso A figura mostra perfis tiacutepicos de dissipadores A utilizaccedilatildeo de grande nuacutemero de aletas eacute para aumentar a aacuterea de troca de calor A resistecircncia teacutermica para uma placa plana quadrada pode ser aproximadamente dada por
λ condutacircncia teacutermica (a 77o C) [W(oCcm)] W espessura do dissipador [mm]
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A aacuterea do dissipador [cm2] Cf fator de correccedilatildeo devido agrave posiccedilatildeo e tipo de superfiacutecie Na tabela abaixo satildeo dados alguns valores para os coeficientes da foacutermula O fator Cf varia com a posiccedilatildeo do dissipador sendo preferiacutevel uma montagem vertical agrave horizontal por criar um efeito ldquochamineacuterdquo Dissipadores pretos satildeo melhores irradiadores de calor que aqueles com superfiacutecie brilhante
Comportamento em regime transitoacuterio potecircncia de pico Quando a potecircncia dissipada no semicondutor consiste de pulsos de potecircncia eacute preciso verificar a proteccedilatildeo do componente em relaccedilatildeo aos picos de dissipaccedilatildeo Durante a ocorrecircncia do pico de potecircncia ocorre a elevaccedilatildeo da temperatura da junccedilatildeo embora natildeo ocorra variaccedilatildeo nas temperaturas do encapsulamento e do dissipador (que dependem da potecircncia meacutedia) devido agrave maior capacidade teacutermica da caacutepsula e especialmente do dissipador Tal capacidade teacutermica relaciona-se com o tipo de material utilizado e seu volume Na analogia eleacutetrica utilizada anteriormente ela se comporta como uma capacitacircncia O caacutelculo da temperatura da junccedilatildeo em tal regime transitoacuterio eacute feito utilizando uma grandeza chamada ldquoimpedacircncia teacutermicardquo Ztjc que leva em consideraccedilatildeo a capacidade teacutermica da junccedilatildeo Exemplo 2 Rtjc = 2deg CW Rtca = 5deg CW Rtcd = 2deg CW Rtda = 3deg CW Ztjc = 005deg CW Tjmax = 150deg C Ta = 40deg C P = 20W Pp = 1000W
Tj = 130 oC (o componente estaacute protegido em relaccedilatildeo agrave potecircncia meacutedia) Tc = 90 oC Tj = Tc + Pp Ztjc = 140 oC
Caacutelculo dos Dissipadores
bull A temperatura de trabalho da junccedilatildeo deve ser 20 a 30 menor que seu valor maacuteximo para permitir a proteccedilatildeo do componente sem super-dimensionar o dissipador middot Para ambientes nos quais natildeo se faccedila um controle riacutegido da temperatura deve-se usar uma temperatura ambiente de 40oC
bull Caso o dissipador fique dentro de algum bastidor ou caixa na qual a temperatura possa se elevar acima dos 40oC deve-se considerar sempre a maacutexima temperatura do ar com o qual o dissipador troca calor Eacute conveniente agrave falta de maiores informaccedilotildees utilizar o valor de 40oC e verificar apoacutes a entrada em operaccedilatildeo do protoacutetipo a verdadeira temperatura ambiente
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bull Deve-se verificar a necessidade do uso de isoladores (mica teflon ou mylar) e natildeo desconsiderar suas resistecircncias teacutermicas middot O emprego de pastas teacutermicas eacute sempre recomendado e se deve considerar tambeacutem sua resistecircncia teacutermica
b) No transitoacuterio
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Apecircndice A
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Laboratoacuterio 1
Diodo Ache os componentes em sucatas e monte o circuito abaixo em placa de circuito impresso corroiacuteda Lista de material
4 Diodos 1N4007 2 Capacitores 330uF200V 2 Resistores 150K 18W 1 Suporte p lacircmpada 1 Lacircmpada 40W220V 1 Conector p placa de 2 bornes 6 Chaves HH 1 Rabicho com plugue Placa p circuito impresso virgem (fibra fenolite perfurada) Caneta retro projetor ou esmalte p unhas Palha de accedilo ou acetona e pedaccedilo de pano Soluccedilatildeo de percloreto de ferro Estanho em fio
Obs Colocar o seu nome no lado do cobre a caneta ou esmalte antes da corrosatildeo
Montado na placa o circuito acima e testado fazer os seguintes exerciacutecios 1 ndash Com o interruptor Ch7 ligado os interruptores Ch3 Ch4 Ch5 e Ch6 desligados e os interruptores Ch1 e Ch2 na posiccedilatildeo 1 faccedila a seguinte medida meccedila com o osciloscoacutepio colocando a garra jacareacute onde aparece o GND e o pinccedila no ponto 1 de forma que apareccedila somente o semi-ciclo positivo na tela tambeacutem reproduza abaixo a forma de onda encontrada e registre onde a posiccedilatildeo do zero O aparelho ajustado da seguinte forma O botatildeo de tempodivisatildeo em 5mS O botatildeo tensatildeodivisatildeo ajustado em 5V A ponteira ajustada em X10
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2 ndash Permanecendo o interruptor Ch7 ligado Ch5 e Ch6 desligados poreacutem Ch1 e Ch2 na posiccedilatildeo 2 e Ch3 e Ch4 ligados faccedila novamente a medida e reproduza na tela abaixo a forma de onda
3 - Permanecendo o interruptor Ch7 ligado Ch3 Ch4 Ch5 e Ch6 agora ligados e Ch1 e Ch2 na posiccedilatildeo 2 faccedila novamente a medida e reproduza na tela abaixo a forma de onda
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4 ndash O que aconteceu com a potecircncia (brilho) da lacircmpada Com circuito configurado como no exerciacutecio 1 e exerciacutecio 3 (aumentou ou diminuiu) Porque ocorreu isto _____________________________________________________________________________________
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_____________________________________________________________________________________
5 ndash Qual eacute a nova potecircncia da lacircmpada Provar por meio de caacutelculos 6 ndash Por fim com o circuito configurado como no exerciacutecio 3 coloque uma lacircmpada de maior potecircncia e visualize o ripple novamente com o osciloscoacutepio explique o que ocorreu _____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
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Laboratoacuterio 2 TRANSISTOR BIPOLAR (BJT)
Os transistores de potecircncia apresentam caracteriacutesticas de chaveamento controlado Os transistores utilizados como elementos de chaveamento operam na regiatildeo de saturaccedilatildeo apresentando uma baixa queda de tensatildeo de conduccedilatildeo (VCE=0V) (VBE=13V)
Este laboratoacuterio tem o objetivo de fazer um retificador e filtro diretamente da rede alternada com componentes retirados de fontes chaveadas de computadores apoacutes o estaacutegio de retificaccedilatildeo e filtro faremos funcionar uma lacircmpada incandescente de 220 volts corrente alternada em corrente contiacutenua com o auxiacutelio de um transistor de potencia tambeacutem retirado das mesmas fontes
Calcule o R1 e monte o circuito e apoacutes responda as questotildees
Pinos 1 ndash Base 2 ndash Coletor 3 ndash Emissor
Alguns transistores encontrados em fontes chaveadas de computador Transistor VCE (V) Ic (A) β MJE13007 400 8 5
2SC4106 400 7 10
2SC5027 800 3 8
2SC5353 800 3 15
2SC2335 400 7 10
2SC4242 400 7 10
2SC5763 400 7 10
1 ndash Escolha o transistor e faccedila o calculo para descobrir R1 e depois monte o circuito Transistor escolhido ______________
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2 ndash Meccedila a corrente no ponto 1 e compare com o calculado Faccedila as observaccedilotildees necessaacuterias
Corrente no ponto (1)
Calculado
Medido _____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
3 ndash Por que existem os resistores em paralelo com os capacitores
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_____________________________________________________________________________________
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Laboratoacuterio 3
TRANSISTOR EFEITO DE CAMPO (FET) O transistor de potecircncia MOSFET eacute um dispositivo de tensatildeo controlada e necessita apenas de tensatildeo no gatilho A velocidade de chaveamento eacute muito alta (nanosegundos) MOSFETrsquos de potecircncia satildeo utilizados em conversores de baixa potecircncia e alta frequumlecircncia Estes transistores apresentam problemas de descargas eletrostaacuteticas necessitando de cuidados especiais Este experimento tem como objetivo mostrar o funcionamento de Mosfets em uma aplicaccedilatildeo pratica para tanto montaremos o circuito abaixo
Pinagem 1 ndash GATE 2 ndash DRAIN 3 ndash SOURCE
Alguns transistores encontrados no comeacutercio
Transistor Tensatildeo Vds(V) Corrente Id (A)
IRF840 500 85 IRF740 400 10
1 ndash Meccedila a corrente no ponto 1 Corrente no ponto 1 ______________ No ponto 2 coloque 1deg o multiacutemetro antes de ligar o circuito Meccedila a corrente no ponto 2 Corrente no ponto 2 ______________ Por que isto ocorre 2 ndash Calcule a corrente que passa entre os resistores E compare com os valores medidos e faccedila as observaccedilotildees necessaacuterias
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Laboratoacuterio 4
SCR E TRIAC
Este laboratoacuterio tem o objetivo de comprovar o funcionamento do componente SCR e TRIAC e diferenciaacute-los 1
A - Primeiramente ligue a chave 1 mantendo a chave 2 desligada o que ocorre _____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
B ndash Mantendo ligada a chave 1 ligue a chave 2 por um breve intervalo de tempo e desligue-a O que acontece Justifique sua resposta _____________________________________________________________________________________ _____________________________________________________________________________________ 2
C ndash Faccedila a mesma sequumlecircncia usada nas questotildees A e B Sequumlecircncia da questatildeo A________________________________________________________________
Sequumlecircncia da questatildeo B_________________________________________________________________
D - Faccedila as consideraccedilotildees comparando os circuitos 1 e 2
_____________________________________________________________________________________ _____________________________________________________________________________________
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3
E ndash Faccedila um comentaacuterio sobre a omissatildeo das chaves _____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
4
F - Comente os circuitos 3 e 4 haacute alguma diferenccedila no brilho da lacircmpada
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_____________________________________________________________________________________
Pinos do SCR e BTA 1 ndash Catodo A2 2 ndash Anodo A1 3 ndash Gatilho
Alguns SCRs encontrados no comeacutercio
Tiristor
Tensatildeo Vds(V)
Corrente Id (A)
BT151 500 85 TIC106 400 10
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Laboratoacuterio 5
DIAC E TRIAC O objetivo eacute montar o circuito abaixo e visualizar com o osciloscoacutepio a forma de onda em cima da carga no nosso caso a lacircmpada enquanto varia o potenciocircmetro
Pinagem 1 ndash A1 2 ndash A2 3 ndash G Alguns triacs encontrado no comeacutercio BTA08 ndash 8A BTA26 ndash 26A MAC224 ndash 40A TIC226 ndash 8A
Coloque a ponteira em cima da carga e deixe o potenciocircmetro no meio do curso e reproduza na tela abaixo Registre o ajuste que foi feito no osciloscoacutepio para aparecer o meio ciclo superior na tela
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Laboratoacuterio 6
PWM Este circuito eacute simples com o famoso CI 555 para gerar o sinal PWM Controlando uma carga que conseguimos observar o estaacute acontecendo
1 ndash Qual a frequumlecircncia gerada do sinal PWM _______________________________________________________________________________
_______________________________________________________________________________
2 ndash O que acontece com a lacircmpada quando varia o potenciocircmetro
_______________________________________________________________________________
_______________________________________________________________________________
3 ndash Trocando o capacitor de 100nF por um de 10nF qual seraacute a nova frequumlecircncia
_______________________________________________________________________________
_______________________________________________________________________________
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Laboratoacuterio 7
INVERSOR Este circuito eacute o conceito baacutesico do princiacutepio de funcionamento de um inversor que eacute capaz de gerar uma tensatildeo alternada a partir de uma tensatildeo contiacutenua
1 ndash O motor estaacute girando _____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
2 ndash Caso afirmativo na primeira pergunta coloque a ponteira do osciloscoacutepio em um dos terminais do motor e a garra jacareacute no terra e meccedila a frequumlecircncia _____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
3 ndash O que estaacute acontecendo com o motor em suas caracteriacutesticas fiacutesicas Mudou a velocidade estaacute aquecendo estaacute trepidando etc _____________________________________________________________________________________
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Apendice B
Coacutedigo de resistores
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Capacitores ceracircmicos
O valor do capacitorB eacute de 3300 pF (picofarad = 10-12 F) ou 33 nF (nanofarad = 10-9 F) ou 00033 microF (microfarad =
10-6 F) No capacitor A devemos acrescentar mais 4 zeros apoacutes os dois primeiros algarismos O valor do capacitor que se lecirc 104 eacute de 100000 pF ou 100 nF ou 01microF
O aparecimento de uma letra maiuacutescula ao lado dos nuacutemeros Esta letra refere-se a toleracircncia do capacitor ou seja o quanto que o capacitor pode variar de seu valor em uma temperatura padratildeo de 25deg C A letra J significa que este capacitor pode variar ateacute plusmn5 de seu valor a letra K = plusmn10 ou M = plusmn20 Segue na tabela abaixo os coacutedigos de toleracircncias de capacitacircncia
Ateacute 10pF Coacutedigo Acima de 10pF
plusmn01pF B
plusmn025pF C
plusmn05pF D
plusmn10pF F plusmn1
G plusmn2
H plusmn3
J plusmn5
K plusmn10
M plusmn20
S -50 -20
Z +80 -20
ou +100 -20
P +100 -0
O coeficiente de temperatura TC que define a variaccedilatildeo da capacitacircncia dentro de uma determinada faixa de temperatura O TC eacute normalmente expresso em ou ppmdegC ( partes por milhatildeo degC ) Eacute usado uma sequumlecircncia de letras ou letras e nuacutemeros para representar os coeficientes Observe o desenho abaixo
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Na tabela abaixo estatildeo mais alguns coeficientes de temperatura e as toleracircncias que satildeo muito utilizadas por diversos fabricantes de capacitores
Coacutedigo Coeficiente de temperatura NPO -0plusmn 30ppmdegC N075 -75plusmn 30ppmdegC N150 -150plusmn 30ppmdegC N220 -220plusmn 60ppmdegC N330 -330plusmn 60ppmdegC N470 -470plusmn 60ppmdegC N750 -750plusmn 120ppmdegC N1500 -1500plusmn 250ppmdegC N2200 -2200plusmn 500ppmdegC N3300 -3300plusmn 500ppmdegC N4700 -4700plusmn 1000ppmdegC N5250 -5250plusmn 1000ppmdegC P100 +100plusmn 30ppmdegC
Outra forma de representar coeficientes de temperatura eacute mostrado abaixo Eacute usada em capacitores que se caracterizam
pela alta capacitacircncia por unidade de volume (dimensotildees reduzidas) devido a alta constante dieleacutetrica sendo recomendados para aplicaccedilatildeo em desacoplamentos acoplamentos e supressatildeo de interferecircncias em baixas tensotildees
Os coeficientes satildeo tambeacutem representados exibindo sequumlecircncias de letras e nuacutemeros como por exemplo X7R Y5F e Z5U Para um capacitor Z5U a faixa de operaccedilatildeo eacute de +10degC que significa Temperatura Miacutenima seguido de +85degC que significa Temperatura Maacutexima e uma variaccedilatildeo Maacutexima de capacitacircncia dentro desses limites de temperatura que natildeo ultrapassa -56 +22
Veja as trecircs tabelas abaixo para compreender este exemplo e entender outros coeficientes
Temperatura Miacutenima
Temperatura Maacutexima
Variaccedilatildeo Maacutexima de Capacitacircncia
X -55degC Y -30degC Z +10degC
2 +45degC 4 +65degC 5 +85degC 6 +105degC 7 +125degC
A plusmn10 B plusmn15 C plusmn22 D plusmn33 E plusmn47 F plusmn75 P plusmn10 R plusmn15 S plusmn22 T -33 +22 U -56 +22 V -82 +22
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Capacitores de filme plaacutestico
O desenho ao lado mostra capacitores que tem os seus valores impressos em nanofarad (nF) = 10-9F Quando aparece no capacitor uma letra n minuacutescula como um dos tipos apresentados ao lado por exemplo 3n3 significa que este capacitor eacute de 33nF No exemplo o n minuacutesculo eacute colocado ao meio dos nuacutemeros apenas para economizar uma viacutergula e evitar erro de interpretaccedilatildeo de seu valor
Capacitores de Ceracircmica Multicamada
Capacitores de Polieacutester Metalizado usando coacutedigo de cores
A tabela abaixo mostra como interpretar o coacutedigo de cores dos capacitores abaixo No capacitor A as 3 primeiras cores satildeo laranja laranja e laranja correspondem a 33000 equivalendo a 33 nF A cor branca logo adiante eacute referente a plusmn10 de toleracircncia E o vermelho representa a tensatildeo nominal que eacute de 250 volts
1ordf Algarismo 2ordf Algarismo 3ordf Ndeg de zeros 4ordf Toleracircncia 5ordf Tensatildeo
PRETO 0 0 - plusmn 20 -
MARROM 1 1 0 - -
VERMELHO 2 2 00 - 250V
LARANJA 3 3 000 - -
AMARELO 4 4 0000 - 400V
VERDE 5 5 00000 - -
AZUL 6 6 - - 630V
VIOLETA 7 7 - - -
CINZA 8 8 - - -
BRANCO 9 9 - plusmn 10 -
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Apecircndice C
Osciloscoacutepio Geralmente os osciloscoacutepios tecircm os controles e entradas que podem ser divididos em cinco grupos
1 ndash Controle da fonte de alimentaccedilatildeo 2 ndash Controles de ajuste do traccedilo ou ponto na tela 3 ndash Controles e entrada de atuaccedilatildeo vertical 4 ndash Controles e entrada de atuaccedilatildeo horizontal 5 ndash Controles de entrada de sincronismo
1 - CONTROLE DA FONTE DE ALIMENTACcedilAtildeO 11 - INTERRUPTOR Sua funccedilatildeo eacute interromper ou estabelecer a corrente no primaacuterio do transformador de fora Sua atuaccedilatildeo normalmente eacute acompanhada por uma lacircmpada piloto que serve de aviso visual sobre a situaccedilatildeo do circuito (ligado ou desligado) Normalmente este interruptor se encontra acoplado junto do potenciocircmetro de controle de brilho 12 - COMUTADOR DE TENSAtildeO Sua funccedilatildeo eacute selecionar a tensatildeo de funcionamento do osciloscoacutepio (127 220V) Permite utilizar o instrumento sem a necessidade de recorrer a um transformador abaixador ou elevador de tensatildeo (geralmente o acesso deste comutador eacute visto na parte de traz do aparelho) 2 - CONTROLES DE AJUSTE DO TRACcedilO OU PONTO NA TELA 21 - BRILHO OU LUMINOSIDADE Eacute o controle que ajusta a luminosidade do ponto ou do traccedilo O controle do brilho eacute feito por meio de um potenciocircmetro situado no circuito da grade de controle do TRC mediante o qual se regula o potencial desta grade (deve-se evitar o uso de brilho excessivo sob pena de se danificar a tela) 22 - FOCO Eacute o controle que ajusta a nitidez do ponto ou traccedilo luminoso O ajuste do foco eacute conseguido mediante a regulagem de um potenciocircmetro que regula a polarizaccedilatildeo do eletrodo de enfoque O foco deve ser ajustado de forma a se obter um traccedilo fino e niacutetido na tela (estes ajustes de brilho e de foco satildeo ajustes baacutesicos que devem ser feitos sempre que se for usar o osciloscoacutepio)
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23 - ILUMINACcedilAtildeO DA RETIacuteCULA Permite que se ilumine o quadriculado ou as divisotildees na tela 3 - CONTROLES E ENTRADA DE ATUACcedilAtildeO VERTICAL 31 - ENTRADA DE SINAL VERTICAL Nesta entrada eacute conectada a ponta de prova do osciloscoacutepio As variaccedilotildees de tensatildeo aplicadas nesta entrada aparecem sob forma de figura na tela 32 - CHAVE DE SELECcedilAtildeO DE MODO DE ENTRADA (CA-CC) Esta chave eacute selecionada de acordo com o tipo de forma de onda a ser observada Em alguns osciloscoacutepios esta chave possui trecircs posiccedilotildees (CA-0-CC ou AC-GND-DC) Esta posiccedilatildeo adicional eacute usada para a realizaccedilatildeo de ajustes do traccedilo do osciloscoacutepio em algumas situaccedilotildees Por exemplo quando se deseja Uma referecircncia na tela 33 - CHAVE SELETORA DE GANHO (VDiv) Esta chave permite que se aumente ou que se diminua a amplitude de projeccedilatildeo na tela do osciloscoacutepio (altura da imagem) 34 - POSICcedilAtildeO VERTICAL Permite movimentar a imagem para cima ou para baixo na tela A movimentaccedilatildeo natildeo interfere na forma da figura projetada na tela 4 - CONTROLES DE ATUACcedilAO HORIZONTAL 41 - CHAVE SELETORA DE BASE DE TEMPO Eacute o controle que permite variar o tempo de deslocamento horizontal do ponto na tela Atraveacutes deste controle eacute possiacutevel reduzir ou ampliar horizontalmente na tela a figura nela projetada Em alguns osciloscoacutepios esta chave seletora tem uma posiccedilatildeo identificada como EXT (externa) o que possibilita que o deslocamento horizontal pode ser controlado por circuito externo ao osciloscoacutepio atraveacutes de uma entrada especiacutefica Quando a posiccedilatildeo externa eacute selecionada natildeo haacute formaccedilatildeo do traccedilo na tela obtendo-se apenas um ponto 42 - POSICcedilAtildeO HORIZONTAL Eacute o ajuste que permite controlar horizontalmente a forma de onda na tela Girando o controle de posiccedilatildeo horizontal para a direita o traccedilo move-se horizontalmente para a direita e vice-versa Assim como o controle de posiccedilatildeo vertical o controle de posiccedilatildeo horizontal natildeo interfere na forma da figura projetada na tela
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5 - CONTROLES E ENTRADA DE SINCRONISMO (TRIGGER) Satildeo controles que se destinam a fixar a imagem na tela Estes controles satildeo utilizados principalmente na observaccedilatildeo de sinais alternados Os controles de sincronismo satildeo Chave seletora de fonte de sincronismo Chave de modo de sincronismo Controle de niacutevel de sincronismo 51 - CHAVE SELETORA DE FONTE DE SINCRONISMO Seleciona onde seraacute tomada o sinal de sincronismo para fixar a imagem na tela do osciloscoacutepio Normalmente esta chave possui trecircs posiccedilotildees pelo menos POSICcedilAtildeO CH1 O sincronismo eacute controlado pelo sinal aplicado ao canal 1 POSICcedilAtildeO REDE Realiza o sincronismo com base na frequecircncia da rede de alimentaccedilatildeo do osciloscoacutepio (60Hz) Nesta posiccedilatildeo consegue-se facilmente sincronizar na tela sinais aplicados na entrada vertical que sejam obtidos a partir da rede eleacutetrica POSICcedilAtildeO EXTERNO Na posiccedilatildeo externo o sincronismo da figura eacute obtido agrave partir de outro equipamento externo conectado ao osciloscoacutepio O sinal que controla o sincronismo na posiccedilatildeo externo eacute aplicado a entrada de sincronismo 52 - CHAVE DE MODO DE SINCRONISMO Normalmente esta chave tem duas ou trecircs posiccedilotildees AUTO Nesta posiccedilatildeo o osciloscoacutepio realiza o sincronismo automaticamente com base no sinal selecionado pela chave seletora de fonte de sincronismo NORMAL + O sincronismo eacute positivo ajustado manualmente pelo controle de niacutevel de sincronismo (TRIGGER) de modo que o primeiro pico que apareccedila na tela seja o positivo NORMAL - O sincronismo eacute negativo tambeacutem ajustado manualmente entretanto o primeiro pico a aparecer eacute o negativo 53 - CONTROLE DE NIacuteVEL DE SINCRONISMO (TRIGGER) Eacute um controle manual que permite o ajuste do sincronismo quando natildeo se consegue um sincronismo automaacutetico Tem atuaccedilatildeo nas posiccedilotildees NORMAL + e NORMAL - OBSERVACcedilAtildeO Para se realizar leituras eacute necessaacuterio sincronizar a figura na tela II - ENTRADA E CONTROLE DO OSCILOSCOacutePIO DUPLO TRACcedilO O osciloscoacutepio de duplo traccedilo possui alguns controles que satildeo comuns aos dois traccedilos e outros que satildeo individuais Os controles de brilho foco base de tempo e de posiccedilatildeo horizontal satildeo controles que satildeo comuns aos dois traccedilos Basicamente os controles individuais situam-se nas entradas e controles do vertical nos controles e entrada de sincronismo ENTRADAS E CONTROLES DO VERTICAL Para que se possa observar dois sinais simultaneamente eacute necessaacuterio que se aplique uma tensatildeo em cada uma das entradas verticais O osciloscoacutepio duplo traccedilo dispotildee de dois grupos de controles verticais Um grupo para o canal A ou canal 1 (CH1) Um grupo para o canal B ou canal 2 (CH2) Cada grupo controla um dos sinais na tela (amplitude posiccedilatildeo vertical etc) Geralmente satildeo iguais Cada canal dispotildee de Entrada Vertical Chave Seletora CA-O-CC Chave Seletora de ganho vertical (DDiv) Posiccedilatildeo vertical Um osciloscoacutepio de duplo traccedilo pode ainda ser utilizado como sendo um osciloscoacutepio de traccedilo simples Uma chave seletora permite que se possa selecionar cada canal individualmente ou os dois simultaneamente Esta chave possui pelo menos trecircs posiccedilotildees CH1
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CH2 DUAL Na posiccedilatildeo CH1 apareceraacute apenas a imagem na tela que estiver sendo aplicada na entrada vertical do canal 1 Na posiccedilatildeo CH2 apareceraacute apenas a imagem na tela que estiver sendo aplicada na entrada vertical do canal 2 Na posiccedilatildeo DUAL aparecem as duas imagens Em osciloscoacutepios mais sofisticados esta chave pode possuir mais posiccedilotildees de modo a permitir outras alternativas de uso CONTROLES DE SINCRONISMO Realizam as mesmas funccedilotildees do osciloscoacutepio traccedilo simples que eacute a de fixar a imagem na tela O que diferencia eacute o fato de que na chave seletora de fonte existe uma posiccedilatildeo adicional de modo a poder sincronizar a figura PONTAS DE PROVA As pontas de prova satildeo utilizadas para interligar o osciloscoacutepio aos pontos de medida
Uma das extremidades da ponta de prova eacute conectada a uma das entradas do osciloscoacutepio atraveacutes de um conector e a extremidade livre serve para conexatildeo aos pontos de medida A extremidade livre possui uma garra jacareacute denominada de terra da ponta de prova que deve ser conectada ao terra do circuito e uma ponta de entrada de sinal que deve ser conectada no ponto que se deseja medir Existem dois tipos de ponta de prova ponta de prova 11 ponta de prova 101 A ponta de prova 11 se caracteriza por aplicar agrave entrada do osciloscoacutepio a mesma tensatildeo ou forma de onda que eacute aplicada a ponta de mediccedilatildeo A ponta de prova 101 entrega ao osciloscoacutepio apenas a deacutecima parte da tensatildeo aplicada a ponta de mediccedilatildeo As pontas de prova 101 permitem que o osciloscoacutepio consiga observar tensotildees dez vezes maior que a sua capacidade Por exemplo Um osciloscoacutepio que permite a leitura de tensotildees de 50V com ponta de prova 11 com ponta de prova 101 poderaacute medir tensotildees de ateacute 500V (10x50V) Existem pontas de prova que dispotildee de um botatildeo onde se pode selecionar 101 ou 11 Obs Quando natildeo se tem total certeza da grandeza da tensatildeo envolvida eacute aconselhaacutevel iniciar a mediccedilatildeo com o posiccedilatildeo 101
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Bibliografia
1 Dispositivos semicondutores tiristores controle de potecircncia em CC e CA 1996 - ALMEIDA Joseacute Luiz Antunes de Satildeo Paulo Eacuterica 1996 150 p
2 Dispositivos semicondutores diodos e transistores 1996 MARQUES Angelo Eduardo B
CHOUERI JUacuteNIOR Salomatildeo CRUZ Eduardo Cesar Alves Satildeo Paulo Eacuterica 1996 389 p
3 Anaacutelise e projeto de fontes chaveadas MELLO Luiz Fernando P de Satildeo Paulo Eacuterica 1996 487 p
4 Eletrocircnica de potecircncia circuitos dispositivos e aplicaccedilotildees 1999 RASHID Muhammad H Satildeo Paulo Makron Books 1999 828 p
5 Eletrocircnica de potecircncia 1994 - PALMA Guilherme Rebouccedilas da Satildeo Paulo Eacuterica 1994 259 p
6 Dispositivos eletrocircnicos e teoria de circuitos - 8 ed 2004 -
BOYLESTAD Robert L NASHELSKY Louis CAMARGO Joseacute Bueno de NASCIMENTO Joseacute Lucimar do PERTENCE JUNIOR Antonio (Coord) Satildeo Paulo Pearson Prentice Hall 2004 672 p
7 Rodrigues Isac Zilli Notas de aula da disciplina de Eletrocircnica II do Curso de Engenharia
Eleacutetrica da UPF Passo Fundo RS 2000
8 Ghirardello Ariovaldo Apostila sobre Modulaccedilatildeo PWM Coleacutegio Politec
9 Electronics Workbench Versatildeo 512
10 LabcenterElectronics 1989-2008 Release 75 SP3
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1 ndash Introduccedilatildeo A Eletrocircnica Industrial eacute uma das aacutereas mais novas da Eletrocircnica Associa conhecimentos em diversas aacutereas como controle instrumentaccedilatildeo circuitos eleacutetricos e diversas outras O estudo desta aacuterea possui uma importacircncia fundamental pois atraveacutes dos experimentos eacute possiacutevel visualizar e compreender consolidando entatildeo conceitos que jaacute foram estudados ateacute entatildeo teoricamente
Atraveacutes dos dispositivos semicondutores de potecircncia associados agrave circuitos eletrocircnicos discreto torna-se possiacutevel acionar e controlar diversos tipos de cargas industriais Como veremos no decorrer do livro
Nesta abordagem consideremos que o estudante jaacute tem uma iniciaccedilatildeo ao estudo da eletrocircnica para que sejam mais proveitosas as paacuteginas que se sucedem
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2 - Aplicaccedilotildees de eletrocircnica de potencia
bull Controle e acionamentos de maacutequinas eleacutetricas bull Controladores industriais bull Combina Potecircncia Eletrocircnica e Controle bull Aplicaccedilatildeo de eletrocircnica de estado soacutelido para controle e conversatildeo de energia eleacutetrica bull Baseia-se no chaveamento no chaveamento dos semicondutores de potencia bull Utiliza semicondutores de potencia e microeletrocircnica bull Controle de sistemas de aquecimento bull Controle de luminosidade bull Fontes de alimentaccedilatildeo
Principais interruptores em eletrocircnica de potencia
bull Diodos de potencia bull Transistores de potencia (BPT IGBT) bull MOSFETs de potencia bull Tiristores (SCR TRIAC DIAC)
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3 - Diodo Haacute vaacuterios diodos desenvolvidos especificamente para suportar as demandas de alta potencia e alta temperatura de algumas aplicaccedilotildees O emprego mais frequumlente de diodos de potencia ocorre no processo de retificaccedilatildeo A maioria dos diodos de potencia eacute a base de siliacutecio devido agraves altas correntes e temperaturas Para que flua uma corrente elevada a aacuterea da junccedilatildeo deve ser maior reduzindo assim a resistecircncia do diodo Se essa resistecircncia direta fosse muito grande as perdas I2R seriam excessivas As altas temperaturas resultantes do fluxo denso de corrente exigem na maioria dos casos que sejam utilizados dissipadores de calor para escoar o calor do elemento
Retificador monofaacutesico de meia onda com carga resistiva
Figura 1
Formas de ondas
Figura 2
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Retificador monofaacutesico de onda completa com ponto meacutedio e em ponte
Figura 3 Ponto meacutedio
Figura 4 Ponte
A forma de onda para o circuito de ponte meacutedio
Figura 5
As formas de onda de tensatildeo e corrente satildeo idecircnticas as do retificador de ponto meacutedio Vantagens de retificador de onda completa em relaccedilatildeo ao de meia-onda
bull A tensatildeo meacutedia na carga eacute duas vezes maior bull A corrente de carga apresenta menor distorccedilatildeo harmocircnica
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Retificador trifaacutesico com ponto meacutedio
Figura 6
As harmocircnicas desconsideradas
O valor meacutedio da tensatildeo eacute
Figura 7
9
Retificador trifaacutesico de onda completa ponte de Graetz
Figura 8
O valor meacutedio da tensatildeo eacute
Figura 9
bull Cada diodo conduz durante um intervalo igual a 120o
bull Existe sempre dois diodos em conduccedilatildeo um no grupo positivo e outro no grupo negativo do conversor
bull Ocorre uma comutaccedilatildeo a cada 60o
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Associaccedilotildees em seacuterie e em paralelo
Um conjunto de diodos do mesmo tipo associados em serie apresenta uma capacidade de corrente direta igual a capacidade de cada unidade A tensatildeo maacutexima reversa entretanto seraacute a soma das tensotildees maacuteximas reversas individuais Eacute importante que os diodos sejam do mesmo tipo ou haveraacute uma distribuiccedilatildeo irregular da tensatildeo entre eles causando a ruptura em um valor inferior a esta soma
Figura 10 Permanece a mesma I e somam-se V
A montagem de diodos em paralelo costuma ser problemaacutetica e deve ser substituiacuteda por um uacutenico
diodo com maior capacidade de corrente sempre que possiacutevel Nos diodos associados em paralelo a tendecircncia seraacute de que aquele com a menor barreira de tensatildeo comecem a conduzir primeiro assumindo a maior parte (senatildeo toda) a corrente do circuito Portanto natildeo eacute suficiente que os diodos sejam do mesmo tipo e preciso que resistores de baixo valor montados conforme a figura abaixo contrabalance esta tendecircncia permitindo uma divisatildeo quase igual de corrente O valor destes resistores deve ser tal que provoque uma queda de tensatildeo de cerca de 05V para a corrente maacutexima do diodo associado Ou seja para diodos de 1A seraacute necessaacuteria uma resistecircncia de aproximada 05Ω Note que alem dos 07V perdidos na barreira de tensatildeo do diodo outros 05V seratildeo perdidos no resistor com uma dissipaccedilatildeo de calor igual a 05 vezes a corrente
Figura 11 Permanece a mesma V e somam-se as I
Relembrando Tipo 1N4001 1N4002 1N4003 1N4004 1N4005 1N4006 1N4007 Tensatildeo de pico reversa (V) 50 100 200 400 600 800 1000 Tensatildeo RMS reversa (V) 35 70 140 280 420 560 700 Corrente de saiacuteda (A) 1
Temos tambeacutem Tipo 1N4012 1N4014 1N3970 1N3927 1N1189 Tensatildeo de pico reversa (V) 700 900 600 2500 500 Corrente de saiacuteda (A) 12 12 50 10 35
Este satildeo apenas alguns diodos de potecircncia
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4 - Transistor BJT
Os transistores bipolar de potecircncia representaram um importante passo no desenvolvimento de componentes de meacutedia potecircncia atingindo tensotildees de bloqueio da ordem de 1000V conduzindo correntes de 500A Embora estes valores natildeo permitam sua aplicaccedilatildeo direta estes dispositivos satildeo a base para uma seacuterie de outros conversores para condicionamento de energia eleacutetrica
Transistores do tipo NPN os eleacutetrons satildeo atraiacutedos do emissor pelo potencial positivo da base tendo em mente a corrente real de eleacutetrons J1 se transforma num diodo diretamente polarizado Esta camada central eacute suficientemente fina para que a maior parte dos portadores tenha energia cineacutetica suficiente para atravessaacute-la chegando agrave regiatildeo de transiccedilatildeo de J2 sendo entatildeo atraiacutedos pelo potencial positivo do coletor
A figura abaixo mostra uma estrutura tiacutepica de um transistor bipolar de potecircncia As bordas arredondadas da regiatildeo de emissor permitem uma homogeneizaccedilatildeo do campo eleacutetrico necessaacuteria agrave manutenccedilatildeo de ligeiras polarizaccedilotildees reversas entre base e emissor O TBP natildeo sustenta tensatildeo no sentido oposto porque a alta dopagem do emissor provoca a ruptura de J1 em baixas tensotildees (5 a 20V)
Figura 12 Estrutura baacutesica de um transistor de potecircncia
O controle de VBE determina a corrente de base IB que por sua vez se relaciona com IC pelo
ganho de corrente do dispositivo Para suportar tensotildees elevadas existe uma camada intermediaacuteria do coletor com baixa dopagem a qual define a tensatildeo de bloqueio do componente
Porem uma das principais limitaccedilotildees dos transistores bipolares de potecircncia eacute o baixo valor do ganho de corrente β (muitas vezes inferior a 10) com isto muitas vezes satildeo utilizados estes transistores na regiatildeo de saturaccedilatildeo e bloqueio ou como chave
Figura 13
Para que o transistor opere como chave aberta eacute necessaacuterio que a tensatildeo de entrada VE seja menor que VBE de conduccedilatildeo E para que o transistor opere como chave fechada eacute preciso que a tensatildeo de entrada VE seja maior que VBE de conduccedilatildeo
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Vamos a um exemplo Para dimensionarmos RB e RC vamos utilizar a analise das malhas
Entrada VRB = VCC - VBE
Saiacuteda VRC = VCC - VCE
Figura 14
Paracircmetros do 2SC5353 VBEsat = 13V VCEsat = 1V βsat = 10 O RC eacute como se fosse a carga a ser controlada entatildeo para dimensionarmos os resistores de
polarizaccedilatildeo temos que definir uma carga concluiacutemos entatildeo que teremos que calcular na verdade soacute o RB jaacute que foi definido que carga teremos que controlar
O RC definido foi de 800Ω
Malha de saiacuteda
VRC = VCC ndash VCEsat
VRC = 180 ndash 1 there4 VRC =179V
IRC = IC
IC = C
RC
R
V there4 IC = 2237mA
Potencia de RC
PRC = 2CsatC IR sdot there4 800 x (2237x10-3)2
PRC = 40W
Podemos entatildeo substituir o resistor por
uma lacircmpada de 40W180V
Malha de entrada
VRB = VCC ndash VBE
VRB = 12 ndash 13 there4 VRB = 107V
IB = βCI
there4
IB =10
107223 3minustimes there4 IB = 2237mA
RB = B
RB
I
V there4 RB =
3107322
710minustimes
RB = 4783Ω Valor comercial RB = 470 Ω
Potencia de RB
PRB = 2BsatB IR sdot
PRB = 470 x (2273x10-3)2
PRB = 2352mW (14W)
Estes caacutelculos satildeo para o interruptor na posiccedilatildeo ligado quando o interruptor passa para a posiccedilatildeo desligado a entrada eacute aterrada (VEltVBE) causando o corte do transistor consequumlentemente a lacircmpada iraacute apagar
O uso preferencial de TBP tipo NPN se deve agraves menores perdas em relaccedilatildeo aos PNP o que ocorre por causa da maior mobilidade dos eleacutetrons em relaccedilatildeo agraves lacunas reduzindo principalmente os tempos de comutaccedilatildeo do componente em outras palavras os transistores do tipo NPN satildeo mais raacutepidos do que os do tipo PNP
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Conexatildeo Darlington
Como jaacute mencionado transistores de potecircncia geralmente tecircm ganhos menores e precisam correntes altas na base para a plena conduccedilatildeo O transistor do exemplo anterior pode exigir 1A para controlar uma corrente de 3A Para solucionar este problema existe um arranjo que eacute chamado de Darlington esta configuraccedilatildeo consiste em conectar dois transistores do mesmo tipo de maneira que o ganho de corrente de um transistor β1 e o do outro β2 entatildeo o ganho de corrente do arranjo seraacute igual a βD = β1xβ2 Outra caracteriacutestica desta configuraccedilatildeo eacute conseguir uma alta impedacircncia de entrada Normalmente este tipo de ligaccedilatildeo eacute feito em um uacutenico encapsulamento Neste caso o valor de ganho eacute muito grande e uma corrente bem pequena na base jaacute leva o transistor ao estado de plena conduccedilatildeo O ocircnus por esta sensibilidade de corrente baixa de base eacute o fato de que a tensatildeo VBDED eacute maior que em um transistor normal pois temos que polarizar em vez de um mas dois diodos para que comece a ocorrer a conduccedilatildeo
Figura 15 Conexatildeo Darlington
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5 - Transistor FET
O surgimento do MOSFET representou um grande avanccedilo tecnoloacutegico por ser de fabricaccedilatildeo muito simples ter uma alta impedacircncia de entrada e baixo ruiacutedo proporcionar integraccedilatildeo em larga escala isto eacute por ter tamanho reduzido cerca de 20 vezes menos que o transistor bipolar permitindo assim que um grande numero de transistores sejam produzidos em um mesmo circuito integrado
O MOSFET de potencia eacute um semicondutor com capacidade de controle de corrente por meio de tensatildeo aplicada entre os terminais gate e source a exemplo do TBP o transistor FET pode trabalhar com tensotildees tambeacutem elevadas na ordem dos 1000V e correntes em torno de 200A mas sua principal vantagem eacute por ser acionado por tensatildeo a sua arquitetura disponibiliza uma elevada velocidade de chaveamento tornando-o indicado para as aplicaccedilotildees de frequumlecircncia elevada (centenas de kHz)
Para VGS lt 0 os eleacutetrons do canal n satildeo repelidos aumentando assim a camada de depleccedilatildeo proacutexima da camada oacutexido Assim haacute uma diminuiccedilatildeo na aacuterea do canal n (estrangulamento) sendo estabelecida uma alta resistecircncia RDS Deste modo natildeo haacute circulaccedilatildeo de corrente IDS Para IDS igual a zero a tensatildeo VGS eacute chamada de tensatildeo de estrangulamento (pinch-off) VP Para VGS gt 0 o canal n torna-se largo reduzindo drasticamente a resistecircncia RDS sendo assim estabelecida a corrente IDS O MOSFET com canal p tem a s polaridades das tensotildees e correntes invertidas
Figura 16
Estrutura baacutesica de transistor MOSFET Uma pequena corrente de gate eacute necessaacuteria apenas para carregar e descarregar as capacitacircncias de
entrada do transistor desta forma o melhor modo de polarizaccedilatildeo de um FET eacute empregando uma fonte de baixa impedacircncia de saiacuteda jaacute que temos na estrutura do gate uma capacitacircncia parasita gate-fonte CGS que eacute inerente ao componente desta forma natildeo existe meios de minimizaacute-lo
Estes transistores em geral satildeo de canal N por apresentarem menores perdas e maior velocidade de comutaccedilatildeo devido agrave maior mobilidade dos eleacutetrons em relaccedilatildeo agraves lacunas
Abaixo temos um exemplo de polarizaccedilatildeo de gate de baixa impedacircncia tambeacutem teraacute que utilizar fonte de pulsos de baixa impedacircncia como foi dito antes
Figura 17
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Outra forma de obter um circuito de disparo eacute o demonstrado abaixo porem eacute importante notar nesta situaccedilatildeo que estamos atrelados a transistores bipolares natildeo sendo aconselhaacutevel a altas frequumlecircncias ou pelo menos dar uma olhada no datasheet dos transistores que seratildeo utilizados com atenccedilatildeo a frequumlecircncia maacutexima de trabalho
Figura 18
Este circuito nada mais eacute do que um gate driver que pode se fazer com componentes discretos ou com auxilio de CIs fabricados especialmente para isto a saiacuteda pode ser para um MOSFET ou para vaacuterios deles Isto eacute mais faacutecil de verificar em IGBTs que seraacute estudado em seguida
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6 ndash Transistor IGBT O IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) alia a facilidade de acionamento dos MOSFET com as pequenas perdas em conduccedilatildeo dos TBP Sua velocidade de chaveamento eacute superior agrave dos transistores bipolares Os limites atuais de tensatildeo e corrente em dispositivos uacutenicos estatildeo em torno de 2kV e 1000A o que indica que tal componente pode ser utilizado em aplicaccedilotildees de potecircncia
O controle de componente eacute anaacutelogo ao do MOSFET ou seja pela aplicaccedilatildeo de uma polarizaccedilatildeo entre gate e emissor Tambeacutem para o IGBT o acionamento eacute feito por tensatildeo O IGBT possui uma corrente maacutexima que natildeo deve ser ultrapassada se isso ocorrer natildeo se consegue cortar o IGBT retirando a tensatildeo do Gate A corrente fluiraacute pelo dreno sem controle e isso poderaacute danificar o componente Esse fato eacute conhecido por LatchUp Princiacutepio de funcionamento
A estrutura do IGBT eacute similar agrave do MOSFET mas com a inclusatildeo de uma camada P+ que forma o coletor do IGBT como mostrado na figura abaixo Em termos simplificados pode-se analisar o IGBT como um MOSFET no qual a regiatildeo N- tem sua condutividade modulada pela injeccedilatildeo de portadores minoritaacuterios (lacunas) a partir da regiatildeo P+ uma vez que J1 estaacute diretamente polarizada Esta maior condutividade produz uma menor queda de tensatildeo em comparaccedilatildeo a um MOSFET similar A maacutexima tensatildeo suportaacutevel eacute determinada pela junccedilatildeo J2 (polarizaccedilatildeo direta) e por J1 (polarizaccedilatildeo reversa) Como J1 divide 2 regiotildees muito dopadas conclui-se que um IGBT natildeo suporta tensotildees elevadas quando polarizado reversamente
Figura 19 Estrutura baacutesica de IGBT
A entrada em conduccedilatildeo eacute similar ao MOSFET sendo um pouco mais lenta a queda da tensatildeo Vce uma vez que isto depende da chegada dos portadores vindos da regiatildeo P+ Para o desligamento no entanto tais portadores devem ser retirados Nos TBPs isto se daacute pela drenagem dos portadores via base o que natildeo eacute possiacutevel nos IGBTs devido ao acionamento isolado A soluccedilatildeo encontrada foi a inclusatildeo de uma camada N+ na qual a taxa de recombinaccedilatildeo eacute bastante mais elevada do que na regiatildeo N- Desta forma as lacunas presentes em N+ recombinam-se com muita rapidez fazendo com que por difusatildeo as lacunas existentes na regiatildeo N- refluam apressando a extinccedilatildeo da carga acumulada na regiatildeo N- possibilitando o restabelecimento da barreira de potencial e o bloqueio do componente
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7 - Tiristor
O tiristor e o SCR satildeo facilmente confundidos pois estatildeo relacionados ao mesmo componente Tiristor eacute o nome de uma famiacutelia de componentes da qual o SCR faz parte O SCR eacute um diodo controlado muito utilizado em equipamentos de controle industrial que iremos ver detalhadamente mais tarde Funcionamento de uma forma geral O tiristor eacute um dispositivo semicondutor de quatro camadas de estrutura PNPN com trecircs junccedilotildees PN Tem trecircs terminais Anodo Catodo e Gatilho Os terminais anodo e catodo quando polarizados diretamente soacute comeccedilam a conduzir se receber um comando no terminal gatilho Uma vez conduzindo ele se comportara como um diodo em conduccedilatildeo e natildeo haacute controle sobre o dispositivo Desligamento A corrente de anodo eacute conservada abaixo da corrente de manutenccedilatildeo por um tempo suficiente grande de forma que todos os portadores em excesso nas quatro camadas sejam eliminados ou recombinados
Alguns toacutepicos que devem ser levado em consideraccedilatildeo em projeto de circuitos de controle de gatilho
1- O sinal de gatilho deve ser retirado apoacutes o disparo do tiristor Um sinal contiacutenuo aumentaria a perda de potencia na junccedilatildeo do gatilho
2- Enquanto o tiristor estiver reversamente polarizado natildeo devera haver sinal de gatilho De outra forma o tiristor poderia falhar devido a um aumento de corrente de fuga
3- A largura do pulso de gatilho IG tem que ser maior que o tempo necessaacuterio para a corrente do anodo crescer ateacute o valor da corrente de manutenccedilatildeo IH Na praacutetica a largura do pulso no tiristor TON
Tipos de Tiristores Tiristor de controle de fase SCR Tiristor triodo bidirecional TRIAC Tiristor de desligamento pelo gatilho GTO Tiristor de conduccedilatildeo reversa RCT Tiristor de induccedilatildeo estaacutetica SITH Tiristor de desligamento auxiliado pelo gatilho GATT Retificador controlado de siliacutecio controlado por luz LASCR Tiristores controlados por MOS MCTs
Conversatildeo e o controle de grandes quantidades de potencia em sistemas CC e CA utilizando apenas uma pequena potencia para controle pois apresenta chaveamento raacutepido pequeno porte e altos valores de corrente e tensatildeo
Algumas exemplos de aplicaccedilotildees
bull Controle de reles e motores bull Fontes de tensatildeo regulada bull Inversores CC-CA bull Controle de iluminaccedilatildeo
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71 - Tiristor SCR Siacutembolo
O SCR eacute um dispositivo semicondutor de quatro camadas de estrutura PNPN com trecircs junccedilotildees PN Ele tem trecircs terminais anodo catodo e gatilho como eacute visto na figura abaixo
Figura 20
O SCR tal como um diodo soacute conduz corrente no sentido do anodo para o catodo mas apenas quando lhe aplicamos um sinal de tensatildeo no terminal chamado gatilho este meacutetodo de disparo eacute o mais utilizado para se disparar o SCR Mas existem outras formas de disparo normalmente indesejado e em alguns casos podem destruir o componente
Disparo por sobretensatildeo Quando o SCR estaacute polarizado diretamente e aumenta-se a tensatildeo VAK J1 e J3 estatildeo polarizados diretamente mas J2 estaacute reversamente polarizado veja a figura acima Com o aumento de VAK os portadores satildeo acelerados na junccedilatildeo J2 podendo atingir uma energia tatildeo grande que provocaratildeo o fenocircmeno avalanche Esse fenocircmeno faz com que muitos eleacutetrons choquem-se e saiam das orbitas dos aacutetomos da rede Estando disponiacuteveis para a conduccedilatildeo esses eleacutetrons permitem que a corrente de anodo cresccedila Aumentando a corrente de anodo estabelece-se a realimentaccedilatildeo entre os terminais mantendo o SCR disparado Este tipo de disparo eacute chamado de Tensatildeo de Breakover (VBO) Disparo por variaccedilatildeo de tensatildeo (dvdt) Para que um capacitor armazene carga eleacutetrica eacute necessaacuterio haver uma variaccedilatildeo de tensatildeo(∆v) no capacitor em um intervalo de tempo (∆t) eacute necessaacuterio que circule ainda uma corrente i pelo capacitor quando estas variaccedilotildees satildeo muito pequenas a expressatildeo que relaciona estas grandezas eacute apresentada abaixo
dt
dvCi =
Em um SCR polarizado diretamente J2 estaacute reversamente polarizado Nesta junccedilatildeo existe carga armazenada iacuteons positivos de um lado e iacuteons negativos do outro Isto eacute como um capacitor carregado Assim natildeo havendo pulso no gatilho fechando-se S1 a capacitacircncia de J2 faraacute com que circule uma corrente de gatilho Como esta variaccedilatildeo eacute muito grande a corrente resultante seraacute muito grande Essa
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corrente poderaacute ser suficiente para estabelecer o processo de realimentaccedilatildeo fazendo com que o componente entre em conduccedilatildeo
Figura 21
Esse disparo normalmente indesejado pode ser evitado pela accedilatildeo de um circuito de proteccedilatildeo
chamado snubber esse circuito eacute formado por um resistor em serie com um capacitor colocados em paralelo com o SCR
Figura 22 Circuito snubber colocado em paralelo com o SCR
Os meacutetodos de comutaccedilatildeo ou de bloqueio de um SCR significa cortar a corrente que ele conduz e impedir que ele retorne a conduccedilatildeo A comutaccedilatildeo estaraacute completa quando a corrente no sentido direto for anulado e a reaplicaccedilatildeo de tensatildeo direta entre os terminais catodo e anodo natildeo provocarem o retorno do estado de conduccedilatildeo A comutaccedilatildeo natural ocorre quando se reduz a corrente de anodo a um valor abaixo de IH chamada corrente de manutenccedilatildeo (holding current) o SCR eacute bloqueado Este bloqueio pode ser visto melhor na figura abaixo Com S2 aberto mesmo com S1 fechado o SCR estaacute bloqueado pois natildeo haacute corrente no gatilho Fechando S2 pelo R circula uma corrente de gatilho que eacute suficiente para disparar o SCR Abrindo entatildeo S1 a corrente na lacircmpada anula-se e o SCR bloqueia Outro modo de obter a comutaccedilatildeo natural seria trocar a fonte de tensatildeo continua por uma tensatildeo alternada porem o SCR conduziria somente no semi-ciclo positivo natildeo havendo fluxo de corrente no semi-ciclo negativo
Figura 23 Meacutetodo mais utilizado
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Haacute tambeacutem um outro meacutetodo chamado comutaccedilatildeo forccedilada mais usual em circuitos CC a teacutecnica consiste em desviar a corrente por um caminho de menor impedacircncia a corrente que passa pelo SCR iraacute cair abaixo de IH provocando o bloqueio Como podemos ver no circuito abaixo
Figura 24
Com todas as chaves abertas o SCR estaacute bloqueado e a lacircmpada estaacute apagada Fechando-se a CH1 o circuito da lacircmpada e do SCR estaraacute energizado Como natildeo haacute corrente no gatilho o SCR continuaraacute bloqueado a lacircmpada apagada Quando S2 fechar circulara pelo resistor uma corrente suficiente para alimentar o gatilho do SCR que disparara e acenderaacute a lacircmpada Com a lacircmpada acesa S2 pode se novamente aberta sem que o SCR bloqueie e a lacircmpada se apague Agora fechando S3 naturalmente a lacircmpada natildeo se apagara pois a chave curto-circuitaraacute o SCR ficando a lacircmpada alimentada diretamente pela tensatildeo da fonte Como o SCR real natildeo eacute um curto-circuito toda a corrente da lacircmpada ira passar por S3 e a corrente do SCR cairaacute agrave zero o SCR entatildeo ira bloquear Com o SCR bloqueado abrindo-se a chave S3 a lacircmpada apagara Assim soacute seraacute outra vez acessa se S2 for novamente fechada provocando a corrente de gatilho no SCR Mas tambeacutem pode-se utilizar o SCR em tensatildeo alternada natildeo soacute em tensatildeo contiacutenua abaixo temos um exemplo de circuito com sua forma de onda
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72 - Tiristor TRIAC Siacutembolo O Triac eacute um dispositivo de 5 camadas tendo 2 caminhos P-N-P-N em ambos os sentidos entre o MT1 e MT2 e podendo conduzir nos dois sentidos como nos mostra claramente o seu siacutembolo Eletricamente o Triac equivale a ligaccedilatildeo de dois SCRs em antiparalelo e os terminais de gatilho ligados juntos O Triac pode ser levado a conduccedilatildeo pela aplicaccedilatildeo de uma corrente positiva ou negativa no gatilho embora seja mais sensiacutevel a aplicaccedilatildeo de uma corrente positiva quando MT2 eacute positivo e de uma corrente negativa quando MT1 eacute positivo Um TRIAC pode conduzir em ambos os sentidos e eacute normalmente utilizado em controle de fase CA Ele pode ser considerado como dois SCR conectados em antiparalelo com uma conexatildeo de gatilho comum como mostrado na figura abaixo
Como o TRIAC eacute um dispositivo bidirecional seus terminais natildeo podem ser designados como catodo e anodo Se o terminal MT2 for positivo em relaccedilatildeo ao terminal MT1 o TRIAC pode ser disparado pela aplicaccedilatildeo de um sinal positivo entre os terminais de gatilho G e MT1 Se o terminal MT2 for negativo em relaccedilatildeo a MT1 ele pode ser disparado pela aplicaccedilatildeo de um sinal negativo entre o gatilho G e MT1 Natildeo eacute necessaacuterio que se tenham ambas as polaridades do sinal de gatilho pois um TRIAC pode ser disparado com um sinal tanto positivo quanto negativo Na praacutetica as sensibilidades variam de um quadrante para outro e os triacs normalmente satildeo operados no I quadrante (tensatildeo e correntes de gatilho positivas) ou no quadrante III (tensotildees e correntes de gatilho negativas) como eacute visto na curva caracteriacutestica abaixo
a) Quadrante I VMT2 positivo e IG positivo b) Quadrante II VMT2 negativo e IG positivo c) Quadrante III VMT2 negativo e IG negativo d) Quadrante IV VMT2 positivo e IG negativo
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Entatildeo pode-se dizer que o triac pode fazer o controle de fase em uma carga como no circuito abaixo
Variando o potenciocircmetro R2 podemos disparar o triac em vaacuterios acircngulos da onda como demonstra o graacutefico abaixo
Porem com este circuito eacute impossiacutevel efetuar disparos aleacutem dos 90deg em cada semi-ciclo por exemplo se desejarmos disparar em 25deg que a tensatildeo instantacircnea eacute de Vx e o potenciocircmetro estaacute ajustado com este valor de tensatildeo de rede se utilizar o mesmo raciociacutenio para disparar em 155deg a tensatildeo instantacircnea seraacute a mesma consequumlentemente teraacute a mesmo ajuste do potenciocircmetro que e iraacute disparar em 25deg e natildeo em 155deg A figura abaixo ajuda esclarecer este raciociacutenio
Entatildeo para resolvermos a limitaccedilatildeo no acircngulo de disparo menor ou igual a 90deg eacute associarmos com os resistores jaacute existentes um capacitor como no circuito abaixo formando entatildeo uma rede defasadora
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O valor desta defasagem eacute dada pela equaccedilatildeo τ=(R1+R2)C Variando R2 consegue-se
variar o angula de disparo do Triac Porem como o capacitor nem sempre se carrega apartir de uma tensatildeo fixa natildeo se tem uma regularidade no disparo
Para resolvermos este problema estudaremos o Diac na sequumlecircncia
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8 - Diac Os diacs satildeo diodos de disparo bidirecional composto por trecircs camadas (PNP) com a simples funccedilatildeo de disparar tiristores Sua construccedilatildeo assemelha-se a de um transistor bipolar poreacutem difere na dopagem do cristal N
Seu funcionamento eacute simples Para passar do estado de bloqueio para o estado de conduccedilatildeo eacute preciso ultrapassar a tensatildeo de ruptura (VR) rompendo assim a junccedilatildeo polarizada inversamente podendo a corrente fluir em ambos sentidos
Para voltar ao estado de bloqueio basta remover a tensatildeo por alguns instantes Os diacs servem para controlar o disparo de triacs quando uma tensatildeo de referecircncia chegar a certo valor
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9 - Retificadores a tiristor A estrutura baacutesica de retificadores controlado consiste na mesma metodologia vista anteriormente com diodos porem com esta estrutura somente os semiciclos positivos da fonte de alimentaccedilatildeo seratildeo aplicados na carga quando os SCRs forem disparados Jaacute os semiciclos negativos satildeo omitidos como jaacute estudado anteriormente Agora temos um circuito de controle dos gatilhos dos SCRs mais requintado podendo fazer o controle entre 0deg a 180deg Vamos dar exemplos de montagem dos circuitos para que seja melhor entendido
Retificador monofaacutesico de meia onda
Retificador monofaacutesico de onda completa com ponto meacutedio
Retificador monofaacutesico em ponte completa
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Retificador semi-controlado ou em ponte mista
Retificador trifaacutesico de meia onda
Retificador trifaacutesico de onda completa (Ponte de Graetz)
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10 - PWM Para comeccedilarmos o estudo do PWM que vem do inglecircs Pulse Width Modulation ou seja modulaccedilatildeo
por largura de pulso temos que ter alguns preacute-requisitos em mente Uma maneira tradicional de se controlar a potencia de uma carga eacute atraveacutes de um potenciocircmetro ou reostato em seacuterie com a carga conforme mostra a figura abaixo este tipo de controle eacute denominada linear
Variando-se a resistecircncia do potenciocircmetro pode-se modificar a corrente na carga e portanto a potecircncia aplicada a ela
A grande desvantagem deste tipo de controle eacute que a queda de tensatildeo multiplicada pela corrente no R em seacuterie representa uma potencia na forma de calor Conforme o ajuste deste o controle passa a dissipar mais potencia que a carga
O R tem de ser capaz de dissipar esta potencia sendo assim o seu tamanho fiacutesico cresce proporcionalmente com a sua potencia tornando-se caro Embora este controle seja ateacute intuitivo porem natildeo eacute muito inteligente no que diz respeito de desperdiacutecio de energia Consideremos entatildeo o mesmo circuito soacute trocamos o controle como podemos ver no desenho abaixo
Consideremos ainda que esta chave tem uma accedilatildeo muito raacutepida Quando o interruptor estaacute aberto natildeo haacute corrente na carga e a potecircncia aplicada eacute nula No instante em que o interruptor eacute fechado a carga recebe a tensatildeo total da fonte e a potecircncia aplicada eacute maacutexima
Entatildeo para termos uma potencia de 50 a ideacuteia eacute deixarmos um tempo x com a chave ligada e o mesmo tempo com a chave desligada Isso significa que em meacutedia teremos metade do tempo com corrente e metade do tempo sem corrente concluindo que a potencia ficaraacute em 50
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A potecircncia meacutedia e portanto a proacutepria tensatildeo meacutedia aplicada agrave carga eacute neste caso 50 da tensatildeo de entrada
Veja que o interruptor fechado pode definir uma largura de pulso pelo tempo em que ele fica nesta condiccedilatildeo e um intervalo entre pulsos pelo tempo em que ele fica aberto Os dois tempos juntos definem o periacuteodo e portanto uma frequecircncia de controle
A relaccedilatildeo entre o tempo em que temos o pulso e a duraccedilatildeo de um ciclo completo de operaccedilatildeo do interruptor nos define ainda o ciclo ativo conforme eacute mostrado na figura 5
Variando-se a largura do pulso e tambeacutem o intervalo de modo a termos ciclos ativos diferentes podemos controlar a potecircncia meacutedia aplicada a uma carga Assim quando a largura do pulso varia de zero ateacute o maacuteximo a potecircncia tambeacutem varia na mesma proporccedilatildeo conforme estaacute indicado na figura 6
Este princiacutepio eacute usado justamente no controle PWM modulamos (variamos) a largura do pulso de modo a controlar o ciclo ativo do sinal aplicado a uma carga e com isso a potecircncia aplicada a ela
Na praacutetica substituiacutemos o interruptor por algum dispositivo de estado soacutelido que possa abrir e fechar o circuito rapidamente como por exemplo um transistor bipolar um FET de potecircncia um IGBT ou ateacute mesmo um SCR
A este dispositivo eacute entatildeo ligado um oscilador que possa ter seu ciclo ativo controlado numa grande faixa de valores Na praacutetica eacute difiacutecil chegar agrave duraccedilatildeo zero do pulso e agrave 100 jaacute que isso implicaria na parada do oscilador mas podemos chegar bem perto disso
Na operaccedilatildeo de um controle por PWM existem diversas vantagens a serem consideradas e alguns pontos para os quais o projetista deve ficar atento para natildeo jogar fora estas vantagens
Na condiccedilatildeo de aberto nenhuma corrente circula pelo dispositivo de controle e portanto sua dissipaccedilatildeo eacute nula Na condiccedilatildeo de fechado teoricamente se ele apresenta uma resistecircncia nula a queda de tensatildeo eacute nula e ele natildeo dissipa tambeacutem nenhuma potecircncia
Isso significa que na teoria os controles PWM natildeo dissipam potecircncia alguma e portanto consistem em soluccedilotildees ideais para este tipo de aplicaccedilatildeo
Na praacutetica entretanto isso natildeo ocorre Em primeiro lugar os dispositivos usados no controle natildeo satildeo capazes de abrir e fechar o circuito num tempo infinitamente pequeno Eles precisam de um tempo para mudar de estado e neste intervalo de tempo sua resistecircncia sobe de um valor muito pequeno ateacute infinito e vice-versa numa curva de comutaccedilatildeo semelhante a mostrada na figura 10
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Neste intervalo de tempo a queda de tensatildeo e a corrente atraveacutes do dispositivo natildeo satildeo nulas e uma boa quantidade de calor poderaacute ser gerada conforme a carga controlada Dependendo da frequecircncia de controle e da resposta do dispositivo usado uma boa quantidade de calor poderaacute ser gerada neste processo de comutaccedilatildeo
Entretanto mesmo com este problema a potecircncia gerada num controle PWM ainda eacute muito menor do que num circuito de controle linear equivalente Transistores de comutaccedilatildeo raacutepidos FETs de potecircncia e outros componentes de chaveamento podem ser suficientemente raacutepidos para permitir que projetos de controles de potecircncias elevadas sejam implementados sem a necessidade de grandes dissipadores de calor ou que tenham problemas de perdas de energia por geraccedilatildeo de calor que possam ser preocupantes
O segundo problema que poderaacute surgir vem justamente do fato de que os transistores de efeito de campo ou bipolares usados em comutaccedilatildeo natildeo se comportam como resistecircncias nulas quando saturados Os transistores bipolares podem apresentar uma queda de tensatildeo de ateacute alguns volts quando saturados o mesmo ocorrendo com os FETs
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11 - Soft-Starter
Soft start eacute um dispositivo eletrocircnico composto de pontes tiristorizadas a fim de controlar a corrente de partida de motores de corrente alternada trifaacutesicos o controle da tensatildeo reduzida eacute feita ajustando-se o acircngulo de disparo de um par de SCRs dispostos em antiparalelo em cada fase do motor A medida que a tensatildeo vai aumentando a corrente aumenta para acelerar a carga de uma maneira suave e sem degraus Seu uso eacute comum em bombas centriacutefugas ventiladores e motores de elevada potecircncia cuja aplicaccedilatildeo natildeo exija a variaccedilatildeo de velocidade
A vantagem desta teacutecnica sobre as alternativas de custo baixo eacute a possibilidade de ajustarmos o torque do motor as necessidades de torque da carga
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12 - Inversores
Introduccedilatildeo A obtenccedilatildeo de uma tensatildeo alternada a partir de uma fonte CC eacute muitas vezes necessaacuteria para a
alimentaccedilatildeo de diversas cargas Os conversores que realizam a transformaccedilatildeo CC-CA satildeo chamados de inversores Como exemplos de aplicaccedilotildees pode-se citar o controle de velocidade de motores de corrente alternada fontes de alimentaccedilatildeo ininterrupta (no-break) entre varias outras aplicaccedilotildees
Qualquer sistema no qual o fornecimento da energia eleacutetrica natildeo pode ser interrompido deve prever uma fonte de emergecircncia para supri-lo Quando a potecircncia instalada eacute muito grande tem-se em geral um sistema de acionamento imediato alimentado a partir de baterias e um sistema motor-gerador que por necessitar de alguns minutos para estar em condiccedilotildees ideais de operaccedilatildeo natildeo pode ser usado de imediato Tal arranjo eacute usado por exemplo em centrais telefocircnicas hospitais etc Topologias Baacutesicas
Inversor Monofaacutesico em Ponte A estrutura do inversos monofaacutesico em ponte alimentando carga resistiva estaacute representado na
Figura abaixo
As formas de onda de interesse satildeo apresentadas na figura abaixo Com S1 e S4 em conduccedilatildeo a
tensatildeo na carga eacute igual a E quando S2 e S3 estatildeo em conduccedilatildeo ela torna-se igual a -E
Quando a carga for indutiva devem ser adicionados a estrutura do circuito mostrado acima os
diodos de circulaccedilatildeo D1 D2 D3 e D4 como indica a figura abaixo Observe que com carga indutiva a fonte E deve ser reversiacutevel em corrente
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Etapas de funcionamento do inversor em ponte alimentando carga indutiva
Inversor Monofaacutesico em Ponto Meacutedio Este circuito representado na figura abaixo emprega apenas um braccedilo sendo desse modo mais
simples de ser comandado que o inversor em ponte porem a sua desvantagem eacute a tensatildeo de saiacuteda ser a metade
Inversor Monofaacutesico em Ponte
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13 - Dissipadores
A circulaccedilatildeo de corrente eleacutetrica por qualquer elemento provoca uma dissipaccedilatildeo de potecircncia igual ao produto do quadrado da corrente pela resistecircncia do circuito O objetivo eacute estabelecer criteacuterios para o dimensionamento de sistemas de dissipaccedilatildeo do calor produzido por componentes eletrocircnicos especialmente semicondutores de potecircncia (diodostransistores tiristores etc) buscando a proteccedilatildeo de tais componentes tendo como meta fundamental a elevada confiabilidade dos equipamentos nos quais os dispositivos satildeo empregados Deve-se buscar reduccedilatildeo de volume peso e custos
Caacutelculo da Potecircncia Dissipada
O caacutelculo da potecircncia dissipada deve ser feito via de regra pelo produto da tensatildeo pela corrente sobre o dispositivo em questatildeo
Comportamento em regime permanente potecircncia meacutedia
Nos dispositivos semicondutores de potecircncia o calor decorrente do efeito Joule eacute produzido na pastilha semicondutora fluindo daiacute para ambientes mais frios como o encapsulamento do dispositivo e o ambiente Este fluxo de calor depende de fatores como o gradiente de temperatura e as caracteriacutesticas teacutermicas dos meios e materiais envolvidos Define-se a grandeza ldquoresistecircncia teacutermicardquo como uma medida da dificuldade do fluxo de calor entre 2 meios ∆T diferenccedila de temperatura entre regiotildees de transferecircncia de calor P potecircncia meacutedia dissipada h coeficiente de transferecircncia de calor A aacuterea envolvida na transferecircncia de calor
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ANALOGIA COM CIRCUITO ELEacuteTRICO Em geral se faz uma analogia com um circuito eleacutetrico sendo a potecircncia meacutedia representada por uma fonte de corrente As temperaturas nos ambientes indicados (junccedilatildeo caacutepsula ambiente) satildeo anaacutelogas agraves tensotildees nos respectivos noacutes enquanto as resistecircncias teacutermicas satildeo as proacuteprias resistecircncias do modelo
Tj=Temperatura da junccedilatildeo Rtjc=Resistecircncia teacutermica entre junccedilatildeo e encapsulamento Tc=temperatura do encapsulamento Rtca=Resist Term Entre encapsulamento e ambiente Rtcd=Resist Entre encapsulament e dissipador Rtda=Resist Teacutermica entre dissipador e ambiente Partindo do anaacutelogo eleacutetrico chegamos a seguinte equaccedilatildeo tiacutepica Tj = Ta + P (Rtjc + Rtca) Exemplo 1 P = 20 W Rtjc = 2degCW Rtca = 10degCW Ta = 40degC Tjmax = 120degC Tc = Ta + P Rtca = 240degC Tj = Tc + P Rtjc = 280degC
Dissipadores de calor Considerando que natildeo seja possiacutevel reduzir a potecircncia meacutedia dissipada a alternativa para a proteccedilatildeo do semicondutor eacute colocar um dispositivo de baixa resistecircncia teacutermica entre o encapsulamento e o ambiente A este elemento colocado junto ao encapsulamento se diz ldquodissipador de calorrdquo Caracteriacutesticas dos dissipadores As principais caracteriacutesticas estatildeo relacionadas com dimensotildees e especialmente agrave sua superfiacutecie de contato com o ambiente Em geral estes dispositivos satildeo construiacutedos em alumiacutenio dada sua boa condutividade teacutermica (condiccedilatildeo indispensaacutevel) baixo custo e peso A figura mostra perfis tiacutepicos de dissipadores A utilizaccedilatildeo de grande nuacutemero de aletas eacute para aumentar a aacuterea de troca de calor A resistecircncia teacutermica para uma placa plana quadrada pode ser aproximadamente dada por
λ condutacircncia teacutermica (a 77o C) [W(oCcm)] W espessura do dissipador [mm]
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A aacuterea do dissipador [cm2] Cf fator de correccedilatildeo devido agrave posiccedilatildeo e tipo de superfiacutecie Na tabela abaixo satildeo dados alguns valores para os coeficientes da foacutermula O fator Cf varia com a posiccedilatildeo do dissipador sendo preferiacutevel uma montagem vertical agrave horizontal por criar um efeito ldquochamineacuterdquo Dissipadores pretos satildeo melhores irradiadores de calor que aqueles com superfiacutecie brilhante
Comportamento em regime transitoacuterio potecircncia de pico Quando a potecircncia dissipada no semicondutor consiste de pulsos de potecircncia eacute preciso verificar a proteccedilatildeo do componente em relaccedilatildeo aos picos de dissipaccedilatildeo Durante a ocorrecircncia do pico de potecircncia ocorre a elevaccedilatildeo da temperatura da junccedilatildeo embora natildeo ocorra variaccedilatildeo nas temperaturas do encapsulamento e do dissipador (que dependem da potecircncia meacutedia) devido agrave maior capacidade teacutermica da caacutepsula e especialmente do dissipador Tal capacidade teacutermica relaciona-se com o tipo de material utilizado e seu volume Na analogia eleacutetrica utilizada anteriormente ela se comporta como uma capacitacircncia O caacutelculo da temperatura da junccedilatildeo em tal regime transitoacuterio eacute feito utilizando uma grandeza chamada ldquoimpedacircncia teacutermicardquo Ztjc que leva em consideraccedilatildeo a capacidade teacutermica da junccedilatildeo Exemplo 2 Rtjc = 2deg CW Rtca = 5deg CW Rtcd = 2deg CW Rtda = 3deg CW Ztjc = 005deg CW Tjmax = 150deg C Ta = 40deg C P = 20W Pp = 1000W
Tj = 130 oC (o componente estaacute protegido em relaccedilatildeo agrave potecircncia meacutedia) Tc = 90 oC Tj = Tc + Pp Ztjc = 140 oC
Caacutelculo dos Dissipadores
bull A temperatura de trabalho da junccedilatildeo deve ser 20 a 30 menor que seu valor maacuteximo para permitir a proteccedilatildeo do componente sem super-dimensionar o dissipador middot Para ambientes nos quais natildeo se faccedila um controle riacutegido da temperatura deve-se usar uma temperatura ambiente de 40oC
bull Caso o dissipador fique dentro de algum bastidor ou caixa na qual a temperatura possa se elevar acima dos 40oC deve-se considerar sempre a maacutexima temperatura do ar com o qual o dissipador troca calor Eacute conveniente agrave falta de maiores informaccedilotildees utilizar o valor de 40oC e verificar apoacutes a entrada em operaccedilatildeo do protoacutetipo a verdadeira temperatura ambiente
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bull Deve-se verificar a necessidade do uso de isoladores (mica teflon ou mylar) e natildeo desconsiderar suas resistecircncias teacutermicas middot O emprego de pastas teacutermicas eacute sempre recomendado e se deve considerar tambeacutem sua resistecircncia teacutermica
b) No transitoacuterio
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Apecircndice A
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Laboratoacuterio 1
Diodo Ache os componentes em sucatas e monte o circuito abaixo em placa de circuito impresso corroiacuteda Lista de material
4 Diodos 1N4007 2 Capacitores 330uF200V 2 Resistores 150K 18W 1 Suporte p lacircmpada 1 Lacircmpada 40W220V 1 Conector p placa de 2 bornes 6 Chaves HH 1 Rabicho com plugue Placa p circuito impresso virgem (fibra fenolite perfurada) Caneta retro projetor ou esmalte p unhas Palha de accedilo ou acetona e pedaccedilo de pano Soluccedilatildeo de percloreto de ferro Estanho em fio
Obs Colocar o seu nome no lado do cobre a caneta ou esmalte antes da corrosatildeo
Montado na placa o circuito acima e testado fazer os seguintes exerciacutecios 1 ndash Com o interruptor Ch7 ligado os interruptores Ch3 Ch4 Ch5 e Ch6 desligados e os interruptores Ch1 e Ch2 na posiccedilatildeo 1 faccedila a seguinte medida meccedila com o osciloscoacutepio colocando a garra jacareacute onde aparece o GND e o pinccedila no ponto 1 de forma que apareccedila somente o semi-ciclo positivo na tela tambeacutem reproduza abaixo a forma de onda encontrada e registre onde a posiccedilatildeo do zero O aparelho ajustado da seguinte forma O botatildeo de tempodivisatildeo em 5mS O botatildeo tensatildeodivisatildeo ajustado em 5V A ponteira ajustada em X10
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2 ndash Permanecendo o interruptor Ch7 ligado Ch5 e Ch6 desligados poreacutem Ch1 e Ch2 na posiccedilatildeo 2 e Ch3 e Ch4 ligados faccedila novamente a medida e reproduza na tela abaixo a forma de onda
3 - Permanecendo o interruptor Ch7 ligado Ch3 Ch4 Ch5 e Ch6 agora ligados e Ch1 e Ch2 na posiccedilatildeo 2 faccedila novamente a medida e reproduza na tela abaixo a forma de onda
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4 ndash O que aconteceu com a potecircncia (brilho) da lacircmpada Com circuito configurado como no exerciacutecio 1 e exerciacutecio 3 (aumentou ou diminuiu) Porque ocorreu isto _____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
5 ndash Qual eacute a nova potecircncia da lacircmpada Provar por meio de caacutelculos 6 ndash Por fim com o circuito configurado como no exerciacutecio 3 coloque uma lacircmpada de maior potecircncia e visualize o ripple novamente com o osciloscoacutepio explique o que ocorreu _____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
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Laboratoacuterio 2 TRANSISTOR BIPOLAR (BJT)
Os transistores de potecircncia apresentam caracteriacutesticas de chaveamento controlado Os transistores utilizados como elementos de chaveamento operam na regiatildeo de saturaccedilatildeo apresentando uma baixa queda de tensatildeo de conduccedilatildeo (VCE=0V) (VBE=13V)
Este laboratoacuterio tem o objetivo de fazer um retificador e filtro diretamente da rede alternada com componentes retirados de fontes chaveadas de computadores apoacutes o estaacutegio de retificaccedilatildeo e filtro faremos funcionar uma lacircmpada incandescente de 220 volts corrente alternada em corrente contiacutenua com o auxiacutelio de um transistor de potencia tambeacutem retirado das mesmas fontes
Calcule o R1 e monte o circuito e apoacutes responda as questotildees
Pinos 1 ndash Base 2 ndash Coletor 3 ndash Emissor
Alguns transistores encontrados em fontes chaveadas de computador Transistor VCE (V) Ic (A) β MJE13007 400 8 5
2SC4106 400 7 10
2SC5027 800 3 8
2SC5353 800 3 15
2SC2335 400 7 10
2SC4242 400 7 10
2SC5763 400 7 10
1 ndash Escolha o transistor e faccedila o calculo para descobrir R1 e depois monte o circuito Transistor escolhido ______________
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2 ndash Meccedila a corrente no ponto 1 e compare com o calculado Faccedila as observaccedilotildees necessaacuterias
Corrente no ponto (1)
Calculado
Medido _____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
3 ndash Por que existem os resistores em paralelo com os capacitores
_____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
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Laboratoacuterio 3
TRANSISTOR EFEITO DE CAMPO (FET) O transistor de potecircncia MOSFET eacute um dispositivo de tensatildeo controlada e necessita apenas de tensatildeo no gatilho A velocidade de chaveamento eacute muito alta (nanosegundos) MOSFETrsquos de potecircncia satildeo utilizados em conversores de baixa potecircncia e alta frequumlecircncia Estes transistores apresentam problemas de descargas eletrostaacuteticas necessitando de cuidados especiais Este experimento tem como objetivo mostrar o funcionamento de Mosfets em uma aplicaccedilatildeo pratica para tanto montaremos o circuito abaixo
Pinagem 1 ndash GATE 2 ndash DRAIN 3 ndash SOURCE
Alguns transistores encontrados no comeacutercio
Transistor Tensatildeo Vds(V) Corrente Id (A)
IRF840 500 85 IRF740 400 10
1 ndash Meccedila a corrente no ponto 1 Corrente no ponto 1 ______________ No ponto 2 coloque 1deg o multiacutemetro antes de ligar o circuito Meccedila a corrente no ponto 2 Corrente no ponto 2 ______________ Por que isto ocorre 2 ndash Calcule a corrente que passa entre os resistores E compare com os valores medidos e faccedila as observaccedilotildees necessaacuterias
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Laboratoacuterio 4
SCR E TRIAC
Este laboratoacuterio tem o objetivo de comprovar o funcionamento do componente SCR e TRIAC e diferenciaacute-los 1
A - Primeiramente ligue a chave 1 mantendo a chave 2 desligada o que ocorre _____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
B ndash Mantendo ligada a chave 1 ligue a chave 2 por um breve intervalo de tempo e desligue-a O que acontece Justifique sua resposta _____________________________________________________________________________________ _____________________________________________________________________________________ 2
C ndash Faccedila a mesma sequumlecircncia usada nas questotildees A e B Sequumlecircncia da questatildeo A________________________________________________________________
Sequumlecircncia da questatildeo B_________________________________________________________________
D - Faccedila as consideraccedilotildees comparando os circuitos 1 e 2
_____________________________________________________________________________________ _____________________________________________________________________________________
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3
E ndash Faccedila um comentaacuterio sobre a omissatildeo das chaves _____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
4
F - Comente os circuitos 3 e 4 haacute alguma diferenccedila no brilho da lacircmpada
_____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
Pinos do SCR e BTA 1 ndash Catodo A2 2 ndash Anodo A1 3 ndash Gatilho
Alguns SCRs encontrados no comeacutercio
Tiristor
Tensatildeo Vds(V)
Corrente Id (A)
BT151 500 85 TIC106 400 10
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Laboratoacuterio 5
DIAC E TRIAC O objetivo eacute montar o circuito abaixo e visualizar com o osciloscoacutepio a forma de onda em cima da carga no nosso caso a lacircmpada enquanto varia o potenciocircmetro
Pinagem 1 ndash A1 2 ndash A2 3 ndash G Alguns triacs encontrado no comeacutercio BTA08 ndash 8A BTA26 ndash 26A MAC224 ndash 40A TIC226 ndash 8A
Coloque a ponteira em cima da carga e deixe o potenciocircmetro no meio do curso e reproduza na tela abaixo Registre o ajuste que foi feito no osciloscoacutepio para aparecer o meio ciclo superior na tela
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Laboratoacuterio 6
PWM Este circuito eacute simples com o famoso CI 555 para gerar o sinal PWM Controlando uma carga que conseguimos observar o estaacute acontecendo
1 ndash Qual a frequumlecircncia gerada do sinal PWM _______________________________________________________________________________
_______________________________________________________________________________
2 ndash O que acontece com a lacircmpada quando varia o potenciocircmetro
_______________________________________________________________________________
_______________________________________________________________________________
3 ndash Trocando o capacitor de 100nF por um de 10nF qual seraacute a nova frequumlecircncia
_______________________________________________________________________________
_______________________________________________________________________________
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Laboratoacuterio 7
INVERSOR Este circuito eacute o conceito baacutesico do princiacutepio de funcionamento de um inversor que eacute capaz de gerar uma tensatildeo alternada a partir de uma tensatildeo contiacutenua
1 ndash O motor estaacute girando _____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
2 ndash Caso afirmativo na primeira pergunta coloque a ponteira do osciloscoacutepio em um dos terminais do motor e a garra jacareacute no terra e meccedila a frequumlecircncia _____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
3 ndash O que estaacute acontecendo com o motor em suas caracteriacutesticas fiacutesicas Mudou a velocidade estaacute aquecendo estaacute trepidando etc _____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
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Apendice B
Coacutedigo de resistores
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Capacitores ceracircmicos
O valor do capacitorB eacute de 3300 pF (picofarad = 10-12 F) ou 33 nF (nanofarad = 10-9 F) ou 00033 microF (microfarad =
10-6 F) No capacitor A devemos acrescentar mais 4 zeros apoacutes os dois primeiros algarismos O valor do capacitor que se lecirc 104 eacute de 100000 pF ou 100 nF ou 01microF
O aparecimento de uma letra maiuacutescula ao lado dos nuacutemeros Esta letra refere-se a toleracircncia do capacitor ou seja o quanto que o capacitor pode variar de seu valor em uma temperatura padratildeo de 25deg C A letra J significa que este capacitor pode variar ateacute plusmn5 de seu valor a letra K = plusmn10 ou M = plusmn20 Segue na tabela abaixo os coacutedigos de toleracircncias de capacitacircncia
Ateacute 10pF Coacutedigo Acima de 10pF
plusmn01pF B
plusmn025pF C
plusmn05pF D
plusmn10pF F plusmn1
G plusmn2
H plusmn3
J plusmn5
K plusmn10
M plusmn20
S -50 -20
Z +80 -20
ou +100 -20
P +100 -0
O coeficiente de temperatura TC que define a variaccedilatildeo da capacitacircncia dentro de uma determinada faixa de temperatura O TC eacute normalmente expresso em ou ppmdegC ( partes por milhatildeo degC ) Eacute usado uma sequumlecircncia de letras ou letras e nuacutemeros para representar os coeficientes Observe o desenho abaixo
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Na tabela abaixo estatildeo mais alguns coeficientes de temperatura e as toleracircncias que satildeo muito utilizadas por diversos fabricantes de capacitores
Coacutedigo Coeficiente de temperatura NPO -0plusmn 30ppmdegC N075 -75plusmn 30ppmdegC N150 -150plusmn 30ppmdegC N220 -220plusmn 60ppmdegC N330 -330plusmn 60ppmdegC N470 -470plusmn 60ppmdegC N750 -750plusmn 120ppmdegC N1500 -1500plusmn 250ppmdegC N2200 -2200plusmn 500ppmdegC N3300 -3300plusmn 500ppmdegC N4700 -4700plusmn 1000ppmdegC N5250 -5250plusmn 1000ppmdegC P100 +100plusmn 30ppmdegC
Outra forma de representar coeficientes de temperatura eacute mostrado abaixo Eacute usada em capacitores que se caracterizam
pela alta capacitacircncia por unidade de volume (dimensotildees reduzidas) devido a alta constante dieleacutetrica sendo recomendados para aplicaccedilatildeo em desacoplamentos acoplamentos e supressatildeo de interferecircncias em baixas tensotildees
Os coeficientes satildeo tambeacutem representados exibindo sequumlecircncias de letras e nuacutemeros como por exemplo X7R Y5F e Z5U Para um capacitor Z5U a faixa de operaccedilatildeo eacute de +10degC que significa Temperatura Miacutenima seguido de +85degC que significa Temperatura Maacutexima e uma variaccedilatildeo Maacutexima de capacitacircncia dentro desses limites de temperatura que natildeo ultrapassa -56 +22
Veja as trecircs tabelas abaixo para compreender este exemplo e entender outros coeficientes
Temperatura Miacutenima
Temperatura Maacutexima
Variaccedilatildeo Maacutexima de Capacitacircncia
X -55degC Y -30degC Z +10degC
2 +45degC 4 +65degC 5 +85degC 6 +105degC 7 +125degC
A plusmn10 B plusmn15 C plusmn22 D plusmn33 E plusmn47 F plusmn75 P plusmn10 R plusmn15 S plusmn22 T -33 +22 U -56 +22 V -82 +22
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Capacitores de filme plaacutestico
O desenho ao lado mostra capacitores que tem os seus valores impressos em nanofarad (nF) = 10-9F Quando aparece no capacitor uma letra n minuacutescula como um dos tipos apresentados ao lado por exemplo 3n3 significa que este capacitor eacute de 33nF No exemplo o n minuacutesculo eacute colocado ao meio dos nuacutemeros apenas para economizar uma viacutergula e evitar erro de interpretaccedilatildeo de seu valor
Capacitores de Ceracircmica Multicamada
Capacitores de Polieacutester Metalizado usando coacutedigo de cores
A tabela abaixo mostra como interpretar o coacutedigo de cores dos capacitores abaixo No capacitor A as 3 primeiras cores satildeo laranja laranja e laranja correspondem a 33000 equivalendo a 33 nF A cor branca logo adiante eacute referente a plusmn10 de toleracircncia E o vermelho representa a tensatildeo nominal que eacute de 250 volts
1ordf Algarismo 2ordf Algarismo 3ordf Ndeg de zeros 4ordf Toleracircncia 5ordf Tensatildeo
PRETO 0 0 - plusmn 20 -
MARROM 1 1 0 - -
VERMELHO 2 2 00 - 250V
LARANJA 3 3 000 - -
AMARELO 4 4 0000 - 400V
VERDE 5 5 00000 - -
AZUL 6 6 - - 630V
VIOLETA 7 7 - - -
CINZA 8 8 - - -
BRANCO 9 9 - plusmn 10 -
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Apecircndice C
Osciloscoacutepio Geralmente os osciloscoacutepios tecircm os controles e entradas que podem ser divididos em cinco grupos
1 ndash Controle da fonte de alimentaccedilatildeo 2 ndash Controles de ajuste do traccedilo ou ponto na tela 3 ndash Controles e entrada de atuaccedilatildeo vertical 4 ndash Controles e entrada de atuaccedilatildeo horizontal 5 ndash Controles de entrada de sincronismo
1 - CONTROLE DA FONTE DE ALIMENTACcedilAtildeO 11 - INTERRUPTOR Sua funccedilatildeo eacute interromper ou estabelecer a corrente no primaacuterio do transformador de fora Sua atuaccedilatildeo normalmente eacute acompanhada por uma lacircmpada piloto que serve de aviso visual sobre a situaccedilatildeo do circuito (ligado ou desligado) Normalmente este interruptor se encontra acoplado junto do potenciocircmetro de controle de brilho 12 - COMUTADOR DE TENSAtildeO Sua funccedilatildeo eacute selecionar a tensatildeo de funcionamento do osciloscoacutepio (127 220V) Permite utilizar o instrumento sem a necessidade de recorrer a um transformador abaixador ou elevador de tensatildeo (geralmente o acesso deste comutador eacute visto na parte de traz do aparelho) 2 - CONTROLES DE AJUSTE DO TRACcedilO OU PONTO NA TELA 21 - BRILHO OU LUMINOSIDADE Eacute o controle que ajusta a luminosidade do ponto ou do traccedilo O controle do brilho eacute feito por meio de um potenciocircmetro situado no circuito da grade de controle do TRC mediante o qual se regula o potencial desta grade (deve-se evitar o uso de brilho excessivo sob pena de se danificar a tela) 22 - FOCO Eacute o controle que ajusta a nitidez do ponto ou traccedilo luminoso O ajuste do foco eacute conseguido mediante a regulagem de um potenciocircmetro que regula a polarizaccedilatildeo do eletrodo de enfoque O foco deve ser ajustado de forma a se obter um traccedilo fino e niacutetido na tela (estes ajustes de brilho e de foco satildeo ajustes baacutesicos que devem ser feitos sempre que se for usar o osciloscoacutepio)
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23 - ILUMINACcedilAtildeO DA RETIacuteCULA Permite que se ilumine o quadriculado ou as divisotildees na tela 3 - CONTROLES E ENTRADA DE ATUACcedilAtildeO VERTICAL 31 - ENTRADA DE SINAL VERTICAL Nesta entrada eacute conectada a ponta de prova do osciloscoacutepio As variaccedilotildees de tensatildeo aplicadas nesta entrada aparecem sob forma de figura na tela 32 - CHAVE DE SELECcedilAtildeO DE MODO DE ENTRADA (CA-CC) Esta chave eacute selecionada de acordo com o tipo de forma de onda a ser observada Em alguns osciloscoacutepios esta chave possui trecircs posiccedilotildees (CA-0-CC ou AC-GND-DC) Esta posiccedilatildeo adicional eacute usada para a realizaccedilatildeo de ajustes do traccedilo do osciloscoacutepio em algumas situaccedilotildees Por exemplo quando se deseja Uma referecircncia na tela 33 - CHAVE SELETORA DE GANHO (VDiv) Esta chave permite que se aumente ou que se diminua a amplitude de projeccedilatildeo na tela do osciloscoacutepio (altura da imagem) 34 - POSICcedilAtildeO VERTICAL Permite movimentar a imagem para cima ou para baixo na tela A movimentaccedilatildeo natildeo interfere na forma da figura projetada na tela 4 - CONTROLES DE ATUACcedilAO HORIZONTAL 41 - CHAVE SELETORA DE BASE DE TEMPO Eacute o controle que permite variar o tempo de deslocamento horizontal do ponto na tela Atraveacutes deste controle eacute possiacutevel reduzir ou ampliar horizontalmente na tela a figura nela projetada Em alguns osciloscoacutepios esta chave seletora tem uma posiccedilatildeo identificada como EXT (externa) o que possibilita que o deslocamento horizontal pode ser controlado por circuito externo ao osciloscoacutepio atraveacutes de uma entrada especiacutefica Quando a posiccedilatildeo externa eacute selecionada natildeo haacute formaccedilatildeo do traccedilo na tela obtendo-se apenas um ponto 42 - POSICcedilAtildeO HORIZONTAL Eacute o ajuste que permite controlar horizontalmente a forma de onda na tela Girando o controle de posiccedilatildeo horizontal para a direita o traccedilo move-se horizontalmente para a direita e vice-versa Assim como o controle de posiccedilatildeo vertical o controle de posiccedilatildeo horizontal natildeo interfere na forma da figura projetada na tela
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5 - CONTROLES E ENTRADA DE SINCRONISMO (TRIGGER) Satildeo controles que se destinam a fixar a imagem na tela Estes controles satildeo utilizados principalmente na observaccedilatildeo de sinais alternados Os controles de sincronismo satildeo Chave seletora de fonte de sincronismo Chave de modo de sincronismo Controle de niacutevel de sincronismo 51 - CHAVE SELETORA DE FONTE DE SINCRONISMO Seleciona onde seraacute tomada o sinal de sincronismo para fixar a imagem na tela do osciloscoacutepio Normalmente esta chave possui trecircs posiccedilotildees pelo menos POSICcedilAtildeO CH1 O sincronismo eacute controlado pelo sinal aplicado ao canal 1 POSICcedilAtildeO REDE Realiza o sincronismo com base na frequecircncia da rede de alimentaccedilatildeo do osciloscoacutepio (60Hz) Nesta posiccedilatildeo consegue-se facilmente sincronizar na tela sinais aplicados na entrada vertical que sejam obtidos a partir da rede eleacutetrica POSICcedilAtildeO EXTERNO Na posiccedilatildeo externo o sincronismo da figura eacute obtido agrave partir de outro equipamento externo conectado ao osciloscoacutepio O sinal que controla o sincronismo na posiccedilatildeo externo eacute aplicado a entrada de sincronismo 52 - CHAVE DE MODO DE SINCRONISMO Normalmente esta chave tem duas ou trecircs posiccedilotildees AUTO Nesta posiccedilatildeo o osciloscoacutepio realiza o sincronismo automaticamente com base no sinal selecionado pela chave seletora de fonte de sincronismo NORMAL + O sincronismo eacute positivo ajustado manualmente pelo controle de niacutevel de sincronismo (TRIGGER) de modo que o primeiro pico que apareccedila na tela seja o positivo NORMAL - O sincronismo eacute negativo tambeacutem ajustado manualmente entretanto o primeiro pico a aparecer eacute o negativo 53 - CONTROLE DE NIacuteVEL DE SINCRONISMO (TRIGGER) Eacute um controle manual que permite o ajuste do sincronismo quando natildeo se consegue um sincronismo automaacutetico Tem atuaccedilatildeo nas posiccedilotildees NORMAL + e NORMAL - OBSERVACcedilAtildeO Para se realizar leituras eacute necessaacuterio sincronizar a figura na tela II - ENTRADA E CONTROLE DO OSCILOSCOacutePIO DUPLO TRACcedilO O osciloscoacutepio de duplo traccedilo possui alguns controles que satildeo comuns aos dois traccedilos e outros que satildeo individuais Os controles de brilho foco base de tempo e de posiccedilatildeo horizontal satildeo controles que satildeo comuns aos dois traccedilos Basicamente os controles individuais situam-se nas entradas e controles do vertical nos controles e entrada de sincronismo ENTRADAS E CONTROLES DO VERTICAL Para que se possa observar dois sinais simultaneamente eacute necessaacuterio que se aplique uma tensatildeo em cada uma das entradas verticais O osciloscoacutepio duplo traccedilo dispotildee de dois grupos de controles verticais Um grupo para o canal A ou canal 1 (CH1) Um grupo para o canal B ou canal 2 (CH2) Cada grupo controla um dos sinais na tela (amplitude posiccedilatildeo vertical etc) Geralmente satildeo iguais Cada canal dispotildee de Entrada Vertical Chave Seletora CA-O-CC Chave Seletora de ganho vertical (DDiv) Posiccedilatildeo vertical Um osciloscoacutepio de duplo traccedilo pode ainda ser utilizado como sendo um osciloscoacutepio de traccedilo simples Uma chave seletora permite que se possa selecionar cada canal individualmente ou os dois simultaneamente Esta chave possui pelo menos trecircs posiccedilotildees CH1
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CH2 DUAL Na posiccedilatildeo CH1 apareceraacute apenas a imagem na tela que estiver sendo aplicada na entrada vertical do canal 1 Na posiccedilatildeo CH2 apareceraacute apenas a imagem na tela que estiver sendo aplicada na entrada vertical do canal 2 Na posiccedilatildeo DUAL aparecem as duas imagens Em osciloscoacutepios mais sofisticados esta chave pode possuir mais posiccedilotildees de modo a permitir outras alternativas de uso CONTROLES DE SINCRONISMO Realizam as mesmas funccedilotildees do osciloscoacutepio traccedilo simples que eacute a de fixar a imagem na tela O que diferencia eacute o fato de que na chave seletora de fonte existe uma posiccedilatildeo adicional de modo a poder sincronizar a figura PONTAS DE PROVA As pontas de prova satildeo utilizadas para interligar o osciloscoacutepio aos pontos de medida
Uma das extremidades da ponta de prova eacute conectada a uma das entradas do osciloscoacutepio atraveacutes de um conector e a extremidade livre serve para conexatildeo aos pontos de medida A extremidade livre possui uma garra jacareacute denominada de terra da ponta de prova que deve ser conectada ao terra do circuito e uma ponta de entrada de sinal que deve ser conectada no ponto que se deseja medir Existem dois tipos de ponta de prova ponta de prova 11 ponta de prova 101 A ponta de prova 11 se caracteriza por aplicar agrave entrada do osciloscoacutepio a mesma tensatildeo ou forma de onda que eacute aplicada a ponta de mediccedilatildeo A ponta de prova 101 entrega ao osciloscoacutepio apenas a deacutecima parte da tensatildeo aplicada a ponta de mediccedilatildeo As pontas de prova 101 permitem que o osciloscoacutepio consiga observar tensotildees dez vezes maior que a sua capacidade Por exemplo Um osciloscoacutepio que permite a leitura de tensotildees de 50V com ponta de prova 11 com ponta de prova 101 poderaacute medir tensotildees de ateacute 500V (10x50V) Existem pontas de prova que dispotildee de um botatildeo onde se pode selecionar 101 ou 11 Obs Quando natildeo se tem total certeza da grandeza da tensatildeo envolvida eacute aconselhaacutevel iniciar a mediccedilatildeo com o posiccedilatildeo 101
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Bibliografia
1 Dispositivos semicondutores tiristores controle de potecircncia em CC e CA 1996 - ALMEIDA Joseacute Luiz Antunes de Satildeo Paulo Eacuterica 1996 150 p
2 Dispositivos semicondutores diodos e transistores 1996 MARQUES Angelo Eduardo B
CHOUERI JUacuteNIOR Salomatildeo CRUZ Eduardo Cesar Alves Satildeo Paulo Eacuterica 1996 389 p
3 Anaacutelise e projeto de fontes chaveadas MELLO Luiz Fernando P de Satildeo Paulo Eacuterica 1996 487 p
4 Eletrocircnica de potecircncia circuitos dispositivos e aplicaccedilotildees 1999 RASHID Muhammad H Satildeo Paulo Makron Books 1999 828 p
5 Eletrocircnica de potecircncia 1994 - PALMA Guilherme Rebouccedilas da Satildeo Paulo Eacuterica 1994 259 p
6 Dispositivos eletrocircnicos e teoria de circuitos - 8 ed 2004 -
BOYLESTAD Robert L NASHELSKY Louis CAMARGO Joseacute Bueno de NASCIMENTO Joseacute Lucimar do PERTENCE JUNIOR Antonio (Coord) Satildeo Paulo Pearson Prentice Hall 2004 672 p
7 Rodrigues Isac Zilli Notas de aula da disciplina de Eletrocircnica II do Curso de Engenharia
Eleacutetrica da UPF Passo Fundo RS 2000
8 Ghirardello Ariovaldo Apostila sobre Modulaccedilatildeo PWM Coleacutegio Politec
9 Electronics Workbench Versatildeo 512
10 LabcenterElectronics 1989-2008 Release 75 SP3
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2 - Aplicaccedilotildees de eletrocircnica de potencia
bull Controle e acionamentos de maacutequinas eleacutetricas bull Controladores industriais bull Combina Potecircncia Eletrocircnica e Controle bull Aplicaccedilatildeo de eletrocircnica de estado soacutelido para controle e conversatildeo de energia eleacutetrica bull Baseia-se no chaveamento no chaveamento dos semicondutores de potencia bull Utiliza semicondutores de potencia e microeletrocircnica bull Controle de sistemas de aquecimento bull Controle de luminosidade bull Fontes de alimentaccedilatildeo
Principais interruptores em eletrocircnica de potencia
bull Diodos de potencia bull Transistores de potencia (BPT IGBT) bull MOSFETs de potencia bull Tiristores (SCR TRIAC DIAC)
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3 - Diodo Haacute vaacuterios diodos desenvolvidos especificamente para suportar as demandas de alta potencia e alta temperatura de algumas aplicaccedilotildees O emprego mais frequumlente de diodos de potencia ocorre no processo de retificaccedilatildeo A maioria dos diodos de potencia eacute a base de siliacutecio devido agraves altas correntes e temperaturas Para que flua uma corrente elevada a aacuterea da junccedilatildeo deve ser maior reduzindo assim a resistecircncia do diodo Se essa resistecircncia direta fosse muito grande as perdas I2R seriam excessivas As altas temperaturas resultantes do fluxo denso de corrente exigem na maioria dos casos que sejam utilizados dissipadores de calor para escoar o calor do elemento
Retificador monofaacutesico de meia onda com carga resistiva
Figura 1
Formas de ondas
Figura 2
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Retificador monofaacutesico de onda completa com ponto meacutedio e em ponte
Figura 3 Ponto meacutedio
Figura 4 Ponte
A forma de onda para o circuito de ponte meacutedio
Figura 5
As formas de onda de tensatildeo e corrente satildeo idecircnticas as do retificador de ponto meacutedio Vantagens de retificador de onda completa em relaccedilatildeo ao de meia-onda
bull A tensatildeo meacutedia na carga eacute duas vezes maior bull A corrente de carga apresenta menor distorccedilatildeo harmocircnica
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Retificador trifaacutesico com ponto meacutedio
Figura 6
As harmocircnicas desconsideradas
O valor meacutedio da tensatildeo eacute
Figura 7
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Retificador trifaacutesico de onda completa ponte de Graetz
Figura 8
O valor meacutedio da tensatildeo eacute
Figura 9
bull Cada diodo conduz durante um intervalo igual a 120o
bull Existe sempre dois diodos em conduccedilatildeo um no grupo positivo e outro no grupo negativo do conversor
bull Ocorre uma comutaccedilatildeo a cada 60o
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Associaccedilotildees em seacuterie e em paralelo
Um conjunto de diodos do mesmo tipo associados em serie apresenta uma capacidade de corrente direta igual a capacidade de cada unidade A tensatildeo maacutexima reversa entretanto seraacute a soma das tensotildees maacuteximas reversas individuais Eacute importante que os diodos sejam do mesmo tipo ou haveraacute uma distribuiccedilatildeo irregular da tensatildeo entre eles causando a ruptura em um valor inferior a esta soma
Figura 10 Permanece a mesma I e somam-se V
A montagem de diodos em paralelo costuma ser problemaacutetica e deve ser substituiacuteda por um uacutenico
diodo com maior capacidade de corrente sempre que possiacutevel Nos diodos associados em paralelo a tendecircncia seraacute de que aquele com a menor barreira de tensatildeo comecem a conduzir primeiro assumindo a maior parte (senatildeo toda) a corrente do circuito Portanto natildeo eacute suficiente que os diodos sejam do mesmo tipo e preciso que resistores de baixo valor montados conforme a figura abaixo contrabalance esta tendecircncia permitindo uma divisatildeo quase igual de corrente O valor destes resistores deve ser tal que provoque uma queda de tensatildeo de cerca de 05V para a corrente maacutexima do diodo associado Ou seja para diodos de 1A seraacute necessaacuteria uma resistecircncia de aproximada 05Ω Note que alem dos 07V perdidos na barreira de tensatildeo do diodo outros 05V seratildeo perdidos no resistor com uma dissipaccedilatildeo de calor igual a 05 vezes a corrente
Figura 11 Permanece a mesma V e somam-se as I
Relembrando Tipo 1N4001 1N4002 1N4003 1N4004 1N4005 1N4006 1N4007 Tensatildeo de pico reversa (V) 50 100 200 400 600 800 1000 Tensatildeo RMS reversa (V) 35 70 140 280 420 560 700 Corrente de saiacuteda (A) 1
Temos tambeacutem Tipo 1N4012 1N4014 1N3970 1N3927 1N1189 Tensatildeo de pico reversa (V) 700 900 600 2500 500 Corrente de saiacuteda (A) 12 12 50 10 35
Este satildeo apenas alguns diodos de potecircncia
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4 - Transistor BJT
Os transistores bipolar de potecircncia representaram um importante passo no desenvolvimento de componentes de meacutedia potecircncia atingindo tensotildees de bloqueio da ordem de 1000V conduzindo correntes de 500A Embora estes valores natildeo permitam sua aplicaccedilatildeo direta estes dispositivos satildeo a base para uma seacuterie de outros conversores para condicionamento de energia eleacutetrica
Transistores do tipo NPN os eleacutetrons satildeo atraiacutedos do emissor pelo potencial positivo da base tendo em mente a corrente real de eleacutetrons J1 se transforma num diodo diretamente polarizado Esta camada central eacute suficientemente fina para que a maior parte dos portadores tenha energia cineacutetica suficiente para atravessaacute-la chegando agrave regiatildeo de transiccedilatildeo de J2 sendo entatildeo atraiacutedos pelo potencial positivo do coletor
A figura abaixo mostra uma estrutura tiacutepica de um transistor bipolar de potecircncia As bordas arredondadas da regiatildeo de emissor permitem uma homogeneizaccedilatildeo do campo eleacutetrico necessaacuteria agrave manutenccedilatildeo de ligeiras polarizaccedilotildees reversas entre base e emissor O TBP natildeo sustenta tensatildeo no sentido oposto porque a alta dopagem do emissor provoca a ruptura de J1 em baixas tensotildees (5 a 20V)
Figura 12 Estrutura baacutesica de um transistor de potecircncia
O controle de VBE determina a corrente de base IB que por sua vez se relaciona com IC pelo
ganho de corrente do dispositivo Para suportar tensotildees elevadas existe uma camada intermediaacuteria do coletor com baixa dopagem a qual define a tensatildeo de bloqueio do componente
Porem uma das principais limitaccedilotildees dos transistores bipolares de potecircncia eacute o baixo valor do ganho de corrente β (muitas vezes inferior a 10) com isto muitas vezes satildeo utilizados estes transistores na regiatildeo de saturaccedilatildeo e bloqueio ou como chave
Figura 13
Para que o transistor opere como chave aberta eacute necessaacuterio que a tensatildeo de entrada VE seja menor que VBE de conduccedilatildeo E para que o transistor opere como chave fechada eacute preciso que a tensatildeo de entrada VE seja maior que VBE de conduccedilatildeo
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Vamos a um exemplo Para dimensionarmos RB e RC vamos utilizar a analise das malhas
Entrada VRB = VCC - VBE
Saiacuteda VRC = VCC - VCE
Figura 14
Paracircmetros do 2SC5353 VBEsat = 13V VCEsat = 1V βsat = 10 O RC eacute como se fosse a carga a ser controlada entatildeo para dimensionarmos os resistores de
polarizaccedilatildeo temos que definir uma carga concluiacutemos entatildeo que teremos que calcular na verdade soacute o RB jaacute que foi definido que carga teremos que controlar
O RC definido foi de 800Ω
Malha de saiacuteda
VRC = VCC ndash VCEsat
VRC = 180 ndash 1 there4 VRC =179V
IRC = IC
IC = C
RC
R
V there4 IC = 2237mA
Potencia de RC
PRC = 2CsatC IR sdot there4 800 x (2237x10-3)2
PRC = 40W
Podemos entatildeo substituir o resistor por
uma lacircmpada de 40W180V
Malha de entrada
VRB = VCC ndash VBE
VRB = 12 ndash 13 there4 VRB = 107V
IB = βCI
there4
IB =10
107223 3minustimes there4 IB = 2237mA
RB = B
RB
I
V there4 RB =
3107322
710minustimes
RB = 4783Ω Valor comercial RB = 470 Ω
Potencia de RB
PRB = 2BsatB IR sdot
PRB = 470 x (2273x10-3)2
PRB = 2352mW (14W)
Estes caacutelculos satildeo para o interruptor na posiccedilatildeo ligado quando o interruptor passa para a posiccedilatildeo desligado a entrada eacute aterrada (VEltVBE) causando o corte do transistor consequumlentemente a lacircmpada iraacute apagar
O uso preferencial de TBP tipo NPN se deve agraves menores perdas em relaccedilatildeo aos PNP o que ocorre por causa da maior mobilidade dos eleacutetrons em relaccedilatildeo agraves lacunas reduzindo principalmente os tempos de comutaccedilatildeo do componente em outras palavras os transistores do tipo NPN satildeo mais raacutepidos do que os do tipo PNP
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Conexatildeo Darlington
Como jaacute mencionado transistores de potecircncia geralmente tecircm ganhos menores e precisam correntes altas na base para a plena conduccedilatildeo O transistor do exemplo anterior pode exigir 1A para controlar uma corrente de 3A Para solucionar este problema existe um arranjo que eacute chamado de Darlington esta configuraccedilatildeo consiste em conectar dois transistores do mesmo tipo de maneira que o ganho de corrente de um transistor β1 e o do outro β2 entatildeo o ganho de corrente do arranjo seraacute igual a βD = β1xβ2 Outra caracteriacutestica desta configuraccedilatildeo eacute conseguir uma alta impedacircncia de entrada Normalmente este tipo de ligaccedilatildeo eacute feito em um uacutenico encapsulamento Neste caso o valor de ganho eacute muito grande e uma corrente bem pequena na base jaacute leva o transistor ao estado de plena conduccedilatildeo O ocircnus por esta sensibilidade de corrente baixa de base eacute o fato de que a tensatildeo VBDED eacute maior que em um transistor normal pois temos que polarizar em vez de um mas dois diodos para que comece a ocorrer a conduccedilatildeo
Figura 15 Conexatildeo Darlington
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5 - Transistor FET
O surgimento do MOSFET representou um grande avanccedilo tecnoloacutegico por ser de fabricaccedilatildeo muito simples ter uma alta impedacircncia de entrada e baixo ruiacutedo proporcionar integraccedilatildeo em larga escala isto eacute por ter tamanho reduzido cerca de 20 vezes menos que o transistor bipolar permitindo assim que um grande numero de transistores sejam produzidos em um mesmo circuito integrado
O MOSFET de potencia eacute um semicondutor com capacidade de controle de corrente por meio de tensatildeo aplicada entre os terminais gate e source a exemplo do TBP o transistor FET pode trabalhar com tensotildees tambeacutem elevadas na ordem dos 1000V e correntes em torno de 200A mas sua principal vantagem eacute por ser acionado por tensatildeo a sua arquitetura disponibiliza uma elevada velocidade de chaveamento tornando-o indicado para as aplicaccedilotildees de frequumlecircncia elevada (centenas de kHz)
Para VGS lt 0 os eleacutetrons do canal n satildeo repelidos aumentando assim a camada de depleccedilatildeo proacutexima da camada oacutexido Assim haacute uma diminuiccedilatildeo na aacuterea do canal n (estrangulamento) sendo estabelecida uma alta resistecircncia RDS Deste modo natildeo haacute circulaccedilatildeo de corrente IDS Para IDS igual a zero a tensatildeo VGS eacute chamada de tensatildeo de estrangulamento (pinch-off) VP Para VGS gt 0 o canal n torna-se largo reduzindo drasticamente a resistecircncia RDS sendo assim estabelecida a corrente IDS O MOSFET com canal p tem a s polaridades das tensotildees e correntes invertidas
Figura 16
Estrutura baacutesica de transistor MOSFET Uma pequena corrente de gate eacute necessaacuteria apenas para carregar e descarregar as capacitacircncias de
entrada do transistor desta forma o melhor modo de polarizaccedilatildeo de um FET eacute empregando uma fonte de baixa impedacircncia de saiacuteda jaacute que temos na estrutura do gate uma capacitacircncia parasita gate-fonte CGS que eacute inerente ao componente desta forma natildeo existe meios de minimizaacute-lo
Estes transistores em geral satildeo de canal N por apresentarem menores perdas e maior velocidade de comutaccedilatildeo devido agrave maior mobilidade dos eleacutetrons em relaccedilatildeo agraves lacunas
Abaixo temos um exemplo de polarizaccedilatildeo de gate de baixa impedacircncia tambeacutem teraacute que utilizar fonte de pulsos de baixa impedacircncia como foi dito antes
Figura 17
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Outra forma de obter um circuito de disparo eacute o demonstrado abaixo porem eacute importante notar nesta situaccedilatildeo que estamos atrelados a transistores bipolares natildeo sendo aconselhaacutevel a altas frequumlecircncias ou pelo menos dar uma olhada no datasheet dos transistores que seratildeo utilizados com atenccedilatildeo a frequumlecircncia maacutexima de trabalho
Figura 18
Este circuito nada mais eacute do que um gate driver que pode se fazer com componentes discretos ou com auxilio de CIs fabricados especialmente para isto a saiacuteda pode ser para um MOSFET ou para vaacuterios deles Isto eacute mais faacutecil de verificar em IGBTs que seraacute estudado em seguida
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6 ndash Transistor IGBT O IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) alia a facilidade de acionamento dos MOSFET com as pequenas perdas em conduccedilatildeo dos TBP Sua velocidade de chaveamento eacute superior agrave dos transistores bipolares Os limites atuais de tensatildeo e corrente em dispositivos uacutenicos estatildeo em torno de 2kV e 1000A o que indica que tal componente pode ser utilizado em aplicaccedilotildees de potecircncia
O controle de componente eacute anaacutelogo ao do MOSFET ou seja pela aplicaccedilatildeo de uma polarizaccedilatildeo entre gate e emissor Tambeacutem para o IGBT o acionamento eacute feito por tensatildeo O IGBT possui uma corrente maacutexima que natildeo deve ser ultrapassada se isso ocorrer natildeo se consegue cortar o IGBT retirando a tensatildeo do Gate A corrente fluiraacute pelo dreno sem controle e isso poderaacute danificar o componente Esse fato eacute conhecido por LatchUp Princiacutepio de funcionamento
A estrutura do IGBT eacute similar agrave do MOSFET mas com a inclusatildeo de uma camada P+ que forma o coletor do IGBT como mostrado na figura abaixo Em termos simplificados pode-se analisar o IGBT como um MOSFET no qual a regiatildeo N- tem sua condutividade modulada pela injeccedilatildeo de portadores minoritaacuterios (lacunas) a partir da regiatildeo P+ uma vez que J1 estaacute diretamente polarizada Esta maior condutividade produz uma menor queda de tensatildeo em comparaccedilatildeo a um MOSFET similar A maacutexima tensatildeo suportaacutevel eacute determinada pela junccedilatildeo J2 (polarizaccedilatildeo direta) e por J1 (polarizaccedilatildeo reversa) Como J1 divide 2 regiotildees muito dopadas conclui-se que um IGBT natildeo suporta tensotildees elevadas quando polarizado reversamente
Figura 19 Estrutura baacutesica de IGBT
A entrada em conduccedilatildeo eacute similar ao MOSFET sendo um pouco mais lenta a queda da tensatildeo Vce uma vez que isto depende da chegada dos portadores vindos da regiatildeo P+ Para o desligamento no entanto tais portadores devem ser retirados Nos TBPs isto se daacute pela drenagem dos portadores via base o que natildeo eacute possiacutevel nos IGBTs devido ao acionamento isolado A soluccedilatildeo encontrada foi a inclusatildeo de uma camada N+ na qual a taxa de recombinaccedilatildeo eacute bastante mais elevada do que na regiatildeo N- Desta forma as lacunas presentes em N+ recombinam-se com muita rapidez fazendo com que por difusatildeo as lacunas existentes na regiatildeo N- refluam apressando a extinccedilatildeo da carga acumulada na regiatildeo N- possibilitando o restabelecimento da barreira de potencial e o bloqueio do componente
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7 - Tiristor
O tiristor e o SCR satildeo facilmente confundidos pois estatildeo relacionados ao mesmo componente Tiristor eacute o nome de uma famiacutelia de componentes da qual o SCR faz parte O SCR eacute um diodo controlado muito utilizado em equipamentos de controle industrial que iremos ver detalhadamente mais tarde Funcionamento de uma forma geral O tiristor eacute um dispositivo semicondutor de quatro camadas de estrutura PNPN com trecircs junccedilotildees PN Tem trecircs terminais Anodo Catodo e Gatilho Os terminais anodo e catodo quando polarizados diretamente soacute comeccedilam a conduzir se receber um comando no terminal gatilho Uma vez conduzindo ele se comportara como um diodo em conduccedilatildeo e natildeo haacute controle sobre o dispositivo Desligamento A corrente de anodo eacute conservada abaixo da corrente de manutenccedilatildeo por um tempo suficiente grande de forma que todos os portadores em excesso nas quatro camadas sejam eliminados ou recombinados
Alguns toacutepicos que devem ser levado em consideraccedilatildeo em projeto de circuitos de controle de gatilho
1- O sinal de gatilho deve ser retirado apoacutes o disparo do tiristor Um sinal contiacutenuo aumentaria a perda de potencia na junccedilatildeo do gatilho
2- Enquanto o tiristor estiver reversamente polarizado natildeo devera haver sinal de gatilho De outra forma o tiristor poderia falhar devido a um aumento de corrente de fuga
3- A largura do pulso de gatilho IG tem que ser maior que o tempo necessaacuterio para a corrente do anodo crescer ateacute o valor da corrente de manutenccedilatildeo IH Na praacutetica a largura do pulso no tiristor TON
Tipos de Tiristores Tiristor de controle de fase SCR Tiristor triodo bidirecional TRIAC Tiristor de desligamento pelo gatilho GTO Tiristor de conduccedilatildeo reversa RCT Tiristor de induccedilatildeo estaacutetica SITH Tiristor de desligamento auxiliado pelo gatilho GATT Retificador controlado de siliacutecio controlado por luz LASCR Tiristores controlados por MOS MCTs
Conversatildeo e o controle de grandes quantidades de potencia em sistemas CC e CA utilizando apenas uma pequena potencia para controle pois apresenta chaveamento raacutepido pequeno porte e altos valores de corrente e tensatildeo
Algumas exemplos de aplicaccedilotildees
bull Controle de reles e motores bull Fontes de tensatildeo regulada bull Inversores CC-CA bull Controle de iluminaccedilatildeo
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71 - Tiristor SCR Siacutembolo
O SCR eacute um dispositivo semicondutor de quatro camadas de estrutura PNPN com trecircs junccedilotildees PN Ele tem trecircs terminais anodo catodo e gatilho como eacute visto na figura abaixo
Figura 20
O SCR tal como um diodo soacute conduz corrente no sentido do anodo para o catodo mas apenas quando lhe aplicamos um sinal de tensatildeo no terminal chamado gatilho este meacutetodo de disparo eacute o mais utilizado para se disparar o SCR Mas existem outras formas de disparo normalmente indesejado e em alguns casos podem destruir o componente
Disparo por sobretensatildeo Quando o SCR estaacute polarizado diretamente e aumenta-se a tensatildeo VAK J1 e J3 estatildeo polarizados diretamente mas J2 estaacute reversamente polarizado veja a figura acima Com o aumento de VAK os portadores satildeo acelerados na junccedilatildeo J2 podendo atingir uma energia tatildeo grande que provocaratildeo o fenocircmeno avalanche Esse fenocircmeno faz com que muitos eleacutetrons choquem-se e saiam das orbitas dos aacutetomos da rede Estando disponiacuteveis para a conduccedilatildeo esses eleacutetrons permitem que a corrente de anodo cresccedila Aumentando a corrente de anodo estabelece-se a realimentaccedilatildeo entre os terminais mantendo o SCR disparado Este tipo de disparo eacute chamado de Tensatildeo de Breakover (VBO) Disparo por variaccedilatildeo de tensatildeo (dvdt) Para que um capacitor armazene carga eleacutetrica eacute necessaacuterio haver uma variaccedilatildeo de tensatildeo(∆v) no capacitor em um intervalo de tempo (∆t) eacute necessaacuterio que circule ainda uma corrente i pelo capacitor quando estas variaccedilotildees satildeo muito pequenas a expressatildeo que relaciona estas grandezas eacute apresentada abaixo
dt
dvCi =
Em um SCR polarizado diretamente J2 estaacute reversamente polarizado Nesta junccedilatildeo existe carga armazenada iacuteons positivos de um lado e iacuteons negativos do outro Isto eacute como um capacitor carregado Assim natildeo havendo pulso no gatilho fechando-se S1 a capacitacircncia de J2 faraacute com que circule uma corrente de gatilho Como esta variaccedilatildeo eacute muito grande a corrente resultante seraacute muito grande Essa
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corrente poderaacute ser suficiente para estabelecer o processo de realimentaccedilatildeo fazendo com que o componente entre em conduccedilatildeo
Figura 21
Esse disparo normalmente indesejado pode ser evitado pela accedilatildeo de um circuito de proteccedilatildeo
chamado snubber esse circuito eacute formado por um resistor em serie com um capacitor colocados em paralelo com o SCR
Figura 22 Circuito snubber colocado em paralelo com o SCR
Os meacutetodos de comutaccedilatildeo ou de bloqueio de um SCR significa cortar a corrente que ele conduz e impedir que ele retorne a conduccedilatildeo A comutaccedilatildeo estaraacute completa quando a corrente no sentido direto for anulado e a reaplicaccedilatildeo de tensatildeo direta entre os terminais catodo e anodo natildeo provocarem o retorno do estado de conduccedilatildeo A comutaccedilatildeo natural ocorre quando se reduz a corrente de anodo a um valor abaixo de IH chamada corrente de manutenccedilatildeo (holding current) o SCR eacute bloqueado Este bloqueio pode ser visto melhor na figura abaixo Com S2 aberto mesmo com S1 fechado o SCR estaacute bloqueado pois natildeo haacute corrente no gatilho Fechando S2 pelo R circula uma corrente de gatilho que eacute suficiente para disparar o SCR Abrindo entatildeo S1 a corrente na lacircmpada anula-se e o SCR bloqueia Outro modo de obter a comutaccedilatildeo natural seria trocar a fonte de tensatildeo continua por uma tensatildeo alternada porem o SCR conduziria somente no semi-ciclo positivo natildeo havendo fluxo de corrente no semi-ciclo negativo
Figura 23 Meacutetodo mais utilizado
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Haacute tambeacutem um outro meacutetodo chamado comutaccedilatildeo forccedilada mais usual em circuitos CC a teacutecnica consiste em desviar a corrente por um caminho de menor impedacircncia a corrente que passa pelo SCR iraacute cair abaixo de IH provocando o bloqueio Como podemos ver no circuito abaixo
Figura 24
Com todas as chaves abertas o SCR estaacute bloqueado e a lacircmpada estaacute apagada Fechando-se a CH1 o circuito da lacircmpada e do SCR estaraacute energizado Como natildeo haacute corrente no gatilho o SCR continuaraacute bloqueado a lacircmpada apagada Quando S2 fechar circulara pelo resistor uma corrente suficiente para alimentar o gatilho do SCR que disparara e acenderaacute a lacircmpada Com a lacircmpada acesa S2 pode se novamente aberta sem que o SCR bloqueie e a lacircmpada se apague Agora fechando S3 naturalmente a lacircmpada natildeo se apagara pois a chave curto-circuitaraacute o SCR ficando a lacircmpada alimentada diretamente pela tensatildeo da fonte Como o SCR real natildeo eacute um curto-circuito toda a corrente da lacircmpada ira passar por S3 e a corrente do SCR cairaacute agrave zero o SCR entatildeo ira bloquear Com o SCR bloqueado abrindo-se a chave S3 a lacircmpada apagara Assim soacute seraacute outra vez acessa se S2 for novamente fechada provocando a corrente de gatilho no SCR Mas tambeacutem pode-se utilizar o SCR em tensatildeo alternada natildeo soacute em tensatildeo contiacutenua abaixo temos um exemplo de circuito com sua forma de onda
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72 - Tiristor TRIAC Siacutembolo O Triac eacute um dispositivo de 5 camadas tendo 2 caminhos P-N-P-N em ambos os sentidos entre o MT1 e MT2 e podendo conduzir nos dois sentidos como nos mostra claramente o seu siacutembolo Eletricamente o Triac equivale a ligaccedilatildeo de dois SCRs em antiparalelo e os terminais de gatilho ligados juntos O Triac pode ser levado a conduccedilatildeo pela aplicaccedilatildeo de uma corrente positiva ou negativa no gatilho embora seja mais sensiacutevel a aplicaccedilatildeo de uma corrente positiva quando MT2 eacute positivo e de uma corrente negativa quando MT1 eacute positivo Um TRIAC pode conduzir em ambos os sentidos e eacute normalmente utilizado em controle de fase CA Ele pode ser considerado como dois SCR conectados em antiparalelo com uma conexatildeo de gatilho comum como mostrado na figura abaixo
Como o TRIAC eacute um dispositivo bidirecional seus terminais natildeo podem ser designados como catodo e anodo Se o terminal MT2 for positivo em relaccedilatildeo ao terminal MT1 o TRIAC pode ser disparado pela aplicaccedilatildeo de um sinal positivo entre os terminais de gatilho G e MT1 Se o terminal MT2 for negativo em relaccedilatildeo a MT1 ele pode ser disparado pela aplicaccedilatildeo de um sinal negativo entre o gatilho G e MT1 Natildeo eacute necessaacuterio que se tenham ambas as polaridades do sinal de gatilho pois um TRIAC pode ser disparado com um sinal tanto positivo quanto negativo Na praacutetica as sensibilidades variam de um quadrante para outro e os triacs normalmente satildeo operados no I quadrante (tensatildeo e correntes de gatilho positivas) ou no quadrante III (tensotildees e correntes de gatilho negativas) como eacute visto na curva caracteriacutestica abaixo
a) Quadrante I VMT2 positivo e IG positivo b) Quadrante II VMT2 negativo e IG positivo c) Quadrante III VMT2 negativo e IG negativo d) Quadrante IV VMT2 positivo e IG negativo
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Entatildeo pode-se dizer que o triac pode fazer o controle de fase em uma carga como no circuito abaixo
Variando o potenciocircmetro R2 podemos disparar o triac em vaacuterios acircngulos da onda como demonstra o graacutefico abaixo
Porem com este circuito eacute impossiacutevel efetuar disparos aleacutem dos 90deg em cada semi-ciclo por exemplo se desejarmos disparar em 25deg que a tensatildeo instantacircnea eacute de Vx e o potenciocircmetro estaacute ajustado com este valor de tensatildeo de rede se utilizar o mesmo raciociacutenio para disparar em 155deg a tensatildeo instantacircnea seraacute a mesma consequumlentemente teraacute a mesmo ajuste do potenciocircmetro que e iraacute disparar em 25deg e natildeo em 155deg A figura abaixo ajuda esclarecer este raciociacutenio
Entatildeo para resolvermos a limitaccedilatildeo no acircngulo de disparo menor ou igual a 90deg eacute associarmos com os resistores jaacute existentes um capacitor como no circuito abaixo formando entatildeo uma rede defasadora
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O valor desta defasagem eacute dada pela equaccedilatildeo τ=(R1+R2)C Variando R2 consegue-se
variar o angula de disparo do Triac Porem como o capacitor nem sempre se carrega apartir de uma tensatildeo fixa natildeo se tem uma regularidade no disparo
Para resolvermos este problema estudaremos o Diac na sequumlecircncia
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8 - Diac Os diacs satildeo diodos de disparo bidirecional composto por trecircs camadas (PNP) com a simples funccedilatildeo de disparar tiristores Sua construccedilatildeo assemelha-se a de um transistor bipolar poreacutem difere na dopagem do cristal N
Seu funcionamento eacute simples Para passar do estado de bloqueio para o estado de conduccedilatildeo eacute preciso ultrapassar a tensatildeo de ruptura (VR) rompendo assim a junccedilatildeo polarizada inversamente podendo a corrente fluir em ambos sentidos
Para voltar ao estado de bloqueio basta remover a tensatildeo por alguns instantes Os diacs servem para controlar o disparo de triacs quando uma tensatildeo de referecircncia chegar a certo valor
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9 - Retificadores a tiristor A estrutura baacutesica de retificadores controlado consiste na mesma metodologia vista anteriormente com diodos porem com esta estrutura somente os semiciclos positivos da fonte de alimentaccedilatildeo seratildeo aplicados na carga quando os SCRs forem disparados Jaacute os semiciclos negativos satildeo omitidos como jaacute estudado anteriormente Agora temos um circuito de controle dos gatilhos dos SCRs mais requintado podendo fazer o controle entre 0deg a 180deg Vamos dar exemplos de montagem dos circuitos para que seja melhor entendido
Retificador monofaacutesico de meia onda
Retificador monofaacutesico de onda completa com ponto meacutedio
Retificador monofaacutesico em ponte completa
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Retificador semi-controlado ou em ponte mista
Retificador trifaacutesico de meia onda
Retificador trifaacutesico de onda completa (Ponte de Graetz)
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10 - PWM Para comeccedilarmos o estudo do PWM que vem do inglecircs Pulse Width Modulation ou seja modulaccedilatildeo
por largura de pulso temos que ter alguns preacute-requisitos em mente Uma maneira tradicional de se controlar a potencia de uma carga eacute atraveacutes de um potenciocircmetro ou reostato em seacuterie com a carga conforme mostra a figura abaixo este tipo de controle eacute denominada linear
Variando-se a resistecircncia do potenciocircmetro pode-se modificar a corrente na carga e portanto a potecircncia aplicada a ela
A grande desvantagem deste tipo de controle eacute que a queda de tensatildeo multiplicada pela corrente no R em seacuterie representa uma potencia na forma de calor Conforme o ajuste deste o controle passa a dissipar mais potencia que a carga
O R tem de ser capaz de dissipar esta potencia sendo assim o seu tamanho fiacutesico cresce proporcionalmente com a sua potencia tornando-se caro Embora este controle seja ateacute intuitivo porem natildeo eacute muito inteligente no que diz respeito de desperdiacutecio de energia Consideremos entatildeo o mesmo circuito soacute trocamos o controle como podemos ver no desenho abaixo
Consideremos ainda que esta chave tem uma accedilatildeo muito raacutepida Quando o interruptor estaacute aberto natildeo haacute corrente na carga e a potecircncia aplicada eacute nula No instante em que o interruptor eacute fechado a carga recebe a tensatildeo total da fonte e a potecircncia aplicada eacute maacutexima
Entatildeo para termos uma potencia de 50 a ideacuteia eacute deixarmos um tempo x com a chave ligada e o mesmo tempo com a chave desligada Isso significa que em meacutedia teremos metade do tempo com corrente e metade do tempo sem corrente concluindo que a potencia ficaraacute em 50
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A potecircncia meacutedia e portanto a proacutepria tensatildeo meacutedia aplicada agrave carga eacute neste caso 50 da tensatildeo de entrada
Veja que o interruptor fechado pode definir uma largura de pulso pelo tempo em que ele fica nesta condiccedilatildeo e um intervalo entre pulsos pelo tempo em que ele fica aberto Os dois tempos juntos definem o periacuteodo e portanto uma frequecircncia de controle
A relaccedilatildeo entre o tempo em que temos o pulso e a duraccedilatildeo de um ciclo completo de operaccedilatildeo do interruptor nos define ainda o ciclo ativo conforme eacute mostrado na figura 5
Variando-se a largura do pulso e tambeacutem o intervalo de modo a termos ciclos ativos diferentes podemos controlar a potecircncia meacutedia aplicada a uma carga Assim quando a largura do pulso varia de zero ateacute o maacuteximo a potecircncia tambeacutem varia na mesma proporccedilatildeo conforme estaacute indicado na figura 6
Este princiacutepio eacute usado justamente no controle PWM modulamos (variamos) a largura do pulso de modo a controlar o ciclo ativo do sinal aplicado a uma carga e com isso a potecircncia aplicada a ela
Na praacutetica substituiacutemos o interruptor por algum dispositivo de estado soacutelido que possa abrir e fechar o circuito rapidamente como por exemplo um transistor bipolar um FET de potecircncia um IGBT ou ateacute mesmo um SCR
A este dispositivo eacute entatildeo ligado um oscilador que possa ter seu ciclo ativo controlado numa grande faixa de valores Na praacutetica eacute difiacutecil chegar agrave duraccedilatildeo zero do pulso e agrave 100 jaacute que isso implicaria na parada do oscilador mas podemos chegar bem perto disso
Na operaccedilatildeo de um controle por PWM existem diversas vantagens a serem consideradas e alguns pontos para os quais o projetista deve ficar atento para natildeo jogar fora estas vantagens
Na condiccedilatildeo de aberto nenhuma corrente circula pelo dispositivo de controle e portanto sua dissipaccedilatildeo eacute nula Na condiccedilatildeo de fechado teoricamente se ele apresenta uma resistecircncia nula a queda de tensatildeo eacute nula e ele natildeo dissipa tambeacutem nenhuma potecircncia
Isso significa que na teoria os controles PWM natildeo dissipam potecircncia alguma e portanto consistem em soluccedilotildees ideais para este tipo de aplicaccedilatildeo
Na praacutetica entretanto isso natildeo ocorre Em primeiro lugar os dispositivos usados no controle natildeo satildeo capazes de abrir e fechar o circuito num tempo infinitamente pequeno Eles precisam de um tempo para mudar de estado e neste intervalo de tempo sua resistecircncia sobe de um valor muito pequeno ateacute infinito e vice-versa numa curva de comutaccedilatildeo semelhante a mostrada na figura 10
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Neste intervalo de tempo a queda de tensatildeo e a corrente atraveacutes do dispositivo natildeo satildeo nulas e uma boa quantidade de calor poderaacute ser gerada conforme a carga controlada Dependendo da frequecircncia de controle e da resposta do dispositivo usado uma boa quantidade de calor poderaacute ser gerada neste processo de comutaccedilatildeo
Entretanto mesmo com este problema a potecircncia gerada num controle PWM ainda eacute muito menor do que num circuito de controle linear equivalente Transistores de comutaccedilatildeo raacutepidos FETs de potecircncia e outros componentes de chaveamento podem ser suficientemente raacutepidos para permitir que projetos de controles de potecircncias elevadas sejam implementados sem a necessidade de grandes dissipadores de calor ou que tenham problemas de perdas de energia por geraccedilatildeo de calor que possam ser preocupantes
O segundo problema que poderaacute surgir vem justamente do fato de que os transistores de efeito de campo ou bipolares usados em comutaccedilatildeo natildeo se comportam como resistecircncias nulas quando saturados Os transistores bipolares podem apresentar uma queda de tensatildeo de ateacute alguns volts quando saturados o mesmo ocorrendo com os FETs
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11 - Soft-Starter
Soft start eacute um dispositivo eletrocircnico composto de pontes tiristorizadas a fim de controlar a corrente de partida de motores de corrente alternada trifaacutesicos o controle da tensatildeo reduzida eacute feita ajustando-se o acircngulo de disparo de um par de SCRs dispostos em antiparalelo em cada fase do motor A medida que a tensatildeo vai aumentando a corrente aumenta para acelerar a carga de uma maneira suave e sem degraus Seu uso eacute comum em bombas centriacutefugas ventiladores e motores de elevada potecircncia cuja aplicaccedilatildeo natildeo exija a variaccedilatildeo de velocidade
A vantagem desta teacutecnica sobre as alternativas de custo baixo eacute a possibilidade de ajustarmos o torque do motor as necessidades de torque da carga
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12 - Inversores
Introduccedilatildeo A obtenccedilatildeo de uma tensatildeo alternada a partir de uma fonte CC eacute muitas vezes necessaacuteria para a
alimentaccedilatildeo de diversas cargas Os conversores que realizam a transformaccedilatildeo CC-CA satildeo chamados de inversores Como exemplos de aplicaccedilotildees pode-se citar o controle de velocidade de motores de corrente alternada fontes de alimentaccedilatildeo ininterrupta (no-break) entre varias outras aplicaccedilotildees
Qualquer sistema no qual o fornecimento da energia eleacutetrica natildeo pode ser interrompido deve prever uma fonte de emergecircncia para supri-lo Quando a potecircncia instalada eacute muito grande tem-se em geral um sistema de acionamento imediato alimentado a partir de baterias e um sistema motor-gerador que por necessitar de alguns minutos para estar em condiccedilotildees ideais de operaccedilatildeo natildeo pode ser usado de imediato Tal arranjo eacute usado por exemplo em centrais telefocircnicas hospitais etc Topologias Baacutesicas
Inversor Monofaacutesico em Ponte A estrutura do inversos monofaacutesico em ponte alimentando carga resistiva estaacute representado na
Figura abaixo
As formas de onda de interesse satildeo apresentadas na figura abaixo Com S1 e S4 em conduccedilatildeo a
tensatildeo na carga eacute igual a E quando S2 e S3 estatildeo em conduccedilatildeo ela torna-se igual a -E
Quando a carga for indutiva devem ser adicionados a estrutura do circuito mostrado acima os
diodos de circulaccedilatildeo D1 D2 D3 e D4 como indica a figura abaixo Observe que com carga indutiva a fonte E deve ser reversiacutevel em corrente
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Etapas de funcionamento do inversor em ponte alimentando carga indutiva
Inversor Monofaacutesico em Ponto Meacutedio Este circuito representado na figura abaixo emprega apenas um braccedilo sendo desse modo mais
simples de ser comandado que o inversor em ponte porem a sua desvantagem eacute a tensatildeo de saiacuteda ser a metade
Inversor Monofaacutesico em Ponte
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13 - Dissipadores
A circulaccedilatildeo de corrente eleacutetrica por qualquer elemento provoca uma dissipaccedilatildeo de potecircncia igual ao produto do quadrado da corrente pela resistecircncia do circuito O objetivo eacute estabelecer criteacuterios para o dimensionamento de sistemas de dissipaccedilatildeo do calor produzido por componentes eletrocircnicos especialmente semicondutores de potecircncia (diodostransistores tiristores etc) buscando a proteccedilatildeo de tais componentes tendo como meta fundamental a elevada confiabilidade dos equipamentos nos quais os dispositivos satildeo empregados Deve-se buscar reduccedilatildeo de volume peso e custos
Caacutelculo da Potecircncia Dissipada
O caacutelculo da potecircncia dissipada deve ser feito via de regra pelo produto da tensatildeo pela corrente sobre o dispositivo em questatildeo
Comportamento em regime permanente potecircncia meacutedia
Nos dispositivos semicondutores de potecircncia o calor decorrente do efeito Joule eacute produzido na pastilha semicondutora fluindo daiacute para ambientes mais frios como o encapsulamento do dispositivo e o ambiente Este fluxo de calor depende de fatores como o gradiente de temperatura e as caracteriacutesticas teacutermicas dos meios e materiais envolvidos Define-se a grandeza ldquoresistecircncia teacutermicardquo como uma medida da dificuldade do fluxo de calor entre 2 meios ∆T diferenccedila de temperatura entre regiotildees de transferecircncia de calor P potecircncia meacutedia dissipada h coeficiente de transferecircncia de calor A aacuterea envolvida na transferecircncia de calor
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ANALOGIA COM CIRCUITO ELEacuteTRICO Em geral se faz uma analogia com um circuito eleacutetrico sendo a potecircncia meacutedia representada por uma fonte de corrente As temperaturas nos ambientes indicados (junccedilatildeo caacutepsula ambiente) satildeo anaacutelogas agraves tensotildees nos respectivos noacutes enquanto as resistecircncias teacutermicas satildeo as proacuteprias resistecircncias do modelo
Tj=Temperatura da junccedilatildeo Rtjc=Resistecircncia teacutermica entre junccedilatildeo e encapsulamento Tc=temperatura do encapsulamento Rtca=Resist Term Entre encapsulamento e ambiente Rtcd=Resist Entre encapsulament e dissipador Rtda=Resist Teacutermica entre dissipador e ambiente Partindo do anaacutelogo eleacutetrico chegamos a seguinte equaccedilatildeo tiacutepica Tj = Ta + P (Rtjc + Rtca) Exemplo 1 P = 20 W Rtjc = 2degCW Rtca = 10degCW Ta = 40degC Tjmax = 120degC Tc = Ta + P Rtca = 240degC Tj = Tc + P Rtjc = 280degC
Dissipadores de calor Considerando que natildeo seja possiacutevel reduzir a potecircncia meacutedia dissipada a alternativa para a proteccedilatildeo do semicondutor eacute colocar um dispositivo de baixa resistecircncia teacutermica entre o encapsulamento e o ambiente A este elemento colocado junto ao encapsulamento se diz ldquodissipador de calorrdquo Caracteriacutesticas dos dissipadores As principais caracteriacutesticas estatildeo relacionadas com dimensotildees e especialmente agrave sua superfiacutecie de contato com o ambiente Em geral estes dispositivos satildeo construiacutedos em alumiacutenio dada sua boa condutividade teacutermica (condiccedilatildeo indispensaacutevel) baixo custo e peso A figura mostra perfis tiacutepicos de dissipadores A utilizaccedilatildeo de grande nuacutemero de aletas eacute para aumentar a aacuterea de troca de calor A resistecircncia teacutermica para uma placa plana quadrada pode ser aproximadamente dada por
λ condutacircncia teacutermica (a 77o C) [W(oCcm)] W espessura do dissipador [mm]
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A aacuterea do dissipador [cm2] Cf fator de correccedilatildeo devido agrave posiccedilatildeo e tipo de superfiacutecie Na tabela abaixo satildeo dados alguns valores para os coeficientes da foacutermula O fator Cf varia com a posiccedilatildeo do dissipador sendo preferiacutevel uma montagem vertical agrave horizontal por criar um efeito ldquochamineacuterdquo Dissipadores pretos satildeo melhores irradiadores de calor que aqueles com superfiacutecie brilhante
Comportamento em regime transitoacuterio potecircncia de pico Quando a potecircncia dissipada no semicondutor consiste de pulsos de potecircncia eacute preciso verificar a proteccedilatildeo do componente em relaccedilatildeo aos picos de dissipaccedilatildeo Durante a ocorrecircncia do pico de potecircncia ocorre a elevaccedilatildeo da temperatura da junccedilatildeo embora natildeo ocorra variaccedilatildeo nas temperaturas do encapsulamento e do dissipador (que dependem da potecircncia meacutedia) devido agrave maior capacidade teacutermica da caacutepsula e especialmente do dissipador Tal capacidade teacutermica relaciona-se com o tipo de material utilizado e seu volume Na analogia eleacutetrica utilizada anteriormente ela se comporta como uma capacitacircncia O caacutelculo da temperatura da junccedilatildeo em tal regime transitoacuterio eacute feito utilizando uma grandeza chamada ldquoimpedacircncia teacutermicardquo Ztjc que leva em consideraccedilatildeo a capacidade teacutermica da junccedilatildeo Exemplo 2 Rtjc = 2deg CW Rtca = 5deg CW Rtcd = 2deg CW Rtda = 3deg CW Ztjc = 005deg CW Tjmax = 150deg C Ta = 40deg C P = 20W Pp = 1000W
Tj = 130 oC (o componente estaacute protegido em relaccedilatildeo agrave potecircncia meacutedia) Tc = 90 oC Tj = Tc + Pp Ztjc = 140 oC
Caacutelculo dos Dissipadores
bull A temperatura de trabalho da junccedilatildeo deve ser 20 a 30 menor que seu valor maacuteximo para permitir a proteccedilatildeo do componente sem super-dimensionar o dissipador middot Para ambientes nos quais natildeo se faccedila um controle riacutegido da temperatura deve-se usar uma temperatura ambiente de 40oC
bull Caso o dissipador fique dentro de algum bastidor ou caixa na qual a temperatura possa se elevar acima dos 40oC deve-se considerar sempre a maacutexima temperatura do ar com o qual o dissipador troca calor Eacute conveniente agrave falta de maiores informaccedilotildees utilizar o valor de 40oC e verificar apoacutes a entrada em operaccedilatildeo do protoacutetipo a verdadeira temperatura ambiente
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bull Deve-se verificar a necessidade do uso de isoladores (mica teflon ou mylar) e natildeo desconsiderar suas resistecircncias teacutermicas middot O emprego de pastas teacutermicas eacute sempre recomendado e se deve considerar tambeacutem sua resistecircncia teacutermica
b) No transitoacuterio
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Apecircndice A
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Laboratoacuterio 1
Diodo Ache os componentes em sucatas e monte o circuito abaixo em placa de circuito impresso corroiacuteda Lista de material
4 Diodos 1N4007 2 Capacitores 330uF200V 2 Resistores 150K 18W 1 Suporte p lacircmpada 1 Lacircmpada 40W220V 1 Conector p placa de 2 bornes 6 Chaves HH 1 Rabicho com plugue Placa p circuito impresso virgem (fibra fenolite perfurada) Caneta retro projetor ou esmalte p unhas Palha de accedilo ou acetona e pedaccedilo de pano Soluccedilatildeo de percloreto de ferro Estanho em fio
Obs Colocar o seu nome no lado do cobre a caneta ou esmalte antes da corrosatildeo
Montado na placa o circuito acima e testado fazer os seguintes exerciacutecios 1 ndash Com o interruptor Ch7 ligado os interruptores Ch3 Ch4 Ch5 e Ch6 desligados e os interruptores Ch1 e Ch2 na posiccedilatildeo 1 faccedila a seguinte medida meccedila com o osciloscoacutepio colocando a garra jacareacute onde aparece o GND e o pinccedila no ponto 1 de forma que apareccedila somente o semi-ciclo positivo na tela tambeacutem reproduza abaixo a forma de onda encontrada e registre onde a posiccedilatildeo do zero O aparelho ajustado da seguinte forma O botatildeo de tempodivisatildeo em 5mS O botatildeo tensatildeodivisatildeo ajustado em 5V A ponteira ajustada em X10
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2 ndash Permanecendo o interruptor Ch7 ligado Ch5 e Ch6 desligados poreacutem Ch1 e Ch2 na posiccedilatildeo 2 e Ch3 e Ch4 ligados faccedila novamente a medida e reproduza na tela abaixo a forma de onda
3 - Permanecendo o interruptor Ch7 ligado Ch3 Ch4 Ch5 e Ch6 agora ligados e Ch1 e Ch2 na posiccedilatildeo 2 faccedila novamente a medida e reproduza na tela abaixo a forma de onda
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4 ndash O que aconteceu com a potecircncia (brilho) da lacircmpada Com circuito configurado como no exerciacutecio 1 e exerciacutecio 3 (aumentou ou diminuiu) Porque ocorreu isto _____________________________________________________________________________________
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_____________________________________________________________________________________
5 ndash Qual eacute a nova potecircncia da lacircmpada Provar por meio de caacutelculos 6 ndash Por fim com o circuito configurado como no exerciacutecio 3 coloque uma lacircmpada de maior potecircncia e visualize o ripple novamente com o osciloscoacutepio explique o que ocorreu _____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
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Laboratoacuterio 2 TRANSISTOR BIPOLAR (BJT)
Os transistores de potecircncia apresentam caracteriacutesticas de chaveamento controlado Os transistores utilizados como elementos de chaveamento operam na regiatildeo de saturaccedilatildeo apresentando uma baixa queda de tensatildeo de conduccedilatildeo (VCE=0V) (VBE=13V)
Este laboratoacuterio tem o objetivo de fazer um retificador e filtro diretamente da rede alternada com componentes retirados de fontes chaveadas de computadores apoacutes o estaacutegio de retificaccedilatildeo e filtro faremos funcionar uma lacircmpada incandescente de 220 volts corrente alternada em corrente contiacutenua com o auxiacutelio de um transistor de potencia tambeacutem retirado das mesmas fontes
Calcule o R1 e monte o circuito e apoacutes responda as questotildees
Pinos 1 ndash Base 2 ndash Coletor 3 ndash Emissor
Alguns transistores encontrados em fontes chaveadas de computador Transistor VCE (V) Ic (A) β MJE13007 400 8 5
2SC4106 400 7 10
2SC5027 800 3 8
2SC5353 800 3 15
2SC2335 400 7 10
2SC4242 400 7 10
2SC5763 400 7 10
1 ndash Escolha o transistor e faccedila o calculo para descobrir R1 e depois monte o circuito Transistor escolhido ______________
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2 ndash Meccedila a corrente no ponto 1 e compare com o calculado Faccedila as observaccedilotildees necessaacuterias
Corrente no ponto (1)
Calculado
Medido _____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
3 ndash Por que existem os resistores em paralelo com os capacitores
_____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
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Laboratoacuterio 3
TRANSISTOR EFEITO DE CAMPO (FET) O transistor de potecircncia MOSFET eacute um dispositivo de tensatildeo controlada e necessita apenas de tensatildeo no gatilho A velocidade de chaveamento eacute muito alta (nanosegundos) MOSFETrsquos de potecircncia satildeo utilizados em conversores de baixa potecircncia e alta frequumlecircncia Estes transistores apresentam problemas de descargas eletrostaacuteticas necessitando de cuidados especiais Este experimento tem como objetivo mostrar o funcionamento de Mosfets em uma aplicaccedilatildeo pratica para tanto montaremos o circuito abaixo
Pinagem 1 ndash GATE 2 ndash DRAIN 3 ndash SOURCE
Alguns transistores encontrados no comeacutercio
Transistor Tensatildeo Vds(V) Corrente Id (A)
IRF840 500 85 IRF740 400 10
1 ndash Meccedila a corrente no ponto 1 Corrente no ponto 1 ______________ No ponto 2 coloque 1deg o multiacutemetro antes de ligar o circuito Meccedila a corrente no ponto 2 Corrente no ponto 2 ______________ Por que isto ocorre 2 ndash Calcule a corrente que passa entre os resistores E compare com os valores medidos e faccedila as observaccedilotildees necessaacuterias
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Laboratoacuterio 4
SCR E TRIAC
Este laboratoacuterio tem o objetivo de comprovar o funcionamento do componente SCR e TRIAC e diferenciaacute-los 1
A - Primeiramente ligue a chave 1 mantendo a chave 2 desligada o que ocorre _____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
B ndash Mantendo ligada a chave 1 ligue a chave 2 por um breve intervalo de tempo e desligue-a O que acontece Justifique sua resposta _____________________________________________________________________________________ _____________________________________________________________________________________ 2
C ndash Faccedila a mesma sequumlecircncia usada nas questotildees A e B Sequumlecircncia da questatildeo A________________________________________________________________
Sequumlecircncia da questatildeo B_________________________________________________________________
D - Faccedila as consideraccedilotildees comparando os circuitos 1 e 2
_____________________________________________________________________________________ _____________________________________________________________________________________
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E ndash Faccedila um comentaacuterio sobre a omissatildeo das chaves _____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
4
F - Comente os circuitos 3 e 4 haacute alguma diferenccedila no brilho da lacircmpada
_____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
Pinos do SCR e BTA 1 ndash Catodo A2 2 ndash Anodo A1 3 ndash Gatilho
Alguns SCRs encontrados no comeacutercio
Tiristor
Tensatildeo Vds(V)
Corrente Id (A)
BT151 500 85 TIC106 400 10
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Laboratoacuterio 5
DIAC E TRIAC O objetivo eacute montar o circuito abaixo e visualizar com o osciloscoacutepio a forma de onda em cima da carga no nosso caso a lacircmpada enquanto varia o potenciocircmetro
Pinagem 1 ndash A1 2 ndash A2 3 ndash G Alguns triacs encontrado no comeacutercio BTA08 ndash 8A BTA26 ndash 26A MAC224 ndash 40A TIC226 ndash 8A
Coloque a ponteira em cima da carga e deixe o potenciocircmetro no meio do curso e reproduza na tela abaixo Registre o ajuste que foi feito no osciloscoacutepio para aparecer o meio ciclo superior na tela
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Laboratoacuterio 6
PWM Este circuito eacute simples com o famoso CI 555 para gerar o sinal PWM Controlando uma carga que conseguimos observar o estaacute acontecendo
1 ndash Qual a frequumlecircncia gerada do sinal PWM _______________________________________________________________________________
_______________________________________________________________________________
2 ndash O que acontece com a lacircmpada quando varia o potenciocircmetro
_______________________________________________________________________________
_______________________________________________________________________________
3 ndash Trocando o capacitor de 100nF por um de 10nF qual seraacute a nova frequumlecircncia
_______________________________________________________________________________
_______________________________________________________________________________
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Laboratoacuterio 7
INVERSOR Este circuito eacute o conceito baacutesico do princiacutepio de funcionamento de um inversor que eacute capaz de gerar uma tensatildeo alternada a partir de uma tensatildeo contiacutenua
1 ndash O motor estaacute girando _____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
2 ndash Caso afirmativo na primeira pergunta coloque a ponteira do osciloscoacutepio em um dos terminais do motor e a garra jacareacute no terra e meccedila a frequumlecircncia _____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
3 ndash O que estaacute acontecendo com o motor em suas caracteriacutesticas fiacutesicas Mudou a velocidade estaacute aquecendo estaacute trepidando etc _____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
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Apendice B
Coacutedigo de resistores
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Capacitores ceracircmicos
O valor do capacitorB eacute de 3300 pF (picofarad = 10-12 F) ou 33 nF (nanofarad = 10-9 F) ou 00033 microF (microfarad =
10-6 F) No capacitor A devemos acrescentar mais 4 zeros apoacutes os dois primeiros algarismos O valor do capacitor que se lecirc 104 eacute de 100000 pF ou 100 nF ou 01microF
O aparecimento de uma letra maiuacutescula ao lado dos nuacutemeros Esta letra refere-se a toleracircncia do capacitor ou seja o quanto que o capacitor pode variar de seu valor em uma temperatura padratildeo de 25deg C A letra J significa que este capacitor pode variar ateacute plusmn5 de seu valor a letra K = plusmn10 ou M = plusmn20 Segue na tabela abaixo os coacutedigos de toleracircncias de capacitacircncia
Ateacute 10pF Coacutedigo Acima de 10pF
plusmn01pF B
plusmn025pF C
plusmn05pF D
plusmn10pF F plusmn1
G plusmn2
H plusmn3
J plusmn5
K plusmn10
M plusmn20
S -50 -20
Z +80 -20
ou +100 -20
P +100 -0
O coeficiente de temperatura TC que define a variaccedilatildeo da capacitacircncia dentro de uma determinada faixa de temperatura O TC eacute normalmente expresso em ou ppmdegC ( partes por milhatildeo degC ) Eacute usado uma sequumlecircncia de letras ou letras e nuacutemeros para representar os coeficientes Observe o desenho abaixo
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Na tabela abaixo estatildeo mais alguns coeficientes de temperatura e as toleracircncias que satildeo muito utilizadas por diversos fabricantes de capacitores
Coacutedigo Coeficiente de temperatura NPO -0plusmn 30ppmdegC N075 -75plusmn 30ppmdegC N150 -150plusmn 30ppmdegC N220 -220plusmn 60ppmdegC N330 -330plusmn 60ppmdegC N470 -470plusmn 60ppmdegC N750 -750plusmn 120ppmdegC N1500 -1500plusmn 250ppmdegC N2200 -2200plusmn 500ppmdegC N3300 -3300plusmn 500ppmdegC N4700 -4700plusmn 1000ppmdegC N5250 -5250plusmn 1000ppmdegC P100 +100plusmn 30ppmdegC
Outra forma de representar coeficientes de temperatura eacute mostrado abaixo Eacute usada em capacitores que se caracterizam
pela alta capacitacircncia por unidade de volume (dimensotildees reduzidas) devido a alta constante dieleacutetrica sendo recomendados para aplicaccedilatildeo em desacoplamentos acoplamentos e supressatildeo de interferecircncias em baixas tensotildees
Os coeficientes satildeo tambeacutem representados exibindo sequumlecircncias de letras e nuacutemeros como por exemplo X7R Y5F e Z5U Para um capacitor Z5U a faixa de operaccedilatildeo eacute de +10degC que significa Temperatura Miacutenima seguido de +85degC que significa Temperatura Maacutexima e uma variaccedilatildeo Maacutexima de capacitacircncia dentro desses limites de temperatura que natildeo ultrapassa -56 +22
Veja as trecircs tabelas abaixo para compreender este exemplo e entender outros coeficientes
Temperatura Miacutenima
Temperatura Maacutexima
Variaccedilatildeo Maacutexima de Capacitacircncia
X -55degC Y -30degC Z +10degC
2 +45degC 4 +65degC 5 +85degC 6 +105degC 7 +125degC
A plusmn10 B plusmn15 C plusmn22 D plusmn33 E plusmn47 F plusmn75 P plusmn10 R plusmn15 S plusmn22 T -33 +22 U -56 +22 V -82 +22
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Capacitores de filme plaacutestico
O desenho ao lado mostra capacitores que tem os seus valores impressos em nanofarad (nF) = 10-9F Quando aparece no capacitor uma letra n minuacutescula como um dos tipos apresentados ao lado por exemplo 3n3 significa que este capacitor eacute de 33nF No exemplo o n minuacutesculo eacute colocado ao meio dos nuacutemeros apenas para economizar uma viacutergula e evitar erro de interpretaccedilatildeo de seu valor
Capacitores de Ceracircmica Multicamada
Capacitores de Polieacutester Metalizado usando coacutedigo de cores
A tabela abaixo mostra como interpretar o coacutedigo de cores dos capacitores abaixo No capacitor A as 3 primeiras cores satildeo laranja laranja e laranja correspondem a 33000 equivalendo a 33 nF A cor branca logo adiante eacute referente a plusmn10 de toleracircncia E o vermelho representa a tensatildeo nominal que eacute de 250 volts
1ordf Algarismo 2ordf Algarismo 3ordf Ndeg de zeros 4ordf Toleracircncia 5ordf Tensatildeo
PRETO 0 0 - plusmn 20 -
MARROM 1 1 0 - -
VERMELHO 2 2 00 - 250V
LARANJA 3 3 000 - -
AMARELO 4 4 0000 - 400V
VERDE 5 5 00000 - -
AZUL 6 6 - - 630V
VIOLETA 7 7 - - -
CINZA 8 8 - - -
BRANCO 9 9 - plusmn 10 -
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Apecircndice C
Osciloscoacutepio Geralmente os osciloscoacutepios tecircm os controles e entradas que podem ser divididos em cinco grupos
1 ndash Controle da fonte de alimentaccedilatildeo 2 ndash Controles de ajuste do traccedilo ou ponto na tela 3 ndash Controles e entrada de atuaccedilatildeo vertical 4 ndash Controles e entrada de atuaccedilatildeo horizontal 5 ndash Controles de entrada de sincronismo
1 - CONTROLE DA FONTE DE ALIMENTACcedilAtildeO 11 - INTERRUPTOR Sua funccedilatildeo eacute interromper ou estabelecer a corrente no primaacuterio do transformador de fora Sua atuaccedilatildeo normalmente eacute acompanhada por uma lacircmpada piloto que serve de aviso visual sobre a situaccedilatildeo do circuito (ligado ou desligado) Normalmente este interruptor se encontra acoplado junto do potenciocircmetro de controle de brilho 12 - COMUTADOR DE TENSAtildeO Sua funccedilatildeo eacute selecionar a tensatildeo de funcionamento do osciloscoacutepio (127 220V) Permite utilizar o instrumento sem a necessidade de recorrer a um transformador abaixador ou elevador de tensatildeo (geralmente o acesso deste comutador eacute visto na parte de traz do aparelho) 2 - CONTROLES DE AJUSTE DO TRACcedilO OU PONTO NA TELA 21 - BRILHO OU LUMINOSIDADE Eacute o controle que ajusta a luminosidade do ponto ou do traccedilo O controle do brilho eacute feito por meio de um potenciocircmetro situado no circuito da grade de controle do TRC mediante o qual se regula o potencial desta grade (deve-se evitar o uso de brilho excessivo sob pena de se danificar a tela) 22 - FOCO Eacute o controle que ajusta a nitidez do ponto ou traccedilo luminoso O ajuste do foco eacute conseguido mediante a regulagem de um potenciocircmetro que regula a polarizaccedilatildeo do eletrodo de enfoque O foco deve ser ajustado de forma a se obter um traccedilo fino e niacutetido na tela (estes ajustes de brilho e de foco satildeo ajustes baacutesicos que devem ser feitos sempre que se for usar o osciloscoacutepio)
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23 - ILUMINACcedilAtildeO DA RETIacuteCULA Permite que se ilumine o quadriculado ou as divisotildees na tela 3 - CONTROLES E ENTRADA DE ATUACcedilAtildeO VERTICAL 31 - ENTRADA DE SINAL VERTICAL Nesta entrada eacute conectada a ponta de prova do osciloscoacutepio As variaccedilotildees de tensatildeo aplicadas nesta entrada aparecem sob forma de figura na tela 32 - CHAVE DE SELECcedilAtildeO DE MODO DE ENTRADA (CA-CC) Esta chave eacute selecionada de acordo com o tipo de forma de onda a ser observada Em alguns osciloscoacutepios esta chave possui trecircs posiccedilotildees (CA-0-CC ou AC-GND-DC) Esta posiccedilatildeo adicional eacute usada para a realizaccedilatildeo de ajustes do traccedilo do osciloscoacutepio em algumas situaccedilotildees Por exemplo quando se deseja Uma referecircncia na tela 33 - CHAVE SELETORA DE GANHO (VDiv) Esta chave permite que se aumente ou que se diminua a amplitude de projeccedilatildeo na tela do osciloscoacutepio (altura da imagem) 34 - POSICcedilAtildeO VERTICAL Permite movimentar a imagem para cima ou para baixo na tela A movimentaccedilatildeo natildeo interfere na forma da figura projetada na tela 4 - CONTROLES DE ATUACcedilAO HORIZONTAL 41 - CHAVE SELETORA DE BASE DE TEMPO Eacute o controle que permite variar o tempo de deslocamento horizontal do ponto na tela Atraveacutes deste controle eacute possiacutevel reduzir ou ampliar horizontalmente na tela a figura nela projetada Em alguns osciloscoacutepios esta chave seletora tem uma posiccedilatildeo identificada como EXT (externa) o que possibilita que o deslocamento horizontal pode ser controlado por circuito externo ao osciloscoacutepio atraveacutes de uma entrada especiacutefica Quando a posiccedilatildeo externa eacute selecionada natildeo haacute formaccedilatildeo do traccedilo na tela obtendo-se apenas um ponto 42 - POSICcedilAtildeO HORIZONTAL Eacute o ajuste que permite controlar horizontalmente a forma de onda na tela Girando o controle de posiccedilatildeo horizontal para a direita o traccedilo move-se horizontalmente para a direita e vice-versa Assim como o controle de posiccedilatildeo vertical o controle de posiccedilatildeo horizontal natildeo interfere na forma da figura projetada na tela
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5 - CONTROLES E ENTRADA DE SINCRONISMO (TRIGGER) Satildeo controles que se destinam a fixar a imagem na tela Estes controles satildeo utilizados principalmente na observaccedilatildeo de sinais alternados Os controles de sincronismo satildeo Chave seletora de fonte de sincronismo Chave de modo de sincronismo Controle de niacutevel de sincronismo 51 - CHAVE SELETORA DE FONTE DE SINCRONISMO Seleciona onde seraacute tomada o sinal de sincronismo para fixar a imagem na tela do osciloscoacutepio Normalmente esta chave possui trecircs posiccedilotildees pelo menos POSICcedilAtildeO CH1 O sincronismo eacute controlado pelo sinal aplicado ao canal 1 POSICcedilAtildeO REDE Realiza o sincronismo com base na frequecircncia da rede de alimentaccedilatildeo do osciloscoacutepio (60Hz) Nesta posiccedilatildeo consegue-se facilmente sincronizar na tela sinais aplicados na entrada vertical que sejam obtidos a partir da rede eleacutetrica POSICcedilAtildeO EXTERNO Na posiccedilatildeo externo o sincronismo da figura eacute obtido agrave partir de outro equipamento externo conectado ao osciloscoacutepio O sinal que controla o sincronismo na posiccedilatildeo externo eacute aplicado a entrada de sincronismo 52 - CHAVE DE MODO DE SINCRONISMO Normalmente esta chave tem duas ou trecircs posiccedilotildees AUTO Nesta posiccedilatildeo o osciloscoacutepio realiza o sincronismo automaticamente com base no sinal selecionado pela chave seletora de fonte de sincronismo NORMAL + O sincronismo eacute positivo ajustado manualmente pelo controle de niacutevel de sincronismo (TRIGGER) de modo que o primeiro pico que apareccedila na tela seja o positivo NORMAL - O sincronismo eacute negativo tambeacutem ajustado manualmente entretanto o primeiro pico a aparecer eacute o negativo 53 - CONTROLE DE NIacuteVEL DE SINCRONISMO (TRIGGER) Eacute um controle manual que permite o ajuste do sincronismo quando natildeo se consegue um sincronismo automaacutetico Tem atuaccedilatildeo nas posiccedilotildees NORMAL + e NORMAL - OBSERVACcedilAtildeO Para se realizar leituras eacute necessaacuterio sincronizar a figura na tela II - ENTRADA E CONTROLE DO OSCILOSCOacutePIO DUPLO TRACcedilO O osciloscoacutepio de duplo traccedilo possui alguns controles que satildeo comuns aos dois traccedilos e outros que satildeo individuais Os controles de brilho foco base de tempo e de posiccedilatildeo horizontal satildeo controles que satildeo comuns aos dois traccedilos Basicamente os controles individuais situam-se nas entradas e controles do vertical nos controles e entrada de sincronismo ENTRADAS E CONTROLES DO VERTICAL Para que se possa observar dois sinais simultaneamente eacute necessaacuterio que se aplique uma tensatildeo em cada uma das entradas verticais O osciloscoacutepio duplo traccedilo dispotildee de dois grupos de controles verticais Um grupo para o canal A ou canal 1 (CH1) Um grupo para o canal B ou canal 2 (CH2) Cada grupo controla um dos sinais na tela (amplitude posiccedilatildeo vertical etc) Geralmente satildeo iguais Cada canal dispotildee de Entrada Vertical Chave Seletora CA-O-CC Chave Seletora de ganho vertical (DDiv) Posiccedilatildeo vertical Um osciloscoacutepio de duplo traccedilo pode ainda ser utilizado como sendo um osciloscoacutepio de traccedilo simples Uma chave seletora permite que se possa selecionar cada canal individualmente ou os dois simultaneamente Esta chave possui pelo menos trecircs posiccedilotildees CH1
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CH2 DUAL Na posiccedilatildeo CH1 apareceraacute apenas a imagem na tela que estiver sendo aplicada na entrada vertical do canal 1 Na posiccedilatildeo CH2 apareceraacute apenas a imagem na tela que estiver sendo aplicada na entrada vertical do canal 2 Na posiccedilatildeo DUAL aparecem as duas imagens Em osciloscoacutepios mais sofisticados esta chave pode possuir mais posiccedilotildees de modo a permitir outras alternativas de uso CONTROLES DE SINCRONISMO Realizam as mesmas funccedilotildees do osciloscoacutepio traccedilo simples que eacute a de fixar a imagem na tela O que diferencia eacute o fato de que na chave seletora de fonte existe uma posiccedilatildeo adicional de modo a poder sincronizar a figura PONTAS DE PROVA As pontas de prova satildeo utilizadas para interligar o osciloscoacutepio aos pontos de medida
Uma das extremidades da ponta de prova eacute conectada a uma das entradas do osciloscoacutepio atraveacutes de um conector e a extremidade livre serve para conexatildeo aos pontos de medida A extremidade livre possui uma garra jacareacute denominada de terra da ponta de prova que deve ser conectada ao terra do circuito e uma ponta de entrada de sinal que deve ser conectada no ponto que se deseja medir Existem dois tipos de ponta de prova ponta de prova 11 ponta de prova 101 A ponta de prova 11 se caracteriza por aplicar agrave entrada do osciloscoacutepio a mesma tensatildeo ou forma de onda que eacute aplicada a ponta de mediccedilatildeo A ponta de prova 101 entrega ao osciloscoacutepio apenas a deacutecima parte da tensatildeo aplicada a ponta de mediccedilatildeo As pontas de prova 101 permitem que o osciloscoacutepio consiga observar tensotildees dez vezes maior que a sua capacidade Por exemplo Um osciloscoacutepio que permite a leitura de tensotildees de 50V com ponta de prova 11 com ponta de prova 101 poderaacute medir tensotildees de ateacute 500V (10x50V) Existem pontas de prova que dispotildee de um botatildeo onde se pode selecionar 101 ou 11 Obs Quando natildeo se tem total certeza da grandeza da tensatildeo envolvida eacute aconselhaacutevel iniciar a mediccedilatildeo com o posiccedilatildeo 101
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Bibliografia
1 Dispositivos semicondutores tiristores controle de potecircncia em CC e CA 1996 - ALMEIDA Joseacute Luiz Antunes de Satildeo Paulo Eacuterica 1996 150 p
2 Dispositivos semicondutores diodos e transistores 1996 MARQUES Angelo Eduardo B
CHOUERI JUacuteNIOR Salomatildeo CRUZ Eduardo Cesar Alves Satildeo Paulo Eacuterica 1996 389 p
3 Anaacutelise e projeto de fontes chaveadas MELLO Luiz Fernando P de Satildeo Paulo Eacuterica 1996 487 p
4 Eletrocircnica de potecircncia circuitos dispositivos e aplicaccedilotildees 1999 RASHID Muhammad H Satildeo Paulo Makron Books 1999 828 p
5 Eletrocircnica de potecircncia 1994 - PALMA Guilherme Rebouccedilas da Satildeo Paulo Eacuterica 1994 259 p
6 Dispositivos eletrocircnicos e teoria de circuitos - 8 ed 2004 -
BOYLESTAD Robert L NASHELSKY Louis CAMARGO Joseacute Bueno de NASCIMENTO Joseacute Lucimar do PERTENCE JUNIOR Antonio (Coord) Satildeo Paulo Pearson Prentice Hall 2004 672 p
7 Rodrigues Isac Zilli Notas de aula da disciplina de Eletrocircnica II do Curso de Engenharia
Eleacutetrica da UPF Passo Fundo RS 2000
8 Ghirardello Ariovaldo Apostila sobre Modulaccedilatildeo PWM Coleacutegio Politec
9 Electronics Workbench Versatildeo 512
10 LabcenterElectronics 1989-2008 Release 75 SP3
6
3 - Diodo Haacute vaacuterios diodos desenvolvidos especificamente para suportar as demandas de alta potencia e alta temperatura de algumas aplicaccedilotildees O emprego mais frequumlente de diodos de potencia ocorre no processo de retificaccedilatildeo A maioria dos diodos de potencia eacute a base de siliacutecio devido agraves altas correntes e temperaturas Para que flua uma corrente elevada a aacuterea da junccedilatildeo deve ser maior reduzindo assim a resistecircncia do diodo Se essa resistecircncia direta fosse muito grande as perdas I2R seriam excessivas As altas temperaturas resultantes do fluxo denso de corrente exigem na maioria dos casos que sejam utilizados dissipadores de calor para escoar o calor do elemento
Retificador monofaacutesico de meia onda com carga resistiva
Figura 1
Formas de ondas
Figura 2
7
Retificador monofaacutesico de onda completa com ponto meacutedio e em ponte
Figura 3 Ponto meacutedio
Figura 4 Ponte
A forma de onda para o circuito de ponte meacutedio
Figura 5
As formas de onda de tensatildeo e corrente satildeo idecircnticas as do retificador de ponto meacutedio Vantagens de retificador de onda completa em relaccedilatildeo ao de meia-onda
bull A tensatildeo meacutedia na carga eacute duas vezes maior bull A corrente de carga apresenta menor distorccedilatildeo harmocircnica
8
Retificador trifaacutesico com ponto meacutedio
Figura 6
As harmocircnicas desconsideradas
O valor meacutedio da tensatildeo eacute
Figura 7
9
Retificador trifaacutesico de onda completa ponte de Graetz
Figura 8
O valor meacutedio da tensatildeo eacute
Figura 9
bull Cada diodo conduz durante um intervalo igual a 120o
bull Existe sempre dois diodos em conduccedilatildeo um no grupo positivo e outro no grupo negativo do conversor
bull Ocorre uma comutaccedilatildeo a cada 60o
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Associaccedilotildees em seacuterie e em paralelo
Um conjunto de diodos do mesmo tipo associados em serie apresenta uma capacidade de corrente direta igual a capacidade de cada unidade A tensatildeo maacutexima reversa entretanto seraacute a soma das tensotildees maacuteximas reversas individuais Eacute importante que os diodos sejam do mesmo tipo ou haveraacute uma distribuiccedilatildeo irregular da tensatildeo entre eles causando a ruptura em um valor inferior a esta soma
Figura 10 Permanece a mesma I e somam-se V
A montagem de diodos em paralelo costuma ser problemaacutetica e deve ser substituiacuteda por um uacutenico
diodo com maior capacidade de corrente sempre que possiacutevel Nos diodos associados em paralelo a tendecircncia seraacute de que aquele com a menor barreira de tensatildeo comecem a conduzir primeiro assumindo a maior parte (senatildeo toda) a corrente do circuito Portanto natildeo eacute suficiente que os diodos sejam do mesmo tipo e preciso que resistores de baixo valor montados conforme a figura abaixo contrabalance esta tendecircncia permitindo uma divisatildeo quase igual de corrente O valor destes resistores deve ser tal que provoque uma queda de tensatildeo de cerca de 05V para a corrente maacutexima do diodo associado Ou seja para diodos de 1A seraacute necessaacuteria uma resistecircncia de aproximada 05Ω Note que alem dos 07V perdidos na barreira de tensatildeo do diodo outros 05V seratildeo perdidos no resistor com uma dissipaccedilatildeo de calor igual a 05 vezes a corrente
Figura 11 Permanece a mesma V e somam-se as I
Relembrando Tipo 1N4001 1N4002 1N4003 1N4004 1N4005 1N4006 1N4007 Tensatildeo de pico reversa (V) 50 100 200 400 600 800 1000 Tensatildeo RMS reversa (V) 35 70 140 280 420 560 700 Corrente de saiacuteda (A) 1
Temos tambeacutem Tipo 1N4012 1N4014 1N3970 1N3927 1N1189 Tensatildeo de pico reversa (V) 700 900 600 2500 500 Corrente de saiacuteda (A) 12 12 50 10 35
Este satildeo apenas alguns diodos de potecircncia
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4 - Transistor BJT
Os transistores bipolar de potecircncia representaram um importante passo no desenvolvimento de componentes de meacutedia potecircncia atingindo tensotildees de bloqueio da ordem de 1000V conduzindo correntes de 500A Embora estes valores natildeo permitam sua aplicaccedilatildeo direta estes dispositivos satildeo a base para uma seacuterie de outros conversores para condicionamento de energia eleacutetrica
Transistores do tipo NPN os eleacutetrons satildeo atraiacutedos do emissor pelo potencial positivo da base tendo em mente a corrente real de eleacutetrons J1 se transforma num diodo diretamente polarizado Esta camada central eacute suficientemente fina para que a maior parte dos portadores tenha energia cineacutetica suficiente para atravessaacute-la chegando agrave regiatildeo de transiccedilatildeo de J2 sendo entatildeo atraiacutedos pelo potencial positivo do coletor
A figura abaixo mostra uma estrutura tiacutepica de um transistor bipolar de potecircncia As bordas arredondadas da regiatildeo de emissor permitem uma homogeneizaccedilatildeo do campo eleacutetrico necessaacuteria agrave manutenccedilatildeo de ligeiras polarizaccedilotildees reversas entre base e emissor O TBP natildeo sustenta tensatildeo no sentido oposto porque a alta dopagem do emissor provoca a ruptura de J1 em baixas tensotildees (5 a 20V)
Figura 12 Estrutura baacutesica de um transistor de potecircncia
O controle de VBE determina a corrente de base IB que por sua vez se relaciona com IC pelo
ganho de corrente do dispositivo Para suportar tensotildees elevadas existe uma camada intermediaacuteria do coletor com baixa dopagem a qual define a tensatildeo de bloqueio do componente
Porem uma das principais limitaccedilotildees dos transistores bipolares de potecircncia eacute o baixo valor do ganho de corrente β (muitas vezes inferior a 10) com isto muitas vezes satildeo utilizados estes transistores na regiatildeo de saturaccedilatildeo e bloqueio ou como chave
Figura 13
Para que o transistor opere como chave aberta eacute necessaacuterio que a tensatildeo de entrada VE seja menor que VBE de conduccedilatildeo E para que o transistor opere como chave fechada eacute preciso que a tensatildeo de entrada VE seja maior que VBE de conduccedilatildeo
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Vamos a um exemplo Para dimensionarmos RB e RC vamos utilizar a analise das malhas
Entrada VRB = VCC - VBE
Saiacuteda VRC = VCC - VCE
Figura 14
Paracircmetros do 2SC5353 VBEsat = 13V VCEsat = 1V βsat = 10 O RC eacute como se fosse a carga a ser controlada entatildeo para dimensionarmos os resistores de
polarizaccedilatildeo temos que definir uma carga concluiacutemos entatildeo que teremos que calcular na verdade soacute o RB jaacute que foi definido que carga teremos que controlar
O RC definido foi de 800Ω
Malha de saiacuteda
VRC = VCC ndash VCEsat
VRC = 180 ndash 1 there4 VRC =179V
IRC = IC
IC = C
RC
R
V there4 IC = 2237mA
Potencia de RC
PRC = 2CsatC IR sdot there4 800 x (2237x10-3)2
PRC = 40W
Podemos entatildeo substituir o resistor por
uma lacircmpada de 40W180V
Malha de entrada
VRB = VCC ndash VBE
VRB = 12 ndash 13 there4 VRB = 107V
IB = βCI
there4
IB =10
107223 3minustimes there4 IB = 2237mA
RB = B
RB
I
V there4 RB =
3107322
710minustimes
RB = 4783Ω Valor comercial RB = 470 Ω
Potencia de RB
PRB = 2BsatB IR sdot
PRB = 470 x (2273x10-3)2
PRB = 2352mW (14W)
Estes caacutelculos satildeo para o interruptor na posiccedilatildeo ligado quando o interruptor passa para a posiccedilatildeo desligado a entrada eacute aterrada (VEltVBE) causando o corte do transistor consequumlentemente a lacircmpada iraacute apagar
O uso preferencial de TBP tipo NPN se deve agraves menores perdas em relaccedilatildeo aos PNP o que ocorre por causa da maior mobilidade dos eleacutetrons em relaccedilatildeo agraves lacunas reduzindo principalmente os tempos de comutaccedilatildeo do componente em outras palavras os transistores do tipo NPN satildeo mais raacutepidos do que os do tipo PNP
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Conexatildeo Darlington
Como jaacute mencionado transistores de potecircncia geralmente tecircm ganhos menores e precisam correntes altas na base para a plena conduccedilatildeo O transistor do exemplo anterior pode exigir 1A para controlar uma corrente de 3A Para solucionar este problema existe um arranjo que eacute chamado de Darlington esta configuraccedilatildeo consiste em conectar dois transistores do mesmo tipo de maneira que o ganho de corrente de um transistor β1 e o do outro β2 entatildeo o ganho de corrente do arranjo seraacute igual a βD = β1xβ2 Outra caracteriacutestica desta configuraccedilatildeo eacute conseguir uma alta impedacircncia de entrada Normalmente este tipo de ligaccedilatildeo eacute feito em um uacutenico encapsulamento Neste caso o valor de ganho eacute muito grande e uma corrente bem pequena na base jaacute leva o transistor ao estado de plena conduccedilatildeo O ocircnus por esta sensibilidade de corrente baixa de base eacute o fato de que a tensatildeo VBDED eacute maior que em um transistor normal pois temos que polarizar em vez de um mas dois diodos para que comece a ocorrer a conduccedilatildeo
Figura 15 Conexatildeo Darlington
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5 - Transistor FET
O surgimento do MOSFET representou um grande avanccedilo tecnoloacutegico por ser de fabricaccedilatildeo muito simples ter uma alta impedacircncia de entrada e baixo ruiacutedo proporcionar integraccedilatildeo em larga escala isto eacute por ter tamanho reduzido cerca de 20 vezes menos que o transistor bipolar permitindo assim que um grande numero de transistores sejam produzidos em um mesmo circuito integrado
O MOSFET de potencia eacute um semicondutor com capacidade de controle de corrente por meio de tensatildeo aplicada entre os terminais gate e source a exemplo do TBP o transistor FET pode trabalhar com tensotildees tambeacutem elevadas na ordem dos 1000V e correntes em torno de 200A mas sua principal vantagem eacute por ser acionado por tensatildeo a sua arquitetura disponibiliza uma elevada velocidade de chaveamento tornando-o indicado para as aplicaccedilotildees de frequumlecircncia elevada (centenas de kHz)
Para VGS lt 0 os eleacutetrons do canal n satildeo repelidos aumentando assim a camada de depleccedilatildeo proacutexima da camada oacutexido Assim haacute uma diminuiccedilatildeo na aacuterea do canal n (estrangulamento) sendo estabelecida uma alta resistecircncia RDS Deste modo natildeo haacute circulaccedilatildeo de corrente IDS Para IDS igual a zero a tensatildeo VGS eacute chamada de tensatildeo de estrangulamento (pinch-off) VP Para VGS gt 0 o canal n torna-se largo reduzindo drasticamente a resistecircncia RDS sendo assim estabelecida a corrente IDS O MOSFET com canal p tem a s polaridades das tensotildees e correntes invertidas
Figura 16
Estrutura baacutesica de transistor MOSFET Uma pequena corrente de gate eacute necessaacuteria apenas para carregar e descarregar as capacitacircncias de
entrada do transistor desta forma o melhor modo de polarizaccedilatildeo de um FET eacute empregando uma fonte de baixa impedacircncia de saiacuteda jaacute que temos na estrutura do gate uma capacitacircncia parasita gate-fonte CGS que eacute inerente ao componente desta forma natildeo existe meios de minimizaacute-lo
Estes transistores em geral satildeo de canal N por apresentarem menores perdas e maior velocidade de comutaccedilatildeo devido agrave maior mobilidade dos eleacutetrons em relaccedilatildeo agraves lacunas
Abaixo temos um exemplo de polarizaccedilatildeo de gate de baixa impedacircncia tambeacutem teraacute que utilizar fonte de pulsos de baixa impedacircncia como foi dito antes
Figura 17
15
Outra forma de obter um circuito de disparo eacute o demonstrado abaixo porem eacute importante notar nesta situaccedilatildeo que estamos atrelados a transistores bipolares natildeo sendo aconselhaacutevel a altas frequumlecircncias ou pelo menos dar uma olhada no datasheet dos transistores que seratildeo utilizados com atenccedilatildeo a frequumlecircncia maacutexima de trabalho
Figura 18
Este circuito nada mais eacute do que um gate driver que pode se fazer com componentes discretos ou com auxilio de CIs fabricados especialmente para isto a saiacuteda pode ser para um MOSFET ou para vaacuterios deles Isto eacute mais faacutecil de verificar em IGBTs que seraacute estudado em seguida
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6 ndash Transistor IGBT O IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) alia a facilidade de acionamento dos MOSFET com as pequenas perdas em conduccedilatildeo dos TBP Sua velocidade de chaveamento eacute superior agrave dos transistores bipolares Os limites atuais de tensatildeo e corrente em dispositivos uacutenicos estatildeo em torno de 2kV e 1000A o que indica que tal componente pode ser utilizado em aplicaccedilotildees de potecircncia
O controle de componente eacute anaacutelogo ao do MOSFET ou seja pela aplicaccedilatildeo de uma polarizaccedilatildeo entre gate e emissor Tambeacutem para o IGBT o acionamento eacute feito por tensatildeo O IGBT possui uma corrente maacutexima que natildeo deve ser ultrapassada se isso ocorrer natildeo se consegue cortar o IGBT retirando a tensatildeo do Gate A corrente fluiraacute pelo dreno sem controle e isso poderaacute danificar o componente Esse fato eacute conhecido por LatchUp Princiacutepio de funcionamento
A estrutura do IGBT eacute similar agrave do MOSFET mas com a inclusatildeo de uma camada P+ que forma o coletor do IGBT como mostrado na figura abaixo Em termos simplificados pode-se analisar o IGBT como um MOSFET no qual a regiatildeo N- tem sua condutividade modulada pela injeccedilatildeo de portadores minoritaacuterios (lacunas) a partir da regiatildeo P+ uma vez que J1 estaacute diretamente polarizada Esta maior condutividade produz uma menor queda de tensatildeo em comparaccedilatildeo a um MOSFET similar A maacutexima tensatildeo suportaacutevel eacute determinada pela junccedilatildeo J2 (polarizaccedilatildeo direta) e por J1 (polarizaccedilatildeo reversa) Como J1 divide 2 regiotildees muito dopadas conclui-se que um IGBT natildeo suporta tensotildees elevadas quando polarizado reversamente
Figura 19 Estrutura baacutesica de IGBT
A entrada em conduccedilatildeo eacute similar ao MOSFET sendo um pouco mais lenta a queda da tensatildeo Vce uma vez que isto depende da chegada dos portadores vindos da regiatildeo P+ Para o desligamento no entanto tais portadores devem ser retirados Nos TBPs isto se daacute pela drenagem dos portadores via base o que natildeo eacute possiacutevel nos IGBTs devido ao acionamento isolado A soluccedilatildeo encontrada foi a inclusatildeo de uma camada N+ na qual a taxa de recombinaccedilatildeo eacute bastante mais elevada do que na regiatildeo N- Desta forma as lacunas presentes em N+ recombinam-se com muita rapidez fazendo com que por difusatildeo as lacunas existentes na regiatildeo N- refluam apressando a extinccedilatildeo da carga acumulada na regiatildeo N- possibilitando o restabelecimento da barreira de potencial e o bloqueio do componente
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7 - Tiristor
O tiristor e o SCR satildeo facilmente confundidos pois estatildeo relacionados ao mesmo componente Tiristor eacute o nome de uma famiacutelia de componentes da qual o SCR faz parte O SCR eacute um diodo controlado muito utilizado em equipamentos de controle industrial que iremos ver detalhadamente mais tarde Funcionamento de uma forma geral O tiristor eacute um dispositivo semicondutor de quatro camadas de estrutura PNPN com trecircs junccedilotildees PN Tem trecircs terminais Anodo Catodo e Gatilho Os terminais anodo e catodo quando polarizados diretamente soacute comeccedilam a conduzir se receber um comando no terminal gatilho Uma vez conduzindo ele se comportara como um diodo em conduccedilatildeo e natildeo haacute controle sobre o dispositivo Desligamento A corrente de anodo eacute conservada abaixo da corrente de manutenccedilatildeo por um tempo suficiente grande de forma que todos os portadores em excesso nas quatro camadas sejam eliminados ou recombinados
Alguns toacutepicos que devem ser levado em consideraccedilatildeo em projeto de circuitos de controle de gatilho
1- O sinal de gatilho deve ser retirado apoacutes o disparo do tiristor Um sinal contiacutenuo aumentaria a perda de potencia na junccedilatildeo do gatilho
2- Enquanto o tiristor estiver reversamente polarizado natildeo devera haver sinal de gatilho De outra forma o tiristor poderia falhar devido a um aumento de corrente de fuga
3- A largura do pulso de gatilho IG tem que ser maior que o tempo necessaacuterio para a corrente do anodo crescer ateacute o valor da corrente de manutenccedilatildeo IH Na praacutetica a largura do pulso no tiristor TON
Tipos de Tiristores Tiristor de controle de fase SCR Tiristor triodo bidirecional TRIAC Tiristor de desligamento pelo gatilho GTO Tiristor de conduccedilatildeo reversa RCT Tiristor de induccedilatildeo estaacutetica SITH Tiristor de desligamento auxiliado pelo gatilho GATT Retificador controlado de siliacutecio controlado por luz LASCR Tiristores controlados por MOS MCTs
Conversatildeo e o controle de grandes quantidades de potencia em sistemas CC e CA utilizando apenas uma pequena potencia para controle pois apresenta chaveamento raacutepido pequeno porte e altos valores de corrente e tensatildeo
Algumas exemplos de aplicaccedilotildees
bull Controle de reles e motores bull Fontes de tensatildeo regulada bull Inversores CC-CA bull Controle de iluminaccedilatildeo
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71 - Tiristor SCR Siacutembolo
O SCR eacute um dispositivo semicondutor de quatro camadas de estrutura PNPN com trecircs junccedilotildees PN Ele tem trecircs terminais anodo catodo e gatilho como eacute visto na figura abaixo
Figura 20
O SCR tal como um diodo soacute conduz corrente no sentido do anodo para o catodo mas apenas quando lhe aplicamos um sinal de tensatildeo no terminal chamado gatilho este meacutetodo de disparo eacute o mais utilizado para se disparar o SCR Mas existem outras formas de disparo normalmente indesejado e em alguns casos podem destruir o componente
Disparo por sobretensatildeo Quando o SCR estaacute polarizado diretamente e aumenta-se a tensatildeo VAK J1 e J3 estatildeo polarizados diretamente mas J2 estaacute reversamente polarizado veja a figura acima Com o aumento de VAK os portadores satildeo acelerados na junccedilatildeo J2 podendo atingir uma energia tatildeo grande que provocaratildeo o fenocircmeno avalanche Esse fenocircmeno faz com que muitos eleacutetrons choquem-se e saiam das orbitas dos aacutetomos da rede Estando disponiacuteveis para a conduccedilatildeo esses eleacutetrons permitem que a corrente de anodo cresccedila Aumentando a corrente de anodo estabelece-se a realimentaccedilatildeo entre os terminais mantendo o SCR disparado Este tipo de disparo eacute chamado de Tensatildeo de Breakover (VBO) Disparo por variaccedilatildeo de tensatildeo (dvdt) Para que um capacitor armazene carga eleacutetrica eacute necessaacuterio haver uma variaccedilatildeo de tensatildeo(∆v) no capacitor em um intervalo de tempo (∆t) eacute necessaacuterio que circule ainda uma corrente i pelo capacitor quando estas variaccedilotildees satildeo muito pequenas a expressatildeo que relaciona estas grandezas eacute apresentada abaixo
dt
dvCi =
Em um SCR polarizado diretamente J2 estaacute reversamente polarizado Nesta junccedilatildeo existe carga armazenada iacuteons positivos de um lado e iacuteons negativos do outro Isto eacute como um capacitor carregado Assim natildeo havendo pulso no gatilho fechando-se S1 a capacitacircncia de J2 faraacute com que circule uma corrente de gatilho Como esta variaccedilatildeo eacute muito grande a corrente resultante seraacute muito grande Essa
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corrente poderaacute ser suficiente para estabelecer o processo de realimentaccedilatildeo fazendo com que o componente entre em conduccedilatildeo
Figura 21
Esse disparo normalmente indesejado pode ser evitado pela accedilatildeo de um circuito de proteccedilatildeo
chamado snubber esse circuito eacute formado por um resistor em serie com um capacitor colocados em paralelo com o SCR
Figura 22 Circuito snubber colocado em paralelo com o SCR
Os meacutetodos de comutaccedilatildeo ou de bloqueio de um SCR significa cortar a corrente que ele conduz e impedir que ele retorne a conduccedilatildeo A comutaccedilatildeo estaraacute completa quando a corrente no sentido direto for anulado e a reaplicaccedilatildeo de tensatildeo direta entre os terminais catodo e anodo natildeo provocarem o retorno do estado de conduccedilatildeo A comutaccedilatildeo natural ocorre quando se reduz a corrente de anodo a um valor abaixo de IH chamada corrente de manutenccedilatildeo (holding current) o SCR eacute bloqueado Este bloqueio pode ser visto melhor na figura abaixo Com S2 aberto mesmo com S1 fechado o SCR estaacute bloqueado pois natildeo haacute corrente no gatilho Fechando S2 pelo R circula uma corrente de gatilho que eacute suficiente para disparar o SCR Abrindo entatildeo S1 a corrente na lacircmpada anula-se e o SCR bloqueia Outro modo de obter a comutaccedilatildeo natural seria trocar a fonte de tensatildeo continua por uma tensatildeo alternada porem o SCR conduziria somente no semi-ciclo positivo natildeo havendo fluxo de corrente no semi-ciclo negativo
Figura 23 Meacutetodo mais utilizado
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Haacute tambeacutem um outro meacutetodo chamado comutaccedilatildeo forccedilada mais usual em circuitos CC a teacutecnica consiste em desviar a corrente por um caminho de menor impedacircncia a corrente que passa pelo SCR iraacute cair abaixo de IH provocando o bloqueio Como podemos ver no circuito abaixo
Figura 24
Com todas as chaves abertas o SCR estaacute bloqueado e a lacircmpada estaacute apagada Fechando-se a CH1 o circuito da lacircmpada e do SCR estaraacute energizado Como natildeo haacute corrente no gatilho o SCR continuaraacute bloqueado a lacircmpada apagada Quando S2 fechar circulara pelo resistor uma corrente suficiente para alimentar o gatilho do SCR que disparara e acenderaacute a lacircmpada Com a lacircmpada acesa S2 pode se novamente aberta sem que o SCR bloqueie e a lacircmpada se apague Agora fechando S3 naturalmente a lacircmpada natildeo se apagara pois a chave curto-circuitaraacute o SCR ficando a lacircmpada alimentada diretamente pela tensatildeo da fonte Como o SCR real natildeo eacute um curto-circuito toda a corrente da lacircmpada ira passar por S3 e a corrente do SCR cairaacute agrave zero o SCR entatildeo ira bloquear Com o SCR bloqueado abrindo-se a chave S3 a lacircmpada apagara Assim soacute seraacute outra vez acessa se S2 for novamente fechada provocando a corrente de gatilho no SCR Mas tambeacutem pode-se utilizar o SCR em tensatildeo alternada natildeo soacute em tensatildeo contiacutenua abaixo temos um exemplo de circuito com sua forma de onda
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72 - Tiristor TRIAC Siacutembolo O Triac eacute um dispositivo de 5 camadas tendo 2 caminhos P-N-P-N em ambos os sentidos entre o MT1 e MT2 e podendo conduzir nos dois sentidos como nos mostra claramente o seu siacutembolo Eletricamente o Triac equivale a ligaccedilatildeo de dois SCRs em antiparalelo e os terminais de gatilho ligados juntos O Triac pode ser levado a conduccedilatildeo pela aplicaccedilatildeo de uma corrente positiva ou negativa no gatilho embora seja mais sensiacutevel a aplicaccedilatildeo de uma corrente positiva quando MT2 eacute positivo e de uma corrente negativa quando MT1 eacute positivo Um TRIAC pode conduzir em ambos os sentidos e eacute normalmente utilizado em controle de fase CA Ele pode ser considerado como dois SCR conectados em antiparalelo com uma conexatildeo de gatilho comum como mostrado na figura abaixo
Como o TRIAC eacute um dispositivo bidirecional seus terminais natildeo podem ser designados como catodo e anodo Se o terminal MT2 for positivo em relaccedilatildeo ao terminal MT1 o TRIAC pode ser disparado pela aplicaccedilatildeo de um sinal positivo entre os terminais de gatilho G e MT1 Se o terminal MT2 for negativo em relaccedilatildeo a MT1 ele pode ser disparado pela aplicaccedilatildeo de um sinal negativo entre o gatilho G e MT1 Natildeo eacute necessaacuterio que se tenham ambas as polaridades do sinal de gatilho pois um TRIAC pode ser disparado com um sinal tanto positivo quanto negativo Na praacutetica as sensibilidades variam de um quadrante para outro e os triacs normalmente satildeo operados no I quadrante (tensatildeo e correntes de gatilho positivas) ou no quadrante III (tensotildees e correntes de gatilho negativas) como eacute visto na curva caracteriacutestica abaixo
a) Quadrante I VMT2 positivo e IG positivo b) Quadrante II VMT2 negativo e IG positivo c) Quadrante III VMT2 negativo e IG negativo d) Quadrante IV VMT2 positivo e IG negativo
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Entatildeo pode-se dizer que o triac pode fazer o controle de fase em uma carga como no circuito abaixo
Variando o potenciocircmetro R2 podemos disparar o triac em vaacuterios acircngulos da onda como demonstra o graacutefico abaixo
Porem com este circuito eacute impossiacutevel efetuar disparos aleacutem dos 90deg em cada semi-ciclo por exemplo se desejarmos disparar em 25deg que a tensatildeo instantacircnea eacute de Vx e o potenciocircmetro estaacute ajustado com este valor de tensatildeo de rede se utilizar o mesmo raciociacutenio para disparar em 155deg a tensatildeo instantacircnea seraacute a mesma consequumlentemente teraacute a mesmo ajuste do potenciocircmetro que e iraacute disparar em 25deg e natildeo em 155deg A figura abaixo ajuda esclarecer este raciociacutenio
Entatildeo para resolvermos a limitaccedilatildeo no acircngulo de disparo menor ou igual a 90deg eacute associarmos com os resistores jaacute existentes um capacitor como no circuito abaixo formando entatildeo uma rede defasadora
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O valor desta defasagem eacute dada pela equaccedilatildeo τ=(R1+R2)C Variando R2 consegue-se
variar o angula de disparo do Triac Porem como o capacitor nem sempre se carrega apartir de uma tensatildeo fixa natildeo se tem uma regularidade no disparo
Para resolvermos este problema estudaremos o Diac na sequumlecircncia
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8 - Diac Os diacs satildeo diodos de disparo bidirecional composto por trecircs camadas (PNP) com a simples funccedilatildeo de disparar tiristores Sua construccedilatildeo assemelha-se a de um transistor bipolar poreacutem difere na dopagem do cristal N
Seu funcionamento eacute simples Para passar do estado de bloqueio para o estado de conduccedilatildeo eacute preciso ultrapassar a tensatildeo de ruptura (VR) rompendo assim a junccedilatildeo polarizada inversamente podendo a corrente fluir em ambos sentidos
Para voltar ao estado de bloqueio basta remover a tensatildeo por alguns instantes Os diacs servem para controlar o disparo de triacs quando uma tensatildeo de referecircncia chegar a certo valor
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9 - Retificadores a tiristor A estrutura baacutesica de retificadores controlado consiste na mesma metodologia vista anteriormente com diodos porem com esta estrutura somente os semiciclos positivos da fonte de alimentaccedilatildeo seratildeo aplicados na carga quando os SCRs forem disparados Jaacute os semiciclos negativos satildeo omitidos como jaacute estudado anteriormente Agora temos um circuito de controle dos gatilhos dos SCRs mais requintado podendo fazer o controle entre 0deg a 180deg Vamos dar exemplos de montagem dos circuitos para que seja melhor entendido
Retificador monofaacutesico de meia onda
Retificador monofaacutesico de onda completa com ponto meacutedio
Retificador monofaacutesico em ponte completa
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Retificador semi-controlado ou em ponte mista
Retificador trifaacutesico de meia onda
Retificador trifaacutesico de onda completa (Ponte de Graetz)
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10 - PWM Para comeccedilarmos o estudo do PWM que vem do inglecircs Pulse Width Modulation ou seja modulaccedilatildeo
por largura de pulso temos que ter alguns preacute-requisitos em mente Uma maneira tradicional de se controlar a potencia de uma carga eacute atraveacutes de um potenciocircmetro ou reostato em seacuterie com a carga conforme mostra a figura abaixo este tipo de controle eacute denominada linear
Variando-se a resistecircncia do potenciocircmetro pode-se modificar a corrente na carga e portanto a potecircncia aplicada a ela
A grande desvantagem deste tipo de controle eacute que a queda de tensatildeo multiplicada pela corrente no R em seacuterie representa uma potencia na forma de calor Conforme o ajuste deste o controle passa a dissipar mais potencia que a carga
O R tem de ser capaz de dissipar esta potencia sendo assim o seu tamanho fiacutesico cresce proporcionalmente com a sua potencia tornando-se caro Embora este controle seja ateacute intuitivo porem natildeo eacute muito inteligente no que diz respeito de desperdiacutecio de energia Consideremos entatildeo o mesmo circuito soacute trocamos o controle como podemos ver no desenho abaixo
Consideremos ainda que esta chave tem uma accedilatildeo muito raacutepida Quando o interruptor estaacute aberto natildeo haacute corrente na carga e a potecircncia aplicada eacute nula No instante em que o interruptor eacute fechado a carga recebe a tensatildeo total da fonte e a potecircncia aplicada eacute maacutexima
Entatildeo para termos uma potencia de 50 a ideacuteia eacute deixarmos um tempo x com a chave ligada e o mesmo tempo com a chave desligada Isso significa que em meacutedia teremos metade do tempo com corrente e metade do tempo sem corrente concluindo que a potencia ficaraacute em 50
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A potecircncia meacutedia e portanto a proacutepria tensatildeo meacutedia aplicada agrave carga eacute neste caso 50 da tensatildeo de entrada
Veja que o interruptor fechado pode definir uma largura de pulso pelo tempo em que ele fica nesta condiccedilatildeo e um intervalo entre pulsos pelo tempo em que ele fica aberto Os dois tempos juntos definem o periacuteodo e portanto uma frequecircncia de controle
A relaccedilatildeo entre o tempo em que temos o pulso e a duraccedilatildeo de um ciclo completo de operaccedilatildeo do interruptor nos define ainda o ciclo ativo conforme eacute mostrado na figura 5
Variando-se a largura do pulso e tambeacutem o intervalo de modo a termos ciclos ativos diferentes podemos controlar a potecircncia meacutedia aplicada a uma carga Assim quando a largura do pulso varia de zero ateacute o maacuteximo a potecircncia tambeacutem varia na mesma proporccedilatildeo conforme estaacute indicado na figura 6
Este princiacutepio eacute usado justamente no controle PWM modulamos (variamos) a largura do pulso de modo a controlar o ciclo ativo do sinal aplicado a uma carga e com isso a potecircncia aplicada a ela
Na praacutetica substituiacutemos o interruptor por algum dispositivo de estado soacutelido que possa abrir e fechar o circuito rapidamente como por exemplo um transistor bipolar um FET de potecircncia um IGBT ou ateacute mesmo um SCR
A este dispositivo eacute entatildeo ligado um oscilador que possa ter seu ciclo ativo controlado numa grande faixa de valores Na praacutetica eacute difiacutecil chegar agrave duraccedilatildeo zero do pulso e agrave 100 jaacute que isso implicaria na parada do oscilador mas podemos chegar bem perto disso
Na operaccedilatildeo de um controle por PWM existem diversas vantagens a serem consideradas e alguns pontos para os quais o projetista deve ficar atento para natildeo jogar fora estas vantagens
Na condiccedilatildeo de aberto nenhuma corrente circula pelo dispositivo de controle e portanto sua dissipaccedilatildeo eacute nula Na condiccedilatildeo de fechado teoricamente se ele apresenta uma resistecircncia nula a queda de tensatildeo eacute nula e ele natildeo dissipa tambeacutem nenhuma potecircncia
Isso significa que na teoria os controles PWM natildeo dissipam potecircncia alguma e portanto consistem em soluccedilotildees ideais para este tipo de aplicaccedilatildeo
Na praacutetica entretanto isso natildeo ocorre Em primeiro lugar os dispositivos usados no controle natildeo satildeo capazes de abrir e fechar o circuito num tempo infinitamente pequeno Eles precisam de um tempo para mudar de estado e neste intervalo de tempo sua resistecircncia sobe de um valor muito pequeno ateacute infinito e vice-versa numa curva de comutaccedilatildeo semelhante a mostrada na figura 10
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Neste intervalo de tempo a queda de tensatildeo e a corrente atraveacutes do dispositivo natildeo satildeo nulas e uma boa quantidade de calor poderaacute ser gerada conforme a carga controlada Dependendo da frequecircncia de controle e da resposta do dispositivo usado uma boa quantidade de calor poderaacute ser gerada neste processo de comutaccedilatildeo
Entretanto mesmo com este problema a potecircncia gerada num controle PWM ainda eacute muito menor do que num circuito de controle linear equivalente Transistores de comutaccedilatildeo raacutepidos FETs de potecircncia e outros componentes de chaveamento podem ser suficientemente raacutepidos para permitir que projetos de controles de potecircncias elevadas sejam implementados sem a necessidade de grandes dissipadores de calor ou que tenham problemas de perdas de energia por geraccedilatildeo de calor que possam ser preocupantes
O segundo problema que poderaacute surgir vem justamente do fato de que os transistores de efeito de campo ou bipolares usados em comutaccedilatildeo natildeo se comportam como resistecircncias nulas quando saturados Os transistores bipolares podem apresentar uma queda de tensatildeo de ateacute alguns volts quando saturados o mesmo ocorrendo com os FETs
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11 - Soft-Starter
Soft start eacute um dispositivo eletrocircnico composto de pontes tiristorizadas a fim de controlar a corrente de partida de motores de corrente alternada trifaacutesicos o controle da tensatildeo reduzida eacute feita ajustando-se o acircngulo de disparo de um par de SCRs dispostos em antiparalelo em cada fase do motor A medida que a tensatildeo vai aumentando a corrente aumenta para acelerar a carga de uma maneira suave e sem degraus Seu uso eacute comum em bombas centriacutefugas ventiladores e motores de elevada potecircncia cuja aplicaccedilatildeo natildeo exija a variaccedilatildeo de velocidade
A vantagem desta teacutecnica sobre as alternativas de custo baixo eacute a possibilidade de ajustarmos o torque do motor as necessidades de torque da carga
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12 - Inversores
Introduccedilatildeo A obtenccedilatildeo de uma tensatildeo alternada a partir de uma fonte CC eacute muitas vezes necessaacuteria para a
alimentaccedilatildeo de diversas cargas Os conversores que realizam a transformaccedilatildeo CC-CA satildeo chamados de inversores Como exemplos de aplicaccedilotildees pode-se citar o controle de velocidade de motores de corrente alternada fontes de alimentaccedilatildeo ininterrupta (no-break) entre varias outras aplicaccedilotildees
Qualquer sistema no qual o fornecimento da energia eleacutetrica natildeo pode ser interrompido deve prever uma fonte de emergecircncia para supri-lo Quando a potecircncia instalada eacute muito grande tem-se em geral um sistema de acionamento imediato alimentado a partir de baterias e um sistema motor-gerador que por necessitar de alguns minutos para estar em condiccedilotildees ideais de operaccedilatildeo natildeo pode ser usado de imediato Tal arranjo eacute usado por exemplo em centrais telefocircnicas hospitais etc Topologias Baacutesicas
Inversor Monofaacutesico em Ponte A estrutura do inversos monofaacutesico em ponte alimentando carga resistiva estaacute representado na
Figura abaixo
As formas de onda de interesse satildeo apresentadas na figura abaixo Com S1 e S4 em conduccedilatildeo a
tensatildeo na carga eacute igual a E quando S2 e S3 estatildeo em conduccedilatildeo ela torna-se igual a -E
Quando a carga for indutiva devem ser adicionados a estrutura do circuito mostrado acima os
diodos de circulaccedilatildeo D1 D2 D3 e D4 como indica a figura abaixo Observe que com carga indutiva a fonte E deve ser reversiacutevel em corrente
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Etapas de funcionamento do inversor em ponte alimentando carga indutiva
Inversor Monofaacutesico em Ponto Meacutedio Este circuito representado na figura abaixo emprega apenas um braccedilo sendo desse modo mais
simples de ser comandado que o inversor em ponte porem a sua desvantagem eacute a tensatildeo de saiacuteda ser a metade
Inversor Monofaacutesico em Ponte
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13 - Dissipadores
A circulaccedilatildeo de corrente eleacutetrica por qualquer elemento provoca uma dissipaccedilatildeo de potecircncia igual ao produto do quadrado da corrente pela resistecircncia do circuito O objetivo eacute estabelecer criteacuterios para o dimensionamento de sistemas de dissipaccedilatildeo do calor produzido por componentes eletrocircnicos especialmente semicondutores de potecircncia (diodostransistores tiristores etc) buscando a proteccedilatildeo de tais componentes tendo como meta fundamental a elevada confiabilidade dos equipamentos nos quais os dispositivos satildeo empregados Deve-se buscar reduccedilatildeo de volume peso e custos
Caacutelculo da Potecircncia Dissipada
O caacutelculo da potecircncia dissipada deve ser feito via de regra pelo produto da tensatildeo pela corrente sobre o dispositivo em questatildeo
Comportamento em regime permanente potecircncia meacutedia
Nos dispositivos semicondutores de potecircncia o calor decorrente do efeito Joule eacute produzido na pastilha semicondutora fluindo daiacute para ambientes mais frios como o encapsulamento do dispositivo e o ambiente Este fluxo de calor depende de fatores como o gradiente de temperatura e as caracteriacutesticas teacutermicas dos meios e materiais envolvidos Define-se a grandeza ldquoresistecircncia teacutermicardquo como uma medida da dificuldade do fluxo de calor entre 2 meios ∆T diferenccedila de temperatura entre regiotildees de transferecircncia de calor P potecircncia meacutedia dissipada h coeficiente de transferecircncia de calor A aacuterea envolvida na transferecircncia de calor
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ANALOGIA COM CIRCUITO ELEacuteTRICO Em geral se faz uma analogia com um circuito eleacutetrico sendo a potecircncia meacutedia representada por uma fonte de corrente As temperaturas nos ambientes indicados (junccedilatildeo caacutepsula ambiente) satildeo anaacutelogas agraves tensotildees nos respectivos noacutes enquanto as resistecircncias teacutermicas satildeo as proacuteprias resistecircncias do modelo
Tj=Temperatura da junccedilatildeo Rtjc=Resistecircncia teacutermica entre junccedilatildeo e encapsulamento Tc=temperatura do encapsulamento Rtca=Resist Term Entre encapsulamento e ambiente Rtcd=Resist Entre encapsulament e dissipador Rtda=Resist Teacutermica entre dissipador e ambiente Partindo do anaacutelogo eleacutetrico chegamos a seguinte equaccedilatildeo tiacutepica Tj = Ta + P (Rtjc + Rtca) Exemplo 1 P = 20 W Rtjc = 2degCW Rtca = 10degCW Ta = 40degC Tjmax = 120degC Tc = Ta + P Rtca = 240degC Tj = Tc + P Rtjc = 280degC
Dissipadores de calor Considerando que natildeo seja possiacutevel reduzir a potecircncia meacutedia dissipada a alternativa para a proteccedilatildeo do semicondutor eacute colocar um dispositivo de baixa resistecircncia teacutermica entre o encapsulamento e o ambiente A este elemento colocado junto ao encapsulamento se diz ldquodissipador de calorrdquo Caracteriacutesticas dos dissipadores As principais caracteriacutesticas estatildeo relacionadas com dimensotildees e especialmente agrave sua superfiacutecie de contato com o ambiente Em geral estes dispositivos satildeo construiacutedos em alumiacutenio dada sua boa condutividade teacutermica (condiccedilatildeo indispensaacutevel) baixo custo e peso A figura mostra perfis tiacutepicos de dissipadores A utilizaccedilatildeo de grande nuacutemero de aletas eacute para aumentar a aacuterea de troca de calor A resistecircncia teacutermica para uma placa plana quadrada pode ser aproximadamente dada por
λ condutacircncia teacutermica (a 77o C) [W(oCcm)] W espessura do dissipador [mm]
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A aacuterea do dissipador [cm2] Cf fator de correccedilatildeo devido agrave posiccedilatildeo e tipo de superfiacutecie Na tabela abaixo satildeo dados alguns valores para os coeficientes da foacutermula O fator Cf varia com a posiccedilatildeo do dissipador sendo preferiacutevel uma montagem vertical agrave horizontal por criar um efeito ldquochamineacuterdquo Dissipadores pretos satildeo melhores irradiadores de calor que aqueles com superfiacutecie brilhante
Comportamento em regime transitoacuterio potecircncia de pico Quando a potecircncia dissipada no semicondutor consiste de pulsos de potecircncia eacute preciso verificar a proteccedilatildeo do componente em relaccedilatildeo aos picos de dissipaccedilatildeo Durante a ocorrecircncia do pico de potecircncia ocorre a elevaccedilatildeo da temperatura da junccedilatildeo embora natildeo ocorra variaccedilatildeo nas temperaturas do encapsulamento e do dissipador (que dependem da potecircncia meacutedia) devido agrave maior capacidade teacutermica da caacutepsula e especialmente do dissipador Tal capacidade teacutermica relaciona-se com o tipo de material utilizado e seu volume Na analogia eleacutetrica utilizada anteriormente ela se comporta como uma capacitacircncia O caacutelculo da temperatura da junccedilatildeo em tal regime transitoacuterio eacute feito utilizando uma grandeza chamada ldquoimpedacircncia teacutermicardquo Ztjc que leva em consideraccedilatildeo a capacidade teacutermica da junccedilatildeo Exemplo 2 Rtjc = 2deg CW Rtca = 5deg CW Rtcd = 2deg CW Rtda = 3deg CW Ztjc = 005deg CW Tjmax = 150deg C Ta = 40deg C P = 20W Pp = 1000W
Tj = 130 oC (o componente estaacute protegido em relaccedilatildeo agrave potecircncia meacutedia) Tc = 90 oC Tj = Tc + Pp Ztjc = 140 oC
Caacutelculo dos Dissipadores
bull A temperatura de trabalho da junccedilatildeo deve ser 20 a 30 menor que seu valor maacuteximo para permitir a proteccedilatildeo do componente sem super-dimensionar o dissipador middot Para ambientes nos quais natildeo se faccedila um controle riacutegido da temperatura deve-se usar uma temperatura ambiente de 40oC
bull Caso o dissipador fique dentro de algum bastidor ou caixa na qual a temperatura possa se elevar acima dos 40oC deve-se considerar sempre a maacutexima temperatura do ar com o qual o dissipador troca calor Eacute conveniente agrave falta de maiores informaccedilotildees utilizar o valor de 40oC e verificar apoacutes a entrada em operaccedilatildeo do protoacutetipo a verdadeira temperatura ambiente
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bull Deve-se verificar a necessidade do uso de isoladores (mica teflon ou mylar) e natildeo desconsiderar suas resistecircncias teacutermicas middot O emprego de pastas teacutermicas eacute sempre recomendado e se deve considerar tambeacutem sua resistecircncia teacutermica
b) No transitoacuterio
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Apecircndice A
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Laboratoacuterio 1
Diodo Ache os componentes em sucatas e monte o circuito abaixo em placa de circuito impresso corroiacuteda Lista de material
4 Diodos 1N4007 2 Capacitores 330uF200V 2 Resistores 150K 18W 1 Suporte p lacircmpada 1 Lacircmpada 40W220V 1 Conector p placa de 2 bornes 6 Chaves HH 1 Rabicho com plugue Placa p circuito impresso virgem (fibra fenolite perfurada) Caneta retro projetor ou esmalte p unhas Palha de accedilo ou acetona e pedaccedilo de pano Soluccedilatildeo de percloreto de ferro Estanho em fio
Obs Colocar o seu nome no lado do cobre a caneta ou esmalte antes da corrosatildeo
Montado na placa o circuito acima e testado fazer os seguintes exerciacutecios 1 ndash Com o interruptor Ch7 ligado os interruptores Ch3 Ch4 Ch5 e Ch6 desligados e os interruptores Ch1 e Ch2 na posiccedilatildeo 1 faccedila a seguinte medida meccedila com o osciloscoacutepio colocando a garra jacareacute onde aparece o GND e o pinccedila no ponto 1 de forma que apareccedila somente o semi-ciclo positivo na tela tambeacutem reproduza abaixo a forma de onda encontrada e registre onde a posiccedilatildeo do zero O aparelho ajustado da seguinte forma O botatildeo de tempodivisatildeo em 5mS O botatildeo tensatildeodivisatildeo ajustado em 5V A ponteira ajustada em X10
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2 ndash Permanecendo o interruptor Ch7 ligado Ch5 e Ch6 desligados poreacutem Ch1 e Ch2 na posiccedilatildeo 2 e Ch3 e Ch4 ligados faccedila novamente a medida e reproduza na tela abaixo a forma de onda
3 - Permanecendo o interruptor Ch7 ligado Ch3 Ch4 Ch5 e Ch6 agora ligados e Ch1 e Ch2 na posiccedilatildeo 2 faccedila novamente a medida e reproduza na tela abaixo a forma de onda
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4 ndash O que aconteceu com a potecircncia (brilho) da lacircmpada Com circuito configurado como no exerciacutecio 1 e exerciacutecio 3 (aumentou ou diminuiu) Porque ocorreu isto _____________________________________________________________________________________
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5 ndash Qual eacute a nova potecircncia da lacircmpada Provar por meio de caacutelculos 6 ndash Por fim com o circuito configurado como no exerciacutecio 3 coloque uma lacircmpada de maior potecircncia e visualize o ripple novamente com o osciloscoacutepio explique o que ocorreu _____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
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Laboratoacuterio 2 TRANSISTOR BIPOLAR (BJT)
Os transistores de potecircncia apresentam caracteriacutesticas de chaveamento controlado Os transistores utilizados como elementos de chaveamento operam na regiatildeo de saturaccedilatildeo apresentando uma baixa queda de tensatildeo de conduccedilatildeo (VCE=0V) (VBE=13V)
Este laboratoacuterio tem o objetivo de fazer um retificador e filtro diretamente da rede alternada com componentes retirados de fontes chaveadas de computadores apoacutes o estaacutegio de retificaccedilatildeo e filtro faremos funcionar uma lacircmpada incandescente de 220 volts corrente alternada em corrente contiacutenua com o auxiacutelio de um transistor de potencia tambeacutem retirado das mesmas fontes
Calcule o R1 e monte o circuito e apoacutes responda as questotildees
Pinos 1 ndash Base 2 ndash Coletor 3 ndash Emissor
Alguns transistores encontrados em fontes chaveadas de computador Transistor VCE (V) Ic (A) β MJE13007 400 8 5
2SC4106 400 7 10
2SC5027 800 3 8
2SC5353 800 3 15
2SC2335 400 7 10
2SC4242 400 7 10
2SC5763 400 7 10
1 ndash Escolha o transistor e faccedila o calculo para descobrir R1 e depois monte o circuito Transistor escolhido ______________
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2 ndash Meccedila a corrente no ponto 1 e compare com o calculado Faccedila as observaccedilotildees necessaacuterias
Corrente no ponto (1)
Calculado
Medido _____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
3 ndash Por que existem os resistores em paralelo com os capacitores
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_____________________________________________________________________________________
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Laboratoacuterio 3
TRANSISTOR EFEITO DE CAMPO (FET) O transistor de potecircncia MOSFET eacute um dispositivo de tensatildeo controlada e necessita apenas de tensatildeo no gatilho A velocidade de chaveamento eacute muito alta (nanosegundos) MOSFETrsquos de potecircncia satildeo utilizados em conversores de baixa potecircncia e alta frequumlecircncia Estes transistores apresentam problemas de descargas eletrostaacuteticas necessitando de cuidados especiais Este experimento tem como objetivo mostrar o funcionamento de Mosfets em uma aplicaccedilatildeo pratica para tanto montaremos o circuito abaixo
Pinagem 1 ndash GATE 2 ndash DRAIN 3 ndash SOURCE
Alguns transistores encontrados no comeacutercio
Transistor Tensatildeo Vds(V) Corrente Id (A)
IRF840 500 85 IRF740 400 10
1 ndash Meccedila a corrente no ponto 1 Corrente no ponto 1 ______________ No ponto 2 coloque 1deg o multiacutemetro antes de ligar o circuito Meccedila a corrente no ponto 2 Corrente no ponto 2 ______________ Por que isto ocorre 2 ndash Calcule a corrente que passa entre os resistores E compare com os valores medidos e faccedila as observaccedilotildees necessaacuterias
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Laboratoacuterio 4
SCR E TRIAC
Este laboratoacuterio tem o objetivo de comprovar o funcionamento do componente SCR e TRIAC e diferenciaacute-los 1
A - Primeiramente ligue a chave 1 mantendo a chave 2 desligada o que ocorre _____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
B ndash Mantendo ligada a chave 1 ligue a chave 2 por um breve intervalo de tempo e desligue-a O que acontece Justifique sua resposta _____________________________________________________________________________________ _____________________________________________________________________________________ 2
C ndash Faccedila a mesma sequumlecircncia usada nas questotildees A e B Sequumlecircncia da questatildeo A________________________________________________________________
Sequumlecircncia da questatildeo B_________________________________________________________________
D - Faccedila as consideraccedilotildees comparando os circuitos 1 e 2
_____________________________________________________________________________________ _____________________________________________________________________________________
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3
E ndash Faccedila um comentaacuterio sobre a omissatildeo das chaves _____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
4
F - Comente os circuitos 3 e 4 haacute alguma diferenccedila no brilho da lacircmpada
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_____________________________________________________________________________________
Pinos do SCR e BTA 1 ndash Catodo A2 2 ndash Anodo A1 3 ndash Gatilho
Alguns SCRs encontrados no comeacutercio
Tiristor
Tensatildeo Vds(V)
Corrente Id (A)
BT151 500 85 TIC106 400 10
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Laboratoacuterio 5
DIAC E TRIAC O objetivo eacute montar o circuito abaixo e visualizar com o osciloscoacutepio a forma de onda em cima da carga no nosso caso a lacircmpada enquanto varia o potenciocircmetro
Pinagem 1 ndash A1 2 ndash A2 3 ndash G Alguns triacs encontrado no comeacutercio BTA08 ndash 8A BTA26 ndash 26A MAC224 ndash 40A TIC226 ndash 8A
Coloque a ponteira em cima da carga e deixe o potenciocircmetro no meio do curso e reproduza na tela abaixo Registre o ajuste que foi feito no osciloscoacutepio para aparecer o meio ciclo superior na tela
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Laboratoacuterio 6
PWM Este circuito eacute simples com o famoso CI 555 para gerar o sinal PWM Controlando uma carga que conseguimos observar o estaacute acontecendo
1 ndash Qual a frequumlecircncia gerada do sinal PWM _______________________________________________________________________________
_______________________________________________________________________________
2 ndash O que acontece com a lacircmpada quando varia o potenciocircmetro
_______________________________________________________________________________
_______________________________________________________________________________
3 ndash Trocando o capacitor de 100nF por um de 10nF qual seraacute a nova frequumlecircncia
_______________________________________________________________________________
_______________________________________________________________________________
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Laboratoacuterio 7
INVERSOR Este circuito eacute o conceito baacutesico do princiacutepio de funcionamento de um inversor que eacute capaz de gerar uma tensatildeo alternada a partir de uma tensatildeo contiacutenua
1 ndash O motor estaacute girando _____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
2 ndash Caso afirmativo na primeira pergunta coloque a ponteira do osciloscoacutepio em um dos terminais do motor e a garra jacareacute no terra e meccedila a frequumlecircncia _____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
3 ndash O que estaacute acontecendo com o motor em suas caracteriacutesticas fiacutesicas Mudou a velocidade estaacute aquecendo estaacute trepidando etc _____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
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Apendice B
Coacutedigo de resistores
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Capacitores ceracircmicos
O valor do capacitorB eacute de 3300 pF (picofarad = 10-12 F) ou 33 nF (nanofarad = 10-9 F) ou 00033 microF (microfarad =
10-6 F) No capacitor A devemos acrescentar mais 4 zeros apoacutes os dois primeiros algarismos O valor do capacitor que se lecirc 104 eacute de 100000 pF ou 100 nF ou 01microF
O aparecimento de uma letra maiuacutescula ao lado dos nuacutemeros Esta letra refere-se a toleracircncia do capacitor ou seja o quanto que o capacitor pode variar de seu valor em uma temperatura padratildeo de 25deg C A letra J significa que este capacitor pode variar ateacute plusmn5 de seu valor a letra K = plusmn10 ou M = plusmn20 Segue na tabela abaixo os coacutedigos de toleracircncias de capacitacircncia
Ateacute 10pF Coacutedigo Acima de 10pF
plusmn01pF B
plusmn025pF C
plusmn05pF D
plusmn10pF F plusmn1
G plusmn2
H plusmn3
J plusmn5
K plusmn10
M plusmn20
S -50 -20
Z +80 -20
ou +100 -20
P +100 -0
O coeficiente de temperatura TC que define a variaccedilatildeo da capacitacircncia dentro de uma determinada faixa de temperatura O TC eacute normalmente expresso em ou ppmdegC ( partes por milhatildeo degC ) Eacute usado uma sequumlecircncia de letras ou letras e nuacutemeros para representar os coeficientes Observe o desenho abaixo
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Na tabela abaixo estatildeo mais alguns coeficientes de temperatura e as toleracircncias que satildeo muito utilizadas por diversos fabricantes de capacitores
Coacutedigo Coeficiente de temperatura NPO -0plusmn 30ppmdegC N075 -75plusmn 30ppmdegC N150 -150plusmn 30ppmdegC N220 -220plusmn 60ppmdegC N330 -330plusmn 60ppmdegC N470 -470plusmn 60ppmdegC N750 -750plusmn 120ppmdegC N1500 -1500plusmn 250ppmdegC N2200 -2200plusmn 500ppmdegC N3300 -3300plusmn 500ppmdegC N4700 -4700plusmn 1000ppmdegC N5250 -5250plusmn 1000ppmdegC P100 +100plusmn 30ppmdegC
Outra forma de representar coeficientes de temperatura eacute mostrado abaixo Eacute usada em capacitores que se caracterizam
pela alta capacitacircncia por unidade de volume (dimensotildees reduzidas) devido a alta constante dieleacutetrica sendo recomendados para aplicaccedilatildeo em desacoplamentos acoplamentos e supressatildeo de interferecircncias em baixas tensotildees
Os coeficientes satildeo tambeacutem representados exibindo sequumlecircncias de letras e nuacutemeros como por exemplo X7R Y5F e Z5U Para um capacitor Z5U a faixa de operaccedilatildeo eacute de +10degC que significa Temperatura Miacutenima seguido de +85degC que significa Temperatura Maacutexima e uma variaccedilatildeo Maacutexima de capacitacircncia dentro desses limites de temperatura que natildeo ultrapassa -56 +22
Veja as trecircs tabelas abaixo para compreender este exemplo e entender outros coeficientes
Temperatura Miacutenima
Temperatura Maacutexima
Variaccedilatildeo Maacutexima de Capacitacircncia
X -55degC Y -30degC Z +10degC
2 +45degC 4 +65degC 5 +85degC 6 +105degC 7 +125degC
A plusmn10 B plusmn15 C plusmn22 D plusmn33 E plusmn47 F plusmn75 P plusmn10 R plusmn15 S plusmn22 T -33 +22 U -56 +22 V -82 +22
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Capacitores de filme plaacutestico
O desenho ao lado mostra capacitores que tem os seus valores impressos em nanofarad (nF) = 10-9F Quando aparece no capacitor uma letra n minuacutescula como um dos tipos apresentados ao lado por exemplo 3n3 significa que este capacitor eacute de 33nF No exemplo o n minuacutesculo eacute colocado ao meio dos nuacutemeros apenas para economizar uma viacutergula e evitar erro de interpretaccedilatildeo de seu valor
Capacitores de Ceracircmica Multicamada
Capacitores de Polieacutester Metalizado usando coacutedigo de cores
A tabela abaixo mostra como interpretar o coacutedigo de cores dos capacitores abaixo No capacitor A as 3 primeiras cores satildeo laranja laranja e laranja correspondem a 33000 equivalendo a 33 nF A cor branca logo adiante eacute referente a plusmn10 de toleracircncia E o vermelho representa a tensatildeo nominal que eacute de 250 volts
1ordf Algarismo 2ordf Algarismo 3ordf Ndeg de zeros 4ordf Toleracircncia 5ordf Tensatildeo
PRETO 0 0 - plusmn 20 -
MARROM 1 1 0 - -
VERMELHO 2 2 00 - 250V
LARANJA 3 3 000 - -
AMARELO 4 4 0000 - 400V
VERDE 5 5 00000 - -
AZUL 6 6 - - 630V
VIOLETA 7 7 - - -
CINZA 8 8 - - -
BRANCO 9 9 - plusmn 10 -
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Apecircndice C
Osciloscoacutepio Geralmente os osciloscoacutepios tecircm os controles e entradas que podem ser divididos em cinco grupos
1 ndash Controle da fonte de alimentaccedilatildeo 2 ndash Controles de ajuste do traccedilo ou ponto na tela 3 ndash Controles e entrada de atuaccedilatildeo vertical 4 ndash Controles e entrada de atuaccedilatildeo horizontal 5 ndash Controles de entrada de sincronismo
1 - CONTROLE DA FONTE DE ALIMENTACcedilAtildeO 11 - INTERRUPTOR Sua funccedilatildeo eacute interromper ou estabelecer a corrente no primaacuterio do transformador de fora Sua atuaccedilatildeo normalmente eacute acompanhada por uma lacircmpada piloto que serve de aviso visual sobre a situaccedilatildeo do circuito (ligado ou desligado) Normalmente este interruptor se encontra acoplado junto do potenciocircmetro de controle de brilho 12 - COMUTADOR DE TENSAtildeO Sua funccedilatildeo eacute selecionar a tensatildeo de funcionamento do osciloscoacutepio (127 220V) Permite utilizar o instrumento sem a necessidade de recorrer a um transformador abaixador ou elevador de tensatildeo (geralmente o acesso deste comutador eacute visto na parte de traz do aparelho) 2 - CONTROLES DE AJUSTE DO TRACcedilO OU PONTO NA TELA 21 - BRILHO OU LUMINOSIDADE Eacute o controle que ajusta a luminosidade do ponto ou do traccedilo O controle do brilho eacute feito por meio de um potenciocircmetro situado no circuito da grade de controle do TRC mediante o qual se regula o potencial desta grade (deve-se evitar o uso de brilho excessivo sob pena de se danificar a tela) 22 - FOCO Eacute o controle que ajusta a nitidez do ponto ou traccedilo luminoso O ajuste do foco eacute conseguido mediante a regulagem de um potenciocircmetro que regula a polarizaccedilatildeo do eletrodo de enfoque O foco deve ser ajustado de forma a se obter um traccedilo fino e niacutetido na tela (estes ajustes de brilho e de foco satildeo ajustes baacutesicos que devem ser feitos sempre que se for usar o osciloscoacutepio)
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23 - ILUMINACcedilAtildeO DA RETIacuteCULA Permite que se ilumine o quadriculado ou as divisotildees na tela 3 - CONTROLES E ENTRADA DE ATUACcedilAtildeO VERTICAL 31 - ENTRADA DE SINAL VERTICAL Nesta entrada eacute conectada a ponta de prova do osciloscoacutepio As variaccedilotildees de tensatildeo aplicadas nesta entrada aparecem sob forma de figura na tela 32 - CHAVE DE SELECcedilAtildeO DE MODO DE ENTRADA (CA-CC) Esta chave eacute selecionada de acordo com o tipo de forma de onda a ser observada Em alguns osciloscoacutepios esta chave possui trecircs posiccedilotildees (CA-0-CC ou AC-GND-DC) Esta posiccedilatildeo adicional eacute usada para a realizaccedilatildeo de ajustes do traccedilo do osciloscoacutepio em algumas situaccedilotildees Por exemplo quando se deseja Uma referecircncia na tela 33 - CHAVE SELETORA DE GANHO (VDiv) Esta chave permite que se aumente ou que se diminua a amplitude de projeccedilatildeo na tela do osciloscoacutepio (altura da imagem) 34 - POSICcedilAtildeO VERTICAL Permite movimentar a imagem para cima ou para baixo na tela A movimentaccedilatildeo natildeo interfere na forma da figura projetada na tela 4 - CONTROLES DE ATUACcedilAO HORIZONTAL 41 - CHAVE SELETORA DE BASE DE TEMPO Eacute o controle que permite variar o tempo de deslocamento horizontal do ponto na tela Atraveacutes deste controle eacute possiacutevel reduzir ou ampliar horizontalmente na tela a figura nela projetada Em alguns osciloscoacutepios esta chave seletora tem uma posiccedilatildeo identificada como EXT (externa) o que possibilita que o deslocamento horizontal pode ser controlado por circuito externo ao osciloscoacutepio atraveacutes de uma entrada especiacutefica Quando a posiccedilatildeo externa eacute selecionada natildeo haacute formaccedilatildeo do traccedilo na tela obtendo-se apenas um ponto 42 - POSICcedilAtildeO HORIZONTAL Eacute o ajuste que permite controlar horizontalmente a forma de onda na tela Girando o controle de posiccedilatildeo horizontal para a direita o traccedilo move-se horizontalmente para a direita e vice-versa Assim como o controle de posiccedilatildeo vertical o controle de posiccedilatildeo horizontal natildeo interfere na forma da figura projetada na tela
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5 - CONTROLES E ENTRADA DE SINCRONISMO (TRIGGER) Satildeo controles que se destinam a fixar a imagem na tela Estes controles satildeo utilizados principalmente na observaccedilatildeo de sinais alternados Os controles de sincronismo satildeo Chave seletora de fonte de sincronismo Chave de modo de sincronismo Controle de niacutevel de sincronismo 51 - CHAVE SELETORA DE FONTE DE SINCRONISMO Seleciona onde seraacute tomada o sinal de sincronismo para fixar a imagem na tela do osciloscoacutepio Normalmente esta chave possui trecircs posiccedilotildees pelo menos POSICcedilAtildeO CH1 O sincronismo eacute controlado pelo sinal aplicado ao canal 1 POSICcedilAtildeO REDE Realiza o sincronismo com base na frequecircncia da rede de alimentaccedilatildeo do osciloscoacutepio (60Hz) Nesta posiccedilatildeo consegue-se facilmente sincronizar na tela sinais aplicados na entrada vertical que sejam obtidos a partir da rede eleacutetrica POSICcedilAtildeO EXTERNO Na posiccedilatildeo externo o sincronismo da figura eacute obtido agrave partir de outro equipamento externo conectado ao osciloscoacutepio O sinal que controla o sincronismo na posiccedilatildeo externo eacute aplicado a entrada de sincronismo 52 - CHAVE DE MODO DE SINCRONISMO Normalmente esta chave tem duas ou trecircs posiccedilotildees AUTO Nesta posiccedilatildeo o osciloscoacutepio realiza o sincronismo automaticamente com base no sinal selecionado pela chave seletora de fonte de sincronismo NORMAL + O sincronismo eacute positivo ajustado manualmente pelo controle de niacutevel de sincronismo (TRIGGER) de modo que o primeiro pico que apareccedila na tela seja o positivo NORMAL - O sincronismo eacute negativo tambeacutem ajustado manualmente entretanto o primeiro pico a aparecer eacute o negativo 53 - CONTROLE DE NIacuteVEL DE SINCRONISMO (TRIGGER) Eacute um controle manual que permite o ajuste do sincronismo quando natildeo se consegue um sincronismo automaacutetico Tem atuaccedilatildeo nas posiccedilotildees NORMAL + e NORMAL - OBSERVACcedilAtildeO Para se realizar leituras eacute necessaacuterio sincronizar a figura na tela II - ENTRADA E CONTROLE DO OSCILOSCOacutePIO DUPLO TRACcedilO O osciloscoacutepio de duplo traccedilo possui alguns controles que satildeo comuns aos dois traccedilos e outros que satildeo individuais Os controles de brilho foco base de tempo e de posiccedilatildeo horizontal satildeo controles que satildeo comuns aos dois traccedilos Basicamente os controles individuais situam-se nas entradas e controles do vertical nos controles e entrada de sincronismo ENTRADAS E CONTROLES DO VERTICAL Para que se possa observar dois sinais simultaneamente eacute necessaacuterio que se aplique uma tensatildeo em cada uma das entradas verticais O osciloscoacutepio duplo traccedilo dispotildee de dois grupos de controles verticais Um grupo para o canal A ou canal 1 (CH1) Um grupo para o canal B ou canal 2 (CH2) Cada grupo controla um dos sinais na tela (amplitude posiccedilatildeo vertical etc) Geralmente satildeo iguais Cada canal dispotildee de Entrada Vertical Chave Seletora CA-O-CC Chave Seletora de ganho vertical (DDiv) Posiccedilatildeo vertical Um osciloscoacutepio de duplo traccedilo pode ainda ser utilizado como sendo um osciloscoacutepio de traccedilo simples Uma chave seletora permite que se possa selecionar cada canal individualmente ou os dois simultaneamente Esta chave possui pelo menos trecircs posiccedilotildees CH1
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CH2 DUAL Na posiccedilatildeo CH1 apareceraacute apenas a imagem na tela que estiver sendo aplicada na entrada vertical do canal 1 Na posiccedilatildeo CH2 apareceraacute apenas a imagem na tela que estiver sendo aplicada na entrada vertical do canal 2 Na posiccedilatildeo DUAL aparecem as duas imagens Em osciloscoacutepios mais sofisticados esta chave pode possuir mais posiccedilotildees de modo a permitir outras alternativas de uso CONTROLES DE SINCRONISMO Realizam as mesmas funccedilotildees do osciloscoacutepio traccedilo simples que eacute a de fixar a imagem na tela O que diferencia eacute o fato de que na chave seletora de fonte existe uma posiccedilatildeo adicional de modo a poder sincronizar a figura PONTAS DE PROVA As pontas de prova satildeo utilizadas para interligar o osciloscoacutepio aos pontos de medida
Uma das extremidades da ponta de prova eacute conectada a uma das entradas do osciloscoacutepio atraveacutes de um conector e a extremidade livre serve para conexatildeo aos pontos de medida A extremidade livre possui uma garra jacareacute denominada de terra da ponta de prova que deve ser conectada ao terra do circuito e uma ponta de entrada de sinal que deve ser conectada no ponto que se deseja medir Existem dois tipos de ponta de prova ponta de prova 11 ponta de prova 101 A ponta de prova 11 se caracteriza por aplicar agrave entrada do osciloscoacutepio a mesma tensatildeo ou forma de onda que eacute aplicada a ponta de mediccedilatildeo A ponta de prova 101 entrega ao osciloscoacutepio apenas a deacutecima parte da tensatildeo aplicada a ponta de mediccedilatildeo As pontas de prova 101 permitem que o osciloscoacutepio consiga observar tensotildees dez vezes maior que a sua capacidade Por exemplo Um osciloscoacutepio que permite a leitura de tensotildees de 50V com ponta de prova 11 com ponta de prova 101 poderaacute medir tensotildees de ateacute 500V (10x50V) Existem pontas de prova que dispotildee de um botatildeo onde se pode selecionar 101 ou 11 Obs Quando natildeo se tem total certeza da grandeza da tensatildeo envolvida eacute aconselhaacutevel iniciar a mediccedilatildeo com o posiccedilatildeo 101
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Bibliografia
1 Dispositivos semicondutores tiristores controle de potecircncia em CC e CA 1996 - ALMEIDA Joseacute Luiz Antunes de Satildeo Paulo Eacuterica 1996 150 p
2 Dispositivos semicondutores diodos e transistores 1996 MARQUES Angelo Eduardo B
CHOUERI JUacuteNIOR Salomatildeo CRUZ Eduardo Cesar Alves Satildeo Paulo Eacuterica 1996 389 p
3 Anaacutelise e projeto de fontes chaveadas MELLO Luiz Fernando P de Satildeo Paulo Eacuterica 1996 487 p
4 Eletrocircnica de potecircncia circuitos dispositivos e aplicaccedilotildees 1999 RASHID Muhammad H Satildeo Paulo Makron Books 1999 828 p
5 Eletrocircnica de potecircncia 1994 - PALMA Guilherme Rebouccedilas da Satildeo Paulo Eacuterica 1994 259 p
6 Dispositivos eletrocircnicos e teoria de circuitos - 8 ed 2004 -
BOYLESTAD Robert L NASHELSKY Louis CAMARGO Joseacute Bueno de NASCIMENTO Joseacute Lucimar do PERTENCE JUNIOR Antonio (Coord) Satildeo Paulo Pearson Prentice Hall 2004 672 p
7 Rodrigues Isac Zilli Notas de aula da disciplina de Eletrocircnica II do Curso de Engenharia
Eleacutetrica da UPF Passo Fundo RS 2000
8 Ghirardello Ariovaldo Apostila sobre Modulaccedilatildeo PWM Coleacutegio Politec
9 Electronics Workbench Versatildeo 512
10 LabcenterElectronics 1989-2008 Release 75 SP3
7
Retificador monofaacutesico de onda completa com ponto meacutedio e em ponte
Figura 3 Ponto meacutedio
Figura 4 Ponte
A forma de onda para o circuito de ponte meacutedio
Figura 5
As formas de onda de tensatildeo e corrente satildeo idecircnticas as do retificador de ponto meacutedio Vantagens de retificador de onda completa em relaccedilatildeo ao de meia-onda
bull A tensatildeo meacutedia na carga eacute duas vezes maior bull A corrente de carga apresenta menor distorccedilatildeo harmocircnica
8
Retificador trifaacutesico com ponto meacutedio
Figura 6
As harmocircnicas desconsideradas
O valor meacutedio da tensatildeo eacute
Figura 7
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Retificador trifaacutesico de onda completa ponte de Graetz
Figura 8
O valor meacutedio da tensatildeo eacute
Figura 9
bull Cada diodo conduz durante um intervalo igual a 120o
bull Existe sempre dois diodos em conduccedilatildeo um no grupo positivo e outro no grupo negativo do conversor
bull Ocorre uma comutaccedilatildeo a cada 60o
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Associaccedilotildees em seacuterie e em paralelo
Um conjunto de diodos do mesmo tipo associados em serie apresenta uma capacidade de corrente direta igual a capacidade de cada unidade A tensatildeo maacutexima reversa entretanto seraacute a soma das tensotildees maacuteximas reversas individuais Eacute importante que os diodos sejam do mesmo tipo ou haveraacute uma distribuiccedilatildeo irregular da tensatildeo entre eles causando a ruptura em um valor inferior a esta soma
Figura 10 Permanece a mesma I e somam-se V
A montagem de diodos em paralelo costuma ser problemaacutetica e deve ser substituiacuteda por um uacutenico
diodo com maior capacidade de corrente sempre que possiacutevel Nos diodos associados em paralelo a tendecircncia seraacute de que aquele com a menor barreira de tensatildeo comecem a conduzir primeiro assumindo a maior parte (senatildeo toda) a corrente do circuito Portanto natildeo eacute suficiente que os diodos sejam do mesmo tipo e preciso que resistores de baixo valor montados conforme a figura abaixo contrabalance esta tendecircncia permitindo uma divisatildeo quase igual de corrente O valor destes resistores deve ser tal que provoque uma queda de tensatildeo de cerca de 05V para a corrente maacutexima do diodo associado Ou seja para diodos de 1A seraacute necessaacuteria uma resistecircncia de aproximada 05Ω Note que alem dos 07V perdidos na barreira de tensatildeo do diodo outros 05V seratildeo perdidos no resistor com uma dissipaccedilatildeo de calor igual a 05 vezes a corrente
Figura 11 Permanece a mesma V e somam-se as I
Relembrando Tipo 1N4001 1N4002 1N4003 1N4004 1N4005 1N4006 1N4007 Tensatildeo de pico reversa (V) 50 100 200 400 600 800 1000 Tensatildeo RMS reversa (V) 35 70 140 280 420 560 700 Corrente de saiacuteda (A) 1
Temos tambeacutem Tipo 1N4012 1N4014 1N3970 1N3927 1N1189 Tensatildeo de pico reversa (V) 700 900 600 2500 500 Corrente de saiacuteda (A) 12 12 50 10 35
Este satildeo apenas alguns diodos de potecircncia
11
4 - Transistor BJT
Os transistores bipolar de potecircncia representaram um importante passo no desenvolvimento de componentes de meacutedia potecircncia atingindo tensotildees de bloqueio da ordem de 1000V conduzindo correntes de 500A Embora estes valores natildeo permitam sua aplicaccedilatildeo direta estes dispositivos satildeo a base para uma seacuterie de outros conversores para condicionamento de energia eleacutetrica
Transistores do tipo NPN os eleacutetrons satildeo atraiacutedos do emissor pelo potencial positivo da base tendo em mente a corrente real de eleacutetrons J1 se transforma num diodo diretamente polarizado Esta camada central eacute suficientemente fina para que a maior parte dos portadores tenha energia cineacutetica suficiente para atravessaacute-la chegando agrave regiatildeo de transiccedilatildeo de J2 sendo entatildeo atraiacutedos pelo potencial positivo do coletor
A figura abaixo mostra uma estrutura tiacutepica de um transistor bipolar de potecircncia As bordas arredondadas da regiatildeo de emissor permitem uma homogeneizaccedilatildeo do campo eleacutetrico necessaacuteria agrave manutenccedilatildeo de ligeiras polarizaccedilotildees reversas entre base e emissor O TBP natildeo sustenta tensatildeo no sentido oposto porque a alta dopagem do emissor provoca a ruptura de J1 em baixas tensotildees (5 a 20V)
Figura 12 Estrutura baacutesica de um transistor de potecircncia
O controle de VBE determina a corrente de base IB que por sua vez se relaciona com IC pelo
ganho de corrente do dispositivo Para suportar tensotildees elevadas existe uma camada intermediaacuteria do coletor com baixa dopagem a qual define a tensatildeo de bloqueio do componente
Porem uma das principais limitaccedilotildees dos transistores bipolares de potecircncia eacute o baixo valor do ganho de corrente β (muitas vezes inferior a 10) com isto muitas vezes satildeo utilizados estes transistores na regiatildeo de saturaccedilatildeo e bloqueio ou como chave
Figura 13
Para que o transistor opere como chave aberta eacute necessaacuterio que a tensatildeo de entrada VE seja menor que VBE de conduccedilatildeo E para que o transistor opere como chave fechada eacute preciso que a tensatildeo de entrada VE seja maior que VBE de conduccedilatildeo
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Vamos a um exemplo Para dimensionarmos RB e RC vamos utilizar a analise das malhas
Entrada VRB = VCC - VBE
Saiacuteda VRC = VCC - VCE
Figura 14
Paracircmetros do 2SC5353 VBEsat = 13V VCEsat = 1V βsat = 10 O RC eacute como se fosse a carga a ser controlada entatildeo para dimensionarmos os resistores de
polarizaccedilatildeo temos que definir uma carga concluiacutemos entatildeo que teremos que calcular na verdade soacute o RB jaacute que foi definido que carga teremos que controlar
O RC definido foi de 800Ω
Malha de saiacuteda
VRC = VCC ndash VCEsat
VRC = 180 ndash 1 there4 VRC =179V
IRC = IC
IC = C
RC
R
V there4 IC = 2237mA
Potencia de RC
PRC = 2CsatC IR sdot there4 800 x (2237x10-3)2
PRC = 40W
Podemos entatildeo substituir o resistor por
uma lacircmpada de 40W180V
Malha de entrada
VRB = VCC ndash VBE
VRB = 12 ndash 13 there4 VRB = 107V
IB = βCI
there4
IB =10
107223 3minustimes there4 IB = 2237mA
RB = B
RB
I
V there4 RB =
3107322
710minustimes
RB = 4783Ω Valor comercial RB = 470 Ω
Potencia de RB
PRB = 2BsatB IR sdot
PRB = 470 x (2273x10-3)2
PRB = 2352mW (14W)
Estes caacutelculos satildeo para o interruptor na posiccedilatildeo ligado quando o interruptor passa para a posiccedilatildeo desligado a entrada eacute aterrada (VEltVBE) causando o corte do transistor consequumlentemente a lacircmpada iraacute apagar
O uso preferencial de TBP tipo NPN se deve agraves menores perdas em relaccedilatildeo aos PNP o que ocorre por causa da maior mobilidade dos eleacutetrons em relaccedilatildeo agraves lacunas reduzindo principalmente os tempos de comutaccedilatildeo do componente em outras palavras os transistores do tipo NPN satildeo mais raacutepidos do que os do tipo PNP
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Conexatildeo Darlington
Como jaacute mencionado transistores de potecircncia geralmente tecircm ganhos menores e precisam correntes altas na base para a plena conduccedilatildeo O transistor do exemplo anterior pode exigir 1A para controlar uma corrente de 3A Para solucionar este problema existe um arranjo que eacute chamado de Darlington esta configuraccedilatildeo consiste em conectar dois transistores do mesmo tipo de maneira que o ganho de corrente de um transistor β1 e o do outro β2 entatildeo o ganho de corrente do arranjo seraacute igual a βD = β1xβ2 Outra caracteriacutestica desta configuraccedilatildeo eacute conseguir uma alta impedacircncia de entrada Normalmente este tipo de ligaccedilatildeo eacute feito em um uacutenico encapsulamento Neste caso o valor de ganho eacute muito grande e uma corrente bem pequena na base jaacute leva o transistor ao estado de plena conduccedilatildeo O ocircnus por esta sensibilidade de corrente baixa de base eacute o fato de que a tensatildeo VBDED eacute maior que em um transistor normal pois temos que polarizar em vez de um mas dois diodos para que comece a ocorrer a conduccedilatildeo
Figura 15 Conexatildeo Darlington
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5 - Transistor FET
O surgimento do MOSFET representou um grande avanccedilo tecnoloacutegico por ser de fabricaccedilatildeo muito simples ter uma alta impedacircncia de entrada e baixo ruiacutedo proporcionar integraccedilatildeo em larga escala isto eacute por ter tamanho reduzido cerca de 20 vezes menos que o transistor bipolar permitindo assim que um grande numero de transistores sejam produzidos em um mesmo circuito integrado
O MOSFET de potencia eacute um semicondutor com capacidade de controle de corrente por meio de tensatildeo aplicada entre os terminais gate e source a exemplo do TBP o transistor FET pode trabalhar com tensotildees tambeacutem elevadas na ordem dos 1000V e correntes em torno de 200A mas sua principal vantagem eacute por ser acionado por tensatildeo a sua arquitetura disponibiliza uma elevada velocidade de chaveamento tornando-o indicado para as aplicaccedilotildees de frequumlecircncia elevada (centenas de kHz)
Para VGS lt 0 os eleacutetrons do canal n satildeo repelidos aumentando assim a camada de depleccedilatildeo proacutexima da camada oacutexido Assim haacute uma diminuiccedilatildeo na aacuterea do canal n (estrangulamento) sendo estabelecida uma alta resistecircncia RDS Deste modo natildeo haacute circulaccedilatildeo de corrente IDS Para IDS igual a zero a tensatildeo VGS eacute chamada de tensatildeo de estrangulamento (pinch-off) VP Para VGS gt 0 o canal n torna-se largo reduzindo drasticamente a resistecircncia RDS sendo assim estabelecida a corrente IDS O MOSFET com canal p tem a s polaridades das tensotildees e correntes invertidas
Figura 16
Estrutura baacutesica de transistor MOSFET Uma pequena corrente de gate eacute necessaacuteria apenas para carregar e descarregar as capacitacircncias de
entrada do transistor desta forma o melhor modo de polarizaccedilatildeo de um FET eacute empregando uma fonte de baixa impedacircncia de saiacuteda jaacute que temos na estrutura do gate uma capacitacircncia parasita gate-fonte CGS que eacute inerente ao componente desta forma natildeo existe meios de minimizaacute-lo
Estes transistores em geral satildeo de canal N por apresentarem menores perdas e maior velocidade de comutaccedilatildeo devido agrave maior mobilidade dos eleacutetrons em relaccedilatildeo agraves lacunas
Abaixo temos um exemplo de polarizaccedilatildeo de gate de baixa impedacircncia tambeacutem teraacute que utilizar fonte de pulsos de baixa impedacircncia como foi dito antes
Figura 17
15
Outra forma de obter um circuito de disparo eacute o demonstrado abaixo porem eacute importante notar nesta situaccedilatildeo que estamos atrelados a transistores bipolares natildeo sendo aconselhaacutevel a altas frequumlecircncias ou pelo menos dar uma olhada no datasheet dos transistores que seratildeo utilizados com atenccedilatildeo a frequumlecircncia maacutexima de trabalho
Figura 18
Este circuito nada mais eacute do que um gate driver que pode se fazer com componentes discretos ou com auxilio de CIs fabricados especialmente para isto a saiacuteda pode ser para um MOSFET ou para vaacuterios deles Isto eacute mais faacutecil de verificar em IGBTs que seraacute estudado em seguida
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6 ndash Transistor IGBT O IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) alia a facilidade de acionamento dos MOSFET com as pequenas perdas em conduccedilatildeo dos TBP Sua velocidade de chaveamento eacute superior agrave dos transistores bipolares Os limites atuais de tensatildeo e corrente em dispositivos uacutenicos estatildeo em torno de 2kV e 1000A o que indica que tal componente pode ser utilizado em aplicaccedilotildees de potecircncia
O controle de componente eacute anaacutelogo ao do MOSFET ou seja pela aplicaccedilatildeo de uma polarizaccedilatildeo entre gate e emissor Tambeacutem para o IGBT o acionamento eacute feito por tensatildeo O IGBT possui uma corrente maacutexima que natildeo deve ser ultrapassada se isso ocorrer natildeo se consegue cortar o IGBT retirando a tensatildeo do Gate A corrente fluiraacute pelo dreno sem controle e isso poderaacute danificar o componente Esse fato eacute conhecido por LatchUp Princiacutepio de funcionamento
A estrutura do IGBT eacute similar agrave do MOSFET mas com a inclusatildeo de uma camada P+ que forma o coletor do IGBT como mostrado na figura abaixo Em termos simplificados pode-se analisar o IGBT como um MOSFET no qual a regiatildeo N- tem sua condutividade modulada pela injeccedilatildeo de portadores minoritaacuterios (lacunas) a partir da regiatildeo P+ uma vez que J1 estaacute diretamente polarizada Esta maior condutividade produz uma menor queda de tensatildeo em comparaccedilatildeo a um MOSFET similar A maacutexima tensatildeo suportaacutevel eacute determinada pela junccedilatildeo J2 (polarizaccedilatildeo direta) e por J1 (polarizaccedilatildeo reversa) Como J1 divide 2 regiotildees muito dopadas conclui-se que um IGBT natildeo suporta tensotildees elevadas quando polarizado reversamente
Figura 19 Estrutura baacutesica de IGBT
A entrada em conduccedilatildeo eacute similar ao MOSFET sendo um pouco mais lenta a queda da tensatildeo Vce uma vez que isto depende da chegada dos portadores vindos da regiatildeo P+ Para o desligamento no entanto tais portadores devem ser retirados Nos TBPs isto se daacute pela drenagem dos portadores via base o que natildeo eacute possiacutevel nos IGBTs devido ao acionamento isolado A soluccedilatildeo encontrada foi a inclusatildeo de uma camada N+ na qual a taxa de recombinaccedilatildeo eacute bastante mais elevada do que na regiatildeo N- Desta forma as lacunas presentes em N+ recombinam-se com muita rapidez fazendo com que por difusatildeo as lacunas existentes na regiatildeo N- refluam apressando a extinccedilatildeo da carga acumulada na regiatildeo N- possibilitando o restabelecimento da barreira de potencial e o bloqueio do componente
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7 - Tiristor
O tiristor e o SCR satildeo facilmente confundidos pois estatildeo relacionados ao mesmo componente Tiristor eacute o nome de uma famiacutelia de componentes da qual o SCR faz parte O SCR eacute um diodo controlado muito utilizado em equipamentos de controle industrial que iremos ver detalhadamente mais tarde Funcionamento de uma forma geral O tiristor eacute um dispositivo semicondutor de quatro camadas de estrutura PNPN com trecircs junccedilotildees PN Tem trecircs terminais Anodo Catodo e Gatilho Os terminais anodo e catodo quando polarizados diretamente soacute comeccedilam a conduzir se receber um comando no terminal gatilho Uma vez conduzindo ele se comportara como um diodo em conduccedilatildeo e natildeo haacute controle sobre o dispositivo Desligamento A corrente de anodo eacute conservada abaixo da corrente de manutenccedilatildeo por um tempo suficiente grande de forma que todos os portadores em excesso nas quatro camadas sejam eliminados ou recombinados
Alguns toacutepicos que devem ser levado em consideraccedilatildeo em projeto de circuitos de controle de gatilho
1- O sinal de gatilho deve ser retirado apoacutes o disparo do tiristor Um sinal contiacutenuo aumentaria a perda de potencia na junccedilatildeo do gatilho
2- Enquanto o tiristor estiver reversamente polarizado natildeo devera haver sinal de gatilho De outra forma o tiristor poderia falhar devido a um aumento de corrente de fuga
3- A largura do pulso de gatilho IG tem que ser maior que o tempo necessaacuterio para a corrente do anodo crescer ateacute o valor da corrente de manutenccedilatildeo IH Na praacutetica a largura do pulso no tiristor TON
Tipos de Tiristores Tiristor de controle de fase SCR Tiristor triodo bidirecional TRIAC Tiristor de desligamento pelo gatilho GTO Tiristor de conduccedilatildeo reversa RCT Tiristor de induccedilatildeo estaacutetica SITH Tiristor de desligamento auxiliado pelo gatilho GATT Retificador controlado de siliacutecio controlado por luz LASCR Tiristores controlados por MOS MCTs
Conversatildeo e o controle de grandes quantidades de potencia em sistemas CC e CA utilizando apenas uma pequena potencia para controle pois apresenta chaveamento raacutepido pequeno porte e altos valores de corrente e tensatildeo
Algumas exemplos de aplicaccedilotildees
bull Controle de reles e motores bull Fontes de tensatildeo regulada bull Inversores CC-CA bull Controle de iluminaccedilatildeo
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71 - Tiristor SCR Siacutembolo
O SCR eacute um dispositivo semicondutor de quatro camadas de estrutura PNPN com trecircs junccedilotildees PN Ele tem trecircs terminais anodo catodo e gatilho como eacute visto na figura abaixo
Figura 20
O SCR tal como um diodo soacute conduz corrente no sentido do anodo para o catodo mas apenas quando lhe aplicamos um sinal de tensatildeo no terminal chamado gatilho este meacutetodo de disparo eacute o mais utilizado para se disparar o SCR Mas existem outras formas de disparo normalmente indesejado e em alguns casos podem destruir o componente
Disparo por sobretensatildeo Quando o SCR estaacute polarizado diretamente e aumenta-se a tensatildeo VAK J1 e J3 estatildeo polarizados diretamente mas J2 estaacute reversamente polarizado veja a figura acima Com o aumento de VAK os portadores satildeo acelerados na junccedilatildeo J2 podendo atingir uma energia tatildeo grande que provocaratildeo o fenocircmeno avalanche Esse fenocircmeno faz com que muitos eleacutetrons choquem-se e saiam das orbitas dos aacutetomos da rede Estando disponiacuteveis para a conduccedilatildeo esses eleacutetrons permitem que a corrente de anodo cresccedila Aumentando a corrente de anodo estabelece-se a realimentaccedilatildeo entre os terminais mantendo o SCR disparado Este tipo de disparo eacute chamado de Tensatildeo de Breakover (VBO) Disparo por variaccedilatildeo de tensatildeo (dvdt) Para que um capacitor armazene carga eleacutetrica eacute necessaacuterio haver uma variaccedilatildeo de tensatildeo(∆v) no capacitor em um intervalo de tempo (∆t) eacute necessaacuterio que circule ainda uma corrente i pelo capacitor quando estas variaccedilotildees satildeo muito pequenas a expressatildeo que relaciona estas grandezas eacute apresentada abaixo
dt
dvCi =
Em um SCR polarizado diretamente J2 estaacute reversamente polarizado Nesta junccedilatildeo existe carga armazenada iacuteons positivos de um lado e iacuteons negativos do outro Isto eacute como um capacitor carregado Assim natildeo havendo pulso no gatilho fechando-se S1 a capacitacircncia de J2 faraacute com que circule uma corrente de gatilho Como esta variaccedilatildeo eacute muito grande a corrente resultante seraacute muito grande Essa
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corrente poderaacute ser suficiente para estabelecer o processo de realimentaccedilatildeo fazendo com que o componente entre em conduccedilatildeo
Figura 21
Esse disparo normalmente indesejado pode ser evitado pela accedilatildeo de um circuito de proteccedilatildeo
chamado snubber esse circuito eacute formado por um resistor em serie com um capacitor colocados em paralelo com o SCR
Figura 22 Circuito snubber colocado em paralelo com o SCR
Os meacutetodos de comutaccedilatildeo ou de bloqueio de um SCR significa cortar a corrente que ele conduz e impedir que ele retorne a conduccedilatildeo A comutaccedilatildeo estaraacute completa quando a corrente no sentido direto for anulado e a reaplicaccedilatildeo de tensatildeo direta entre os terminais catodo e anodo natildeo provocarem o retorno do estado de conduccedilatildeo A comutaccedilatildeo natural ocorre quando se reduz a corrente de anodo a um valor abaixo de IH chamada corrente de manutenccedilatildeo (holding current) o SCR eacute bloqueado Este bloqueio pode ser visto melhor na figura abaixo Com S2 aberto mesmo com S1 fechado o SCR estaacute bloqueado pois natildeo haacute corrente no gatilho Fechando S2 pelo R circula uma corrente de gatilho que eacute suficiente para disparar o SCR Abrindo entatildeo S1 a corrente na lacircmpada anula-se e o SCR bloqueia Outro modo de obter a comutaccedilatildeo natural seria trocar a fonte de tensatildeo continua por uma tensatildeo alternada porem o SCR conduziria somente no semi-ciclo positivo natildeo havendo fluxo de corrente no semi-ciclo negativo
Figura 23 Meacutetodo mais utilizado
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Haacute tambeacutem um outro meacutetodo chamado comutaccedilatildeo forccedilada mais usual em circuitos CC a teacutecnica consiste em desviar a corrente por um caminho de menor impedacircncia a corrente que passa pelo SCR iraacute cair abaixo de IH provocando o bloqueio Como podemos ver no circuito abaixo
Figura 24
Com todas as chaves abertas o SCR estaacute bloqueado e a lacircmpada estaacute apagada Fechando-se a CH1 o circuito da lacircmpada e do SCR estaraacute energizado Como natildeo haacute corrente no gatilho o SCR continuaraacute bloqueado a lacircmpada apagada Quando S2 fechar circulara pelo resistor uma corrente suficiente para alimentar o gatilho do SCR que disparara e acenderaacute a lacircmpada Com a lacircmpada acesa S2 pode se novamente aberta sem que o SCR bloqueie e a lacircmpada se apague Agora fechando S3 naturalmente a lacircmpada natildeo se apagara pois a chave curto-circuitaraacute o SCR ficando a lacircmpada alimentada diretamente pela tensatildeo da fonte Como o SCR real natildeo eacute um curto-circuito toda a corrente da lacircmpada ira passar por S3 e a corrente do SCR cairaacute agrave zero o SCR entatildeo ira bloquear Com o SCR bloqueado abrindo-se a chave S3 a lacircmpada apagara Assim soacute seraacute outra vez acessa se S2 for novamente fechada provocando a corrente de gatilho no SCR Mas tambeacutem pode-se utilizar o SCR em tensatildeo alternada natildeo soacute em tensatildeo contiacutenua abaixo temos um exemplo de circuito com sua forma de onda
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72 - Tiristor TRIAC Siacutembolo O Triac eacute um dispositivo de 5 camadas tendo 2 caminhos P-N-P-N em ambos os sentidos entre o MT1 e MT2 e podendo conduzir nos dois sentidos como nos mostra claramente o seu siacutembolo Eletricamente o Triac equivale a ligaccedilatildeo de dois SCRs em antiparalelo e os terminais de gatilho ligados juntos O Triac pode ser levado a conduccedilatildeo pela aplicaccedilatildeo de uma corrente positiva ou negativa no gatilho embora seja mais sensiacutevel a aplicaccedilatildeo de uma corrente positiva quando MT2 eacute positivo e de uma corrente negativa quando MT1 eacute positivo Um TRIAC pode conduzir em ambos os sentidos e eacute normalmente utilizado em controle de fase CA Ele pode ser considerado como dois SCR conectados em antiparalelo com uma conexatildeo de gatilho comum como mostrado na figura abaixo
Como o TRIAC eacute um dispositivo bidirecional seus terminais natildeo podem ser designados como catodo e anodo Se o terminal MT2 for positivo em relaccedilatildeo ao terminal MT1 o TRIAC pode ser disparado pela aplicaccedilatildeo de um sinal positivo entre os terminais de gatilho G e MT1 Se o terminal MT2 for negativo em relaccedilatildeo a MT1 ele pode ser disparado pela aplicaccedilatildeo de um sinal negativo entre o gatilho G e MT1 Natildeo eacute necessaacuterio que se tenham ambas as polaridades do sinal de gatilho pois um TRIAC pode ser disparado com um sinal tanto positivo quanto negativo Na praacutetica as sensibilidades variam de um quadrante para outro e os triacs normalmente satildeo operados no I quadrante (tensatildeo e correntes de gatilho positivas) ou no quadrante III (tensotildees e correntes de gatilho negativas) como eacute visto na curva caracteriacutestica abaixo
a) Quadrante I VMT2 positivo e IG positivo b) Quadrante II VMT2 negativo e IG positivo c) Quadrante III VMT2 negativo e IG negativo d) Quadrante IV VMT2 positivo e IG negativo
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Entatildeo pode-se dizer que o triac pode fazer o controle de fase em uma carga como no circuito abaixo
Variando o potenciocircmetro R2 podemos disparar o triac em vaacuterios acircngulos da onda como demonstra o graacutefico abaixo
Porem com este circuito eacute impossiacutevel efetuar disparos aleacutem dos 90deg em cada semi-ciclo por exemplo se desejarmos disparar em 25deg que a tensatildeo instantacircnea eacute de Vx e o potenciocircmetro estaacute ajustado com este valor de tensatildeo de rede se utilizar o mesmo raciociacutenio para disparar em 155deg a tensatildeo instantacircnea seraacute a mesma consequumlentemente teraacute a mesmo ajuste do potenciocircmetro que e iraacute disparar em 25deg e natildeo em 155deg A figura abaixo ajuda esclarecer este raciociacutenio
Entatildeo para resolvermos a limitaccedilatildeo no acircngulo de disparo menor ou igual a 90deg eacute associarmos com os resistores jaacute existentes um capacitor como no circuito abaixo formando entatildeo uma rede defasadora
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O valor desta defasagem eacute dada pela equaccedilatildeo τ=(R1+R2)C Variando R2 consegue-se
variar o angula de disparo do Triac Porem como o capacitor nem sempre se carrega apartir de uma tensatildeo fixa natildeo se tem uma regularidade no disparo
Para resolvermos este problema estudaremos o Diac na sequumlecircncia
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8 - Diac Os diacs satildeo diodos de disparo bidirecional composto por trecircs camadas (PNP) com a simples funccedilatildeo de disparar tiristores Sua construccedilatildeo assemelha-se a de um transistor bipolar poreacutem difere na dopagem do cristal N
Seu funcionamento eacute simples Para passar do estado de bloqueio para o estado de conduccedilatildeo eacute preciso ultrapassar a tensatildeo de ruptura (VR) rompendo assim a junccedilatildeo polarizada inversamente podendo a corrente fluir em ambos sentidos
Para voltar ao estado de bloqueio basta remover a tensatildeo por alguns instantes Os diacs servem para controlar o disparo de triacs quando uma tensatildeo de referecircncia chegar a certo valor
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9 - Retificadores a tiristor A estrutura baacutesica de retificadores controlado consiste na mesma metodologia vista anteriormente com diodos porem com esta estrutura somente os semiciclos positivos da fonte de alimentaccedilatildeo seratildeo aplicados na carga quando os SCRs forem disparados Jaacute os semiciclos negativos satildeo omitidos como jaacute estudado anteriormente Agora temos um circuito de controle dos gatilhos dos SCRs mais requintado podendo fazer o controle entre 0deg a 180deg Vamos dar exemplos de montagem dos circuitos para que seja melhor entendido
Retificador monofaacutesico de meia onda
Retificador monofaacutesico de onda completa com ponto meacutedio
Retificador monofaacutesico em ponte completa
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Retificador semi-controlado ou em ponte mista
Retificador trifaacutesico de meia onda
Retificador trifaacutesico de onda completa (Ponte de Graetz)
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10 - PWM Para comeccedilarmos o estudo do PWM que vem do inglecircs Pulse Width Modulation ou seja modulaccedilatildeo
por largura de pulso temos que ter alguns preacute-requisitos em mente Uma maneira tradicional de se controlar a potencia de uma carga eacute atraveacutes de um potenciocircmetro ou reostato em seacuterie com a carga conforme mostra a figura abaixo este tipo de controle eacute denominada linear
Variando-se a resistecircncia do potenciocircmetro pode-se modificar a corrente na carga e portanto a potecircncia aplicada a ela
A grande desvantagem deste tipo de controle eacute que a queda de tensatildeo multiplicada pela corrente no R em seacuterie representa uma potencia na forma de calor Conforme o ajuste deste o controle passa a dissipar mais potencia que a carga
O R tem de ser capaz de dissipar esta potencia sendo assim o seu tamanho fiacutesico cresce proporcionalmente com a sua potencia tornando-se caro Embora este controle seja ateacute intuitivo porem natildeo eacute muito inteligente no que diz respeito de desperdiacutecio de energia Consideremos entatildeo o mesmo circuito soacute trocamos o controle como podemos ver no desenho abaixo
Consideremos ainda que esta chave tem uma accedilatildeo muito raacutepida Quando o interruptor estaacute aberto natildeo haacute corrente na carga e a potecircncia aplicada eacute nula No instante em que o interruptor eacute fechado a carga recebe a tensatildeo total da fonte e a potecircncia aplicada eacute maacutexima
Entatildeo para termos uma potencia de 50 a ideacuteia eacute deixarmos um tempo x com a chave ligada e o mesmo tempo com a chave desligada Isso significa que em meacutedia teremos metade do tempo com corrente e metade do tempo sem corrente concluindo que a potencia ficaraacute em 50
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A potecircncia meacutedia e portanto a proacutepria tensatildeo meacutedia aplicada agrave carga eacute neste caso 50 da tensatildeo de entrada
Veja que o interruptor fechado pode definir uma largura de pulso pelo tempo em que ele fica nesta condiccedilatildeo e um intervalo entre pulsos pelo tempo em que ele fica aberto Os dois tempos juntos definem o periacuteodo e portanto uma frequecircncia de controle
A relaccedilatildeo entre o tempo em que temos o pulso e a duraccedilatildeo de um ciclo completo de operaccedilatildeo do interruptor nos define ainda o ciclo ativo conforme eacute mostrado na figura 5
Variando-se a largura do pulso e tambeacutem o intervalo de modo a termos ciclos ativos diferentes podemos controlar a potecircncia meacutedia aplicada a uma carga Assim quando a largura do pulso varia de zero ateacute o maacuteximo a potecircncia tambeacutem varia na mesma proporccedilatildeo conforme estaacute indicado na figura 6
Este princiacutepio eacute usado justamente no controle PWM modulamos (variamos) a largura do pulso de modo a controlar o ciclo ativo do sinal aplicado a uma carga e com isso a potecircncia aplicada a ela
Na praacutetica substituiacutemos o interruptor por algum dispositivo de estado soacutelido que possa abrir e fechar o circuito rapidamente como por exemplo um transistor bipolar um FET de potecircncia um IGBT ou ateacute mesmo um SCR
A este dispositivo eacute entatildeo ligado um oscilador que possa ter seu ciclo ativo controlado numa grande faixa de valores Na praacutetica eacute difiacutecil chegar agrave duraccedilatildeo zero do pulso e agrave 100 jaacute que isso implicaria na parada do oscilador mas podemos chegar bem perto disso
Na operaccedilatildeo de um controle por PWM existem diversas vantagens a serem consideradas e alguns pontos para os quais o projetista deve ficar atento para natildeo jogar fora estas vantagens
Na condiccedilatildeo de aberto nenhuma corrente circula pelo dispositivo de controle e portanto sua dissipaccedilatildeo eacute nula Na condiccedilatildeo de fechado teoricamente se ele apresenta uma resistecircncia nula a queda de tensatildeo eacute nula e ele natildeo dissipa tambeacutem nenhuma potecircncia
Isso significa que na teoria os controles PWM natildeo dissipam potecircncia alguma e portanto consistem em soluccedilotildees ideais para este tipo de aplicaccedilatildeo
Na praacutetica entretanto isso natildeo ocorre Em primeiro lugar os dispositivos usados no controle natildeo satildeo capazes de abrir e fechar o circuito num tempo infinitamente pequeno Eles precisam de um tempo para mudar de estado e neste intervalo de tempo sua resistecircncia sobe de um valor muito pequeno ateacute infinito e vice-versa numa curva de comutaccedilatildeo semelhante a mostrada na figura 10
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Neste intervalo de tempo a queda de tensatildeo e a corrente atraveacutes do dispositivo natildeo satildeo nulas e uma boa quantidade de calor poderaacute ser gerada conforme a carga controlada Dependendo da frequecircncia de controle e da resposta do dispositivo usado uma boa quantidade de calor poderaacute ser gerada neste processo de comutaccedilatildeo
Entretanto mesmo com este problema a potecircncia gerada num controle PWM ainda eacute muito menor do que num circuito de controle linear equivalente Transistores de comutaccedilatildeo raacutepidos FETs de potecircncia e outros componentes de chaveamento podem ser suficientemente raacutepidos para permitir que projetos de controles de potecircncias elevadas sejam implementados sem a necessidade de grandes dissipadores de calor ou que tenham problemas de perdas de energia por geraccedilatildeo de calor que possam ser preocupantes
O segundo problema que poderaacute surgir vem justamente do fato de que os transistores de efeito de campo ou bipolares usados em comutaccedilatildeo natildeo se comportam como resistecircncias nulas quando saturados Os transistores bipolares podem apresentar uma queda de tensatildeo de ateacute alguns volts quando saturados o mesmo ocorrendo com os FETs
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11 - Soft-Starter
Soft start eacute um dispositivo eletrocircnico composto de pontes tiristorizadas a fim de controlar a corrente de partida de motores de corrente alternada trifaacutesicos o controle da tensatildeo reduzida eacute feita ajustando-se o acircngulo de disparo de um par de SCRs dispostos em antiparalelo em cada fase do motor A medida que a tensatildeo vai aumentando a corrente aumenta para acelerar a carga de uma maneira suave e sem degraus Seu uso eacute comum em bombas centriacutefugas ventiladores e motores de elevada potecircncia cuja aplicaccedilatildeo natildeo exija a variaccedilatildeo de velocidade
A vantagem desta teacutecnica sobre as alternativas de custo baixo eacute a possibilidade de ajustarmos o torque do motor as necessidades de torque da carga
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12 - Inversores
Introduccedilatildeo A obtenccedilatildeo de uma tensatildeo alternada a partir de uma fonte CC eacute muitas vezes necessaacuteria para a
alimentaccedilatildeo de diversas cargas Os conversores que realizam a transformaccedilatildeo CC-CA satildeo chamados de inversores Como exemplos de aplicaccedilotildees pode-se citar o controle de velocidade de motores de corrente alternada fontes de alimentaccedilatildeo ininterrupta (no-break) entre varias outras aplicaccedilotildees
Qualquer sistema no qual o fornecimento da energia eleacutetrica natildeo pode ser interrompido deve prever uma fonte de emergecircncia para supri-lo Quando a potecircncia instalada eacute muito grande tem-se em geral um sistema de acionamento imediato alimentado a partir de baterias e um sistema motor-gerador que por necessitar de alguns minutos para estar em condiccedilotildees ideais de operaccedilatildeo natildeo pode ser usado de imediato Tal arranjo eacute usado por exemplo em centrais telefocircnicas hospitais etc Topologias Baacutesicas
Inversor Monofaacutesico em Ponte A estrutura do inversos monofaacutesico em ponte alimentando carga resistiva estaacute representado na
Figura abaixo
As formas de onda de interesse satildeo apresentadas na figura abaixo Com S1 e S4 em conduccedilatildeo a
tensatildeo na carga eacute igual a E quando S2 e S3 estatildeo em conduccedilatildeo ela torna-se igual a -E
Quando a carga for indutiva devem ser adicionados a estrutura do circuito mostrado acima os
diodos de circulaccedilatildeo D1 D2 D3 e D4 como indica a figura abaixo Observe que com carga indutiva a fonte E deve ser reversiacutevel em corrente
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Etapas de funcionamento do inversor em ponte alimentando carga indutiva
Inversor Monofaacutesico em Ponto Meacutedio Este circuito representado na figura abaixo emprega apenas um braccedilo sendo desse modo mais
simples de ser comandado que o inversor em ponte porem a sua desvantagem eacute a tensatildeo de saiacuteda ser a metade
Inversor Monofaacutesico em Ponte
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13 - Dissipadores
A circulaccedilatildeo de corrente eleacutetrica por qualquer elemento provoca uma dissipaccedilatildeo de potecircncia igual ao produto do quadrado da corrente pela resistecircncia do circuito O objetivo eacute estabelecer criteacuterios para o dimensionamento de sistemas de dissipaccedilatildeo do calor produzido por componentes eletrocircnicos especialmente semicondutores de potecircncia (diodostransistores tiristores etc) buscando a proteccedilatildeo de tais componentes tendo como meta fundamental a elevada confiabilidade dos equipamentos nos quais os dispositivos satildeo empregados Deve-se buscar reduccedilatildeo de volume peso e custos
Caacutelculo da Potecircncia Dissipada
O caacutelculo da potecircncia dissipada deve ser feito via de regra pelo produto da tensatildeo pela corrente sobre o dispositivo em questatildeo
Comportamento em regime permanente potecircncia meacutedia
Nos dispositivos semicondutores de potecircncia o calor decorrente do efeito Joule eacute produzido na pastilha semicondutora fluindo daiacute para ambientes mais frios como o encapsulamento do dispositivo e o ambiente Este fluxo de calor depende de fatores como o gradiente de temperatura e as caracteriacutesticas teacutermicas dos meios e materiais envolvidos Define-se a grandeza ldquoresistecircncia teacutermicardquo como uma medida da dificuldade do fluxo de calor entre 2 meios ∆T diferenccedila de temperatura entre regiotildees de transferecircncia de calor P potecircncia meacutedia dissipada h coeficiente de transferecircncia de calor A aacuterea envolvida na transferecircncia de calor
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ANALOGIA COM CIRCUITO ELEacuteTRICO Em geral se faz uma analogia com um circuito eleacutetrico sendo a potecircncia meacutedia representada por uma fonte de corrente As temperaturas nos ambientes indicados (junccedilatildeo caacutepsula ambiente) satildeo anaacutelogas agraves tensotildees nos respectivos noacutes enquanto as resistecircncias teacutermicas satildeo as proacuteprias resistecircncias do modelo
Tj=Temperatura da junccedilatildeo Rtjc=Resistecircncia teacutermica entre junccedilatildeo e encapsulamento Tc=temperatura do encapsulamento Rtca=Resist Term Entre encapsulamento e ambiente Rtcd=Resist Entre encapsulament e dissipador Rtda=Resist Teacutermica entre dissipador e ambiente Partindo do anaacutelogo eleacutetrico chegamos a seguinte equaccedilatildeo tiacutepica Tj = Ta + P (Rtjc + Rtca) Exemplo 1 P = 20 W Rtjc = 2degCW Rtca = 10degCW Ta = 40degC Tjmax = 120degC Tc = Ta + P Rtca = 240degC Tj = Tc + P Rtjc = 280degC
Dissipadores de calor Considerando que natildeo seja possiacutevel reduzir a potecircncia meacutedia dissipada a alternativa para a proteccedilatildeo do semicondutor eacute colocar um dispositivo de baixa resistecircncia teacutermica entre o encapsulamento e o ambiente A este elemento colocado junto ao encapsulamento se diz ldquodissipador de calorrdquo Caracteriacutesticas dos dissipadores As principais caracteriacutesticas estatildeo relacionadas com dimensotildees e especialmente agrave sua superfiacutecie de contato com o ambiente Em geral estes dispositivos satildeo construiacutedos em alumiacutenio dada sua boa condutividade teacutermica (condiccedilatildeo indispensaacutevel) baixo custo e peso A figura mostra perfis tiacutepicos de dissipadores A utilizaccedilatildeo de grande nuacutemero de aletas eacute para aumentar a aacuterea de troca de calor A resistecircncia teacutermica para uma placa plana quadrada pode ser aproximadamente dada por
λ condutacircncia teacutermica (a 77o C) [W(oCcm)] W espessura do dissipador [mm]
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A aacuterea do dissipador [cm2] Cf fator de correccedilatildeo devido agrave posiccedilatildeo e tipo de superfiacutecie Na tabela abaixo satildeo dados alguns valores para os coeficientes da foacutermula O fator Cf varia com a posiccedilatildeo do dissipador sendo preferiacutevel uma montagem vertical agrave horizontal por criar um efeito ldquochamineacuterdquo Dissipadores pretos satildeo melhores irradiadores de calor que aqueles com superfiacutecie brilhante
Comportamento em regime transitoacuterio potecircncia de pico Quando a potecircncia dissipada no semicondutor consiste de pulsos de potecircncia eacute preciso verificar a proteccedilatildeo do componente em relaccedilatildeo aos picos de dissipaccedilatildeo Durante a ocorrecircncia do pico de potecircncia ocorre a elevaccedilatildeo da temperatura da junccedilatildeo embora natildeo ocorra variaccedilatildeo nas temperaturas do encapsulamento e do dissipador (que dependem da potecircncia meacutedia) devido agrave maior capacidade teacutermica da caacutepsula e especialmente do dissipador Tal capacidade teacutermica relaciona-se com o tipo de material utilizado e seu volume Na analogia eleacutetrica utilizada anteriormente ela se comporta como uma capacitacircncia O caacutelculo da temperatura da junccedilatildeo em tal regime transitoacuterio eacute feito utilizando uma grandeza chamada ldquoimpedacircncia teacutermicardquo Ztjc que leva em consideraccedilatildeo a capacidade teacutermica da junccedilatildeo Exemplo 2 Rtjc = 2deg CW Rtca = 5deg CW Rtcd = 2deg CW Rtda = 3deg CW Ztjc = 005deg CW Tjmax = 150deg C Ta = 40deg C P = 20W Pp = 1000W
Tj = 130 oC (o componente estaacute protegido em relaccedilatildeo agrave potecircncia meacutedia) Tc = 90 oC Tj = Tc + Pp Ztjc = 140 oC
Caacutelculo dos Dissipadores
bull A temperatura de trabalho da junccedilatildeo deve ser 20 a 30 menor que seu valor maacuteximo para permitir a proteccedilatildeo do componente sem super-dimensionar o dissipador middot Para ambientes nos quais natildeo se faccedila um controle riacutegido da temperatura deve-se usar uma temperatura ambiente de 40oC
bull Caso o dissipador fique dentro de algum bastidor ou caixa na qual a temperatura possa se elevar acima dos 40oC deve-se considerar sempre a maacutexima temperatura do ar com o qual o dissipador troca calor Eacute conveniente agrave falta de maiores informaccedilotildees utilizar o valor de 40oC e verificar apoacutes a entrada em operaccedilatildeo do protoacutetipo a verdadeira temperatura ambiente
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bull Deve-se verificar a necessidade do uso de isoladores (mica teflon ou mylar) e natildeo desconsiderar suas resistecircncias teacutermicas middot O emprego de pastas teacutermicas eacute sempre recomendado e se deve considerar tambeacutem sua resistecircncia teacutermica
b) No transitoacuterio
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Apecircndice A
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Laboratoacuterio 1
Diodo Ache os componentes em sucatas e monte o circuito abaixo em placa de circuito impresso corroiacuteda Lista de material
4 Diodos 1N4007 2 Capacitores 330uF200V 2 Resistores 150K 18W 1 Suporte p lacircmpada 1 Lacircmpada 40W220V 1 Conector p placa de 2 bornes 6 Chaves HH 1 Rabicho com plugue Placa p circuito impresso virgem (fibra fenolite perfurada) Caneta retro projetor ou esmalte p unhas Palha de accedilo ou acetona e pedaccedilo de pano Soluccedilatildeo de percloreto de ferro Estanho em fio
Obs Colocar o seu nome no lado do cobre a caneta ou esmalte antes da corrosatildeo
Montado na placa o circuito acima e testado fazer os seguintes exerciacutecios 1 ndash Com o interruptor Ch7 ligado os interruptores Ch3 Ch4 Ch5 e Ch6 desligados e os interruptores Ch1 e Ch2 na posiccedilatildeo 1 faccedila a seguinte medida meccedila com o osciloscoacutepio colocando a garra jacareacute onde aparece o GND e o pinccedila no ponto 1 de forma que apareccedila somente o semi-ciclo positivo na tela tambeacutem reproduza abaixo a forma de onda encontrada e registre onde a posiccedilatildeo do zero O aparelho ajustado da seguinte forma O botatildeo de tempodivisatildeo em 5mS O botatildeo tensatildeodivisatildeo ajustado em 5V A ponteira ajustada em X10
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2 ndash Permanecendo o interruptor Ch7 ligado Ch5 e Ch6 desligados poreacutem Ch1 e Ch2 na posiccedilatildeo 2 e Ch3 e Ch4 ligados faccedila novamente a medida e reproduza na tela abaixo a forma de onda
3 - Permanecendo o interruptor Ch7 ligado Ch3 Ch4 Ch5 e Ch6 agora ligados e Ch1 e Ch2 na posiccedilatildeo 2 faccedila novamente a medida e reproduza na tela abaixo a forma de onda
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4 ndash O que aconteceu com a potecircncia (brilho) da lacircmpada Com circuito configurado como no exerciacutecio 1 e exerciacutecio 3 (aumentou ou diminuiu) Porque ocorreu isto _____________________________________________________________________________________
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_____________________________________________________________________________________
5 ndash Qual eacute a nova potecircncia da lacircmpada Provar por meio de caacutelculos 6 ndash Por fim com o circuito configurado como no exerciacutecio 3 coloque uma lacircmpada de maior potecircncia e visualize o ripple novamente com o osciloscoacutepio explique o que ocorreu _____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
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Laboratoacuterio 2 TRANSISTOR BIPOLAR (BJT)
Os transistores de potecircncia apresentam caracteriacutesticas de chaveamento controlado Os transistores utilizados como elementos de chaveamento operam na regiatildeo de saturaccedilatildeo apresentando uma baixa queda de tensatildeo de conduccedilatildeo (VCE=0V) (VBE=13V)
Este laboratoacuterio tem o objetivo de fazer um retificador e filtro diretamente da rede alternada com componentes retirados de fontes chaveadas de computadores apoacutes o estaacutegio de retificaccedilatildeo e filtro faremos funcionar uma lacircmpada incandescente de 220 volts corrente alternada em corrente contiacutenua com o auxiacutelio de um transistor de potencia tambeacutem retirado das mesmas fontes
Calcule o R1 e monte o circuito e apoacutes responda as questotildees
Pinos 1 ndash Base 2 ndash Coletor 3 ndash Emissor
Alguns transistores encontrados em fontes chaveadas de computador Transistor VCE (V) Ic (A) β MJE13007 400 8 5
2SC4106 400 7 10
2SC5027 800 3 8
2SC5353 800 3 15
2SC2335 400 7 10
2SC4242 400 7 10
2SC5763 400 7 10
1 ndash Escolha o transistor e faccedila o calculo para descobrir R1 e depois monte o circuito Transistor escolhido ______________
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2 ndash Meccedila a corrente no ponto 1 e compare com o calculado Faccedila as observaccedilotildees necessaacuterias
Corrente no ponto (1)
Calculado
Medido _____________________________________________________________________________________
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_____________________________________________________________________________________
3 ndash Por que existem os resistores em paralelo com os capacitores
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_____________________________________________________________________________________
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Laboratoacuterio 3
TRANSISTOR EFEITO DE CAMPO (FET) O transistor de potecircncia MOSFET eacute um dispositivo de tensatildeo controlada e necessita apenas de tensatildeo no gatilho A velocidade de chaveamento eacute muito alta (nanosegundos) MOSFETrsquos de potecircncia satildeo utilizados em conversores de baixa potecircncia e alta frequumlecircncia Estes transistores apresentam problemas de descargas eletrostaacuteticas necessitando de cuidados especiais Este experimento tem como objetivo mostrar o funcionamento de Mosfets em uma aplicaccedilatildeo pratica para tanto montaremos o circuito abaixo
Pinagem 1 ndash GATE 2 ndash DRAIN 3 ndash SOURCE
Alguns transistores encontrados no comeacutercio
Transistor Tensatildeo Vds(V) Corrente Id (A)
IRF840 500 85 IRF740 400 10
1 ndash Meccedila a corrente no ponto 1 Corrente no ponto 1 ______________ No ponto 2 coloque 1deg o multiacutemetro antes de ligar o circuito Meccedila a corrente no ponto 2 Corrente no ponto 2 ______________ Por que isto ocorre 2 ndash Calcule a corrente que passa entre os resistores E compare com os valores medidos e faccedila as observaccedilotildees necessaacuterias
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Laboratoacuterio 4
SCR E TRIAC
Este laboratoacuterio tem o objetivo de comprovar o funcionamento do componente SCR e TRIAC e diferenciaacute-los 1
A - Primeiramente ligue a chave 1 mantendo a chave 2 desligada o que ocorre _____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
B ndash Mantendo ligada a chave 1 ligue a chave 2 por um breve intervalo de tempo e desligue-a O que acontece Justifique sua resposta _____________________________________________________________________________________ _____________________________________________________________________________________ 2
C ndash Faccedila a mesma sequumlecircncia usada nas questotildees A e B Sequumlecircncia da questatildeo A________________________________________________________________
Sequumlecircncia da questatildeo B_________________________________________________________________
D - Faccedila as consideraccedilotildees comparando os circuitos 1 e 2
_____________________________________________________________________________________ _____________________________________________________________________________________
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3
E ndash Faccedila um comentaacuterio sobre a omissatildeo das chaves _____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
4
F - Comente os circuitos 3 e 4 haacute alguma diferenccedila no brilho da lacircmpada
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_____________________________________________________________________________________
Pinos do SCR e BTA 1 ndash Catodo A2 2 ndash Anodo A1 3 ndash Gatilho
Alguns SCRs encontrados no comeacutercio
Tiristor
Tensatildeo Vds(V)
Corrente Id (A)
BT151 500 85 TIC106 400 10
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Laboratoacuterio 5
DIAC E TRIAC O objetivo eacute montar o circuito abaixo e visualizar com o osciloscoacutepio a forma de onda em cima da carga no nosso caso a lacircmpada enquanto varia o potenciocircmetro
Pinagem 1 ndash A1 2 ndash A2 3 ndash G Alguns triacs encontrado no comeacutercio BTA08 ndash 8A BTA26 ndash 26A MAC224 ndash 40A TIC226 ndash 8A
Coloque a ponteira em cima da carga e deixe o potenciocircmetro no meio do curso e reproduza na tela abaixo Registre o ajuste que foi feito no osciloscoacutepio para aparecer o meio ciclo superior na tela
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Laboratoacuterio 6
PWM Este circuito eacute simples com o famoso CI 555 para gerar o sinal PWM Controlando uma carga que conseguimos observar o estaacute acontecendo
1 ndash Qual a frequumlecircncia gerada do sinal PWM _______________________________________________________________________________
_______________________________________________________________________________
2 ndash O que acontece com a lacircmpada quando varia o potenciocircmetro
_______________________________________________________________________________
_______________________________________________________________________________
3 ndash Trocando o capacitor de 100nF por um de 10nF qual seraacute a nova frequumlecircncia
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_______________________________________________________________________________
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Laboratoacuterio 7
INVERSOR Este circuito eacute o conceito baacutesico do princiacutepio de funcionamento de um inversor que eacute capaz de gerar uma tensatildeo alternada a partir de uma tensatildeo contiacutenua
1 ndash O motor estaacute girando _____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
2 ndash Caso afirmativo na primeira pergunta coloque a ponteira do osciloscoacutepio em um dos terminais do motor e a garra jacareacute no terra e meccedila a frequumlecircncia _____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
3 ndash O que estaacute acontecendo com o motor em suas caracteriacutesticas fiacutesicas Mudou a velocidade estaacute aquecendo estaacute trepidando etc _____________________________________________________________________________________
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Apendice B
Coacutedigo de resistores
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Capacitores ceracircmicos
O valor do capacitorB eacute de 3300 pF (picofarad = 10-12 F) ou 33 nF (nanofarad = 10-9 F) ou 00033 microF (microfarad =
10-6 F) No capacitor A devemos acrescentar mais 4 zeros apoacutes os dois primeiros algarismos O valor do capacitor que se lecirc 104 eacute de 100000 pF ou 100 nF ou 01microF
O aparecimento de uma letra maiuacutescula ao lado dos nuacutemeros Esta letra refere-se a toleracircncia do capacitor ou seja o quanto que o capacitor pode variar de seu valor em uma temperatura padratildeo de 25deg C A letra J significa que este capacitor pode variar ateacute plusmn5 de seu valor a letra K = plusmn10 ou M = plusmn20 Segue na tabela abaixo os coacutedigos de toleracircncias de capacitacircncia
Ateacute 10pF Coacutedigo Acima de 10pF
plusmn01pF B
plusmn025pF C
plusmn05pF D
plusmn10pF F plusmn1
G plusmn2
H plusmn3
J plusmn5
K plusmn10
M plusmn20
S -50 -20
Z +80 -20
ou +100 -20
P +100 -0
O coeficiente de temperatura TC que define a variaccedilatildeo da capacitacircncia dentro de uma determinada faixa de temperatura O TC eacute normalmente expresso em ou ppmdegC ( partes por milhatildeo degC ) Eacute usado uma sequumlecircncia de letras ou letras e nuacutemeros para representar os coeficientes Observe o desenho abaixo
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Na tabela abaixo estatildeo mais alguns coeficientes de temperatura e as toleracircncias que satildeo muito utilizadas por diversos fabricantes de capacitores
Coacutedigo Coeficiente de temperatura NPO -0plusmn 30ppmdegC N075 -75plusmn 30ppmdegC N150 -150plusmn 30ppmdegC N220 -220plusmn 60ppmdegC N330 -330plusmn 60ppmdegC N470 -470plusmn 60ppmdegC N750 -750plusmn 120ppmdegC N1500 -1500plusmn 250ppmdegC N2200 -2200plusmn 500ppmdegC N3300 -3300plusmn 500ppmdegC N4700 -4700plusmn 1000ppmdegC N5250 -5250plusmn 1000ppmdegC P100 +100plusmn 30ppmdegC
Outra forma de representar coeficientes de temperatura eacute mostrado abaixo Eacute usada em capacitores que se caracterizam
pela alta capacitacircncia por unidade de volume (dimensotildees reduzidas) devido a alta constante dieleacutetrica sendo recomendados para aplicaccedilatildeo em desacoplamentos acoplamentos e supressatildeo de interferecircncias em baixas tensotildees
Os coeficientes satildeo tambeacutem representados exibindo sequumlecircncias de letras e nuacutemeros como por exemplo X7R Y5F e Z5U Para um capacitor Z5U a faixa de operaccedilatildeo eacute de +10degC que significa Temperatura Miacutenima seguido de +85degC que significa Temperatura Maacutexima e uma variaccedilatildeo Maacutexima de capacitacircncia dentro desses limites de temperatura que natildeo ultrapassa -56 +22
Veja as trecircs tabelas abaixo para compreender este exemplo e entender outros coeficientes
Temperatura Miacutenima
Temperatura Maacutexima
Variaccedilatildeo Maacutexima de Capacitacircncia
X -55degC Y -30degC Z +10degC
2 +45degC 4 +65degC 5 +85degC 6 +105degC 7 +125degC
A plusmn10 B plusmn15 C plusmn22 D plusmn33 E plusmn47 F plusmn75 P plusmn10 R plusmn15 S plusmn22 T -33 +22 U -56 +22 V -82 +22
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Capacitores de filme plaacutestico
O desenho ao lado mostra capacitores que tem os seus valores impressos em nanofarad (nF) = 10-9F Quando aparece no capacitor uma letra n minuacutescula como um dos tipos apresentados ao lado por exemplo 3n3 significa que este capacitor eacute de 33nF No exemplo o n minuacutesculo eacute colocado ao meio dos nuacutemeros apenas para economizar uma viacutergula e evitar erro de interpretaccedilatildeo de seu valor
Capacitores de Ceracircmica Multicamada
Capacitores de Polieacutester Metalizado usando coacutedigo de cores
A tabela abaixo mostra como interpretar o coacutedigo de cores dos capacitores abaixo No capacitor A as 3 primeiras cores satildeo laranja laranja e laranja correspondem a 33000 equivalendo a 33 nF A cor branca logo adiante eacute referente a plusmn10 de toleracircncia E o vermelho representa a tensatildeo nominal que eacute de 250 volts
1ordf Algarismo 2ordf Algarismo 3ordf Ndeg de zeros 4ordf Toleracircncia 5ordf Tensatildeo
PRETO 0 0 - plusmn 20 -
MARROM 1 1 0 - -
VERMELHO 2 2 00 - 250V
LARANJA 3 3 000 - -
AMARELO 4 4 0000 - 400V
VERDE 5 5 00000 - -
AZUL 6 6 - - 630V
VIOLETA 7 7 - - -
CINZA 8 8 - - -
BRANCO 9 9 - plusmn 10 -
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Apecircndice C
Osciloscoacutepio Geralmente os osciloscoacutepios tecircm os controles e entradas que podem ser divididos em cinco grupos
1 ndash Controle da fonte de alimentaccedilatildeo 2 ndash Controles de ajuste do traccedilo ou ponto na tela 3 ndash Controles e entrada de atuaccedilatildeo vertical 4 ndash Controles e entrada de atuaccedilatildeo horizontal 5 ndash Controles de entrada de sincronismo
1 - CONTROLE DA FONTE DE ALIMENTACcedilAtildeO 11 - INTERRUPTOR Sua funccedilatildeo eacute interromper ou estabelecer a corrente no primaacuterio do transformador de fora Sua atuaccedilatildeo normalmente eacute acompanhada por uma lacircmpada piloto que serve de aviso visual sobre a situaccedilatildeo do circuito (ligado ou desligado) Normalmente este interruptor se encontra acoplado junto do potenciocircmetro de controle de brilho 12 - COMUTADOR DE TENSAtildeO Sua funccedilatildeo eacute selecionar a tensatildeo de funcionamento do osciloscoacutepio (127 220V) Permite utilizar o instrumento sem a necessidade de recorrer a um transformador abaixador ou elevador de tensatildeo (geralmente o acesso deste comutador eacute visto na parte de traz do aparelho) 2 - CONTROLES DE AJUSTE DO TRACcedilO OU PONTO NA TELA 21 - BRILHO OU LUMINOSIDADE Eacute o controle que ajusta a luminosidade do ponto ou do traccedilo O controle do brilho eacute feito por meio de um potenciocircmetro situado no circuito da grade de controle do TRC mediante o qual se regula o potencial desta grade (deve-se evitar o uso de brilho excessivo sob pena de se danificar a tela) 22 - FOCO Eacute o controle que ajusta a nitidez do ponto ou traccedilo luminoso O ajuste do foco eacute conseguido mediante a regulagem de um potenciocircmetro que regula a polarizaccedilatildeo do eletrodo de enfoque O foco deve ser ajustado de forma a se obter um traccedilo fino e niacutetido na tela (estes ajustes de brilho e de foco satildeo ajustes baacutesicos que devem ser feitos sempre que se for usar o osciloscoacutepio)
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23 - ILUMINACcedilAtildeO DA RETIacuteCULA Permite que se ilumine o quadriculado ou as divisotildees na tela 3 - CONTROLES E ENTRADA DE ATUACcedilAtildeO VERTICAL 31 - ENTRADA DE SINAL VERTICAL Nesta entrada eacute conectada a ponta de prova do osciloscoacutepio As variaccedilotildees de tensatildeo aplicadas nesta entrada aparecem sob forma de figura na tela 32 - CHAVE DE SELECcedilAtildeO DE MODO DE ENTRADA (CA-CC) Esta chave eacute selecionada de acordo com o tipo de forma de onda a ser observada Em alguns osciloscoacutepios esta chave possui trecircs posiccedilotildees (CA-0-CC ou AC-GND-DC) Esta posiccedilatildeo adicional eacute usada para a realizaccedilatildeo de ajustes do traccedilo do osciloscoacutepio em algumas situaccedilotildees Por exemplo quando se deseja Uma referecircncia na tela 33 - CHAVE SELETORA DE GANHO (VDiv) Esta chave permite que se aumente ou que se diminua a amplitude de projeccedilatildeo na tela do osciloscoacutepio (altura da imagem) 34 - POSICcedilAtildeO VERTICAL Permite movimentar a imagem para cima ou para baixo na tela A movimentaccedilatildeo natildeo interfere na forma da figura projetada na tela 4 - CONTROLES DE ATUACcedilAO HORIZONTAL 41 - CHAVE SELETORA DE BASE DE TEMPO Eacute o controle que permite variar o tempo de deslocamento horizontal do ponto na tela Atraveacutes deste controle eacute possiacutevel reduzir ou ampliar horizontalmente na tela a figura nela projetada Em alguns osciloscoacutepios esta chave seletora tem uma posiccedilatildeo identificada como EXT (externa) o que possibilita que o deslocamento horizontal pode ser controlado por circuito externo ao osciloscoacutepio atraveacutes de uma entrada especiacutefica Quando a posiccedilatildeo externa eacute selecionada natildeo haacute formaccedilatildeo do traccedilo na tela obtendo-se apenas um ponto 42 - POSICcedilAtildeO HORIZONTAL Eacute o ajuste que permite controlar horizontalmente a forma de onda na tela Girando o controle de posiccedilatildeo horizontal para a direita o traccedilo move-se horizontalmente para a direita e vice-versa Assim como o controle de posiccedilatildeo vertical o controle de posiccedilatildeo horizontal natildeo interfere na forma da figura projetada na tela
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5 - CONTROLES E ENTRADA DE SINCRONISMO (TRIGGER) Satildeo controles que se destinam a fixar a imagem na tela Estes controles satildeo utilizados principalmente na observaccedilatildeo de sinais alternados Os controles de sincronismo satildeo Chave seletora de fonte de sincronismo Chave de modo de sincronismo Controle de niacutevel de sincronismo 51 - CHAVE SELETORA DE FONTE DE SINCRONISMO Seleciona onde seraacute tomada o sinal de sincronismo para fixar a imagem na tela do osciloscoacutepio Normalmente esta chave possui trecircs posiccedilotildees pelo menos POSICcedilAtildeO CH1 O sincronismo eacute controlado pelo sinal aplicado ao canal 1 POSICcedilAtildeO REDE Realiza o sincronismo com base na frequecircncia da rede de alimentaccedilatildeo do osciloscoacutepio (60Hz) Nesta posiccedilatildeo consegue-se facilmente sincronizar na tela sinais aplicados na entrada vertical que sejam obtidos a partir da rede eleacutetrica POSICcedilAtildeO EXTERNO Na posiccedilatildeo externo o sincronismo da figura eacute obtido agrave partir de outro equipamento externo conectado ao osciloscoacutepio O sinal que controla o sincronismo na posiccedilatildeo externo eacute aplicado a entrada de sincronismo 52 - CHAVE DE MODO DE SINCRONISMO Normalmente esta chave tem duas ou trecircs posiccedilotildees AUTO Nesta posiccedilatildeo o osciloscoacutepio realiza o sincronismo automaticamente com base no sinal selecionado pela chave seletora de fonte de sincronismo NORMAL + O sincronismo eacute positivo ajustado manualmente pelo controle de niacutevel de sincronismo (TRIGGER) de modo que o primeiro pico que apareccedila na tela seja o positivo NORMAL - O sincronismo eacute negativo tambeacutem ajustado manualmente entretanto o primeiro pico a aparecer eacute o negativo 53 - CONTROLE DE NIacuteVEL DE SINCRONISMO (TRIGGER) Eacute um controle manual que permite o ajuste do sincronismo quando natildeo se consegue um sincronismo automaacutetico Tem atuaccedilatildeo nas posiccedilotildees NORMAL + e NORMAL - OBSERVACcedilAtildeO Para se realizar leituras eacute necessaacuterio sincronizar a figura na tela II - ENTRADA E CONTROLE DO OSCILOSCOacutePIO DUPLO TRACcedilO O osciloscoacutepio de duplo traccedilo possui alguns controles que satildeo comuns aos dois traccedilos e outros que satildeo individuais Os controles de brilho foco base de tempo e de posiccedilatildeo horizontal satildeo controles que satildeo comuns aos dois traccedilos Basicamente os controles individuais situam-se nas entradas e controles do vertical nos controles e entrada de sincronismo ENTRADAS E CONTROLES DO VERTICAL Para que se possa observar dois sinais simultaneamente eacute necessaacuterio que se aplique uma tensatildeo em cada uma das entradas verticais O osciloscoacutepio duplo traccedilo dispotildee de dois grupos de controles verticais Um grupo para o canal A ou canal 1 (CH1) Um grupo para o canal B ou canal 2 (CH2) Cada grupo controla um dos sinais na tela (amplitude posiccedilatildeo vertical etc) Geralmente satildeo iguais Cada canal dispotildee de Entrada Vertical Chave Seletora CA-O-CC Chave Seletora de ganho vertical (DDiv) Posiccedilatildeo vertical Um osciloscoacutepio de duplo traccedilo pode ainda ser utilizado como sendo um osciloscoacutepio de traccedilo simples Uma chave seletora permite que se possa selecionar cada canal individualmente ou os dois simultaneamente Esta chave possui pelo menos trecircs posiccedilotildees CH1
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CH2 DUAL Na posiccedilatildeo CH1 apareceraacute apenas a imagem na tela que estiver sendo aplicada na entrada vertical do canal 1 Na posiccedilatildeo CH2 apareceraacute apenas a imagem na tela que estiver sendo aplicada na entrada vertical do canal 2 Na posiccedilatildeo DUAL aparecem as duas imagens Em osciloscoacutepios mais sofisticados esta chave pode possuir mais posiccedilotildees de modo a permitir outras alternativas de uso CONTROLES DE SINCRONISMO Realizam as mesmas funccedilotildees do osciloscoacutepio traccedilo simples que eacute a de fixar a imagem na tela O que diferencia eacute o fato de que na chave seletora de fonte existe uma posiccedilatildeo adicional de modo a poder sincronizar a figura PONTAS DE PROVA As pontas de prova satildeo utilizadas para interligar o osciloscoacutepio aos pontos de medida
Uma das extremidades da ponta de prova eacute conectada a uma das entradas do osciloscoacutepio atraveacutes de um conector e a extremidade livre serve para conexatildeo aos pontos de medida A extremidade livre possui uma garra jacareacute denominada de terra da ponta de prova que deve ser conectada ao terra do circuito e uma ponta de entrada de sinal que deve ser conectada no ponto que se deseja medir Existem dois tipos de ponta de prova ponta de prova 11 ponta de prova 101 A ponta de prova 11 se caracteriza por aplicar agrave entrada do osciloscoacutepio a mesma tensatildeo ou forma de onda que eacute aplicada a ponta de mediccedilatildeo A ponta de prova 101 entrega ao osciloscoacutepio apenas a deacutecima parte da tensatildeo aplicada a ponta de mediccedilatildeo As pontas de prova 101 permitem que o osciloscoacutepio consiga observar tensotildees dez vezes maior que a sua capacidade Por exemplo Um osciloscoacutepio que permite a leitura de tensotildees de 50V com ponta de prova 11 com ponta de prova 101 poderaacute medir tensotildees de ateacute 500V (10x50V) Existem pontas de prova que dispotildee de um botatildeo onde se pode selecionar 101 ou 11 Obs Quando natildeo se tem total certeza da grandeza da tensatildeo envolvida eacute aconselhaacutevel iniciar a mediccedilatildeo com o posiccedilatildeo 101
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Bibliografia
1 Dispositivos semicondutores tiristores controle de potecircncia em CC e CA 1996 - ALMEIDA Joseacute Luiz Antunes de Satildeo Paulo Eacuterica 1996 150 p
2 Dispositivos semicondutores diodos e transistores 1996 MARQUES Angelo Eduardo B
CHOUERI JUacuteNIOR Salomatildeo CRUZ Eduardo Cesar Alves Satildeo Paulo Eacuterica 1996 389 p
3 Anaacutelise e projeto de fontes chaveadas MELLO Luiz Fernando P de Satildeo Paulo Eacuterica 1996 487 p
4 Eletrocircnica de potecircncia circuitos dispositivos e aplicaccedilotildees 1999 RASHID Muhammad H Satildeo Paulo Makron Books 1999 828 p
5 Eletrocircnica de potecircncia 1994 - PALMA Guilherme Rebouccedilas da Satildeo Paulo Eacuterica 1994 259 p
6 Dispositivos eletrocircnicos e teoria de circuitos - 8 ed 2004 -
BOYLESTAD Robert L NASHELSKY Louis CAMARGO Joseacute Bueno de NASCIMENTO Joseacute Lucimar do PERTENCE JUNIOR Antonio (Coord) Satildeo Paulo Pearson Prentice Hall 2004 672 p
7 Rodrigues Isac Zilli Notas de aula da disciplina de Eletrocircnica II do Curso de Engenharia
Eleacutetrica da UPF Passo Fundo RS 2000
8 Ghirardello Ariovaldo Apostila sobre Modulaccedilatildeo PWM Coleacutegio Politec
9 Electronics Workbench Versatildeo 512
10 LabcenterElectronics 1989-2008 Release 75 SP3
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Retificador trifaacutesico com ponto meacutedio
Figura 6
As harmocircnicas desconsideradas
O valor meacutedio da tensatildeo eacute
Figura 7
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Retificador trifaacutesico de onda completa ponte de Graetz
Figura 8
O valor meacutedio da tensatildeo eacute
Figura 9
bull Cada diodo conduz durante um intervalo igual a 120o
bull Existe sempre dois diodos em conduccedilatildeo um no grupo positivo e outro no grupo negativo do conversor
bull Ocorre uma comutaccedilatildeo a cada 60o
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Associaccedilotildees em seacuterie e em paralelo
Um conjunto de diodos do mesmo tipo associados em serie apresenta uma capacidade de corrente direta igual a capacidade de cada unidade A tensatildeo maacutexima reversa entretanto seraacute a soma das tensotildees maacuteximas reversas individuais Eacute importante que os diodos sejam do mesmo tipo ou haveraacute uma distribuiccedilatildeo irregular da tensatildeo entre eles causando a ruptura em um valor inferior a esta soma
Figura 10 Permanece a mesma I e somam-se V
A montagem de diodos em paralelo costuma ser problemaacutetica e deve ser substituiacuteda por um uacutenico
diodo com maior capacidade de corrente sempre que possiacutevel Nos diodos associados em paralelo a tendecircncia seraacute de que aquele com a menor barreira de tensatildeo comecem a conduzir primeiro assumindo a maior parte (senatildeo toda) a corrente do circuito Portanto natildeo eacute suficiente que os diodos sejam do mesmo tipo e preciso que resistores de baixo valor montados conforme a figura abaixo contrabalance esta tendecircncia permitindo uma divisatildeo quase igual de corrente O valor destes resistores deve ser tal que provoque uma queda de tensatildeo de cerca de 05V para a corrente maacutexima do diodo associado Ou seja para diodos de 1A seraacute necessaacuteria uma resistecircncia de aproximada 05Ω Note que alem dos 07V perdidos na barreira de tensatildeo do diodo outros 05V seratildeo perdidos no resistor com uma dissipaccedilatildeo de calor igual a 05 vezes a corrente
Figura 11 Permanece a mesma V e somam-se as I
Relembrando Tipo 1N4001 1N4002 1N4003 1N4004 1N4005 1N4006 1N4007 Tensatildeo de pico reversa (V) 50 100 200 400 600 800 1000 Tensatildeo RMS reversa (V) 35 70 140 280 420 560 700 Corrente de saiacuteda (A) 1
Temos tambeacutem Tipo 1N4012 1N4014 1N3970 1N3927 1N1189 Tensatildeo de pico reversa (V) 700 900 600 2500 500 Corrente de saiacuteda (A) 12 12 50 10 35
Este satildeo apenas alguns diodos de potecircncia
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4 - Transistor BJT
Os transistores bipolar de potecircncia representaram um importante passo no desenvolvimento de componentes de meacutedia potecircncia atingindo tensotildees de bloqueio da ordem de 1000V conduzindo correntes de 500A Embora estes valores natildeo permitam sua aplicaccedilatildeo direta estes dispositivos satildeo a base para uma seacuterie de outros conversores para condicionamento de energia eleacutetrica
Transistores do tipo NPN os eleacutetrons satildeo atraiacutedos do emissor pelo potencial positivo da base tendo em mente a corrente real de eleacutetrons J1 se transforma num diodo diretamente polarizado Esta camada central eacute suficientemente fina para que a maior parte dos portadores tenha energia cineacutetica suficiente para atravessaacute-la chegando agrave regiatildeo de transiccedilatildeo de J2 sendo entatildeo atraiacutedos pelo potencial positivo do coletor
A figura abaixo mostra uma estrutura tiacutepica de um transistor bipolar de potecircncia As bordas arredondadas da regiatildeo de emissor permitem uma homogeneizaccedilatildeo do campo eleacutetrico necessaacuteria agrave manutenccedilatildeo de ligeiras polarizaccedilotildees reversas entre base e emissor O TBP natildeo sustenta tensatildeo no sentido oposto porque a alta dopagem do emissor provoca a ruptura de J1 em baixas tensotildees (5 a 20V)
Figura 12 Estrutura baacutesica de um transistor de potecircncia
O controle de VBE determina a corrente de base IB que por sua vez se relaciona com IC pelo
ganho de corrente do dispositivo Para suportar tensotildees elevadas existe uma camada intermediaacuteria do coletor com baixa dopagem a qual define a tensatildeo de bloqueio do componente
Porem uma das principais limitaccedilotildees dos transistores bipolares de potecircncia eacute o baixo valor do ganho de corrente β (muitas vezes inferior a 10) com isto muitas vezes satildeo utilizados estes transistores na regiatildeo de saturaccedilatildeo e bloqueio ou como chave
Figura 13
Para que o transistor opere como chave aberta eacute necessaacuterio que a tensatildeo de entrada VE seja menor que VBE de conduccedilatildeo E para que o transistor opere como chave fechada eacute preciso que a tensatildeo de entrada VE seja maior que VBE de conduccedilatildeo
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Vamos a um exemplo Para dimensionarmos RB e RC vamos utilizar a analise das malhas
Entrada VRB = VCC - VBE
Saiacuteda VRC = VCC - VCE
Figura 14
Paracircmetros do 2SC5353 VBEsat = 13V VCEsat = 1V βsat = 10 O RC eacute como se fosse a carga a ser controlada entatildeo para dimensionarmos os resistores de
polarizaccedilatildeo temos que definir uma carga concluiacutemos entatildeo que teremos que calcular na verdade soacute o RB jaacute que foi definido que carga teremos que controlar
O RC definido foi de 800Ω
Malha de saiacuteda
VRC = VCC ndash VCEsat
VRC = 180 ndash 1 there4 VRC =179V
IRC = IC
IC = C
RC
R
V there4 IC = 2237mA
Potencia de RC
PRC = 2CsatC IR sdot there4 800 x (2237x10-3)2
PRC = 40W
Podemos entatildeo substituir o resistor por
uma lacircmpada de 40W180V
Malha de entrada
VRB = VCC ndash VBE
VRB = 12 ndash 13 there4 VRB = 107V
IB = βCI
there4
IB =10
107223 3minustimes there4 IB = 2237mA
RB = B
RB
I
V there4 RB =
3107322
710minustimes
RB = 4783Ω Valor comercial RB = 470 Ω
Potencia de RB
PRB = 2BsatB IR sdot
PRB = 470 x (2273x10-3)2
PRB = 2352mW (14W)
Estes caacutelculos satildeo para o interruptor na posiccedilatildeo ligado quando o interruptor passa para a posiccedilatildeo desligado a entrada eacute aterrada (VEltVBE) causando o corte do transistor consequumlentemente a lacircmpada iraacute apagar
O uso preferencial de TBP tipo NPN se deve agraves menores perdas em relaccedilatildeo aos PNP o que ocorre por causa da maior mobilidade dos eleacutetrons em relaccedilatildeo agraves lacunas reduzindo principalmente os tempos de comutaccedilatildeo do componente em outras palavras os transistores do tipo NPN satildeo mais raacutepidos do que os do tipo PNP
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Conexatildeo Darlington
Como jaacute mencionado transistores de potecircncia geralmente tecircm ganhos menores e precisam correntes altas na base para a plena conduccedilatildeo O transistor do exemplo anterior pode exigir 1A para controlar uma corrente de 3A Para solucionar este problema existe um arranjo que eacute chamado de Darlington esta configuraccedilatildeo consiste em conectar dois transistores do mesmo tipo de maneira que o ganho de corrente de um transistor β1 e o do outro β2 entatildeo o ganho de corrente do arranjo seraacute igual a βD = β1xβ2 Outra caracteriacutestica desta configuraccedilatildeo eacute conseguir uma alta impedacircncia de entrada Normalmente este tipo de ligaccedilatildeo eacute feito em um uacutenico encapsulamento Neste caso o valor de ganho eacute muito grande e uma corrente bem pequena na base jaacute leva o transistor ao estado de plena conduccedilatildeo O ocircnus por esta sensibilidade de corrente baixa de base eacute o fato de que a tensatildeo VBDED eacute maior que em um transistor normal pois temos que polarizar em vez de um mas dois diodos para que comece a ocorrer a conduccedilatildeo
Figura 15 Conexatildeo Darlington
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5 - Transistor FET
O surgimento do MOSFET representou um grande avanccedilo tecnoloacutegico por ser de fabricaccedilatildeo muito simples ter uma alta impedacircncia de entrada e baixo ruiacutedo proporcionar integraccedilatildeo em larga escala isto eacute por ter tamanho reduzido cerca de 20 vezes menos que o transistor bipolar permitindo assim que um grande numero de transistores sejam produzidos em um mesmo circuito integrado
O MOSFET de potencia eacute um semicondutor com capacidade de controle de corrente por meio de tensatildeo aplicada entre os terminais gate e source a exemplo do TBP o transistor FET pode trabalhar com tensotildees tambeacutem elevadas na ordem dos 1000V e correntes em torno de 200A mas sua principal vantagem eacute por ser acionado por tensatildeo a sua arquitetura disponibiliza uma elevada velocidade de chaveamento tornando-o indicado para as aplicaccedilotildees de frequumlecircncia elevada (centenas de kHz)
Para VGS lt 0 os eleacutetrons do canal n satildeo repelidos aumentando assim a camada de depleccedilatildeo proacutexima da camada oacutexido Assim haacute uma diminuiccedilatildeo na aacuterea do canal n (estrangulamento) sendo estabelecida uma alta resistecircncia RDS Deste modo natildeo haacute circulaccedilatildeo de corrente IDS Para IDS igual a zero a tensatildeo VGS eacute chamada de tensatildeo de estrangulamento (pinch-off) VP Para VGS gt 0 o canal n torna-se largo reduzindo drasticamente a resistecircncia RDS sendo assim estabelecida a corrente IDS O MOSFET com canal p tem a s polaridades das tensotildees e correntes invertidas
Figura 16
Estrutura baacutesica de transistor MOSFET Uma pequena corrente de gate eacute necessaacuteria apenas para carregar e descarregar as capacitacircncias de
entrada do transistor desta forma o melhor modo de polarizaccedilatildeo de um FET eacute empregando uma fonte de baixa impedacircncia de saiacuteda jaacute que temos na estrutura do gate uma capacitacircncia parasita gate-fonte CGS que eacute inerente ao componente desta forma natildeo existe meios de minimizaacute-lo
Estes transistores em geral satildeo de canal N por apresentarem menores perdas e maior velocidade de comutaccedilatildeo devido agrave maior mobilidade dos eleacutetrons em relaccedilatildeo agraves lacunas
Abaixo temos um exemplo de polarizaccedilatildeo de gate de baixa impedacircncia tambeacutem teraacute que utilizar fonte de pulsos de baixa impedacircncia como foi dito antes
Figura 17
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Outra forma de obter um circuito de disparo eacute o demonstrado abaixo porem eacute importante notar nesta situaccedilatildeo que estamos atrelados a transistores bipolares natildeo sendo aconselhaacutevel a altas frequumlecircncias ou pelo menos dar uma olhada no datasheet dos transistores que seratildeo utilizados com atenccedilatildeo a frequumlecircncia maacutexima de trabalho
Figura 18
Este circuito nada mais eacute do que um gate driver que pode se fazer com componentes discretos ou com auxilio de CIs fabricados especialmente para isto a saiacuteda pode ser para um MOSFET ou para vaacuterios deles Isto eacute mais faacutecil de verificar em IGBTs que seraacute estudado em seguida
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6 ndash Transistor IGBT O IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) alia a facilidade de acionamento dos MOSFET com as pequenas perdas em conduccedilatildeo dos TBP Sua velocidade de chaveamento eacute superior agrave dos transistores bipolares Os limites atuais de tensatildeo e corrente em dispositivos uacutenicos estatildeo em torno de 2kV e 1000A o que indica que tal componente pode ser utilizado em aplicaccedilotildees de potecircncia
O controle de componente eacute anaacutelogo ao do MOSFET ou seja pela aplicaccedilatildeo de uma polarizaccedilatildeo entre gate e emissor Tambeacutem para o IGBT o acionamento eacute feito por tensatildeo O IGBT possui uma corrente maacutexima que natildeo deve ser ultrapassada se isso ocorrer natildeo se consegue cortar o IGBT retirando a tensatildeo do Gate A corrente fluiraacute pelo dreno sem controle e isso poderaacute danificar o componente Esse fato eacute conhecido por LatchUp Princiacutepio de funcionamento
A estrutura do IGBT eacute similar agrave do MOSFET mas com a inclusatildeo de uma camada P+ que forma o coletor do IGBT como mostrado na figura abaixo Em termos simplificados pode-se analisar o IGBT como um MOSFET no qual a regiatildeo N- tem sua condutividade modulada pela injeccedilatildeo de portadores minoritaacuterios (lacunas) a partir da regiatildeo P+ uma vez que J1 estaacute diretamente polarizada Esta maior condutividade produz uma menor queda de tensatildeo em comparaccedilatildeo a um MOSFET similar A maacutexima tensatildeo suportaacutevel eacute determinada pela junccedilatildeo J2 (polarizaccedilatildeo direta) e por J1 (polarizaccedilatildeo reversa) Como J1 divide 2 regiotildees muito dopadas conclui-se que um IGBT natildeo suporta tensotildees elevadas quando polarizado reversamente
Figura 19 Estrutura baacutesica de IGBT
A entrada em conduccedilatildeo eacute similar ao MOSFET sendo um pouco mais lenta a queda da tensatildeo Vce uma vez que isto depende da chegada dos portadores vindos da regiatildeo P+ Para o desligamento no entanto tais portadores devem ser retirados Nos TBPs isto se daacute pela drenagem dos portadores via base o que natildeo eacute possiacutevel nos IGBTs devido ao acionamento isolado A soluccedilatildeo encontrada foi a inclusatildeo de uma camada N+ na qual a taxa de recombinaccedilatildeo eacute bastante mais elevada do que na regiatildeo N- Desta forma as lacunas presentes em N+ recombinam-se com muita rapidez fazendo com que por difusatildeo as lacunas existentes na regiatildeo N- refluam apressando a extinccedilatildeo da carga acumulada na regiatildeo N- possibilitando o restabelecimento da barreira de potencial e o bloqueio do componente
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7 - Tiristor
O tiristor e o SCR satildeo facilmente confundidos pois estatildeo relacionados ao mesmo componente Tiristor eacute o nome de uma famiacutelia de componentes da qual o SCR faz parte O SCR eacute um diodo controlado muito utilizado em equipamentos de controle industrial que iremos ver detalhadamente mais tarde Funcionamento de uma forma geral O tiristor eacute um dispositivo semicondutor de quatro camadas de estrutura PNPN com trecircs junccedilotildees PN Tem trecircs terminais Anodo Catodo e Gatilho Os terminais anodo e catodo quando polarizados diretamente soacute comeccedilam a conduzir se receber um comando no terminal gatilho Uma vez conduzindo ele se comportara como um diodo em conduccedilatildeo e natildeo haacute controle sobre o dispositivo Desligamento A corrente de anodo eacute conservada abaixo da corrente de manutenccedilatildeo por um tempo suficiente grande de forma que todos os portadores em excesso nas quatro camadas sejam eliminados ou recombinados
Alguns toacutepicos que devem ser levado em consideraccedilatildeo em projeto de circuitos de controle de gatilho
1- O sinal de gatilho deve ser retirado apoacutes o disparo do tiristor Um sinal contiacutenuo aumentaria a perda de potencia na junccedilatildeo do gatilho
2- Enquanto o tiristor estiver reversamente polarizado natildeo devera haver sinal de gatilho De outra forma o tiristor poderia falhar devido a um aumento de corrente de fuga
3- A largura do pulso de gatilho IG tem que ser maior que o tempo necessaacuterio para a corrente do anodo crescer ateacute o valor da corrente de manutenccedilatildeo IH Na praacutetica a largura do pulso no tiristor TON
Tipos de Tiristores Tiristor de controle de fase SCR Tiristor triodo bidirecional TRIAC Tiristor de desligamento pelo gatilho GTO Tiristor de conduccedilatildeo reversa RCT Tiristor de induccedilatildeo estaacutetica SITH Tiristor de desligamento auxiliado pelo gatilho GATT Retificador controlado de siliacutecio controlado por luz LASCR Tiristores controlados por MOS MCTs
Conversatildeo e o controle de grandes quantidades de potencia em sistemas CC e CA utilizando apenas uma pequena potencia para controle pois apresenta chaveamento raacutepido pequeno porte e altos valores de corrente e tensatildeo
Algumas exemplos de aplicaccedilotildees
bull Controle de reles e motores bull Fontes de tensatildeo regulada bull Inversores CC-CA bull Controle de iluminaccedilatildeo
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71 - Tiristor SCR Siacutembolo
O SCR eacute um dispositivo semicondutor de quatro camadas de estrutura PNPN com trecircs junccedilotildees PN Ele tem trecircs terminais anodo catodo e gatilho como eacute visto na figura abaixo
Figura 20
O SCR tal como um diodo soacute conduz corrente no sentido do anodo para o catodo mas apenas quando lhe aplicamos um sinal de tensatildeo no terminal chamado gatilho este meacutetodo de disparo eacute o mais utilizado para se disparar o SCR Mas existem outras formas de disparo normalmente indesejado e em alguns casos podem destruir o componente
Disparo por sobretensatildeo Quando o SCR estaacute polarizado diretamente e aumenta-se a tensatildeo VAK J1 e J3 estatildeo polarizados diretamente mas J2 estaacute reversamente polarizado veja a figura acima Com o aumento de VAK os portadores satildeo acelerados na junccedilatildeo J2 podendo atingir uma energia tatildeo grande que provocaratildeo o fenocircmeno avalanche Esse fenocircmeno faz com que muitos eleacutetrons choquem-se e saiam das orbitas dos aacutetomos da rede Estando disponiacuteveis para a conduccedilatildeo esses eleacutetrons permitem que a corrente de anodo cresccedila Aumentando a corrente de anodo estabelece-se a realimentaccedilatildeo entre os terminais mantendo o SCR disparado Este tipo de disparo eacute chamado de Tensatildeo de Breakover (VBO) Disparo por variaccedilatildeo de tensatildeo (dvdt) Para que um capacitor armazene carga eleacutetrica eacute necessaacuterio haver uma variaccedilatildeo de tensatildeo(∆v) no capacitor em um intervalo de tempo (∆t) eacute necessaacuterio que circule ainda uma corrente i pelo capacitor quando estas variaccedilotildees satildeo muito pequenas a expressatildeo que relaciona estas grandezas eacute apresentada abaixo
dt
dvCi =
Em um SCR polarizado diretamente J2 estaacute reversamente polarizado Nesta junccedilatildeo existe carga armazenada iacuteons positivos de um lado e iacuteons negativos do outro Isto eacute como um capacitor carregado Assim natildeo havendo pulso no gatilho fechando-se S1 a capacitacircncia de J2 faraacute com que circule uma corrente de gatilho Como esta variaccedilatildeo eacute muito grande a corrente resultante seraacute muito grande Essa
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corrente poderaacute ser suficiente para estabelecer o processo de realimentaccedilatildeo fazendo com que o componente entre em conduccedilatildeo
Figura 21
Esse disparo normalmente indesejado pode ser evitado pela accedilatildeo de um circuito de proteccedilatildeo
chamado snubber esse circuito eacute formado por um resistor em serie com um capacitor colocados em paralelo com o SCR
Figura 22 Circuito snubber colocado em paralelo com o SCR
Os meacutetodos de comutaccedilatildeo ou de bloqueio de um SCR significa cortar a corrente que ele conduz e impedir que ele retorne a conduccedilatildeo A comutaccedilatildeo estaraacute completa quando a corrente no sentido direto for anulado e a reaplicaccedilatildeo de tensatildeo direta entre os terminais catodo e anodo natildeo provocarem o retorno do estado de conduccedilatildeo A comutaccedilatildeo natural ocorre quando se reduz a corrente de anodo a um valor abaixo de IH chamada corrente de manutenccedilatildeo (holding current) o SCR eacute bloqueado Este bloqueio pode ser visto melhor na figura abaixo Com S2 aberto mesmo com S1 fechado o SCR estaacute bloqueado pois natildeo haacute corrente no gatilho Fechando S2 pelo R circula uma corrente de gatilho que eacute suficiente para disparar o SCR Abrindo entatildeo S1 a corrente na lacircmpada anula-se e o SCR bloqueia Outro modo de obter a comutaccedilatildeo natural seria trocar a fonte de tensatildeo continua por uma tensatildeo alternada porem o SCR conduziria somente no semi-ciclo positivo natildeo havendo fluxo de corrente no semi-ciclo negativo
Figura 23 Meacutetodo mais utilizado
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Haacute tambeacutem um outro meacutetodo chamado comutaccedilatildeo forccedilada mais usual em circuitos CC a teacutecnica consiste em desviar a corrente por um caminho de menor impedacircncia a corrente que passa pelo SCR iraacute cair abaixo de IH provocando o bloqueio Como podemos ver no circuito abaixo
Figura 24
Com todas as chaves abertas o SCR estaacute bloqueado e a lacircmpada estaacute apagada Fechando-se a CH1 o circuito da lacircmpada e do SCR estaraacute energizado Como natildeo haacute corrente no gatilho o SCR continuaraacute bloqueado a lacircmpada apagada Quando S2 fechar circulara pelo resistor uma corrente suficiente para alimentar o gatilho do SCR que disparara e acenderaacute a lacircmpada Com a lacircmpada acesa S2 pode se novamente aberta sem que o SCR bloqueie e a lacircmpada se apague Agora fechando S3 naturalmente a lacircmpada natildeo se apagara pois a chave curto-circuitaraacute o SCR ficando a lacircmpada alimentada diretamente pela tensatildeo da fonte Como o SCR real natildeo eacute um curto-circuito toda a corrente da lacircmpada ira passar por S3 e a corrente do SCR cairaacute agrave zero o SCR entatildeo ira bloquear Com o SCR bloqueado abrindo-se a chave S3 a lacircmpada apagara Assim soacute seraacute outra vez acessa se S2 for novamente fechada provocando a corrente de gatilho no SCR Mas tambeacutem pode-se utilizar o SCR em tensatildeo alternada natildeo soacute em tensatildeo contiacutenua abaixo temos um exemplo de circuito com sua forma de onda
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72 - Tiristor TRIAC Siacutembolo O Triac eacute um dispositivo de 5 camadas tendo 2 caminhos P-N-P-N em ambos os sentidos entre o MT1 e MT2 e podendo conduzir nos dois sentidos como nos mostra claramente o seu siacutembolo Eletricamente o Triac equivale a ligaccedilatildeo de dois SCRs em antiparalelo e os terminais de gatilho ligados juntos O Triac pode ser levado a conduccedilatildeo pela aplicaccedilatildeo de uma corrente positiva ou negativa no gatilho embora seja mais sensiacutevel a aplicaccedilatildeo de uma corrente positiva quando MT2 eacute positivo e de uma corrente negativa quando MT1 eacute positivo Um TRIAC pode conduzir em ambos os sentidos e eacute normalmente utilizado em controle de fase CA Ele pode ser considerado como dois SCR conectados em antiparalelo com uma conexatildeo de gatilho comum como mostrado na figura abaixo
Como o TRIAC eacute um dispositivo bidirecional seus terminais natildeo podem ser designados como catodo e anodo Se o terminal MT2 for positivo em relaccedilatildeo ao terminal MT1 o TRIAC pode ser disparado pela aplicaccedilatildeo de um sinal positivo entre os terminais de gatilho G e MT1 Se o terminal MT2 for negativo em relaccedilatildeo a MT1 ele pode ser disparado pela aplicaccedilatildeo de um sinal negativo entre o gatilho G e MT1 Natildeo eacute necessaacuterio que se tenham ambas as polaridades do sinal de gatilho pois um TRIAC pode ser disparado com um sinal tanto positivo quanto negativo Na praacutetica as sensibilidades variam de um quadrante para outro e os triacs normalmente satildeo operados no I quadrante (tensatildeo e correntes de gatilho positivas) ou no quadrante III (tensotildees e correntes de gatilho negativas) como eacute visto na curva caracteriacutestica abaixo
a) Quadrante I VMT2 positivo e IG positivo b) Quadrante II VMT2 negativo e IG positivo c) Quadrante III VMT2 negativo e IG negativo d) Quadrante IV VMT2 positivo e IG negativo
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Entatildeo pode-se dizer que o triac pode fazer o controle de fase em uma carga como no circuito abaixo
Variando o potenciocircmetro R2 podemos disparar o triac em vaacuterios acircngulos da onda como demonstra o graacutefico abaixo
Porem com este circuito eacute impossiacutevel efetuar disparos aleacutem dos 90deg em cada semi-ciclo por exemplo se desejarmos disparar em 25deg que a tensatildeo instantacircnea eacute de Vx e o potenciocircmetro estaacute ajustado com este valor de tensatildeo de rede se utilizar o mesmo raciociacutenio para disparar em 155deg a tensatildeo instantacircnea seraacute a mesma consequumlentemente teraacute a mesmo ajuste do potenciocircmetro que e iraacute disparar em 25deg e natildeo em 155deg A figura abaixo ajuda esclarecer este raciociacutenio
Entatildeo para resolvermos a limitaccedilatildeo no acircngulo de disparo menor ou igual a 90deg eacute associarmos com os resistores jaacute existentes um capacitor como no circuito abaixo formando entatildeo uma rede defasadora
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O valor desta defasagem eacute dada pela equaccedilatildeo τ=(R1+R2)C Variando R2 consegue-se
variar o angula de disparo do Triac Porem como o capacitor nem sempre se carrega apartir de uma tensatildeo fixa natildeo se tem uma regularidade no disparo
Para resolvermos este problema estudaremos o Diac na sequumlecircncia
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8 - Diac Os diacs satildeo diodos de disparo bidirecional composto por trecircs camadas (PNP) com a simples funccedilatildeo de disparar tiristores Sua construccedilatildeo assemelha-se a de um transistor bipolar poreacutem difere na dopagem do cristal N
Seu funcionamento eacute simples Para passar do estado de bloqueio para o estado de conduccedilatildeo eacute preciso ultrapassar a tensatildeo de ruptura (VR) rompendo assim a junccedilatildeo polarizada inversamente podendo a corrente fluir em ambos sentidos
Para voltar ao estado de bloqueio basta remover a tensatildeo por alguns instantes Os diacs servem para controlar o disparo de triacs quando uma tensatildeo de referecircncia chegar a certo valor
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9 - Retificadores a tiristor A estrutura baacutesica de retificadores controlado consiste na mesma metodologia vista anteriormente com diodos porem com esta estrutura somente os semiciclos positivos da fonte de alimentaccedilatildeo seratildeo aplicados na carga quando os SCRs forem disparados Jaacute os semiciclos negativos satildeo omitidos como jaacute estudado anteriormente Agora temos um circuito de controle dos gatilhos dos SCRs mais requintado podendo fazer o controle entre 0deg a 180deg Vamos dar exemplos de montagem dos circuitos para que seja melhor entendido
Retificador monofaacutesico de meia onda
Retificador monofaacutesico de onda completa com ponto meacutedio
Retificador monofaacutesico em ponte completa
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Retificador semi-controlado ou em ponte mista
Retificador trifaacutesico de meia onda
Retificador trifaacutesico de onda completa (Ponte de Graetz)
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10 - PWM Para comeccedilarmos o estudo do PWM que vem do inglecircs Pulse Width Modulation ou seja modulaccedilatildeo
por largura de pulso temos que ter alguns preacute-requisitos em mente Uma maneira tradicional de se controlar a potencia de uma carga eacute atraveacutes de um potenciocircmetro ou reostato em seacuterie com a carga conforme mostra a figura abaixo este tipo de controle eacute denominada linear
Variando-se a resistecircncia do potenciocircmetro pode-se modificar a corrente na carga e portanto a potecircncia aplicada a ela
A grande desvantagem deste tipo de controle eacute que a queda de tensatildeo multiplicada pela corrente no R em seacuterie representa uma potencia na forma de calor Conforme o ajuste deste o controle passa a dissipar mais potencia que a carga
O R tem de ser capaz de dissipar esta potencia sendo assim o seu tamanho fiacutesico cresce proporcionalmente com a sua potencia tornando-se caro Embora este controle seja ateacute intuitivo porem natildeo eacute muito inteligente no que diz respeito de desperdiacutecio de energia Consideremos entatildeo o mesmo circuito soacute trocamos o controle como podemos ver no desenho abaixo
Consideremos ainda que esta chave tem uma accedilatildeo muito raacutepida Quando o interruptor estaacute aberto natildeo haacute corrente na carga e a potecircncia aplicada eacute nula No instante em que o interruptor eacute fechado a carga recebe a tensatildeo total da fonte e a potecircncia aplicada eacute maacutexima
Entatildeo para termos uma potencia de 50 a ideacuteia eacute deixarmos um tempo x com a chave ligada e o mesmo tempo com a chave desligada Isso significa que em meacutedia teremos metade do tempo com corrente e metade do tempo sem corrente concluindo que a potencia ficaraacute em 50
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A potecircncia meacutedia e portanto a proacutepria tensatildeo meacutedia aplicada agrave carga eacute neste caso 50 da tensatildeo de entrada
Veja que o interruptor fechado pode definir uma largura de pulso pelo tempo em que ele fica nesta condiccedilatildeo e um intervalo entre pulsos pelo tempo em que ele fica aberto Os dois tempos juntos definem o periacuteodo e portanto uma frequecircncia de controle
A relaccedilatildeo entre o tempo em que temos o pulso e a duraccedilatildeo de um ciclo completo de operaccedilatildeo do interruptor nos define ainda o ciclo ativo conforme eacute mostrado na figura 5
Variando-se a largura do pulso e tambeacutem o intervalo de modo a termos ciclos ativos diferentes podemos controlar a potecircncia meacutedia aplicada a uma carga Assim quando a largura do pulso varia de zero ateacute o maacuteximo a potecircncia tambeacutem varia na mesma proporccedilatildeo conforme estaacute indicado na figura 6
Este princiacutepio eacute usado justamente no controle PWM modulamos (variamos) a largura do pulso de modo a controlar o ciclo ativo do sinal aplicado a uma carga e com isso a potecircncia aplicada a ela
Na praacutetica substituiacutemos o interruptor por algum dispositivo de estado soacutelido que possa abrir e fechar o circuito rapidamente como por exemplo um transistor bipolar um FET de potecircncia um IGBT ou ateacute mesmo um SCR
A este dispositivo eacute entatildeo ligado um oscilador que possa ter seu ciclo ativo controlado numa grande faixa de valores Na praacutetica eacute difiacutecil chegar agrave duraccedilatildeo zero do pulso e agrave 100 jaacute que isso implicaria na parada do oscilador mas podemos chegar bem perto disso
Na operaccedilatildeo de um controle por PWM existem diversas vantagens a serem consideradas e alguns pontos para os quais o projetista deve ficar atento para natildeo jogar fora estas vantagens
Na condiccedilatildeo de aberto nenhuma corrente circula pelo dispositivo de controle e portanto sua dissipaccedilatildeo eacute nula Na condiccedilatildeo de fechado teoricamente se ele apresenta uma resistecircncia nula a queda de tensatildeo eacute nula e ele natildeo dissipa tambeacutem nenhuma potecircncia
Isso significa que na teoria os controles PWM natildeo dissipam potecircncia alguma e portanto consistem em soluccedilotildees ideais para este tipo de aplicaccedilatildeo
Na praacutetica entretanto isso natildeo ocorre Em primeiro lugar os dispositivos usados no controle natildeo satildeo capazes de abrir e fechar o circuito num tempo infinitamente pequeno Eles precisam de um tempo para mudar de estado e neste intervalo de tempo sua resistecircncia sobe de um valor muito pequeno ateacute infinito e vice-versa numa curva de comutaccedilatildeo semelhante a mostrada na figura 10
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Neste intervalo de tempo a queda de tensatildeo e a corrente atraveacutes do dispositivo natildeo satildeo nulas e uma boa quantidade de calor poderaacute ser gerada conforme a carga controlada Dependendo da frequecircncia de controle e da resposta do dispositivo usado uma boa quantidade de calor poderaacute ser gerada neste processo de comutaccedilatildeo
Entretanto mesmo com este problema a potecircncia gerada num controle PWM ainda eacute muito menor do que num circuito de controle linear equivalente Transistores de comutaccedilatildeo raacutepidos FETs de potecircncia e outros componentes de chaveamento podem ser suficientemente raacutepidos para permitir que projetos de controles de potecircncias elevadas sejam implementados sem a necessidade de grandes dissipadores de calor ou que tenham problemas de perdas de energia por geraccedilatildeo de calor que possam ser preocupantes
O segundo problema que poderaacute surgir vem justamente do fato de que os transistores de efeito de campo ou bipolares usados em comutaccedilatildeo natildeo se comportam como resistecircncias nulas quando saturados Os transistores bipolares podem apresentar uma queda de tensatildeo de ateacute alguns volts quando saturados o mesmo ocorrendo com os FETs
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11 - Soft-Starter
Soft start eacute um dispositivo eletrocircnico composto de pontes tiristorizadas a fim de controlar a corrente de partida de motores de corrente alternada trifaacutesicos o controle da tensatildeo reduzida eacute feita ajustando-se o acircngulo de disparo de um par de SCRs dispostos em antiparalelo em cada fase do motor A medida que a tensatildeo vai aumentando a corrente aumenta para acelerar a carga de uma maneira suave e sem degraus Seu uso eacute comum em bombas centriacutefugas ventiladores e motores de elevada potecircncia cuja aplicaccedilatildeo natildeo exija a variaccedilatildeo de velocidade
A vantagem desta teacutecnica sobre as alternativas de custo baixo eacute a possibilidade de ajustarmos o torque do motor as necessidades de torque da carga
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12 - Inversores
Introduccedilatildeo A obtenccedilatildeo de uma tensatildeo alternada a partir de uma fonte CC eacute muitas vezes necessaacuteria para a
alimentaccedilatildeo de diversas cargas Os conversores que realizam a transformaccedilatildeo CC-CA satildeo chamados de inversores Como exemplos de aplicaccedilotildees pode-se citar o controle de velocidade de motores de corrente alternada fontes de alimentaccedilatildeo ininterrupta (no-break) entre varias outras aplicaccedilotildees
Qualquer sistema no qual o fornecimento da energia eleacutetrica natildeo pode ser interrompido deve prever uma fonte de emergecircncia para supri-lo Quando a potecircncia instalada eacute muito grande tem-se em geral um sistema de acionamento imediato alimentado a partir de baterias e um sistema motor-gerador que por necessitar de alguns minutos para estar em condiccedilotildees ideais de operaccedilatildeo natildeo pode ser usado de imediato Tal arranjo eacute usado por exemplo em centrais telefocircnicas hospitais etc Topologias Baacutesicas
Inversor Monofaacutesico em Ponte A estrutura do inversos monofaacutesico em ponte alimentando carga resistiva estaacute representado na
Figura abaixo
As formas de onda de interesse satildeo apresentadas na figura abaixo Com S1 e S4 em conduccedilatildeo a
tensatildeo na carga eacute igual a E quando S2 e S3 estatildeo em conduccedilatildeo ela torna-se igual a -E
Quando a carga for indutiva devem ser adicionados a estrutura do circuito mostrado acima os
diodos de circulaccedilatildeo D1 D2 D3 e D4 como indica a figura abaixo Observe que com carga indutiva a fonte E deve ser reversiacutevel em corrente
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Etapas de funcionamento do inversor em ponte alimentando carga indutiva
Inversor Monofaacutesico em Ponto Meacutedio Este circuito representado na figura abaixo emprega apenas um braccedilo sendo desse modo mais
simples de ser comandado que o inversor em ponte porem a sua desvantagem eacute a tensatildeo de saiacuteda ser a metade
Inversor Monofaacutesico em Ponte
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13 - Dissipadores
A circulaccedilatildeo de corrente eleacutetrica por qualquer elemento provoca uma dissipaccedilatildeo de potecircncia igual ao produto do quadrado da corrente pela resistecircncia do circuito O objetivo eacute estabelecer criteacuterios para o dimensionamento de sistemas de dissipaccedilatildeo do calor produzido por componentes eletrocircnicos especialmente semicondutores de potecircncia (diodostransistores tiristores etc) buscando a proteccedilatildeo de tais componentes tendo como meta fundamental a elevada confiabilidade dos equipamentos nos quais os dispositivos satildeo empregados Deve-se buscar reduccedilatildeo de volume peso e custos
Caacutelculo da Potecircncia Dissipada
O caacutelculo da potecircncia dissipada deve ser feito via de regra pelo produto da tensatildeo pela corrente sobre o dispositivo em questatildeo
Comportamento em regime permanente potecircncia meacutedia
Nos dispositivos semicondutores de potecircncia o calor decorrente do efeito Joule eacute produzido na pastilha semicondutora fluindo daiacute para ambientes mais frios como o encapsulamento do dispositivo e o ambiente Este fluxo de calor depende de fatores como o gradiente de temperatura e as caracteriacutesticas teacutermicas dos meios e materiais envolvidos Define-se a grandeza ldquoresistecircncia teacutermicardquo como uma medida da dificuldade do fluxo de calor entre 2 meios ∆T diferenccedila de temperatura entre regiotildees de transferecircncia de calor P potecircncia meacutedia dissipada h coeficiente de transferecircncia de calor A aacuterea envolvida na transferecircncia de calor
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ANALOGIA COM CIRCUITO ELEacuteTRICO Em geral se faz uma analogia com um circuito eleacutetrico sendo a potecircncia meacutedia representada por uma fonte de corrente As temperaturas nos ambientes indicados (junccedilatildeo caacutepsula ambiente) satildeo anaacutelogas agraves tensotildees nos respectivos noacutes enquanto as resistecircncias teacutermicas satildeo as proacuteprias resistecircncias do modelo
Tj=Temperatura da junccedilatildeo Rtjc=Resistecircncia teacutermica entre junccedilatildeo e encapsulamento Tc=temperatura do encapsulamento Rtca=Resist Term Entre encapsulamento e ambiente Rtcd=Resist Entre encapsulament e dissipador Rtda=Resist Teacutermica entre dissipador e ambiente Partindo do anaacutelogo eleacutetrico chegamos a seguinte equaccedilatildeo tiacutepica Tj = Ta + P (Rtjc + Rtca) Exemplo 1 P = 20 W Rtjc = 2degCW Rtca = 10degCW Ta = 40degC Tjmax = 120degC Tc = Ta + P Rtca = 240degC Tj = Tc + P Rtjc = 280degC
Dissipadores de calor Considerando que natildeo seja possiacutevel reduzir a potecircncia meacutedia dissipada a alternativa para a proteccedilatildeo do semicondutor eacute colocar um dispositivo de baixa resistecircncia teacutermica entre o encapsulamento e o ambiente A este elemento colocado junto ao encapsulamento se diz ldquodissipador de calorrdquo Caracteriacutesticas dos dissipadores As principais caracteriacutesticas estatildeo relacionadas com dimensotildees e especialmente agrave sua superfiacutecie de contato com o ambiente Em geral estes dispositivos satildeo construiacutedos em alumiacutenio dada sua boa condutividade teacutermica (condiccedilatildeo indispensaacutevel) baixo custo e peso A figura mostra perfis tiacutepicos de dissipadores A utilizaccedilatildeo de grande nuacutemero de aletas eacute para aumentar a aacuterea de troca de calor A resistecircncia teacutermica para uma placa plana quadrada pode ser aproximadamente dada por
λ condutacircncia teacutermica (a 77o C) [W(oCcm)] W espessura do dissipador [mm]
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A aacuterea do dissipador [cm2] Cf fator de correccedilatildeo devido agrave posiccedilatildeo e tipo de superfiacutecie Na tabela abaixo satildeo dados alguns valores para os coeficientes da foacutermula O fator Cf varia com a posiccedilatildeo do dissipador sendo preferiacutevel uma montagem vertical agrave horizontal por criar um efeito ldquochamineacuterdquo Dissipadores pretos satildeo melhores irradiadores de calor que aqueles com superfiacutecie brilhante
Comportamento em regime transitoacuterio potecircncia de pico Quando a potecircncia dissipada no semicondutor consiste de pulsos de potecircncia eacute preciso verificar a proteccedilatildeo do componente em relaccedilatildeo aos picos de dissipaccedilatildeo Durante a ocorrecircncia do pico de potecircncia ocorre a elevaccedilatildeo da temperatura da junccedilatildeo embora natildeo ocorra variaccedilatildeo nas temperaturas do encapsulamento e do dissipador (que dependem da potecircncia meacutedia) devido agrave maior capacidade teacutermica da caacutepsula e especialmente do dissipador Tal capacidade teacutermica relaciona-se com o tipo de material utilizado e seu volume Na analogia eleacutetrica utilizada anteriormente ela se comporta como uma capacitacircncia O caacutelculo da temperatura da junccedilatildeo em tal regime transitoacuterio eacute feito utilizando uma grandeza chamada ldquoimpedacircncia teacutermicardquo Ztjc que leva em consideraccedilatildeo a capacidade teacutermica da junccedilatildeo Exemplo 2 Rtjc = 2deg CW Rtca = 5deg CW Rtcd = 2deg CW Rtda = 3deg CW Ztjc = 005deg CW Tjmax = 150deg C Ta = 40deg C P = 20W Pp = 1000W
Tj = 130 oC (o componente estaacute protegido em relaccedilatildeo agrave potecircncia meacutedia) Tc = 90 oC Tj = Tc + Pp Ztjc = 140 oC
Caacutelculo dos Dissipadores
bull A temperatura de trabalho da junccedilatildeo deve ser 20 a 30 menor que seu valor maacuteximo para permitir a proteccedilatildeo do componente sem super-dimensionar o dissipador middot Para ambientes nos quais natildeo se faccedila um controle riacutegido da temperatura deve-se usar uma temperatura ambiente de 40oC
bull Caso o dissipador fique dentro de algum bastidor ou caixa na qual a temperatura possa se elevar acima dos 40oC deve-se considerar sempre a maacutexima temperatura do ar com o qual o dissipador troca calor Eacute conveniente agrave falta de maiores informaccedilotildees utilizar o valor de 40oC e verificar apoacutes a entrada em operaccedilatildeo do protoacutetipo a verdadeira temperatura ambiente
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bull Deve-se verificar a necessidade do uso de isoladores (mica teflon ou mylar) e natildeo desconsiderar suas resistecircncias teacutermicas middot O emprego de pastas teacutermicas eacute sempre recomendado e se deve considerar tambeacutem sua resistecircncia teacutermica
b) No transitoacuterio
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Apecircndice A
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Laboratoacuterio 1
Diodo Ache os componentes em sucatas e monte o circuito abaixo em placa de circuito impresso corroiacuteda Lista de material
4 Diodos 1N4007 2 Capacitores 330uF200V 2 Resistores 150K 18W 1 Suporte p lacircmpada 1 Lacircmpada 40W220V 1 Conector p placa de 2 bornes 6 Chaves HH 1 Rabicho com plugue Placa p circuito impresso virgem (fibra fenolite perfurada) Caneta retro projetor ou esmalte p unhas Palha de accedilo ou acetona e pedaccedilo de pano Soluccedilatildeo de percloreto de ferro Estanho em fio
Obs Colocar o seu nome no lado do cobre a caneta ou esmalte antes da corrosatildeo
Montado na placa o circuito acima e testado fazer os seguintes exerciacutecios 1 ndash Com o interruptor Ch7 ligado os interruptores Ch3 Ch4 Ch5 e Ch6 desligados e os interruptores Ch1 e Ch2 na posiccedilatildeo 1 faccedila a seguinte medida meccedila com o osciloscoacutepio colocando a garra jacareacute onde aparece o GND e o pinccedila no ponto 1 de forma que apareccedila somente o semi-ciclo positivo na tela tambeacutem reproduza abaixo a forma de onda encontrada e registre onde a posiccedilatildeo do zero O aparelho ajustado da seguinte forma O botatildeo de tempodivisatildeo em 5mS O botatildeo tensatildeodivisatildeo ajustado em 5V A ponteira ajustada em X10
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2 ndash Permanecendo o interruptor Ch7 ligado Ch5 e Ch6 desligados poreacutem Ch1 e Ch2 na posiccedilatildeo 2 e Ch3 e Ch4 ligados faccedila novamente a medida e reproduza na tela abaixo a forma de onda
3 - Permanecendo o interruptor Ch7 ligado Ch3 Ch4 Ch5 e Ch6 agora ligados e Ch1 e Ch2 na posiccedilatildeo 2 faccedila novamente a medida e reproduza na tela abaixo a forma de onda
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4 ndash O que aconteceu com a potecircncia (brilho) da lacircmpada Com circuito configurado como no exerciacutecio 1 e exerciacutecio 3 (aumentou ou diminuiu) Porque ocorreu isto _____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
5 ndash Qual eacute a nova potecircncia da lacircmpada Provar por meio de caacutelculos 6 ndash Por fim com o circuito configurado como no exerciacutecio 3 coloque uma lacircmpada de maior potecircncia e visualize o ripple novamente com o osciloscoacutepio explique o que ocorreu _____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
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Laboratoacuterio 2 TRANSISTOR BIPOLAR (BJT)
Os transistores de potecircncia apresentam caracteriacutesticas de chaveamento controlado Os transistores utilizados como elementos de chaveamento operam na regiatildeo de saturaccedilatildeo apresentando uma baixa queda de tensatildeo de conduccedilatildeo (VCE=0V) (VBE=13V)
Este laboratoacuterio tem o objetivo de fazer um retificador e filtro diretamente da rede alternada com componentes retirados de fontes chaveadas de computadores apoacutes o estaacutegio de retificaccedilatildeo e filtro faremos funcionar uma lacircmpada incandescente de 220 volts corrente alternada em corrente contiacutenua com o auxiacutelio de um transistor de potencia tambeacutem retirado das mesmas fontes
Calcule o R1 e monte o circuito e apoacutes responda as questotildees
Pinos 1 ndash Base 2 ndash Coletor 3 ndash Emissor
Alguns transistores encontrados em fontes chaveadas de computador Transistor VCE (V) Ic (A) β MJE13007 400 8 5
2SC4106 400 7 10
2SC5027 800 3 8
2SC5353 800 3 15
2SC2335 400 7 10
2SC4242 400 7 10
2SC5763 400 7 10
1 ndash Escolha o transistor e faccedila o calculo para descobrir R1 e depois monte o circuito Transistor escolhido ______________
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2 ndash Meccedila a corrente no ponto 1 e compare com o calculado Faccedila as observaccedilotildees necessaacuterias
Corrente no ponto (1)
Calculado
Medido _____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
3 ndash Por que existem os resistores em paralelo com os capacitores
_____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
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Laboratoacuterio 3
TRANSISTOR EFEITO DE CAMPO (FET) O transistor de potecircncia MOSFET eacute um dispositivo de tensatildeo controlada e necessita apenas de tensatildeo no gatilho A velocidade de chaveamento eacute muito alta (nanosegundos) MOSFETrsquos de potecircncia satildeo utilizados em conversores de baixa potecircncia e alta frequumlecircncia Estes transistores apresentam problemas de descargas eletrostaacuteticas necessitando de cuidados especiais Este experimento tem como objetivo mostrar o funcionamento de Mosfets em uma aplicaccedilatildeo pratica para tanto montaremos o circuito abaixo
Pinagem 1 ndash GATE 2 ndash DRAIN 3 ndash SOURCE
Alguns transistores encontrados no comeacutercio
Transistor Tensatildeo Vds(V) Corrente Id (A)
IRF840 500 85 IRF740 400 10
1 ndash Meccedila a corrente no ponto 1 Corrente no ponto 1 ______________ No ponto 2 coloque 1deg o multiacutemetro antes de ligar o circuito Meccedila a corrente no ponto 2 Corrente no ponto 2 ______________ Por que isto ocorre 2 ndash Calcule a corrente que passa entre os resistores E compare com os valores medidos e faccedila as observaccedilotildees necessaacuterias
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Laboratoacuterio 4
SCR E TRIAC
Este laboratoacuterio tem o objetivo de comprovar o funcionamento do componente SCR e TRIAC e diferenciaacute-los 1
A - Primeiramente ligue a chave 1 mantendo a chave 2 desligada o que ocorre _____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
B ndash Mantendo ligada a chave 1 ligue a chave 2 por um breve intervalo de tempo e desligue-a O que acontece Justifique sua resposta _____________________________________________________________________________________ _____________________________________________________________________________________ 2
C ndash Faccedila a mesma sequumlecircncia usada nas questotildees A e B Sequumlecircncia da questatildeo A________________________________________________________________
Sequumlecircncia da questatildeo B_________________________________________________________________
D - Faccedila as consideraccedilotildees comparando os circuitos 1 e 2
_____________________________________________________________________________________ _____________________________________________________________________________________
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3
E ndash Faccedila um comentaacuterio sobre a omissatildeo das chaves _____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
4
F - Comente os circuitos 3 e 4 haacute alguma diferenccedila no brilho da lacircmpada
_____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
Pinos do SCR e BTA 1 ndash Catodo A2 2 ndash Anodo A1 3 ndash Gatilho
Alguns SCRs encontrados no comeacutercio
Tiristor
Tensatildeo Vds(V)
Corrente Id (A)
BT151 500 85 TIC106 400 10
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Laboratoacuterio 5
DIAC E TRIAC O objetivo eacute montar o circuito abaixo e visualizar com o osciloscoacutepio a forma de onda em cima da carga no nosso caso a lacircmpada enquanto varia o potenciocircmetro
Pinagem 1 ndash A1 2 ndash A2 3 ndash G Alguns triacs encontrado no comeacutercio BTA08 ndash 8A BTA26 ndash 26A MAC224 ndash 40A TIC226 ndash 8A
Coloque a ponteira em cima da carga e deixe o potenciocircmetro no meio do curso e reproduza na tela abaixo Registre o ajuste que foi feito no osciloscoacutepio para aparecer o meio ciclo superior na tela
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Laboratoacuterio 6
PWM Este circuito eacute simples com o famoso CI 555 para gerar o sinal PWM Controlando uma carga que conseguimos observar o estaacute acontecendo
1 ndash Qual a frequumlecircncia gerada do sinal PWM _______________________________________________________________________________
_______________________________________________________________________________
2 ndash O que acontece com a lacircmpada quando varia o potenciocircmetro
_______________________________________________________________________________
_______________________________________________________________________________
3 ndash Trocando o capacitor de 100nF por um de 10nF qual seraacute a nova frequumlecircncia
_______________________________________________________________________________
_______________________________________________________________________________
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Laboratoacuterio 7
INVERSOR Este circuito eacute o conceito baacutesico do princiacutepio de funcionamento de um inversor que eacute capaz de gerar uma tensatildeo alternada a partir de uma tensatildeo contiacutenua
1 ndash O motor estaacute girando _____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
2 ndash Caso afirmativo na primeira pergunta coloque a ponteira do osciloscoacutepio em um dos terminais do motor e a garra jacareacute no terra e meccedila a frequumlecircncia _____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
3 ndash O que estaacute acontecendo com o motor em suas caracteriacutesticas fiacutesicas Mudou a velocidade estaacute aquecendo estaacute trepidando etc _____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
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Apendice B
Coacutedigo de resistores
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Capacitores ceracircmicos
O valor do capacitorB eacute de 3300 pF (picofarad = 10-12 F) ou 33 nF (nanofarad = 10-9 F) ou 00033 microF (microfarad =
10-6 F) No capacitor A devemos acrescentar mais 4 zeros apoacutes os dois primeiros algarismos O valor do capacitor que se lecirc 104 eacute de 100000 pF ou 100 nF ou 01microF
O aparecimento de uma letra maiuacutescula ao lado dos nuacutemeros Esta letra refere-se a toleracircncia do capacitor ou seja o quanto que o capacitor pode variar de seu valor em uma temperatura padratildeo de 25deg C A letra J significa que este capacitor pode variar ateacute plusmn5 de seu valor a letra K = plusmn10 ou M = plusmn20 Segue na tabela abaixo os coacutedigos de toleracircncias de capacitacircncia
Ateacute 10pF Coacutedigo Acima de 10pF
plusmn01pF B
plusmn025pF C
plusmn05pF D
plusmn10pF F plusmn1
G plusmn2
H plusmn3
J plusmn5
K plusmn10
M plusmn20
S -50 -20
Z +80 -20
ou +100 -20
P +100 -0
O coeficiente de temperatura TC que define a variaccedilatildeo da capacitacircncia dentro de uma determinada faixa de temperatura O TC eacute normalmente expresso em ou ppmdegC ( partes por milhatildeo degC ) Eacute usado uma sequumlecircncia de letras ou letras e nuacutemeros para representar os coeficientes Observe o desenho abaixo
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Na tabela abaixo estatildeo mais alguns coeficientes de temperatura e as toleracircncias que satildeo muito utilizadas por diversos fabricantes de capacitores
Coacutedigo Coeficiente de temperatura NPO -0plusmn 30ppmdegC N075 -75plusmn 30ppmdegC N150 -150plusmn 30ppmdegC N220 -220plusmn 60ppmdegC N330 -330plusmn 60ppmdegC N470 -470plusmn 60ppmdegC N750 -750plusmn 120ppmdegC N1500 -1500plusmn 250ppmdegC N2200 -2200plusmn 500ppmdegC N3300 -3300plusmn 500ppmdegC N4700 -4700plusmn 1000ppmdegC N5250 -5250plusmn 1000ppmdegC P100 +100plusmn 30ppmdegC
Outra forma de representar coeficientes de temperatura eacute mostrado abaixo Eacute usada em capacitores que se caracterizam
pela alta capacitacircncia por unidade de volume (dimensotildees reduzidas) devido a alta constante dieleacutetrica sendo recomendados para aplicaccedilatildeo em desacoplamentos acoplamentos e supressatildeo de interferecircncias em baixas tensotildees
Os coeficientes satildeo tambeacutem representados exibindo sequumlecircncias de letras e nuacutemeros como por exemplo X7R Y5F e Z5U Para um capacitor Z5U a faixa de operaccedilatildeo eacute de +10degC que significa Temperatura Miacutenima seguido de +85degC que significa Temperatura Maacutexima e uma variaccedilatildeo Maacutexima de capacitacircncia dentro desses limites de temperatura que natildeo ultrapassa -56 +22
Veja as trecircs tabelas abaixo para compreender este exemplo e entender outros coeficientes
Temperatura Miacutenima
Temperatura Maacutexima
Variaccedilatildeo Maacutexima de Capacitacircncia
X -55degC Y -30degC Z +10degC
2 +45degC 4 +65degC 5 +85degC 6 +105degC 7 +125degC
A plusmn10 B plusmn15 C plusmn22 D plusmn33 E plusmn47 F plusmn75 P plusmn10 R plusmn15 S plusmn22 T -33 +22 U -56 +22 V -82 +22
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Capacitores de filme plaacutestico
O desenho ao lado mostra capacitores que tem os seus valores impressos em nanofarad (nF) = 10-9F Quando aparece no capacitor uma letra n minuacutescula como um dos tipos apresentados ao lado por exemplo 3n3 significa que este capacitor eacute de 33nF No exemplo o n minuacutesculo eacute colocado ao meio dos nuacutemeros apenas para economizar uma viacutergula e evitar erro de interpretaccedilatildeo de seu valor
Capacitores de Ceracircmica Multicamada
Capacitores de Polieacutester Metalizado usando coacutedigo de cores
A tabela abaixo mostra como interpretar o coacutedigo de cores dos capacitores abaixo No capacitor A as 3 primeiras cores satildeo laranja laranja e laranja correspondem a 33000 equivalendo a 33 nF A cor branca logo adiante eacute referente a plusmn10 de toleracircncia E o vermelho representa a tensatildeo nominal que eacute de 250 volts
1ordf Algarismo 2ordf Algarismo 3ordf Ndeg de zeros 4ordf Toleracircncia 5ordf Tensatildeo
PRETO 0 0 - plusmn 20 -
MARROM 1 1 0 - -
VERMELHO 2 2 00 - 250V
LARANJA 3 3 000 - -
AMARELO 4 4 0000 - 400V
VERDE 5 5 00000 - -
AZUL 6 6 - - 630V
VIOLETA 7 7 - - -
CINZA 8 8 - - -
BRANCO 9 9 - plusmn 10 -
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Apecircndice C
Osciloscoacutepio Geralmente os osciloscoacutepios tecircm os controles e entradas que podem ser divididos em cinco grupos
1 ndash Controle da fonte de alimentaccedilatildeo 2 ndash Controles de ajuste do traccedilo ou ponto na tela 3 ndash Controles e entrada de atuaccedilatildeo vertical 4 ndash Controles e entrada de atuaccedilatildeo horizontal 5 ndash Controles de entrada de sincronismo
1 - CONTROLE DA FONTE DE ALIMENTACcedilAtildeO 11 - INTERRUPTOR Sua funccedilatildeo eacute interromper ou estabelecer a corrente no primaacuterio do transformador de fora Sua atuaccedilatildeo normalmente eacute acompanhada por uma lacircmpada piloto que serve de aviso visual sobre a situaccedilatildeo do circuito (ligado ou desligado) Normalmente este interruptor se encontra acoplado junto do potenciocircmetro de controle de brilho 12 - COMUTADOR DE TENSAtildeO Sua funccedilatildeo eacute selecionar a tensatildeo de funcionamento do osciloscoacutepio (127 220V) Permite utilizar o instrumento sem a necessidade de recorrer a um transformador abaixador ou elevador de tensatildeo (geralmente o acesso deste comutador eacute visto na parte de traz do aparelho) 2 - CONTROLES DE AJUSTE DO TRACcedilO OU PONTO NA TELA 21 - BRILHO OU LUMINOSIDADE Eacute o controle que ajusta a luminosidade do ponto ou do traccedilo O controle do brilho eacute feito por meio de um potenciocircmetro situado no circuito da grade de controle do TRC mediante o qual se regula o potencial desta grade (deve-se evitar o uso de brilho excessivo sob pena de se danificar a tela) 22 - FOCO Eacute o controle que ajusta a nitidez do ponto ou traccedilo luminoso O ajuste do foco eacute conseguido mediante a regulagem de um potenciocircmetro que regula a polarizaccedilatildeo do eletrodo de enfoque O foco deve ser ajustado de forma a se obter um traccedilo fino e niacutetido na tela (estes ajustes de brilho e de foco satildeo ajustes baacutesicos que devem ser feitos sempre que se for usar o osciloscoacutepio)
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23 - ILUMINACcedilAtildeO DA RETIacuteCULA Permite que se ilumine o quadriculado ou as divisotildees na tela 3 - CONTROLES E ENTRADA DE ATUACcedilAtildeO VERTICAL 31 - ENTRADA DE SINAL VERTICAL Nesta entrada eacute conectada a ponta de prova do osciloscoacutepio As variaccedilotildees de tensatildeo aplicadas nesta entrada aparecem sob forma de figura na tela 32 - CHAVE DE SELECcedilAtildeO DE MODO DE ENTRADA (CA-CC) Esta chave eacute selecionada de acordo com o tipo de forma de onda a ser observada Em alguns osciloscoacutepios esta chave possui trecircs posiccedilotildees (CA-0-CC ou AC-GND-DC) Esta posiccedilatildeo adicional eacute usada para a realizaccedilatildeo de ajustes do traccedilo do osciloscoacutepio em algumas situaccedilotildees Por exemplo quando se deseja Uma referecircncia na tela 33 - CHAVE SELETORA DE GANHO (VDiv) Esta chave permite que se aumente ou que se diminua a amplitude de projeccedilatildeo na tela do osciloscoacutepio (altura da imagem) 34 - POSICcedilAtildeO VERTICAL Permite movimentar a imagem para cima ou para baixo na tela A movimentaccedilatildeo natildeo interfere na forma da figura projetada na tela 4 - CONTROLES DE ATUACcedilAO HORIZONTAL 41 - CHAVE SELETORA DE BASE DE TEMPO Eacute o controle que permite variar o tempo de deslocamento horizontal do ponto na tela Atraveacutes deste controle eacute possiacutevel reduzir ou ampliar horizontalmente na tela a figura nela projetada Em alguns osciloscoacutepios esta chave seletora tem uma posiccedilatildeo identificada como EXT (externa) o que possibilita que o deslocamento horizontal pode ser controlado por circuito externo ao osciloscoacutepio atraveacutes de uma entrada especiacutefica Quando a posiccedilatildeo externa eacute selecionada natildeo haacute formaccedilatildeo do traccedilo na tela obtendo-se apenas um ponto 42 - POSICcedilAtildeO HORIZONTAL Eacute o ajuste que permite controlar horizontalmente a forma de onda na tela Girando o controle de posiccedilatildeo horizontal para a direita o traccedilo move-se horizontalmente para a direita e vice-versa Assim como o controle de posiccedilatildeo vertical o controle de posiccedilatildeo horizontal natildeo interfere na forma da figura projetada na tela
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5 - CONTROLES E ENTRADA DE SINCRONISMO (TRIGGER) Satildeo controles que se destinam a fixar a imagem na tela Estes controles satildeo utilizados principalmente na observaccedilatildeo de sinais alternados Os controles de sincronismo satildeo Chave seletora de fonte de sincronismo Chave de modo de sincronismo Controle de niacutevel de sincronismo 51 - CHAVE SELETORA DE FONTE DE SINCRONISMO Seleciona onde seraacute tomada o sinal de sincronismo para fixar a imagem na tela do osciloscoacutepio Normalmente esta chave possui trecircs posiccedilotildees pelo menos POSICcedilAtildeO CH1 O sincronismo eacute controlado pelo sinal aplicado ao canal 1 POSICcedilAtildeO REDE Realiza o sincronismo com base na frequecircncia da rede de alimentaccedilatildeo do osciloscoacutepio (60Hz) Nesta posiccedilatildeo consegue-se facilmente sincronizar na tela sinais aplicados na entrada vertical que sejam obtidos a partir da rede eleacutetrica POSICcedilAtildeO EXTERNO Na posiccedilatildeo externo o sincronismo da figura eacute obtido agrave partir de outro equipamento externo conectado ao osciloscoacutepio O sinal que controla o sincronismo na posiccedilatildeo externo eacute aplicado a entrada de sincronismo 52 - CHAVE DE MODO DE SINCRONISMO Normalmente esta chave tem duas ou trecircs posiccedilotildees AUTO Nesta posiccedilatildeo o osciloscoacutepio realiza o sincronismo automaticamente com base no sinal selecionado pela chave seletora de fonte de sincronismo NORMAL + O sincronismo eacute positivo ajustado manualmente pelo controle de niacutevel de sincronismo (TRIGGER) de modo que o primeiro pico que apareccedila na tela seja o positivo NORMAL - O sincronismo eacute negativo tambeacutem ajustado manualmente entretanto o primeiro pico a aparecer eacute o negativo 53 - CONTROLE DE NIacuteVEL DE SINCRONISMO (TRIGGER) Eacute um controle manual que permite o ajuste do sincronismo quando natildeo se consegue um sincronismo automaacutetico Tem atuaccedilatildeo nas posiccedilotildees NORMAL + e NORMAL - OBSERVACcedilAtildeO Para se realizar leituras eacute necessaacuterio sincronizar a figura na tela II - ENTRADA E CONTROLE DO OSCILOSCOacutePIO DUPLO TRACcedilO O osciloscoacutepio de duplo traccedilo possui alguns controles que satildeo comuns aos dois traccedilos e outros que satildeo individuais Os controles de brilho foco base de tempo e de posiccedilatildeo horizontal satildeo controles que satildeo comuns aos dois traccedilos Basicamente os controles individuais situam-se nas entradas e controles do vertical nos controles e entrada de sincronismo ENTRADAS E CONTROLES DO VERTICAL Para que se possa observar dois sinais simultaneamente eacute necessaacuterio que se aplique uma tensatildeo em cada uma das entradas verticais O osciloscoacutepio duplo traccedilo dispotildee de dois grupos de controles verticais Um grupo para o canal A ou canal 1 (CH1) Um grupo para o canal B ou canal 2 (CH2) Cada grupo controla um dos sinais na tela (amplitude posiccedilatildeo vertical etc) Geralmente satildeo iguais Cada canal dispotildee de Entrada Vertical Chave Seletora CA-O-CC Chave Seletora de ganho vertical (DDiv) Posiccedilatildeo vertical Um osciloscoacutepio de duplo traccedilo pode ainda ser utilizado como sendo um osciloscoacutepio de traccedilo simples Uma chave seletora permite que se possa selecionar cada canal individualmente ou os dois simultaneamente Esta chave possui pelo menos trecircs posiccedilotildees CH1
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CH2 DUAL Na posiccedilatildeo CH1 apareceraacute apenas a imagem na tela que estiver sendo aplicada na entrada vertical do canal 1 Na posiccedilatildeo CH2 apareceraacute apenas a imagem na tela que estiver sendo aplicada na entrada vertical do canal 2 Na posiccedilatildeo DUAL aparecem as duas imagens Em osciloscoacutepios mais sofisticados esta chave pode possuir mais posiccedilotildees de modo a permitir outras alternativas de uso CONTROLES DE SINCRONISMO Realizam as mesmas funccedilotildees do osciloscoacutepio traccedilo simples que eacute a de fixar a imagem na tela O que diferencia eacute o fato de que na chave seletora de fonte existe uma posiccedilatildeo adicional de modo a poder sincronizar a figura PONTAS DE PROVA As pontas de prova satildeo utilizadas para interligar o osciloscoacutepio aos pontos de medida
Uma das extremidades da ponta de prova eacute conectada a uma das entradas do osciloscoacutepio atraveacutes de um conector e a extremidade livre serve para conexatildeo aos pontos de medida A extremidade livre possui uma garra jacareacute denominada de terra da ponta de prova que deve ser conectada ao terra do circuito e uma ponta de entrada de sinal que deve ser conectada no ponto que se deseja medir Existem dois tipos de ponta de prova ponta de prova 11 ponta de prova 101 A ponta de prova 11 se caracteriza por aplicar agrave entrada do osciloscoacutepio a mesma tensatildeo ou forma de onda que eacute aplicada a ponta de mediccedilatildeo A ponta de prova 101 entrega ao osciloscoacutepio apenas a deacutecima parte da tensatildeo aplicada a ponta de mediccedilatildeo As pontas de prova 101 permitem que o osciloscoacutepio consiga observar tensotildees dez vezes maior que a sua capacidade Por exemplo Um osciloscoacutepio que permite a leitura de tensotildees de 50V com ponta de prova 11 com ponta de prova 101 poderaacute medir tensotildees de ateacute 500V (10x50V) Existem pontas de prova que dispotildee de um botatildeo onde se pode selecionar 101 ou 11 Obs Quando natildeo se tem total certeza da grandeza da tensatildeo envolvida eacute aconselhaacutevel iniciar a mediccedilatildeo com o posiccedilatildeo 101
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Bibliografia
1 Dispositivos semicondutores tiristores controle de potecircncia em CC e CA 1996 - ALMEIDA Joseacute Luiz Antunes de Satildeo Paulo Eacuterica 1996 150 p
2 Dispositivos semicondutores diodos e transistores 1996 MARQUES Angelo Eduardo B
CHOUERI JUacuteNIOR Salomatildeo CRUZ Eduardo Cesar Alves Satildeo Paulo Eacuterica 1996 389 p
3 Anaacutelise e projeto de fontes chaveadas MELLO Luiz Fernando P de Satildeo Paulo Eacuterica 1996 487 p
4 Eletrocircnica de potecircncia circuitos dispositivos e aplicaccedilotildees 1999 RASHID Muhammad H Satildeo Paulo Makron Books 1999 828 p
5 Eletrocircnica de potecircncia 1994 - PALMA Guilherme Rebouccedilas da Satildeo Paulo Eacuterica 1994 259 p
6 Dispositivos eletrocircnicos e teoria de circuitos - 8 ed 2004 -
BOYLESTAD Robert L NASHELSKY Louis CAMARGO Joseacute Bueno de NASCIMENTO Joseacute Lucimar do PERTENCE JUNIOR Antonio (Coord) Satildeo Paulo Pearson Prentice Hall 2004 672 p
7 Rodrigues Isac Zilli Notas de aula da disciplina de Eletrocircnica II do Curso de Engenharia
Eleacutetrica da UPF Passo Fundo RS 2000
8 Ghirardello Ariovaldo Apostila sobre Modulaccedilatildeo PWM Coleacutegio Politec
9 Electronics Workbench Versatildeo 512
10 LabcenterElectronics 1989-2008 Release 75 SP3
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Retificador trifaacutesico de onda completa ponte de Graetz
Figura 8
O valor meacutedio da tensatildeo eacute
Figura 9
bull Cada diodo conduz durante um intervalo igual a 120o
bull Existe sempre dois diodos em conduccedilatildeo um no grupo positivo e outro no grupo negativo do conversor
bull Ocorre uma comutaccedilatildeo a cada 60o
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Associaccedilotildees em seacuterie e em paralelo
Um conjunto de diodos do mesmo tipo associados em serie apresenta uma capacidade de corrente direta igual a capacidade de cada unidade A tensatildeo maacutexima reversa entretanto seraacute a soma das tensotildees maacuteximas reversas individuais Eacute importante que os diodos sejam do mesmo tipo ou haveraacute uma distribuiccedilatildeo irregular da tensatildeo entre eles causando a ruptura em um valor inferior a esta soma
Figura 10 Permanece a mesma I e somam-se V
A montagem de diodos em paralelo costuma ser problemaacutetica e deve ser substituiacuteda por um uacutenico
diodo com maior capacidade de corrente sempre que possiacutevel Nos diodos associados em paralelo a tendecircncia seraacute de que aquele com a menor barreira de tensatildeo comecem a conduzir primeiro assumindo a maior parte (senatildeo toda) a corrente do circuito Portanto natildeo eacute suficiente que os diodos sejam do mesmo tipo e preciso que resistores de baixo valor montados conforme a figura abaixo contrabalance esta tendecircncia permitindo uma divisatildeo quase igual de corrente O valor destes resistores deve ser tal que provoque uma queda de tensatildeo de cerca de 05V para a corrente maacutexima do diodo associado Ou seja para diodos de 1A seraacute necessaacuteria uma resistecircncia de aproximada 05Ω Note que alem dos 07V perdidos na barreira de tensatildeo do diodo outros 05V seratildeo perdidos no resistor com uma dissipaccedilatildeo de calor igual a 05 vezes a corrente
Figura 11 Permanece a mesma V e somam-se as I
Relembrando Tipo 1N4001 1N4002 1N4003 1N4004 1N4005 1N4006 1N4007 Tensatildeo de pico reversa (V) 50 100 200 400 600 800 1000 Tensatildeo RMS reversa (V) 35 70 140 280 420 560 700 Corrente de saiacuteda (A) 1
Temos tambeacutem Tipo 1N4012 1N4014 1N3970 1N3927 1N1189 Tensatildeo de pico reversa (V) 700 900 600 2500 500 Corrente de saiacuteda (A) 12 12 50 10 35
Este satildeo apenas alguns diodos de potecircncia
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4 - Transistor BJT
Os transistores bipolar de potecircncia representaram um importante passo no desenvolvimento de componentes de meacutedia potecircncia atingindo tensotildees de bloqueio da ordem de 1000V conduzindo correntes de 500A Embora estes valores natildeo permitam sua aplicaccedilatildeo direta estes dispositivos satildeo a base para uma seacuterie de outros conversores para condicionamento de energia eleacutetrica
Transistores do tipo NPN os eleacutetrons satildeo atraiacutedos do emissor pelo potencial positivo da base tendo em mente a corrente real de eleacutetrons J1 se transforma num diodo diretamente polarizado Esta camada central eacute suficientemente fina para que a maior parte dos portadores tenha energia cineacutetica suficiente para atravessaacute-la chegando agrave regiatildeo de transiccedilatildeo de J2 sendo entatildeo atraiacutedos pelo potencial positivo do coletor
A figura abaixo mostra uma estrutura tiacutepica de um transistor bipolar de potecircncia As bordas arredondadas da regiatildeo de emissor permitem uma homogeneizaccedilatildeo do campo eleacutetrico necessaacuteria agrave manutenccedilatildeo de ligeiras polarizaccedilotildees reversas entre base e emissor O TBP natildeo sustenta tensatildeo no sentido oposto porque a alta dopagem do emissor provoca a ruptura de J1 em baixas tensotildees (5 a 20V)
Figura 12 Estrutura baacutesica de um transistor de potecircncia
O controle de VBE determina a corrente de base IB que por sua vez se relaciona com IC pelo
ganho de corrente do dispositivo Para suportar tensotildees elevadas existe uma camada intermediaacuteria do coletor com baixa dopagem a qual define a tensatildeo de bloqueio do componente
Porem uma das principais limitaccedilotildees dos transistores bipolares de potecircncia eacute o baixo valor do ganho de corrente β (muitas vezes inferior a 10) com isto muitas vezes satildeo utilizados estes transistores na regiatildeo de saturaccedilatildeo e bloqueio ou como chave
Figura 13
Para que o transistor opere como chave aberta eacute necessaacuterio que a tensatildeo de entrada VE seja menor que VBE de conduccedilatildeo E para que o transistor opere como chave fechada eacute preciso que a tensatildeo de entrada VE seja maior que VBE de conduccedilatildeo
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Vamos a um exemplo Para dimensionarmos RB e RC vamos utilizar a analise das malhas
Entrada VRB = VCC - VBE
Saiacuteda VRC = VCC - VCE
Figura 14
Paracircmetros do 2SC5353 VBEsat = 13V VCEsat = 1V βsat = 10 O RC eacute como se fosse a carga a ser controlada entatildeo para dimensionarmos os resistores de
polarizaccedilatildeo temos que definir uma carga concluiacutemos entatildeo que teremos que calcular na verdade soacute o RB jaacute que foi definido que carga teremos que controlar
O RC definido foi de 800Ω
Malha de saiacuteda
VRC = VCC ndash VCEsat
VRC = 180 ndash 1 there4 VRC =179V
IRC = IC
IC = C
RC
R
V there4 IC = 2237mA
Potencia de RC
PRC = 2CsatC IR sdot there4 800 x (2237x10-3)2
PRC = 40W
Podemos entatildeo substituir o resistor por
uma lacircmpada de 40W180V
Malha de entrada
VRB = VCC ndash VBE
VRB = 12 ndash 13 there4 VRB = 107V
IB = βCI
there4
IB =10
107223 3minustimes there4 IB = 2237mA
RB = B
RB
I
V there4 RB =
3107322
710minustimes
RB = 4783Ω Valor comercial RB = 470 Ω
Potencia de RB
PRB = 2BsatB IR sdot
PRB = 470 x (2273x10-3)2
PRB = 2352mW (14W)
Estes caacutelculos satildeo para o interruptor na posiccedilatildeo ligado quando o interruptor passa para a posiccedilatildeo desligado a entrada eacute aterrada (VEltVBE) causando o corte do transistor consequumlentemente a lacircmpada iraacute apagar
O uso preferencial de TBP tipo NPN se deve agraves menores perdas em relaccedilatildeo aos PNP o que ocorre por causa da maior mobilidade dos eleacutetrons em relaccedilatildeo agraves lacunas reduzindo principalmente os tempos de comutaccedilatildeo do componente em outras palavras os transistores do tipo NPN satildeo mais raacutepidos do que os do tipo PNP
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Conexatildeo Darlington
Como jaacute mencionado transistores de potecircncia geralmente tecircm ganhos menores e precisam correntes altas na base para a plena conduccedilatildeo O transistor do exemplo anterior pode exigir 1A para controlar uma corrente de 3A Para solucionar este problema existe um arranjo que eacute chamado de Darlington esta configuraccedilatildeo consiste em conectar dois transistores do mesmo tipo de maneira que o ganho de corrente de um transistor β1 e o do outro β2 entatildeo o ganho de corrente do arranjo seraacute igual a βD = β1xβ2 Outra caracteriacutestica desta configuraccedilatildeo eacute conseguir uma alta impedacircncia de entrada Normalmente este tipo de ligaccedilatildeo eacute feito em um uacutenico encapsulamento Neste caso o valor de ganho eacute muito grande e uma corrente bem pequena na base jaacute leva o transistor ao estado de plena conduccedilatildeo O ocircnus por esta sensibilidade de corrente baixa de base eacute o fato de que a tensatildeo VBDED eacute maior que em um transistor normal pois temos que polarizar em vez de um mas dois diodos para que comece a ocorrer a conduccedilatildeo
Figura 15 Conexatildeo Darlington
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5 - Transistor FET
O surgimento do MOSFET representou um grande avanccedilo tecnoloacutegico por ser de fabricaccedilatildeo muito simples ter uma alta impedacircncia de entrada e baixo ruiacutedo proporcionar integraccedilatildeo em larga escala isto eacute por ter tamanho reduzido cerca de 20 vezes menos que o transistor bipolar permitindo assim que um grande numero de transistores sejam produzidos em um mesmo circuito integrado
O MOSFET de potencia eacute um semicondutor com capacidade de controle de corrente por meio de tensatildeo aplicada entre os terminais gate e source a exemplo do TBP o transistor FET pode trabalhar com tensotildees tambeacutem elevadas na ordem dos 1000V e correntes em torno de 200A mas sua principal vantagem eacute por ser acionado por tensatildeo a sua arquitetura disponibiliza uma elevada velocidade de chaveamento tornando-o indicado para as aplicaccedilotildees de frequumlecircncia elevada (centenas de kHz)
Para VGS lt 0 os eleacutetrons do canal n satildeo repelidos aumentando assim a camada de depleccedilatildeo proacutexima da camada oacutexido Assim haacute uma diminuiccedilatildeo na aacuterea do canal n (estrangulamento) sendo estabelecida uma alta resistecircncia RDS Deste modo natildeo haacute circulaccedilatildeo de corrente IDS Para IDS igual a zero a tensatildeo VGS eacute chamada de tensatildeo de estrangulamento (pinch-off) VP Para VGS gt 0 o canal n torna-se largo reduzindo drasticamente a resistecircncia RDS sendo assim estabelecida a corrente IDS O MOSFET com canal p tem a s polaridades das tensotildees e correntes invertidas
Figura 16
Estrutura baacutesica de transistor MOSFET Uma pequena corrente de gate eacute necessaacuteria apenas para carregar e descarregar as capacitacircncias de
entrada do transistor desta forma o melhor modo de polarizaccedilatildeo de um FET eacute empregando uma fonte de baixa impedacircncia de saiacuteda jaacute que temos na estrutura do gate uma capacitacircncia parasita gate-fonte CGS que eacute inerente ao componente desta forma natildeo existe meios de minimizaacute-lo
Estes transistores em geral satildeo de canal N por apresentarem menores perdas e maior velocidade de comutaccedilatildeo devido agrave maior mobilidade dos eleacutetrons em relaccedilatildeo agraves lacunas
Abaixo temos um exemplo de polarizaccedilatildeo de gate de baixa impedacircncia tambeacutem teraacute que utilizar fonte de pulsos de baixa impedacircncia como foi dito antes
Figura 17
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Outra forma de obter um circuito de disparo eacute o demonstrado abaixo porem eacute importante notar nesta situaccedilatildeo que estamos atrelados a transistores bipolares natildeo sendo aconselhaacutevel a altas frequumlecircncias ou pelo menos dar uma olhada no datasheet dos transistores que seratildeo utilizados com atenccedilatildeo a frequumlecircncia maacutexima de trabalho
Figura 18
Este circuito nada mais eacute do que um gate driver que pode se fazer com componentes discretos ou com auxilio de CIs fabricados especialmente para isto a saiacuteda pode ser para um MOSFET ou para vaacuterios deles Isto eacute mais faacutecil de verificar em IGBTs que seraacute estudado em seguida
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6 ndash Transistor IGBT O IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) alia a facilidade de acionamento dos MOSFET com as pequenas perdas em conduccedilatildeo dos TBP Sua velocidade de chaveamento eacute superior agrave dos transistores bipolares Os limites atuais de tensatildeo e corrente em dispositivos uacutenicos estatildeo em torno de 2kV e 1000A o que indica que tal componente pode ser utilizado em aplicaccedilotildees de potecircncia
O controle de componente eacute anaacutelogo ao do MOSFET ou seja pela aplicaccedilatildeo de uma polarizaccedilatildeo entre gate e emissor Tambeacutem para o IGBT o acionamento eacute feito por tensatildeo O IGBT possui uma corrente maacutexima que natildeo deve ser ultrapassada se isso ocorrer natildeo se consegue cortar o IGBT retirando a tensatildeo do Gate A corrente fluiraacute pelo dreno sem controle e isso poderaacute danificar o componente Esse fato eacute conhecido por LatchUp Princiacutepio de funcionamento
A estrutura do IGBT eacute similar agrave do MOSFET mas com a inclusatildeo de uma camada P+ que forma o coletor do IGBT como mostrado na figura abaixo Em termos simplificados pode-se analisar o IGBT como um MOSFET no qual a regiatildeo N- tem sua condutividade modulada pela injeccedilatildeo de portadores minoritaacuterios (lacunas) a partir da regiatildeo P+ uma vez que J1 estaacute diretamente polarizada Esta maior condutividade produz uma menor queda de tensatildeo em comparaccedilatildeo a um MOSFET similar A maacutexima tensatildeo suportaacutevel eacute determinada pela junccedilatildeo J2 (polarizaccedilatildeo direta) e por J1 (polarizaccedilatildeo reversa) Como J1 divide 2 regiotildees muito dopadas conclui-se que um IGBT natildeo suporta tensotildees elevadas quando polarizado reversamente
Figura 19 Estrutura baacutesica de IGBT
A entrada em conduccedilatildeo eacute similar ao MOSFET sendo um pouco mais lenta a queda da tensatildeo Vce uma vez que isto depende da chegada dos portadores vindos da regiatildeo P+ Para o desligamento no entanto tais portadores devem ser retirados Nos TBPs isto se daacute pela drenagem dos portadores via base o que natildeo eacute possiacutevel nos IGBTs devido ao acionamento isolado A soluccedilatildeo encontrada foi a inclusatildeo de uma camada N+ na qual a taxa de recombinaccedilatildeo eacute bastante mais elevada do que na regiatildeo N- Desta forma as lacunas presentes em N+ recombinam-se com muita rapidez fazendo com que por difusatildeo as lacunas existentes na regiatildeo N- refluam apressando a extinccedilatildeo da carga acumulada na regiatildeo N- possibilitando o restabelecimento da barreira de potencial e o bloqueio do componente
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7 - Tiristor
O tiristor e o SCR satildeo facilmente confundidos pois estatildeo relacionados ao mesmo componente Tiristor eacute o nome de uma famiacutelia de componentes da qual o SCR faz parte O SCR eacute um diodo controlado muito utilizado em equipamentos de controle industrial que iremos ver detalhadamente mais tarde Funcionamento de uma forma geral O tiristor eacute um dispositivo semicondutor de quatro camadas de estrutura PNPN com trecircs junccedilotildees PN Tem trecircs terminais Anodo Catodo e Gatilho Os terminais anodo e catodo quando polarizados diretamente soacute comeccedilam a conduzir se receber um comando no terminal gatilho Uma vez conduzindo ele se comportara como um diodo em conduccedilatildeo e natildeo haacute controle sobre o dispositivo Desligamento A corrente de anodo eacute conservada abaixo da corrente de manutenccedilatildeo por um tempo suficiente grande de forma que todos os portadores em excesso nas quatro camadas sejam eliminados ou recombinados
Alguns toacutepicos que devem ser levado em consideraccedilatildeo em projeto de circuitos de controle de gatilho
1- O sinal de gatilho deve ser retirado apoacutes o disparo do tiristor Um sinal contiacutenuo aumentaria a perda de potencia na junccedilatildeo do gatilho
2- Enquanto o tiristor estiver reversamente polarizado natildeo devera haver sinal de gatilho De outra forma o tiristor poderia falhar devido a um aumento de corrente de fuga
3- A largura do pulso de gatilho IG tem que ser maior que o tempo necessaacuterio para a corrente do anodo crescer ateacute o valor da corrente de manutenccedilatildeo IH Na praacutetica a largura do pulso no tiristor TON
Tipos de Tiristores Tiristor de controle de fase SCR Tiristor triodo bidirecional TRIAC Tiristor de desligamento pelo gatilho GTO Tiristor de conduccedilatildeo reversa RCT Tiristor de induccedilatildeo estaacutetica SITH Tiristor de desligamento auxiliado pelo gatilho GATT Retificador controlado de siliacutecio controlado por luz LASCR Tiristores controlados por MOS MCTs
Conversatildeo e o controle de grandes quantidades de potencia em sistemas CC e CA utilizando apenas uma pequena potencia para controle pois apresenta chaveamento raacutepido pequeno porte e altos valores de corrente e tensatildeo
Algumas exemplos de aplicaccedilotildees
bull Controle de reles e motores bull Fontes de tensatildeo regulada bull Inversores CC-CA bull Controle de iluminaccedilatildeo
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71 - Tiristor SCR Siacutembolo
O SCR eacute um dispositivo semicondutor de quatro camadas de estrutura PNPN com trecircs junccedilotildees PN Ele tem trecircs terminais anodo catodo e gatilho como eacute visto na figura abaixo
Figura 20
O SCR tal como um diodo soacute conduz corrente no sentido do anodo para o catodo mas apenas quando lhe aplicamos um sinal de tensatildeo no terminal chamado gatilho este meacutetodo de disparo eacute o mais utilizado para se disparar o SCR Mas existem outras formas de disparo normalmente indesejado e em alguns casos podem destruir o componente
Disparo por sobretensatildeo Quando o SCR estaacute polarizado diretamente e aumenta-se a tensatildeo VAK J1 e J3 estatildeo polarizados diretamente mas J2 estaacute reversamente polarizado veja a figura acima Com o aumento de VAK os portadores satildeo acelerados na junccedilatildeo J2 podendo atingir uma energia tatildeo grande que provocaratildeo o fenocircmeno avalanche Esse fenocircmeno faz com que muitos eleacutetrons choquem-se e saiam das orbitas dos aacutetomos da rede Estando disponiacuteveis para a conduccedilatildeo esses eleacutetrons permitem que a corrente de anodo cresccedila Aumentando a corrente de anodo estabelece-se a realimentaccedilatildeo entre os terminais mantendo o SCR disparado Este tipo de disparo eacute chamado de Tensatildeo de Breakover (VBO) Disparo por variaccedilatildeo de tensatildeo (dvdt) Para que um capacitor armazene carga eleacutetrica eacute necessaacuterio haver uma variaccedilatildeo de tensatildeo(∆v) no capacitor em um intervalo de tempo (∆t) eacute necessaacuterio que circule ainda uma corrente i pelo capacitor quando estas variaccedilotildees satildeo muito pequenas a expressatildeo que relaciona estas grandezas eacute apresentada abaixo
dt
dvCi =
Em um SCR polarizado diretamente J2 estaacute reversamente polarizado Nesta junccedilatildeo existe carga armazenada iacuteons positivos de um lado e iacuteons negativos do outro Isto eacute como um capacitor carregado Assim natildeo havendo pulso no gatilho fechando-se S1 a capacitacircncia de J2 faraacute com que circule uma corrente de gatilho Como esta variaccedilatildeo eacute muito grande a corrente resultante seraacute muito grande Essa
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corrente poderaacute ser suficiente para estabelecer o processo de realimentaccedilatildeo fazendo com que o componente entre em conduccedilatildeo
Figura 21
Esse disparo normalmente indesejado pode ser evitado pela accedilatildeo de um circuito de proteccedilatildeo
chamado snubber esse circuito eacute formado por um resistor em serie com um capacitor colocados em paralelo com o SCR
Figura 22 Circuito snubber colocado em paralelo com o SCR
Os meacutetodos de comutaccedilatildeo ou de bloqueio de um SCR significa cortar a corrente que ele conduz e impedir que ele retorne a conduccedilatildeo A comutaccedilatildeo estaraacute completa quando a corrente no sentido direto for anulado e a reaplicaccedilatildeo de tensatildeo direta entre os terminais catodo e anodo natildeo provocarem o retorno do estado de conduccedilatildeo A comutaccedilatildeo natural ocorre quando se reduz a corrente de anodo a um valor abaixo de IH chamada corrente de manutenccedilatildeo (holding current) o SCR eacute bloqueado Este bloqueio pode ser visto melhor na figura abaixo Com S2 aberto mesmo com S1 fechado o SCR estaacute bloqueado pois natildeo haacute corrente no gatilho Fechando S2 pelo R circula uma corrente de gatilho que eacute suficiente para disparar o SCR Abrindo entatildeo S1 a corrente na lacircmpada anula-se e o SCR bloqueia Outro modo de obter a comutaccedilatildeo natural seria trocar a fonte de tensatildeo continua por uma tensatildeo alternada porem o SCR conduziria somente no semi-ciclo positivo natildeo havendo fluxo de corrente no semi-ciclo negativo
Figura 23 Meacutetodo mais utilizado
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Haacute tambeacutem um outro meacutetodo chamado comutaccedilatildeo forccedilada mais usual em circuitos CC a teacutecnica consiste em desviar a corrente por um caminho de menor impedacircncia a corrente que passa pelo SCR iraacute cair abaixo de IH provocando o bloqueio Como podemos ver no circuito abaixo
Figura 24
Com todas as chaves abertas o SCR estaacute bloqueado e a lacircmpada estaacute apagada Fechando-se a CH1 o circuito da lacircmpada e do SCR estaraacute energizado Como natildeo haacute corrente no gatilho o SCR continuaraacute bloqueado a lacircmpada apagada Quando S2 fechar circulara pelo resistor uma corrente suficiente para alimentar o gatilho do SCR que disparara e acenderaacute a lacircmpada Com a lacircmpada acesa S2 pode se novamente aberta sem que o SCR bloqueie e a lacircmpada se apague Agora fechando S3 naturalmente a lacircmpada natildeo se apagara pois a chave curto-circuitaraacute o SCR ficando a lacircmpada alimentada diretamente pela tensatildeo da fonte Como o SCR real natildeo eacute um curto-circuito toda a corrente da lacircmpada ira passar por S3 e a corrente do SCR cairaacute agrave zero o SCR entatildeo ira bloquear Com o SCR bloqueado abrindo-se a chave S3 a lacircmpada apagara Assim soacute seraacute outra vez acessa se S2 for novamente fechada provocando a corrente de gatilho no SCR Mas tambeacutem pode-se utilizar o SCR em tensatildeo alternada natildeo soacute em tensatildeo contiacutenua abaixo temos um exemplo de circuito com sua forma de onda
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72 - Tiristor TRIAC Siacutembolo O Triac eacute um dispositivo de 5 camadas tendo 2 caminhos P-N-P-N em ambos os sentidos entre o MT1 e MT2 e podendo conduzir nos dois sentidos como nos mostra claramente o seu siacutembolo Eletricamente o Triac equivale a ligaccedilatildeo de dois SCRs em antiparalelo e os terminais de gatilho ligados juntos O Triac pode ser levado a conduccedilatildeo pela aplicaccedilatildeo de uma corrente positiva ou negativa no gatilho embora seja mais sensiacutevel a aplicaccedilatildeo de uma corrente positiva quando MT2 eacute positivo e de uma corrente negativa quando MT1 eacute positivo Um TRIAC pode conduzir em ambos os sentidos e eacute normalmente utilizado em controle de fase CA Ele pode ser considerado como dois SCR conectados em antiparalelo com uma conexatildeo de gatilho comum como mostrado na figura abaixo
Como o TRIAC eacute um dispositivo bidirecional seus terminais natildeo podem ser designados como catodo e anodo Se o terminal MT2 for positivo em relaccedilatildeo ao terminal MT1 o TRIAC pode ser disparado pela aplicaccedilatildeo de um sinal positivo entre os terminais de gatilho G e MT1 Se o terminal MT2 for negativo em relaccedilatildeo a MT1 ele pode ser disparado pela aplicaccedilatildeo de um sinal negativo entre o gatilho G e MT1 Natildeo eacute necessaacuterio que se tenham ambas as polaridades do sinal de gatilho pois um TRIAC pode ser disparado com um sinal tanto positivo quanto negativo Na praacutetica as sensibilidades variam de um quadrante para outro e os triacs normalmente satildeo operados no I quadrante (tensatildeo e correntes de gatilho positivas) ou no quadrante III (tensotildees e correntes de gatilho negativas) como eacute visto na curva caracteriacutestica abaixo
a) Quadrante I VMT2 positivo e IG positivo b) Quadrante II VMT2 negativo e IG positivo c) Quadrante III VMT2 negativo e IG negativo d) Quadrante IV VMT2 positivo e IG negativo
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Entatildeo pode-se dizer que o triac pode fazer o controle de fase em uma carga como no circuito abaixo
Variando o potenciocircmetro R2 podemos disparar o triac em vaacuterios acircngulos da onda como demonstra o graacutefico abaixo
Porem com este circuito eacute impossiacutevel efetuar disparos aleacutem dos 90deg em cada semi-ciclo por exemplo se desejarmos disparar em 25deg que a tensatildeo instantacircnea eacute de Vx e o potenciocircmetro estaacute ajustado com este valor de tensatildeo de rede se utilizar o mesmo raciociacutenio para disparar em 155deg a tensatildeo instantacircnea seraacute a mesma consequumlentemente teraacute a mesmo ajuste do potenciocircmetro que e iraacute disparar em 25deg e natildeo em 155deg A figura abaixo ajuda esclarecer este raciociacutenio
Entatildeo para resolvermos a limitaccedilatildeo no acircngulo de disparo menor ou igual a 90deg eacute associarmos com os resistores jaacute existentes um capacitor como no circuito abaixo formando entatildeo uma rede defasadora
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O valor desta defasagem eacute dada pela equaccedilatildeo τ=(R1+R2)C Variando R2 consegue-se
variar o angula de disparo do Triac Porem como o capacitor nem sempre se carrega apartir de uma tensatildeo fixa natildeo se tem uma regularidade no disparo
Para resolvermos este problema estudaremos o Diac na sequumlecircncia
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8 - Diac Os diacs satildeo diodos de disparo bidirecional composto por trecircs camadas (PNP) com a simples funccedilatildeo de disparar tiristores Sua construccedilatildeo assemelha-se a de um transistor bipolar poreacutem difere na dopagem do cristal N
Seu funcionamento eacute simples Para passar do estado de bloqueio para o estado de conduccedilatildeo eacute preciso ultrapassar a tensatildeo de ruptura (VR) rompendo assim a junccedilatildeo polarizada inversamente podendo a corrente fluir em ambos sentidos
Para voltar ao estado de bloqueio basta remover a tensatildeo por alguns instantes Os diacs servem para controlar o disparo de triacs quando uma tensatildeo de referecircncia chegar a certo valor
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9 - Retificadores a tiristor A estrutura baacutesica de retificadores controlado consiste na mesma metodologia vista anteriormente com diodos porem com esta estrutura somente os semiciclos positivos da fonte de alimentaccedilatildeo seratildeo aplicados na carga quando os SCRs forem disparados Jaacute os semiciclos negativos satildeo omitidos como jaacute estudado anteriormente Agora temos um circuito de controle dos gatilhos dos SCRs mais requintado podendo fazer o controle entre 0deg a 180deg Vamos dar exemplos de montagem dos circuitos para que seja melhor entendido
Retificador monofaacutesico de meia onda
Retificador monofaacutesico de onda completa com ponto meacutedio
Retificador monofaacutesico em ponte completa
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Retificador semi-controlado ou em ponte mista
Retificador trifaacutesico de meia onda
Retificador trifaacutesico de onda completa (Ponte de Graetz)
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10 - PWM Para comeccedilarmos o estudo do PWM que vem do inglecircs Pulse Width Modulation ou seja modulaccedilatildeo
por largura de pulso temos que ter alguns preacute-requisitos em mente Uma maneira tradicional de se controlar a potencia de uma carga eacute atraveacutes de um potenciocircmetro ou reostato em seacuterie com a carga conforme mostra a figura abaixo este tipo de controle eacute denominada linear
Variando-se a resistecircncia do potenciocircmetro pode-se modificar a corrente na carga e portanto a potecircncia aplicada a ela
A grande desvantagem deste tipo de controle eacute que a queda de tensatildeo multiplicada pela corrente no R em seacuterie representa uma potencia na forma de calor Conforme o ajuste deste o controle passa a dissipar mais potencia que a carga
O R tem de ser capaz de dissipar esta potencia sendo assim o seu tamanho fiacutesico cresce proporcionalmente com a sua potencia tornando-se caro Embora este controle seja ateacute intuitivo porem natildeo eacute muito inteligente no que diz respeito de desperdiacutecio de energia Consideremos entatildeo o mesmo circuito soacute trocamos o controle como podemos ver no desenho abaixo
Consideremos ainda que esta chave tem uma accedilatildeo muito raacutepida Quando o interruptor estaacute aberto natildeo haacute corrente na carga e a potecircncia aplicada eacute nula No instante em que o interruptor eacute fechado a carga recebe a tensatildeo total da fonte e a potecircncia aplicada eacute maacutexima
Entatildeo para termos uma potencia de 50 a ideacuteia eacute deixarmos um tempo x com a chave ligada e o mesmo tempo com a chave desligada Isso significa que em meacutedia teremos metade do tempo com corrente e metade do tempo sem corrente concluindo que a potencia ficaraacute em 50
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A potecircncia meacutedia e portanto a proacutepria tensatildeo meacutedia aplicada agrave carga eacute neste caso 50 da tensatildeo de entrada
Veja que o interruptor fechado pode definir uma largura de pulso pelo tempo em que ele fica nesta condiccedilatildeo e um intervalo entre pulsos pelo tempo em que ele fica aberto Os dois tempos juntos definem o periacuteodo e portanto uma frequecircncia de controle
A relaccedilatildeo entre o tempo em que temos o pulso e a duraccedilatildeo de um ciclo completo de operaccedilatildeo do interruptor nos define ainda o ciclo ativo conforme eacute mostrado na figura 5
Variando-se a largura do pulso e tambeacutem o intervalo de modo a termos ciclos ativos diferentes podemos controlar a potecircncia meacutedia aplicada a uma carga Assim quando a largura do pulso varia de zero ateacute o maacuteximo a potecircncia tambeacutem varia na mesma proporccedilatildeo conforme estaacute indicado na figura 6
Este princiacutepio eacute usado justamente no controle PWM modulamos (variamos) a largura do pulso de modo a controlar o ciclo ativo do sinal aplicado a uma carga e com isso a potecircncia aplicada a ela
Na praacutetica substituiacutemos o interruptor por algum dispositivo de estado soacutelido que possa abrir e fechar o circuito rapidamente como por exemplo um transistor bipolar um FET de potecircncia um IGBT ou ateacute mesmo um SCR
A este dispositivo eacute entatildeo ligado um oscilador que possa ter seu ciclo ativo controlado numa grande faixa de valores Na praacutetica eacute difiacutecil chegar agrave duraccedilatildeo zero do pulso e agrave 100 jaacute que isso implicaria na parada do oscilador mas podemos chegar bem perto disso
Na operaccedilatildeo de um controle por PWM existem diversas vantagens a serem consideradas e alguns pontos para os quais o projetista deve ficar atento para natildeo jogar fora estas vantagens
Na condiccedilatildeo de aberto nenhuma corrente circula pelo dispositivo de controle e portanto sua dissipaccedilatildeo eacute nula Na condiccedilatildeo de fechado teoricamente se ele apresenta uma resistecircncia nula a queda de tensatildeo eacute nula e ele natildeo dissipa tambeacutem nenhuma potecircncia
Isso significa que na teoria os controles PWM natildeo dissipam potecircncia alguma e portanto consistem em soluccedilotildees ideais para este tipo de aplicaccedilatildeo
Na praacutetica entretanto isso natildeo ocorre Em primeiro lugar os dispositivos usados no controle natildeo satildeo capazes de abrir e fechar o circuito num tempo infinitamente pequeno Eles precisam de um tempo para mudar de estado e neste intervalo de tempo sua resistecircncia sobe de um valor muito pequeno ateacute infinito e vice-versa numa curva de comutaccedilatildeo semelhante a mostrada na figura 10
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Neste intervalo de tempo a queda de tensatildeo e a corrente atraveacutes do dispositivo natildeo satildeo nulas e uma boa quantidade de calor poderaacute ser gerada conforme a carga controlada Dependendo da frequecircncia de controle e da resposta do dispositivo usado uma boa quantidade de calor poderaacute ser gerada neste processo de comutaccedilatildeo
Entretanto mesmo com este problema a potecircncia gerada num controle PWM ainda eacute muito menor do que num circuito de controle linear equivalente Transistores de comutaccedilatildeo raacutepidos FETs de potecircncia e outros componentes de chaveamento podem ser suficientemente raacutepidos para permitir que projetos de controles de potecircncias elevadas sejam implementados sem a necessidade de grandes dissipadores de calor ou que tenham problemas de perdas de energia por geraccedilatildeo de calor que possam ser preocupantes
O segundo problema que poderaacute surgir vem justamente do fato de que os transistores de efeito de campo ou bipolares usados em comutaccedilatildeo natildeo se comportam como resistecircncias nulas quando saturados Os transistores bipolares podem apresentar uma queda de tensatildeo de ateacute alguns volts quando saturados o mesmo ocorrendo com os FETs
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11 - Soft-Starter
Soft start eacute um dispositivo eletrocircnico composto de pontes tiristorizadas a fim de controlar a corrente de partida de motores de corrente alternada trifaacutesicos o controle da tensatildeo reduzida eacute feita ajustando-se o acircngulo de disparo de um par de SCRs dispostos em antiparalelo em cada fase do motor A medida que a tensatildeo vai aumentando a corrente aumenta para acelerar a carga de uma maneira suave e sem degraus Seu uso eacute comum em bombas centriacutefugas ventiladores e motores de elevada potecircncia cuja aplicaccedilatildeo natildeo exija a variaccedilatildeo de velocidade
A vantagem desta teacutecnica sobre as alternativas de custo baixo eacute a possibilidade de ajustarmos o torque do motor as necessidades de torque da carga
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12 - Inversores
Introduccedilatildeo A obtenccedilatildeo de uma tensatildeo alternada a partir de uma fonte CC eacute muitas vezes necessaacuteria para a
alimentaccedilatildeo de diversas cargas Os conversores que realizam a transformaccedilatildeo CC-CA satildeo chamados de inversores Como exemplos de aplicaccedilotildees pode-se citar o controle de velocidade de motores de corrente alternada fontes de alimentaccedilatildeo ininterrupta (no-break) entre varias outras aplicaccedilotildees
Qualquer sistema no qual o fornecimento da energia eleacutetrica natildeo pode ser interrompido deve prever uma fonte de emergecircncia para supri-lo Quando a potecircncia instalada eacute muito grande tem-se em geral um sistema de acionamento imediato alimentado a partir de baterias e um sistema motor-gerador que por necessitar de alguns minutos para estar em condiccedilotildees ideais de operaccedilatildeo natildeo pode ser usado de imediato Tal arranjo eacute usado por exemplo em centrais telefocircnicas hospitais etc Topologias Baacutesicas
Inversor Monofaacutesico em Ponte A estrutura do inversos monofaacutesico em ponte alimentando carga resistiva estaacute representado na
Figura abaixo
As formas de onda de interesse satildeo apresentadas na figura abaixo Com S1 e S4 em conduccedilatildeo a
tensatildeo na carga eacute igual a E quando S2 e S3 estatildeo em conduccedilatildeo ela torna-se igual a -E
Quando a carga for indutiva devem ser adicionados a estrutura do circuito mostrado acima os
diodos de circulaccedilatildeo D1 D2 D3 e D4 como indica a figura abaixo Observe que com carga indutiva a fonte E deve ser reversiacutevel em corrente
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Etapas de funcionamento do inversor em ponte alimentando carga indutiva
Inversor Monofaacutesico em Ponto Meacutedio Este circuito representado na figura abaixo emprega apenas um braccedilo sendo desse modo mais
simples de ser comandado que o inversor em ponte porem a sua desvantagem eacute a tensatildeo de saiacuteda ser a metade
Inversor Monofaacutesico em Ponte
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13 - Dissipadores
A circulaccedilatildeo de corrente eleacutetrica por qualquer elemento provoca uma dissipaccedilatildeo de potecircncia igual ao produto do quadrado da corrente pela resistecircncia do circuito O objetivo eacute estabelecer criteacuterios para o dimensionamento de sistemas de dissipaccedilatildeo do calor produzido por componentes eletrocircnicos especialmente semicondutores de potecircncia (diodostransistores tiristores etc) buscando a proteccedilatildeo de tais componentes tendo como meta fundamental a elevada confiabilidade dos equipamentos nos quais os dispositivos satildeo empregados Deve-se buscar reduccedilatildeo de volume peso e custos
Caacutelculo da Potecircncia Dissipada
O caacutelculo da potecircncia dissipada deve ser feito via de regra pelo produto da tensatildeo pela corrente sobre o dispositivo em questatildeo
Comportamento em regime permanente potecircncia meacutedia
Nos dispositivos semicondutores de potecircncia o calor decorrente do efeito Joule eacute produzido na pastilha semicondutora fluindo daiacute para ambientes mais frios como o encapsulamento do dispositivo e o ambiente Este fluxo de calor depende de fatores como o gradiente de temperatura e as caracteriacutesticas teacutermicas dos meios e materiais envolvidos Define-se a grandeza ldquoresistecircncia teacutermicardquo como uma medida da dificuldade do fluxo de calor entre 2 meios ∆T diferenccedila de temperatura entre regiotildees de transferecircncia de calor P potecircncia meacutedia dissipada h coeficiente de transferecircncia de calor A aacuterea envolvida na transferecircncia de calor
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ANALOGIA COM CIRCUITO ELEacuteTRICO Em geral se faz uma analogia com um circuito eleacutetrico sendo a potecircncia meacutedia representada por uma fonte de corrente As temperaturas nos ambientes indicados (junccedilatildeo caacutepsula ambiente) satildeo anaacutelogas agraves tensotildees nos respectivos noacutes enquanto as resistecircncias teacutermicas satildeo as proacuteprias resistecircncias do modelo
Tj=Temperatura da junccedilatildeo Rtjc=Resistecircncia teacutermica entre junccedilatildeo e encapsulamento Tc=temperatura do encapsulamento Rtca=Resist Term Entre encapsulamento e ambiente Rtcd=Resist Entre encapsulament e dissipador Rtda=Resist Teacutermica entre dissipador e ambiente Partindo do anaacutelogo eleacutetrico chegamos a seguinte equaccedilatildeo tiacutepica Tj = Ta + P (Rtjc + Rtca) Exemplo 1 P = 20 W Rtjc = 2degCW Rtca = 10degCW Ta = 40degC Tjmax = 120degC Tc = Ta + P Rtca = 240degC Tj = Tc + P Rtjc = 280degC
Dissipadores de calor Considerando que natildeo seja possiacutevel reduzir a potecircncia meacutedia dissipada a alternativa para a proteccedilatildeo do semicondutor eacute colocar um dispositivo de baixa resistecircncia teacutermica entre o encapsulamento e o ambiente A este elemento colocado junto ao encapsulamento se diz ldquodissipador de calorrdquo Caracteriacutesticas dos dissipadores As principais caracteriacutesticas estatildeo relacionadas com dimensotildees e especialmente agrave sua superfiacutecie de contato com o ambiente Em geral estes dispositivos satildeo construiacutedos em alumiacutenio dada sua boa condutividade teacutermica (condiccedilatildeo indispensaacutevel) baixo custo e peso A figura mostra perfis tiacutepicos de dissipadores A utilizaccedilatildeo de grande nuacutemero de aletas eacute para aumentar a aacuterea de troca de calor A resistecircncia teacutermica para uma placa plana quadrada pode ser aproximadamente dada por
λ condutacircncia teacutermica (a 77o C) [W(oCcm)] W espessura do dissipador [mm]
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A aacuterea do dissipador [cm2] Cf fator de correccedilatildeo devido agrave posiccedilatildeo e tipo de superfiacutecie Na tabela abaixo satildeo dados alguns valores para os coeficientes da foacutermula O fator Cf varia com a posiccedilatildeo do dissipador sendo preferiacutevel uma montagem vertical agrave horizontal por criar um efeito ldquochamineacuterdquo Dissipadores pretos satildeo melhores irradiadores de calor que aqueles com superfiacutecie brilhante
Comportamento em regime transitoacuterio potecircncia de pico Quando a potecircncia dissipada no semicondutor consiste de pulsos de potecircncia eacute preciso verificar a proteccedilatildeo do componente em relaccedilatildeo aos picos de dissipaccedilatildeo Durante a ocorrecircncia do pico de potecircncia ocorre a elevaccedilatildeo da temperatura da junccedilatildeo embora natildeo ocorra variaccedilatildeo nas temperaturas do encapsulamento e do dissipador (que dependem da potecircncia meacutedia) devido agrave maior capacidade teacutermica da caacutepsula e especialmente do dissipador Tal capacidade teacutermica relaciona-se com o tipo de material utilizado e seu volume Na analogia eleacutetrica utilizada anteriormente ela se comporta como uma capacitacircncia O caacutelculo da temperatura da junccedilatildeo em tal regime transitoacuterio eacute feito utilizando uma grandeza chamada ldquoimpedacircncia teacutermicardquo Ztjc que leva em consideraccedilatildeo a capacidade teacutermica da junccedilatildeo Exemplo 2 Rtjc = 2deg CW Rtca = 5deg CW Rtcd = 2deg CW Rtda = 3deg CW Ztjc = 005deg CW Tjmax = 150deg C Ta = 40deg C P = 20W Pp = 1000W
Tj = 130 oC (o componente estaacute protegido em relaccedilatildeo agrave potecircncia meacutedia) Tc = 90 oC Tj = Tc + Pp Ztjc = 140 oC
Caacutelculo dos Dissipadores
bull A temperatura de trabalho da junccedilatildeo deve ser 20 a 30 menor que seu valor maacuteximo para permitir a proteccedilatildeo do componente sem super-dimensionar o dissipador middot Para ambientes nos quais natildeo se faccedila um controle riacutegido da temperatura deve-se usar uma temperatura ambiente de 40oC
bull Caso o dissipador fique dentro de algum bastidor ou caixa na qual a temperatura possa se elevar acima dos 40oC deve-se considerar sempre a maacutexima temperatura do ar com o qual o dissipador troca calor Eacute conveniente agrave falta de maiores informaccedilotildees utilizar o valor de 40oC e verificar apoacutes a entrada em operaccedilatildeo do protoacutetipo a verdadeira temperatura ambiente
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bull Deve-se verificar a necessidade do uso de isoladores (mica teflon ou mylar) e natildeo desconsiderar suas resistecircncias teacutermicas middot O emprego de pastas teacutermicas eacute sempre recomendado e se deve considerar tambeacutem sua resistecircncia teacutermica
b) No transitoacuterio
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Apecircndice A
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Laboratoacuterio 1
Diodo Ache os componentes em sucatas e monte o circuito abaixo em placa de circuito impresso corroiacuteda Lista de material
4 Diodos 1N4007 2 Capacitores 330uF200V 2 Resistores 150K 18W 1 Suporte p lacircmpada 1 Lacircmpada 40W220V 1 Conector p placa de 2 bornes 6 Chaves HH 1 Rabicho com plugue Placa p circuito impresso virgem (fibra fenolite perfurada) Caneta retro projetor ou esmalte p unhas Palha de accedilo ou acetona e pedaccedilo de pano Soluccedilatildeo de percloreto de ferro Estanho em fio
Obs Colocar o seu nome no lado do cobre a caneta ou esmalte antes da corrosatildeo
Montado na placa o circuito acima e testado fazer os seguintes exerciacutecios 1 ndash Com o interruptor Ch7 ligado os interruptores Ch3 Ch4 Ch5 e Ch6 desligados e os interruptores Ch1 e Ch2 na posiccedilatildeo 1 faccedila a seguinte medida meccedila com o osciloscoacutepio colocando a garra jacareacute onde aparece o GND e o pinccedila no ponto 1 de forma que apareccedila somente o semi-ciclo positivo na tela tambeacutem reproduza abaixo a forma de onda encontrada e registre onde a posiccedilatildeo do zero O aparelho ajustado da seguinte forma O botatildeo de tempodivisatildeo em 5mS O botatildeo tensatildeodivisatildeo ajustado em 5V A ponteira ajustada em X10
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2 ndash Permanecendo o interruptor Ch7 ligado Ch5 e Ch6 desligados poreacutem Ch1 e Ch2 na posiccedilatildeo 2 e Ch3 e Ch4 ligados faccedila novamente a medida e reproduza na tela abaixo a forma de onda
3 - Permanecendo o interruptor Ch7 ligado Ch3 Ch4 Ch5 e Ch6 agora ligados e Ch1 e Ch2 na posiccedilatildeo 2 faccedila novamente a medida e reproduza na tela abaixo a forma de onda
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4 ndash O que aconteceu com a potecircncia (brilho) da lacircmpada Com circuito configurado como no exerciacutecio 1 e exerciacutecio 3 (aumentou ou diminuiu) Porque ocorreu isto _____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
5 ndash Qual eacute a nova potecircncia da lacircmpada Provar por meio de caacutelculos 6 ndash Por fim com o circuito configurado como no exerciacutecio 3 coloque uma lacircmpada de maior potecircncia e visualize o ripple novamente com o osciloscoacutepio explique o que ocorreu _____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
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Laboratoacuterio 2 TRANSISTOR BIPOLAR (BJT)
Os transistores de potecircncia apresentam caracteriacutesticas de chaveamento controlado Os transistores utilizados como elementos de chaveamento operam na regiatildeo de saturaccedilatildeo apresentando uma baixa queda de tensatildeo de conduccedilatildeo (VCE=0V) (VBE=13V)
Este laboratoacuterio tem o objetivo de fazer um retificador e filtro diretamente da rede alternada com componentes retirados de fontes chaveadas de computadores apoacutes o estaacutegio de retificaccedilatildeo e filtro faremos funcionar uma lacircmpada incandescente de 220 volts corrente alternada em corrente contiacutenua com o auxiacutelio de um transistor de potencia tambeacutem retirado das mesmas fontes
Calcule o R1 e monte o circuito e apoacutes responda as questotildees
Pinos 1 ndash Base 2 ndash Coletor 3 ndash Emissor
Alguns transistores encontrados em fontes chaveadas de computador Transistor VCE (V) Ic (A) β MJE13007 400 8 5
2SC4106 400 7 10
2SC5027 800 3 8
2SC5353 800 3 15
2SC2335 400 7 10
2SC4242 400 7 10
2SC5763 400 7 10
1 ndash Escolha o transistor e faccedila o calculo para descobrir R1 e depois monte o circuito Transistor escolhido ______________
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2 ndash Meccedila a corrente no ponto 1 e compare com o calculado Faccedila as observaccedilotildees necessaacuterias
Corrente no ponto (1)
Calculado
Medido _____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
3 ndash Por que existem os resistores em paralelo com os capacitores
_____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
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Laboratoacuterio 3
TRANSISTOR EFEITO DE CAMPO (FET) O transistor de potecircncia MOSFET eacute um dispositivo de tensatildeo controlada e necessita apenas de tensatildeo no gatilho A velocidade de chaveamento eacute muito alta (nanosegundos) MOSFETrsquos de potecircncia satildeo utilizados em conversores de baixa potecircncia e alta frequumlecircncia Estes transistores apresentam problemas de descargas eletrostaacuteticas necessitando de cuidados especiais Este experimento tem como objetivo mostrar o funcionamento de Mosfets em uma aplicaccedilatildeo pratica para tanto montaremos o circuito abaixo
Pinagem 1 ndash GATE 2 ndash DRAIN 3 ndash SOURCE
Alguns transistores encontrados no comeacutercio
Transistor Tensatildeo Vds(V) Corrente Id (A)
IRF840 500 85 IRF740 400 10
1 ndash Meccedila a corrente no ponto 1 Corrente no ponto 1 ______________ No ponto 2 coloque 1deg o multiacutemetro antes de ligar o circuito Meccedila a corrente no ponto 2 Corrente no ponto 2 ______________ Por que isto ocorre 2 ndash Calcule a corrente que passa entre os resistores E compare com os valores medidos e faccedila as observaccedilotildees necessaacuterias
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Laboratoacuterio 4
SCR E TRIAC
Este laboratoacuterio tem o objetivo de comprovar o funcionamento do componente SCR e TRIAC e diferenciaacute-los 1
A - Primeiramente ligue a chave 1 mantendo a chave 2 desligada o que ocorre _____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
B ndash Mantendo ligada a chave 1 ligue a chave 2 por um breve intervalo de tempo e desligue-a O que acontece Justifique sua resposta _____________________________________________________________________________________ _____________________________________________________________________________________ 2
C ndash Faccedila a mesma sequumlecircncia usada nas questotildees A e B Sequumlecircncia da questatildeo A________________________________________________________________
Sequumlecircncia da questatildeo B_________________________________________________________________
D - Faccedila as consideraccedilotildees comparando os circuitos 1 e 2
_____________________________________________________________________________________ _____________________________________________________________________________________
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3
E ndash Faccedila um comentaacuterio sobre a omissatildeo das chaves _____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
4
F - Comente os circuitos 3 e 4 haacute alguma diferenccedila no brilho da lacircmpada
_____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
Pinos do SCR e BTA 1 ndash Catodo A2 2 ndash Anodo A1 3 ndash Gatilho
Alguns SCRs encontrados no comeacutercio
Tiristor
Tensatildeo Vds(V)
Corrente Id (A)
BT151 500 85 TIC106 400 10
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Laboratoacuterio 5
DIAC E TRIAC O objetivo eacute montar o circuito abaixo e visualizar com o osciloscoacutepio a forma de onda em cima da carga no nosso caso a lacircmpada enquanto varia o potenciocircmetro
Pinagem 1 ndash A1 2 ndash A2 3 ndash G Alguns triacs encontrado no comeacutercio BTA08 ndash 8A BTA26 ndash 26A MAC224 ndash 40A TIC226 ndash 8A
Coloque a ponteira em cima da carga e deixe o potenciocircmetro no meio do curso e reproduza na tela abaixo Registre o ajuste que foi feito no osciloscoacutepio para aparecer o meio ciclo superior na tela
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Laboratoacuterio 6
PWM Este circuito eacute simples com o famoso CI 555 para gerar o sinal PWM Controlando uma carga que conseguimos observar o estaacute acontecendo
1 ndash Qual a frequumlecircncia gerada do sinal PWM _______________________________________________________________________________
_______________________________________________________________________________
2 ndash O que acontece com a lacircmpada quando varia o potenciocircmetro
_______________________________________________________________________________
_______________________________________________________________________________
3 ndash Trocando o capacitor de 100nF por um de 10nF qual seraacute a nova frequumlecircncia
_______________________________________________________________________________
_______________________________________________________________________________
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Laboratoacuterio 7
INVERSOR Este circuito eacute o conceito baacutesico do princiacutepio de funcionamento de um inversor que eacute capaz de gerar uma tensatildeo alternada a partir de uma tensatildeo contiacutenua
1 ndash O motor estaacute girando _____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
2 ndash Caso afirmativo na primeira pergunta coloque a ponteira do osciloscoacutepio em um dos terminais do motor e a garra jacareacute no terra e meccedila a frequumlecircncia _____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
3 ndash O que estaacute acontecendo com o motor em suas caracteriacutesticas fiacutesicas Mudou a velocidade estaacute aquecendo estaacute trepidando etc _____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
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Apendice B
Coacutedigo de resistores
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Capacitores ceracircmicos
O valor do capacitorB eacute de 3300 pF (picofarad = 10-12 F) ou 33 nF (nanofarad = 10-9 F) ou 00033 microF (microfarad =
10-6 F) No capacitor A devemos acrescentar mais 4 zeros apoacutes os dois primeiros algarismos O valor do capacitor que se lecirc 104 eacute de 100000 pF ou 100 nF ou 01microF
O aparecimento de uma letra maiuacutescula ao lado dos nuacutemeros Esta letra refere-se a toleracircncia do capacitor ou seja o quanto que o capacitor pode variar de seu valor em uma temperatura padratildeo de 25deg C A letra J significa que este capacitor pode variar ateacute plusmn5 de seu valor a letra K = plusmn10 ou M = plusmn20 Segue na tabela abaixo os coacutedigos de toleracircncias de capacitacircncia
Ateacute 10pF Coacutedigo Acima de 10pF
plusmn01pF B
plusmn025pF C
plusmn05pF D
plusmn10pF F plusmn1
G plusmn2
H plusmn3
J plusmn5
K plusmn10
M plusmn20
S -50 -20
Z +80 -20
ou +100 -20
P +100 -0
O coeficiente de temperatura TC que define a variaccedilatildeo da capacitacircncia dentro de uma determinada faixa de temperatura O TC eacute normalmente expresso em ou ppmdegC ( partes por milhatildeo degC ) Eacute usado uma sequumlecircncia de letras ou letras e nuacutemeros para representar os coeficientes Observe o desenho abaixo
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Na tabela abaixo estatildeo mais alguns coeficientes de temperatura e as toleracircncias que satildeo muito utilizadas por diversos fabricantes de capacitores
Coacutedigo Coeficiente de temperatura NPO -0plusmn 30ppmdegC N075 -75plusmn 30ppmdegC N150 -150plusmn 30ppmdegC N220 -220plusmn 60ppmdegC N330 -330plusmn 60ppmdegC N470 -470plusmn 60ppmdegC N750 -750plusmn 120ppmdegC N1500 -1500plusmn 250ppmdegC N2200 -2200plusmn 500ppmdegC N3300 -3300plusmn 500ppmdegC N4700 -4700plusmn 1000ppmdegC N5250 -5250plusmn 1000ppmdegC P100 +100plusmn 30ppmdegC
Outra forma de representar coeficientes de temperatura eacute mostrado abaixo Eacute usada em capacitores que se caracterizam
pela alta capacitacircncia por unidade de volume (dimensotildees reduzidas) devido a alta constante dieleacutetrica sendo recomendados para aplicaccedilatildeo em desacoplamentos acoplamentos e supressatildeo de interferecircncias em baixas tensotildees
Os coeficientes satildeo tambeacutem representados exibindo sequumlecircncias de letras e nuacutemeros como por exemplo X7R Y5F e Z5U Para um capacitor Z5U a faixa de operaccedilatildeo eacute de +10degC que significa Temperatura Miacutenima seguido de +85degC que significa Temperatura Maacutexima e uma variaccedilatildeo Maacutexima de capacitacircncia dentro desses limites de temperatura que natildeo ultrapassa -56 +22
Veja as trecircs tabelas abaixo para compreender este exemplo e entender outros coeficientes
Temperatura Miacutenima
Temperatura Maacutexima
Variaccedilatildeo Maacutexima de Capacitacircncia
X -55degC Y -30degC Z +10degC
2 +45degC 4 +65degC 5 +85degC 6 +105degC 7 +125degC
A plusmn10 B plusmn15 C plusmn22 D plusmn33 E plusmn47 F plusmn75 P plusmn10 R plusmn15 S plusmn22 T -33 +22 U -56 +22 V -82 +22
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Capacitores de filme plaacutestico
O desenho ao lado mostra capacitores que tem os seus valores impressos em nanofarad (nF) = 10-9F Quando aparece no capacitor uma letra n minuacutescula como um dos tipos apresentados ao lado por exemplo 3n3 significa que este capacitor eacute de 33nF No exemplo o n minuacutesculo eacute colocado ao meio dos nuacutemeros apenas para economizar uma viacutergula e evitar erro de interpretaccedilatildeo de seu valor
Capacitores de Ceracircmica Multicamada
Capacitores de Polieacutester Metalizado usando coacutedigo de cores
A tabela abaixo mostra como interpretar o coacutedigo de cores dos capacitores abaixo No capacitor A as 3 primeiras cores satildeo laranja laranja e laranja correspondem a 33000 equivalendo a 33 nF A cor branca logo adiante eacute referente a plusmn10 de toleracircncia E o vermelho representa a tensatildeo nominal que eacute de 250 volts
1ordf Algarismo 2ordf Algarismo 3ordf Ndeg de zeros 4ordf Toleracircncia 5ordf Tensatildeo
PRETO 0 0 - plusmn 20 -
MARROM 1 1 0 - -
VERMELHO 2 2 00 - 250V
LARANJA 3 3 000 - -
AMARELO 4 4 0000 - 400V
VERDE 5 5 00000 - -
AZUL 6 6 - - 630V
VIOLETA 7 7 - - -
CINZA 8 8 - - -
BRANCO 9 9 - plusmn 10 -
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Apecircndice C
Osciloscoacutepio Geralmente os osciloscoacutepios tecircm os controles e entradas que podem ser divididos em cinco grupos
1 ndash Controle da fonte de alimentaccedilatildeo 2 ndash Controles de ajuste do traccedilo ou ponto na tela 3 ndash Controles e entrada de atuaccedilatildeo vertical 4 ndash Controles e entrada de atuaccedilatildeo horizontal 5 ndash Controles de entrada de sincronismo
1 - CONTROLE DA FONTE DE ALIMENTACcedilAtildeO 11 - INTERRUPTOR Sua funccedilatildeo eacute interromper ou estabelecer a corrente no primaacuterio do transformador de fora Sua atuaccedilatildeo normalmente eacute acompanhada por uma lacircmpada piloto que serve de aviso visual sobre a situaccedilatildeo do circuito (ligado ou desligado) Normalmente este interruptor se encontra acoplado junto do potenciocircmetro de controle de brilho 12 - COMUTADOR DE TENSAtildeO Sua funccedilatildeo eacute selecionar a tensatildeo de funcionamento do osciloscoacutepio (127 220V) Permite utilizar o instrumento sem a necessidade de recorrer a um transformador abaixador ou elevador de tensatildeo (geralmente o acesso deste comutador eacute visto na parte de traz do aparelho) 2 - CONTROLES DE AJUSTE DO TRACcedilO OU PONTO NA TELA 21 - BRILHO OU LUMINOSIDADE Eacute o controle que ajusta a luminosidade do ponto ou do traccedilo O controle do brilho eacute feito por meio de um potenciocircmetro situado no circuito da grade de controle do TRC mediante o qual se regula o potencial desta grade (deve-se evitar o uso de brilho excessivo sob pena de se danificar a tela) 22 - FOCO Eacute o controle que ajusta a nitidez do ponto ou traccedilo luminoso O ajuste do foco eacute conseguido mediante a regulagem de um potenciocircmetro que regula a polarizaccedilatildeo do eletrodo de enfoque O foco deve ser ajustado de forma a se obter um traccedilo fino e niacutetido na tela (estes ajustes de brilho e de foco satildeo ajustes baacutesicos que devem ser feitos sempre que se for usar o osciloscoacutepio)
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23 - ILUMINACcedilAtildeO DA RETIacuteCULA Permite que se ilumine o quadriculado ou as divisotildees na tela 3 - CONTROLES E ENTRADA DE ATUACcedilAtildeO VERTICAL 31 - ENTRADA DE SINAL VERTICAL Nesta entrada eacute conectada a ponta de prova do osciloscoacutepio As variaccedilotildees de tensatildeo aplicadas nesta entrada aparecem sob forma de figura na tela 32 - CHAVE DE SELECcedilAtildeO DE MODO DE ENTRADA (CA-CC) Esta chave eacute selecionada de acordo com o tipo de forma de onda a ser observada Em alguns osciloscoacutepios esta chave possui trecircs posiccedilotildees (CA-0-CC ou AC-GND-DC) Esta posiccedilatildeo adicional eacute usada para a realizaccedilatildeo de ajustes do traccedilo do osciloscoacutepio em algumas situaccedilotildees Por exemplo quando se deseja Uma referecircncia na tela 33 - CHAVE SELETORA DE GANHO (VDiv) Esta chave permite que se aumente ou que se diminua a amplitude de projeccedilatildeo na tela do osciloscoacutepio (altura da imagem) 34 - POSICcedilAtildeO VERTICAL Permite movimentar a imagem para cima ou para baixo na tela A movimentaccedilatildeo natildeo interfere na forma da figura projetada na tela 4 - CONTROLES DE ATUACcedilAO HORIZONTAL 41 - CHAVE SELETORA DE BASE DE TEMPO Eacute o controle que permite variar o tempo de deslocamento horizontal do ponto na tela Atraveacutes deste controle eacute possiacutevel reduzir ou ampliar horizontalmente na tela a figura nela projetada Em alguns osciloscoacutepios esta chave seletora tem uma posiccedilatildeo identificada como EXT (externa) o que possibilita que o deslocamento horizontal pode ser controlado por circuito externo ao osciloscoacutepio atraveacutes de uma entrada especiacutefica Quando a posiccedilatildeo externa eacute selecionada natildeo haacute formaccedilatildeo do traccedilo na tela obtendo-se apenas um ponto 42 - POSICcedilAtildeO HORIZONTAL Eacute o ajuste que permite controlar horizontalmente a forma de onda na tela Girando o controle de posiccedilatildeo horizontal para a direita o traccedilo move-se horizontalmente para a direita e vice-versa Assim como o controle de posiccedilatildeo vertical o controle de posiccedilatildeo horizontal natildeo interfere na forma da figura projetada na tela
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5 - CONTROLES E ENTRADA DE SINCRONISMO (TRIGGER) Satildeo controles que se destinam a fixar a imagem na tela Estes controles satildeo utilizados principalmente na observaccedilatildeo de sinais alternados Os controles de sincronismo satildeo Chave seletora de fonte de sincronismo Chave de modo de sincronismo Controle de niacutevel de sincronismo 51 - CHAVE SELETORA DE FONTE DE SINCRONISMO Seleciona onde seraacute tomada o sinal de sincronismo para fixar a imagem na tela do osciloscoacutepio Normalmente esta chave possui trecircs posiccedilotildees pelo menos POSICcedilAtildeO CH1 O sincronismo eacute controlado pelo sinal aplicado ao canal 1 POSICcedilAtildeO REDE Realiza o sincronismo com base na frequecircncia da rede de alimentaccedilatildeo do osciloscoacutepio (60Hz) Nesta posiccedilatildeo consegue-se facilmente sincronizar na tela sinais aplicados na entrada vertical que sejam obtidos a partir da rede eleacutetrica POSICcedilAtildeO EXTERNO Na posiccedilatildeo externo o sincronismo da figura eacute obtido agrave partir de outro equipamento externo conectado ao osciloscoacutepio O sinal que controla o sincronismo na posiccedilatildeo externo eacute aplicado a entrada de sincronismo 52 - CHAVE DE MODO DE SINCRONISMO Normalmente esta chave tem duas ou trecircs posiccedilotildees AUTO Nesta posiccedilatildeo o osciloscoacutepio realiza o sincronismo automaticamente com base no sinal selecionado pela chave seletora de fonte de sincronismo NORMAL + O sincronismo eacute positivo ajustado manualmente pelo controle de niacutevel de sincronismo (TRIGGER) de modo que o primeiro pico que apareccedila na tela seja o positivo NORMAL - O sincronismo eacute negativo tambeacutem ajustado manualmente entretanto o primeiro pico a aparecer eacute o negativo 53 - CONTROLE DE NIacuteVEL DE SINCRONISMO (TRIGGER) Eacute um controle manual que permite o ajuste do sincronismo quando natildeo se consegue um sincronismo automaacutetico Tem atuaccedilatildeo nas posiccedilotildees NORMAL + e NORMAL - OBSERVACcedilAtildeO Para se realizar leituras eacute necessaacuterio sincronizar a figura na tela II - ENTRADA E CONTROLE DO OSCILOSCOacutePIO DUPLO TRACcedilO O osciloscoacutepio de duplo traccedilo possui alguns controles que satildeo comuns aos dois traccedilos e outros que satildeo individuais Os controles de brilho foco base de tempo e de posiccedilatildeo horizontal satildeo controles que satildeo comuns aos dois traccedilos Basicamente os controles individuais situam-se nas entradas e controles do vertical nos controles e entrada de sincronismo ENTRADAS E CONTROLES DO VERTICAL Para que se possa observar dois sinais simultaneamente eacute necessaacuterio que se aplique uma tensatildeo em cada uma das entradas verticais O osciloscoacutepio duplo traccedilo dispotildee de dois grupos de controles verticais Um grupo para o canal A ou canal 1 (CH1) Um grupo para o canal B ou canal 2 (CH2) Cada grupo controla um dos sinais na tela (amplitude posiccedilatildeo vertical etc) Geralmente satildeo iguais Cada canal dispotildee de Entrada Vertical Chave Seletora CA-O-CC Chave Seletora de ganho vertical (DDiv) Posiccedilatildeo vertical Um osciloscoacutepio de duplo traccedilo pode ainda ser utilizado como sendo um osciloscoacutepio de traccedilo simples Uma chave seletora permite que se possa selecionar cada canal individualmente ou os dois simultaneamente Esta chave possui pelo menos trecircs posiccedilotildees CH1
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CH2 DUAL Na posiccedilatildeo CH1 apareceraacute apenas a imagem na tela que estiver sendo aplicada na entrada vertical do canal 1 Na posiccedilatildeo CH2 apareceraacute apenas a imagem na tela que estiver sendo aplicada na entrada vertical do canal 2 Na posiccedilatildeo DUAL aparecem as duas imagens Em osciloscoacutepios mais sofisticados esta chave pode possuir mais posiccedilotildees de modo a permitir outras alternativas de uso CONTROLES DE SINCRONISMO Realizam as mesmas funccedilotildees do osciloscoacutepio traccedilo simples que eacute a de fixar a imagem na tela O que diferencia eacute o fato de que na chave seletora de fonte existe uma posiccedilatildeo adicional de modo a poder sincronizar a figura PONTAS DE PROVA As pontas de prova satildeo utilizadas para interligar o osciloscoacutepio aos pontos de medida
Uma das extremidades da ponta de prova eacute conectada a uma das entradas do osciloscoacutepio atraveacutes de um conector e a extremidade livre serve para conexatildeo aos pontos de medida A extremidade livre possui uma garra jacareacute denominada de terra da ponta de prova que deve ser conectada ao terra do circuito e uma ponta de entrada de sinal que deve ser conectada no ponto que se deseja medir Existem dois tipos de ponta de prova ponta de prova 11 ponta de prova 101 A ponta de prova 11 se caracteriza por aplicar agrave entrada do osciloscoacutepio a mesma tensatildeo ou forma de onda que eacute aplicada a ponta de mediccedilatildeo A ponta de prova 101 entrega ao osciloscoacutepio apenas a deacutecima parte da tensatildeo aplicada a ponta de mediccedilatildeo As pontas de prova 101 permitem que o osciloscoacutepio consiga observar tensotildees dez vezes maior que a sua capacidade Por exemplo Um osciloscoacutepio que permite a leitura de tensotildees de 50V com ponta de prova 11 com ponta de prova 101 poderaacute medir tensotildees de ateacute 500V (10x50V) Existem pontas de prova que dispotildee de um botatildeo onde se pode selecionar 101 ou 11 Obs Quando natildeo se tem total certeza da grandeza da tensatildeo envolvida eacute aconselhaacutevel iniciar a mediccedilatildeo com o posiccedilatildeo 101
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Bibliografia
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CHOUERI JUacuteNIOR Salomatildeo CRUZ Eduardo Cesar Alves Satildeo Paulo Eacuterica 1996 389 p
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BOYLESTAD Robert L NASHELSKY Louis CAMARGO Joseacute Bueno de NASCIMENTO Joseacute Lucimar do PERTENCE JUNIOR Antonio (Coord) Satildeo Paulo Pearson Prentice Hall 2004 672 p
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8 Ghirardello Ariovaldo Apostila sobre Modulaccedilatildeo PWM Coleacutegio Politec
9 Electronics Workbench Versatildeo 512
10 LabcenterElectronics 1989-2008 Release 75 SP3
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Associaccedilotildees em seacuterie e em paralelo
Um conjunto de diodos do mesmo tipo associados em serie apresenta uma capacidade de corrente direta igual a capacidade de cada unidade A tensatildeo maacutexima reversa entretanto seraacute a soma das tensotildees maacuteximas reversas individuais Eacute importante que os diodos sejam do mesmo tipo ou haveraacute uma distribuiccedilatildeo irregular da tensatildeo entre eles causando a ruptura em um valor inferior a esta soma
Figura 10 Permanece a mesma I e somam-se V
A montagem de diodos em paralelo costuma ser problemaacutetica e deve ser substituiacuteda por um uacutenico
diodo com maior capacidade de corrente sempre que possiacutevel Nos diodos associados em paralelo a tendecircncia seraacute de que aquele com a menor barreira de tensatildeo comecem a conduzir primeiro assumindo a maior parte (senatildeo toda) a corrente do circuito Portanto natildeo eacute suficiente que os diodos sejam do mesmo tipo e preciso que resistores de baixo valor montados conforme a figura abaixo contrabalance esta tendecircncia permitindo uma divisatildeo quase igual de corrente O valor destes resistores deve ser tal que provoque uma queda de tensatildeo de cerca de 05V para a corrente maacutexima do diodo associado Ou seja para diodos de 1A seraacute necessaacuteria uma resistecircncia de aproximada 05Ω Note que alem dos 07V perdidos na barreira de tensatildeo do diodo outros 05V seratildeo perdidos no resistor com uma dissipaccedilatildeo de calor igual a 05 vezes a corrente
Figura 11 Permanece a mesma V e somam-se as I
Relembrando Tipo 1N4001 1N4002 1N4003 1N4004 1N4005 1N4006 1N4007 Tensatildeo de pico reversa (V) 50 100 200 400 600 800 1000 Tensatildeo RMS reversa (V) 35 70 140 280 420 560 700 Corrente de saiacuteda (A) 1
Temos tambeacutem Tipo 1N4012 1N4014 1N3970 1N3927 1N1189 Tensatildeo de pico reversa (V) 700 900 600 2500 500 Corrente de saiacuteda (A) 12 12 50 10 35
Este satildeo apenas alguns diodos de potecircncia
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4 - Transistor BJT
Os transistores bipolar de potecircncia representaram um importante passo no desenvolvimento de componentes de meacutedia potecircncia atingindo tensotildees de bloqueio da ordem de 1000V conduzindo correntes de 500A Embora estes valores natildeo permitam sua aplicaccedilatildeo direta estes dispositivos satildeo a base para uma seacuterie de outros conversores para condicionamento de energia eleacutetrica
Transistores do tipo NPN os eleacutetrons satildeo atraiacutedos do emissor pelo potencial positivo da base tendo em mente a corrente real de eleacutetrons J1 se transforma num diodo diretamente polarizado Esta camada central eacute suficientemente fina para que a maior parte dos portadores tenha energia cineacutetica suficiente para atravessaacute-la chegando agrave regiatildeo de transiccedilatildeo de J2 sendo entatildeo atraiacutedos pelo potencial positivo do coletor
A figura abaixo mostra uma estrutura tiacutepica de um transistor bipolar de potecircncia As bordas arredondadas da regiatildeo de emissor permitem uma homogeneizaccedilatildeo do campo eleacutetrico necessaacuteria agrave manutenccedilatildeo de ligeiras polarizaccedilotildees reversas entre base e emissor O TBP natildeo sustenta tensatildeo no sentido oposto porque a alta dopagem do emissor provoca a ruptura de J1 em baixas tensotildees (5 a 20V)
Figura 12 Estrutura baacutesica de um transistor de potecircncia
O controle de VBE determina a corrente de base IB que por sua vez se relaciona com IC pelo
ganho de corrente do dispositivo Para suportar tensotildees elevadas existe uma camada intermediaacuteria do coletor com baixa dopagem a qual define a tensatildeo de bloqueio do componente
Porem uma das principais limitaccedilotildees dos transistores bipolares de potecircncia eacute o baixo valor do ganho de corrente β (muitas vezes inferior a 10) com isto muitas vezes satildeo utilizados estes transistores na regiatildeo de saturaccedilatildeo e bloqueio ou como chave
Figura 13
Para que o transistor opere como chave aberta eacute necessaacuterio que a tensatildeo de entrada VE seja menor que VBE de conduccedilatildeo E para que o transistor opere como chave fechada eacute preciso que a tensatildeo de entrada VE seja maior que VBE de conduccedilatildeo
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Vamos a um exemplo Para dimensionarmos RB e RC vamos utilizar a analise das malhas
Entrada VRB = VCC - VBE
Saiacuteda VRC = VCC - VCE
Figura 14
Paracircmetros do 2SC5353 VBEsat = 13V VCEsat = 1V βsat = 10 O RC eacute como se fosse a carga a ser controlada entatildeo para dimensionarmos os resistores de
polarizaccedilatildeo temos que definir uma carga concluiacutemos entatildeo que teremos que calcular na verdade soacute o RB jaacute que foi definido que carga teremos que controlar
O RC definido foi de 800Ω
Malha de saiacuteda
VRC = VCC ndash VCEsat
VRC = 180 ndash 1 there4 VRC =179V
IRC = IC
IC = C
RC
R
V there4 IC = 2237mA
Potencia de RC
PRC = 2CsatC IR sdot there4 800 x (2237x10-3)2
PRC = 40W
Podemos entatildeo substituir o resistor por
uma lacircmpada de 40W180V
Malha de entrada
VRB = VCC ndash VBE
VRB = 12 ndash 13 there4 VRB = 107V
IB = βCI
there4
IB =10
107223 3minustimes there4 IB = 2237mA
RB = B
RB
I
V there4 RB =
3107322
710minustimes
RB = 4783Ω Valor comercial RB = 470 Ω
Potencia de RB
PRB = 2BsatB IR sdot
PRB = 470 x (2273x10-3)2
PRB = 2352mW (14W)
Estes caacutelculos satildeo para o interruptor na posiccedilatildeo ligado quando o interruptor passa para a posiccedilatildeo desligado a entrada eacute aterrada (VEltVBE) causando o corte do transistor consequumlentemente a lacircmpada iraacute apagar
O uso preferencial de TBP tipo NPN se deve agraves menores perdas em relaccedilatildeo aos PNP o que ocorre por causa da maior mobilidade dos eleacutetrons em relaccedilatildeo agraves lacunas reduzindo principalmente os tempos de comutaccedilatildeo do componente em outras palavras os transistores do tipo NPN satildeo mais raacutepidos do que os do tipo PNP
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Conexatildeo Darlington
Como jaacute mencionado transistores de potecircncia geralmente tecircm ganhos menores e precisam correntes altas na base para a plena conduccedilatildeo O transistor do exemplo anterior pode exigir 1A para controlar uma corrente de 3A Para solucionar este problema existe um arranjo que eacute chamado de Darlington esta configuraccedilatildeo consiste em conectar dois transistores do mesmo tipo de maneira que o ganho de corrente de um transistor β1 e o do outro β2 entatildeo o ganho de corrente do arranjo seraacute igual a βD = β1xβ2 Outra caracteriacutestica desta configuraccedilatildeo eacute conseguir uma alta impedacircncia de entrada Normalmente este tipo de ligaccedilatildeo eacute feito em um uacutenico encapsulamento Neste caso o valor de ganho eacute muito grande e uma corrente bem pequena na base jaacute leva o transistor ao estado de plena conduccedilatildeo O ocircnus por esta sensibilidade de corrente baixa de base eacute o fato de que a tensatildeo VBDED eacute maior que em um transistor normal pois temos que polarizar em vez de um mas dois diodos para que comece a ocorrer a conduccedilatildeo
Figura 15 Conexatildeo Darlington
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5 - Transistor FET
O surgimento do MOSFET representou um grande avanccedilo tecnoloacutegico por ser de fabricaccedilatildeo muito simples ter uma alta impedacircncia de entrada e baixo ruiacutedo proporcionar integraccedilatildeo em larga escala isto eacute por ter tamanho reduzido cerca de 20 vezes menos que o transistor bipolar permitindo assim que um grande numero de transistores sejam produzidos em um mesmo circuito integrado
O MOSFET de potencia eacute um semicondutor com capacidade de controle de corrente por meio de tensatildeo aplicada entre os terminais gate e source a exemplo do TBP o transistor FET pode trabalhar com tensotildees tambeacutem elevadas na ordem dos 1000V e correntes em torno de 200A mas sua principal vantagem eacute por ser acionado por tensatildeo a sua arquitetura disponibiliza uma elevada velocidade de chaveamento tornando-o indicado para as aplicaccedilotildees de frequumlecircncia elevada (centenas de kHz)
Para VGS lt 0 os eleacutetrons do canal n satildeo repelidos aumentando assim a camada de depleccedilatildeo proacutexima da camada oacutexido Assim haacute uma diminuiccedilatildeo na aacuterea do canal n (estrangulamento) sendo estabelecida uma alta resistecircncia RDS Deste modo natildeo haacute circulaccedilatildeo de corrente IDS Para IDS igual a zero a tensatildeo VGS eacute chamada de tensatildeo de estrangulamento (pinch-off) VP Para VGS gt 0 o canal n torna-se largo reduzindo drasticamente a resistecircncia RDS sendo assim estabelecida a corrente IDS O MOSFET com canal p tem a s polaridades das tensotildees e correntes invertidas
Figura 16
Estrutura baacutesica de transistor MOSFET Uma pequena corrente de gate eacute necessaacuteria apenas para carregar e descarregar as capacitacircncias de
entrada do transistor desta forma o melhor modo de polarizaccedilatildeo de um FET eacute empregando uma fonte de baixa impedacircncia de saiacuteda jaacute que temos na estrutura do gate uma capacitacircncia parasita gate-fonte CGS que eacute inerente ao componente desta forma natildeo existe meios de minimizaacute-lo
Estes transistores em geral satildeo de canal N por apresentarem menores perdas e maior velocidade de comutaccedilatildeo devido agrave maior mobilidade dos eleacutetrons em relaccedilatildeo agraves lacunas
Abaixo temos um exemplo de polarizaccedilatildeo de gate de baixa impedacircncia tambeacutem teraacute que utilizar fonte de pulsos de baixa impedacircncia como foi dito antes
Figura 17
15
Outra forma de obter um circuito de disparo eacute o demonstrado abaixo porem eacute importante notar nesta situaccedilatildeo que estamos atrelados a transistores bipolares natildeo sendo aconselhaacutevel a altas frequumlecircncias ou pelo menos dar uma olhada no datasheet dos transistores que seratildeo utilizados com atenccedilatildeo a frequumlecircncia maacutexima de trabalho
Figura 18
Este circuito nada mais eacute do que um gate driver que pode se fazer com componentes discretos ou com auxilio de CIs fabricados especialmente para isto a saiacuteda pode ser para um MOSFET ou para vaacuterios deles Isto eacute mais faacutecil de verificar em IGBTs que seraacute estudado em seguida
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6 ndash Transistor IGBT O IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) alia a facilidade de acionamento dos MOSFET com as pequenas perdas em conduccedilatildeo dos TBP Sua velocidade de chaveamento eacute superior agrave dos transistores bipolares Os limites atuais de tensatildeo e corrente em dispositivos uacutenicos estatildeo em torno de 2kV e 1000A o que indica que tal componente pode ser utilizado em aplicaccedilotildees de potecircncia
O controle de componente eacute anaacutelogo ao do MOSFET ou seja pela aplicaccedilatildeo de uma polarizaccedilatildeo entre gate e emissor Tambeacutem para o IGBT o acionamento eacute feito por tensatildeo O IGBT possui uma corrente maacutexima que natildeo deve ser ultrapassada se isso ocorrer natildeo se consegue cortar o IGBT retirando a tensatildeo do Gate A corrente fluiraacute pelo dreno sem controle e isso poderaacute danificar o componente Esse fato eacute conhecido por LatchUp Princiacutepio de funcionamento
A estrutura do IGBT eacute similar agrave do MOSFET mas com a inclusatildeo de uma camada P+ que forma o coletor do IGBT como mostrado na figura abaixo Em termos simplificados pode-se analisar o IGBT como um MOSFET no qual a regiatildeo N- tem sua condutividade modulada pela injeccedilatildeo de portadores minoritaacuterios (lacunas) a partir da regiatildeo P+ uma vez que J1 estaacute diretamente polarizada Esta maior condutividade produz uma menor queda de tensatildeo em comparaccedilatildeo a um MOSFET similar A maacutexima tensatildeo suportaacutevel eacute determinada pela junccedilatildeo J2 (polarizaccedilatildeo direta) e por J1 (polarizaccedilatildeo reversa) Como J1 divide 2 regiotildees muito dopadas conclui-se que um IGBT natildeo suporta tensotildees elevadas quando polarizado reversamente
Figura 19 Estrutura baacutesica de IGBT
A entrada em conduccedilatildeo eacute similar ao MOSFET sendo um pouco mais lenta a queda da tensatildeo Vce uma vez que isto depende da chegada dos portadores vindos da regiatildeo P+ Para o desligamento no entanto tais portadores devem ser retirados Nos TBPs isto se daacute pela drenagem dos portadores via base o que natildeo eacute possiacutevel nos IGBTs devido ao acionamento isolado A soluccedilatildeo encontrada foi a inclusatildeo de uma camada N+ na qual a taxa de recombinaccedilatildeo eacute bastante mais elevada do que na regiatildeo N- Desta forma as lacunas presentes em N+ recombinam-se com muita rapidez fazendo com que por difusatildeo as lacunas existentes na regiatildeo N- refluam apressando a extinccedilatildeo da carga acumulada na regiatildeo N- possibilitando o restabelecimento da barreira de potencial e o bloqueio do componente
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7 - Tiristor
O tiristor e o SCR satildeo facilmente confundidos pois estatildeo relacionados ao mesmo componente Tiristor eacute o nome de uma famiacutelia de componentes da qual o SCR faz parte O SCR eacute um diodo controlado muito utilizado em equipamentos de controle industrial que iremos ver detalhadamente mais tarde Funcionamento de uma forma geral O tiristor eacute um dispositivo semicondutor de quatro camadas de estrutura PNPN com trecircs junccedilotildees PN Tem trecircs terminais Anodo Catodo e Gatilho Os terminais anodo e catodo quando polarizados diretamente soacute comeccedilam a conduzir se receber um comando no terminal gatilho Uma vez conduzindo ele se comportara como um diodo em conduccedilatildeo e natildeo haacute controle sobre o dispositivo Desligamento A corrente de anodo eacute conservada abaixo da corrente de manutenccedilatildeo por um tempo suficiente grande de forma que todos os portadores em excesso nas quatro camadas sejam eliminados ou recombinados
Alguns toacutepicos que devem ser levado em consideraccedilatildeo em projeto de circuitos de controle de gatilho
1- O sinal de gatilho deve ser retirado apoacutes o disparo do tiristor Um sinal contiacutenuo aumentaria a perda de potencia na junccedilatildeo do gatilho
2- Enquanto o tiristor estiver reversamente polarizado natildeo devera haver sinal de gatilho De outra forma o tiristor poderia falhar devido a um aumento de corrente de fuga
3- A largura do pulso de gatilho IG tem que ser maior que o tempo necessaacuterio para a corrente do anodo crescer ateacute o valor da corrente de manutenccedilatildeo IH Na praacutetica a largura do pulso no tiristor TON
Tipos de Tiristores Tiristor de controle de fase SCR Tiristor triodo bidirecional TRIAC Tiristor de desligamento pelo gatilho GTO Tiristor de conduccedilatildeo reversa RCT Tiristor de induccedilatildeo estaacutetica SITH Tiristor de desligamento auxiliado pelo gatilho GATT Retificador controlado de siliacutecio controlado por luz LASCR Tiristores controlados por MOS MCTs
Conversatildeo e o controle de grandes quantidades de potencia em sistemas CC e CA utilizando apenas uma pequena potencia para controle pois apresenta chaveamento raacutepido pequeno porte e altos valores de corrente e tensatildeo
Algumas exemplos de aplicaccedilotildees
bull Controle de reles e motores bull Fontes de tensatildeo regulada bull Inversores CC-CA bull Controle de iluminaccedilatildeo
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71 - Tiristor SCR Siacutembolo
O SCR eacute um dispositivo semicondutor de quatro camadas de estrutura PNPN com trecircs junccedilotildees PN Ele tem trecircs terminais anodo catodo e gatilho como eacute visto na figura abaixo
Figura 20
O SCR tal como um diodo soacute conduz corrente no sentido do anodo para o catodo mas apenas quando lhe aplicamos um sinal de tensatildeo no terminal chamado gatilho este meacutetodo de disparo eacute o mais utilizado para se disparar o SCR Mas existem outras formas de disparo normalmente indesejado e em alguns casos podem destruir o componente
Disparo por sobretensatildeo Quando o SCR estaacute polarizado diretamente e aumenta-se a tensatildeo VAK J1 e J3 estatildeo polarizados diretamente mas J2 estaacute reversamente polarizado veja a figura acima Com o aumento de VAK os portadores satildeo acelerados na junccedilatildeo J2 podendo atingir uma energia tatildeo grande que provocaratildeo o fenocircmeno avalanche Esse fenocircmeno faz com que muitos eleacutetrons choquem-se e saiam das orbitas dos aacutetomos da rede Estando disponiacuteveis para a conduccedilatildeo esses eleacutetrons permitem que a corrente de anodo cresccedila Aumentando a corrente de anodo estabelece-se a realimentaccedilatildeo entre os terminais mantendo o SCR disparado Este tipo de disparo eacute chamado de Tensatildeo de Breakover (VBO) Disparo por variaccedilatildeo de tensatildeo (dvdt) Para que um capacitor armazene carga eleacutetrica eacute necessaacuterio haver uma variaccedilatildeo de tensatildeo(∆v) no capacitor em um intervalo de tempo (∆t) eacute necessaacuterio que circule ainda uma corrente i pelo capacitor quando estas variaccedilotildees satildeo muito pequenas a expressatildeo que relaciona estas grandezas eacute apresentada abaixo
dt
dvCi =
Em um SCR polarizado diretamente J2 estaacute reversamente polarizado Nesta junccedilatildeo existe carga armazenada iacuteons positivos de um lado e iacuteons negativos do outro Isto eacute como um capacitor carregado Assim natildeo havendo pulso no gatilho fechando-se S1 a capacitacircncia de J2 faraacute com que circule uma corrente de gatilho Como esta variaccedilatildeo eacute muito grande a corrente resultante seraacute muito grande Essa
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corrente poderaacute ser suficiente para estabelecer o processo de realimentaccedilatildeo fazendo com que o componente entre em conduccedilatildeo
Figura 21
Esse disparo normalmente indesejado pode ser evitado pela accedilatildeo de um circuito de proteccedilatildeo
chamado snubber esse circuito eacute formado por um resistor em serie com um capacitor colocados em paralelo com o SCR
Figura 22 Circuito snubber colocado em paralelo com o SCR
Os meacutetodos de comutaccedilatildeo ou de bloqueio de um SCR significa cortar a corrente que ele conduz e impedir que ele retorne a conduccedilatildeo A comutaccedilatildeo estaraacute completa quando a corrente no sentido direto for anulado e a reaplicaccedilatildeo de tensatildeo direta entre os terminais catodo e anodo natildeo provocarem o retorno do estado de conduccedilatildeo A comutaccedilatildeo natural ocorre quando se reduz a corrente de anodo a um valor abaixo de IH chamada corrente de manutenccedilatildeo (holding current) o SCR eacute bloqueado Este bloqueio pode ser visto melhor na figura abaixo Com S2 aberto mesmo com S1 fechado o SCR estaacute bloqueado pois natildeo haacute corrente no gatilho Fechando S2 pelo R circula uma corrente de gatilho que eacute suficiente para disparar o SCR Abrindo entatildeo S1 a corrente na lacircmpada anula-se e o SCR bloqueia Outro modo de obter a comutaccedilatildeo natural seria trocar a fonte de tensatildeo continua por uma tensatildeo alternada porem o SCR conduziria somente no semi-ciclo positivo natildeo havendo fluxo de corrente no semi-ciclo negativo
Figura 23 Meacutetodo mais utilizado
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Haacute tambeacutem um outro meacutetodo chamado comutaccedilatildeo forccedilada mais usual em circuitos CC a teacutecnica consiste em desviar a corrente por um caminho de menor impedacircncia a corrente que passa pelo SCR iraacute cair abaixo de IH provocando o bloqueio Como podemos ver no circuito abaixo
Figura 24
Com todas as chaves abertas o SCR estaacute bloqueado e a lacircmpada estaacute apagada Fechando-se a CH1 o circuito da lacircmpada e do SCR estaraacute energizado Como natildeo haacute corrente no gatilho o SCR continuaraacute bloqueado a lacircmpada apagada Quando S2 fechar circulara pelo resistor uma corrente suficiente para alimentar o gatilho do SCR que disparara e acenderaacute a lacircmpada Com a lacircmpada acesa S2 pode se novamente aberta sem que o SCR bloqueie e a lacircmpada se apague Agora fechando S3 naturalmente a lacircmpada natildeo se apagara pois a chave curto-circuitaraacute o SCR ficando a lacircmpada alimentada diretamente pela tensatildeo da fonte Como o SCR real natildeo eacute um curto-circuito toda a corrente da lacircmpada ira passar por S3 e a corrente do SCR cairaacute agrave zero o SCR entatildeo ira bloquear Com o SCR bloqueado abrindo-se a chave S3 a lacircmpada apagara Assim soacute seraacute outra vez acessa se S2 for novamente fechada provocando a corrente de gatilho no SCR Mas tambeacutem pode-se utilizar o SCR em tensatildeo alternada natildeo soacute em tensatildeo contiacutenua abaixo temos um exemplo de circuito com sua forma de onda
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72 - Tiristor TRIAC Siacutembolo O Triac eacute um dispositivo de 5 camadas tendo 2 caminhos P-N-P-N em ambos os sentidos entre o MT1 e MT2 e podendo conduzir nos dois sentidos como nos mostra claramente o seu siacutembolo Eletricamente o Triac equivale a ligaccedilatildeo de dois SCRs em antiparalelo e os terminais de gatilho ligados juntos O Triac pode ser levado a conduccedilatildeo pela aplicaccedilatildeo de uma corrente positiva ou negativa no gatilho embora seja mais sensiacutevel a aplicaccedilatildeo de uma corrente positiva quando MT2 eacute positivo e de uma corrente negativa quando MT1 eacute positivo Um TRIAC pode conduzir em ambos os sentidos e eacute normalmente utilizado em controle de fase CA Ele pode ser considerado como dois SCR conectados em antiparalelo com uma conexatildeo de gatilho comum como mostrado na figura abaixo
Como o TRIAC eacute um dispositivo bidirecional seus terminais natildeo podem ser designados como catodo e anodo Se o terminal MT2 for positivo em relaccedilatildeo ao terminal MT1 o TRIAC pode ser disparado pela aplicaccedilatildeo de um sinal positivo entre os terminais de gatilho G e MT1 Se o terminal MT2 for negativo em relaccedilatildeo a MT1 ele pode ser disparado pela aplicaccedilatildeo de um sinal negativo entre o gatilho G e MT1 Natildeo eacute necessaacuterio que se tenham ambas as polaridades do sinal de gatilho pois um TRIAC pode ser disparado com um sinal tanto positivo quanto negativo Na praacutetica as sensibilidades variam de um quadrante para outro e os triacs normalmente satildeo operados no I quadrante (tensatildeo e correntes de gatilho positivas) ou no quadrante III (tensotildees e correntes de gatilho negativas) como eacute visto na curva caracteriacutestica abaixo
a) Quadrante I VMT2 positivo e IG positivo b) Quadrante II VMT2 negativo e IG positivo c) Quadrante III VMT2 negativo e IG negativo d) Quadrante IV VMT2 positivo e IG negativo
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Entatildeo pode-se dizer que o triac pode fazer o controle de fase em uma carga como no circuito abaixo
Variando o potenciocircmetro R2 podemos disparar o triac em vaacuterios acircngulos da onda como demonstra o graacutefico abaixo
Porem com este circuito eacute impossiacutevel efetuar disparos aleacutem dos 90deg em cada semi-ciclo por exemplo se desejarmos disparar em 25deg que a tensatildeo instantacircnea eacute de Vx e o potenciocircmetro estaacute ajustado com este valor de tensatildeo de rede se utilizar o mesmo raciociacutenio para disparar em 155deg a tensatildeo instantacircnea seraacute a mesma consequumlentemente teraacute a mesmo ajuste do potenciocircmetro que e iraacute disparar em 25deg e natildeo em 155deg A figura abaixo ajuda esclarecer este raciociacutenio
Entatildeo para resolvermos a limitaccedilatildeo no acircngulo de disparo menor ou igual a 90deg eacute associarmos com os resistores jaacute existentes um capacitor como no circuito abaixo formando entatildeo uma rede defasadora
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O valor desta defasagem eacute dada pela equaccedilatildeo τ=(R1+R2)C Variando R2 consegue-se
variar o angula de disparo do Triac Porem como o capacitor nem sempre se carrega apartir de uma tensatildeo fixa natildeo se tem uma regularidade no disparo
Para resolvermos este problema estudaremos o Diac na sequumlecircncia
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8 - Diac Os diacs satildeo diodos de disparo bidirecional composto por trecircs camadas (PNP) com a simples funccedilatildeo de disparar tiristores Sua construccedilatildeo assemelha-se a de um transistor bipolar poreacutem difere na dopagem do cristal N
Seu funcionamento eacute simples Para passar do estado de bloqueio para o estado de conduccedilatildeo eacute preciso ultrapassar a tensatildeo de ruptura (VR) rompendo assim a junccedilatildeo polarizada inversamente podendo a corrente fluir em ambos sentidos
Para voltar ao estado de bloqueio basta remover a tensatildeo por alguns instantes Os diacs servem para controlar o disparo de triacs quando uma tensatildeo de referecircncia chegar a certo valor
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9 - Retificadores a tiristor A estrutura baacutesica de retificadores controlado consiste na mesma metodologia vista anteriormente com diodos porem com esta estrutura somente os semiciclos positivos da fonte de alimentaccedilatildeo seratildeo aplicados na carga quando os SCRs forem disparados Jaacute os semiciclos negativos satildeo omitidos como jaacute estudado anteriormente Agora temos um circuito de controle dos gatilhos dos SCRs mais requintado podendo fazer o controle entre 0deg a 180deg Vamos dar exemplos de montagem dos circuitos para que seja melhor entendido
Retificador monofaacutesico de meia onda
Retificador monofaacutesico de onda completa com ponto meacutedio
Retificador monofaacutesico em ponte completa
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Retificador semi-controlado ou em ponte mista
Retificador trifaacutesico de meia onda
Retificador trifaacutesico de onda completa (Ponte de Graetz)
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10 - PWM Para comeccedilarmos o estudo do PWM que vem do inglecircs Pulse Width Modulation ou seja modulaccedilatildeo
por largura de pulso temos que ter alguns preacute-requisitos em mente Uma maneira tradicional de se controlar a potencia de uma carga eacute atraveacutes de um potenciocircmetro ou reostato em seacuterie com a carga conforme mostra a figura abaixo este tipo de controle eacute denominada linear
Variando-se a resistecircncia do potenciocircmetro pode-se modificar a corrente na carga e portanto a potecircncia aplicada a ela
A grande desvantagem deste tipo de controle eacute que a queda de tensatildeo multiplicada pela corrente no R em seacuterie representa uma potencia na forma de calor Conforme o ajuste deste o controle passa a dissipar mais potencia que a carga
O R tem de ser capaz de dissipar esta potencia sendo assim o seu tamanho fiacutesico cresce proporcionalmente com a sua potencia tornando-se caro Embora este controle seja ateacute intuitivo porem natildeo eacute muito inteligente no que diz respeito de desperdiacutecio de energia Consideremos entatildeo o mesmo circuito soacute trocamos o controle como podemos ver no desenho abaixo
Consideremos ainda que esta chave tem uma accedilatildeo muito raacutepida Quando o interruptor estaacute aberto natildeo haacute corrente na carga e a potecircncia aplicada eacute nula No instante em que o interruptor eacute fechado a carga recebe a tensatildeo total da fonte e a potecircncia aplicada eacute maacutexima
Entatildeo para termos uma potencia de 50 a ideacuteia eacute deixarmos um tempo x com a chave ligada e o mesmo tempo com a chave desligada Isso significa que em meacutedia teremos metade do tempo com corrente e metade do tempo sem corrente concluindo que a potencia ficaraacute em 50
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A potecircncia meacutedia e portanto a proacutepria tensatildeo meacutedia aplicada agrave carga eacute neste caso 50 da tensatildeo de entrada
Veja que o interruptor fechado pode definir uma largura de pulso pelo tempo em que ele fica nesta condiccedilatildeo e um intervalo entre pulsos pelo tempo em que ele fica aberto Os dois tempos juntos definem o periacuteodo e portanto uma frequecircncia de controle
A relaccedilatildeo entre o tempo em que temos o pulso e a duraccedilatildeo de um ciclo completo de operaccedilatildeo do interruptor nos define ainda o ciclo ativo conforme eacute mostrado na figura 5
Variando-se a largura do pulso e tambeacutem o intervalo de modo a termos ciclos ativos diferentes podemos controlar a potecircncia meacutedia aplicada a uma carga Assim quando a largura do pulso varia de zero ateacute o maacuteximo a potecircncia tambeacutem varia na mesma proporccedilatildeo conforme estaacute indicado na figura 6
Este princiacutepio eacute usado justamente no controle PWM modulamos (variamos) a largura do pulso de modo a controlar o ciclo ativo do sinal aplicado a uma carga e com isso a potecircncia aplicada a ela
Na praacutetica substituiacutemos o interruptor por algum dispositivo de estado soacutelido que possa abrir e fechar o circuito rapidamente como por exemplo um transistor bipolar um FET de potecircncia um IGBT ou ateacute mesmo um SCR
A este dispositivo eacute entatildeo ligado um oscilador que possa ter seu ciclo ativo controlado numa grande faixa de valores Na praacutetica eacute difiacutecil chegar agrave duraccedilatildeo zero do pulso e agrave 100 jaacute que isso implicaria na parada do oscilador mas podemos chegar bem perto disso
Na operaccedilatildeo de um controle por PWM existem diversas vantagens a serem consideradas e alguns pontos para os quais o projetista deve ficar atento para natildeo jogar fora estas vantagens
Na condiccedilatildeo de aberto nenhuma corrente circula pelo dispositivo de controle e portanto sua dissipaccedilatildeo eacute nula Na condiccedilatildeo de fechado teoricamente se ele apresenta uma resistecircncia nula a queda de tensatildeo eacute nula e ele natildeo dissipa tambeacutem nenhuma potecircncia
Isso significa que na teoria os controles PWM natildeo dissipam potecircncia alguma e portanto consistem em soluccedilotildees ideais para este tipo de aplicaccedilatildeo
Na praacutetica entretanto isso natildeo ocorre Em primeiro lugar os dispositivos usados no controle natildeo satildeo capazes de abrir e fechar o circuito num tempo infinitamente pequeno Eles precisam de um tempo para mudar de estado e neste intervalo de tempo sua resistecircncia sobe de um valor muito pequeno ateacute infinito e vice-versa numa curva de comutaccedilatildeo semelhante a mostrada na figura 10
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Neste intervalo de tempo a queda de tensatildeo e a corrente atraveacutes do dispositivo natildeo satildeo nulas e uma boa quantidade de calor poderaacute ser gerada conforme a carga controlada Dependendo da frequecircncia de controle e da resposta do dispositivo usado uma boa quantidade de calor poderaacute ser gerada neste processo de comutaccedilatildeo
Entretanto mesmo com este problema a potecircncia gerada num controle PWM ainda eacute muito menor do que num circuito de controle linear equivalente Transistores de comutaccedilatildeo raacutepidos FETs de potecircncia e outros componentes de chaveamento podem ser suficientemente raacutepidos para permitir que projetos de controles de potecircncias elevadas sejam implementados sem a necessidade de grandes dissipadores de calor ou que tenham problemas de perdas de energia por geraccedilatildeo de calor que possam ser preocupantes
O segundo problema que poderaacute surgir vem justamente do fato de que os transistores de efeito de campo ou bipolares usados em comutaccedilatildeo natildeo se comportam como resistecircncias nulas quando saturados Os transistores bipolares podem apresentar uma queda de tensatildeo de ateacute alguns volts quando saturados o mesmo ocorrendo com os FETs
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11 - Soft-Starter
Soft start eacute um dispositivo eletrocircnico composto de pontes tiristorizadas a fim de controlar a corrente de partida de motores de corrente alternada trifaacutesicos o controle da tensatildeo reduzida eacute feita ajustando-se o acircngulo de disparo de um par de SCRs dispostos em antiparalelo em cada fase do motor A medida que a tensatildeo vai aumentando a corrente aumenta para acelerar a carga de uma maneira suave e sem degraus Seu uso eacute comum em bombas centriacutefugas ventiladores e motores de elevada potecircncia cuja aplicaccedilatildeo natildeo exija a variaccedilatildeo de velocidade
A vantagem desta teacutecnica sobre as alternativas de custo baixo eacute a possibilidade de ajustarmos o torque do motor as necessidades de torque da carga
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12 - Inversores
Introduccedilatildeo A obtenccedilatildeo de uma tensatildeo alternada a partir de uma fonte CC eacute muitas vezes necessaacuteria para a
alimentaccedilatildeo de diversas cargas Os conversores que realizam a transformaccedilatildeo CC-CA satildeo chamados de inversores Como exemplos de aplicaccedilotildees pode-se citar o controle de velocidade de motores de corrente alternada fontes de alimentaccedilatildeo ininterrupta (no-break) entre varias outras aplicaccedilotildees
Qualquer sistema no qual o fornecimento da energia eleacutetrica natildeo pode ser interrompido deve prever uma fonte de emergecircncia para supri-lo Quando a potecircncia instalada eacute muito grande tem-se em geral um sistema de acionamento imediato alimentado a partir de baterias e um sistema motor-gerador que por necessitar de alguns minutos para estar em condiccedilotildees ideais de operaccedilatildeo natildeo pode ser usado de imediato Tal arranjo eacute usado por exemplo em centrais telefocircnicas hospitais etc Topologias Baacutesicas
Inversor Monofaacutesico em Ponte A estrutura do inversos monofaacutesico em ponte alimentando carga resistiva estaacute representado na
Figura abaixo
As formas de onda de interesse satildeo apresentadas na figura abaixo Com S1 e S4 em conduccedilatildeo a
tensatildeo na carga eacute igual a E quando S2 e S3 estatildeo em conduccedilatildeo ela torna-se igual a -E
Quando a carga for indutiva devem ser adicionados a estrutura do circuito mostrado acima os
diodos de circulaccedilatildeo D1 D2 D3 e D4 como indica a figura abaixo Observe que com carga indutiva a fonte E deve ser reversiacutevel em corrente
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Etapas de funcionamento do inversor em ponte alimentando carga indutiva
Inversor Monofaacutesico em Ponto Meacutedio Este circuito representado na figura abaixo emprega apenas um braccedilo sendo desse modo mais
simples de ser comandado que o inversor em ponte porem a sua desvantagem eacute a tensatildeo de saiacuteda ser a metade
Inversor Monofaacutesico em Ponte
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13 - Dissipadores
A circulaccedilatildeo de corrente eleacutetrica por qualquer elemento provoca uma dissipaccedilatildeo de potecircncia igual ao produto do quadrado da corrente pela resistecircncia do circuito O objetivo eacute estabelecer criteacuterios para o dimensionamento de sistemas de dissipaccedilatildeo do calor produzido por componentes eletrocircnicos especialmente semicondutores de potecircncia (diodostransistores tiristores etc) buscando a proteccedilatildeo de tais componentes tendo como meta fundamental a elevada confiabilidade dos equipamentos nos quais os dispositivos satildeo empregados Deve-se buscar reduccedilatildeo de volume peso e custos
Caacutelculo da Potecircncia Dissipada
O caacutelculo da potecircncia dissipada deve ser feito via de regra pelo produto da tensatildeo pela corrente sobre o dispositivo em questatildeo
Comportamento em regime permanente potecircncia meacutedia
Nos dispositivos semicondutores de potecircncia o calor decorrente do efeito Joule eacute produzido na pastilha semicondutora fluindo daiacute para ambientes mais frios como o encapsulamento do dispositivo e o ambiente Este fluxo de calor depende de fatores como o gradiente de temperatura e as caracteriacutesticas teacutermicas dos meios e materiais envolvidos Define-se a grandeza ldquoresistecircncia teacutermicardquo como uma medida da dificuldade do fluxo de calor entre 2 meios ∆T diferenccedila de temperatura entre regiotildees de transferecircncia de calor P potecircncia meacutedia dissipada h coeficiente de transferecircncia de calor A aacuterea envolvida na transferecircncia de calor
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ANALOGIA COM CIRCUITO ELEacuteTRICO Em geral se faz uma analogia com um circuito eleacutetrico sendo a potecircncia meacutedia representada por uma fonte de corrente As temperaturas nos ambientes indicados (junccedilatildeo caacutepsula ambiente) satildeo anaacutelogas agraves tensotildees nos respectivos noacutes enquanto as resistecircncias teacutermicas satildeo as proacuteprias resistecircncias do modelo
Tj=Temperatura da junccedilatildeo Rtjc=Resistecircncia teacutermica entre junccedilatildeo e encapsulamento Tc=temperatura do encapsulamento Rtca=Resist Term Entre encapsulamento e ambiente Rtcd=Resist Entre encapsulament e dissipador Rtda=Resist Teacutermica entre dissipador e ambiente Partindo do anaacutelogo eleacutetrico chegamos a seguinte equaccedilatildeo tiacutepica Tj = Ta + P (Rtjc + Rtca) Exemplo 1 P = 20 W Rtjc = 2degCW Rtca = 10degCW Ta = 40degC Tjmax = 120degC Tc = Ta + P Rtca = 240degC Tj = Tc + P Rtjc = 280degC
Dissipadores de calor Considerando que natildeo seja possiacutevel reduzir a potecircncia meacutedia dissipada a alternativa para a proteccedilatildeo do semicondutor eacute colocar um dispositivo de baixa resistecircncia teacutermica entre o encapsulamento e o ambiente A este elemento colocado junto ao encapsulamento se diz ldquodissipador de calorrdquo Caracteriacutesticas dos dissipadores As principais caracteriacutesticas estatildeo relacionadas com dimensotildees e especialmente agrave sua superfiacutecie de contato com o ambiente Em geral estes dispositivos satildeo construiacutedos em alumiacutenio dada sua boa condutividade teacutermica (condiccedilatildeo indispensaacutevel) baixo custo e peso A figura mostra perfis tiacutepicos de dissipadores A utilizaccedilatildeo de grande nuacutemero de aletas eacute para aumentar a aacuterea de troca de calor A resistecircncia teacutermica para uma placa plana quadrada pode ser aproximadamente dada por
λ condutacircncia teacutermica (a 77o C) [W(oCcm)] W espessura do dissipador [mm]
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A aacuterea do dissipador [cm2] Cf fator de correccedilatildeo devido agrave posiccedilatildeo e tipo de superfiacutecie Na tabela abaixo satildeo dados alguns valores para os coeficientes da foacutermula O fator Cf varia com a posiccedilatildeo do dissipador sendo preferiacutevel uma montagem vertical agrave horizontal por criar um efeito ldquochamineacuterdquo Dissipadores pretos satildeo melhores irradiadores de calor que aqueles com superfiacutecie brilhante
Comportamento em regime transitoacuterio potecircncia de pico Quando a potecircncia dissipada no semicondutor consiste de pulsos de potecircncia eacute preciso verificar a proteccedilatildeo do componente em relaccedilatildeo aos picos de dissipaccedilatildeo Durante a ocorrecircncia do pico de potecircncia ocorre a elevaccedilatildeo da temperatura da junccedilatildeo embora natildeo ocorra variaccedilatildeo nas temperaturas do encapsulamento e do dissipador (que dependem da potecircncia meacutedia) devido agrave maior capacidade teacutermica da caacutepsula e especialmente do dissipador Tal capacidade teacutermica relaciona-se com o tipo de material utilizado e seu volume Na analogia eleacutetrica utilizada anteriormente ela se comporta como uma capacitacircncia O caacutelculo da temperatura da junccedilatildeo em tal regime transitoacuterio eacute feito utilizando uma grandeza chamada ldquoimpedacircncia teacutermicardquo Ztjc que leva em consideraccedilatildeo a capacidade teacutermica da junccedilatildeo Exemplo 2 Rtjc = 2deg CW Rtca = 5deg CW Rtcd = 2deg CW Rtda = 3deg CW Ztjc = 005deg CW Tjmax = 150deg C Ta = 40deg C P = 20W Pp = 1000W
Tj = 130 oC (o componente estaacute protegido em relaccedilatildeo agrave potecircncia meacutedia) Tc = 90 oC Tj = Tc + Pp Ztjc = 140 oC
Caacutelculo dos Dissipadores
bull A temperatura de trabalho da junccedilatildeo deve ser 20 a 30 menor que seu valor maacuteximo para permitir a proteccedilatildeo do componente sem super-dimensionar o dissipador middot Para ambientes nos quais natildeo se faccedila um controle riacutegido da temperatura deve-se usar uma temperatura ambiente de 40oC
bull Caso o dissipador fique dentro de algum bastidor ou caixa na qual a temperatura possa se elevar acima dos 40oC deve-se considerar sempre a maacutexima temperatura do ar com o qual o dissipador troca calor Eacute conveniente agrave falta de maiores informaccedilotildees utilizar o valor de 40oC e verificar apoacutes a entrada em operaccedilatildeo do protoacutetipo a verdadeira temperatura ambiente
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bull Deve-se verificar a necessidade do uso de isoladores (mica teflon ou mylar) e natildeo desconsiderar suas resistecircncias teacutermicas middot O emprego de pastas teacutermicas eacute sempre recomendado e se deve considerar tambeacutem sua resistecircncia teacutermica
b) No transitoacuterio
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Apecircndice A
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Laboratoacuterio 1
Diodo Ache os componentes em sucatas e monte o circuito abaixo em placa de circuito impresso corroiacuteda Lista de material
4 Diodos 1N4007 2 Capacitores 330uF200V 2 Resistores 150K 18W 1 Suporte p lacircmpada 1 Lacircmpada 40W220V 1 Conector p placa de 2 bornes 6 Chaves HH 1 Rabicho com plugue Placa p circuito impresso virgem (fibra fenolite perfurada) Caneta retro projetor ou esmalte p unhas Palha de accedilo ou acetona e pedaccedilo de pano Soluccedilatildeo de percloreto de ferro Estanho em fio
Obs Colocar o seu nome no lado do cobre a caneta ou esmalte antes da corrosatildeo
Montado na placa o circuito acima e testado fazer os seguintes exerciacutecios 1 ndash Com o interruptor Ch7 ligado os interruptores Ch3 Ch4 Ch5 e Ch6 desligados e os interruptores Ch1 e Ch2 na posiccedilatildeo 1 faccedila a seguinte medida meccedila com o osciloscoacutepio colocando a garra jacareacute onde aparece o GND e o pinccedila no ponto 1 de forma que apareccedila somente o semi-ciclo positivo na tela tambeacutem reproduza abaixo a forma de onda encontrada e registre onde a posiccedilatildeo do zero O aparelho ajustado da seguinte forma O botatildeo de tempodivisatildeo em 5mS O botatildeo tensatildeodivisatildeo ajustado em 5V A ponteira ajustada em X10
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2 ndash Permanecendo o interruptor Ch7 ligado Ch5 e Ch6 desligados poreacutem Ch1 e Ch2 na posiccedilatildeo 2 e Ch3 e Ch4 ligados faccedila novamente a medida e reproduza na tela abaixo a forma de onda
3 - Permanecendo o interruptor Ch7 ligado Ch3 Ch4 Ch5 e Ch6 agora ligados e Ch1 e Ch2 na posiccedilatildeo 2 faccedila novamente a medida e reproduza na tela abaixo a forma de onda
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4 ndash O que aconteceu com a potecircncia (brilho) da lacircmpada Com circuito configurado como no exerciacutecio 1 e exerciacutecio 3 (aumentou ou diminuiu) Porque ocorreu isto _____________________________________________________________________________________
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5 ndash Qual eacute a nova potecircncia da lacircmpada Provar por meio de caacutelculos 6 ndash Por fim com o circuito configurado como no exerciacutecio 3 coloque uma lacircmpada de maior potecircncia e visualize o ripple novamente com o osciloscoacutepio explique o que ocorreu _____________________________________________________________________________________
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Laboratoacuterio 2 TRANSISTOR BIPOLAR (BJT)
Os transistores de potecircncia apresentam caracteriacutesticas de chaveamento controlado Os transistores utilizados como elementos de chaveamento operam na regiatildeo de saturaccedilatildeo apresentando uma baixa queda de tensatildeo de conduccedilatildeo (VCE=0V) (VBE=13V)
Este laboratoacuterio tem o objetivo de fazer um retificador e filtro diretamente da rede alternada com componentes retirados de fontes chaveadas de computadores apoacutes o estaacutegio de retificaccedilatildeo e filtro faremos funcionar uma lacircmpada incandescente de 220 volts corrente alternada em corrente contiacutenua com o auxiacutelio de um transistor de potencia tambeacutem retirado das mesmas fontes
Calcule o R1 e monte o circuito e apoacutes responda as questotildees
Pinos 1 ndash Base 2 ndash Coletor 3 ndash Emissor
Alguns transistores encontrados em fontes chaveadas de computador Transistor VCE (V) Ic (A) β MJE13007 400 8 5
2SC4106 400 7 10
2SC5027 800 3 8
2SC5353 800 3 15
2SC2335 400 7 10
2SC4242 400 7 10
2SC5763 400 7 10
1 ndash Escolha o transistor e faccedila o calculo para descobrir R1 e depois monte o circuito Transistor escolhido ______________
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2 ndash Meccedila a corrente no ponto 1 e compare com o calculado Faccedila as observaccedilotildees necessaacuterias
Corrente no ponto (1)
Calculado
Medido _____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
3 ndash Por que existem os resistores em paralelo com os capacitores
_____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
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Laboratoacuterio 3
TRANSISTOR EFEITO DE CAMPO (FET) O transistor de potecircncia MOSFET eacute um dispositivo de tensatildeo controlada e necessita apenas de tensatildeo no gatilho A velocidade de chaveamento eacute muito alta (nanosegundos) MOSFETrsquos de potecircncia satildeo utilizados em conversores de baixa potecircncia e alta frequumlecircncia Estes transistores apresentam problemas de descargas eletrostaacuteticas necessitando de cuidados especiais Este experimento tem como objetivo mostrar o funcionamento de Mosfets em uma aplicaccedilatildeo pratica para tanto montaremos o circuito abaixo
Pinagem 1 ndash GATE 2 ndash DRAIN 3 ndash SOURCE
Alguns transistores encontrados no comeacutercio
Transistor Tensatildeo Vds(V) Corrente Id (A)
IRF840 500 85 IRF740 400 10
1 ndash Meccedila a corrente no ponto 1 Corrente no ponto 1 ______________ No ponto 2 coloque 1deg o multiacutemetro antes de ligar o circuito Meccedila a corrente no ponto 2 Corrente no ponto 2 ______________ Por que isto ocorre 2 ndash Calcule a corrente que passa entre os resistores E compare com os valores medidos e faccedila as observaccedilotildees necessaacuterias
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Laboratoacuterio 4
SCR E TRIAC
Este laboratoacuterio tem o objetivo de comprovar o funcionamento do componente SCR e TRIAC e diferenciaacute-los 1
A - Primeiramente ligue a chave 1 mantendo a chave 2 desligada o que ocorre _____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
B ndash Mantendo ligada a chave 1 ligue a chave 2 por um breve intervalo de tempo e desligue-a O que acontece Justifique sua resposta _____________________________________________________________________________________ _____________________________________________________________________________________ 2
C ndash Faccedila a mesma sequumlecircncia usada nas questotildees A e B Sequumlecircncia da questatildeo A________________________________________________________________
Sequumlecircncia da questatildeo B_________________________________________________________________
D - Faccedila as consideraccedilotildees comparando os circuitos 1 e 2
_____________________________________________________________________________________ _____________________________________________________________________________________
45
3
E ndash Faccedila um comentaacuterio sobre a omissatildeo das chaves _____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
4
F - Comente os circuitos 3 e 4 haacute alguma diferenccedila no brilho da lacircmpada
_____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
Pinos do SCR e BTA 1 ndash Catodo A2 2 ndash Anodo A1 3 ndash Gatilho
Alguns SCRs encontrados no comeacutercio
Tiristor
Tensatildeo Vds(V)
Corrente Id (A)
BT151 500 85 TIC106 400 10
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Laboratoacuterio 5
DIAC E TRIAC O objetivo eacute montar o circuito abaixo e visualizar com o osciloscoacutepio a forma de onda em cima da carga no nosso caso a lacircmpada enquanto varia o potenciocircmetro
Pinagem 1 ndash A1 2 ndash A2 3 ndash G Alguns triacs encontrado no comeacutercio BTA08 ndash 8A BTA26 ndash 26A MAC224 ndash 40A TIC226 ndash 8A
Coloque a ponteira em cima da carga e deixe o potenciocircmetro no meio do curso e reproduza na tela abaixo Registre o ajuste que foi feito no osciloscoacutepio para aparecer o meio ciclo superior na tela
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Laboratoacuterio 6
PWM Este circuito eacute simples com o famoso CI 555 para gerar o sinal PWM Controlando uma carga que conseguimos observar o estaacute acontecendo
1 ndash Qual a frequumlecircncia gerada do sinal PWM _______________________________________________________________________________
_______________________________________________________________________________
2 ndash O que acontece com a lacircmpada quando varia o potenciocircmetro
_______________________________________________________________________________
_______________________________________________________________________________
3 ndash Trocando o capacitor de 100nF por um de 10nF qual seraacute a nova frequumlecircncia
_______________________________________________________________________________
_______________________________________________________________________________
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Laboratoacuterio 7
INVERSOR Este circuito eacute o conceito baacutesico do princiacutepio de funcionamento de um inversor que eacute capaz de gerar uma tensatildeo alternada a partir de uma tensatildeo contiacutenua
1 ndash O motor estaacute girando _____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
2 ndash Caso afirmativo na primeira pergunta coloque a ponteira do osciloscoacutepio em um dos terminais do motor e a garra jacareacute no terra e meccedila a frequumlecircncia _____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
3 ndash O que estaacute acontecendo com o motor em suas caracteriacutesticas fiacutesicas Mudou a velocidade estaacute aquecendo estaacute trepidando etc _____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
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Apendice B
Coacutedigo de resistores
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Capacitores ceracircmicos
O valor do capacitorB eacute de 3300 pF (picofarad = 10-12 F) ou 33 nF (nanofarad = 10-9 F) ou 00033 microF (microfarad =
10-6 F) No capacitor A devemos acrescentar mais 4 zeros apoacutes os dois primeiros algarismos O valor do capacitor que se lecirc 104 eacute de 100000 pF ou 100 nF ou 01microF
O aparecimento de uma letra maiuacutescula ao lado dos nuacutemeros Esta letra refere-se a toleracircncia do capacitor ou seja o quanto que o capacitor pode variar de seu valor em uma temperatura padratildeo de 25deg C A letra J significa que este capacitor pode variar ateacute plusmn5 de seu valor a letra K = plusmn10 ou M = plusmn20 Segue na tabela abaixo os coacutedigos de toleracircncias de capacitacircncia
Ateacute 10pF Coacutedigo Acima de 10pF
plusmn01pF B
plusmn025pF C
plusmn05pF D
plusmn10pF F plusmn1
G plusmn2
H plusmn3
J plusmn5
K plusmn10
M plusmn20
S -50 -20
Z +80 -20
ou +100 -20
P +100 -0
O coeficiente de temperatura TC que define a variaccedilatildeo da capacitacircncia dentro de uma determinada faixa de temperatura O TC eacute normalmente expresso em ou ppmdegC ( partes por milhatildeo degC ) Eacute usado uma sequumlecircncia de letras ou letras e nuacutemeros para representar os coeficientes Observe o desenho abaixo
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Na tabela abaixo estatildeo mais alguns coeficientes de temperatura e as toleracircncias que satildeo muito utilizadas por diversos fabricantes de capacitores
Coacutedigo Coeficiente de temperatura NPO -0plusmn 30ppmdegC N075 -75plusmn 30ppmdegC N150 -150plusmn 30ppmdegC N220 -220plusmn 60ppmdegC N330 -330plusmn 60ppmdegC N470 -470plusmn 60ppmdegC N750 -750plusmn 120ppmdegC N1500 -1500plusmn 250ppmdegC N2200 -2200plusmn 500ppmdegC N3300 -3300plusmn 500ppmdegC N4700 -4700plusmn 1000ppmdegC N5250 -5250plusmn 1000ppmdegC P100 +100plusmn 30ppmdegC
Outra forma de representar coeficientes de temperatura eacute mostrado abaixo Eacute usada em capacitores que se caracterizam
pela alta capacitacircncia por unidade de volume (dimensotildees reduzidas) devido a alta constante dieleacutetrica sendo recomendados para aplicaccedilatildeo em desacoplamentos acoplamentos e supressatildeo de interferecircncias em baixas tensotildees
Os coeficientes satildeo tambeacutem representados exibindo sequumlecircncias de letras e nuacutemeros como por exemplo X7R Y5F e Z5U Para um capacitor Z5U a faixa de operaccedilatildeo eacute de +10degC que significa Temperatura Miacutenima seguido de +85degC que significa Temperatura Maacutexima e uma variaccedilatildeo Maacutexima de capacitacircncia dentro desses limites de temperatura que natildeo ultrapassa -56 +22
Veja as trecircs tabelas abaixo para compreender este exemplo e entender outros coeficientes
Temperatura Miacutenima
Temperatura Maacutexima
Variaccedilatildeo Maacutexima de Capacitacircncia
X -55degC Y -30degC Z +10degC
2 +45degC 4 +65degC 5 +85degC 6 +105degC 7 +125degC
A plusmn10 B plusmn15 C plusmn22 D plusmn33 E plusmn47 F plusmn75 P plusmn10 R plusmn15 S plusmn22 T -33 +22 U -56 +22 V -82 +22
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Capacitores de filme plaacutestico
O desenho ao lado mostra capacitores que tem os seus valores impressos em nanofarad (nF) = 10-9F Quando aparece no capacitor uma letra n minuacutescula como um dos tipos apresentados ao lado por exemplo 3n3 significa que este capacitor eacute de 33nF No exemplo o n minuacutesculo eacute colocado ao meio dos nuacutemeros apenas para economizar uma viacutergula e evitar erro de interpretaccedilatildeo de seu valor
Capacitores de Ceracircmica Multicamada
Capacitores de Polieacutester Metalizado usando coacutedigo de cores
A tabela abaixo mostra como interpretar o coacutedigo de cores dos capacitores abaixo No capacitor A as 3 primeiras cores satildeo laranja laranja e laranja correspondem a 33000 equivalendo a 33 nF A cor branca logo adiante eacute referente a plusmn10 de toleracircncia E o vermelho representa a tensatildeo nominal que eacute de 250 volts
1ordf Algarismo 2ordf Algarismo 3ordf Ndeg de zeros 4ordf Toleracircncia 5ordf Tensatildeo
PRETO 0 0 - plusmn 20 -
MARROM 1 1 0 - -
VERMELHO 2 2 00 - 250V
LARANJA 3 3 000 - -
AMARELO 4 4 0000 - 400V
VERDE 5 5 00000 - -
AZUL 6 6 - - 630V
VIOLETA 7 7 - - -
CINZA 8 8 - - -
BRANCO 9 9 - plusmn 10 -
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Apecircndice C
Osciloscoacutepio Geralmente os osciloscoacutepios tecircm os controles e entradas que podem ser divididos em cinco grupos
1 ndash Controle da fonte de alimentaccedilatildeo 2 ndash Controles de ajuste do traccedilo ou ponto na tela 3 ndash Controles e entrada de atuaccedilatildeo vertical 4 ndash Controles e entrada de atuaccedilatildeo horizontal 5 ndash Controles de entrada de sincronismo
1 - CONTROLE DA FONTE DE ALIMENTACcedilAtildeO 11 - INTERRUPTOR Sua funccedilatildeo eacute interromper ou estabelecer a corrente no primaacuterio do transformador de fora Sua atuaccedilatildeo normalmente eacute acompanhada por uma lacircmpada piloto que serve de aviso visual sobre a situaccedilatildeo do circuito (ligado ou desligado) Normalmente este interruptor se encontra acoplado junto do potenciocircmetro de controle de brilho 12 - COMUTADOR DE TENSAtildeO Sua funccedilatildeo eacute selecionar a tensatildeo de funcionamento do osciloscoacutepio (127 220V) Permite utilizar o instrumento sem a necessidade de recorrer a um transformador abaixador ou elevador de tensatildeo (geralmente o acesso deste comutador eacute visto na parte de traz do aparelho) 2 - CONTROLES DE AJUSTE DO TRACcedilO OU PONTO NA TELA 21 - BRILHO OU LUMINOSIDADE Eacute o controle que ajusta a luminosidade do ponto ou do traccedilo O controle do brilho eacute feito por meio de um potenciocircmetro situado no circuito da grade de controle do TRC mediante o qual se regula o potencial desta grade (deve-se evitar o uso de brilho excessivo sob pena de se danificar a tela) 22 - FOCO Eacute o controle que ajusta a nitidez do ponto ou traccedilo luminoso O ajuste do foco eacute conseguido mediante a regulagem de um potenciocircmetro que regula a polarizaccedilatildeo do eletrodo de enfoque O foco deve ser ajustado de forma a se obter um traccedilo fino e niacutetido na tela (estes ajustes de brilho e de foco satildeo ajustes baacutesicos que devem ser feitos sempre que se for usar o osciloscoacutepio)
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23 - ILUMINACcedilAtildeO DA RETIacuteCULA Permite que se ilumine o quadriculado ou as divisotildees na tela 3 - CONTROLES E ENTRADA DE ATUACcedilAtildeO VERTICAL 31 - ENTRADA DE SINAL VERTICAL Nesta entrada eacute conectada a ponta de prova do osciloscoacutepio As variaccedilotildees de tensatildeo aplicadas nesta entrada aparecem sob forma de figura na tela 32 - CHAVE DE SELECcedilAtildeO DE MODO DE ENTRADA (CA-CC) Esta chave eacute selecionada de acordo com o tipo de forma de onda a ser observada Em alguns osciloscoacutepios esta chave possui trecircs posiccedilotildees (CA-0-CC ou AC-GND-DC) Esta posiccedilatildeo adicional eacute usada para a realizaccedilatildeo de ajustes do traccedilo do osciloscoacutepio em algumas situaccedilotildees Por exemplo quando se deseja Uma referecircncia na tela 33 - CHAVE SELETORA DE GANHO (VDiv) Esta chave permite que se aumente ou que se diminua a amplitude de projeccedilatildeo na tela do osciloscoacutepio (altura da imagem) 34 - POSICcedilAtildeO VERTICAL Permite movimentar a imagem para cima ou para baixo na tela A movimentaccedilatildeo natildeo interfere na forma da figura projetada na tela 4 - CONTROLES DE ATUACcedilAO HORIZONTAL 41 - CHAVE SELETORA DE BASE DE TEMPO Eacute o controle que permite variar o tempo de deslocamento horizontal do ponto na tela Atraveacutes deste controle eacute possiacutevel reduzir ou ampliar horizontalmente na tela a figura nela projetada Em alguns osciloscoacutepios esta chave seletora tem uma posiccedilatildeo identificada como EXT (externa) o que possibilita que o deslocamento horizontal pode ser controlado por circuito externo ao osciloscoacutepio atraveacutes de uma entrada especiacutefica Quando a posiccedilatildeo externa eacute selecionada natildeo haacute formaccedilatildeo do traccedilo na tela obtendo-se apenas um ponto 42 - POSICcedilAtildeO HORIZONTAL Eacute o ajuste que permite controlar horizontalmente a forma de onda na tela Girando o controle de posiccedilatildeo horizontal para a direita o traccedilo move-se horizontalmente para a direita e vice-versa Assim como o controle de posiccedilatildeo vertical o controle de posiccedilatildeo horizontal natildeo interfere na forma da figura projetada na tela
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5 - CONTROLES E ENTRADA DE SINCRONISMO (TRIGGER) Satildeo controles que se destinam a fixar a imagem na tela Estes controles satildeo utilizados principalmente na observaccedilatildeo de sinais alternados Os controles de sincronismo satildeo Chave seletora de fonte de sincronismo Chave de modo de sincronismo Controle de niacutevel de sincronismo 51 - CHAVE SELETORA DE FONTE DE SINCRONISMO Seleciona onde seraacute tomada o sinal de sincronismo para fixar a imagem na tela do osciloscoacutepio Normalmente esta chave possui trecircs posiccedilotildees pelo menos POSICcedilAtildeO CH1 O sincronismo eacute controlado pelo sinal aplicado ao canal 1 POSICcedilAtildeO REDE Realiza o sincronismo com base na frequecircncia da rede de alimentaccedilatildeo do osciloscoacutepio (60Hz) Nesta posiccedilatildeo consegue-se facilmente sincronizar na tela sinais aplicados na entrada vertical que sejam obtidos a partir da rede eleacutetrica POSICcedilAtildeO EXTERNO Na posiccedilatildeo externo o sincronismo da figura eacute obtido agrave partir de outro equipamento externo conectado ao osciloscoacutepio O sinal que controla o sincronismo na posiccedilatildeo externo eacute aplicado a entrada de sincronismo 52 - CHAVE DE MODO DE SINCRONISMO Normalmente esta chave tem duas ou trecircs posiccedilotildees AUTO Nesta posiccedilatildeo o osciloscoacutepio realiza o sincronismo automaticamente com base no sinal selecionado pela chave seletora de fonte de sincronismo NORMAL + O sincronismo eacute positivo ajustado manualmente pelo controle de niacutevel de sincronismo (TRIGGER) de modo que o primeiro pico que apareccedila na tela seja o positivo NORMAL - O sincronismo eacute negativo tambeacutem ajustado manualmente entretanto o primeiro pico a aparecer eacute o negativo 53 - CONTROLE DE NIacuteVEL DE SINCRONISMO (TRIGGER) Eacute um controle manual que permite o ajuste do sincronismo quando natildeo se consegue um sincronismo automaacutetico Tem atuaccedilatildeo nas posiccedilotildees NORMAL + e NORMAL - OBSERVACcedilAtildeO Para se realizar leituras eacute necessaacuterio sincronizar a figura na tela II - ENTRADA E CONTROLE DO OSCILOSCOacutePIO DUPLO TRACcedilO O osciloscoacutepio de duplo traccedilo possui alguns controles que satildeo comuns aos dois traccedilos e outros que satildeo individuais Os controles de brilho foco base de tempo e de posiccedilatildeo horizontal satildeo controles que satildeo comuns aos dois traccedilos Basicamente os controles individuais situam-se nas entradas e controles do vertical nos controles e entrada de sincronismo ENTRADAS E CONTROLES DO VERTICAL Para que se possa observar dois sinais simultaneamente eacute necessaacuterio que se aplique uma tensatildeo em cada uma das entradas verticais O osciloscoacutepio duplo traccedilo dispotildee de dois grupos de controles verticais Um grupo para o canal A ou canal 1 (CH1) Um grupo para o canal B ou canal 2 (CH2) Cada grupo controla um dos sinais na tela (amplitude posiccedilatildeo vertical etc) Geralmente satildeo iguais Cada canal dispotildee de Entrada Vertical Chave Seletora CA-O-CC Chave Seletora de ganho vertical (DDiv) Posiccedilatildeo vertical Um osciloscoacutepio de duplo traccedilo pode ainda ser utilizado como sendo um osciloscoacutepio de traccedilo simples Uma chave seletora permite que se possa selecionar cada canal individualmente ou os dois simultaneamente Esta chave possui pelo menos trecircs posiccedilotildees CH1
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CH2 DUAL Na posiccedilatildeo CH1 apareceraacute apenas a imagem na tela que estiver sendo aplicada na entrada vertical do canal 1 Na posiccedilatildeo CH2 apareceraacute apenas a imagem na tela que estiver sendo aplicada na entrada vertical do canal 2 Na posiccedilatildeo DUAL aparecem as duas imagens Em osciloscoacutepios mais sofisticados esta chave pode possuir mais posiccedilotildees de modo a permitir outras alternativas de uso CONTROLES DE SINCRONISMO Realizam as mesmas funccedilotildees do osciloscoacutepio traccedilo simples que eacute a de fixar a imagem na tela O que diferencia eacute o fato de que na chave seletora de fonte existe uma posiccedilatildeo adicional de modo a poder sincronizar a figura PONTAS DE PROVA As pontas de prova satildeo utilizadas para interligar o osciloscoacutepio aos pontos de medida
Uma das extremidades da ponta de prova eacute conectada a uma das entradas do osciloscoacutepio atraveacutes de um conector e a extremidade livre serve para conexatildeo aos pontos de medida A extremidade livre possui uma garra jacareacute denominada de terra da ponta de prova que deve ser conectada ao terra do circuito e uma ponta de entrada de sinal que deve ser conectada no ponto que se deseja medir Existem dois tipos de ponta de prova ponta de prova 11 ponta de prova 101 A ponta de prova 11 se caracteriza por aplicar agrave entrada do osciloscoacutepio a mesma tensatildeo ou forma de onda que eacute aplicada a ponta de mediccedilatildeo A ponta de prova 101 entrega ao osciloscoacutepio apenas a deacutecima parte da tensatildeo aplicada a ponta de mediccedilatildeo As pontas de prova 101 permitem que o osciloscoacutepio consiga observar tensotildees dez vezes maior que a sua capacidade Por exemplo Um osciloscoacutepio que permite a leitura de tensotildees de 50V com ponta de prova 11 com ponta de prova 101 poderaacute medir tensotildees de ateacute 500V (10x50V) Existem pontas de prova que dispotildee de um botatildeo onde se pode selecionar 101 ou 11 Obs Quando natildeo se tem total certeza da grandeza da tensatildeo envolvida eacute aconselhaacutevel iniciar a mediccedilatildeo com o posiccedilatildeo 101
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Bibliografia
1 Dispositivos semicondutores tiristores controle de potecircncia em CC e CA 1996 - ALMEIDA Joseacute Luiz Antunes de Satildeo Paulo Eacuterica 1996 150 p
2 Dispositivos semicondutores diodos e transistores 1996 MARQUES Angelo Eduardo B
CHOUERI JUacuteNIOR Salomatildeo CRUZ Eduardo Cesar Alves Satildeo Paulo Eacuterica 1996 389 p
3 Anaacutelise e projeto de fontes chaveadas MELLO Luiz Fernando P de Satildeo Paulo Eacuterica 1996 487 p
4 Eletrocircnica de potecircncia circuitos dispositivos e aplicaccedilotildees 1999 RASHID Muhammad H Satildeo Paulo Makron Books 1999 828 p
5 Eletrocircnica de potecircncia 1994 - PALMA Guilherme Rebouccedilas da Satildeo Paulo Eacuterica 1994 259 p
6 Dispositivos eletrocircnicos e teoria de circuitos - 8 ed 2004 -
BOYLESTAD Robert L NASHELSKY Louis CAMARGO Joseacute Bueno de NASCIMENTO Joseacute Lucimar do PERTENCE JUNIOR Antonio (Coord) Satildeo Paulo Pearson Prentice Hall 2004 672 p
7 Rodrigues Isac Zilli Notas de aula da disciplina de Eletrocircnica II do Curso de Engenharia
Eleacutetrica da UPF Passo Fundo RS 2000
8 Ghirardello Ariovaldo Apostila sobre Modulaccedilatildeo PWM Coleacutegio Politec
9 Electronics Workbench Versatildeo 512
10 LabcenterElectronics 1989-2008 Release 75 SP3
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4 - Transistor BJT
Os transistores bipolar de potecircncia representaram um importante passo no desenvolvimento de componentes de meacutedia potecircncia atingindo tensotildees de bloqueio da ordem de 1000V conduzindo correntes de 500A Embora estes valores natildeo permitam sua aplicaccedilatildeo direta estes dispositivos satildeo a base para uma seacuterie de outros conversores para condicionamento de energia eleacutetrica
Transistores do tipo NPN os eleacutetrons satildeo atraiacutedos do emissor pelo potencial positivo da base tendo em mente a corrente real de eleacutetrons J1 se transforma num diodo diretamente polarizado Esta camada central eacute suficientemente fina para que a maior parte dos portadores tenha energia cineacutetica suficiente para atravessaacute-la chegando agrave regiatildeo de transiccedilatildeo de J2 sendo entatildeo atraiacutedos pelo potencial positivo do coletor
A figura abaixo mostra uma estrutura tiacutepica de um transistor bipolar de potecircncia As bordas arredondadas da regiatildeo de emissor permitem uma homogeneizaccedilatildeo do campo eleacutetrico necessaacuteria agrave manutenccedilatildeo de ligeiras polarizaccedilotildees reversas entre base e emissor O TBP natildeo sustenta tensatildeo no sentido oposto porque a alta dopagem do emissor provoca a ruptura de J1 em baixas tensotildees (5 a 20V)
Figura 12 Estrutura baacutesica de um transistor de potecircncia
O controle de VBE determina a corrente de base IB que por sua vez se relaciona com IC pelo
ganho de corrente do dispositivo Para suportar tensotildees elevadas existe uma camada intermediaacuteria do coletor com baixa dopagem a qual define a tensatildeo de bloqueio do componente
Porem uma das principais limitaccedilotildees dos transistores bipolares de potecircncia eacute o baixo valor do ganho de corrente β (muitas vezes inferior a 10) com isto muitas vezes satildeo utilizados estes transistores na regiatildeo de saturaccedilatildeo e bloqueio ou como chave
Figura 13
Para que o transistor opere como chave aberta eacute necessaacuterio que a tensatildeo de entrada VE seja menor que VBE de conduccedilatildeo E para que o transistor opere como chave fechada eacute preciso que a tensatildeo de entrada VE seja maior que VBE de conduccedilatildeo
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Vamos a um exemplo Para dimensionarmos RB e RC vamos utilizar a analise das malhas
Entrada VRB = VCC - VBE
Saiacuteda VRC = VCC - VCE
Figura 14
Paracircmetros do 2SC5353 VBEsat = 13V VCEsat = 1V βsat = 10 O RC eacute como se fosse a carga a ser controlada entatildeo para dimensionarmos os resistores de
polarizaccedilatildeo temos que definir uma carga concluiacutemos entatildeo que teremos que calcular na verdade soacute o RB jaacute que foi definido que carga teremos que controlar
O RC definido foi de 800Ω
Malha de saiacuteda
VRC = VCC ndash VCEsat
VRC = 180 ndash 1 there4 VRC =179V
IRC = IC
IC = C
RC
R
V there4 IC = 2237mA
Potencia de RC
PRC = 2CsatC IR sdot there4 800 x (2237x10-3)2
PRC = 40W
Podemos entatildeo substituir o resistor por
uma lacircmpada de 40W180V
Malha de entrada
VRB = VCC ndash VBE
VRB = 12 ndash 13 there4 VRB = 107V
IB = βCI
there4
IB =10
107223 3minustimes there4 IB = 2237mA
RB = B
RB
I
V there4 RB =
3107322
710minustimes
RB = 4783Ω Valor comercial RB = 470 Ω
Potencia de RB
PRB = 2BsatB IR sdot
PRB = 470 x (2273x10-3)2
PRB = 2352mW (14W)
Estes caacutelculos satildeo para o interruptor na posiccedilatildeo ligado quando o interruptor passa para a posiccedilatildeo desligado a entrada eacute aterrada (VEltVBE) causando o corte do transistor consequumlentemente a lacircmpada iraacute apagar
O uso preferencial de TBP tipo NPN se deve agraves menores perdas em relaccedilatildeo aos PNP o que ocorre por causa da maior mobilidade dos eleacutetrons em relaccedilatildeo agraves lacunas reduzindo principalmente os tempos de comutaccedilatildeo do componente em outras palavras os transistores do tipo NPN satildeo mais raacutepidos do que os do tipo PNP
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Conexatildeo Darlington
Como jaacute mencionado transistores de potecircncia geralmente tecircm ganhos menores e precisam correntes altas na base para a plena conduccedilatildeo O transistor do exemplo anterior pode exigir 1A para controlar uma corrente de 3A Para solucionar este problema existe um arranjo que eacute chamado de Darlington esta configuraccedilatildeo consiste em conectar dois transistores do mesmo tipo de maneira que o ganho de corrente de um transistor β1 e o do outro β2 entatildeo o ganho de corrente do arranjo seraacute igual a βD = β1xβ2 Outra caracteriacutestica desta configuraccedilatildeo eacute conseguir uma alta impedacircncia de entrada Normalmente este tipo de ligaccedilatildeo eacute feito em um uacutenico encapsulamento Neste caso o valor de ganho eacute muito grande e uma corrente bem pequena na base jaacute leva o transistor ao estado de plena conduccedilatildeo O ocircnus por esta sensibilidade de corrente baixa de base eacute o fato de que a tensatildeo VBDED eacute maior que em um transistor normal pois temos que polarizar em vez de um mas dois diodos para que comece a ocorrer a conduccedilatildeo
Figura 15 Conexatildeo Darlington
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5 - Transistor FET
O surgimento do MOSFET representou um grande avanccedilo tecnoloacutegico por ser de fabricaccedilatildeo muito simples ter uma alta impedacircncia de entrada e baixo ruiacutedo proporcionar integraccedilatildeo em larga escala isto eacute por ter tamanho reduzido cerca de 20 vezes menos que o transistor bipolar permitindo assim que um grande numero de transistores sejam produzidos em um mesmo circuito integrado
O MOSFET de potencia eacute um semicondutor com capacidade de controle de corrente por meio de tensatildeo aplicada entre os terminais gate e source a exemplo do TBP o transistor FET pode trabalhar com tensotildees tambeacutem elevadas na ordem dos 1000V e correntes em torno de 200A mas sua principal vantagem eacute por ser acionado por tensatildeo a sua arquitetura disponibiliza uma elevada velocidade de chaveamento tornando-o indicado para as aplicaccedilotildees de frequumlecircncia elevada (centenas de kHz)
Para VGS lt 0 os eleacutetrons do canal n satildeo repelidos aumentando assim a camada de depleccedilatildeo proacutexima da camada oacutexido Assim haacute uma diminuiccedilatildeo na aacuterea do canal n (estrangulamento) sendo estabelecida uma alta resistecircncia RDS Deste modo natildeo haacute circulaccedilatildeo de corrente IDS Para IDS igual a zero a tensatildeo VGS eacute chamada de tensatildeo de estrangulamento (pinch-off) VP Para VGS gt 0 o canal n torna-se largo reduzindo drasticamente a resistecircncia RDS sendo assim estabelecida a corrente IDS O MOSFET com canal p tem a s polaridades das tensotildees e correntes invertidas
Figura 16
Estrutura baacutesica de transistor MOSFET Uma pequena corrente de gate eacute necessaacuteria apenas para carregar e descarregar as capacitacircncias de
entrada do transistor desta forma o melhor modo de polarizaccedilatildeo de um FET eacute empregando uma fonte de baixa impedacircncia de saiacuteda jaacute que temos na estrutura do gate uma capacitacircncia parasita gate-fonte CGS que eacute inerente ao componente desta forma natildeo existe meios de minimizaacute-lo
Estes transistores em geral satildeo de canal N por apresentarem menores perdas e maior velocidade de comutaccedilatildeo devido agrave maior mobilidade dos eleacutetrons em relaccedilatildeo agraves lacunas
Abaixo temos um exemplo de polarizaccedilatildeo de gate de baixa impedacircncia tambeacutem teraacute que utilizar fonte de pulsos de baixa impedacircncia como foi dito antes
Figura 17
15
Outra forma de obter um circuito de disparo eacute o demonstrado abaixo porem eacute importante notar nesta situaccedilatildeo que estamos atrelados a transistores bipolares natildeo sendo aconselhaacutevel a altas frequumlecircncias ou pelo menos dar uma olhada no datasheet dos transistores que seratildeo utilizados com atenccedilatildeo a frequumlecircncia maacutexima de trabalho
Figura 18
Este circuito nada mais eacute do que um gate driver que pode se fazer com componentes discretos ou com auxilio de CIs fabricados especialmente para isto a saiacuteda pode ser para um MOSFET ou para vaacuterios deles Isto eacute mais faacutecil de verificar em IGBTs que seraacute estudado em seguida
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6 ndash Transistor IGBT O IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) alia a facilidade de acionamento dos MOSFET com as pequenas perdas em conduccedilatildeo dos TBP Sua velocidade de chaveamento eacute superior agrave dos transistores bipolares Os limites atuais de tensatildeo e corrente em dispositivos uacutenicos estatildeo em torno de 2kV e 1000A o que indica que tal componente pode ser utilizado em aplicaccedilotildees de potecircncia
O controle de componente eacute anaacutelogo ao do MOSFET ou seja pela aplicaccedilatildeo de uma polarizaccedilatildeo entre gate e emissor Tambeacutem para o IGBT o acionamento eacute feito por tensatildeo O IGBT possui uma corrente maacutexima que natildeo deve ser ultrapassada se isso ocorrer natildeo se consegue cortar o IGBT retirando a tensatildeo do Gate A corrente fluiraacute pelo dreno sem controle e isso poderaacute danificar o componente Esse fato eacute conhecido por LatchUp Princiacutepio de funcionamento
A estrutura do IGBT eacute similar agrave do MOSFET mas com a inclusatildeo de uma camada P+ que forma o coletor do IGBT como mostrado na figura abaixo Em termos simplificados pode-se analisar o IGBT como um MOSFET no qual a regiatildeo N- tem sua condutividade modulada pela injeccedilatildeo de portadores minoritaacuterios (lacunas) a partir da regiatildeo P+ uma vez que J1 estaacute diretamente polarizada Esta maior condutividade produz uma menor queda de tensatildeo em comparaccedilatildeo a um MOSFET similar A maacutexima tensatildeo suportaacutevel eacute determinada pela junccedilatildeo J2 (polarizaccedilatildeo direta) e por J1 (polarizaccedilatildeo reversa) Como J1 divide 2 regiotildees muito dopadas conclui-se que um IGBT natildeo suporta tensotildees elevadas quando polarizado reversamente
Figura 19 Estrutura baacutesica de IGBT
A entrada em conduccedilatildeo eacute similar ao MOSFET sendo um pouco mais lenta a queda da tensatildeo Vce uma vez que isto depende da chegada dos portadores vindos da regiatildeo P+ Para o desligamento no entanto tais portadores devem ser retirados Nos TBPs isto se daacute pela drenagem dos portadores via base o que natildeo eacute possiacutevel nos IGBTs devido ao acionamento isolado A soluccedilatildeo encontrada foi a inclusatildeo de uma camada N+ na qual a taxa de recombinaccedilatildeo eacute bastante mais elevada do que na regiatildeo N- Desta forma as lacunas presentes em N+ recombinam-se com muita rapidez fazendo com que por difusatildeo as lacunas existentes na regiatildeo N- refluam apressando a extinccedilatildeo da carga acumulada na regiatildeo N- possibilitando o restabelecimento da barreira de potencial e o bloqueio do componente
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7 - Tiristor
O tiristor e o SCR satildeo facilmente confundidos pois estatildeo relacionados ao mesmo componente Tiristor eacute o nome de uma famiacutelia de componentes da qual o SCR faz parte O SCR eacute um diodo controlado muito utilizado em equipamentos de controle industrial que iremos ver detalhadamente mais tarde Funcionamento de uma forma geral O tiristor eacute um dispositivo semicondutor de quatro camadas de estrutura PNPN com trecircs junccedilotildees PN Tem trecircs terminais Anodo Catodo e Gatilho Os terminais anodo e catodo quando polarizados diretamente soacute comeccedilam a conduzir se receber um comando no terminal gatilho Uma vez conduzindo ele se comportara como um diodo em conduccedilatildeo e natildeo haacute controle sobre o dispositivo Desligamento A corrente de anodo eacute conservada abaixo da corrente de manutenccedilatildeo por um tempo suficiente grande de forma que todos os portadores em excesso nas quatro camadas sejam eliminados ou recombinados
Alguns toacutepicos que devem ser levado em consideraccedilatildeo em projeto de circuitos de controle de gatilho
1- O sinal de gatilho deve ser retirado apoacutes o disparo do tiristor Um sinal contiacutenuo aumentaria a perda de potencia na junccedilatildeo do gatilho
2- Enquanto o tiristor estiver reversamente polarizado natildeo devera haver sinal de gatilho De outra forma o tiristor poderia falhar devido a um aumento de corrente de fuga
3- A largura do pulso de gatilho IG tem que ser maior que o tempo necessaacuterio para a corrente do anodo crescer ateacute o valor da corrente de manutenccedilatildeo IH Na praacutetica a largura do pulso no tiristor TON
Tipos de Tiristores Tiristor de controle de fase SCR Tiristor triodo bidirecional TRIAC Tiristor de desligamento pelo gatilho GTO Tiristor de conduccedilatildeo reversa RCT Tiristor de induccedilatildeo estaacutetica SITH Tiristor de desligamento auxiliado pelo gatilho GATT Retificador controlado de siliacutecio controlado por luz LASCR Tiristores controlados por MOS MCTs
Conversatildeo e o controle de grandes quantidades de potencia em sistemas CC e CA utilizando apenas uma pequena potencia para controle pois apresenta chaveamento raacutepido pequeno porte e altos valores de corrente e tensatildeo
Algumas exemplos de aplicaccedilotildees
bull Controle de reles e motores bull Fontes de tensatildeo regulada bull Inversores CC-CA bull Controle de iluminaccedilatildeo
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71 - Tiristor SCR Siacutembolo
O SCR eacute um dispositivo semicondutor de quatro camadas de estrutura PNPN com trecircs junccedilotildees PN Ele tem trecircs terminais anodo catodo e gatilho como eacute visto na figura abaixo
Figura 20
O SCR tal como um diodo soacute conduz corrente no sentido do anodo para o catodo mas apenas quando lhe aplicamos um sinal de tensatildeo no terminal chamado gatilho este meacutetodo de disparo eacute o mais utilizado para se disparar o SCR Mas existem outras formas de disparo normalmente indesejado e em alguns casos podem destruir o componente
Disparo por sobretensatildeo Quando o SCR estaacute polarizado diretamente e aumenta-se a tensatildeo VAK J1 e J3 estatildeo polarizados diretamente mas J2 estaacute reversamente polarizado veja a figura acima Com o aumento de VAK os portadores satildeo acelerados na junccedilatildeo J2 podendo atingir uma energia tatildeo grande que provocaratildeo o fenocircmeno avalanche Esse fenocircmeno faz com que muitos eleacutetrons choquem-se e saiam das orbitas dos aacutetomos da rede Estando disponiacuteveis para a conduccedilatildeo esses eleacutetrons permitem que a corrente de anodo cresccedila Aumentando a corrente de anodo estabelece-se a realimentaccedilatildeo entre os terminais mantendo o SCR disparado Este tipo de disparo eacute chamado de Tensatildeo de Breakover (VBO) Disparo por variaccedilatildeo de tensatildeo (dvdt) Para que um capacitor armazene carga eleacutetrica eacute necessaacuterio haver uma variaccedilatildeo de tensatildeo(∆v) no capacitor em um intervalo de tempo (∆t) eacute necessaacuterio que circule ainda uma corrente i pelo capacitor quando estas variaccedilotildees satildeo muito pequenas a expressatildeo que relaciona estas grandezas eacute apresentada abaixo
dt
dvCi =
Em um SCR polarizado diretamente J2 estaacute reversamente polarizado Nesta junccedilatildeo existe carga armazenada iacuteons positivos de um lado e iacuteons negativos do outro Isto eacute como um capacitor carregado Assim natildeo havendo pulso no gatilho fechando-se S1 a capacitacircncia de J2 faraacute com que circule uma corrente de gatilho Como esta variaccedilatildeo eacute muito grande a corrente resultante seraacute muito grande Essa
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corrente poderaacute ser suficiente para estabelecer o processo de realimentaccedilatildeo fazendo com que o componente entre em conduccedilatildeo
Figura 21
Esse disparo normalmente indesejado pode ser evitado pela accedilatildeo de um circuito de proteccedilatildeo
chamado snubber esse circuito eacute formado por um resistor em serie com um capacitor colocados em paralelo com o SCR
Figura 22 Circuito snubber colocado em paralelo com o SCR
Os meacutetodos de comutaccedilatildeo ou de bloqueio de um SCR significa cortar a corrente que ele conduz e impedir que ele retorne a conduccedilatildeo A comutaccedilatildeo estaraacute completa quando a corrente no sentido direto for anulado e a reaplicaccedilatildeo de tensatildeo direta entre os terminais catodo e anodo natildeo provocarem o retorno do estado de conduccedilatildeo A comutaccedilatildeo natural ocorre quando se reduz a corrente de anodo a um valor abaixo de IH chamada corrente de manutenccedilatildeo (holding current) o SCR eacute bloqueado Este bloqueio pode ser visto melhor na figura abaixo Com S2 aberto mesmo com S1 fechado o SCR estaacute bloqueado pois natildeo haacute corrente no gatilho Fechando S2 pelo R circula uma corrente de gatilho que eacute suficiente para disparar o SCR Abrindo entatildeo S1 a corrente na lacircmpada anula-se e o SCR bloqueia Outro modo de obter a comutaccedilatildeo natural seria trocar a fonte de tensatildeo continua por uma tensatildeo alternada porem o SCR conduziria somente no semi-ciclo positivo natildeo havendo fluxo de corrente no semi-ciclo negativo
Figura 23 Meacutetodo mais utilizado
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Haacute tambeacutem um outro meacutetodo chamado comutaccedilatildeo forccedilada mais usual em circuitos CC a teacutecnica consiste em desviar a corrente por um caminho de menor impedacircncia a corrente que passa pelo SCR iraacute cair abaixo de IH provocando o bloqueio Como podemos ver no circuito abaixo
Figura 24
Com todas as chaves abertas o SCR estaacute bloqueado e a lacircmpada estaacute apagada Fechando-se a CH1 o circuito da lacircmpada e do SCR estaraacute energizado Como natildeo haacute corrente no gatilho o SCR continuaraacute bloqueado a lacircmpada apagada Quando S2 fechar circulara pelo resistor uma corrente suficiente para alimentar o gatilho do SCR que disparara e acenderaacute a lacircmpada Com a lacircmpada acesa S2 pode se novamente aberta sem que o SCR bloqueie e a lacircmpada se apague Agora fechando S3 naturalmente a lacircmpada natildeo se apagara pois a chave curto-circuitaraacute o SCR ficando a lacircmpada alimentada diretamente pela tensatildeo da fonte Como o SCR real natildeo eacute um curto-circuito toda a corrente da lacircmpada ira passar por S3 e a corrente do SCR cairaacute agrave zero o SCR entatildeo ira bloquear Com o SCR bloqueado abrindo-se a chave S3 a lacircmpada apagara Assim soacute seraacute outra vez acessa se S2 for novamente fechada provocando a corrente de gatilho no SCR Mas tambeacutem pode-se utilizar o SCR em tensatildeo alternada natildeo soacute em tensatildeo contiacutenua abaixo temos um exemplo de circuito com sua forma de onda
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72 - Tiristor TRIAC Siacutembolo O Triac eacute um dispositivo de 5 camadas tendo 2 caminhos P-N-P-N em ambos os sentidos entre o MT1 e MT2 e podendo conduzir nos dois sentidos como nos mostra claramente o seu siacutembolo Eletricamente o Triac equivale a ligaccedilatildeo de dois SCRs em antiparalelo e os terminais de gatilho ligados juntos O Triac pode ser levado a conduccedilatildeo pela aplicaccedilatildeo de uma corrente positiva ou negativa no gatilho embora seja mais sensiacutevel a aplicaccedilatildeo de uma corrente positiva quando MT2 eacute positivo e de uma corrente negativa quando MT1 eacute positivo Um TRIAC pode conduzir em ambos os sentidos e eacute normalmente utilizado em controle de fase CA Ele pode ser considerado como dois SCR conectados em antiparalelo com uma conexatildeo de gatilho comum como mostrado na figura abaixo
Como o TRIAC eacute um dispositivo bidirecional seus terminais natildeo podem ser designados como catodo e anodo Se o terminal MT2 for positivo em relaccedilatildeo ao terminal MT1 o TRIAC pode ser disparado pela aplicaccedilatildeo de um sinal positivo entre os terminais de gatilho G e MT1 Se o terminal MT2 for negativo em relaccedilatildeo a MT1 ele pode ser disparado pela aplicaccedilatildeo de um sinal negativo entre o gatilho G e MT1 Natildeo eacute necessaacuterio que se tenham ambas as polaridades do sinal de gatilho pois um TRIAC pode ser disparado com um sinal tanto positivo quanto negativo Na praacutetica as sensibilidades variam de um quadrante para outro e os triacs normalmente satildeo operados no I quadrante (tensatildeo e correntes de gatilho positivas) ou no quadrante III (tensotildees e correntes de gatilho negativas) como eacute visto na curva caracteriacutestica abaixo
a) Quadrante I VMT2 positivo e IG positivo b) Quadrante II VMT2 negativo e IG positivo c) Quadrante III VMT2 negativo e IG negativo d) Quadrante IV VMT2 positivo e IG negativo
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Entatildeo pode-se dizer que o triac pode fazer o controle de fase em uma carga como no circuito abaixo
Variando o potenciocircmetro R2 podemos disparar o triac em vaacuterios acircngulos da onda como demonstra o graacutefico abaixo
Porem com este circuito eacute impossiacutevel efetuar disparos aleacutem dos 90deg em cada semi-ciclo por exemplo se desejarmos disparar em 25deg que a tensatildeo instantacircnea eacute de Vx e o potenciocircmetro estaacute ajustado com este valor de tensatildeo de rede se utilizar o mesmo raciociacutenio para disparar em 155deg a tensatildeo instantacircnea seraacute a mesma consequumlentemente teraacute a mesmo ajuste do potenciocircmetro que e iraacute disparar em 25deg e natildeo em 155deg A figura abaixo ajuda esclarecer este raciociacutenio
Entatildeo para resolvermos a limitaccedilatildeo no acircngulo de disparo menor ou igual a 90deg eacute associarmos com os resistores jaacute existentes um capacitor como no circuito abaixo formando entatildeo uma rede defasadora
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O valor desta defasagem eacute dada pela equaccedilatildeo τ=(R1+R2)C Variando R2 consegue-se
variar o angula de disparo do Triac Porem como o capacitor nem sempre se carrega apartir de uma tensatildeo fixa natildeo se tem uma regularidade no disparo
Para resolvermos este problema estudaremos o Diac na sequumlecircncia
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8 - Diac Os diacs satildeo diodos de disparo bidirecional composto por trecircs camadas (PNP) com a simples funccedilatildeo de disparar tiristores Sua construccedilatildeo assemelha-se a de um transistor bipolar poreacutem difere na dopagem do cristal N
Seu funcionamento eacute simples Para passar do estado de bloqueio para o estado de conduccedilatildeo eacute preciso ultrapassar a tensatildeo de ruptura (VR) rompendo assim a junccedilatildeo polarizada inversamente podendo a corrente fluir em ambos sentidos
Para voltar ao estado de bloqueio basta remover a tensatildeo por alguns instantes Os diacs servem para controlar o disparo de triacs quando uma tensatildeo de referecircncia chegar a certo valor
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9 - Retificadores a tiristor A estrutura baacutesica de retificadores controlado consiste na mesma metodologia vista anteriormente com diodos porem com esta estrutura somente os semiciclos positivos da fonte de alimentaccedilatildeo seratildeo aplicados na carga quando os SCRs forem disparados Jaacute os semiciclos negativos satildeo omitidos como jaacute estudado anteriormente Agora temos um circuito de controle dos gatilhos dos SCRs mais requintado podendo fazer o controle entre 0deg a 180deg Vamos dar exemplos de montagem dos circuitos para que seja melhor entendido
Retificador monofaacutesico de meia onda
Retificador monofaacutesico de onda completa com ponto meacutedio
Retificador monofaacutesico em ponte completa
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Retificador semi-controlado ou em ponte mista
Retificador trifaacutesico de meia onda
Retificador trifaacutesico de onda completa (Ponte de Graetz)
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10 - PWM Para comeccedilarmos o estudo do PWM que vem do inglecircs Pulse Width Modulation ou seja modulaccedilatildeo
por largura de pulso temos que ter alguns preacute-requisitos em mente Uma maneira tradicional de se controlar a potencia de uma carga eacute atraveacutes de um potenciocircmetro ou reostato em seacuterie com a carga conforme mostra a figura abaixo este tipo de controle eacute denominada linear
Variando-se a resistecircncia do potenciocircmetro pode-se modificar a corrente na carga e portanto a potecircncia aplicada a ela
A grande desvantagem deste tipo de controle eacute que a queda de tensatildeo multiplicada pela corrente no R em seacuterie representa uma potencia na forma de calor Conforme o ajuste deste o controle passa a dissipar mais potencia que a carga
O R tem de ser capaz de dissipar esta potencia sendo assim o seu tamanho fiacutesico cresce proporcionalmente com a sua potencia tornando-se caro Embora este controle seja ateacute intuitivo porem natildeo eacute muito inteligente no que diz respeito de desperdiacutecio de energia Consideremos entatildeo o mesmo circuito soacute trocamos o controle como podemos ver no desenho abaixo
Consideremos ainda que esta chave tem uma accedilatildeo muito raacutepida Quando o interruptor estaacute aberto natildeo haacute corrente na carga e a potecircncia aplicada eacute nula No instante em que o interruptor eacute fechado a carga recebe a tensatildeo total da fonte e a potecircncia aplicada eacute maacutexima
Entatildeo para termos uma potencia de 50 a ideacuteia eacute deixarmos um tempo x com a chave ligada e o mesmo tempo com a chave desligada Isso significa que em meacutedia teremos metade do tempo com corrente e metade do tempo sem corrente concluindo que a potencia ficaraacute em 50
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A potecircncia meacutedia e portanto a proacutepria tensatildeo meacutedia aplicada agrave carga eacute neste caso 50 da tensatildeo de entrada
Veja que o interruptor fechado pode definir uma largura de pulso pelo tempo em que ele fica nesta condiccedilatildeo e um intervalo entre pulsos pelo tempo em que ele fica aberto Os dois tempos juntos definem o periacuteodo e portanto uma frequecircncia de controle
A relaccedilatildeo entre o tempo em que temos o pulso e a duraccedilatildeo de um ciclo completo de operaccedilatildeo do interruptor nos define ainda o ciclo ativo conforme eacute mostrado na figura 5
Variando-se a largura do pulso e tambeacutem o intervalo de modo a termos ciclos ativos diferentes podemos controlar a potecircncia meacutedia aplicada a uma carga Assim quando a largura do pulso varia de zero ateacute o maacuteximo a potecircncia tambeacutem varia na mesma proporccedilatildeo conforme estaacute indicado na figura 6
Este princiacutepio eacute usado justamente no controle PWM modulamos (variamos) a largura do pulso de modo a controlar o ciclo ativo do sinal aplicado a uma carga e com isso a potecircncia aplicada a ela
Na praacutetica substituiacutemos o interruptor por algum dispositivo de estado soacutelido que possa abrir e fechar o circuito rapidamente como por exemplo um transistor bipolar um FET de potecircncia um IGBT ou ateacute mesmo um SCR
A este dispositivo eacute entatildeo ligado um oscilador que possa ter seu ciclo ativo controlado numa grande faixa de valores Na praacutetica eacute difiacutecil chegar agrave duraccedilatildeo zero do pulso e agrave 100 jaacute que isso implicaria na parada do oscilador mas podemos chegar bem perto disso
Na operaccedilatildeo de um controle por PWM existem diversas vantagens a serem consideradas e alguns pontos para os quais o projetista deve ficar atento para natildeo jogar fora estas vantagens
Na condiccedilatildeo de aberto nenhuma corrente circula pelo dispositivo de controle e portanto sua dissipaccedilatildeo eacute nula Na condiccedilatildeo de fechado teoricamente se ele apresenta uma resistecircncia nula a queda de tensatildeo eacute nula e ele natildeo dissipa tambeacutem nenhuma potecircncia
Isso significa que na teoria os controles PWM natildeo dissipam potecircncia alguma e portanto consistem em soluccedilotildees ideais para este tipo de aplicaccedilatildeo
Na praacutetica entretanto isso natildeo ocorre Em primeiro lugar os dispositivos usados no controle natildeo satildeo capazes de abrir e fechar o circuito num tempo infinitamente pequeno Eles precisam de um tempo para mudar de estado e neste intervalo de tempo sua resistecircncia sobe de um valor muito pequeno ateacute infinito e vice-versa numa curva de comutaccedilatildeo semelhante a mostrada na figura 10
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Neste intervalo de tempo a queda de tensatildeo e a corrente atraveacutes do dispositivo natildeo satildeo nulas e uma boa quantidade de calor poderaacute ser gerada conforme a carga controlada Dependendo da frequecircncia de controle e da resposta do dispositivo usado uma boa quantidade de calor poderaacute ser gerada neste processo de comutaccedilatildeo
Entretanto mesmo com este problema a potecircncia gerada num controle PWM ainda eacute muito menor do que num circuito de controle linear equivalente Transistores de comutaccedilatildeo raacutepidos FETs de potecircncia e outros componentes de chaveamento podem ser suficientemente raacutepidos para permitir que projetos de controles de potecircncias elevadas sejam implementados sem a necessidade de grandes dissipadores de calor ou que tenham problemas de perdas de energia por geraccedilatildeo de calor que possam ser preocupantes
O segundo problema que poderaacute surgir vem justamente do fato de que os transistores de efeito de campo ou bipolares usados em comutaccedilatildeo natildeo se comportam como resistecircncias nulas quando saturados Os transistores bipolares podem apresentar uma queda de tensatildeo de ateacute alguns volts quando saturados o mesmo ocorrendo com os FETs
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11 - Soft-Starter
Soft start eacute um dispositivo eletrocircnico composto de pontes tiristorizadas a fim de controlar a corrente de partida de motores de corrente alternada trifaacutesicos o controle da tensatildeo reduzida eacute feita ajustando-se o acircngulo de disparo de um par de SCRs dispostos em antiparalelo em cada fase do motor A medida que a tensatildeo vai aumentando a corrente aumenta para acelerar a carga de uma maneira suave e sem degraus Seu uso eacute comum em bombas centriacutefugas ventiladores e motores de elevada potecircncia cuja aplicaccedilatildeo natildeo exija a variaccedilatildeo de velocidade
A vantagem desta teacutecnica sobre as alternativas de custo baixo eacute a possibilidade de ajustarmos o torque do motor as necessidades de torque da carga
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12 - Inversores
Introduccedilatildeo A obtenccedilatildeo de uma tensatildeo alternada a partir de uma fonte CC eacute muitas vezes necessaacuteria para a
alimentaccedilatildeo de diversas cargas Os conversores que realizam a transformaccedilatildeo CC-CA satildeo chamados de inversores Como exemplos de aplicaccedilotildees pode-se citar o controle de velocidade de motores de corrente alternada fontes de alimentaccedilatildeo ininterrupta (no-break) entre varias outras aplicaccedilotildees
Qualquer sistema no qual o fornecimento da energia eleacutetrica natildeo pode ser interrompido deve prever uma fonte de emergecircncia para supri-lo Quando a potecircncia instalada eacute muito grande tem-se em geral um sistema de acionamento imediato alimentado a partir de baterias e um sistema motor-gerador que por necessitar de alguns minutos para estar em condiccedilotildees ideais de operaccedilatildeo natildeo pode ser usado de imediato Tal arranjo eacute usado por exemplo em centrais telefocircnicas hospitais etc Topologias Baacutesicas
Inversor Monofaacutesico em Ponte A estrutura do inversos monofaacutesico em ponte alimentando carga resistiva estaacute representado na
Figura abaixo
As formas de onda de interesse satildeo apresentadas na figura abaixo Com S1 e S4 em conduccedilatildeo a
tensatildeo na carga eacute igual a E quando S2 e S3 estatildeo em conduccedilatildeo ela torna-se igual a -E
Quando a carga for indutiva devem ser adicionados a estrutura do circuito mostrado acima os
diodos de circulaccedilatildeo D1 D2 D3 e D4 como indica a figura abaixo Observe que com carga indutiva a fonte E deve ser reversiacutevel em corrente
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Etapas de funcionamento do inversor em ponte alimentando carga indutiva
Inversor Monofaacutesico em Ponto Meacutedio Este circuito representado na figura abaixo emprega apenas um braccedilo sendo desse modo mais
simples de ser comandado que o inversor em ponte porem a sua desvantagem eacute a tensatildeo de saiacuteda ser a metade
Inversor Monofaacutesico em Ponte
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13 - Dissipadores
A circulaccedilatildeo de corrente eleacutetrica por qualquer elemento provoca uma dissipaccedilatildeo de potecircncia igual ao produto do quadrado da corrente pela resistecircncia do circuito O objetivo eacute estabelecer criteacuterios para o dimensionamento de sistemas de dissipaccedilatildeo do calor produzido por componentes eletrocircnicos especialmente semicondutores de potecircncia (diodostransistores tiristores etc) buscando a proteccedilatildeo de tais componentes tendo como meta fundamental a elevada confiabilidade dos equipamentos nos quais os dispositivos satildeo empregados Deve-se buscar reduccedilatildeo de volume peso e custos
Caacutelculo da Potecircncia Dissipada
O caacutelculo da potecircncia dissipada deve ser feito via de regra pelo produto da tensatildeo pela corrente sobre o dispositivo em questatildeo
Comportamento em regime permanente potecircncia meacutedia
Nos dispositivos semicondutores de potecircncia o calor decorrente do efeito Joule eacute produzido na pastilha semicondutora fluindo daiacute para ambientes mais frios como o encapsulamento do dispositivo e o ambiente Este fluxo de calor depende de fatores como o gradiente de temperatura e as caracteriacutesticas teacutermicas dos meios e materiais envolvidos Define-se a grandeza ldquoresistecircncia teacutermicardquo como uma medida da dificuldade do fluxo de calor entre 2 meios ∆T diferenccedila de temperatura entre regiotildees de transferecircncia de calor P potecircncia meacutedia dissipada h coeficiente de transferecircncia de calor A aacuterea envolvida na transferecircncia de calor
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ANALOGIA COM CIRCUITO ELEacuteTRICO Em geral se faz uma analogia com um circuito eleacutetrico sendo a potecircncia meacutedia representada por uma fonte de corrente As temperaturas nos ambientes indicados (junccedilatildeo caacutepsula ambiente) satildeo anaacutelogas agraves tensotildees nos respectivos noacutes enquanto as resistecircncias teacutermicas satildeo as proacuteprias resistecircncias do modelo
Tj=Temperatura da junccedilatildeo Rtjc=Resistecircncia teacutermica entre junccedilatildeo e encapsulamento Tc=temperatura do encapsulamento Rtca=Resist Term Entre encapsulamento e ambiente Rtcd=Resist Entre encapsulament e dissipador Rtda=Resist Teacutermica entre dissipador e ambiente Partindo do anaacutelogo eleacutetrico chegamos a seguinte equaccedilatildeo tiacutepica Tj = Ta + P (Rtjc + Rtca) Exemplo 1 P = 20 W Rtjc = 2degCW Rtca = 10degCW Ta = 40degC Tjmax = 120degC Tc = Ta + P Rtca = 240degC Tj = Tc + P Rtjc = 280degC
Dissipadores de calor Considerando que natildeo seja possiacutevel reduzir a potecircncia meacutedia dissipada a alternativa para a proteccedilatildeo do semicondutor eacute colocar um dispositivo de baixa resistecircncia teacutermica entre o encapsulamento e o ambiente A este elemento colocado junto ao encapsulamento se diz ldquodissipador de calorrdquo Caracteriacutesticas dos dissipadores As principais caracteriacutesticas estatildeo relacionadas com dimensotildees e especialmente agrave sua superfiacutecie de contato com o ambiente Em geral estes dispositivos satildeo construiacutedos em alumiacutenio dada sua boa condutividade teacutermica (condiccedilatildeo indispensaacutevel) baixo custo e peso A figura mostra perfis tiacutepicos de dissipadores A utilizaccedilatildeo de grande nuacutemero de aletas eacute para aumentar a aacuterea de troca de calor A resistecircncia teacutermica para uma placa plana quadrada pode ser aproximadamente dada por
λ condutacircncia teacutermica (a 77o C) [W(oCcm)] W espessura do dissipador [mm]
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A aacuterea do dissipador [cm2] Cf fator de correccedilatildeo devido agrave posiccedilatildeo e tipo de superfiacutecie Na tabela abaixo satildeo dados alguns valores para os coeficientes da foacutermula O fator Cf varia com a posiccedilatildeo do dissipador sendo preferiacutevel uma montagem vertical agrave horizontal por criar um efeito ldquochamineacuterdquo Dissipadores pretos satildeo melhores irradiadores de calor que aqueles com superfiacutecie brilhante
Comportamento em regime transitoacuterio potecircncia de pico Quando a potecircncia dissipada no semicondutor consiste de pulsos de potecircncia eacute preciso verificar a proteccedilatildeo do componente em relaccedilatildeo aos picos de dissipaccedilatildeo Durante a ocorrecircncia do pico de potecircncia ocorre a elevaccedilatildeo da temperatura da junccedilatildeo embora natildeo ocorra variaccedilatildeo nas temperaturas do encapsulamento e do dissipador (que dependem da potecircncia meacutedia) devido agrave maior capacidade teacutermica da caacutepsula e especialmente do dissipador Tal capacidade teacutermica relaciona-se com o tipo de material utilizado e seu volume Na analogia eleacutetrica utilizada anteriormente ela se comporta como uma capacitacircncia O caacutelculo da temperatura da junccedilatildeo em tal regime transitoacuterio eacute feito utilizando uma grandeza chamada ldquoimpedacircncia teacutermicardquo Ztjc que leva em consideraccedilatildeo a capacidade teacutermica da junccedilatildeo Exemplo 2 Rtjc = 2deg CW Rtca = 5deg CW Rtcd = 2deg CW Rtda = 3deg CW Ztjc = 005deg CW Tjmax = 150deg C Ta = 40deg C P = 20W Pp = 1000W
Tj = 130 oC (o componente estaacute protegido em relaccedilatildeo agrave potecircncia meacutedia) Tc = 90 oC Tj = Tc + Pp Ztjc = 140 oC
Caacutelculo dos Dissipadores
bull A temperatura de trabalho da junccedilatildeo deve ser 20 a 30 menor que seu valor maacuteximo para permitir a proteccedilatildeo do componente sem super-dimensionar o dissipador middot Para ambientes nos quais natildeo se faccedila um controle riacutegido da temperatura deve-se usar uma temperatura ambiente de 40oC
bull Caso o dissipador fique dentro de algum bastidor ou caixa na qual a temperatura possa se elevar acima dos 40oC deve-se considerar sempre a maacutexima temperatura do ar com o qual o dissipador troca calor Eacute conveniente agrave falta de maiores informaccedilotildees utilizar o valor de 40oC e verificar apoacutes a entrada em operaccedilatildeo do protoacutetipo a verdadeira temperatura ambiente
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bull Deve-se verificar a necessidade do uso de isoladores (mica teflon ou mylar) e natildeo desconsiderar suas resistecircncias teacutermicas middot O emprego de pastas teacutermicas eacute sempre recomendado e se deve considerar tambeacutem sua resistecircncia teacutermica
b) No transitoacuterio
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Apecircndice A
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Laboratoacuterio 1
Diodo Ache os componentes em sucatas e monte o circuito abaixo em placa de circuito impresso corroiacuteda Lista de material
4 Diodos 1N4007 2 Capacitores 330uF200V 2 Resistores 150K 18W 1 Suporte p lacircmpada 1 Lacircmpada 40W220V 1 Conector p placa de 2 bornes 6 Chaves HH 1 Rabicho com plugue Placa p circuito impresso virgem (fibra fenolite perfurada) Caneta retro projetor ou esmalte p unhas Palha de accedilo ou acetona e pedaccedilo de pano Soluccedilatildeo de percloreto de ferro Estanho em fio
Obs Colocar o seu nome no lado do cobre a caneta ou esmalte antes da corrosatildeo
Montado na placa o circuito acima e testado fazer os seguintes exerciacutecios 1 ndash Com o interruptor Ch7 ligado os interruptores Ch3 Ch4 Ch5 e Ch6 desligados e os interruptores Ch1 e Ch2 na posiccedilatildeo 1 faccedila a seguinte medida meccedila com o osciloscoacutepio colocando a garra jacareacute onde aparece o GND e o pinccedila no ponto 1 de forma que apareccedila somente o semi-ciclo positivo na tela tambeacutem reproduza abaixo a forma de onda encontrada e registre onde a posiccedilatildeo do zero O aparelho ajustado da seguinte forma O botatildeo de tempodivisatildeo em 5mS O botatildeo tensatildeodivisatildeo ajustado em 5V A ponteira ajustada em X10
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2 ndash Permanecendo o interruptor Ch7 ligado Ch5 e Ch6 desligados poreacutem Ch1 e Ch2 na posiccedilatildeo 2 e Ch3 e Ch4 ligados faccedila novamente a medida e reproduza na tela abaixo a forma de onda
3 - Permanecendo o interruptor Ch7 ligado Ch3 Ch4 Ch5 e Ch6 agora ligados e Ch1 e Ch2 na posiccedilatildeo 2 faccedila novamente a medida e reproduza na tela abaixo a forma de onda
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4 ndash O que aconteceu com a potecircncia (brilho) da lacircmpada Com circuito configurado como no exerciacutecio 1 e exerciacutecio 3 (aumentou ou diminuiu) Porque ocorreu isto _____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
5 ndash Qual eacute a nova potecircncia da lacircmpada Provar por meio de caacutelculos 6 ndash Por fim com o circuito configurado como no exerciacutecio 3 coloque uma lacircmpada de maior potecircncia e visualize o ripple novamente com o osciloscoacutepio explique o que ocorreu _____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
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Laboratoacuterio 2 TRANSISTOR BIPOLAR (BJT)
Os transistores de potecircncia apresentam caracteriacutesticas de chaveamento controlado Os transistores utilizados como elementos de chaveamento operam na regiatildeo de saturaccedilatildeo apresentando uma baixa queda de tensatildeo de conduccedilatildeo (VCE=0V) (VBE=13V)
Este laboratoacuterio tem o objetivo de fazer um retificador e filtro diretamente da rede alternada com componentes retirados de fontes chaveadas de computadores apoacutes o estaacutegio de retificaccedilatildeo e filtro faremos funcionar uma lacircmpada incandescente de 220 volts corrente alternada em corrente contiacutenua com o auxiacutelio de um transistor de potencia tambeacutem retirado das mesmas fontes
Calcule o R1 e monte o circuito e apoacutes responda as questotildees
Pinos 1 ndash Base 2 ndash Coletor 3 ndash Emissor
Alguns transistores encontrados em fontes chaveadas de computador Transistor VCE (V) Ic (A) β MJE13007 400 8 5
2SC4106 400 7 10
2SC5027 800 3 8
2SC5353 800 3 15
2SC2335 400 7 10
2SC4242 400 7 10
2SC5763 400 7 10
1 ndash Escolha o transistor e faccedila o calculo para descobrir R1 e depois monte o circuito Transistor escolhido ______________
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2 ndash Meccedila a corrente no ponto 1 e compare com o calculado Faccedila as observaccedilotildees necessaacuterias
Corrente no ponto (1)
Calculado
Medido _____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
3 ndash Por que existem os resistores em paralelo com os capacitores
_____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
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Laboratoacuterio 3
TRANSISTOR EFEITO DE CAMPO (FET) O transistor de potecircncia MOSFET eacute um dispositivo de tensatildeo controlada e necessita apenas de tensatildeo no gatilho A velocidade de chaveamento eacute muito alta (nanosegundos) MOSFETrsquos de potecircncia satildeo utilizados em conversores de baixa potecircncia e alta frequumlecircncia Estes transistores apresentam problemas de descargas eletrostaacuteticas necessitando de cuidados especiais Este experimento tem como objetivo mostrar o funcionamento de Mosfets em uma aplicaccedilatildeo pratica para tanto montaremos o circuito abaixo
Pinagem 1 ndash GATE 2 ndash DRAIN 3 ndash SOURCE
Alguns transistores encontrados no comeacutercio
Transistor Tensatildeo Vds(V) Corrente Id (A)
IRF840 500 85 IRF740 400 10
1 ndash Meccedila a corrente no ponto 1 Corrente no ponto 1 ______________ No ponto 2 coloque 1deg o multiacutemetro antes de ligar o circuito Meccedila a corrente no ponto 2 Corrente no ponto 2 ______________ Por que isto ocorre 2 ndash Calcule a corrente que passa entre os resistores E compare com os valores medidos e faccedila as observaccedilotildees necessaacuterias
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Laboratoacuterio 4
SCR E TRIAC
Este laboratoacuterio tem o objetivo de comprovar o funcionamento do componente SCR e TRIAC e diferenciaacute-los 1
A - Primeiramente ligue a chave 1 mantendo a chave 2 desligada o que ocorre _____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
B ndash Mantendo ligada a chave 1 ligue a chave 2 por um breve intervalo de tempo e desligue-a O que acontece Justifique sua resposta _____________________________________________________________________________________ _____________________________________________________________________________________ 2
C ndash Faccedila a mesma sequumlecircncia usada nas questotildees A e B Sequumlecircncia da questatildeo A________________________________________________________________
Sequumlecircncia da questatildeo B_________________________________________________________________
D - Faccedila as consideraccedilotildees comparando os circuitos 1 e 2
_____________________________________________________________________________________ _____________________________________________________________________________________
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3
E ndash Faccedila um comentaacuterio sobre a omissatildeo das chaves _____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
4
F - Comente os circuitos 3 e 4 haacute alguma diferenccedila no brilho da lacircmpada
_____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
Pinos do SCR e BTA 1 ndash Catodo A2 2 ndash Anodo A1 3 ndash Gatilho
Alguns SCRs encontrados no comeacutercio
Tiristor
Tensatildeo Vds(V)
Corrente Id (A)
BT151 500 85 TIC106 400 10
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Laboratoacuterio 5
DIAC E TRIAC O objetivo eacute montar o circuito abaixo e visualizar com o osciloscoacutepio a forma de onda em cima da carga no nosso caso a lacircmpada enquanto varia o potenciocircmetro
Pinagem 1 ndash A1 2 ndash A2 3 ndash G Alguns triacs encontrado no comeacutercio BTA08 ndash 8A BTA26 ndash 26A MAC224 ndash 40A TIC226 ndash 8A
Coloque a ponteira em cima da carga e deixe o potenciocircmetro no meio do curso e reproduza na tela abaixo Registre o ajuste que foi feito no osciloscoacutepio para aparecer o meio ciclo superior na tela
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Laboratoacuterio 6
PWM Este circuito eacute simples com o famoso CI 555 para gerar o sinal PWM Controlando uma carga que conseguimos observar o estaacute acontecendo
1 ndash Qual a frequumlecircncia gerada do sinal PWM _______________________________________________________________________________
_______________________________________________________________________________
2 ndash O que acontece com a lacircmpada quando varia o potenciocircmetro
_______________________________________________________________________________
_______________________________________________________________________________
3 ndash Trocando o capacitor de 100nF por um de 10nF qual seraacute a nova frequumlecircncia
_______________________________________________________________________________
_______________________________________________________________________________
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Laboratoacuterio 7
INVERSOR Este circuito eacute o conceito baacutesico do princiacutepio de funcionamento de um inversor que eacute capaz de gerar uma tensatildeo alternada a partir de uma tensatildeo contiacutenua
1 ndash O motor estaacute girando _____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
2 ndash Caso afirmativo na primeira pergunta coloque a ponteira do osciloscoacutepio em um dos terminais do motor e a garra jacareacute no terra e meccedila a frequumlecircncia _____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
3 ndash O que estaacute acontecendo com o motor em suas caracteriacutesticas fiacutesicas Mudou a velocidade estaacute aquecendo estaacute trepidando etc _____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
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Apendice B
Coacutedigo de resistores
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Capacitores ceracircmicos
O valor do capacitorB eacute de 3300 pF (picofarad = 10-12 F) ou 33 nF (nanofarad = 10-9 F) ou 00033 microF (microfarad =
10-6 F) No capacitor A devemos acrescentar mais 4 zeros apoacutes os dois primeiros algarismos O valor do capacitor que se lecirc 104 eacute de 100000 pF ou 100 nF ou 01microF
O aparecimento de uma letra maiuacutescula ao lado dos nuacutemeros Esta letra refere-se a toleracircncia do capacitor ou seja o quanto que o capacitor pode variar de seu valor em uma temperatura padratildeo de 25deg C A letra J significa que este capacitor pode variar ateacute plusmn5 de seu valor a letra K = plusmn10 ou M = plusmn20 Segue na tabela abaixo os coacutedigos de toleracircncias de capacitacircncia
Ateacute 10pF Coacutedigo Acima de 10pF
plusmn01pF B
plusmn025pF C
plusmn05pF D
plusmn10pF F plusmn1
G plusmn2
H plusmn3
J plusmn5
K plusmn10
M plusmn20
S -50 -20
Z +80 -20
ou +100 -20
P +100 -0
O coeficiente de temperatura TC que define a variaccedilatildeo da capacitacircncia dentro de uma determinada faixa de temperatura O TC eacute normalmente expresso em ou ppmdegC ( partes por milhatildeo degC ) Eacute usado uma sequumlecircncia de letras ou letras e nuacutemeros para representar os coeficientes Observe o desenho abaixo
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Na tabela abaixo estatildeo mais alguns coeficientes de temperatura e as toleracircncias que satildeo muito utilizadas por diversos fabricantes de capacitores
Coacutedigo Coeficiente de temperatura NPO -0plusmn 30ppmdegC N075 -75plusmn 30ppmdegC N150 -150plusmn 30ppmdegC N220 -220plusmn 60ppmdegC N330 -330plusmn 60ppmdegC N470 -470plusmn 60ppmdegC N750 -750plusmn 120ppmdegC N1500 -1500plusmn 250ppmdegC N2200 -2200plusmn 500ppmdegC N3300 -3300plusmn 500ppmdegC N4700 -4700plusmn 1000ppmdegC N5250 -5250plusmn 1000ppmdegC P100 +100plusmn 30ppmdegC
Outra forma de representar coeficientes de temperatura eacute mostrado abaixo Eacute usada em capacitores que se caracterizam
pela alta capacitacircncia por unidade de volume (dimensotildees reduzidas) devido a alta constante dieleacutetrica sendo recomendados para aplicaccedilatildeo em desacoplamentos acoplamentos e supressatildeo de interferecircncias em baixas tensotildees
Os coeficientes satildeo tambeacutem representados exibindo sequumlecircncias de letras e nuacutemeros como por exemplo X7R Y5F e Z5U Para um capacitor Z5U a faixa de operaccedilatildeo eacute de +10degC que significa Temperatura Miacutenima seguido de +85degC que significa Temperatura Maacutexima e uma variaccedilatildeo Maacutexima de capacitacircncia dentro desses limites de temperatura que natildeo ultrapassa -56 +22
Veja as trecircs tabelas abaixo para compreender este exemplo e entender outros coeficientes
Temperatura Miacutenima
Temperatura Maacutexima
Variaccedilatildeo Maacutexima de Capacitacircncia
X -55degC Y -30degC Z +10degC
2 +45degC 4 +65degC 5 +85degC 6 +105degC 7 +125degC
A plusmn10 B plusmn15 C plusmn22 D plusmn33 E plusmn47 F plusmn75 P plusmn10 R plusmn15 S plusmn22 T -33 +22 U -56 +22 V -82 +22
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Capacitores de filme plaacutestico
O desenho ao lado mostra capacitores que tem os seus valores impressos em nanofarad (nF) = 10-9F Quando aparece no capacitor uma letra n minuacutescula como um dos tipos apresentados ao lado por exemplo 3n3 significa que este capacitor eacute de 33nF No exemplo o n minuacutesculo eacute colocado ao meio dos nuacutemeros apenas para economizar uma viacutergula e evitar erro de interpretaccedilatildeo de seu valor
Capacitores de Ceracircmica Multicamada
Capacitores de Polieacutester Metalizado usando coacutedigo de cores
A tabela abaixo mostra como interpretar o coacutedigo de cores dos capacitores abaixo No capacitor A as 3 primeiras cores satildeo laranja laranja e laranja correspondem a 33000 equivalendo a 33 nF A cor branca logo adiante eacute referente a plusmn10 de toleracircncia E o vermelho representa a tensatildeo nominal que eacute de 250 volts
1ordf Algarismo 2ordf Algarismo 3ordf Ndeg de zeros 4ordf Toleracircncia 5ordf Tensatildeo
PRETO 0 0 - plusmn 20 -
MARROM 1 1 0 - -
VERMELHO 2 2 00 - 250V
LARANJA 3 3 000 - -
AMARELO 4 4 0000 - 400V
VERDE 5 5 00000 - -
AZUL 6 6 - - 630V
VIOLETA 7 7 - - -
CINZA 8 8 - - -
BRANCO 9 9 - plusmn 10 -
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Apecircndice C
Osciloscoacutepio Geralmente os osciloscoacutepios tecircm os controles e entradas que podem ser divididos em cinco grupos
1 ndash Controle da fonte de alimentaccedilatildeo 2 ndash Controles de ajuste do traccedilo ou ponto na tela 3 ndash Controles e entrada de atuaccedilatildeo vertical 4 ndash Controles e entrada de atuaccedilatildeo horizontal 5 ndash Controles de entrada de sincronismo
1 - CONTROLE DA FONTE DE ALIMENTACcedilAtildeO 11 - INTERRUPTOR Sua funccedilatildeo eacute interromper ou estabelecer a corrente no primaacuterio do transformador de fora Sua atuaccedilatildeo normalmente eacute acompanhada por uma lacircmpada piloto que serve de aviso visual sobre a situaccedilatildeo do circuito (ligado ou desligado) Normalmente este interruptor se encontra acoplado junto do potenciocircmetro de controle de brilho 12 - COMUTADOR DE TENSAtildeO Sua funccedilatildeo eacute selecionar a tensatildeo de funcionamento do osciloscoacutepio (127 220V) Permite utilizar o instrumento sem a necessidade de recorrer a um transformador abaixador ou elevador de tensatildeo (geralmente o acesso deste comutador eacute visto na parte de traz do aparelho) 2 - CONTROLES DE AJUSTE DO TRACcedilO OU PONTO NA TELA 21 - BRILHO OU LUMINOSIDADE Eacute o controle que ajusta a luminosidade do ponto ou do traccedilo O controle do brilho eacute feito por meio de um potenciocircmetro situado no circuito da grade de controle do TRC mediante o qual se regula o potencial desta grade (deve-se evitar o uso de brilho excessivo sob pena de se danificar a tela) 22 - FOCO Eacute o controle que ajusta a nitidez do ponto ou traccedilo luminoso O ajuste do foco eacute conseguido mediante a regulagem de um potenciocircmetro que regula a polarizaccedilatildeo do eletrodo de enfoque O foco deve ser ajustado de forma a se obter um traccedilo fino e niacutetido na tela (estes ajustes de brilho e de foco satildeo ajustes baacutesicos que devem ser feitos sempre que se for usar o osciloscoacutepio)
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23 - ILUMINACcedilAtildeO DA RETIacuteCULA Permite que se ilumine o quadriculado ou as divisotildees na tela 3 - CONTROLES E ENTRADA DE ATUACcedilAtildeO VERTICAL 31 - ENTRADA DE SINAL VERTICAL Nesta entrada eacute conectada a ponta de prova do osciloscoacutepio As variaccedilotildees de tensatildeo aplicadas nesta entrada aparecem sob forma de figura na tela 32 - CHAVE DE SELECcedilAtildeO DE MODO DE ENTRADA (CA-CC) Esta chave eacute selecionada de acordo com o tipo de forma de onda a ser observada Em alguns osciloscoacutepios esta chave possui trecircs posiccedilotildees (CA-0-CC ou AC-GND-DC) Esta posiccedilatildeo adicional eacute usada para a realizaccedilatildeo de ajustes do traccedilo do osciloscoacutepio em algumas situaccedilotildees Por exemplo quando se deseja Uma referecircncia na tela 33 - CHAVE SELETORA DE GANHO (VDiv) Esta chave permite que se aumente ou que se diminua a amplitude de projeccedilatildeo na tela do osciloscoacutepio (altura da imagem) 34 - POSICcedilAtildeO VERTICAL Permite movimentar a imagem para cima ou para baixo na tela A movimentaccedilatildeo natildeo interfere na forma da figura projetada na tela 4 - CONTROLES DE ATUACcedilAO HORIZONTAL 41 - CHAVE SELETORA DE BASE DE TEMPO Eacute o controle que permite variar o tempo de deslocamento horizontal do ponto na tela Atraveacutes deste controle eacute possiacutevel reduzir ou ampliar horizontalmente na tela a figura nela projetada Em alguns osciloscoacutepios esta chave seletora tem uma posiccedilatildeo identificada como EXT (externa) o que possibilita que o deslocamento horizontal pode ser controlado por circuito externo ao osciloscoacutepio atraveacutes de uma entrada especiacutefica Quando a posiccedilatildeo externa eacute selecionada natildeo haacute formaccedilatildeo do traccedilo na tela obtendo-se apenas um ponto 42 - POSICcedilAtildeO HORIZONTAL Eacute o ajuste que permite controlar horizontalmente a forma de onda na tela Girando o controle de posiccedilatildeo horizontal para a direita o traccedilo move-se horizontalmente para a direita e vice-versa Assim como o controle de posiccedilatildeo vertical o controle de posiccedilatildeo horizontal natildeo interfere na forma da figura projetada na tela
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5 - CONTROLES E ENTRADA DE SINCRONISMO (TRIGGER) Satildeo controles que se destinam a fixar a imagem na tela Estes controles satildeo utilizados principalmente na observaccedilatildeo de sinais alternados Os controles de sincronismo satildeo Chave seletora de fonte de sincronismo Chave de modo de sincronismo Controle de niacutevel de sincronismo 51 - CHAVE SELETORA DE FONTE DE SINCRONISMO Seleciona onde seraacute tomada o sinal de sincronismo para fixar a imagem na tela do osciloscoacutepio Normalmente esta chave possui trecircs posiccedilotildees pelo menos POSICcedilAtildeO CH1 O sincronismo eacute controlado pelo sinal aplicado ao canal 1 POSICcedilAtildeO REDE Realiza o sincronismo com base na frequecircncia da rede de alimentaccedilatildeo do osciloscoacutepio (60Hz) Nesta posiccedilatildeo consegue-se facilmente sincronizar na tela sinais aplicados na entrada vertical que sejam obtidos a partir da rede eleacutetrica POSICcedilAtildeO EXTERNO Na posiccedilatildeo externo o sincronismo da figura eacute obtido agrave partir de outro equipamento externo conectado ao osciloscoacutepio O sinal que controla o sincronismo na posiccedilatildeo externo eacute aplicado a entrada de sincronismo 52 - CHAVE DE MODO DE SINCRONISMO Normalmente esta chave tem duas ou trecircs posiccedilotildees AUTO Nesta posiccedilatildeo o osciloscoacutepio realiza o sincronismo automaticamente com base no sinal selecionado pela chave seletora de fonte de sincronismo NORMAL + O sincronismo eacute positivo ajustado manualmente pelo controle de niacutevel de sincronismo (TRIGGER) de modo que o primeiro pico que apareccedila na tela seja o positivo NORMAL - O sincronismo eacute negativo tambeacutem ajustado manualmente entretanto o primeiro pico a aparecer eacute o negativo 53 - CONTROLE DE NIacuteVEL DE SINCRONISMO (TRIGGER) Eacute um controle manual que permite o ajuste do sincronismo quando natildeo se consegue um sincronismo automaacutetico Tem atuaccedilatildeo nas posiccedilotildees NORMAL + e NORMAL - OBSERVACcedilAtildeO Para se realizar leituras eacute necessaacuterio sincronizar a figura na tela II - ENTRADA E CONTROLE DO OSCILOSCOacutePIO DUPLO TRACcedilO O osciloscoacutepio de duplo traccedilo possui alguns controles que satildeo comuns aos dois traccedilos e outros que satildeo individuais Os controles de brilho foco base de tempo e de posiccedilatildeo horizontal satildeo controles que satildeo comuns aos dois traccedilos Basicamente os controles individuais situam-se nas entradas e controles do vertical nos controles e entrada de sincronismo ENTRADAS E CONTROLES DO VERTICAL Para que se possa observar dois sinais simultaneamente eacute necessaacuterio que se aplique uma tensatildeo em cada uma das entradas verticais O osciloscoacutepio duplo traccedilo dispotildee de dois grupos de controles verticais Um grupo para o canal A ou canal 1 (CH1) Um grupo para o canal B ou canal 2 (CH2) Cada grupo controla um dos sinais na tela (amplitude posiccedilatildeo vertical etc) Geralmente satildeo iguais Cada canal dispotildee de Entrada Vertical Chave Seletora CA-O-CC Chave Seletora de ganho vertical (DDiv) Posiccedilatildeo vertical Um osciloscoacutepio de duplo traccedilo pode ainda ser utilizado como sendo um osciloscoacutepio de traccedilo simples Uma chave seletora permite que se possa selecionar cada canal individualmente ou os dois simultaneamente Esta chave possui pelo menos trecircs posiccedilotildees CH1
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CH2 DUAL Na posiccedilatildeo CH1 apareceraacute apenas a imagem na tela que estiver sendo aplicada na entrada vertical do canal 1 Na posiccedilatildeo CH2 apareceraacute apenas a imagem na tela que estiver sendo aplicada na entrada vertical do canal 2 Na posiccedilatildeo DUAL aparecem as duas imagens Em osciloscoacutepios mais sofisticados esta chave pode possuir mais posiccedilotildees de modo a permitir outras alternativas de uso CONTROLES DE SINCRONISMO Realizam as mesmas funccedilotildees do osciloscoacutepio traccedilo simples que eacute a de fixar a imagem na tela O que diferencia eacute o fato de que na chave seletora de fonte existe uma posiccedilatildeo adicional de modo a poder sincronizar a figura PONTAS DE PROVA As pontas de prova satildeo utilizadas para interligar o osciloscoacutepio aos pontos de medida
Uma das extremidades da ponta de prova eacute conectada a uma das entradas do osciloscoacutepio atraveacutes de um conector e a extremidade livre serve para conexatildeo aos pontos de medida A extremidade livre possui uma garra jacareacute denominada de terra da ponta de prova que deve ser conectada ao terra do circuito e uma ponta de entrada de sinal que deve ser conectada no ponto que se deseja medir Existem dois tipos de ponta de prova ponta de prova 11 ponta de prova 101 A ponta de prova 11 se caracteriza por aplicar agrave entrada do osciloscoacutepio a mesma tensatildeo ou forma de onda que eacute aplicada a ponta de mediccedilatildeo A ponta de prova 101 entrega ao osciloscoacutepio apenas a deacutecima parte da tensatildeo aplicada a ponta de mediccedilatildeo As pontas de prova 101 permitem que o osciloscoacutepio consiga observar tensotildees dez vezes maior que a sua capacidade Por exemplo Um osciloscoacutepio que permite a leitura de tensotildees de 50V com ponta de prova 11 com ponta de prova 101 poderaacute medir tensotildees de ateacute 500V (10x50V) Existem pontas de prova que dispotildee de um botatildeo onde se pode selecionar 101 ou 11 Obs Quando natildeo se tem total certeza da grandeza da tensatildeo envolvida eacute aconselhaacutevel iniciar a mediccedilatildeo com o posiccedilatildeo 101
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Bibliografia
1 Dispositivos semicondutores tiristores controle de potecircncia em CC e CA 1996 - ALMEIDA Joseacute Luiz Antunes de Satildeo Paulo Eacuterica 1996 150 p
2 Dispositivos semicondutores diodos e transistores 1996 MARQUES Angelo Eduardo B
CHOUERI JUacuteNIOR Salomatildeo CRUZ Eduardo Cesar Alves Satildeo Paulo Eacuterica 1996 389 p
3 Anaacutelise e projeto de fontes chaveadas MELLO Luiz Fernando P de Satildeo Paulo Eacuterica 1996 487 p
4 Eletrocircnica de potecircncia circuitos dispositivos e aplicaccedilotildees 1999 RASHID Muhammad H Satildeo Paulo Makron Books 1999 828 p
5 Eletrocircnica de potecircncia 1994 - PALMA Guilherme Rebouccedilas da Satildeo Paulo Eacuterica 1994 259 p
6 Dispositivos eletrocircnicos e teoria de circuitos - 8 ed 2004 -
BOYLESTAD Robert L NASHELSKY Louis CAMARGO Joseacute Bueno de NASCIMENTO Joseacute Lucimar do PERTENCE JUNIOR Antonio (Coord) Satildeo Paulo Pearson Prentice Hall 2004 672 p
7 Rodrigues Isac Zilli Notas de aula da disciplina de Eletrocircnica II do Curso de Engenharia
Eleacutetrica da UPF Passo Fundo RS 2000
8 Ghirardello Ariovaldo Apostila sobre Modulaccedilatildeo PWM Coleacutegio Politec
9 Electronics Workbench Versatildeo 512
10 LabcenterElectronics 1989-2008 Release 75 SP3
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Vamos a um exemplo Para dimensionarmos RB e RC vamos utilizar a analise das malhas
Entrada VRB = VCC - VBE
Saiacuteda VRC = VCC - VCE
Figura 14
Paracircmetros do 2SC5353 VBEsat = 13V VCEsat = 1V βsat = 10 O RC eacute como se fosse a carga a ser controlada entatildeo para dimensionarmos os resistores de
polarizaccedilatildeo temos que definir uma carga concluiacutemos entatildeo que teremos que calcular na verdade soacute o RB jaacute que foi definido que carga teremos que controlar
O RC definido foi de 800Ω
Malha de saiacuteda
VRC = VCC ndash VCEsat
VRC = 180 ndash 1 there4 VRC =179V
IRC = IC
IC = C
RC
R
V there4 IC = 2237mA
Potencia de RC
PRC = 2CsatC IR sdot there4 800 x (2237x10-3)2
PRC = 40W
Podemos entatildeo substituir o resistor por
uma lacircmpada de 40W180V
Malha de entrada
VRB = VCC ndash VBE
VRB = 12 ndash 13 there4 VRB = 107V
IB = βCI
there4
IB =10
107223 3minustimes there4 IB = 2237mA
RB = B
RB
I
V there4 RB =
3107322
710minustimes
RB = 4783Ω Valor comercial RB = 470 Ω
Potencia de RB
PRB = 2BsatB IR sdot
PRB = 470 x (2273x10-3)2
PRB = 2352mW (14W)
Estes caacutelculos satildeo para o interruptor na posiccedilatildeo ligado quando o interruptor passa para a posiccedilatildeo desligado a entrada eacute aterrada (VEltVBE) causando o corte do transistor consequumlentemente a lacircmpada iraacute apagar
O uso preferencial de TBP tipo NPN se deve agraves menores perdas em relaccedilatildeo aos PNP o que ocorre por causa da maior mobilidade dos eleacutetrons em relaccedilatildeo agraves lacunas reduzindo principalmente os tempos de comutaccedilatildeo do componente em outras palavras os transistores do tipo NPN satildeo mais raacutepidos do que os do tipo PNP
13
Conexatildeo Darlington
Como jaacute mencionado transistores de potecircncia geralmente tecircm ganhos menores e precisam correntes altas na base para a plena conduccedilatildeo O transistor do exemplo anterior pode exigir 1A para controlar uma corrente de 3A Para solucionar este problema existe um arranjo que eacute chamado de Darlington esta configuraccedilatildeo consiste em conectar dois transistores do mesmo tipo de maneira que o ganho de corrente de um transistor β1 e o do outro β2 entatildeo o ganho de corrente do arranjo seraacute igual a βD = β1xβ2 Outra caracteriacutestica desta configuraccedilatildeo eacute conseguir uma alta impedacircncia de entrada Normalmente este tipo de ligaccedilatildeo eacute feito em um uacutenico encapsulamento Neste caso o valor de ganho eacute muito grande e uma corrente bem pequena na base jaacute leva o transistor ao estado de plena conduccedilatildeo O ocircnus por esta sensibilidade de corrente baixa de base eacute o fato de que a tensatildeo VBDED eacute maior que em um transistor normal pois temos que polarizar em vez de um mas dois diodos para que comece a ocorrer a conduccedilatildeo
Figura 15 Conexatildeo Darlington
14
5 - Transistor FET
O surgimento do MOSFET representou um grande avanccedilo tecnoloacutegico por ser de fabricaccedilatildeo muito simples ter uma alta impedacircncia de entrada e baixo ruiacutedo proporcionar integraccedilatildeo em larga escala isto eacute por ter tamanho reduzido cerca de 20 vezes menos que o transistor bipolar permitindo assim que um grande numero de transistores sejam produzidos em um mesmo circuito integrado
O MOSFET de potencia eacute um semicondutor com capacidade de controle de corrente por meio de tensatildeo aplicada entre os terminais gate e source a exemplo do TBP o transistor FET pode trabalhar com tensotildees tambeacutem elevadas na ordem dos 1000V e correntes em torno de 200A mas sua principal vantagem eacute por ser acionado por tensatildeo a sua arquitetura disponibiliza uma elevada velocidade de chaveamento tornando-o indicado para as aplicaccedilotildees de frequumlecircncia elevada (centenas de kHz)
Para VGS lt 0 os eleacutetrons do canal n satildeo repelidos aumentando assim a camada de depleccedilatildeo proacutexima da camada oacutexido Assim haacute uma diminuiccedilatildeo na aacuterea do canal n (estrangulamento) sendo estabelecida uma alta resistecircncia RDS Deste modo natildeo haacute circulaccedilatildeo de corrente IDS Para IDS igual a zero a tensatildeo VGS eacute chamada de tensatildeo de estrangulamento (pinch-off) VP Para VGS gt 0 o canal n torna-se largo reduzindo drasticamente a resistecircncia RDS sendo assim estabelecida a corrente IDS O MOSFET com canal p tem a s polaridades das tensotildees e correntes invertidas
Figura 16
Estrutura baacutesica de transistor MOSFET Uma pequena corrente de gate eacute necessaacuteria apenas para carregar e descarregar as capacitacircncias de
entrada do transistor desta forma o melhor modo de polarizaccedilatildeo de um FET eacute empregando uma fonte de baixa impedacircncia de saiacuteda jaacute que temos na estrutura do gate uma capacitacircncia parasita gate-fonte CGS que eacute inerente ao componente desta forma natildeo existe meios de minimizaacute-lo
Estes transistores em geral satildeo de canal N por apresentarem menores perdas e maior velocidade de comutaccedilatildeo devido agrave maior mobilidade dos eleacutetrons em relaccedilatildeo agraves lacunas
Abaixo temos um exemplo de polarizaccedilatildeo de gate de baixa impedacircncia tambeacutem teraacute que utilizar fonte de pulsos de baixa impedacircncia como foi dito antes
Figura 17
15
Outra forma de obter um circuito de disparo eacute o demonstrado abaixo porem eacute importante notar nesta situaccedilatildeo que estamos atrelados a transistores bipolares natildeo sendo aconselhaacutevel a altas frequumlecircncias ou pelo menos dar uma olhada no datasheet dos transistores que seratildeo utilizados com atenccedilatildeo a frequumlecircncia maacutexima de trabalho
Figura 18
Este circuito nada mais eacute do que um gate driver que pode se fazer com componentes discretos ou com auxilio de CIs fabricados especialmente para isto a saiacuteda pode ser para um MOSFET ou para vaacuterios deles Isto eacute mais faacutecil de verificar em IGBTs que seraacute estudado em seguida
16
6 ndash Transistor IGBT O IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) alia a facilidade de acionamento dos MOSFET com as pequenas perdas em conduccedilatildeo dos TBP Sua velocidade de chaveamento eacute superior agrave dos transistores bipolares Os limites atuais de tensatildeo e corrente em dispositivos uacutenicos estatildeo em torno de 2kV e 1000A o que indica que tal componente pode ser utilizado em aplicaccedilotildees de potecircncia
O controle de componente eacute anaacutelogo ao do MOSFET ou seja pela aplicaccedilatildeo de uma polarizaccedilatildeo entre gate e emissor Tambeacutem para o IGBT o acionamento eacute feito por tensatildeo O IGBT possui uma corrente maacutexima que natildeo deve ser ultrapassada se isso ocorrer natildeo se consegue cortar o IGBT retirando a tensatildeo do Gate A corrente fluiraacute pelo dreno sem controle e isso poderaacute danificar o componente Esse fato eacute conhecido por LatchUp Princiacutepio de funcionamento
A estrutura do IGBT eacute similar agrave do MOSFET mas com a inclusatildeo de uma camada P+ que forma o coletor do IGBT como mostrado na figura abaixo Em termos simplificados pode-se analisar o IGBT como um MOSFET no qual a regiatildeo N- tem sua condutividade modulada pela injeccedilatildeo de portadores minoritaacuterios (lacunas) a partir da regiatildeo P+ uma vez que J1 estaacute diretamente polarizada Esta maior condutividade produz uma menor queda de tensatildeo em comparaccedilatildeo a um MOSFET similar A maacutexima tensatildeo suportaacutevel eacute determinada pela junccedilatildeo J2 (polarizaccedilatildeo direta) e por J1 (polarizaccedilatildeo reversa) Como J1 divide 2 regiotildees muito dopadas conclui-se que um IGBT natildeo suporta tensotildees elevadas quando polarizado reversamente
Figura 19 Estrutura baacutesica de IGBT
A entrada em conduccedilatildeo eacute similar ao MOSFET sendo um pouco mais lenta a queda da tensatildeo Vce uma vez que isto depende da chegada dos portadores vindos da regiatildeo P+ Para o desligamento no entanto tais portadores devem ser retirados Nos TBPs isto se daacute pela drenagem dos portadores via base o que natildeo eacute possiacutevel nos IGBTs devido ao acionamento isolado A soluccedilatildeo encontrada foi a inclusatildeo de uma camada N+ na qual a taxa de recombinaccedilatildeo eacute bastante mais elevada do que na regiatildeo N- Desta forma as lacunas presentes em N+ recombinam-se com muita rapidez fazendo com que por difusatildeo as lacunas existentes na regiatildeo N- refluam apressando a extinccedilatildeo da carga acumulada na regiatildeo N- possibilitando o restabelecimento da barreira de potencial e o bloqueio do componente
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7 - Tiristor
O tiristor e o SCR satildeo facilmente confundidos pois estatildeo relacionados ao mesmo componente Tiristor eacute o nome de uma famiacutelia de componentes da qual o SCR faz parte O SCR eacute um diodo controlado muito utilizado em equipamentos de controle industrial que iremos ver detalhadamente mais tarde Funcionamento de uma forma geral O tiristor eacute um dispositivo semicondutor de quatro camadas de estrutura PNPN com trecircs junccedilotildees PN Tem trecircs terminais Anodo Catodo e Gatilho Os terminais anodo e catodo quando polarizados diretamente soacute comeccedilam a conduzir se receber um comando no terminal gatilho Uma vez conduzindo ele se comportara como um diodo em conduccedilatildeo e natildeo haacute controle sobre o dispositivo Desligamento A corrente de anodo eacute conservada abaixo da corrente de manutenccedilatildeo por um tempo suficiente grande de forma que todos os portadores em excesso nas quatro camadas sejam eliminados ou recombinados
Alguns toacutepicos que devem ser levado em consideraccedilatildeo em projeto de circuitos de controle de gatilho
1- O sinal de gatilho deve ser retirado apoacutes o disparo do tiristor Um sinal contiacutenuo aumentaria a perda de potencia na junccedilatildeo do gatilho
2- Enquanto o tiristor estiver reversamente polarizado natildeo devera haver sinal de gatilho De outra forma o tiristor poderia falhar devido a um aumento de corrente de fuga
3- A largura do pulso de gatilho IG tem que ser maior que o tempo necessaacuterio para a corrente do anodo crescer ateacute o valor da corrente de manutenccedilatildeo IH Na praacutetica a largura do pulso no tiristor TON
Tipos de Tiristores Tiristor de controle de fase SCR Tiristor triodo bidirecional TRIAC Tiristor de desligamento pelo gatilho GTO Tiristor de conduccedilatildeo reversa RCT Tiristor de induccedilatildeo estaacutetica SITH Tiristor de desligamento auxiliado pelo gatilho GATT Retificador controlado de siliacutecio controlado por luz LASCR Tiristores controlados por MOS MCTs
Conversatildeo e o controle de grandes quantidades de potencia em sistemas CC e CA utilizando apenas uma pequena potencia para controle pois apresenta chaveamento raacutepido pequeno porte e altos valores de corrente e tensatildeo
Algumas exemplos de aplicaccedilotildees
bull Controle de reles e motores bull Fontes de tensatildeo regulada bull Inversores CC-CA bull Controle de iluminaccedilatildeo
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71 - Tiristor SCR Siacutembolo
O SCR eacute um dispositivo semicondutor de quatro camadas de estrutura PNPN com trecircs junccedilotildees PN Ele tem trecircs terminais anodo catodo e gatilho como eacute visto na figura abaixo
Figura 20
O SCR tal como um diodo soacute conduz corrente no sentido do anodo para o catodo mas apenas quando lhe aplicamos um sinal de tensatildeo no terminal chamado gatilho este meacutetodo de disparo eacute o mais utilizado para se disparar o SCR Mas existem outras formas de disparo normalmente indesejado e em alguns casos podem destruir o componente
Disparo por sobretensatildeo Quando o SCR estaacute polarizado diretamente e aumenta-se a tensatildeo VAK J1 e J3 estatildeo polarizados diretamente mas J2 estaacute reversamente polarizado veja a figura acima Com o aumento de VAK os portadores satildeo acelerados na junccedilatildeo J2 podendo atingir uma energia tatildeo grande que provocaratildeo o fenocircmeno avalanche Esse fenocircmeno faz com que muitos eleacutetrons choquem-se e saiam das orbitas dos aacutetomos da rede Estando disponiacuteveis para a conduccedilatildeo esses eleacutetrons permitem que a corrente de anodo cresccedila Aumentando a corrente de anodo estabelece-se a realimentaccedilatildeo entre os terminais mantendo o SCR disparado Este tipo de disparo eacute chamado de Tensatildeo de Breakover (VBO) Disparo por variaccedilatildeo de tensatildeo (dvdt) Para que um capacitor armazene carga eleacutetrica eacute necessaacuterio haver uma variaccedilatildeo de tensatildeo(∆v) no capacitor em um intervalo de tempo (∆t) eacute necessaacuterio que circule ainda uma corrente i pelo capacitor quando estas variaccedilotildees satildeo muito pequenas a expressatildeo que relaciona estas grandezas eacute apresentada abaixo
dt
dvCi =
Em um SCR polarizado diretamente J2 estaacute reversamente polarizado Nesta junccedilatildeo existe carga armazenada iacuteons positivos de um lado e iacuteons negativos do outro Isto eacute como um capacitor carregado Assim natildeo havendo pulso no gatilho fechando-se S1 a capacitacircncia de J2 faraacute com que circule uma corrente de gatilho Como esta variaccedilatildeo eacute muito grande a corrente resultante seraacute muito grande Essa
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corrente poderaacute ser suficiente para estabelecer o processo de realimentaccedilatildeo fazendo com que o componente entre em conduccedilatildeo
Figura 21
Esse disparo normalmente indesejado pode ser evitado pela accedilatildeo de um circuito de proteccedilatildeo
chamado snubber esse circuito eacute formado por um resistor em serie com um capacitor colocados em paralelo com o SCR
Figura 22 Circuito snubber colocado em paralelo com o SCR
Os meacutetodos de comutaccedilatildeo ou de bloqueio de um SCR significa cortar a corrente que ele conduz e impedir que ele retorne a conduccedilatildeo A comutaccedilatildeo estaraacute completa quando a corrente no sentido direto for anulado e a reaplicaccedilatildeo de tensatildeo direta entre os terminais catodo e anodo natildeo provocarem o retorno do estado de conduccedilatildeo A comutaccedilatildeo natural ocorre quando se reduz a corrente de anodo a um valor abaixo de IH chamada corrente de manutenccedilatildeo (holding current) o SCR eacute bloqueado Este bloqueio pode ser visto melhor na figura abaixo Com S2 aberto mesmo com S1 fechado o SCR estaacute bloqueado pois natildeo haacute corrente no gatilho Fechando S2 pelo R circula uma corrente de gatilho que eacute suficiente para disparar o SCR Abrindo entatildeo S1 a corrente na lacircmpada anula-se e o SCR bloqueia Outro modo de obter a comutaccedilatildeo natural seria trocar a fonte de tensatildeo continua por uma tensatildeo alternada porem o SCR conduziria somente no semi-ciclo positivo natildeo havendo fluxo de corrente no semi-ciclo negativo
Figura 23 Meacutetodo mais utilizado
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Haacute tambeacutem um outro meacutetodo chamado comutaccedilatildeo forccedilada mais usual em circuitos CC a teacutecnica consiste em desviar a corrente por um caminho de menor impedacircncia a corrente que passa pelo SCR iraacute cair abaixo de IH provocando o bloqueio Como podemos ver no circuito abaixo
Figura 24
Com todas as chaves abertas o SCR estaacute bloqueado e a lacircmpada estaacute apagada Fechando-se a CH1 o circuito da lacircmpada e do SCR estaraacute energizado Como natildeo haacute corrente no gatilho o SCR continuaraacute bloqueado a lacircmpada apagada Quando S2 fechar circulara pelo resistor uma corrente suficiente para alimentar o gatilho do SCR que disparara e acenderaacute a lacircmpada Com a lacircmpada acesa S2 pode se novamente aberta sem que o SCR bloqueie e a lacircmpada se apague Agora fechando S3 naturalmente a lacircmpada natildeo se apagara pois a chave curto-circuitaraacute o SCR ficando a lacircmpada alimentada diretamente pela tensatildeo da fonte Como o SCR real natildeo eacute um curto-circuito toda a corrente da lacircmpada ira passar por S3 e a corrente do SCR cairaacute agrave zero o SCR entatildeo ira bloquear Com o SCR bloqueado abrindo-se a chave S3 a lacircmpada apagara Assim soacute seraacute outra vez acessa se S2 for novamente fechada provocando a corrente de gatilho no SCR Mas tambeacutem pode-se utilizar o SCR em tensatildeo alternada natildeo soacute em tensatildeo contiacutenua abaixo temos um exemplo de circuito com sua forma de onda
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72 - Tiristor TRIAC Siacutembolo O Triac eacute um dispositivo de 5 camadas tendo 2 caminhos P-N-P-N em ambos os sentidos entre o MT1 e MT2 e podendo conduzir nos dois sentidos como nos mostra claramente o seu siacutembolo Eletricamente o Triac equivale a ligaccedilatildeo de dois SCRs em antiparalelo e os terminais de gatilho ligados juntos O Triac pode ser levado a conduccedilatildeo pela aplicaccedilatildeo de uma corrente positiva ou negativa no gatilho embora seja mais sensiacutevel a aplicaccedilatildeo de uma corrente positiva quando MT2 eacute positivo e de uma corrente negativa quando MT1 eacute positivo Um TRIAC pode conduzir em ambos os sentidos e eacute normalmente utilizado em controle de fase CA Ele pode ser considerado como dois SCR conectados em antiparalelo com uma conexatildeo de gatilho comum como mostrado na figura abaixo
Como o TRIAC eacute um dispositivo bidirecional seus terminais natildeo podem ser designados como catodo e anodo Se o terminal MT2 for positivo em relaccedilatildeo ao terminal MT1 o TRIAC pode ser disparado pela aplicaccedilatildeo de um sinal positivo entre os terminais de gatilho G e MT1 Se o terminal MT2 for negativo em relaccedilatildeo a MT1 ele pode ser disparado pela aplicaccedilatildeo de um sinal negativo entre o gatilho G e MT1 Natildeo eacute necessaacuterio que se tenham ambas as polaridades do sinal de gatilho pois um TRIAC pode ser disparado com um sinal tanto positivo quanto negativo Na praacutetica as sensibilidades variam de um quadrante para outro e os triacs normalmente satildeo operados no I quadrante (tensatildeo e correntes de gatilho positivas) ou no quadrante III (tensotildees e correntes de gatilho negativas) como eacute visto na curva caracteriacutestica abaixo
a) Quadrante I VMT2 positivo e IG positivo b) Quadrante II VMT2 negativo e IG positivo c) Quadrante III VMT2 negativo e IG negativo d) Quadrante IV VMT2 positivo e IG negativo
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Entatildeo pode-se dizer que o triac pode fazer o controle de fase em uma carga como no circuito abaixo
Variando o potenciocircmetro R2 podemos disparar o triac em vaacuterios acircngulos da onda como demonstra o graacutefico abaixo
Porem com este circuito eacute impossiacutevel efetuar disparos aleacutem dos 90deg em cada semi-ciclo por exemplo se desejarmos disparar em 25deg que a tensatildeo instantacircnea eacute de Vx e o potenciocircmetro estaacute ajustado com este valor de tensatildeo de rede se utilizar o mesmo raciociacutenio para disparar em 155deg a tensatildeo instantacircnea seraacute a mesma consequumlentemente teraacute a mesmo ajuste do potenciocircmetro que e iraacute disparar em 25deg e natildeo em 155deg A figura abaixo ajuda esclarecer este raciociacutenio
Entatildeo para resolvermos a limitaccedilatildeo no acircngulo de disparo menor ou igual a 90deg eacute associarmos com os resistores jaacute existentes um capacitor como no circuito abaixo formando entatildeo uma rede defasadora
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O valor desta defasagem eacute dada pela equaccedilatildeo τ=(R1+R2)C Variando R2 consegue-se
variar o angula de disparo do Triac Porem como o capacitor nem sempre se carrega apartir de uma tensatildeo fixa natildeo se tem uma regularidade no disparo
Para resolvermos este problema estudaremos o Diac na sequumlecircncia
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8 - Diac Os diacs satildeo diodos de disparo bidirecional composto por trecircs camadas (PNP) com a simples funccedilatildeo de disparar tiristores Sua construccedilatildeo assemelha-se a de um transistor bipolar poreacutem difere na dopagem do cristal N
Seu funcionamento eacute simples Para passar do estado de bloqueio para o estado de conduccedilatildeo eacute preciso ultrapassar a tensatildeo de ruptura (VR) rompendo assim a junccedilatildeo polarizada inversamente podendo a corrente fluir em ambos sentidos
Para voltar ao estado de bloqueio basta remover a tensatildeo por alguns instantes Os diacs servem para controlar o disparo de triacs quando uma tensatildeo de referecircncia chegar a certo valor
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9 - Retificadores a tiristor A estrutura baacutesica de retificadores controlado consiste na mesma metodologia vista anteriormente com diodos porem com esta estrutura somente os semiciclos positivos da fonte de alimentaccedilatildeo seratildeo aplicados na carga quando os SCRs forem disparados Jaacute os semiciclos negativos satildeo omitidos como jaacute estudado anteriormente Agora temos um circuito de controle dos gatilhos dos SCRs mais requintado podendo fazer o controle entre 0deg a 180deg Vamos dar exemplos de montagem dos circuitos para que seja melhor entendido
Retificador monofaacutesico de meia onda
Retificador monofaacutesico de onda completa com ponto meacutedio
Retificador monofaacutesico em ponte completa
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Retificador semi-controlado ou em ponte mista
Retificador trifaacutesico de meia onda
Retificador trifaacutesico de onda completa (Ponte de Graetz)
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10 - PWM Para comeccedilarmos o estudo do PWM que vem do inglecircs Pulse Width Modulation ou seja modulaccedilatildeo
por largura de pulso temos que ter alguns preacute-requisitos em mente Uma maneira tradicional de se controlar a potencia de uma carga eacute atraveacutes de um potenciocircmetro ou reostato em seacuterie com a carga conforme mostra a figura abaixo este tipo de controle eacute denominada linear
Variando-se a resistecircncia do potenciocircmetro pode-se modificar a corrente na carga e portanto a potecircncia aplicada a ela
A grande desvantagem deste tipo de controle eacute que a queda de tensatildeo multiplicada pela corrente no R em seacuterie representa uma potencia na forma de calor Conforme o ajuste deste o controle passa a dissipar mais potencia que a carga
O R tem de ser capaz de dissipar esta potencia sendo assim o seu tamanho fiacutesico cresce proporcionalmente com a sua potencia tornando-se caro Embora este controle seja ateacute intuitivo porem natildeo eacute muito inteligente no que diz respeito de desperdiacutecio de energia Consideremos entatildeo o mesmo circuito soacute trocamos o controle como podemos ver no desenho abaixo
Consideremos ainda que esta chave tem uma accedilatildeo muito raacutepida Quando o interruptor estaacute aberto natildeo haacute corrente na carga e a potecircncia aplicada eacute nula No instante em que o interruptor eacute fechado a carga recebe a tensatildeo total da fonte e a potecircncia aplicada eacute maacutexima
Entatildeo para termos uma potencia de 50 a ideacuteia eacute deixarmos um tempo x com a chave ligada e o mesmo tempo com a chave desligada Isso significa que em meacutedia teremos metade do tempo com corrente e metade do tempo sem corrente concluindo que a potencia ficaraacute em 50
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A potecircncia meacutedia e portanto a proacutepria tensatildeo meacutedia aplicada agrave carga eacute neste caso 50 da tensatildeo de entrada
Veja que o interruptor fechado pode definir uma largura de pulso pelo tempo em que ele fica nesta condiccedilatildeo e um intervalo entre pulsos pelo tempo em que ele fica aberto Os dois tempos juntos definem o periacuteodo e portanto uma frequecircncia de controle
A relaccedilatildeo entre o tempo em que temos o pulso e a duraccedilatildeo de um ciclo completo de operaccedilatildeo do interruptor nos define ainda o ciclo ativo conforme eacute mostrado na figura 5
Variando-se a largura do pulso e tambeacutem o intervalo de modo a termos ciclos ativos diferentes podemos controlar a potecircncia meacutedia aplicada a uma carga Assim quando a largura do pulso varia de zero ateacute o maacuteximo a potecircncia tambeacutem varia na mesma proporccedilatildeo conforme estaacute indicado na figura 6
Este princiacutepio eacute usado justamente no controle PWM modulamos (variamos) a largura do pulso de modo a controlar o ciclo ativo do sinal aplicado a uma carga e com isso a potecircncia aplicada a ela
Na praacutetica substituiacutemos o interruptor por algum dispositivo de estado soacutelido que possa abrir e fechar o circuito rapidamente como por exemplo um transistor bipolar um FET de potecircncia um IGBT ou ateacute mesmo um SCR
A este dispositivo eacute entatildeo ligado um oscilador que possa ter seu ciclo ativo controlado numa grande faixa de valores Na praacutetica eacute difiacutecil chegar agrave duraccedilatildeo zero do pulso e agrave 100 jaacute que isso implicaria na parada do oscilador mas podemos chegar bem perto disso
Na operaccedilatildeo de um controle por PWM existem diversas vantagens a serem consideradas e alguns pontos para os quais o projetista deve ficar atento para natildeo jogar fora estas vantagens
Na condiccedilatildeo de aberto nenhuma corrente circula pelo dispositivo de controle e portanto sua dissipaccedilatildeo eacute nula Na condiccedilatildeo de fechado teoricamente se ele apresenta uma resistecircncia nula a queda de tensatildeo eacute nula e ele natildeo dissipa tambeacutem nenhuma potecircncia
Isso significa que na teoria os controles PWM natildeo dissipam potecircncia alguma e portanto consistem em soluccedilotildees ideais para este tipo de aplicaccedilatildeo
Na praacutetica entretanto isso natildeo ocorre Em primeiro lugar os dispositivos usados no controle natildeo satildeo capazes de abrir e fechar o circuito num tempo infinitamente pequeno Eles precisam de um tempo para mudar de estado e neste intervalo de tempo sua resistecircncia sobe de um valor muito pequeno ateacute infinito e vice-versa numa curva de comutaccedilatildeo semelhante a mostrada na figura 10
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Neste intervalo de tempo a queda de tensatildeo e a corrente atraveacutes do dispositivo natildeo satildeo nulas e uma boa quantidade de calor poderaacute ser gerada conforme a carga controlada Dependendo da frequecircncia de controle e da resposta do dispositivo usado uma boa quantidade de calor poderaacute ser gerada neste processo de comutaccedilatildeo
Entretanto mesmo com este problema a potecircncia gerada num controle PWM ainda eacute muito menor do que num circuito de controle linear equivalente Transistores de comutaccedilatildeo raacutepidos FETs de potecircncia e outros componentes de chaveamento podem ser suficientemente raacutepidos para permitir que projetos de controles de potecircncias elevadas sejam implementados sem a necessidade de grandes dissipadores de calor ou que tenham problemas de perdas de energia por geraccedilatildeo de calor que possam ser preocupantes
O segundo problema que poderaacute surgir vem justamente do fato de que os transistores de efeito de campo ou bipolares usados em comutaccedilatildeo natildeo se comportam como resistecircncias nulas quando saturados Os transistores bipolares podem apresentar uma queda de tensatildeo de ateacute alguns volts quando saturados o mesmo ocorrendo com os FETs
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11 - Soft-Starter
Soft start eacute um dispositivo eletrocircnico composto de pontes tiristorizadas a fim de controlar a corrente de partida de motores de corrente alternada trifaacutesicos o controle da tensatildeo reduzida eacute feita ajustando-se o acircngulo de disparo de um par de SCRs dispostos em antiparalelo em cada fase do motor A medida que a tensatildeo vai aumentando a corrente aumenta para acelerar a carga de uma maneira suave e sem degraus Seu uso eacute comum em bombas centriacutefugas ventiladores e motores de elevada potecircncia cuja aplicaccedilatildeo natildeo exija a variaccedilatildeo de velocidade
A vantagem desta teacutecnica sobre as alternativas de custo baixo eacute a possibilidade de ajustarmos o torque do motor as necessidades de torque da carga
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12 - Inversores
Introduccedilatildeo A obtenccedilatildeo de uma tensatildeo alternada a partir de uma fonte CC eacute muitas vezes necessaacuteria para a
alimentaccedilatildeo de diversas cargas Os conversores que realizam a transformaccedilatildeo CC-CA satildeo chamados de inversores Como exemplos de aplicaccedilotildees pode-se citar o controle de velocidade de motores de corrente alternada fontes de alimentaccedilatildeo ininterrupta (no-break) entre varias outras aplicaccedilotildees
Qualquer sistema no qual o fornecimento da energia eleacutetrica natildeo pode ser interrompido deve prever uma fonte de emergecircncia para supri-lo Quando a potecircncia instalada eacute muito grande tem-se em geral um sistema de acionamento imediato alimentado a partir de baterias e um sistema motor-gerador que por necessitar de alguns minutos para estar em condiccedilotildees ideais de operaccedilatildeo natildeo pode ser usado de imediato Tal arranjo eacute usado por exemplo em centrais telefocircnicas hospitais etc Topologias Baacutesicas
Inversor Monofaacutesico em Ponte A estrutura do inversos monofaacutesico em ponte alimentando carga resistiva estaacute representado na
Figura abaixo
As formas de onda de interesse satildeo apresentadas na figura abaixo Com S1 e S4 em conduccedilatildeo a
tensatildeo na carga eacute igual a E quando S2 e S3 estatildeo em conduccedilatildeo ela torna-se igual a -E
Quando a carga for indutiva devem ser adicionados a estrutura do circuito mostrado acima os
diodos de circulaccedilatildeo D1 D2 D3 e D4 como indica a figura abaixo Observe que com carga indutiva a fonte E deve ser reversiacutevel em corrente
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Etapas de funcionamento do inversor em ponte alimentando carga indutiva
Inversor Monofaacutesico em Ponto Meacutedio Este circuito representado na figura abaixo emprega apenas um braccedilo sendo desse modo mais
simples de ser comandado que o inversor em ponte porem a sua desvantagem eacute a tensatildeo de saiacuteda ser a metade
Inversor Monofaacutesico em Ponte
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13 - Dissipadores
A circulaccedilatildeo de corrente eleacutetrica por qualquer elemento provoca uma dissipaccedilatildeo de potecircncia igual ao produto do quadrado da corrente pela resistecircncia do circuito O objetivo eacute estabelecer criteacuterios para o dimensionamento de sistemas de dissipaccedilatildeo do calor produzido por componentes eletrocircnicos especialmente semicondutores de potecircncia (diodostransistores tiristores etc) buscando a proteccedilatildeo de tais componentes tendo como meta fundamental a elevada confiabilidade dos equipamentos nos quais os dispositivos satildeo empregados Deve-se buscar reduccedilatildeo de volume peso e custos
Caacutelculo da Potecircncia Dissipada
O caacutelculo da potecircncia dissipada deve ser feito via de regra pelo produto da tensatildeo pela corrente sobre o dispositivo em questatildeo
Comportamento em regime permanente potecircncia meacutedia
Nos dispositivos semicondutores de potecircncia o calor decorrente do efeito Joule eacute produzido na pastilha semicondutora fluindo daiacute para ambientes mais frios como o encapsulamento do dispositivo e o ambiente Este fluxo de calor depende de fatores como o gradiente de temperatura e as caracteriacutesticas teacutermicas dos meios e materiais envolvidos Define-se a grandeza ldquoresistecircncia teacutermicardquo como uma medida da dificuldade do fluxo de calor entre 2 meios ∆T diferenccedila de temperatura entre regiotildees de transferecircncia de calor P potecircncia meacutedia dissipada h coeficiente de transferecircncia de calor A aacuterea envolvida na transferecircncia de calor
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ANALOGIA COM CIRCUITO ELEacuteTRICO Em geral se faz uma analogia com um circuito eleacutetrico sendo a potecircncia meacutedia representada por uma fonte de corrente As temperaturas nos ambientes indicados (junccedilatildeo caacutepsula ambiente) satildeo anaacutelogas agraves tensotildees nos respectivos noacutes enquanto as resistecircncias teacutermicas satildeo as proacuteprias resistecircncias do modelo
Tj=Temperatura da junccedilatildeo Rtjc=Resistecircncia teacutermica entre junccedilatildeo e encapsulamento Tc=temperatura do encapsulamento Rtca=Resist Term Entre encapsulamento e ambiente Rtcd=Resist Entre encapsulament e dissipador Rtda=Resist Teacutermica entre dissipador e ambiente Partindo do anaacutelogo eleacutetrico chegamos a seguinte equaccedilatildeo tiacutepica Tj = Ta + P (Rtjc + Rtca) Exemplo 1 P = 20 W Rtjc = 2degCW Rtca = 10degCW Ta = 40degC Tjmax = 120degC Tc = Ta + P Rtca = 240degC Tj = Tc + P Rtjc = 280degC
Dissipadores de calor Considerando que natildeo seja possiacutevel reduzir a potecircncia meacutedia dissipada a alternativa para a proteccedilatildeo do semicondutor eacute colocar um dispositivo de baixa resistecircncia teacutermica entre o encapsulamento e o ambiente A este elemento colocado junto ao encapsulamento se diz ldquodissipador de calorrdquo Caracteriacutesticas dos dissipadores As principais caracteriacutesticas estatildeo relacionadas com dimensotildees e especialmente agrave sua superfiacutecie de contato com o ambiente Em geral estes dispositivos satildeo construiacutedos em alumiacutenio dada sua boa condutividade teacutermica (condiccedilatildeo indispensaacutevel) baixo custo e peso A figura mostra perfis tiacutepicos de dissipadores A utilizaccedilatildeo de grande nuacutemero de aletas eacute para aumentar a aacuterea de troca de calor A resistecircncia teacutermica para uma placa plana quadrada pode ser aproximadamente dada por
λ condutacircncia teacutermica (a 77o C) [W(oCcm)] W espessura do dissipador [mm]
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A aacuterea do dissipador [cm2] Cf fator de correccedilatildeo devido agrave posiccedilatildeo e tipo de superfiacutecie Na tabela abaixo satildeo dados alguns valores para os coeficientes da foacutermula O fator Cf varia com a posiccedilatildeo do dissipador sendo preferiacutevel uma montagem vertical agrave horizontal por criar um efeito ldquochamineacuterdquo Dissipadores pretos satildeo melhores irradiadores de calor que aqueles com superfiacutecie brilhante
Comportamento em regime transitoacuterio potecircncia de pico Quando a potecircncia dissipada no semicondutor consiste de pulsos de potecircncia eacute preciso verificar a proteccedilatildeo do componente em relaccedilatildeo aos picos de dissipaccedilatildeo Durante a ocorrecircncia do pico de potecircncia ocorre a elevaccedilatildeo da temperatura da junccedilatildeo embora natildeo ocorra variaccedilatildeo nas temperaturas do encapsulamento e do dissipador (que dependem da potecircncia meacutedia) devido agrave maior capacidade teacutermica da caacutepsula e especialmente do dissipador Tal capacidade teacutermica relaciona-se com o tipo de material utilizado e seu volume Na analogia eleacutetrica utilizada anteriormente ela se comporta como uma capacitacircncia O caacutelculo da temperatura da junccedilatildeo em tal regime transitoacuterio eacute feito utilizando uma grandeza chamada ldquoimpedacircncia teacutermicardquo Ztjc que leva em consideraccedilatildeo a capacidade teacutermica da junccedilatildeo Exemplo 2 Rtjc = 2deg CW Rtca = 5deg CW Rtcd = 2deg CW Rtda = 3deg CW Ztjc = 005deg CW Tjmax = 150deg C Ta = 40deg C P = 20W Pp = 1000W
Tj = 130 oC (o componente estaacute protegido em relaccedilatildeo agrave potecircncia meacutedia) Tc = 90 oC Tj = Tc + Pp Ztjc = 140 oC
Caacutelculo dos Dissipadores
bull A temperatura de trabalho da junccedilatildeo deve ser 20 a 30 menor que seu valor maacuteximo para permitir a proteccedilatildeo do componente sem super-dimensionar o dissipador middot Para ambientes nos quais natildeo se faccedila um controle riacutegido da temperatura deve-se usar uma temperatura ambiente de 40oC
bull Caso o dissipador fique dentro de algum bastidor ou caixa na qual a temperatura possa se elevar acima dos 40oC deve-se considerar sempre a maacutexima temperatura do ar com o qual o dissipador troca calor Eacute conveniente agrave falta de maiores informaccedilotildees utilizar o valor de 40oC e verificar apoacutes a entrada em operaccedilatildeo do protoacutetipo a verdadeira temperatura ambiente
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bull Deve-se verificar a necessidade do uso de isoladores (mica teflon ou mylar) e natildeo desconsiderar suas resistecircncias teacutermicas middot O emprego de pastas teacutermicas eacute sempre recomendado e se deve considerar tambeacutem sua resistecircncia teacutermica
b) No transitoacuterio
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Apecircndice A
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Laboratoacuterio 1
Diodo Ache os componentes em sucatas e monte o circuito abaixo em placa de circuito impresso corroiacuteda Lista de material
4 Diodos 1N4007 2 Capacitores 330uF200V 2 Resistores 150K 18W 1 Suporte p lacircmpada 1 Lacircmpada 40W220V 1 Conector p placa de 2 bornes 6 Chaves HH 1 Rabicho com plugue Placa p circuito impresso virgem (fibra fenolite perfurada) Caneta retro projetor ou esmalte p unhas Palha de accedilo ou acetona e pedaccedilo de pano Soluccedilatildeo de percloreto de ferro Estanho em fio
Obs Colocar o seu nome no lado do cobre a caneta ou esmalte antes da corrosatildeo
Montado na placa o circuito acima e testado fazer os seguintes exerciacutecios 1 ndash Com o interruptor Ch7 ligado os interruptores Ch3 Ch4 Ch5 e Ch6 desligados e os interruptores Ch1 e Ch2 na posiccedilatildeo 1 faccedila a seguinte medida meccedila com o osciloscoacutepio colocando a garra jacareacute onde aparece o GND e o pinccedila no ponto 1 de forma que apareccedila somente o semi-ciclo positivo na tela tambeacutem reproduza abaixo a forma de onda encontrada e registre onde a posiccedilatildeo do zero O aparelho ajustado da seguinte forma O botatildeo de tempodivisatildeo em 5mS O botatildeo tensatildeodivisatildeo ajustado em 5V A ponteira ajustada em X10
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2 ndash Permanecendo o interruptor Ch7 ligado Ch5 e Ch6 desligados poreacutem Ch1 e Ch2 na posiccedilatildeo 2 e Ch3 e Ch4 ligados faccedila novamente a medida e reproduza na tela abaixo a forma de onda
3 - Permanecendo o interruptor Ch7 ligado Ch3 Ch4 Ch5 e Ch6 agora ligados e Ch1 e Ch2 na posiccedilatildeo 2 faccedila novamente a medida e reproduza na tela abaixo a forma de onda
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4 ndash O que aconteceu com a potecircncia (brilho) da lacircmpada Com circuito configurado como no exerciacutecio 1 e exerciacutecio 3 (aumentou ou diminuiu) Porque ocorreu isto _____________________________________________________________________________________
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5 ndash Qual eacute a nova potecircncia da lacircmpada Provar por meio de caacutelculos 6 ndash Por fim com o circuito configurado como no exerciacutecio 3 coloque uma lacircmpada de maior potecircncia e visualize o ripple novamente com o osciloscoacutepio explique o que ocorreu _____________________________________________________________________________________
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_____________________________________________________________________________________
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Laboratoacuterio 2 TRANSISTOR BIPOLAR (BJT)
Os transistores de potecircncia apresentam caracteriacutesticas de chaveamento controlado Os transistores utilizados como elementos de chaveamento operam na regiatildeo de saturaccedilatildeo apresentando uma baixa queda de tensatildeo de conduccedilatildeo (VCE=0V) (VBE=13V)
Este laboratoacuterio tem o objetivo de fazer um retificador e filtro diretamente da rede alternada com componentes retirados de fontes chaveadas de computadores apoacutes o estaacutegio de retificaccedilatildeo e filtro faremos funcionar uma lacircmpada incandescente de 220 volts corrente alternada em corrente contiacutenua com o auxiacutelio de um transistor de potencia tambeacutem retirado das mesmas fontes
Calcule o R1 e monte o circuito e apoacutes responda as questotildees
Pinos 1 ndash Base 2 ndash Coletor 3 ndash Emissor
Alguns transistores encontrados em fontes chaveadas de computador Transistor VCE (V) Ic (A) β MJE13007 400 8 5
2SC4106 400 7 10
2SC5027 800 3 8
2SC5353 800 3 15
2SC2335 400 7 10
2SC4242 400 7 10
2SC5763 400 7 10
1 ndash Escolha o transistor e faccedila o calculo para descobrir R1 e depois monte o circuito Transistor escolhido ______________
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2 ndash Meccedila a corrente no ponto 1 e compare com o calculado Faccedila as observaccedilotildees necessaacuterias
Corrente no ponto (1)
Calculado
Medido _____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
3 ndash Por que existem os resistores em paralelo com os capacitores
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_____________________________________________________________________________________
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Laboratoacuterio 3
TRANSISTOR EFEITO DE CAMPO (FET) O transistor de potecircncia MOSFET eacute um dispositivo de tensatildeo controlada e necessita apenas de tensatildeo no gatilho A velocidade de chaveamento eacute muito alta (nanosegundos) MOSFETrsquos de potecircncia satildeo utilizados em conversores de baixa potecircncia e alta frequumlecircncia Estes transistores apresentam problemas de descargas eletrostaacuteticas necessitando de cuidados especiais Este experimento tem como objetivo mostrar o funcionamento de Mosfets em uma aplicaccedilatildeo pratica para tanto montaremos o circuito abaixo
Pinagem 1 ndash GATE 2 ndash DRAIN 3 ndash SOURCE
Alguns transistores encontrados no comeacutercio
Transistor Tensatildeo Vds(V) Corrente Id (A)
IRF840 500 85 IRF740 400 10
1 ndash Meccedila a corrente no ponto 1 Corrente no ponto 1 ______________ No ponto 2 coloque 1deg o multiacutemetro antes de ligar o circuito Meccedila a corrente no ponto 2 Corrente no ponto 2 ______________ Por que isto ocorre 2 ndash Calcule a corrente que passa entre os resistores E compare com os valores medidos e faccedila as observaccedilotildees necessaacuterias
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Laboratoacuterio 4
SCR E TRIAC
Este laboratoacuterio tem o objetivo de comprovar o funcionamento do componente SCR e TRIAC e diferenciaacute-los 1
A - Primeiramente ligue a chave 1 mantendo a chave 2 desligada o que ocorre _____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
B ndash Mantendo ligada a chave 1 ligue a chave 2 por um breve intervalo de tempo e desligue-a O que acontece Justifique sua resposta _____________________________________________________________________________________ _____________________________________________________________________________________ 2
C ndash Faccedila a mesma sequumlecircncia usada nas questotildees A e B Sequumlecircncia da questatildeo A________________________________________________________________
Sequumlecircncia da questatildeo B_________________________________________________________________
D - Faccedila as consideraccedilotildees comparando os circuitos 1 e 2
_____________________________________________________________________________________ _____________________________________________________________________________________
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3
E ndash Faccedila um comentaacuterio sobre a omissatildeo das chaves _____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
4
F - Comente os circuitos 3 e 4 haacute alguma diferenccedila no brilho da lacircmpada
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Pinos do SCR e BTA 1 ndash Catodo A2 2 ndash Anodo A1 3 ndash Gatilho
Alguns SCRs encontrados no comeacutercio
Tiristor
Tensatildeo Vds(V)
Corrente Id (A)
BT151 500 85 TIC106 400 10
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Laboratoacuterio 5
DIAC E TRIAC O objetivo eacute montar o circuito abaixo e visualizar com o osciloscoacutepio a forma de onda em cima da carga no nosso caso a lacircmpada enquanto varia o potenciocircmetro
Pinagem 1 ndash A1 2 ndash A2 3 ndash G Alguns triacs encontrado no comeacutercio BTA08 ndash 8A BTA26 ndash 26A MAC224 ndash 40A TIC226 ndash 8A
Coloque a ponteira em cima da carga e deixe o potenciocircmetro no meio do curso e reproduza na tela abaixo Registre o ajuste que foi feito no osciloscoacutepio para aparecer o meio ciclo superior na tela
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Laboratoacuterio 6
PWM Este circuito eacute simples com o famoso CI 555 para gerar o sinal PWM Controlando uma carga que conseguimos observar o estaacute acontecendo
1 ndash Qual a frequumlecircncia gerada do sinal PWM _______________________________________________________________________________
_______________________________________________________________________________
2 ndash O que acontece com a lacircmpada quando varia o potenciocircmetro
_______________________________________________________________________________
_______________________________________________________________________________
3 ndash Trocando o capacitor de 100nF por um de 10nF qual seraacute a nova frequumlecircncia
_______________________________________________________________________________
_______________________________________________________________________________
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Laboratoacuterio 7
INVERSOR Este circuito eacute o conceito baacutesico do princiacutepio de funcionamento de um inversor que eacute capaz de gerar uma tensatildeo alternada a partir de uma tensatildeo contiacutenua
1 ndash O motor estaacute girando _____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
2 ndash Caso afirmativo na primeira pergunta coloque a ponteira do osciloscoacutepio em um dos terminais do motor e a garra jacareacute no terra e meccedila a frequumlecircncia _____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
3 ndash O que estaacute acontecendo com o motor em suas caracteriacutesticas fiacutesicas Mudou a velocidade estaacute aquecendo estaacute trepidando etc _____________________________________________________________________________________
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Apendice B
Coacutedigo de resistores
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Capacitores ceracircmicos
O valor do capacitorB eacute de 3300 pF (picofarad = 10-12 F) ou 33 nF (nanofarad = 10-9 F) ou 00033 microF (microfarad =
10-6 F) No capacitor A devemos acrescentar mais 4 zeros apoacutes os dois primeiros algarismos O valor do capacitor que se lecirc 104 eacute de 100000 pF ou 100 nF ou 01microF
O aparecimento de uma letra maiuacutescula ao lado dos nuacutemeros Esta letra refere-se a toleracircncia do capacitor ou seja o quanto que o capacitor pode variar de seu valor em uma temperatura padratildeo de 25deg C A letra J significa que este capacitor pode variar ateacute plusmn5 de seu valor a letra K = plusmn10 ou M = plusmn20 Segue na tabela abaixo os coacutedigos de toleracircncias de capacitacircncia
Ateacute 10pF Coacutedigo Acima de 10pF
plusmn01pF B
plusmn025pF C
plusmn05pF D
plusmn10pF F plusmn1
G plusmn2
H plusmn3
J plusmn5
K plusmn10
M plusmn20
S -50 -20
Z +80 -20
ou +100 -20
P +100 -0
O coeficiente de temperatura TC que define a variaccedilatildeo da capacitacircncia dentro de uma determinada faixa de temperatura O TC eacute normalmente expresso em ou ppmdegC ( partes por milhatildeo degC ) Eacute usado uma sequumlecircncia de letras ou letras e nuacutemeros para representar os coeficientes Observe o desenho abaixo
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Na tabela abaixo estatildeo mais alguns coeficientes de temperatura e as toleracircncias que satildeo muito utilizadas por diversos fabricantes de capacitores
Coacutedigo Coeficiente de temperatura NPO -0plusmn 30ppmdegC N075 -75plusmn 30ppmdegC N150 -150plusmn 30ppmdegC N220 -220plusmn 60ppmdegC N330 -330plusmn 60ppmdegC N470 -470plusmn 60ppmdegC N750 -750plusmn 120ppmdegC N1500 -1500plusmn 250ppmdegC N2200 -2200plusmn 500ppmdegC N3300 -3300plusmn 500ppmdegC N4700 -4700plusmn 1000ppmdegC N5250 -5250plusmn 1000ppmdegC P100 +100plusmn 30ppmdegC
Outra forma de representar coeficientes de temperatura eacute mostrado abaixo Eacute usada em capacitores que se caracterizam
pela alta capacitacircncia por unidade de volume (dimensotildees reduzidas) devido a alta constante dieleacutetrica sendo recomendados para aplicaccedilatildeo em desacoplamentos acoplamentos e supressatildeo de interferecircncias em baixas tensotildees
Os coeficientes satildeo tambeacutem representados exibindo sequumlecircncias de letras e nuacutemeros como por exemplo X7R Y5F e Z5U Para um capacitor Z5U a faixa de operaccedilatildeo eacute de +10degC que significa Temperatura Miacutenima seguido de +85degC que significa Temperatura Maacutexima e uma variaccedilatildeo Maacutexima de capacitacircncia dentro desses limites de temperatura que natildeo ultrapassa -56 +22
Veja as trecircs tabelas abaixo para compreender este exemplo e entender outros coeficientes
Temperatura Miacutenima
Temperatura Maacutexima
Variaccedilatildeo Maacutexima de Capacitacircncia
X -55degC Y -30degC Z +10degC
2 +45degC 4 +65degC 5 +85degC 6 +105degC 7 +125degC
A plusmn10 B plusmn15 C plusmn22 D plusmn33 E plusmn47 F plusmn75 P plusmn10 R plusmn15 S plusmn22 T -33 +22 U -56 +22 V -82 +22
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Capacitores de filme plaacutestico
O desenho ao lado mostra capacitores que tem os seus valores impressos em nanofarad (nF) = 10-9F Quando aparece no capacitor uma letra n minuacutescula como um dos tipos apresentados ao lado por exemplo 3n3 significa que este capacitor eacute de 33nF No exemplo o n minuacutesculo eacute colocado ao meio dos nuacutemeros apenas para economizar uma viacutergula e evitar erro de interpretaccedilatildeo de seu valor
Capacitores de Ceracircmica Multicamada
Capacitores de Polieacutester Metalizado usando coacutedigo de cores
A tabela abaixo mostra como interpretar o coacutedigo de cores dos capacitores abaixo No capacitor A as 3 primeiras cores satildeo laranja laranja e laranja correspondem a 33000 equivalendo a 33 nF A cor branca logo adiante eacute referente a plusmn10 de toleracircncia E o vermelho representa a tensatildeo nominal que eacute de 250 volts
1ordf Algarismo 2ordf Algarismo 3ordf Ndeg de zeros 4ordf Toleracircncia 5ordf Tensatildeo
PRETO 0 0 - plusmn 20 -
MARROM 1 1 0 - -
VERMELHO 2 2 00 - 250V
LARANJA 3 3 000 - -
AMARELO 4 4 0000 - 400V
VERDE 5 5 00000 - -
AZUL 6 6 - - 630V
VIOLETA 7 7 - - -
CINZA 8 8 - - -
BRANCO 9 9 - plusmn 10 -
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Apecircndice C
Osciloscoacutepio Geralmente os osciloscoacutepios tecircm os controles e entradas que podem ser divididos em cinco grupos
1 ndash Controle da fonte de alimentaccedilatildeo 2 ndash Controles de ajuste do traccedilo ou ponto na tela 3 ndash Controles e entrada de atuaccedilatildeo vertical 4 ndash Controles e entrada de atuaccedilatildeo horizontal 5 ndash Controles de entrada de sincronismo
1 - CONTROLE DA FONTE DE ALIMENTACcedilAtildeO 11 - INTERRUPTOR Sua funccedilatildeo eacute interromper ou estabelecer a corrente no primaacuterio do transformador de fora Sua atuaccedilatildeo normalmente eacute acompanhada por uma lacircmpada piloto que serve de aviso visual sobre a situaccedilatildeo do circuito (ligado ou desligado) Normalmente este interruptor se encontra acoplado junto do potenciocircmetro de controle de brilho 12 - COMUTADOR DE TENSAtildeO Sua funccedilatildeo eacute selecionar a tensatildeo de funcionamento do osciloscoacutepio (127 220V) Permite utilizar o instrumento sem a necessidade de recorrer a um transformador abaixador ou elevador de tensatildeo (geralmente o acesso deste comutador eacute visto na parte de traz do aparelho) 2 - CONTROLES DE AJUSTE DO TRACcedilO OU PONTO NA TELA 21 - BRILHO OU LUMINOSIDADE Eacute o controle que ajusta a luminosidade do ponto ou do traccedilo O controle do brilho eacute feito por meio de um potenciocircmetro situado no circuito da grade de controle do TRC mediante o qual se regula o potencial desta grade (deve-se evitar o uso de brilho excessivo sob pena de se danificar a tela) 22 - FOCO Eacute o controle que ajusta a nitidez do ponto ou traccedilo luminoso O ajuste do foco eacute conseguido mediante a regulagem de um potenciocircmetro que regula a polarizaccedilatildeo do eletrodo de enfoque O foco deve ser ajustado de forma a se obter um traccedilo fino e niacutetido na tela (estes ajustes de brilho e de foco satildeo ajustes baacutesicos que devem ser feitos sempre que se for usar o osciloscoacutepio)
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23 - ILUMINACcedilAtildeO DA RETIacuteCULA Permite que se ilumine o quadriculado ou as divisotildees na tela 3 - CONTROLES E ENTRADA DE ATUACcedilAtildeO VERTICAL 31 - ENTRADA DE SINAL VERTICAL Nesta entrada eacute conectada a ponta de prova do osciloscoacutepio As variaccedilotildees de tensatildeo aplicadas nesta entrada aparecem sob forma de figura na tela 32 - CHAVE DE SELECcedilAtildeO DE MODO DE ENTRADA (CA-CC) Esta chave eacute selecionada de acordo com o tipo de forma de onda a ser observada Em alguns osciloscoacutepios esta chave possui trecircs posiccedilotildees (CA-0-CC ou AC-GND-DC) Esta posiccedilatildeo adicional eacute usada para a realizaccedilatildeo de ajustes do traccedilo do osciloscoacutepio em algumas situaccedilotildees Por exemplo quando se deseja Uma referecircncia na tela 33 - CHAVE SELETORA DE GANHO (VDiv) Esta chave permite que se aumente ou que se diminua a amplitude de projeccedilatildeo na tela do osciloscoacutepio (altura da imagem) 34 - POSICcedilAtildeO VERTICAL Permite movimentar a imagem para cima ou para baixo na tela A movimentaccedilatildeo natildeo interfere na forma da figura projetada na tela 4 - CONTROLES DE ATUACcedilAO HORIZONTAL 41 - CHAVE SELETORA DE BASE DE TEMPO Eacute o controle que permite variar o tempo de deslocamento horizontal do ponto na tela Atraveacutes deste controle eacute possiacutevel reduzir ou ampliar horizontalmente na tela a figura nela projetada Em alguns osciloscoacutepios esta chave seletora tem uma posiccedilatildeo identificada como EXT (externa) o que possibilita que o deslocamento horizontal pode ser controlado por circuito externo ao osciloscoacutepio atraveacutes de uma entrada especiacutefica Quando a posiccedilatildeo externa eacute selecionada natildeo haacute formaccedilatildeo do traccedilo na tela obtendo-se apenas um ponto 42 - POSICcedilAtildeO HORIZONTAL Eacute o ajuste que permite controlar horizontalmente a forma de onda na tela Girando o controle de posiccedilatildeo horizontal para a direita o traccedilo move-se horizontalmente para a direita e vice-versa Assim como o controle de posiccedilatildeo vertical o controle de posiccedilatildeo horizontal natildeo interfere na forma da figura projetada na tela
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5 - CONTROLES E ENTRADA DE SINCRONISMO (TRIGGER) Satildeo controles que se destinam a fixar a imagem na tela Estes controles satildeo utilizados principalmente na observaccedilatildeo de sinais alternados Os controles de sincronismo satildeo Chave seletora de fonte de sincronismo Chave de modo de sincronismo Controle de niacutevel de sincronismo 51 - CHAVE SELETORA DE FONTE DE SINCRONISMO Seleciona onde seraacute tomada o sinal de sincronismo para fixar a imagem na tela do osciloscoacutepio Normalmente esta chave possui trecircs posiccedilotildees pelo menos POSICcedilAtildeO CH1 O sincronismo eacute controlado pelo sinal aplicado ao canal 1 POSICcedilAtildeO REDE Realiza o sincronismo com base na frequecircncia da rede de alimentaccedilatildeo do osciloscoacutepio (60Hz) Nesta posiccedilatildeo consegue-se facilmente sincronizar na tela sinais aplicados na entrada vertical que sejam obtidos a partir da rede eleacutetrica POSICcedilAtildeO EXTERNO Na posiccedilatildeo externo o sincronismo da figura eacute obtido agrave partir de outro equipamento externo conectado ao osciloscoacutepio O sinal que controla o sincronismo na posiccedilatildeo externo eacute aplicado a entrada de sincronismo 52 - CHAVE DE MODO DE SINCRONISMO Normalmente esta chave tem duas ou trecircs posiccedilotildees AUTO Nesta posiccedilatildeo o osciloscoacutepio realiza o sincronismo automaticamente com base no sinal selecionado pela chave seletora de fonte de sincronismo NORMAL + O sincronismo eacute positivo ajustado manualmente pelo controle de niacutevel de sincronismo (TRIGGER) de modo que o primeiro pico que apareccedila na tela seja o positivo NORMAL - O sincronismo eacute negativo tambeacutem ajustado manualmente entretanto o primeiro pico a aparecer eacute o negativo 53 - CONTROLE DE NIacuteVEL DE SINCRONISMO (TRIGGER) Eacute um controle manual que permite o ajuste do sincronismo quando natildeo se consegue um sincronismo automaacutetico Tem atuaccedilatildeo nas posiccedilotildees NORMAL + e NORMAL - OBSERVACcedilAtildeO Para se realizar leituras eacute necessaacuterio sincronizar a figura na tela II - ENTRADA E CONTROLE DO OSCILOSCOacutePIO DUPLO TRACcedilO O osciloscoacutepio de duplo traccedilo possui alguns controles que satildeo comuns aos dois traccedilos e outros que satildeo individuais Os controles de brilho foco base de tempo e de posiccedilatildeo horizontal satildeo controles que satildeo comuns aos dois traccedilos Basicamente os controles individuais situam-se nas entradas e controles do vertical nos controles e entrada de sincronismo ENTRADAS E CONTROLES DO VERTICAL Para que se possa observar dois sinais simultaneamente eacute necessaacuterio que se aplique uma tensatildeo em cada uma das entradas verticais O osciloscoacutepio duplo traccedilo dispotildee de dois grupos de controles verticais Um grupo para o canal A ou canal 1 (CH1) Um grupo para o canal B ou canal 2 (CH2) Cada grupo controla um dos sinais na tela (amplitude posiccedilatildeo vertical etc) Geralmente satildeo iguais Cada canal dispotildee de Entrada Vertical Chave Seletora CA-O-CC Chave Seletora de ganho vertical (DDiv) Posiccedilatildeo vertical Um osciloscoacutepio de duplo traccedilo pode ainda ser utilizado como sendo um osciloscoacutepio de traccedilo simples Uma chave seletora permite que se possa selecionar cada canal individualmente ou os dois simultaneamente Esta chave possui pelo menos trecircs posiccedilotildees CH1
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CH2 DUAL Na posiccedilatildeo CH1 apareceraacute apenas a imagem na tela que estiver sendo aplicada na entrada vertical do canal 1 Na posiccedilatildeo CH2 apareceraacute apenas a imagem na tela que estiver sendo aplicada na entrada vertical do canal 2 Na posiccedilatildeo DUAL aparecem as duas imagens Em osciloscoacutepios mais sofisticados esta chave pode possuir mais posiccedilotildees de modo a permitir outras alternativas de uso CONTROLES DE SINCRONISMO Realizam as mesmas funccedilotildees do osciloscoacutepio traccedilo simples que eacute a de fixar a imagem na tela O que diferencia eacute o fato de que na chave seletora de fonte existe uma posiccedilatildeo adicional de modo a poder sincronizar a figura PONTAS DE PROVA As pontas de prova satildeo utilizadas para interligar o osciloscoacutepio aos pontos de medida
Uma das extremidades da ponta de prova eacute conectada a uma das entradas do osciloscoacutepio atraveacutes de um conector e a extremidade livre serve para conexatildeo aos pontos de medida A extremidade livre possui uma garra jacareacute denominada de terra da ponta de prova que deve ser conectada ao terra do circuito e uma ponta de entrada de sinal que deve ser conectada no ponto que se deseja medir Existem dois tipos de ponta de prova ponta de prova 11 ponta de prova 101 A ponta de prova 11 se caracteriza por aplicar agrave entrada do osciloscoacutepio a mesma tensatildeo ou forma de onda que eacute aplicada a ponta de mediccedilatildeo A ponta de prova 101 entrega ao osciloscoacutepio apenas a deacutecima parte da tensatildeo aplicada a ponta de mediccedilatildeo As pontas de prova 101 permitem que o osciloscoacutepio consiga observar tensotildees dez vezes maior que a sua capacidade Por exemplo Um osciloscoacutepio que permite a leitura de tensotildees de 50V com ponta de prova 11 com ponta de prova 101 poderaacute medir tensotildees de ateacute 500V (10x50V) Existem pontas de prova que dispotildee de um botatildeo onde se pode selecionar 101 ou 11 Obs Quando natildeo se tem total certeza da grandeza da tensatildeo envolvida eacute aconselhaacutevel iniciar a mediccedilatildeo com o posiccedilatildeo 101
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Bibliografia
1 Dispositivos semicondutores tiristores controle de potecircncia em CC e CA 1996 - ALMEIDA Joseacute Luiz Antunes de Satildeo Paulo Eacuterica 1996 150 p
2 Dispositivos semicondutores diodos e transistores 1996 MARQUES Angelo Eduardo B
CHOUERI JUacuteNIOR Salomatildeo CRUZ Eduardo Cesar Alves Satildeo Paulo Eacuterica 1996 389 p
3 Anaacutelise e projeto de fontes chaveadas MELLO Luiz Fernando P de Satildeo Paulo Eacuterica 1996 487 p
4 Eletrocircnica de potecircncia circuitos dispositivos e aplicaccedilotildees 1999 RASHID Muhammad H Satildeo Paulo Makron Books 1999 828 p
5 Eletrocircnica de potecircncia 1994 - PALMA Guilherme Rebouccedilas da Satildeo Paulo Eacuterica 1994 259 p
6 Dispositivos eletrocircnicos e teoria de circuitos - 8 ed 2004 -
BOYLESTAD Robert L NASHELSKY Louis CAMARGO Joseacute Bueno de NASCIMENTO Joseacute Lucimar do PERTENCE JUNIOR Antonio (Coord) Satildeo Paulo Pearson Prentice Hall 2004 672 p
7 Rodrigues Isac Zilli Notas de aula da disciplina de Eletrocircnica II do Curso de Engenharia
Eleacutetrica da UPF Passo Fundo RS 2000
8 Ghirardello Ariovaldo Apostila sobre Modulaccedilatildeo PWM Coleacutegio Politec
9 Electronics Workbench Versatildeo 512
10 LabcenterElectronics 1989-2008 Release 75 SP3
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Conexatildeo Darlington
Como jaacute mencionado transistores de potecircncia geralmente tecircm ganhos menores e precisam correntes altas na base para a plena conduccedilatildeo O transistor do exemplo anterior pode exigir 1A para controlar uma corrente de 3A Para solucionar este problema existe um arranjo que eacute chamado de Darlington esta configuraccedilatildeo consiste em conectar dois transistores do mesmo tipo de maneira que o ganho de corrente de um transistor β1 e o do outro β2 entatildeo o ganho de corrente do arranjo seraacute igual a βD = β1xβ2 Outra caracteriacutestica desta configuraccedilatildeo eacute conseguir uma alta impedacircncia de entrada Normalmente este tipo de ligaccedilatildeo eacute feito em um uacutenico encapsulamento Neste caso o valor de ganho eacute muito grande e uma corrente bem pequena na base jaacute leva o transistor ao estado de plena conduccedilatildeo O ocircnus por esta sensibilidade de corrente baixa de base eacute o fato de que a tensatildeo VBDED eacute maior que em um transistor normal pois temos que polarizar em vez de um mas dois diodos para que comece a ocorrer a conduccedilatildeo
Figura 15 Conexatildeo Darlington
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5 - Transistor FET
O surgimento do MOSFET representou um grande avanccedilo tecnoloacutegico por ser de fabricaccedilatildeo muito simples ter uma alta impedacircncia de entrada e baixo ruiacutedo proporcionar integraccedilatildeo em larga escala isto eacute por ter tamanho reduzido cerca de 20 vezes menos que o transistor bipolar permitindo assim que um grande numero de transistores sejam produzidos em um mesmo circuito integrado
O MOSFET de potencia eacute um semicondutor com capacidade de controle de corrente por meio de tensatildeo aplicada entre os terminais gate e source a exemplo do TBP o transistor FET pode trabalhar com tensotildees tambeacutem elevadas na ordem dos 1000V e correntes em torno de 200A mas sua principal vantagem eacute por ser acionado por tensatildeo a sua arquitetura disponibiliza uma elevada velocidade de chaveamento tornando-o indicado para as aplicaccedilotildees de frequumlecircncia elevada (centenas de kHz)
Para VGS lt 0 os eleacutetrons do canal n satildeo repelidos aumentando assim a camada de depleccedilatildeo proacutexima da camada oacutexido Assim haacute uma diminuiccedilatildeo na aacuterea do canal n (estrangulamento) sendo estabelecida uma alta resistecircncia RDS Deste modo natildeo haacute circulaccedilatildeo de corrente IDS Para IDS igual a zero a tensatildeo VGS eacute chamada de tensatildeo de estrangulamento (pinch-off) VP Para VGS gt 0 o canal n torna-se largo reduzindo drasticamente a resistecircncia RDS sendo assim estabelecida a corrente IDS O MOSFET com canal p tem a s polaridades das tensotildees e correntes invertidas
Figura 16
Estrutura baacutesica de transistor MOSFET Uma pequena corrente de gate eacute necessaacuteria apenas para carregar e descarregar as capacitacircncias de
entrada do transistor desta forma o melhor modo de polarizaccedilatildeo de um FET eacute empregando uma fonte de baixa impedacircncia de saiacuteda jaacute que temos na estrutura do gate uma capacitacircncia parasita gate-fonte CGS que eacute inerente ao componente desta forma natildeo existe meios de minimizaacute-lo
Estes transistores em geral satildeo de canal N por apresentarem menores perdas e maior velocidade de comutaccedilatildeo devido agrave maior mobilidade dos eleacutetrons em relaccedilatildeo agraves lacunas
Abaixo temos um exemplo de polarizaccedilatildeo de gate de baixa impedacircncia tambeacutem teraacute que utilizar fonte de pulsos de baixa impedacircncia como foi dito antes
Figura 17
15
Outra forma de obter um circuito de disparo eacute o demonstrado abaixo porem eacute importante notar nesta situaccedilatildeo que estamos atrelados a transistores bipolares natildeo sendo aconselhaacutevel a altas frequumlecircncias ou pelo menos dar uma olhada no datasheet dos transistores que seratildeo utilizados com atenccedilatildeo a frequumlecircncia maacutexima de trabalho
Figura 18
Este circuito nada mais eacute do que um gate driver que pode se fazer com componentes discretos ou com auxilio de CIs fabricados especialmente para isto a saiacuteda pode ser para um MOSFET ou para vaacuterios deles Isto eacute mais faacutecil de verificar em IGBTs que seraacute estudado em seguida
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6 ndash Transistor IGBT O IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) alia a facilidade de acionamento dos MOSFET com as pequenas perdas em conduccedilatildeo dos TBP Sua velocidade de chaveamento eacute superior agrave dos transistores bipolares Os limites atuais de tensatildeo e corrente em dispositivos uacutenicos estatildeo em torno de 2kV e 1000A o que indica que tal componente pode ser utilizado em aplicaccedilotildees de potecircncia
O controle de componente eacute anaacutelogo ao do MOSFET ou seja pela aplicaccedilatildeo de uma polarizaccedilatildeo entre gate e emissor Tambeacutem para o IGBT o acionamento eacute feito por tensatildeo O IGBT possui uma corrente maacutexima que natildeo deve ser ultrapassada se isso ocorrer natildeo se consegue cortar o IGBT retirando a tensatildeo do Gate A corrente fluiraacute pelo dreno sem controle e isso poderaacute danificar o componente Esse fato eacute conhecido por LatchUp Princiacutepio de funcionamento
A estrutura do IGBT eacute similar agrave do MOSFET mas com a inclusatildeo de uma camada P+ que forma o coletor do IGBT como mostrado na figura abaixo Em termos simplificados pode-se analisar o IGBT como um MOSFET no qual a regiatildeo N- tem sua condutividade modulada pela injeccedilatildeo de portadores minoritaacuterios (lacunas) a partir da regiatildeo P+ uma vez que J1 estaacute diretamente polarizada Esta maior condutividade produz uma menor queda de tensatildeo em comparaccedilatildeo a um MOSFET similar A maacutexima tensatildeo suportaacutevel eacute determinada pela junccedilatildeo J2 (polarizaccedilatildeo direta) e por J1 (polarizaccedilatildeo reversa) Como J1 divide 2 regiotildees muito dopadas conclui-se que um IGBT natildeo suporta tensotildees elevadas quando polarizado reversamente
Figura 19 Estrutura baacutesica de IGBT
A entrada em conduccedilatildeo eacute similar ao MOSFET sendo um pouco mais lenta a queda da tensatildeo Vce uma vez que isto depende da chegada dos portadores vindos da regiatildeo P+ Para o desligamento no entanto tais portadores devem ser retirados Nos TBPs isto se daacute pela drenagem dos portadores via base o que natildeo eacute possiacutevel nos IGBTs devido ao acionamento isolado A soluccedilatildeo encontrada foi a inclusatildeo de uma camada N+ na qual a taxa de recombinaccedilatildeo eacute bastante mais elevada do que na regiatildeo N- Desta forma as lacunas presentes em N+ recombinam-se com muita rapidez fazendo com que por difusatildeo as lacunas existentes na regiatildeo N- refluam apressando a extinccedilatildeo da carga acumulada na regiatildeo N- possibilitando o restabelecimento da barreira de potencial e o bloqueio do componente
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7 - Tiristor
O tiristor e o SCR satildeo facilmente confundidos pois estatildeo relacionados ao mesmo componente Tiristor eacute o nome de uma famiacutelia de componentes da qual o SCR faz parte O SCR eacute um diodo controlado muito utilizado em equipamentos de controle industrial que iremos ver detalhadamente mais tarde Funcionamento de uma forma geral O tiristor eacute um dispositivo semicondutor de quatro camadas de estrutura PNPN com trecircs junccedilotildees PN Tem trecircs terminais Anodo Catodo e Gatilho Os terminais anodo e catodo quando polarizados diretamente soacute comeccedilam a conduzir se receber um comando no terminal gatilho Uma vez conduzindo ele se comportara como um diodo em conduccedilatildeo e natildeo haacute controle sobre o dispositivo Desligamento A corrente de anodo eacute conservada abaixo da corrente de manutenccedilatildeo por um tempo suficiente grande de forma que todos os portadores em excesso nas quatro camadas sejam eliminados ou recombinados
Alguns toacutepicos que devem ser levado em consideraccedilatildeo em projeto de circuitos de controle de gatilho
1- O sinal de gatilho deve ser retirado apoacutes o disparo do tiristor Um sinal contiacutenuo aumentaria a perda de potencia na junccedilatildeo do gatilho
2- Enquanto o tiristor estiver reversamente polarizado natildeo devera haver sinal de gatilho De outra forma o tiristor poderia falhar devido a um aumento de corrente de fuga
3- A largura do pulso de gatilho IG tem que ser maior que o tempo necessaacuterio para a corrente do anodo crescer ateacute o valor da corrente de manutenccedilatildeo IH Na praacutetica a largura do pulso no tiristor TON
Tipos de Tiristores Tiristor de controle de fase SCR Tiristor triodo bidirecional TRIAC Tiristor de desligamento pelo gatilho GTO Tiristor de conduccedilatildeo reversa RCT Tiristor de induccedilatildeo estaacutetica SITH Tiristor de desligamento auxiliado pelo gatilho GATT Retificador controlado de siliacutecio controlado por luz LASCR Tiristores controlados por MOS MCTs
Conversatildeo e o controle de grandes quantidades de potencia em sistemas CC e CA utilizando apenas uma pequena potencia para controle pois apresenta chaveamento raacutepido pequeno porte e altos valores de corrente e tensatildeo
Algumas exemplos de aplicaccedilotildees
bull Controle de reles e motores bull Fontes de tensatildeo regulada bull Inversores CC-CA bull Controle de iluminaccedilatildeo
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71 - Tiristor SCR Siacutembolo
O SCR eacute um dispositivo semicondutor de quatro camadas de estrutura PNPN com trecircs junccedilotildees PN Ele tem trecircs terminais anodo catodo e gatilho como eacute visto na figura abaixo
Figura 20
O SCR tal como um diodo soacute conduz corrente no sentido do anodo para o catodo mas apenas quando lhe aplicamos um sinal de tensatildeo no terminal chamado gatilho este meacutetodo de disparo eacute o mais utilizado para se disparar o SCR Mas existem outras formas de disparo normalmente indesejado e em alguns casos podem destruir o componente
Disparo por sobretensatildeo Quando o SCR estaacute polarizado diretamente e aumenta-se a tensatildeo VAK J1 e J3 estatildeo polarizados diretamente mas J2 estaacute reversamente polarizado veja a figura acima Com o aumento de VAK os portadores satildeo acelerados na junccedilatildeo J2 podendo atingir uma energia tatildeo grande que provocaratildeo o fenocircmeno avalanche Esse fenocircmeno faz com que muitos eleacutetrons choquem-se e saiam das orbitas dos aacutetomos da rede Estando disponiacuteveis para a conduccedilatildeo esses eleacutetrons permitem que a corrente de anodo cresccedila Aumentando a corrente de anodo estabelece-se a realimentaccedilatildeo entre os terminais mantendo o SCR disparado Este tipo de disparo eacute chamado de Tensatildeo de Breakover (VBO) Disparo por variaccedilatildeo de tensatildeo (dvdt) Para que um capacitor armazene carga eleacutetrica eacute necessaacuterio haver uma variaccedilatildeo de tensatildeo(∆v) no capacitor em um intervalo de tempo (∆t) eacute necessaacuterio que circule ainda uma corrente i pelo capacitor quando estas variaccedilotildees satildeo muito pequenas a expressatildeo que relaciona estas grandezas eacute apresentada abaixo
dt
dvCi =
Em um SCR polarizado diretamente J2 estaacute reversamente polarizado Nesta junccedilatildeo existe carga armazenada iacuteons positivos de um lado e iacuteons negativos do outro Isto eacute como um capacitor carregado Assim natildeo havendo pulso no gatilho fechando-se S1 a capacitacircncia de J2 faraacute com que circule uma corrente de gatilho Como esta variaccedilatildeo eacute muito grande a corrente resultante seraacute muito grande Essa
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corrente poderaacute ser suficiente para estabelecer o processo de realimentaccedilatildeo fazendo com que o componente entre em conduccedilatildeo
Figura 21
Esse disparo normalmente indesejado pode ser evitado pela accedilatildeo de um circuito de proteccedilatildeo
chamado snubber esse circuito eacute formado por um resistor em serie com um capacitor colocados em paralelo com o SCR
Figura 22 Circuito snubber colocado em paralelo com o SCR
Os meacutetodos de comutaccedilatildeo ou de bloqueio de um SCR significa cortar a corrente que ele conduz e impedir que ele retorne a conduccedilatildeo A comutaccedilatildeo estaraacute completa quando a corrente no sentido direto for anulado e a reaplicaccedilatildeo de tensatildeo direta entre os terminais catodo e anodo natildeo provocarem o retorno do estado de conduccedilatildeo A comutaccedilatildeo natural ocorre quando se reduz a corrente de anodo a um valor abaixo de IH chamada corrente de manutenccedilatildeo (holding current) o SCR eacute bloqueado Este bloqueio pode ser visto melhor na figura abaixo Com S2 aberto mesmo com S1 fechado o SCR estaacute bloqueado pois natildeo haacute corrente no gatilho Fechando S2 pelo R circula uma corrente de gatilho que eacute suficiente para disparar o SCR Abrindo entatildeo S1 a corrente na lacircmpada anula-se e o SCR bloqueia Outro modo de obter a comutaccedilatildeo natural seria trocar a fonte de tensatildeo continua por uma tensatildeo alternada porem o SCR conduziria somente no semi-ciclo positivo natildeo havendo fluxo de corrente no semi-ciclo negativo
Figura 23 Meacutetodo mais utilizado
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Haacute tambeacutem um outro meacutetodo chamado comutaccedilatildeo forccedilada mais usual em circuitos CC a teacutecnica consiste em desviar a corrente por um caminho de menor impedacircncia a corrente que passa pelo SCR iraacute cair abaixo de IH provocando o bloqueio Como podemos ver no circuito abaixo
Figura 24
Com todas as chaves abertas o SCR estaacute bloqueado e a lacircmpada estaacute apagada Fechando-se a CH1 o circuito da lacircmpada e do SCR estaraacute energizado Como natildeo haacute corrente no gatilho o SCR continuaraacute bloqueado a lacircmpada apagada Quando S2 fechar circulara pelo resistor uma corrente suficiente para alimentar o gatilho do SCR que disparara e acenderaacute a lacircmpada Com a lacircmpada acesa S2 pode se novamente aberta sem que o SCR bloqueie e a lacircmpada se apague Agora fechando S3 naturalmente a lacircmpada natildeo se apagara pois a chave curto-circuitaraacute o SCR ficando a lacircmpada alimentada diretamente pela tensatildeo da fonte Como o SCR real natildeo eacute um curto-circuito toda a corrente da lacircmpada ira passar por S3 e a corrente do SCR cairaacute agrave zero o SCR entatildeo ira bloquear Com o SCR bloqueado abrindo-se a chave S3 a lacircmpada apagara Assim soacute seraacute outra vez acessa se S2 for novamente fechada provocando a corrente de gatilho no SCR Mas tambeacutem pode-se utilizar o SCR em tensatildeo alternada natildeo soacute em tensatildeo contiacutenua abaixo temos um exemplo de circuito com sua forma de onda
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72 - Tiristor TRIAC Siacutembolo O Triac eacute um dispositivo de 5 camadas tendo 2 caminhos P-N-P-N em ambos os sentidos entre o MT1 e MT2 e podendo conduzir nos dois sentidos como nos mostra claramente o seu siacutembolo Eletricamente o Triac equivale a ligaccedilatildeo de dois SCRs em antiparalelo e os terminais de gatilho ligados juntos O Triac pode ser levado a conduccedilatildeo pela aplicaccedilatildeo de uma corrente positiva ou negativa no gatilho embora seja mais sensiacutevel a aplicaccedilatildeo de uma corrente positiva quando MT2 eacute positivo e de uma corrente negativa quando MT1 eacute positivo Um TRIAC pode conduzir em ambos os sentidos e eacute normalmente utilizado em controle de fase CA Ele pode ser considerado como dois SCR conectados em antiparalelo com uma conexatildeo de gatilho comum como mostrado na figura abaixo
Como o TRIAC eacute um dispositivo bidirecional seus terminais natildeo podem ser designados como catodo e anodo Se o terminal MT2 for positivo em relaccedilatildeo ao terminal MT1 o TRIAC pode ser disparado pela aplicaccedilatildeo de um sinal positivo entre os terminais de gatilho G e MT1 Se o terminal MT2 for negativo em relaccedilatildeo a MT1 ele pode ser disparado pela aplicaccedilatildeo de um sinal negativo entre o gatilho G e MT1 Natildeo eacute necessaacuterio que se tenham ambas as polaridades do sinal de gatilho pois um TRIAC pode ser disparado com um sinal tanto positivo quanto negativo Na praacutetica as sensibilidades variam de um quadrante para outro e os triacs normalmente satildeo operados no I quadrante (tensatildeo e correntes de gatilho positivas) ou no quadrante III (tensotildees e correntes de gatilho negativas) como eacute visto na curva caracteriacutestica abaixo
a) Quadrante I VMT2 positivo e IG positivo b) Quadrante II VMT2 negativo e IG positivo c) Quadrante III VMT2 negativo e IG negativo d) Quadrante IV VMT2 positivo e IG negativo
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Entatildeo pode-se dizer que o triac pode fazer o controle de fase em uma carga como no circuito abaixo
Variando o potenciocircmetro R2 podemos disparar o triac em vaacuterios acircngulos da onda como demonstra o graacutefico abaixo
Porem com este circuito eacute impossiacutevel efetuar disparos aleacutem dos 90deg em cada semi-ciclo por exemplo se desejarmos disparar em 25deg que a tensatildeo instantacircnea eacute de Vx e o potenciocircmetro estaacute ajustado com este valor de tensatildeo de rede se utilizar o mesmo raciociacutenio para disparar em 155deg a tensatildeo instantacircnea seraacute a mesma consequumlentemente teraacute a mesmo ajuste do potenciocircmetro que e iraacute disparar em 25deg e natildeo em 155deg A figura abaixo ajuda esclarecer este raciociacutenio
Entatildeo para resolvermos a limitaccedilatildeo no acircngulo de disparo menor ou igual a 90deg eacute associarmos com os resistores jaacute existentes um capacitor como no circuito abaixo formando entatildeo uma rede defasadora
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O valor desta defasagem eacute dada pela equaccedilatildeo τ=(R1+R2)C Variando R2 consegue-se
variar o angula de disparo do Triac Porem como o capacitor nem sempre se carrega apartir de uma tensatildeo fixa natildeo se tem uma regularidade no disparo
Para resolvermos este problema estudaremos o Diac na sequumlecircncia
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8 - Diac Os diacs satildeo diodos de disparo bidirecional composto por trecircs camadas (PNP) com a simples funccedilatildeo de disparar tiristores Sua construccedilatildeo assemelha-se a de um transistor bipolar poreacutem difere na dopagem do cristal N
Seu funcionamento eacute simples Para passar do estado de bloqueio para o estado de conduccedilatildeo eacute preciso ultrapassar a tensatildeo de ruptura (VR) rompendo assim a junccedilatildeo polarizada inversamente podendo a corrente fluir em ambos sentidos
Para voltar ao estado de bloqueio basta remover a tensatildeo por alguns instantes Os diacs servem para controlar o disparo de triacs quando uma tensatildeo de referecircncia chegar a certo valor
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9 - Retificadores a tiristor A estrutura baacutesica de retificadores controlado consiste na mesma metodologia vista anteriormente com diodos porem com esta estrutura somente os semiciclos positivos da fonte de alimentaccedilatildeo seratildeo aplicados na carga quando os SCRs forem disparados Jaacute os semiciclos negativos satildeo omitidos como jaacute estudado anteriormente Agora temos um circuito de controle dos gatilhos dos SCRs mais requintado podendo fazer o controle entre 0deg a 180deg Vamos dar exemplos de montagem dos circuitos para que seja melhor entendido
Retificador monofaacutesico de meia onda
Retificador monofaacutesico de onda completa com ponto meacutedio
Retificador monofaacutesico em ponte completa
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Retificador semi-controlado ou em ponte mista
Retificador trifaacutesico de meia onda
Retificador trifaacutesico de onda completa (Ponte de Graetz)
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10 - PWM Para comeccedilarmos o estudo do PWM que vem do inglecircs Pulse Width Modulation ou seja modulaccedilatildeo
por largura de pulso temos que ter alguns preacute-requisitos em mente Uma maneira tradicional de se controlar a potencia de uma carga eacute atraveacutes de um potenciocircmetro ou reostato em seacuterie com a carga conforme mostra a figura abaixo este tipo de controle eacute denominada linear
Variando-se a resistecircncia do potenciocircmetro pode-se modificar a corrente na carga e portanto a potecircncia aplicada a ela
A grande desvantagem deste tipo de controle eacute que a queda de tensatildeo multiplicada pela corrente no R em seacuterie representa uma potencia na forma de calor Conforme o ajuste deste o controle passa a dissipar mais potencia que a carga
O R tem de ser capaz de dissipar esta potencia sendo assim o seu tamanho fiacutesico cresce proporcionalmente com a sua potencia tornando-se caro Embora este controle seja ateacute intuitivo porem natildeo eacute muito inteligente no que diz respeito de desperdiacutecio de energia Consideremos entatildeo o mesmo circuito soacute trocamos o controle como podemos ver no desenho abaixo
Consideremos ainda que esta chave tem uma accedilatildeo muito raacutepida Quando o interruptor estaacute aberto natildeo haacute corrente na carga e a potecircncia aplicada eacute nula No instante em que o interruptor eacute fechado a carga recebe a tensatildeo total da fonte e a potecircncia aplicada eacute maacutexima
Entatildeo para termos uma potencia de 50 a ideacuteia eacute deixarmos um tempo x com a chave ligada e o mesmo tempo com a chave desligada Isso significa que em meacutedia teremos metade do tempo com corrente e metade do tempo sem corrente concluindo que a potencia ficaraacute em 50
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A potecircncia meacutedia e portanto a proacutepria tensatildeo meacutedia aplicada agrave carga eacute neste caso 50 da tensatildeo de entrada
Veja que o interruptor fechado pode definir uma largura de pulso pelo tempo em que ele fica nesta condiccedilatildeo e um intervalo entre pulsos pelo tempo em que ele fica aberto Os dois tempos juntos definem o periacuteodo e portanto uma frequecircncia de controle
A relaccedilatildeo entre o tempo em que temos o pulso e a duraccedilatildeo de um ciclo completo de operaccedilatildeo do interruptor nos define ainda o ciclo ativo conforme eacute mostrado na figura 5
Variando-se a largura do pulso e tambeacutem o intervalo de modo a termos ciclos ativos diferentes podemos controlar a potecircncia meacutedia aplicada a uma carga Assim quando a largura do pulso varia de zero ateacute o maacuteximo a potecircncia tambeacutem varia na mesma proporccedilatildeo conforme estaacute indicado na figura 6
Este princiacutepio eacute usado justamente no controle PWM modulamos (variamos) a largura do pulso de modo a controlar o ciclo ativo do sinal aplicado a uma carga e com isso a potecircncia aplicada a ela
Na praacutetica substituiacutemos o interruptor por algum dispositivo de estado soacutelido que possa abrir e fechar o circuito rapidamente como por exemplo um transistor bipolar um FET de potecircncia um IGBT ou ateacute mesmo um SCR
A este dispositivo eacute entatildeo ligado um oscilador que possa ter seu ciclo ativo controlado numa grande faixa de valores Na praacutetica eacute difiacutecil chegar agrave duraccedilatildeo zero do pulso e agrave 100 jaacute que isso implicaria na parada do oscilador mas podemos chegar bem perto disso
Na operaccedilatildeo de um controle por PWM existem diversas vantagens a serem consideradas e alguns pontos para os quais o projetista deve ficar atento para natildeo jogar fora estas vantagens
Na condiccedilatildeo de aberto nenhuma corrente circula pelo dispositivo de controle e portanto sua dissipaccedilatildeo eacute nula Na condiccedilatildeo de fechado teoricamente se ele apresenta uma resistecircncia nula a queda de tensatildeo eacute nula e ele natildeo dissipa tambeacutem nenhuma potecircncia
Isso significa que na teoria os controles PWM natildeo dissipam potecircncia alguma e portanto consistem em soluccedilotildees ideais para este tipo de aplicaccedilatildeo
Na praacutetica entretanto isso natildeo ocorre Em primeiro lugar os dispositivos usados no controle natildeo satildeo capazes de abrir e fechar o circuito num tempo infinitamente pequeno Eles precisam de um tempo para mudar de estado e neste intervalo de tempo sua resistecircncia sobe de um valor muito pequeno ateacute infinito e vice-versa numa curva de comutaccedilatildeo semelhante a mostrada na figura 10
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Neste intervalo de tempo a queda de tensatildeo e a corrente atraveacutes do dispositivo natildeo satildeo nulas e uma boa quantidade de calor poderaacute ser gerada conforme a carga controlada Dependendo da frequecircncia de controle e da resposta do dispositivo usado uma boa quantidade de calor poderaacute ser gerada neste processo de comutaccedilatildeo
Entretanto mesmo com este problema a potecircncia gerada num controle PWM ainda eacute muito menor do que num circuito de controle linear equivalente Transistores de comutaccedilatildeo raacutepidos FETs de potecircncia e outros componentes de chaveamento podem ser suficientemente raacutepidos para permitir que projetos de controles de potecircncias elevadas sejam implementados sem a necessidade de grandes dissipadores de calor ou que tenham problemas de perdas de energia por geraccedilatildeo de calor que possam ser preocupantes
O segundo problema que poderaacute surgir vem justamente do fato de que os transistores de efeito de campo ou bipolares usados em comutaccedilatildeo natildeo se comportam como resistecircncias nulas quando saturados Os transistores bipolares podem apresentar uma queda de tensatildeo de ateacute alguns volts quando saturados o mesmo ocorrendo com os FETs
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11 - Soft-Starter
Soft start eacute um dispositivo eletrocircnico composto de pontes tiristorizadas a fim de controlar a corrente de partida de motores de corrente alternada trifaacutesicos o controle da tensatildeo reduzida eacute feita ajustando-se o acircngulo de disparo de um par de SCRs dispostos em antiparalelo em cada fase do motor A medida que a tensatildeo vai aumentando a corrente aumenta para acelerar a carga de uma maneira suave e sem degraus Seu uso eacute comum em bombas centriacutefugas ventiladores e motores de elevada potecircncia cuja aplicaccedilatildeo natildeo exija a variaccedilatildeo de velocidade
A vantagem desta teacutecnica sobre as alternativas de custo baixo eacute a possibilidade de ajustarmos o torque do motor as necessidades de torque da carga
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12 - Inversores
Introduccedilatildeo A obtenccedilatildeo de uma tensatildeo alternada a partir de uma fonte CC eacute muitas vezes necessaacuteria para a
alimentaccedilatildeo de diversas cargas Os conversores que realizam a transformaccedilatildeo CC-CA satildeo chamados de inversores Como exemplos de aplicaccedilotildees pode-se citar o controle de velocidade de motores de corrente alternada fontes de alimentaccedilatildeo ininterrupta (no-break) entre varias outras aplicaccedilotildees
Qualquer sistema no qual o fornecimento da energia eleacutetrica natildeo pode ser interrompido deve prever uma fonte de emergecircncia para supri-lo Quando a potecircncia instalada eacute muito grande tem-se em geral um sistema de acionamento imediato alimentado a partir de baterias e um sistema motor-gerador que por necessitar de alguns minutos para estar em condiccedilotildees ideais de operaccedilatildeo natildeo pode ser usado de imediato Tal arranjo eacute usado por exemplo em centrais telefocircnicas hospitais etc Topologias Baacutesicas
Inversor Monofaacutesico em Ponte A estrutura do inversos monofaacutesico em ponte alimentando carga resistiva estaacute representado na
Figura abaixo
As formas de onda de interesse satildeo apresentadas na figura abaixo Com S1 e S4 em conduccedilatildeo a
tensatildeo na carga eacute igual a E quando S2 e S3 estatildeo em conduccedilatildeo ela torna-se igual a -E
Quando a carga for indutiva devem ser adicionados a estrutura do circuito mostrado acima os
diodos de circulaccedilatildeo D1 D2 D3 e D4 como indica a figura abaixo Observe que com carga indutiva a fonte E deve ser reversiacutevel em corrente
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Etapas de funcionamento do inversor em ponte alimentando carga indutiva
Inversor Monofaacutesico em Ponto Meacutedio Este circuito representado na figura abaixo emprega apenas um braccedilo sendo desse modo mais
simples de ser comandado que o inversor em ponte porem a sua desvantagem eacute a tensatildeo de saiacuteda ser a metade
Inversor Monofaacutesico em Ponte
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13 - Dissipadores
A circulaccedilatildeo de corrente eleacutetrica por qualquer elemento provoca uma dissipaccedilatildeo de potecircncia igual ao produto do quadrado da corrente pela resistecircncia do circuito O objetivo eacute estabelecer criteacuterios para o dimensionamento de sistemas de dissipaccedilatildeo do calor produzido por componentes eletrocircnicos especialmente semicondutores de potecircncia (diodostransistores tiristores etc) buscando a proteccedilatildeo de tais componentes tendo como meta fundamental a elevada confiabilidade dos equipamentos nos quais os dispositivos satildeo empregados Deve-se buscar reduccedilatildeo de volume peso e custos
Caacutelculo da Potecircncia Dissipada
O caacutelculo da potecircncia dissipada deve ser feito via de regra pelo produto da tensatildeo pela corrente sobre o dispositivo em questatildeo
Comportamento em regime permanente potecircncia meacutedia
Nos dispositivos semicondutores de potecircncia o calor decorrente do efeito Joule eacute produzido na pastilha semicondutora fluindo daiacute para ambientes mais frios como o encapsulamento do dispositivo e o ambiente Este fluxo de calor depende de fatores como o gradiente de temperatura e as caracteriacutesticas teacutermicas dos meios e materiais envolvidos Define-se a grandeza ldquoresistecircncia teacutermicardquo como uma medida da dificuldade do fluxo de calor entre 2 meios ∆T diferenccedila de temperatura entre regiotildees de transferecircncia de calor P potecircncia meacutedia dissipada h coeficiente de transferecircncia de calor A aacuterea envolvida na transferecircncia de calor
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ANALOGIA COM CIRCUITO ELEacuteTRICO Em geral se faz uma analogia com um circuito eleacutetrico sendo a potecircncia meacutedia representada por uma fonte de corrente As temperaturas nos ambientes indicados (junccedilatildeo caacutepsula ambiente) satildeo anaacutelogas agraves tensotildees nos respectivos noacutes enquanto as resistecircncias teacutermicas satildeo as proacuteprias resistecircncias do modelo
Tj=Temperatura da junccedilatildeo Rtjc=Resistecircncia teacutermica entre junccedilatildeo e encapsulamento Tc=temperatura do encapsulamento Rtca=Resist Term Entre encapsulamento e ambiente Rtcd=Resist Entre encapsulament e dissipador Rtda=Resist Teacutermica entre dissipador e ambiente Partindo do anaacutelogo eleacutetrico chegamos a seguinte equaccedilatildeo tiacutepica Tj = Ta + P (Rtjc + Rtca) Exemplo 1 P = 20 W Rtjc = 2degCW Rtca = 10degCW Ta = 40degC Tjmax = 120degC Tc = Ta + P Rtca = 240degC Tj = Tc + P Rtjc = 280degC
Dissipadores de calor Considerando que natildeo seja possiacutevel reduzir a potecircncia meacutedia dissipada a alternativa para a proteccedilatildeo do semicondutor eacute colocar um dispositivo de baixa resistecircncia teacutermica entre o encapsulamento e o ambiente A este elemento colocado junto ao encapsulamento se diz ldquodissipador de calorrdquo Caracteriacutesticas dos dissipadores As principais caracteriacutesticas estatildeo relacionadas com dimensotildees e especialmente agrave sua superfiacutecie de contato com o ambiente Em geral estes dispositivos satildeo construiacutedos em alumiacutenio dada sua boa condutividade teacutermica (condiccedilatildeo indispensaacutevel) baixo custo e peso A figura mostra perfis tiacutepicos de dissipadores A utilizaccedilatildeo de grande nuacutemero de aletas eacute para aumentar a aacuterea de troca de calor A resistecircncia teacutermica para uma placa plana quadrada pode ser aproximadamente dada por
λ condutacircncia teacutermica (a 77o C) [W(oCcm)] W espessura do dissipador [mm]
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A aacuterea do dissipador [cm2] Cf fator de correccedilatildeo devido agrave posiccedilatildeo e tipo de superfiacutecie Na tabela abaixo satildeo dados alguns valores para os coeficientes da foacutermula O fator Cf varia com a posiccedilatildeo do dissipador sendo preferiacutevel uma montagem vertical agrave horizontal por criar um efeito ldquochamineacuterdquo Dissipadores pretos satildeo melhores irradiadores de calor que aqueles com superfiacutecie brilhante
Comportamento em regime transitoacuterio potecircncia de pico Quando a potecircncia dissipada no semicondutor consiste de pulsos de potecircncia eacute preciso verificar a proteccedilatildeo do componente em relaccedilatildeo aos picos de dissipaccedilatildeo Durante a ocorrecircncia do pico de potecircncia ocorre a elevaccedilatildeo da temperatura da junccedilatildeo embora natildeo ocorra variaccedilatildeo nas temperaturas do encapsulamento e do dissipador (que dependem da potecircncia meacutedia) devido agrave maior capacidade teacutermica da caacutepsula e especialmente do dissipador Tal capacidade teacutermica relaciona-se com o tipo de material utilizado e seu volume Na analogia eleacutetrica utilizada anteriormente ela se comporta como uma capacitacircncia O caacutelculo da temperatura da junccedilatildeo em tal regime transitoacuterio eacute feito utilizando uma grandeza chamada ldquoimpedacircncia teacutermicardquo Ztjc que leva em consideraccedilatildeo a capacidade teacutermica da junccedilatildeo Exemplo 2 Rtjc = 2deg CW Rtca = 5deg CW Rtcd = 2deg CW Rtda = 3deg CW Ztjc = 005deg CW Tjmax = 150deg C Ta = 40deg C P = 20W Pp = 1000W
Tj = 130 oC (o componente estaacute protegido em relaccedilatildeo agrave potecircncia meacutedia) Tc = 90 oC Tj = Tc + Pp Ztjc = 140 oC
Caacutelculo dos Dissipadores
bull A temperatura de trabalho da junccedilatildeo deve ser 20 a 30 menor que seu valor maacuteximo para permitir a proteccedilatildeo do componente sem super-dimensionar o dissipador middot Para ambientes nos quais natildeo se faccedila um controle riacutegido da temperatura deve-se usar uma temperatura ambiente de 40oC
bull Caso o dissipador fique dentro de algum bastidor ou caixa na qual a temperatura possa se elevar acima dos 40oC deve-se considerar sempre a maacutexima temperatura do ar com o qual o dissipador troca calor Eacute conveniente agrave falta de maiores informaccedilotildees utilizar o valor de 40oC e verificar apoacutes a entrada em operaccedilatildeo do protoacutetipo a verdadeira temperatura ambiente
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bull Deve-se verificar a necessidade do uso de isoladores (mica teflon ou mylar) e natildeo desconsiderar suas resistecircncias teacutermicas middot O emprego de pastas teacutermicas eacute sempre recomendado e se deve considerar tambeacutem sua resistecircncia teacutermica
b) No transitoacuterio
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Apecircndice A
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Laboratoacuterio 1
Diodo Ache os componentes em sucatas e monte o circuito abaixo em placa de circuito impresso corroiacuteda Lista de material
4 Diodos 1N4007 2 Capacitores 330uF200V 2 Resistores 150K 18W 1 Suporte p lacircmpada 1 Lacircmpada 40W220V 1 Conector p placa de 2 bornes 6 Chaves HH 1 Rabicho com plugue Placa p circuito impresso virgem (fibra fenolite perfurada) Caneta retro projetor ou esmalte p unhas Palha de accedilo ou acetona e pedaccedilo de pano Soluccedilatildeo de percloreto de ferro Estanho em fio
Obs Colocar o seu nome no lado do cobre a caneta ou esmalte antes da corrosatildeo
Montado na placa o circuito acima e testado fazer os seguintes exerciacutecios 1 ndash Com o interruptor Ch7 ligado os interruptores Ch3 Ch4 Ch5 e Ch6 desligados e os interruptores Ch1 e Ch2 na posiccedilatildeo 1 faccedila a seguinte medida meccedila com o osciloscoacutepio colocando a garra jacareacute onde aparece o GND e o pinccedila no ponto 1 de forma que apareccedila somente o semi-ciclo positivo na tela tambeacutem reproduza abaixo a forma de onda encontrada e registre onde a posiccedilatildeo do zero O aparelho ajustado da seguinte forma O botatildeo de tempodivisatildeo em 5mS O botatildeo tensatildeodivisatildeo ajustado em 5V A ponteira ajustada em X10
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2 ndash Permanecendo o interruptor Ch7 ligado Ch5 e Ch6 desligados poreacutem Ch1 e Ch2 na posiccedilatildeo 2 e Ch3 e Ch4 ligados faccedila novamente a medida e reproduza na tela abaixo a forma de onda
3 - Permanecendo o interruptor Ch7 ligado Ch3 Ch4 Ch5 e Ch6 agora ligados e Ch1 e Ch2 na posiccedilatildeo 2 faccedila novamente a medida e reproduza na tela abaixo a forma de onda
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4 ndash O que aconteceu com a potecircncia (brilho) da lacircmpada Com circuito configurado como no exerciacutecio 1 e exerciacutecio 3 (aumentou ou diminuiu) Porque ocorreu isto _____________________________________________________________________________________
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5 ndash Qual eacute a nova potecircncia da lacircmpada Provar por meio de caacutelculos 6 ndash Por fim com o circuito configurado como no exerciacutecio 3 coloque uma lacircmpada de maior potecircncia e visualize o ripple novamente com o osciloscoacutepio explique o que ocorreu _____________________________________________________________________________________
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Laboratoacuterio 2 TRANSISTOR BIPOLAR (BJT)
Os transistores de potecircncia apresentam caracteriacutesticas de chaveamento controlado Os transistores utilizados como elementos de chaveamento operam na regiatildeo de saturaccedilatildeo apresentando uma baixa queda de tensatildeo de conduccedilatildeo (VCE=0V) (VBE=13V)
Este laboratoacuterio tem o objetivo de fazer um retificador e filtro diretamente da rede alternada com componentes retirados de fontes chaveadas de computadores apoacutes o estaacutegio de retificaccedilatildeo e filtro faremos funcionar uma lacircmpada incandescente de 220 volts corrente alternada em corrente contiacutenua com o auxiacutelio de um transistor de potencia tambeacutem retirado das mesmas fontes
Calcule o R1 e monte o circuito e apoacutes responda as questotildees
Pinos 1 ndash Base 2 ndash Coletor 3 ndash Emissor
Alguns transistores encontrados em fontes chaveadas de computador Transistor VCE (V) Ic (A) β MJE13007 400 8 5
2SC4106 400 7 10
2SC5027 800 3 8
2SC5353 800 3 15
2SC2335 400 7 10
2SC4242 400 7 10
2SC5763 400 7 10
1 ndash Escolha o transistor e faccedila o calculo para descobrir R1 e depois monte o circuito Transistor escolhido ______________
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2 ndash Meccedila a corrente no ponto 1 e compare com o calculado Faccedila as observaccedilotildees necessaacuterias
Corrente no ponto (1)
Calculado
Medido _____________________________________________________________________________________
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3 ndash Por que existem os resistores em paralelo com os capacitores
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Laboratoacuterio 3
TRANSISTOR EFEITO DE CAMPO (FET) O transistor de potecircncia MOSFET eacute um dispositivo de tensatildeo controlada e necessita apenas de tensatildeo no gatilho A velocidade de chaveamento eacute muito alta (nanosegundos) MOSFETrsquos de potecircncia satildeo utilizados em conversores de baixa potecircncia e alta frequumlecircncia Estes transistores apresentam problemas de descargas eletrostaacuteticas necessitando de cuidados especiais Este experimento tem como objetivo mostrar o funcionamento de Mosfets em uma aplicaccedilatildeo pratica para tanto montaremos o circuito abaixo
Pinagem 1 ndash GATE 2 ndash DRAIN 3 ndash SOURCE
Alguns transistores encontrados no comeacutercio
Transistor Tensatildeo Vds(V) Corrente Id (A)
IRF840 500 85 IRF740 400 10
1 ndash Meccedila a corrente no ponto 1 Corrente no ponto 1 ______________ No ponto 2 coloque 1deg o multiacutemetro antes de ligar o circuito Meccedila a corrente no ponto 2 Corrente no ponto 2 ______________ Por que isto ocorre 2 ndash Calcule a corrente que passa entre os resistores E compare com os valores medidos e faccedila as observaccedilotildees necessaacuterias
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Laboratoacuterio 4
SCR E TRIAC
Este laboratoacuterio tem o objetivo de comprovar o funcionamento do componente SCR e TRIAC e diferenciaacute-los 1
A - Primeiramente ligue a chave 1 mantendo a chave 2 desligada o que ocorre _____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
B ndash Mantendo ligada a chave 1 ligue a chave 2 por um breve intervalo de tempo e desligue-a O que acontece Justifique sua resposta _____________________________________________________________________________________ _____________________________________________________________________________________ 2
C ndash Faccedila a mesma sequumlecircncia usada nas questotildees A e B Sequumlecircncia da questatildeo A________________________________________________________________
Sequumlecircncia da questatildeo B_________________________________________________________________
D - Faccedila as consideraccedilotildees comparando os circuitos 1 e 2
_____________________________________________________________________________________ _____________________________________________________________________________________
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3
E ndash Faccedila um comentaacuterio sobre a omissatildeo das chaves _____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
4
F - Comente os circuitos 3 e 4 haacute alguma diferenccedila no brilho da lacircmpada
_____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
Pinos do SCR e BTA 1 ndash Catodo A2 2 ndash Anodo A1 3 ndash Gatilho
Alguns SCRs encontrados no comeacutercio
Tiristor
Tensatildeo Vds(V)
Corrente Id (A)
BT151 500 85 TIC106 400 10
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Laboratoacuterio 5
DIAC E TRIAC O objetivo eacute montar o circuito abaixo e visualizar com o osciloscoacutepio a forma de onda em cima da carga no nosso caso a lacircmpada enquanto varia o potenciocircmetro
Pinagem 1 ndash A1 2 ndash A2 3 ndash G Alguns triacs encontrado no comeacutercio BTA08 ndash 8A BTA26 ndash 26A MAC224 ndash 40A TIC226 ndash 8A
Coloque a ponteira em cima da carga e deixe o potenciocircmetro no meio do curso e reproduza na tela abaixo Registre o ajuste que foi feito no osciloscoacutepio para aparecer o meio ciclo superior na tela
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Laboratoacuterio 6
PWM Este circuito eacute simples com o famoso CI 555 para gerar o sinal PWM Controlando uma carga que conseguimos observar o estaacute acontecendo
1 ndash Qual a frequumlecircncia gerada do sinal PWM _______________________________________________________________________________
_______________________________________________________________________________
2 ndash O que acontece com a lacircmpada quando varia o potenciocircmetro
_______________________________________________________________________________
_______________________________________________________________________________
3 ndash Trocando o capacitor de 100nF por um de 10nF qual seraacute a nova frequumlecircncia
_______________________________________________________________________________
_______________________________________________________________________________
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Laboratoacuterio 7
INVERSOR Este circuito eacute o conceito baacutesico do princiacutepio de funcionamento de um inversor que eacute capaz de gerar uma tensatildeo alternada a partir de uma tensatildeo contiacutenua
1 ndash O motor estaacute girando _____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
2 ndash Caso afirmativo na primeira pergunta coloque a ponteira do osciloscoacutepio em um dos terminais do motor e a garra jacareacute no terra e meccedila a frequumlecircncia _____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
3 ndash O que estaacute acontecendo com o motor em suas caracteriacutesticas fiacutesicas Mudou a velocidade estaacute aquecendo estaacute trepidando etc _____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
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Apendice B
Coacutedigo de resistores
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Capacitores ceracircmicos
O valor do capacitorB eacute de 3300 pF (picofarad = 10-12 F) ou 33 nF (nanofarad = 10-9 F) ou 00033 microF (microfarad =
10-6 F) No capacitor A devemos acrescentar mais 4 zeros apoacutes os dois primeiros algarismos O valor do capacitor que se lecirc 104 eacute de 100000 pF ou 100 nF ou 01microF
O aparecimento de uma letra maiuacutescula ao lado dos nuacutemeros Esta letra refere-se a toleracircncia do capacitor ou seja o quanto que o capacitor pode variar de seu valor em uma temperatura padratildeo de 25deg C A letra J significa que este capacitor pode variar ateacute plusmn5 de seu valor a letra K = plusmn10 ou M = plusmn20 Segue na tabela abaixo os coacutedigos de toleracircncias de capacitacircncia
Ateacute 10pF Coacutedigo Acima de 10pF
plusmn01pF B
plusmn025pF C
plusmn05pF D
plusmn10pF F plusmn1
G plusmn2
H plusmn3
J plusmn5
K plusmn10
M plusmn20
S -50 -20
Z +80 -20
ou +100 -20
P +100 -0
O coeficiente de temperatura TC que define a variaccedilatildeo da capacitacircncia dentro de uma determinada faixa de temperatura O TC eacute normalmente expresso em ou ppmdegC ( partes por milhatildeo degC ) Eacute usado uma sequumlecircncia de letras ou letras e nuacutemeros para representar os coeficientes Observe o desenho abaixo
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Na tabela abaixo estatildeo mais alguns coeficientes de temperatura e as toleracircncias que satildeo muito utilizadas por diversos fabricantes de capacitores
Coacutedigo Coeficiente de temperatura NPO -0plusmn 30ppmdegC N075 -75plusmn 30ppmdegC N150 -150plusmn 30ppmdegC N220 -220plusmn 60ppmdegC N330 -330plusmn 60ppmdegC N470 -470plusmn 60ppmdegC N750 -750plusmn 120ppmdegC N1500 -1500plusmn 250ppmdegC N2200 -2200plusmn 500ppmdegC N3300 -3300plusmn 500ppmdegC N4700 -4700plusmn 1000ppmdegC N5250 -5250plusmn 1000ppmdegC P100 +100plusmn 30ppmdegC
Outra forma de representar coeficientes de temperatura eacute mostrado abaixo Eacute usada em capacitores que se caracterizam
pela alta capacitacircncia por unidade de volume (dimensotildees reduzidas) devido a alta constante dieleacutetrica sendo recomendados para aplicaccedilatildeo em desacoplamentos acoplamentos e supressatildeo de interferecircncias em baixas tensotildees
Os coeficientes satildeo tambeacutem representados exibindo sequumlecircncias de letras e nuacutemeros como por exemplo X7R Y5F e Z5U Para um capacitor Z5U a faixa de operaccedilatildeo eacute de +10degC que significa Temperatura Miacutenima seguido de +85degC que significa Temperatura Maacutexima e uma variaccedilatildeo Maacutexima de capacitacircncia dentro desses limites de temperatura que natildeo ultrapassa -56 +22
Veja as trecircs tabelas abaixo para compreender este exemplo e entender outros coeficientes
Temperatura Miacutenima
Temperatura Maacutexima
Variaccedilatildeo Maacutexima de Capacitacircncia
X -55degC Y -30degC Z +10degC
2 +45degC 4 +65degC 5 +85degC 6 +105degC 7 +125degC
A plusmn10 B plusmn15 C plusmn22 D plusmn33 E plusmn47 F plusmn75 P plusmn10 R plusmn15 S plusmn22 T -33 +22 U -56 +22 V -82 +22
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Capacitores de filme plaacutestico
O desenho ao lado mostra capacitores que tem os seus valores impressos em nanofarad (nF) = 10-9F Quando aparece no capacitor uma letra n minuacutescula como um dos tipos apresentados ao lado por exemplo 3n3 significa que este capacitor eacute de 33nF No exemplo o n minuacutesculo eacute colocado ao meio dos nuacutemeros apenas para economizar uma viacutergula e evitar erro de interpretaccedilatildeo de seu valor
Capacitores de Ceracircmica Multicamada
Capacitores de Polieacutester Metalizado usando coacutedigo de cores
A tabela abaixo mostra como interpretar o coacutedigo de cores dos capacitores abaixo No capacitor A as 3 primeiras cores satildeo laranja laranja e laranja correspondem a 33000 equivalendo a 33 nF A cor branca logo adiante eacute referente a plusmn10 de toleracircncia E o vermelho representa a tensatildeo nominal que eacute de 250 volts
1ordf Algarismo 2ordf Algarismo 3ordf Ndeg de zeros 4ordf Toleracircncia 5ordf Tensatildeo
PRETO 0 0 - plusmn 20 -
MARROM 1 1 0 - -
VERMELHO 2 2 00 - 250V
LARANJA 3 3 000 - -
AMARELO 4 4 0000 - 400V
VERDE 5 5 00000 - -
AZUL 6 6 - - 630V
VIOLETA 7 7 - - -
CINZA 8 8 - - -
BRANCO 9 9 - plusmn 10 -
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Apecircndice C
Osciloscoacutepio Geralmente os osciloscoacutepios tecircm os controles e entradas que podem ser divididos em cinco grupos
1 ndash Controle da fonte de alimentaccedilatildeo 2 ndash Controles de ajuste do traccedilo ou ponto na tela 3 ndash Controles e entrada de atuaccedilatildeo vertical 4 ndash Controles e entrada de atuaccedilatildeo horizontal 5 ndash Controles de entrada de sincronismo
1 - CONTROLE DA FONTE DE ALIMENTACcedilAtildeO 11 - INTERRUPTOR Sua funccedilatildeo eacute interromper ou estabelecer a corrente no primaacuterio do transformador de fora Sua atuaccedilatildeo normalmente eacute acompanhada por uma lacircmpada piloto que serve de aviso visual sobre a situaccedilatildeo do circuito (ligado ou desligado) Normalmente este interruptor se encontra acoplado junto do potenciocircmetro de controle de brilho 12 - COMUTADOR DE TENSAtildeO Sua funccedilatildeo eacute selecionar a tensatildeo de funcionamento do osciloscoacutepio (127 220V) Permite utilizar o instrumento sem a necessidade de recorrer a um transformador abaixador ou elevador de tensatildeo (geralmente o acesso deste comutador eacute visto na parte de traz do aparelho) 2 - CONTROLES DE AJUSTE DO TRACcedilO OU PONTO NA TELA 21 - BRILHO OU LUMINOSIDADE Eacute o controle que ajusta a luminosidade do ponto ou do traccedilo O controle do brilho eacute feito por meio de um potenciocircmetro situado no circuito da grade de controle do TRC mediante o qual se regula o potencial desta grade (deve-se evitar o uso de brilho excessivo sob pena de se danificar a tela) 22 - FOCO Eacute o controle que ajusta a nitidez do ponto ou traccedilo luminoso O ajuste do foco eacute conseguido mediante a regulagem de um potenciocircmetro que regula a polarizaccedilatildeo do eletrodo de enfoque O foco deve ser ajustado de forma a se obter um traccedilo fino e niacutetido na tela (estes ajustes de brilho e de foco satildeo ajustes baacutesicos que devem ser feitos sempre que se for usar o osciloscoacutepio)
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23 - ILUMINACcedilAtildeO DA RETIacuteCULA Permite que se ilumine o quadriculado ou as divisotildees na tela 3 - CONTROLES E ENTRADA DE ATUACcedilAtildeO VERTICAL 31 - ENTRADA DE SINAL VERTICAL Nesta entrada eacute conectada a ponta de prova do osciloscoacutepio As variaccedilotildees de tensatildeo aplicadas nesta entrada aparecem sob forma de figura na tela 32 - CHAVE DE SELECcedilAtildeO DE MODO DE ENTRADA (CA-CC) Esta chave eacute selecionada de acordo com o tipo de forma de onda a ser observada Em alguns osciloscoacutepios esta chave possui trecircs posiccedilotildees (CA-0-CC ou AC-GND-DC) Esta posiccedilatildeo adicional eacute usada para a realizaccedilatildeo de ajustes do traccedilo do osciloscoacutepio em algumas situaccedilotildees Por exemplo quando se deseja Uma referecircncia na tela 33 - CHAVE SELETORA DE GANHO (VDiv) Esta chave permite que se aumente ou que se diminua a amplitude de projeccedilatildeo na tela do osciloscoacutepio (altura da imagem) 34 - POSICcedilAtildeO VERTICAL Permite movimentar a imagem para cima ou para baixo na tela A movimentaccedilatildeo natildeo interfere na forma da figura projetada na tela 4 - CONTROLES DE ATUACcedilAO HORIZONTAL 41 - CHAVE SELETORA DE BASE DE TEMPO Eacute o controle que permite variar o tempo de deslocamento horizontal do ponto na tela Atraveacutes deste controle eacute possiacutevel reduzir ou ampliar horizontalmente na tela a figura nela projetada Em alguns osciloscoacutepios esta chave seletora tem uma posiccedilatildeo identificada como EXT (externa) o que possibilita que o deslocamento horizontal pode ser controlado por circuito externo ao osciloscoacutepio atraveacutes de uma entrada especiacutefica Quando a posiccedilatildeo externa eacute selecionada natildeo haacute formaccedilatildeo do traccedilo na tela obtendo-se apenas um ponto 42 - POSICcedilAtildeO HORIZONTAL Eacute o ajuste que permite controlar horizontalmente a forma de onda na tela Girando o controle de posiccedilatildeo horizontal para a direita o traccedilo move-se horizontalmente para a direita e vice-versa Assim como o controle de posiccedilatildeo vertical o controle de posiccedilatildeo horizontal natildeo interfere na forma da figura projetada na tela
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5 - CONTROLES E ENTRADA DE SINCRONISMO (TRIGGER) Satildeo controles que se destinam a fixar a imagem na tela Estes controles satildeo utilizados principalmente na observaccedilatildeo de sinais alternados Os controles de sincronismo satildeo Chave seletora de fonte de sincronismo Chave de modo de sincronismo Controle de niacutevel de sincronismo 51 - CHAVE SELETORA DE FONTE DE SINCRONISMO Seleciona onde seraacute tomada o sinal de sincronismo para fixar a imagem na tela do osciloscoacutepio Normalmente esta chave possui trecircs posiccedilotildees pelo menos POSICcedilAtildeO CH1 O sincronismo eacute controlado pelo sinal aplicado ao canal 1 POSICcedilAtildeO REDE Realiza o sincronismo com base na frequecircncia da rede de alimentaccedilatildeo do osciloscoacutepio (60Hz) Nesta posiccedilatildeo consegue-se facilmente sincronizar na tela sinais aplicados na entrada vertical que sejam obtidos a partir da rede eleacutetrica POSICcedilAtildeO EXTERNO Na posiccedilatildeo externo o sincronismo da figura eacute obtido agrave partir de outro equipamento externo conectado ao osciloscoacutepio O sinal que controla o sincronismo na posiccedilatildeo externo eacute aplicado a entrada de sincronismo 52 - CHAVE DE MODO DE SINCRONISMO Normalmente esta chave tem duas ou trecircs posiccedilotildees AUTO Nesta posiccedilatildeo o osciloscoacutepio realiza o sincronismo automaticamente com base no sinal selecionado pela chave seletora de fonte de sincronismo NORMAL + O sincronismo eacute positivo ajustado manualmente pelo controle de niacutevel de sincronismo (TRIGGER) de modo que o primeiro pico que apareccedila na tela seja o positivo NORMAL - O sincronismo eacute negativo tambeacutem ajustado manualmente entretanto o primeiro pico a aparecer eacute o negativo 53 - CONTROLE DE NIacuteVEL DE SINCRONISMO (TRIGGER) Eacute um controle manual que permite o ajuste do sincronismo quando natildeo se consegue um sincronismo automaacutetico Tem atuaccedilatildeo nas posiccedilotildees NORMAL + e NORMAL - OBSERVACcedilAtildeO Para se realizar leituras eacute necessaacuterio sincronizar a figura na tela II - ENTRADA E CONTROLE DO OSCILOSCOacutePIO DUPLO TRACcedilO O osciloscoacutepio de duplo traccedilo possui alguns controles que satildeo comuns aos dois traccedilos e outros que satildeo individuais Os controles de brilho foco base de tempo e de posiccedilatildeo horizontal satildeo controles que satildeo comuns aos dois traccedilos Basicamente os controles individuais situam-se nas entradas e controles do vertical nos controles e entrada de sincronismo ENTRADAS E CONTROLES DO VERTICAL Para que se possa observar dois sinais simultaneamente eacute necessaacuterio que se aplique uma tensatildeo em cada uma das entradas verticais O osciloscoacutepio duplo traccedilo dispotildee de dois grupos de controles verticais Um grupo para o canal A ou canal 1 (CH1) Um grupo para o canal B ou canal 2 (CH2) Cada grupo controla um dos sinais na tela (amplitude posiccedilatildeo vertical etc) Geralmente satildeo iguais Cada canal dispotildee de Entrada Vertical Chave Seletora CA-O-CC Chave Seletora de ganho vertical (DDiv) Posiccedilatildeo vertical Um osciloscoacutepio de duplo traccedilo pode ainda ser utilizado como sendo um osciloscoacutepio de traccedilo simples Uma chave seletora permite que se possa selecionar cada canal individualmente ou os dois simultaneamente Esta chave possui pelo menos trecircs posiccedilotildees CH1
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CH2 DUAL Na posiccedilatildeo CH1 apareceraacute apenas a imagem na tela que estiver sendo aplicada na entrada vertical do canal 1 Na posiccedilatildeo CH2 apareceraacute apenas a imagem na tela que estiver sendo aplicada na entrada vertical do canal 2 Na posiccedilatildeo DUAL aparecem as duas imagens Em osciloscoacutepios mais sofisticados esta chave pode possuir mais posiccedilotildees de modo a permitir outras alternativas de uso CONTROLES DE SINCRONISMO Realizam as mesmas funccedilotildees do osciloscoacutepio traccedilo simples que eacute a de fixar a imagem na tela O que diferencia eacute o fato de que na chave seletora de fonte existe uma posiccedilatildeo adicional de modo a poder sincronizar a figura PONTAS DE PROVA As pontas de prova satildeo utilizadas para interligar o osciloscoacutepio aos pontos de medida
Uma das extremidades da ponta de prova eacute conectada a uma das entradas do osciloscoacutepio atraveacutes de um conector e a extremidade livre serve para conexatildeo aos pontos de medida A extremidade livre possui uma garra jacareacute denominada de terra da ponta de prova que deve ser conectada ao terra do circuito e uma ponta de entrada de sinal que deve ser conectada no ponto que se deseja medir Existem dois tipos de ponta de prova ponta de prova 11 ponta de prova 101 A ponta de prova 11 se caracteriza por aplicar agrave entrada do osciloscoacutepio a mesma tensatildeo ou forma de onda que eacute aplicada a ponta de mediccedilatildeo A ponta de prova 101 entrega ao osciloscoacutepio apenas a deacutecima parte da tensatildeo aplicada a ponta de mediccedilatildeo As pontas de prova 101 permitem que o osciloscoacutepio consiga observar tensotildees dez vezes maior que a sua capacidade Por exemplo Um osciloscoacutepio que permite a leitura de tensotildees de 50V com ponta de prova 11 com ponta de prova 101 poderaacute medir tensotildees de ateacute 500V (10x50V) Existem pontas de prova que dispotildee de um botatildeo onde se pode selecionar 101 ou 11 Obs Quando natildeo se tem total certeza da grandeza da tensatildeo envolvida eacute aconselhaacutevel iniciar a mediccedilatildeo com o posiccedilatildeo 101
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Bibliografia
1 Dispositivos semicondutores tiristores controle de potecircncia em CC e CA 1996 - ALMEIDA Joseacute Luiz Antunes de Satildeo Paulo Eacuterica 1996 150 p
2 Dispositivos semicondutores diodos e transistores 1996 MARQUES Angelo Eduardo B
CHOUERI JUacuteNIOR Salomatildeo CRUZ Eduardo Cesar Alves Satildeo Paulo Eacuterica 1996 389 p
3 Anaacutelise e projeto de fontes chaveadas MELLO Luiz Fernando P de Satildeo Paulo Eacuterica 1996 487 p
4 Eletrocircnica de potecircncia circuitos dispositivos e aplicaccedilotildees 1999 RASHID Muhammad H Satildeo Paulo Makron Books 1999 828 p
5 Eletrocircnica de potecircncia 1994 - PALMA Guilherme Rebouccedilas da Satildeo Paulo Eacuterica 1994 259 p
6 Dispositivos eletrocircnicos e teoria de circuitos - 8 ed 2004 -
BOYLESTAD Robert L NASHELSKY Louis CAMARGO Joseacute Bueno de NASCIMENTO Joseacute Lucimar do PERTENCE JUNIOR Antonio (Coord) Satildeo Paulo Pearson Prentice Hall 2004 672 p
7 Rodrigues Isac Zilli Notas de aula da disciplina de Eletrocircnica II do Curso de Engenharia
Eleacutetrica da UPF Passo Fundo RS 2000
8 Ghirardello Ariovaldo Apostila sobre Modulaccedilatildeo PWM Coleacutegio Politec
9 Electronics Workbench Versatildeo 512
10 LabcenterElectronics 1989-2008 Release 75 SP3
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5 - Transistor FET
O surgimento do MOSFET representou um grande avanccedilo tecnoloacutegico por ser de fabricaccedilatildeo muito simples ter uma alta impedacircncia de entrada e baixo ruiacutedo proporcionar integraccedilatildeo em larga escala isto eacute por ter tamanho reduzido cerca de 20 vezes menos que o transistor bipolar permitindo assim que um grande numero de transistores sejam produzidos em um mesmo circuito integrado
O MOSFET de potencia eacute um semicondutor com capacidade de controle de corrente por meio de tensatildeo aplicada entre os terminais gate e source a exemplo do TBP o transistor FET pode trabalhar com tensotildees tambeacutem elevadas na ordem dos 1000V e correntes em torno de 200A mas sua principal vantagem eacute por ser acionado por tensatildeo a sua arquitetura disponibiliza uma elevada velocidade de chaveamento tornando-o indicado para as aplicaccedilotildees de frequumlecircncia elevada (centenas de kHz)
Para VGS lt 0 os eleacutetrons do canal n satildeo repelidos aumentando assim a camada de depleccedilatildeo proacutexima da camada oacutexido Assim haacute uma diminuiccedilatildeo na aacuterea do canal n (estrangulamento) sendo estabelecida uma alta resistecircncia RDS Deste modo natildeo haacute circulaccedilatildeo de corrente IDS Para IDS igual a zero a tensatildeo VGS eacute chamada de tensatildeo de estrangulamento (pinch-off) VP Para VGS gt 0 o canal n torna-se largo reduzindo drasticamente a resistecircncia RDS sendo assim estabelecida a corrente IDS O MOSFET com canal p tem a s polaridades das tensotildees e correntes invertidas
Figura 16
Estrutura baacutesica de transistor MOSFET Uma pequena corrente de gate eacute necessaacuteria apenas para carregar e descarregar as capacitacircncias de
entrada do transistor desta forma o melhor modo de polarizaccedilatildeo de um FET eacute empregando uma fonte de baixa impedacircncia de saiacuteda jaacute que temos na estrutura do gate uma capacitacircncia parasita gate-fonte CGS que eacute inerente ao componente desta forma natildeo existe meios de minimizaacute-lo
Estes transistores em geral satildeo de canal N por apresentarem menores perdas e maior velocidade de comutaccedilatildeo devido agrave maior mobilidade dos eleacutetrons em relaccedilatildeo agraves lacunas
Abaixo temos um exemplo de polarizaccedilatildeo de gate de baixa impedacircncia tambeacutem teraacute que utilizar fonte de pulsos de baixa impedacircncia como foi dito antes
Figura 17
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Outra forma de obter um circuito de disparo eacute o demonstrado abaixo porem eacute importante notar nesta situaccedilatildeo que estamos atrelados a transistores bipolares natildeo sendo aconselhaacutevel a altas frequumlecircncias ou pelo menos dar uma olhada no datasheet dos transistores que seratildeo utilizados com atenccedilatildeo a frequumlecircncia maacutexima de trabalho
Figura 18
Este circuito nada mais eacute do que um gate driver que pode se fazer com componentes discretos ou com auxilio de CIs fabricados especialmente para isto a saiacuteda pode ser para um MOSFET ou para vaacuterios deles Isto eacute mais faacutecil de verificar em IGBTs que seraacute estudado em seguida
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6 ndash Transistor IGBT O IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) alia a facilidade de acionamento dos MOSFET com as pequenas perdas em conduccedilatildeo dos TBP Sua velocidade de chaveamento eacute superior agrave dos transistores bipolares Os limites atuais de tensatildeo e corrente em dispositivos uacutenicos estatildeo em torno de 2kV e 1000A o que indica que tal componente pode ser utilizado em aplicaccedilotildees de potecircncia
O controle de componente eacute anaacutelogo ao do MOSFET ou seja pela aplicaccedilatildeo de uma polarizaccedilatildeo entre gate e emissor Tambeacutem para o IGBT o acionamento eacute feito por tensatildeo O IGBT possui uma corrente maacutexima que natildeo deve ser ultrapassada se isso ocorrer natildeo se consegue cortar o IGBT retirando a tensatildeo do Gate A corrente fluiraacute pelo dreno sem controle e isso poderaacute danificar o componente Esse fato eacute conhecido por LatchUp Princiacutepio de funcionamento
A estrutura do IGBT eacute similar agrave do MOSFET mas com a inclusatildeo de uma camada P+ que forma o coletor do IGBT como mostrado na figura abaixo Em termos simplificados pode-se analisar o IGBT como um MOSFET no qual a regiatildeo N- tem sua condutividade modulada pela injeccedilatildeo de portadores minoritaacuterios (lacunas) a partir da regiatildeo P+ uma vez que J1 estaacute diretamente polarizada Esta maior condutividade produz uma menor queda de tensatildeo em comparaccedilatildeo a um MOSFET similar A maacutexima tensatildeo suportaacutevel eacute determinada pela junccedilatildeo J2 (polarizaccedilatildeo direta) e por J1 (polarizaccedilatildeo reversa) Como J1 divide 2 regiotildees muito dopadas conclui-se que um IGBT natildeo suporta tensotildees elevadas quando polarizado reversamente
Figura 19 Estrutura baacutesica de IGBT
A entrada em conduccedilatildeo eacute similar ao MOSFET sendo um pouco mais lenta a queda da tensatildeo Vce uma vez que isto depende da chegada dos portadores vindos da regiatildeo P+ Para o desligamento no entanto tais portadores devem ser retirados Nos TBPs isto se daacute pela drenagem dos portadores via base o que natildeo eacute possiacutevel nos IGBTs devido ao acionamento isolado A soluccedilatildeo encontrada foi a inclusatildeo de uma camada N+ na qual a taxa de recombinaccedilatildeo eacute bastante mais elevada do que na regiatildeo N- Desta forma as lacunas presentes em N+ recombinam-se com muita rapidez fazendo com que por difusatildeo as lacunas existentes na regiatildeo N- refluam apressando a extinccedilatildeo da carga acumulada na regiatildeo N- possibilitando o restabelecimento da barreira de potencial e o bloqueio do componente
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7 - Tiristor
O tiristor e o SCR satildeo facilmente confundidos pois estatildeo relacionados ao mesmo componente Tiristor eacute o nome de uma famiacutelia de componentes da qual o SCR faz parte O SCR eacute um diodo controlado muito utilizado em equipamentos de controle industrial que iremos ver detalhadamente mais tarde Funcionamento de uma forma geral O tiristor eacute um dispositivo semicondutor de quatro camadas de estrutura PNPN com trecircs junccedilotildees PN Tem trecircs terminais Anodo Catodo e Gatilho Os terminais anodo e catodo quando polarizados diretamente soacute comeccedilam a conduzir se receber um comando no terminal gatilho Uma vez conduzindo ele se comportara como um diodo em conduccedilatildeo e natildeo haacute controle sobre o dispositivo Desligamento A corrente de anodo eacute conservada abaixo da corrente de manutenccedilatildeo por um tempo suficiente grande de forma que todos os portadores em excesso nas quatro camadas sejam eliminados ou recombinados
Alguns toacutepicos que devem ser levado em consideraccedilatildeo em projeto de circuitos de controle de gatilho
1- O sinal de gatilho deve ser retirado apoacutes o disparo do tiristor Um sinal contiacutenuo aumentaria a perda de potencia na junccedilatildeo do gatilho
2- Enquanto o tiristor estiver reversamente polarizado natildeo devera haver sinal de gatilho De outra forma o tiristor poderia falhar devido a um aumento de corrente de fuga
3- A largura do pulso de gatilho IG tem que ser maior que o tempo necessaacuterio para a corrente do anodo crescer ateacute o valor da corrente de manutenccedilatildeo IH Na praacutetica a largura do pulso no tiristor TON
Tipos de Tiristores Tiristor de controle de fase SCR Tiristor triodo bidirecional TRIAC Tiristor de desligamento pelo gatilho GTO Tiristor de conduccedilatildeo reversa RCT Tiristor de induccedilatildeo estaacutetica SITH Tiristor de desligamento auxiliado pelo gatilho GATT Retificador controlado de siliacutecio controlado por luz LASCR Tiristores controlados por MOS MCTs
Conversatildeo e o controle de grandes quantidades de potencia em sistemas CC e CA utilizando apenas uma pequena potencia para controle pois apresenta chaveamento raacutepido pequeno porte e altos valores de corrente e tensatildeo
Algumas exemplos de aplicaccedilotildees
bull Controle de reles e motores bull Fontes de tensatildeo regulada bull Inversores CC-CA bull Controle de iluminaccedilatildeo
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71 - Tiristor SCR Siacutembolo
O SCR eacute um dispositivo semicondutor de quatro camadas de estrutura PNPN com trecircs junccedilotildees PN Ele tem trecircs terminais anodo catodo e gatilho como eacute visto na figura abaixo
Figura 20
O SCR tal como um diodo soacute conduz corrente no sentido do anodo para o catodo mas apenas quando lhe aplicamos um sinal de tensatildeo no terminal chamado gatilho este meacutetodo de disparo eacute o mais utilizado para se disparar o SCR Mas existem outras formas de disparo normalmente indesejado e em alguns casos podem destruir o componente
Disparo por sobretensatildeo Quando o SCR estaacute polarizado diretamente e aumenta-se a tensatildeo VAK J1 e J3 estatildeo polarizados diretamente mas J2 estaacute reversamente polarizado veja a figura acima Com o aumento de VAK os portadores satildeo acelerados na junccedilatildeo J2 podendo atingir uma energia tatildeo grande que provocaratildeo o fenocircmeno avalanche Esse fenocircmeno faz com que muitos eleacutetrons choquem-se e saiam das orbitas dos aacutetomos da rede Estando disponiacuteveis para a conduccedilatildeo esses eleacutetrons permitem que a corrente de anodo cresccedila Aumentando a corrente de anodo estabelece-se a realimentaccedilatildeo entre os terminais mantendo o SCR disparado Este tipo de disparo eacute chamado de Tensatildeo de Breakover (VBO) Disparo por variaccedilatildeo de tensatildeo (dvdt) Para que um capacitor armazene carga eleacutetrica eacute necessaacuterio haver uma variaccedilatildeo de tensatildeo(∆v) no capacitor em um intervalo de tempo (∆t) eacute necessaacuterio que circule ainda uma corrente i pelo capacitor quando estas variaccedilotildees satildeo muito pequenas a expressatildeo que relaciona estas grandezas eacute apresentada abaixo
dt
dvCi =
Em um SCR polarizado diretamente J2 estaacute reversamente polarizado Nesta junccedilatildeo existe carga armazenada iacuteons positivos de um lado e iacuteons negativos do outro Isto eacute como um capacitor carregado Assim natildeo havendo pulso no gatilho fechando-se S1 a capacitacircncia de J2 faraacute com que circule uma corrente de gatilho Como esta variaccedilatildeo eacute muito grande a corrente resultante seraacute muito grande Essa
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corrente poderaacute ser suficiente para estabelecer o processo de realimentaccedilatildeo fazendo com que o componente entre em conduccedilatildeo
Figura 21
Esse disparo normalmente indesejado pode ser evitado pela accedilatildeo de um circuito de proteccedilatildeo
chamado snubber esse circuito eacute formado por um resistor em serie com um capacitor colocados em paralelo com o SCR
Figura 22 Circuito snubber colocado em paralelo com o SCR
Os meacutetodos de comutaccedilatildeo ou de bloqueio de um SCR significa cortar a corrente que ele conduz e impedir que ele retorne a conduccedilatildeo A comutaccedilatildeo estaraacute completa quando a corrente no sentido direto for anulado e a reaplicaccedilatildeo de tensatildeo direta entre os terminais catodo e anodo natildeo provocarem o retorno do estado de conduccedilatildeo A comutaccedilatildeo natural ocorre quando se reduz a corrente de anodo a um valor abaixo de IH chamada corrente de manutenccedilatildeo (holding current) o SCR eacute bloqueado Este bloqueio pode ser visto melhor na figura abaixo Com S2 aberto mesmo com S1 fechado o SCR estaacute bloqueado pois natildeo haacute corrente no gatilho Fechando S2 pelo R circula uma corrente de gatilho que eacute suficiente para disparar o SCR Abrindo entatildeo S1 a corrente na lacircmpada anula-se e o SCR bloqueia Outro modo de obter a comutaccedilatildeo natural seria trocar a fonte de tensatildeo continua por uma tensatildeo alternada porem o SCR conduziria somente no semi-ciclo positivo natildeo havendo fluxo de corrente no semi-ciclo negativo
Figura 23 Meacutetodo mais utilizado
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Haacute tambeacutem um outro meacutetodo chamado comutaccedilatildeo forccedilada mais usual em circuitos CC a teacutecnica consiste em desviar a corrente por um caminho de menor impedacircncia a corrente que passa pelo SCR iraacute cair abaixo de IH provocando o bloqueio Como podemos ver no circuito abaixo
Figura 24
Com todas as chaves abertas o SCR estaacute bloqueado e a lacircmpada estaacute apagada Fechando-se a CH1 o circuito da lacircmpada e do SCR estaraacute energizado Como natildeo haacute corrente no gatilho o SCR continuaraacute bloqueado a lacircmpada apagada Quando S2 fechar circulara pelo resistor uma corrente suficiente para alimentar o gatilho do SCR que disparara e acenderaacute a lacircmpada Com a lacircmpada acesa S2 pode se novamente aberta sem que o SCR bloqueie e a lacircmpada se apague Agora fechando S3 naturalmente a lacircmpada natildeo se apagara pois a chave curto-circuitaraacute o SCR ficando a lacircmpada alimentada diretamente pela tensatildeo da fonte Como o SCR real natildeo eacute um curto-circuito toda a corrente da lacircmpada ira passar por S3 e a corrente do SCR cairaacute agrave zero o SCR entatildeo ira bloquear Com o SCR bloqueado abrindo-se a chave S3 a lacircmpada apagara Assim soacute seraacute outra vez acessa se S2 for novamente fechada provocando a corrente de gatilho no SCR Mas tambeacutem pode-se utilizar o SCR em tensatildeo alternada natildeo soacute em tensatildeo contiacutenua abaixo temos um exemplo de circuito com sua forma de onda
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72 - Tiristor TRIAC Siacutembolo O Triac eacute um dispositivo de 5 camadas tendo 2 caminhos P-N-P-N em ambos os sentidos entre o MT1 e MT2 e podendo conduzir nos dois sentidos como nos mostra claramente o seu siacutembolo Eletricamente o Triac equivale a ligaccedilatildeo de dois SCRs em antiparalelo e os terminais de gatilho ligados juntos O Triac pode ser levado a conduccedilatildeo pela aplicaccedilatildeo de uma corrente positiva ou negativa no gatilho embora seja mais sensiacutevel a aplicaccedilatildeo de uma corrente positiva quando MT2 eacute positivo e de uma corrente negativa quando MT1 eacute positivo Um TRIAC pode conduzir em ambos os sentidos e eacute normalmente utilizado em controle de fase CA Ele pode ser considerado como dois SCR conectados em antiparalelo com uma conexatildeo de gatilho comum como mostrado na figura abaixo
Como o TRIAC eacute um dispositivo bidirecional seus terminais natildeo podem ser designados como catodo e anodo Se o terminal MT2 for positivo em relaccedilatildeo ao terminal MT1 o TRIAC pode ser disparado pela aplicaccedilatildeo de um sinal positivo entre os terminais de gatilho G e MT1 Se o terminal MT2 for negativo em relaccedilatildeo a MT1 ele pode ser disparado pela aplicaccedilatildeo de um sinal negativo entre o gatilho G e MT1 Natildeo eacute necessaacuterio que se tenham ambas as polaridades do sinal de gatilho pois um TRIAC pode ser disparado com um sinal tanto positivo quanto negativo Na praacutetica as sensibilidades variam de um quadrante para outro e os triacs normalmente satildeo operados no I quadrante (tensatildeo e correntes de gatilho positivas) ou no quadrante III (tensotildees e correntes de gatilho negativas) como eacute visto na curva caracteriacutestica abaixo
a) Quadrante I VMT2 positivo e IG positivo b) Quadrante II VMT2 negativo e IG positivo c) Quadrante III VMT2 negativo e IG negativo d) Quadrante IV VMT2 positivo e IG negativo
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Entatildeo pode-se dizer que o triac pode fazer o controle de fase em uma carga como no circuito abaixo
Variando o potenciocircmetro R2 podemos disparar o triac em vaacuterios acircngulos da onda como demonstra o graacutefico abaixo
Porem com este circuito eacute impossiacutevel efetuar disparos aleacutem dos 90deg em cada semi-ciclo por exemplo se desejarmos disparar em 25deg que a tensatildeo instantacircnea eacute de Vx e o potenciocircmetro estaacute ajustado com este valor de tensatildeo de rede se utilizar o mesmo raciociacutenio para disparar em 155deg a tensatildeo instantacircnea seraacute a mesma consequumlentemente teraacute a mesmo ajuste do potenciocircmetro que e iraacute disparar em 25deg e natildeo em 155deg A figura abaixo ajuda esclarecer este raciociacutenio
Entatildeo para resolvermos a limitaccedilatildeo no acircngulo de disparo menor ou igual a 90deg eacute associarmos com os resistores jaacute existentes um capacitor como no circuito abaixo formando entatildeo uma rede defasadora
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O valor desta defasagem eacute dada pela equaccedilatildeo τ=(R1+R2)C Variando R2 consegue-se
variar o angula de disparo do Triac Porem como o capacitor nem sempre se carrega apartir de uma tensatildeo fixa natildeo se tem uma regularidade no disparo
Para resolvermos este problema estudaremos o Diac na sequumlecircncia
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8 - Diac Os diacs satildeo diodos de disparo bidirecional composto por trecircs camadas (PNP) com a simples funccedilatildeo de disparar tiristores Sua construccedilatildeo assemelha-se a de um transistor bipolar poreacutem difere na dopagem do cristal N
Seu funcionamento eacute simples Para passar do estado de bloqueio para o estado de conduccedilatildeo eacute preciso ultrapassar a tensatildeo de ruptura (VR) rompendo assim a junccedilatildeo polarizada inversamente podendo a corrente fluir em ambos sentidos
Para voltar ao estado de bloqueio basta remover a tensatildeo por alguns instantes Os diacs servem para controlar o disparo de triacs quando uma tensatildeo de referecircncia chegar a certo valor
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9 - Retificadores a tiristor A estrutura baacutesica de retificadores controlado consiste na mesma metodologia vista anteriormente com diodos porem com esta estrutura somente os semiciclos positivos da fonte de alimentaccedilatildeo seratildeo aplicados na carga quando os SCRs forem disparados Jaacute os semiciclos negativos satildeo omitidos como jaacute estudado anteriormente Agora temos um circuito de controle dos gatilhos dos SCRs mais requintado podendo fazer o controle entre 0deg a 180deg Vamos dar exemplos de montagem dos circuitos para que seja melhor entendido
Retificador monofaacutesico de meia onda
Retificador monofaacutesico de onda completa com ponto meacutedio
Retificador monofaacutesico em ponte completa
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Retificador semi-controlado ou em ponte mista
Retificador trifaacutesico de meia onda
Retificador trifaacutesico de onda completa (Ponte de Graetz)
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10 - PWM Para comeccedilarmos o estudo do PWM que vem do inglecircs Pulse Width Modulation ou seja modulaccedilatildeo
por largura de pulso temos que ter alguns preacute-requisitos em mente Uma maneira tradicional de se controlar a potencia de uma carga eacute atraveacutes de um potenciocircmetro ou reostato em seacuterie com a carga conforme mostra a figura abaixo este tipo de controle eacute denominada linear
Variando-se a resistecircncia do potenciocircmetro pode-se modificar a corrente na carga e portanto a potecircncia aplicada a ela
A grande desvantagem deste tipo de controle eacute que a queda de tensatildeo multiplicada pela corrente no R em seacuterie representa uma potencia na forma de calor Conforme o ajuste deste o controle passa a dissipar mais potencia que a carga
O R tem de ser capaz de dissipar esta potencia sendo assim o seu tamanho fiacutesico cresce proporcionalmente com a sua potencia tornando-se caro Embora este controle seja ateacute intuitivo porem natildeo eacute muito inteligente no que diz respeito de desperdiacutecio de energia Consideremos entatildeo o mesmo circuito soacute trocamos o controle como podemos ver no desenho abaixo
Consideremos ainda que esta chave tem uma accedilatildeo muito raacutepida Quando o interruptor estaacute aberto natildeo haacute corrente na carga e a potecircncia aplicada eacute nula No instante em que o interruptor eacute fechado a carga recebe a tensatildeo total da fonte e a potecircncia aplicada eacute maacutexima
Entatildeo para termos uma potencia de 50 a ideacuteia eacute deixarmos um tempo x com a chave ligada e o mesmo tempo com a chave desligada Isso significa que em meacutedia teremos metade do tempo com corrente e metade do tempo sem corrente concluindo que a potencia ficaraacute em 50
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A potecircncia meacutedia e portanto a proacutepria tensatildeo meacutedia aplicada agrave carga eacute neste caso 50 da tensatildeo de entrada
Veja que o interruptor fechado pode definir uma largura de pulso pelo tempo em que ele fica nesta condiccedilatildeo e um intervalo entre pulsos pelo tempo em que ele fica aberto Os dois tempos juntos definem o periacuteodo e portanto uma frequecircncia de controle
A relaccedilatildeo entre o tempo em que temos o pulso e a duraccedilatildeo de um ciclo completo de operaccedilatildeo do interruptor nos define ainda o ciclo ativo conforme eacute mostrado na figura 5
Variando-se a largura do pulso e tambeacutem o intervalo de modo a termos ciclos ativos diferentes podemos controlar a potecircncia meacutedia aplicada a uma carga Assim quando a largura do pulso varia de zero ateacute o maacuteximo a potecircncia tambeacutem varia na mesma proporccedilatildeo conforme estaacute indicado na figura 6
Este princiacutepio eacute usado justamente no controle PWM modulamos (variamos) a largura do pulso de modo a controlar o ciclo ativo do sinal aplicado a uma carga e com isso a potecircncia aplicada a ela
Na praacutetica substituiacutemos o interruptor por algum dispositivo de estado soacutelido que possa abrir e fechar o circuito rapidamente como por exemplo um transistor bipolar um FET de potecircncia um IGBT ou ateacute mesmo um SCR
A este dispositivo eacute entatildeo ligado um oscilador que possa ter seu ciclo ativo controlado numa grande faixa de valores Na praacutetica eacute difiacutecil chegar agrave duraccedilatildeo zero do pulso e agrave 100 jaacute que isso implicaria na parada do oscilador mas podemos chegar bem perto disso
Na operaccedilatildeo de um controle por PWM existem diversas vantagens a serem consideradas e alguns pontos para os quais o projetista deve ficar atento para natildeo jogar fora estas vantagens
Na condiccedilatildeo de aberto nenhuma corrente circula pelo dispositivo de controle e portanto sua dissipaccedilatildeo eacute nula Na condiccedilatildeo de fechado teoricamente se ele apresenta uma resistecircncia nula a queda de tensatildeo eacute nula e ele natildeo dissipa tambeacutem nenhuma potecircncia
Isso significa que na teoria os controles PWM natildeo dissipam potecircncia alguma e portanto consistem em soluccedilotildees ideais para este tipo de aplicaccedilatildeo
Na praacutetica entretanto isso natildeo ocorre Em primeiro lugar os dispositivos usados no controle natildeo satildeo capazes de abrir e fechar o circuito num tempo infinitamente pequeno Eles precisam de um tempo para mudar de estado e neste intervalo de tempo sua resistecircncia sobe de um valor muito pequeno ateacute infinito e vice-versa numa curva de comutaccedilatildeo semelhante a mostrada na figura 10
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Neste intervalo de tempo a queda de tensatildeo e a corrente atraveacutes do dispositivo natildeo satildeo nulas e uma boa quantidade de calor poderaacute ser gerada conforme a carga controlada Dependendo da frequecircncia de controle e da resposta do dispositivo usado uma boa quantidade de calor poderaacute ser gerada neste processo de comutaccedilatildeo
Entretanto mesmo com este problema a potecircncia gerada num controle PWM ainda eacute muito menor do que num circuito de controle linear equivalente Transistores de comutaccedilatildeo raacutepidos FETs de potecircncia e outros componentes de chaveamento podem ser suficientemente raacutepidos para permitir que projetos de controles de potecircncias elevadas sejam implementados sem a necessidade de grandes dissipadores de calor ou que tenham problemas de perdas de energia por geraccedilatildeo de calor que possam ser preocupantes
O segundo problema que poderaacute surgir vem justamente do fato de que os transistores de efeito de campo ou bipolares usados em comutaccedilatildeo natildeo se comportam como resistecircncias nulas quando saturados Os transistores bipolares podem apresentar uma queda de tensatildeo de ateacute alguns volts quando saturados o mesmo ocorrendo com os FETs
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11 - Soft-Starter
Soft start eacute um dispositivo eletrocircnico composto de pontes tiristorizadas a fim de controlar a corrente de partida de motores de corrente alternada trifaacutesicos o controle da tensatildeo reduzida eacute feita ajustando-se o acircngulo de disparo de um par de SCRs dispostos em antiparalelo em cada fase do motor A medida que a tensatildeo vai aumentando a corrente aumenta para acelerar a carga de uma maneira suave e sem degraus Seu uso eacute comum em bombas centriacutefugas ventiladores e motores de elevada potecircncia cuja aplicaccedilatildeo natildeo exija a variaccedilatildeo de velocidade
A vantagem desta teacutecnica sobre as alternativas de custo baixo eacute a possibilidade de ajustarmos o torque do motor as necessidades de torque da carga
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12 - Inversores
Introduccedilatildeo A obtenccedilatildeo de uma tensatildeo alternada a partir de uma fonte CC eacute muitas vezes necessaacuteria para a
alimentaccedilatildeo de diversas cargas Os conversores que realizam a transformaccedilatildeo CC-CA satildeo chamados de inversores Como exemplos de aplicaccedilotildees pode-se citar o controle de velocidade de motores de corrente alternada fontes de alimentaccedilatildeo ininterrupta (no-break) entre varias outras aplicaccedilotildees
Qualquer sistema no qual o fornecimento da energia eleacutetrica natildeo pode ser interrompido deve prever uma fonte de emergecircncia para supri-lo Quando a potecircncia instalada eacute muito grande tem-se em geral um sistema de acionamento imediato alimentado a partir de baterias e um sistema motor-gerador que por necessitar de alguns minutos para estar em condiccedilotildees ideais de operaccedilatildeo natildeo pode ser usado de imediato Tal arranjo eacute usado por exemplo em centrais telefocircnicas hospitais etc Topologias Baacutesicas
Inversor Monofaacutesico em Ponte A estrutura do inversos monofaacutesico em ponte alimentando carga resistiva estaacute representado na
Figura abaixo
As formas de onda de interesse satildeo apresentadas na figura abaixo Com S1 e S4 em conduccedilatildeo a
tensatildeo na carga eacute igual a E quando S2 e S3 estatildeo em conduccedilatildeo ela torna-se igual a -E
Quando a carga for indutiva devem ser adicionados a estrutura do circuito mostrado acima os
diodos de circulaccedilatildeo D1 D2 D3 e D4 como indica a figura abaixo Observe que com carga indutiva a fonte E deve ser reversiacutevel em corrente
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Etapas de funcionamento do inversor em ponte alimentando carga indutiva
Inversor Monofaacutesico em Ponto Meacutedio Este circuito representado na figura abaixo emprega apenas um braccedilo sendo desse modo mais
simples de ser comandado que o inversor em ponte porem a sua desvantagem eacute a tensatildeo de saiacuteda ser a metade
Inversor Monofaacutesico em Ponte
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13 - Dissipadores
A circulaccedilatildeo de corrente eleacutetrica por qualquer elemento provoca uma dissipaccedilatildeo de potecircncia igual ao produto do quadrado da corrente pela resistecircncia do circuito O objetivo eacute estabelecer criteacuterios para o dimensionamento de sistemas de dissipaccedilatildeo do calor produzido por componentes eletrocircnicos especialmente semicondutores de potecircncia (diodostransistores tiristores etc) buscando a proteccedilatildeo de tais componentes tendo como meta fundamental a elevada confiabilidade dos equipamentos nos quais os dispositivos satildeo empregados Deve-se buscar reduccedilatildeo de volume peso e custos
Caacutelculo da Potecircncia Dissipada
O caacutelculo da potecircncia dissipada deve ser feito via de regra pelo produto da tensatildeo pela corrente sobre o dispositivo em questatildeo
Comportamento em regime permanente potecircncia meacutedia
Nos dispositivos semicondutores de potecircncia o calor decorrente do efeito Joule eacute produzido na pastilha semicondutora fluindo daiacute para ambientes mais frios como o encapsulamento do dispositivo e o ambiente Este fluxo de calor depende de fatores como o gradiente de temperatura e as caracteriacutesticas teacutermicas dos meios e materiais envolvidos Define-se a grandeza ldquoresistecircncia teacutermicardquo como uma medida da dificuldade do fluxo de calor entre 2 meios ∆T diferenccedila de temperatura entre regiotildees de transferecircncia de calor P potecircncia meacutedia dissipada h coeficiente de transferecircncia de calor A aacuterea envolvida na transferecircncia de calor
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ANALOGIA COM CIRCUITO ELEacuteTRICO Em geral se faz uma analogia com um circuito eleacutetrico sendo a potecircncia meacutedia representada por uma fonte de corrente As temperaturas nos ambientes indicados (junccedilatildeo caacutepsula ambiente) satildeo anaacutelogas agraves tensotildees nos respectivos noacutes enquanto as resistecircncias teacutermicas satildeo as proacuteprias resistecircncias do modelo
Tj=Temperatura da junccedilatildeo Rtjc=Resistecircncia teacutermica entre junccedilatildeo e encapsulamento Tc=temperatura do encapsulamento Rtca=Resist Term Entre encapsulamento e ambiente Rtcd=Resist Entre encapsulament e dissipador Rtda=Resist Teacutermica entre dissipador e ambiente Partindo do anaacutelogo eleacutetrico chegamos a seguinte equaccedilatildeo tiacutepica Tj = Ta + P (Rtjc + Rtca) Exemplo 1 P = 20 W Rtjc = 2degCW Rtca = 10degCW Ta = 40degC Tjmax = 120degC Tc = Ta + P Rtca = 240degC Tj = Tc + P Rtjc = 280degC
Dissipadores de calor Considerando que natildeo seja possiacutevel reduzir a potecircncia meacutedia dissipada a alternativa para a proteccedilatildeo do semicondutor eacute colocar um dispositivo de baixa resistecircncia teacutermica entre o encapsulamento e o ambiente A este elemento colocado junto ao encapsulamento se diz ldquodissipador de calorrdquo Caracteriacutesticas dos dissipadores As principais caracteriacutesticas estatildeo relacionadas com dimensotildees e especialmente agrave sua superfiacutecie de contato com o ambiente Em geral estes dispositivos satildeo construiacutedos em alumiacutenio dada sua boa condutividade teacutermica (condiccedilatildeo indispensaacutevel) baixo custo e peso A figura mostra perfis tiacutepicos de dissipadores A utilizaccedilatildeo de grande nuacutemero de aletas eacute para aumentar a aacuterea de troca de calor A resistecircncia teacutermica para uma placa plana quadrada pode ser aproximadamente dada por
λ condutacircncia teacutermica (a 77o C) [W(oCcm)] W espessura do dissipador [mm]
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A aacuterea do dissipador [cm2] Cf fator de correccedilatildeo devido agrave posiccedilatildeo e tipo de superfiacutecie Na tabela abaixo satildeo dados alguns valores para os coeficientes da foacutermula O fator Cf varia com a posiccedilatildeo do dissipador sendo preferiacutevel uma montagem vertical agrave horizontal por criar um efeito ldquochamineacuterdquo Dissipadores pretos satildeo melhores irradiadores de calor que aqueles com superfiacutecie brilhante
Comportamento em regime transitoacuterio potecircncia de pico Quando a potecircncia dissipada no semicondutor consiste de pulsos de potecircncia eacute preciso verificar a proteccedilatildeo do componente em relaccedilatildeo aos picos de dissipaccedilatildeo Durante a ocorrecircncia do pico de potecircncia ocorre a elevaccedilatildeo da temperatura da junccedilatildeo embora natildeo ocorra variaccedilatildeo nas temperaturas do encapsulamento e do dissipador (que dependem da potecircncia meacutedia) devido agrave maior capacidade teacutermica da caacutepsula e especialmente do dissipador Tal capacidade teacutermica relaciona-se com o tipo de material utilizado e seu volume Na analogia eleacutetrica utilizada anteriormente ela se comporta como uma capacitacircncia O caacutelculo da temperatura da junccedilatildeo em tal regime transitoacuterio eacute feito utilizando uma grandeza chamada ldquoimpedacircncia teacutermicardquo Ztjc que leva em consideraccedilatildeo a capacidade teacutermica da junccedilatildeo Exemplo 2 Rtjc = 2deg CW Rtca = 5deg CW Rtcd = 2deg CW Rtda = 3deg CW Ztjc = 005deg CW Tjmax = 150deg C Ta = 40deg C P = 20W Pp = 1000W
Tj = 130 oC (o componente estaacute protegido em relaccedilatildeo agrave potecircncia meacutedia) Tc = 90 oC Tj = Tc + Pp Ztjc = 140 oC
Caacutelculo dos Dissipadores
bull A temperatura de trabalho da junccedilatildeo deve ser 20 a 30 menor que seu valor maacuteximo para permitir a proteccedilatildeo do componente sem super-dimensionar o dissipador middot Para ambientes nos quais natildeo se faccedila um controle riacutegido da temperatura deve-se usar uma temperatura ambiente de 40oC
bull Caso o dissipador fique dentro de algum bastidor ou caixa na qual a temperatura possa se elevar acima dos 40oC deve-se considerar sempre a maacutexima temperatura do ar com o qual o dissipador troca calor Eacute conveniente agrave falta de maiores informaccedilotildees utilizar o valor de 40oC e verificar apoacutes a entrada em operaccedilatildeo do protoacutetipo a verdadeira temperatura ambiente
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bull Deve-se verificar a necessidade do uso de isoladores (mica teflon ou mylar) e natildeo desconsiderar suas resistecircncias teacutermicas middot O emprego de pastas teacutermicas eacute sempre recomendado e se deve considerar tambeacutem sua resistecircncia teacutermica
b) No transitoacuterio
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Apecircndice A
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Laboratoacuterio 1
Diodo Ache os componentes em sucatas e monte o circuito abaixo em placa de circuito impresso corroiacuteda Lista de material
4 Diodos 1N4007 2 Capacitores 330uF200V 2 Resistores 150K 18W 1 Suporte p lacircmpada 1 Lacircmpada 40W220V 1 Conector p placa de 2 bornes 6 Chaves HH 1 Rabicho com plugue Placa p circuito impresso virgem (fibra fenolite perfurada) Caneta retro projetor ou esmalte p unhas Palha de accedilo ou acetona e pedaccedilo de pano Soluccedilatildeo de percloreto de ferro Estanho em fio
Obs Colocar o seu nome no lado do cobre a caneta ou esmalte antes da corrosatildeo
Montado na placa o circuito acima e testado fazer os seguintes exerciacutecios 1 ndash Com o interruptor Ch7 ligado os interruptores Ch3 Ch4 Ch5 e Ch6 desligados e os interruptores Ch1 e Ch2 na posiccedilatildeo 1 faccedila a seguinte medida meccedila com o osciloscoacutepio colocando a garra jacareacute onde aparece o GND e o pinccedila no ponto 1 de forma que apareccedila somente o semi-ciclo positivo na tela tambeacutem reproduza abaixo a forma de onda encontrada e registre onde a posiccedilatildeo do zero O aparelho ajustado da seguinte forma O botatildeo de tempodivisatildeo em 5mS O botatildeo tensatildeodivisatildeo ajustado em 5V A ponteira ajustada em X10
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2 ndash Permanecendo o interruptor Ch7 ligado Ch5 e Ch6 desligados poreacutem Ch1 e Ch2 na posiccedilatildeo 2 e Ch3 e Ch4 ligados faccedila novamente a medida e reproduza na tela abaixo a forma de onda
3 - Permanecendo o interruptor Ch7 ligado Ch3 Ch4 Ch5 e Ch6 agora ligados e Ch1 e Ch2 na posiccedilatildeo 2 faccedila novamente a medida e reproduza na tela abaixo a forma de onda
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4 ndash O que aconteceu com a potecircncia (brilho) da lacircmpada Com circuito configurado como no exerciacutecio 1 e exerciacutecio 3 (aumentou ou diminuiu) Porque ocorreu isto _____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
5 ndash Qual eacute a nova potecircncia da lacircmpada Provar por meio de caacutelculos 6 ndash Por fim com o circuito configurado como no exerciacutecio 3 coloque uma lacircmpada de maior potecircncia e visualize o ripple novamente com o osciloscoacutepio explique o que ocorreu _____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
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Laboratoacuterio 2 TRANSISTOR BIPOLAR (BJT)
Os transistores de potecircncia apresentam caracteriacutesticas de chaveamento controlado Os transistores utilizados como elementos de chaveamento operam na regiatildeo de saturaccedilatildeo apresentando uma baixa queda de tensatildeo de conduccedilatildeo (VCE=0V) (VBE=13V)
Este laboratoacuterio tem o objetivo de fazer um retificador e filtro diretamente da rede alternada com componentes retirados de fontes chaveadas de computadores apoacutes o estaacutegio de retificaccedilatildeo e filtro faremos funcionar uma lacircmpada incandescente de 220 volts corrente alternada em corrente contiacutenua com o auxiacutelio de um transistor de potencia tambeacutem retirado das mesmas fontes
Calcule o R1 e monte o circuito e apoacutes responda as questotildees
Pinos 1 ndash Base 2 ndash Coletor 3 ndash Emissor
Alguns transistores encontrados em fontes chaveadas de computador Transistor VCE (V) Ic (A) β MJE13007 400 8 5
2SC4106 400 7 10
2SC5027 800 3 8
2SC5353 800 3 15
2SC2335 400 7 10
2SC4242 400 7 10
2SC5763 400 7 10
1 ndash Escolha o transistor e faccedila o calculo para descobrir R1 e depois monte o circuito Transistor escolhido ______________
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2 ndash Meccedila a corrente no ponto 1 e compare com o calculado Faccedila as observaccedilotildees necessaacuterias
Corrente no ponto (1)
Calculado
Medido _____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
3 ndash Por que existem os resistores em paralelo com os capacitores
_____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
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Laboratoacuterio 3
TRANSISTOR EFEITO DE CAMPO (FET) O transistor de potecircncia MOSFET eacute um dispositivo de tensatildeo controlada e necessita apenas de tensatildeo no gatilho A velocidade de chaveamento eacute muito alta (nanosegundos) MOSFETrsquos de potecircncia satildeo utilizados em conversores de baixa potecircncia e alta frequumlecircncia Estes transistores apresentam problemas de descargas eletrostaacuteticas necessitando de cuidados especiais Este experimento tem como objetivo mostrar o funcionamento de Mosfets em uma aplicaccedilatildeo pratica para tanto montaremos o circuito abaixo
Pinagem 1 ndash GATE 2 ndash DRAIN 3 ndash SOURCE
Alguns transistores encontrados no comeacutercio
Transistor Tensatildeo Vds(V) Corrente Id (A)
IRF840 500 85 IRF740 400 10
1 ndash Meccedila a corrente no ponto 1 Corrente no ponto 1 ______________ No ponto 2 coloque 1deg o multiacutemetro antes de ligar o circuito Meccedila a corrente no ponto 2 Corrente no ponto 2 ______________ Por que isto ocorre 2 ndash Calcule a corrente que passa entre os resistores E compare com os valores medidos e faccedila as observaccedilotildees necessaacuterias
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Laboratoacuterio 4
SCR E TRIAC
Este laboratoacuterio tem o objetivo de comprovar o funcionamento do componente SCR e TRIAC e diferenciaacute-los 1
A - Primeiramente ligue a chave 1 mantendo a chave 2 desligada o que ocorre _____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
B ndash Mantendo ligada a chave 1 ligue a chave 2 por um breve intervalo de tempo e desligue-a O que acontece Justifique sua resposta _____________________________________________________________________________________ _____________________________________________________________________________________ 2
C ndash Faccedila a mesma sequumlecircncia usada nas questotildees A e B Sequumlecircncia da questatildeo A________________________________________________________________
Sequumlecircncia da questatildeo B_________________________________________________________________
D - Faccedila as consideraccedilotildees comparando os circuitos 1 e 2
_____________________________________________________________________________________ _____________________________________________________________________________________
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E ndash Faccedila um comentaacuterio sobre a omissatildeo das chaves _____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
4
F - Comente os circuitos 3 e 4 haacute alguma diferenccedila no brilho da lacircmpada
_____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
Pinos do SCR e BTA 1 ndash Catodo A2 2 ndash Anodo A1 3 ndash Gatilho
Alguns SCRs encontrados no comeacutercio
Tiristor
Tensatildeo Vds(V)
Corrente Id (A)
BT151 500 85 TIC106 400 10
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Laboratoacuterio 5
DIAC E TRIAC O objetivo eacute montar o circuito abaixo e visualizar com o osciloscoacutepio a forma de onda em cima da carga no nosso caso a lacircmpada enquanto varia o potenciocircmetro
Pinagem 1 ndash A1 2 ndash A2 3 ndash G Alguns triacs encontrado no comeacutercio BTA08 ndash 8A BTA26 ndash 26A MAC224 ndash 40A TIC226 ndash 8A
Coloque a ponteira em cima da carga e deixe o potenciocircmetro no meio do curso e reproduza na tela abaixo Registre o ajuste que foi feito no osciloscoacutepio para aparecer o meio ciclo superior na tela
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Laboratoacuterio 6
PWM Este circuito eacute simples com o famoso CI 555 para gerar o sinal PWM Controlando uma carga que conseguimos observar o estaacute acontecendo
1 ndash Qual a frequumlecircncia gerada do sinal PWM _______________________________________________________________________________
_______________________________________________________________________________
2 ndash O que acontece com a lacircmpada quando varia o potenciocircmetro
_______________________________________________________________________________
_______________________________________________________________________________
3 ndash Trocando o capacitor de 100nF por um de 10nF qual seraacute a nova frequumlecircncia
_______________________________________________________________________________
_______________________________________________________________________________
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Laboratoacuterio 7
INVERSOR Este circuito eacute o conceito baacutesico do princiacutepio de funcionamento de um inversor que eacute capaz de gerar uma tensatildeo alternada a partir de uma tensatildeo contiacutenua
1 ndash O motor estaacute girando _____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
2 ndash Caso afirmativo na primeira pergunta coloque a ponteira do osciloscoacutepio em um dos terminais do motor e a garra jacareacute no terra e meccedila a frequumlecircncia _____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
3 ndash O que estaacute acontecendo com o motor em suas caracteriacutesticas fiacutesicas Mudou a velocidade estaacute aquecendo estaacute trepidando etc _____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
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Apendice B
Coacutedigo de resistores
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Capacitores ceracircmicos
O valor do capacitorB eacute de 3300 pF (picofarad = 10-12 F) ou 33 nF (nanofarad = 10-9 F) ou 00033 microF (microfarad =
10-6 F) No capacitor A devemos acrescentar mais 4 zeros apoacutes os dois primeiros algarismos O valor do capacitor que se lecirc 104 eacute de 100000 pF ou 100 nF ou 01microF
O aparecimento de uma letra maiuacutescula ao lado dos nuacutemeros Esta letra refere-se a toleracircncia do capacitor ou seja o quanto que o capacitor pode variar de seu valor em uma temperatura padratildeo de 25deg C A letra J significa que este capacitor pode variar ateacute plusmn5 de seu valor a letra K = plusmn10 ou M = plusmn20 Segue na tabela abaixo os coacutedigos de toleracircncias de capacitacircncia
Ateacute 10pF Coacutedigo Acima de 10pF
plusmn01pF B
plusmn025pF C
plusmn05pF D
plusmn10pF F plusmn1
G plusmn2
H plusmn3
J plusmn5
K plusmn10
M plusmn20
S -50 -20
Z +80 -20
ou +100 -20
P +100 -0
O coeficiente de temperatura TC que define a variaccedilatildeo da capacitacircncia dentro de uma determinada faixa de temperatura O TC eacute normalmente expresso em ou ppmdegC ( partes por milhatildeo degC ) Eacute usado uma sequumlecircncia de letras ou letras e nuacutemeros para representar os coeficientes Observe o desenho abaixo
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Na tabela abaixo estatildeo mais alguns coeficientes de temperatura e as toleracircncias que satildeo muito utilizadas por diversos fabricantes de capacitores
Coacutedigo Coeficiente de temperatura NPO -0plusmn 30ppmdegC N075 -75plusmn 30ppmdegC N150 -150plusmn 30ppmdegC N220 -220plusmn 60ppmdegC N330 -330plusmn 60ppmdegC N470 -470plusmn 60ppmdegC N750 -750plusmn 120ppmdegC N1500 -1500plusmn 250ppmdegC N2200 -2200plusmn 500ppmdegC N3300 -3300plusmn 500ppmdegC N4700 -4700plusmn 1000ppmdegC N5250 -5250plusmn 1000ppmdegC P100 +100plusmn 30ppmdegC
Outra forma de representar coeficientes de temperatura eacute mostrado abaixo Eacute usada em capacitores que se caracterizam
pela alta capacitacircncia por unidade de volume (dimensotildees reduzidas) devido a alta constante dieleacutetrica sendo recomendados para aplicaccedilatildeo em desacoplamentos acoplamentos e supressatildeo de interferecircncias em baixas tensotildees
Os coeficientes satildeo tambeacutem representados exibindo sequumlecircncias de letras e nuacutemeros como por exemplo X7R Y5F e Z5U Para um capacitor Z5U a faixa de operaccedilatildeo eacute de +10degC que significa Temperatura Miacutenima seguido de +85degC que significa Temperatura Maacutexima e uma variaccedilatildeo Maacutexima de capacitacircncia dentro desses limites de temperatura que natildeo ultrapassa -56 +22
Veja as trecircs tabelas abaixo para compreender este exemplo e entender outros coeficientes
Temperatura Miacutenima
Temperatura Maacutexima
Variaccedilatildeo Maacutexima de Capacitacircncia
X -55degC Y -30degC Z +10degC
2 +45degC 4 +65degC 5 +85degC 6 +105degC 7 +125degC
A plusmn10 B plusmn15 C plusmn22 D plusmn33 E plusmn47 F plusmn75 P plusmn10 R plusmn15 S plusmn22 T -33 +22 U -56 +22 V -82 +22
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Capacitores de filme plaacutestico
O desenho ao lado mostra capacitores que tem os seus valores impressos em nanofarad (nF) = 10-9F Quando aparece no capacitor uma letra n minuacutescula como um dos tipos apresentados ao lado por exemplo 3n3 significa que este capacitor eacute de 33nF No exemplo o n minuacutesculo eacute colocado ao meio dos nuacutemeros apenas para economizar uma viacutergula e evitar erro de interpretaccedilatildeo de seu valor
Capacitores de Ceracircmica Multicamada
Capacitores de Polieacutester Metalizado usando coacutedigo de cores
A tabela abaixo mostra como interpretar o coacutedigo de cores dos capacitores abaixo No capacitor A as 3 primeiras cores satildeo laranja laranja e laranja correspondem a 33000 equivalendo a 33 nF A cor branca logo adiante eacute referente a plusmn10 de toleracircncia E o vermelho representa a tensatildeo nominal que eacute de 250 volts
1ordf Algarismo 2ordf Algarismo 3ordf Ndeg de zeros 4ordf Toleracircncia 5ordf Tensatildeo
PRETO 0 0 - plusmn 20 -
MARROM 1 1 0 - -
VERMELHO 2 2 00 - 250V
LARANJA 3 3 000 - -
AMARELO 4 4 0000 - 400V
VERDE 5 5 00000 - -
AZUL 6 6 - - 630V
VIOLETA 7 7 - - -
CINZA 8 8 - - -
BRANCO 9 9 - plusmn 10 -
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Apecircndice C
Osciloscoacutepio Geralmente os osciloscoacutepios tecircm os controles e entradas que podem ser divididos em cinco grupos
1 ndash Controle da fonte de alimentaccedilatildeo 2 ndash Controles de ajuste do traccedilo ou ponto na tela 3 ndash Controles e entrada de atuaccedilatildeo vertical 4 ndash Controles e entrada de atuaccedilatildeo horizontal 5 ndash Controles de entrada de sincronismo
1 - CONTROLE DA FONTE DE ALIMENTACcedilAtildeO 11 - INTERRUPTOR Sua funccedilatildeo eacute interromper ou estabelecer a corrente no primaacuterio do transformador de fora Sua atuaccedilatildeo normalmente eacute acompanhada por uma lacircmpada piloto que serve de aviso visual sobre a situaccedilatildeo do circuito (ligado ou desligado) Normalmente este interruptor se encontra acoplado junto do potenciocircmetro de controle de brilho 12 - COMUTADOR DE TENSAtildeO Sua funccedilatildeo eacute selecionar a tensatildeo de funcionamento do osciloscoacutepio (127 220V) Permite utilizar o instrumento sem a necessidade de recorrer a um transformador abaixador ou elevador de tensatildeo (geralmente o acesso deste comutador eacute visto na parte de traz do aparelho) 2 - CONTROLES DE AJUSTE DO TRACcedilO OU PONTO NA TELA 21 - BRILHO OU LUMINOSIDADE Eacute o controle que ajusta a luminosidade do ponto ou do traccedilo O controle do brilho eacute feito por meio de um potenciocircmetro situado no circuito da grade de controle do TRC mediante o qual se regula o potencial desta grade (deve-se evitar o uso de brilho excessivo sob pena de se danificar a tela) 22 - FOCO Eacute o controle que ajusta a nitidez do ponto ou traccedilo luminoso O ajuste do foco eacute conseguido mediante a regulagem de um potenciocircmetro que regula a polarizaccedilatildeo do eletrodo de enfoque O foco deve ser ajustado de forma a se obter um traccedilo fino e niacutetido na tela (estes ajustes de brilho e de foco satildeo ajustes baacutesicos que devem ser feitos sempre que se for usar o osciloscoacutepio)
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23 - ILUMINACcedilAtildeO DA RETIacuteCULA Permite que se ilumine o quadriculado ou as divisotildees na tela 3 - CONTROLES E ENTRADA DE ATUACcedilAtildeO VERTICAL 31 - ENTRADA DE SINAL VERTICAL Nesta entrada eacute conectada a ponta de prova do osciloscoacutepio As variaccedilotildees de tensatildeo aplicadas nesta entrada aparecem sob forma de figura na tela 32 - CHAVE DE SELECcedilAtildeO DE MODO DE ENTRADA (CA-CC) Esta chave eacute selecionada de acordo com o tipo de forma de onda a ser observada Em alguns osciloscoacutepios esta chave possui trecircs posiccedilotildees (CA-0-CC ou AC-GND-DC) Esta posiccedilatildeo adicional eacute usada para a realizaccedilatildeo de ajustes do traccedilo do osciloscoacutepio em algumas situaccedilotildees Por exemplo quando se deseja Uma referecircncia na tela 33 - CHAVE SELETORA DE GANHO (VDiv) Esta chave permite que se aumente ou que se diminua a amplitude de projeccedilatildeo na tela do osciloscoacutepio (altura da imagem) 34 - POSICcedilAtildeO VERTICAL Permite movimentar a imagem para cima ou para baixo na tela A movimentaccedilatildeo natildeo interfere na forma da figura projetada na tela 4 - CONTROLES DE ATUACcedilAO HORIZONTAL 41 - CHAVE SELETORA DE BASE DE TEMPO Eacute o controle que permite variar o tempo de deslocamento horizontal do ponto na tela Atraveacutes deste controle eacute possiacutevel reduzir ou ampliar horizontalmente na tela a figura nela projetada Em alguns osciloscoacutepios esta chave seletora tem uma posiccedilatildeo identificada como EXT (externa) o que possibilita que o deslocamento horizontal pode ser controlado por circuito externo ao osciloscoacutepio atraveacutes de uma entrada especiacutefica Quando a posiccedilatildeo externa eacute selecionada natildeo haacute formaccedilatildeo do traccedilo na tela obtendo-se apenas um ponto 42 - POSICcedilAtildeO HORIZONTAL Eacute o ajuste que permite controlar horizontalmente a forma de onda na tela Girando o controle de posiccedilatildeo horizontal para a direita o traccedilo move-se horizontalmente para a direita e vice-versa Assim como o controle de posiccedilatildeo vertical o controle de posiccedilatildeo horizontal natildeo interfere na forma da figura projetada na tela
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5 - CONTROLES E ENTRADA DE SINCRONISMO (TRIGGER) Satildeo controles que se destinam a fixar a imagem na tela Estes controles satildeo utilizados principalmente na observaccedilatildeo de sinais alternados Os controles de sincronismo satildeo Chave seletora de fonte de sincronismo Chave de modo de sincronismo Controle de niacutevel de sincronismo 51 - CHAVE SELETORA DE FONTE DE SINCRONISMO Seleciona onde seraacute tomada o sinal de sincronismo para fixar a imagem na tela do osciloscoacutepio Normalmente esta chave possui trecircs posiccedilotildees pelo menos POSICcedilAtildeO CH1 O sincronismo eacute controlado pelo sinal aplicado ao canal 1 POSICcedilAtildeO REDE Realiza o sincronismo com base na frequecircncia da rede de alimentaccedilatildeo do osciloscoacutepio (60Hz) Nesta posiccedilatildeo consegue-se facilmente sincronizar na tela sinais aplicados na entrada vertical que sejam obtidos a partir da rede eleacutetrica POSICcedilAtildeO EXTERNO Na posiccedilatildeo externo o sincronismo da figura eacute obtido agrave partir de outro equipamento externo conectado ao osciloscoacutepio O sinal que controla o sincronismo na posiccedilatildeo externo eacute aplicado a entrada de sincronismo 52 - CHAVE DE MODO DE SINCRONISMO Normalmente esta chave tem duas ou trecircs posiccedilotildees AUTO Nesta posiccedilatildeo o osciloscoacutepio realiza o sincronismo automaticamente com base no sinal selecionado pela chave seletora de fonte de sincronismo NORMAL + O sincronismo eacute positivo ajustado manualmente pelo controle de niacutevel de sincronismo (TRIGGER) de modo que o primeiro pico que apareccedila na tela seja o positivo NORMAL - O sincronismo eacute negativo tambeacutem ajustado manualmente entretanto o primeiro pico a aparecer eacute o negativo 53 - CONTROLE DE NIacuteVEL DE SINCRONISMO (TRIGGER) Eacute um controle manual que permite o ajuste do sincronismo quando natildeo se consegue um sincronismo automaacutetico Tem atuaccedilatildeo nas posiccedilotildees NORMAL + e NORMAL - OBSERVACcedilAtildeO Para se realizar leituras eacute necessaacuterio sincronizar a figura na tela II - ENTRADA E CONTROLE DO OSCILOSCOacutePIO DUPLO TRACcedilO O osciloscoacutepio de duplo traccedilo possui alguns controles que satildeo comuns aos dois traccedilos e outros que satildeo individuais Os controles de brilho foco base de tempo e de posiccedilatildeo horizontal satildeo controles que satildeo comuns aos dois traccedilos Basicamente os controles individuais situam-se nas entradas e controles do vertical nos controles e entrada de sincronismo ENTRADAS E CONTROLES DO VERTICAL Para que se possa observar dois sinais simultaneamente eacute necessaacuterio que se aplique uma tensatildeo em cada uma das entradas verticais O osciloscoacutepio duplo traccedilo dispotildee de dois grupos de controles verticais Um grupo para o canal A ou canal 1 (CH1) Um grupo para o canal B ou canal 2 (CH2) Cada grupo controla um dos sinais na tela (amplitude posiccedilatildeo vertical etc) Geralmente satildeo iguais Cada canal dispotildee de Entrada Vertical Chave Seletora CA-O-CC Chave Seletora de ganho vertical (DDiv) Posiccedilatildeo vertical Um osciloscoacutepio de duplo traccedilo pode ainda ser utilizado como sendo um osciloscoacutepio de traccedilo simples Uma chave seletora permite que se possa selecionar cada canal individualmente ou os dois simultaneamente Esta chave possui pelo menos trecircs posiccedilotildees CH1
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CH2 DUAL Na posiccedilatildeo CH1 apareceraacute apenas a imagem na tela que estiver sendo aplicada na entrada vertical do canal 1 Na posiccedilatildeo CH2 apareceraacute apenas a imagem na tela que estiver sendo aplicada na entrada vertical do canal 2 Na posiccedilatildeo DUAL aparecem as duas imagens Em osciloscoacutepios mais sofisticados esta chave pode possuir mais posiccedilotildees de modo a permitir outras alternativas de uso CONTROLES DE SINCRONISMO Realizam as mesmas funccedilotildees do osciloscoacutepio traccedilo simples que eacute a de fixar a imagem na tela O que diferencia eacute o fato de que na chave seletora de fonte existe uma posiccedilatildeo adicional de modo a poder sincronizar a figura PONTAS DE PROVA As pontas de prova satildeo utilizadas para interligar o osciloscoacutepio aos pontos de medida
Uma das extremidades da ponta de prova eacute conectada a uma das entradas do osciloscoacutepio atraveacutes de um conector e a extremidade livre serve para conexatildeo aos pontos de medida A extremidade livre possui uma garra jacareacute denominada de terra da ponta de prova que deve ser conectada ao terra do circuito e uma ponta de entrada de sinal que deve ser conectada no ponto que se deseja medir Existem dois tipos de ponta de prova ponta de prova 11 ponta de prova 101 A ponta de prova 11 se caracteriza por aplicar agrave entrada do osciloscoacutepio a mesma tensatildeo ou forma de onda que eacute aplicada a ponta de mediccedilatildeo A ponta de prova 101 entrega ao osciloscoacutepio apenas a deacutecima parte da tensatildeo aplicada a ponta de mediccedilatildeo As pontas de prova 101 permitem que o osciloscoacutepio consiga observar tensotildees dez vezes maior que a sua capacidade Por exemplo Um osciloscoacutepio que permite a leitura de tensotildees de 50V com ponta de prova 11 com ponta de prova 101 poderaacute medir tensotildees de ateacute 500V (10x50V) Existem pontas de prova que dispotildee de um botatildeo onde se pode selecionar 101 ou 11 Obs Quando natildeo se tem total certeza da grandeza da tensatildeo envolvida eacute aconselhaacutevel iniciar a mediccedilatildeo com o posiccedilatildeo 101
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Bibliografia
1 Dispositivos semicondutores tiristores controle de potecircncia em CC e CA 1996 - ALMEIDA Joseacute Luiz Antunes de Satildeo Paulo Eacuterica 1996 150 p
2 Dispositivos semicondutores diodos e transistores 1996 MARQUES Angelo Eduardo B
CHOUERI JUacuteNIOR Salomatildeo CRUZ Eduardo Cesar Alves Satildeo Paulo Eacuterica 1996 389 p
3 Anaacutelise e projeto de fontes chaveadas MELLO Luiz Fernando P de Satildeo Paulo Eacuterica 1996 487 p
4 Eletrocircnica de potecircncia circuitos dispositivos e aplicaccedilotildees 1999 RASHID Muhammad H Satildeo Paulo Makron Books 1999 828 p
5 Eletrocircnica de potecircncia 1994 - PALMA Guilherme Rebouccedilas da Satildeo Paulo Eacuterica 1994 259 p
6 Dispositivos eletrocircnicos e teoria de circuitos - 8 ed 2004 -
BOYLESTAD Robert L NASHELSKY Louis CAMARGO Joseacute Bueno de NASCIMENTO Joseacute Lucimar do PERTENCE JUNIOR Antonio (Coord) Satildeo Paulo Pearson Prentice Hall 2004 672 p
7 Rodrigues Isac Zilli Notas de aula da disciplina de Eletrocircnica II do Curso de Engenharia
Eleacutetrica da UPF Passo Fundo RS 2000
8 Ghirardello Ariovaldo Apostila sobre Modulaccedilatildeo PWM Coleacutegio Politec
9 Electronics Workbench Versatildeo 512
10 LabcenterElectronics 1989-2008 Release 75 SP3
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Outra forma de obter um circuito de disparo eacute o demonstrado abaixo porem eacute importante notar nesta situaccedilatildeo que estamos atrelados a transistores bipolares natildeo sendo aconselhaacutevel a altas frequumlecircncias ou pelo menos dar uma olhada no datasheet dos transistores que seratildeo utilizados com atenccedilatildeo a frequumlecircncia maacutexima de trabalho
Figura 18
Este circuito nada mais eacute do que um gate driver que pode se fazer com componentes discretos ou com auxilio de CIs fabricados especialmente para isto a saiacuteda pode ser para um MOSFET ou para vaacuterios deles Isto eacute mais faacutecil de verificar em IGBTs que seraacute estudado em seguida
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6 ndash Transistor IGBT O IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) alia a facilidade de acionamento dos MOSFET com as pequenas perdas em conduccedilatildeo dos TBP Sua velocidade de chaveamento eacute superior agrave dos transistores bipolares Os limites atuais de tensatildeo e corrente em dispositivos uacutenicos estatildeo em torno de 2kV e 1000A o que indica que tal componente pode ser utilizado em aplicaccedilotildees de potecircncia
O controle de componente eacute anaacutelogo ao do MOSFET ou seja pela aplicaccedilatildeo de uma polarizaccedilatildeo entre gate e emissor Tambeacutem para o IGBT o acionamento eacute feito por tensatildeo O IGBT possui uma corrente maacutexima que natildeo deve ser ultrapassada se isso ocorrer natildeo se consegue cortar o IGBT retirando a tensatildeo do Gate A corrente fluiraacute pelo dreno sem controle e isso poderaacute danificar o componente Esse fato eacute conhecido por LatchUp Princiacutepio de funcionamento
A estrutura do IGBT eacute similar agrave do MOSFET mas com a inclusatildeo de uma camada P+ que forma o coletor do IGBT como mostrado na figura abaixo Em termos simplificados pode-se analisar o IGBT como um MOSFET no qual a regiatildeo N- tem sua condutividade modulada pela injeccedilatildeo de portadores minoritaacuterios (lacunas) a partir da regiatildeo P+ uma vez que J1 estaacute diretamente polarizada Esta maior condutividade produz uma menor queda de tensatildeo em comparaccedilatildeo a um MOSFET similar A maacutexima tensatildeo suportaacutevel eacute determinada pela junccedilatildeo J2 (polarizaccedilatildeo direta) e por J1 (polarizaccedilatildeo reversa) Como J1 divide 2 regiotildees muito dopadas conclui-se que um IGBT natildeo suporta tensotildees elevadas quando polarizado reversamente
Figura 19 Estrutura baacutesica de IGBT
A entrada em conduccedilatildeo eacute similar ao MOSFET sendo um pouco mais lenta a queda da tensatildeo Vce uma vez que isto depende da chegada dos portadores vindos da regiatildeo P+ Para o desligamento no entanto tais portadores devem ser retirados Nos TBPs isto se daacute pela drenagem dos portadores via base o que natildeo eacute possiacutevel nos IGBTs devido ao acionamento isolado A soluccedilatildeo encontrada foi a inclusatildeo de uma camada N+ na qual a taxa de recombinaccedilatildeo eacute bastante mais elevada do que na regiatildeo N- Desta forma as lacunas presentes em N+ recombinam-se com muita rapidez fazendo com que por difusatildeo as lacunas existentes na regiatildeo N- refluam apressando a extinccedilatildeo da carga acumulada na regiatildeo N- possibilitando o restabelecimento da barreira de potencial e o bloqueio do componente
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7 - Tiristor
O tiristor e o SCR satildeo facilmente confundidos pois estatildeo relacionados ao mesmo componente Tiristor eacute o nome de uma famiacutelia de componentes da qual o SCR faz parte O SCR eacute um diodo controlado muito utilizado em equipamentos de controle industrial que iremos ver detalhadamente mais tarde Funcionamento de uma forma geral O tiristor eacute um dispositivo semicondutor de quatro camadas de estrutura PNPN com trecircs junccedilotildees PN Tem trecircs terminais Anodo Catodo e Gatilho Os terminais anodo e catodo quando polarizados diretamente soacute comeccedilam a conduzir se receber um comando no terminal gatilho Uma vez conduzindo ele se comportara como um diodo em conduccedilatildeo e natildeo haacute controle sobre o dispositivo Desligamento A corrente de anodo eacute conservada abaixo da corrente de manutenccedilatildeo por um tempo suficiente grande de forma que todos os portadores em excesso nas quatro camadas sejam eliminados ou recombinados
Alguns toacutepicos que devem ser levado em consideraccedilatildeo em projeto de circuitos de controle de gatilho
1- O sinal de gatilho deve ser retirado apoacutes o disparo do tiristor Um sinal contiacutenuo aumentaria a perda de potencia na junccedilatildeo do gatilho
2- Enquanto o tiristor estiver reversamente polarizado natildeo devera haver sinal de gatilho De outra forma o tiristor poderia falhar devido a um aumento de corrente de fuga
3- A largura do pulso de gatilho IG tem que ser maior que o tempo necessaacuterio para a corrente do anodo crescer ateacute o valor da corrente de manutenccedilatildeo IH Na praacutetica a largura do pulso no tiristor TON
Tipos de Tiristores Tiristor de controle de fase SCR Tiristor triodo bidirecional TRIAC Tiristor de desligamento pelo gatilho GTO Tiristor de conduccedilatildeo reversa RCT Tiristor de induccedilatildeo estaacutetica SITH Tiristor de desligamento auxiliado pelo gatilho GATT Retificador controlado de siliacutecio controlado por luz LASCR Tiristores controlados por MOS MCTs
Conversatildeo e o controle de grandes quantidades de potencia em sistemas CC e CA utilizando apenas uma pequena potencia para controle pois apresenta chaveamento raacutepido pequeno porte e altos valores de corrente e tensatildeo
Algumas exemplos de aplicaccedilotildees
bull Controle de reles e motores bull Fontes de tensatildeo regulada bull Inversores CC-CA bull Controle de iluminaccedilatildeo
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71 - Tiristor SCR Siacutembolo
O SCR eacute um dispositivo semicondutor de quatro camadas de estrutura PNPN com trecircs junccedilotildees PN Ele tem trecircs terminais anodo catodo e gatilho como eacute visto na figura abaixo
Figura 20
O SCR tal como um diodo soacute conduz corrente no sentido do anodo para o catodo mas apenas quando lhe aplicamos um sinal de tensatildeo no terminal chamado gatilho este meacutetodo de disparo eacute o mais utilizado para se disparar o SCR Mas existem outras formas de disparo normalmente indesejado e em alguns casos podem destruir o componente
Disparo por sobretensatildeo Quando o SCR estaacute polarizado diretamente e aumenta-se a tensatildeo VAK J1 e J3 estatildeo polarizados diretamente mas J2 estaacute reversamente polarizado veja a figura acima Com o aumento de VAK os portadores satildeo acelerados na junccedilatildeo J2 podendo atingir uma energia tatildeo grande que provocaratildeo o fenocircmeno avalanche Esse fenocircmeno faz com que muitos eleacutetrons choquem-se e saiam das orbitas dos aacutetomos da rede Estando disponiacuteveis para a conduccedilatildeo esses eleacutetrons permitem que a corrente de anodo cresccedila Aumentando a corrente de anodo estabelece-se a realimentaccedilatildeo entre os terminais mantendo o SCR disparado Este tipo de disparo eacute chamado de Tensatildeo de Breakover (VBO) Disparo por variaccedilatildeo de tensatildeo (dvdt) Para que um capacitor armazene carga eleacutetrica eacute necessaacuterio haver uma variaccedilatildeo de tensatildeo(∆v) no capacitor em um intervalo de tempo (∆t) eacute necessaacuterio que circule ainda uma corrente i pelo capacitor quando estas variaccedilotildees satildeo muito pequenas a expressatildeo que relaciona estas grandezas eacute apresentada abaixo
dt
dvCi =
Em um SCR polarizado diretamente J2 estaacute reversamente polarizado Nesta junccedilatildeo existe carga armazenada iacuteons positivos de um lado e iacuteons negativos do outro Isto eacute como um capacitor carregado Assim natildeo havendo pulso no gatilho fechando-se S1 a capacitacircncia de J2 faraacute com que circule uma corrente de gatilho Como esta variaccedilatildeo eacute muito grande a corrente resultante seraacute muito grande Essa
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corrente poderaacute ser suficiente para estabelecer o processo de realimentaccedilatildeo fazendo com que o componente entre em conduccedilatildeo
Figura 21
Esse disparo normalmente indesejado pode ser evitado pela accedilatildeo de um circuito de proteccedilatildeo
chamado snubber esse circuito eacute formado por um resistor em serie com um capacitor colocados em paralelo com o SCR
Figura 22 Circuito snubber colocado em paralelo com o SCR
Os meacutetodos de comutaccedilatildeo ou de bloqueio de um SCR significa cortar a corrente que ele conduz e impedir que ele retorne a conduccedilatildeo A comutaccedilatildeo estaraacute completa quando a corrente no sentido direto for anulado e a reaplicaccedilatildeo de tensatildeo direta entre os terminais catodo e anodo natildeo provocarem o retorno do estado de conduccedilatildeo A comutaccedilatildeo natural ocorre quando se reduz a corrente de anodo a um valor abaixo de IH chamada corrente de manutenccedilatildeo (holding current) o SCR eacute bloqueado Este bloqueio pode ser visto melhor na figura abaixo Com S2 aberto mesmo com S1 fechado o SCR estaacute bloqueado pois natildeo haacute corrente no gatilho Fechando S2 pelo R circula uma corrente de gatilho que eacute suficiente para disparar o SCR Abrindo entatildeo S1 a corrente na lacircmpada anula-se e o SCR bloqueia Outro modo de obter a comutaccedilatildeo natural seria trocar a fonte de tensatildeo continua por uma tensatildeo alternada porem o SCR conduziria somente no semi-ciclo positivo natildeo havendo fluxo de corrente no semi-ciclo negativo
Figura 23 Meacutetodo mais utilizado
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Haacute tambeacutem um outro meacutetodo chamado comutaccedilatildeo forccedilada mais usual em circuitos CC a teacutecnica consiste em desviar a corrente por um caminho de menor impedacircncia a corrente que passa pelo SCR iraacute cair abaixo de IH provocando o bloqueio Como podemos ver no circuito abaixo
Figura 24
Com todas as chaves abertas o SCR estaacute bloqueado e a lacircmpada estaacute apagada Fechando-se a CH1 o circuito da lacircmpada e do SCR estaraacute energizado Como natildeo haacute corrente no gatilho o SCR continuaraacute bloqueado a lacircmpada apagada Quando S2 fechar circulara pelo resistor uma corrente suficiente para alimentar o gatilho do SCR que disparara e acenderaacute a lacircmpada Com a lacircmpada acesa S2 pode se novamente aberta sem que o SCR bloqueie e a lacircmpada se apague Agora fechando S3 naturalmente a lacircmpada natildeo se apagara pois a chave curto-circuitaraacute o SCR ficando a lacircmpada alimentada diretamente pela tensatildeo da fonte Como o SCR real natildeo eacute um curto-circuito toda a corrente da lacircmpada ira passar por S3 e a corrente do SCR cairaacute agrave zero o SCR entatildeo ira bloquear Com o SCR bloqueado abrindo-se a chave S3 a lacircmpada apagara Assim soacute seraacute outra vez acessa se S2 for novamente fechada provocando a corrente de gatilho no SCR Mas tambeacutem pode-se utilizar o SCR em tensatildeo alternada natildeo soacute em tensatildeo contiacutenua abaixo temos um exemplo de circuito com sua forma de onda
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72 - Tiristor TRIAC Siacutembolo O Triac eacute um dispositivo de 5 camadas tendo 2 caminhos P-N-P-N em ambos os sentidos entre o MT1 e MT2 e podendo conduzir nos dois sentidos como nos mostra claramente o seu siacutembolo Eletricamente o Triac equivale a ligaccedilatildeo de dois SCRs em antiparalelo e os terminais de gatilho ligados juntos O Triac pode ser levado a conduccedilatildeo pela aplicaccedilatildeo de uma corrente positiva ou negativa no gatilho embora seja mais sensiacutevel a aplicaccedilatildeo de uma corrente positiva quando MT2 eacute positivo e de uma corrente negativa quando MT1 eacute positivo Um TRIAC pode conduzir em ambos os sentidos e eacute normalmente utilizado em controle de fase CA Ele pode ser considerado como dois SCR conectados em antiparalelo com uma conexatildeo de gatilho comum como mostrado na figura abaixo
Como o TRIAC eacute um dispositivo bidirecional seus terminais natildeo podem ser designados como catodo e anodo Se o terminal MT2 for positivo em relaccedilatildeo ao terminal MT1 o TRIAC pode ser disparado pela aplicaccedilatildeo de um sinal positivo entre os terminais de gatilho G e MT1 Se o terminal MT2 for negativo em relaccedilatildeo a MT1 ele pode ser disparado pela aplicaccedilatildeo de um sinal negativo entre o gatilho G e MT1 Natildeo eacute necessaacuterio que se tenham ambas as polaridades do sinal de gatilho pois um TRIAC pode ser disparado com um sinal tanto positivo quanto negativo Na praacutetica as sensibilidades variam de um quadrante para outro e os triacs normalmente satildeo operados no I quadrante (tensatildeo e correntes de gatilho positivas) ou no quadrante III (tensotildees e correntes de gatilho negativas) como eacute visto na curva caracteriacutestica abaixo
a) Quadrante I VMT2 positivo e IG positivo b) Quadrante II VMT2 negativo e IG positivo c) Quadrante III VMT2 negativo e IG negativo d) Quadrante IV VMT2 positivo e IG negativo
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Entatildeo pode-se dizer que o triac pode fazer o controle de fase em uma carga como no circuito abaixo
Variando o potenciocircmetro R2 podemos disparar o triac em vaacuterios acircngulos da onda como demonstra o graacutefico abaixo
Porem com este circuito eacute impossiacutevel efetuar disparos aleacutem dos 90deg em cada semi-ciclo por exemplo se desejarmos disparar em 25deg que a tensatildeo instantacircnea eacute de Vx e o potenciocircmetro estaacute ajustado com este valor de tensatildeo de rede se utilizar o mesmo raciociacutenio para disparar em 155deg a tensatildeo instantacircnea seraacute a mesma consequumlentemente teraacute a mesmo ajuste do potenciocircmetro que e iraacute disparar em 25deg e natildeo em 155deg A figura abaixo ajuda esclarecer este raciociacutenio
Entatildeo para resolvermos a limitaccedilatildeo no acircngulo de disparo menor ou igual a 90deg eacute associarmos com os resistores jaacute existentes um capacitor como no circuito abaixo formando entatildeo uma rede defasadora
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O valor desta defasagem eacute dada pela equaccedilatildeo τ=(R1+R2)C Variando R2 consegue-se
variar o angula de disparo do Triac Porem como o capacitor nem sempre se carrega apartir de uma tensatildeo fixa natildeo se tem uma regularidade no disparo
Para resolvermos este problema estudaremos o Diac na sequumlecircncia
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8 - Diac Os diacs satildeo diodos de disparo bidirecional composto por trecircs camadas (PNP) com a simples funccedilatildeo de disparar tiristores Sua construccedilatildeo assemelha-se a de um transistor bipolar poreacutem difere na dopagem do cristal N
Seu funcionamento eacute simples Para passar do estado de bloqueio para o estado de conduccedilatildeo eacute preciso ultrapassar a tensatildeo de ruptura (VR) rompendo assim a junccedilatildeo polarizada inversamente podendo a corrente fluir em ambos sentidos
Para voltar ao estado de bloqueio basta remover a tensatildeo por alguns instantes Os diacs servem para controlar o disparo de triacs quando uma tensatildeo de referecircncia chegar a certo valor
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9 - Retificadores a tiristor A estrutura baacutesica de retificadores controlado consiste na mesma metodologia vista anteriormente com diodos porem com esta estrutura somente os semiciclos positivos da fonte de alimentaccedilatildeo seratildeo aplicados na carga quando os SCRs forem disparados Jaacute os semiciclos negativos satildeo omitidos como jaacute estudado anteriormente Agora temos um circuito de controle dos gatilhos dos SCRs mais requintado podendo fazer o controle entre 0deg a 180deg Vamos dar exemplos de montagem dos circuitos para que seja melhor entendido
Retificador monofaacutesico de meia onda
Retificador monofaacutesico de onda completa com ponto meacutedio
Retificador monofaacutesico em ponte completa
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Retificador semi-controlado ou em ponte mista
Retificador trifaacutesico de meia onda
Retificador trifaacutesico de onda completa (Ponte de Graetz)
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10 - PWM Para comeccedilarmos o estudo do PWM que vem do inglecircs Pulse Width Modulation ou seja modulaccedilatildeo
por largura de pulso temos que ter alguns preacute-requisitos em mente Uma maneira tradicional de se controlar a potencia de uma carga eacute atraveacutes de um potenciocircmetro ou reostato em seacuterie com a carga conforme mostra a figura abaixo este tipo de controle eacute denominada linear
Variando-se a resistecircncia do potenciocircmetro pode-se modificar a corrente na carga e portanto a potecircncia aplicada a ela
A grande desvantagem deste tipo de controle eacute que a queda de tensatildeo multiplicada pela corrente no R em seacuterie representa uma potencia na forma de calor Conforme o ajuste deste o controle passa a dissipar mais potencia que a carga
O R tem de ser capaz de dissipar esta potencia sendo assim o seu tamanho fiacutesico cresce proporcionalmente com a sua potencia tornando-se caro Embora este controle seja ateacute intuitivo porem natildeo eacute muito inteligente no que diz respeito de desperdiacutecio de energia Consideremos entatildeo o mesmo circuito soacute trocamos o controle como podemos ver no desenho abaixo
Consideremos ainda que esta chave tem uma accedilatildeo muito raacutepida Quando o interruptor estaacute aberto natildeo haacute corrente na carga e a potecircncia aplicada eacute nula No instante em que o interruptor eacute fechado a carga recebe a tensatildeo total da fonte e a potecircncia aplicada eacute maacutexima
Entatildeo para termos uma potencia de 50 a ideacuteia eacute deixarmos um tempo x com a chave ligada e o mesmo tempo com a chave desligada Isso significa que em meacutedia teremos metade do tempo com corrente e metade do tempo sem corrente concluindo que a potencia ficaraacute em 50
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A potecircncia meacutedia e portanto a proacutepria tensatildeo meacutedia aplicada agrave carga eacute neste caso 50 da tensatildeo de entrada
Veja que o interruptor fechado pode definir uma largura de pulso pelo tempo em que ele fica nesta condiccedilatildeo e um intervalo entre pulsos pelo tempo em que ele fica aberto Os dois tempos juntos definem o periacuteodo e portanto uma frequecircncia de controle
A relaccedilatildeo entre o tempo em que temos o pulso e a duraccedilatildeo de um ciclo completo de operaccedilatildeo do interruptor nos define ainda o ciclo ativo conforme eacute mostrado na figura 5
Variando-se a largura do pulso e tambeacutem o intervalo de modo a termos ciclos ativos diferentes podemos controlar a potecircncia meacutedia aplicada a uma carga Assim quando a largura do pulso varia de zero ateacute o maacuteximo a potecircncia tambeacutem varia na mesma proporccedilatildeo conforme estaacute indicado na figura 6
Este princiacutepio eacute usado justamente no controle PWM modulamos (variamos) a largura do pulso de modo a controlar o ciclo ativo do sinal aplicado a uma carga e com isso a potecircncia aplicada a ela
Na praacutetica substituiacutemos o interruptor por algum dispositivo de estado soacutelido que possa abrir e fechar o circuito rapidamente como por exemplo um transistor bipolar um FET de potecircncia um IGBT ou ateacute mesmo um SCR
A este dispositivo eacute entatildeo ligado um oscilador que possa ter seu ciclo ativo controlado numa grande faixa de valores Na praacutetica eacute difiacutecil chegar agrave duraccedilatildeo zero do pulso e agrave 100 jaacute que isso implicaria na parada do oscilador mas podemos chegar bem perto disso
Na operaccedilatildeo de um controle por PWM existem diversas vantagens a serem consideradas e alguns pontos para os quais o projetista deve ficar atento para natildeo jogar fora estas vantagens
Na condiccedilatildeo de aberto nenhuma corrente circula pelo dispositivo de controle e portanto sua dissipaccedilatildeo eacute nula Na condiccedilatildeo de fechado teoricamente se ele apresenta uma resistecircncia nula a queda de tensatildeo eacute nula e ele natildeo dissipa tambeacutem nenhuma potecircncia
Isso significa que na teoria os controles PWM natildeo dissipam potecircncia alguma e portanto consistem em soluccedilotildees ideais para este tipo de aplicaccedilatildeo
Na praacutetica entretanto isso natildeo ocorre Em primeiro lugar os dispositivos usados no controle natildeo satildeo capazes de abrir e fechar o circuito num tempo infinitamente pequeno Eles precisam de um tempo para mudar de estado e neste intervalo de tempo sua resistecircncia sobe de um valor muito pequeno ateacute infinito e vice-versa numa curva de comutaccedilatildeo semelhante a mostrada na figura 10
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Neste intervalo de tempo a queda de tensatildeo e a corrente atraveacutes do dispositivo natildeo satildeo nulas e uma boa quantidade de calor poderaacute ser gerada conforme a carga controlada Dependendo da frequecircncia de controle e da resposta do dispositivo usado uma boa quantidade de calor poderaacute ser gerada neste processo de comutaccedilatildeo
Entretanto mesmo com este problema a potecircncia gerada num controle PWM ainda eacute muito menor do que num circuito de controle linear equivalente Transistores de comutaccedilatildeo raacutepidos FETs de potecircncia e outros componentes de chaveamento podem ser suficientemente raacutepidos para permitir que projetos de controles de potecircncias elevadas sejam implementados sem a necessidade de grandes dissipadores de calor ou que tenham problemas de perdas de energia por geraccedilatildeo de calor que possam ser preocupantes
O segundo problema que poderaacute surgir vem justamente do fato de que os transistores de efeito de campo ou bipolares usados em comutaccedilatildeo natildeo se comportam como resistecircncias nulas quando saturados Os transistores bipolares podem apresentar uma queda de tensatildeo de ateacute alguns volts quando saturados o mesmo ocorrendo com os FETs
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11 - Soft-Starter
Soft start eacute um dispositivo eletrocircnico composto de pontes tiristorizadas a fim de controlar a corrente de partida de motores de corrente alternada trifaacutesicos o controle da tensatildeo reduzida eacute feita ajustando-se o acircngulo de disparo de um par de SCRs dispostos em antiparalelo em cada fase do motor A medida que a tensatildeo vai aumentando a corrente aumenta para acelerar a carga de uma maneira suave e sem degraus Seu uso eacute comum em bombas centriacutefugas ventiladores e motores de elevada potecircncia cuja aplicaccedilatildeo natildeo exija a variaccedilatildeo de velocidade
A vantagem desta teacutecnica sobre as alternativas de custo baixo eacute a possibilidade de ajustarmos o torque do motor as necessidades de torque da carga
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12 - Inversores
Introduccedilatildeo A obtenccedilatildeo de uma tensatildeo alternada a partir de uma fonte CC eacute muitas vezes necessaacuteria para a
alimentaccedilatildeo de diversas cargas Os conversores que realizam a transformaccedilatildeo CC-CA satildeo chamados de inversores Como exemplos de aplicaccedilotildees pode-se citar o controle de velocidade de motores de corrente alternada fontes de alimentaccedilatildeo ininterrupta (no-break) entre varias outras aplicaccedilotildees
Qualquer sistema no qual o fornecimento da energia eleacutetrica natildeo pode ser interrompido deve prever uma fonte de emergecircncia para supri-lo Quando a potecircncia instalada eacute muito grande tem-se em geral um sistema de acionamento imediato alimentado a partir de baterias e um sistema motor-gerador que por necessitar de alguns minutos para estar em condiccedilotildees ideais de operaccedilatildeo natildeo pode ser usado de imediato Tal arranjo eacute usado por exemplo em centrais telefocircnicas hospitais etc Topologias Baacutesicas
Inversor Monofaacutesico em Ponte A estrutura do inversos monofaacutesico em ponte alimentando carga resistiva estaacute representado na
Figura abaixo
As formas de onda de interesse satildeo apresentadas na figura abaixo Com S1 e S4 em conduccedilatildeo a
tensatildeo na carga eacute igual a E quando S2 e S3 estatildeo em conduccedilatildeo ela torna-se igual a -E
Quando a carga for indutiva devem ser adicionados a estrutura do circuito mostrado acima os
diodos de circulaccedilatildeo D1 D2 D3 e D4 como indica a figura abaixo Observe que com carga indutiva a fonte E deve ser reversiacutevel em corrente
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Etapas de funcionamento do inversor em ponte alimentando carga indutiva
Inversor Monofaacutesico em Ponto Meacutedio Este circuito representado na figura abaixo emprega apenas um braccedilo sendo desse modo mais
simples de ser comandado que o inversor em ponte porem a sua desvantagem eacute a tensatildeo de saiacuteda ser a metade
Inversor Monofaacutesico em Ponte
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13 - Dissipadores
A circulaccedilatildeo de corrente eleacutetrica por qualquer elemento provoca uma dissipaccedilatildeo de potecircncia igual ao produto do quadrado da corrente pela resistecircncia do circuito O objetivo eacute estabelecer criteacuterios para o dimensionamento de sistemas de dissipaccedilatildeo do calor produzido por componentes eletrocircnicos especialmente semicondutores de potecircncia (diodostransistores tiristores etc) buscando a proteccedilatildeo de tais componentes tendo como meta fundamental a elevada confiabilidade dos equipamentos nos quais os dispositivos satildeo empregados Deve-se buscar reduccedilatildeo de volume peso e custos
Caacutelculo da Potecircncia Dissipada
O caacutelculo da potecircncia dissipada deve ser feito via de regra pelo produto da tensatildeo pela corrente sobre o dispositivo em questatildeo
Comportamento em regime permanente potecircncia meacutedia
Nos dispositivos semicondutores de potecircncia o calor decorrente do efeito Joule eacute produzido na pastilha semicondutora fluindo daiacute para ambientes mais frios como o encapsulamento do dispositivo e o ambiente Este fluxo de calor depende de fatores como o gradiente de temperatura e as caracteriacutesticas teacutermicas dos meios e materiais envolvidos Define-se a grandeza ldquoresistecircncia teacutermicardquo como uma medida da dificuldade do fluxo de calor entre 2 meios ∆T diferenccedila de temperatura entre regiotildees de transferecircncia de calor P potecircncia meacutedia dissipada h coeficiente de transferecircncia de calor A aacuterea envolvida na transferecircncia de calor
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ANALOGIA COM CIRCUITO ELEacuteTRICO Em geral se faz uma analogia com um circuito eleacutetrico sendo a potecircncia meacutedia representada por uma fonte de corrente As temperaturas nos ambientes indicados (junccedilatildeo caacutepsula ambiente) satildeo anaacutelogas agraves tensotildees nos respectivos noacutes enquanto as resistecircncias teacutermicas satildeo as proacuteprias resistecircncias do modelo
Tj=Temperatura da junccedilatildeo Rtjc=Resistecircncia teacutermica entre junccedilatildeo e encapsulamento Tc=temperatura do encapsulamento Rtca=Resist Term Entre encapsulamento e ambiente Rtcd=Resist Entre encapsulament e dissipador Rtda=Resist Teacutermica entre dissipador e ambiente Partindo do anaacutelogo eleacutetrico chegamos a seguinte equaccedilatildeo tiacutepica Tj = Ta + P (Rtjc + Rtca) Exemplo 1 P = 20 W Rtjc = 2degCW Rtca = 10degCW Ta = 40degC Tjmax = 120degC Tc = Ta + P Rtca = 240degC Tj = Tc + P Rtjc = 280degC
Dissipadores de calor Considerando que natildeo seja possiacutevel reduzir a potecircncia meacutedia dissipada a alternativa para a proteccedilatildeo do semicondutor eacute colocar um dispositivo de baixa resistecircncia teacutermica entre o encapsulamento e o ambiente A este elemento colocado junto ao encapsulamento se diz ldquodissipador de calorrdquo Caracteriacutesticas dos dissipadores As principais caracteriacutesticas estatildeo relacionadas com dimensotildees e especialmente agrave sua superfiacutecie de contato com o ambiente Em geral estes dispositivos satildeo construiacutedos em alumiacutenio dada sua boa condutividade teacutermica (condiccedilatildeo indispensaacutevel) baixo custo e peso A figura mostra perfis tiacutepicos de dissipadores A utilizaccedilatildeo de grande nuacutemero de aletas eacute para aumentar a aacuterea de troca de calor A resistecircncia teacutermica para uma placa plana quadrada pode ser aproximadamente dada por
λ condutacircncia teacutermica (a 77o C) [W(oCcm)] W espessura do dissipador [mm]
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A aacuterea do dissipador [cm2] Cf fator de correccedilatildeo devido agrave posiccedilatildeo e tipo de superfiacutecie Na tabela abaixo satildeo dados alguns valores para os coeficientes da foacutermula O fator Cf varia com a posiccedilatildeo do dissipador sendo preferiacutevel uma montagem vertical agrave horizontal por criar um efeito ldquochamineacuterdquo Dissipadores pretos satildeo melhores irradiadores de calor que aqueles com superfiacutecie brilhante
Comportamento em regime transitoacuterio potecircncia de pico Quando a potecircncia dissipada no semicondutor consiste de pulsos de potecircncia eacute preciso verificar a proteccedilatildeo do componente em relaccedilatildeo aos picos de dissipaccedilatildeo Durante a ocorrecircncia do pico de potecircncia ocorre a elevaccedilatildeo da temperatura da junccedilatildeo embora natildeo ocorra variaccedilatildeo nas temperaturas do encapsulamento e do dissipador (que dependem da potecircncia meacutedia) devido agrave maior capacidade teacutermica da caacutepsula e especialmente do dissipador Tal capacidade teacutermica relaciona-se com o tipo de material utilizado e seu volume Na analogia eleacutetrica utilizada anteriormente ela se comporta como uma capacitacircncia O caacutelculo da temperatura da junccedilatildeo em tal regime transitoacuterio eacute feito utilizando uma grandeza chamada ldquoimpedacircncia teacutermicardquo Ztjc que leva em consideraccedilatildeo a capacidade teacutermica da junccedilatildeo Exemplo 2 Rtjc = 2deg CW Rtca = 5deg CW Rtcd = 2deg CW Rtda = 3deg CW Ztjc = 005deg CW Tjmax = 150deg C Ta = 40deg C P = 20W Pp = 1000W
Tj = 130 oC (o componente estaacute protegido em relaccedilatildeo agrave potecircncia meacutedia) Tc = 90 oC Tj = Tc + Pp Ztjc = 140 oC
Caacutelculo dos Dissipadores
bull A temperatura de trabalho da junccedilatildeo deve ser 20 a 30 menor que seu valor maacuteximo para permitir a proteccedilatildeo do componente sem super-dimensionar o dissipador middot Para ambientes nos quais natildeo se faccedila um controle riacutegido da temperatura deve-se usar uma temperatura ambiente de 40oC
bull Caso o dissipador fique dentro de algum bastidor ou caixa na qual a temperatura possa se elevar acima dos 40oC deve-se considerar sempre a maacutexima temperatura do ar com o qual o dissipador troca calor Eacute conveniente agrave falta de maiores informaccedilotildees utilizar o valor de 40oC e verificar apoacutes a entrada em operaccedilatildeo do protoacutetipo a verdadeira temperatura ambiente
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bull Deve-se verificar a necessidade do uso de isoladores (mica teflon ou mylar) e natildeo desconsiderar suas resistecircncias teacutermicas middot O emprego de pastas teacutermicas eacute sempre recomendado e se deve considerar tambeacutem sua resistecircncia teacutermica
b) No transitoacuterio
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Apecircndice A
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Laboratoacuterio 1
Diodo Ache os componentes em sucatas e monte o circuito abaixo em placa de circuito impresso corroiacuteda Lista de material
4 Diodos 1N4007 2 Capacitores 330uF200V 2 Resistores 150K 18W 1 Suporte p lacircmpada 1 Lacircmpada 40W220V 1 Conector p placa de 2 bornes 6 Chaves HH 1 Rabicho com plugue Placa p circuito impresso virgem (fibra fenolite perfurada) Caneta retro projetor ou esmalte p unhas Palha de accedilo ou acetona e pedaccedilo de pano Soluccedilatildeo de percloreto de ferro Estanho em fio
Obs Colocar o seu nome no lado do cobre a caneta ou esmalte antes da corrosatildeo
Montado na placa o circuito acima e testado fazer os seguintes exerciacutecios 1 ndash Com o interruptor Ch7 ligado os interruptores Ch3 Ch4 Ch5 e Ch6 desligados e os interruptores Ch1 e Ch2 na posiccedilatildeo 1 faccedila a seguinte medida meccedila com o osciloscoacutepio colocando a garra jacareacute onde aparece o GND e o pinccedila no ponto 1 de forma que apareccedila somente o semi-ciclo positivo na tela tambeacutem reproduza abaixo a forma de onda encontrada e registre onde a posiccedilatildeo do zero O aparelho ajustado da seguinte forma O botatildeo de tempodivisatildeo em 5mS O botatildeo tensatildeodivisatildeo ajustado em 5V A ponteira ajustada em X10
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2 ndash Permanecendo o interruptor Ch7 ligado Ch5 e Ch6 desligados poreacutem Ch1 e Ch2 na posiccedilatildeo 2 e Ch3 e Ch4 ligados faccedila novamente a medida e reproduza na tela abaixo a forma de onda
3 - Permanecendo o interruptor Ch7 ligado Ch3 Ch4 Ch5 e Ch6 agora ligados e Ch1 e Ch2 na posiccedilatildeo 2 faccedila novamente a medida e reproduza na tela abaixo a forma de onda
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4 ndash O que aconteceu com a potecircncia (brilho) da lacircmpada Com circuito configurado como no exerciacutecio 1 e exerciacutecio 3 (aumentou ou diminuiu) Porque ocorreu isto _____________________________________________________________________________________
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5 ndash Qual eacute a nova potecircncia da lacircmpada Provar por meio de caacutelculos 6 ndash Por fim com o circuito configurado como no exerciacutecio 3 coloque uma lacircmpada de maior potecircncia e visualize o ripple novamente com o osciloscoacutepio explique o que ocorreu _____________________________________________________________________________________
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Laboratoacuterio 2 TRANSISTOR BIPOLAR (BJT)
Os transistores de potecircncia apresentam caracteriacutesticas de chaveamento controlado Os transistores utilizados como elementos de chaveamento operam na regiatildeo de saturaccedilatildeo apresentando uma baixa queda de tensatildeo de conduccedilatildeo (VCE=0V) (VBE=13V)
Este laboratoacuterio tem o objetivo de fazer um retificador e filtro diretamente da rede alternada com componentes retirados de fontes chaveadas de computadores apoacutes o estaacutegio de retificaccedilatildeo e filtro faremos funcionar uma lacircmpada incandescente de 220 volts corrente alternada em corrente contiacutenua com o auxiacutelio de um transistor de potencia tambeacutem retirado das mesmas fontes
Calcule o R1 e monte o circuito e apoacutes responda as questotildees
Pinos 1 ndash Base 2 ndash Coletor 3 ndash Emissor
Alguns transistores encontrados em fontes chaveadas de computador Transistor VCE (V) Ic (A) β MJE13007 400 8 5
2SC4106 400 7 10
2SC5027 800 3 8
2SC5353 800 3 15
2SC2335 400 7 10
2SC4242 400 7 10
2SC5763 400 7 10
1 ndash Escolha o transistor e faccedila o calculo para descobrir R1 e depois monte o circuito Transistor escolhido ______________
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2 ndash Meccedila a corrente no ponto 1 e compare com o calculado Faccedila as observaccedilotildees necessaacuterias
Corrente no ponto (1)
Calculado
Medido _____________________________________________________________________________________
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3 ndash Por que existem os resistores em paralelo com os capacitores
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Laboratoacuterio 3
TRANSISTOR EFEITO DE CAMPO (FET) O transistor de potecircncia MOSFET eacute um dispositivo de tensatildeo controlada e necessita apenas de tensatildeo no gatilho A velocidade de chaveamento eacute muito alta (nanosegundos) MOSFETrsquos de potecircncia satildeo utilizados em conversores de baixa potecircncia e alta frequumlecircncia Estes transistores apresentam problemas de descargas eletrostaacuteticas necessitando de cuidados especiais Este experimento tem como objetivo mostrar o funcionamento de Mosfets em uma aplicaccedilatildeo pratica para tanto montaremos o circuito abaixo
Pinagem 1 ndash GATE 2 ndash DRAIN 3 ndash SOURCE
Alguns transistores encontrados no comeacutercio
Transistor Tensatildeo Vds(V) Corrente Id (A)
IRF840 500 85 IRF740 400 10
1 ndash Meccedila a corrente no ponto 1 Corrente no ponto 1 ______________ No ponto 2 coloque 1deg o multiacutemetro antes de ligar o circuito Meccedila a corrente no ponto 2 Corrente no ponto 2 ______________ Por que isto ocorre 2 ndash Calcule a corrente que passa entre os resistores E compare com os valores medidos e faccedila as observaccedilotildees necessaacuterias
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Laboratoacuterio 4
SCR E TRIAC
Este laboratoacuterio tem o objetivo de comprovar o funcionamento do componente SCR e TRIAC e diferenciaacute-los 1
A - Primeiramente ligue a chave 1 mantendo a chave 2 desligada o que ocorre _____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
B ndash Mantendo ligada a chave 1 ligue a chave 2 por um breve intervalo de tempo e desligue-a O que acontece Justifique sua resposta _____________________________________________________________________________________ _____________________________________________________________________________________ 2
C ndash Faccedila a mesma sequumlecircncia usada nas questotildees A e B Sequumlecircncia da questatildeo A________________________________________________________________
Sequumlecircncia da questatildeo B_________________________________________________________________
D - Faccedila as consideraccedilotildees comparando os circuitos 1 e 2
_____________________________________________________________________________________ _____________________________________________________________________________________
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E ndash Faccedila um comentaacuterio sobre a omissatildeo das chaves _____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
4
F - Comente os circuitos 3 e 4 haacute alguma diferenccedila no brilho da lacircmpada
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_____________________________________________________________________________________
Pinos do SCR e BTA 1 ndash Catodo A2 2 ndash Anodo A1 3 ndash Gatilho
Alguns SCRs encontrados no comeacutercio
Tiristor
Tensatildeo Vds(V)
Corrente Id (A)
BT151 500 85 TIC106 400 10
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Laboratoacuterio 5
DIAC E TRIAC O objetivo eacute montar o circuito abaixo e visualizar com o osciloscoacutepio a forma de onda em cima da carga no nosso caso a lacircmpada enquanto varia o potenciocircmetro
Pinagem 1 ndash A1 2 ndash A2 3 ndash G Alguns triacs encontrado no comeacutercio BTA08 ndash 8A BTA26 ndash 26A MAC224 ndash 40A TIC226 ndash 8A
Coloque a ponteira em cima da carga e deixe o potenciocircmetro no meio do curso e reproduza na tela abaixo Registre o ajuste que foi feito no osciloscoacutepio para aparecer o meio ciclo superior na tela
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Laboratoacuterio 6
PWM Este circuito eacute simples com o famoso CI 555 para gerar o sinal PWM Controlando uma carga que conseguimos observar o estaacute acontecendo
1 ndash Qual a frequumlecircncia gerada do sinal PWM _______________________________________________________________________________
_______________________________________________________________________________
2 ndash O que acontece com a lacircmpada quando varia o potenciocircmetro
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_______________________________________________________________________________
3 ndash Trocando o capacitor de 100nF por um de 10nF qual seraacute a nova frequumlecircncia
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Laboratoacuterio 7
INVERSOR Este circuito eacute o conceito baacutesico do princiacutepio de funcionamento de um inversor que eacute capaz de gerar uma tensatildeo alternada a partir de uma tensatildeo contiacutenua
1 ndash O motor estaacute girando _____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
2 ndash Caso afirmativo na primeira pergunta coloque a ponteira do osciloscoacutepio em um dos terminais do motor e a garra jacareacute no terra e meccedila a frequumlecircncia _____________________________________________________________________________________
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3 ndash O que estaacute acontecendo com o motor em suas caracteriacutesticas fiacutesicas Mudou a velocidade estaacute aquecendo estaacute trepidando etc _____________________________________________________________________________________
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Apendice B
Coacutedigo de resistores
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Capacitores ceracircmicos
O valor do capacitorB eacute de 3300 pF (picofarad = 10-12 F) ou 33 nF (nanofarad = 10-9 F) ou 00033 microF (microfarad =
10-6 F) No capacitor A devemos acrescentar mais 4 zeros apoacutes os dois primeiros algarismos O valor do capacitor que se lecirc 104 eacute de 100000 pF ou 100 nF ou 01microF
O aparecimento de uma letra maiuacutescula ao lado dos nuacutemeros Esta letra refere-se a toleracircncia do capacitor ou seja o quanto que o capacitor pode variar de seu valor em uma temperatura padratildeo de 25deg C A letra J significa que este capacitor pode variar ateacute plusmn5 de seu valor a letra K = plusmn10 ou M = plusmn20 Segue na tabela abaixo os coacutedigos de toleracircncias de capacitacircncia
Ateacute 10pF Coacutedigo Acima de 10pF
plusmn01pF B
plusmn025pF C
plusmn05pF D
plusmn10pF F plusmn1
G plusmn2
H plusmn3
J plusmn5
K plusmn10
M plusmn20
S -50 -20
Z +80 -20
ou +100 -20
P +100 -0
O coeficiente de temperatura TC que define a variaccedilatildeo da capacitacircncia dentro de uma determinada faixa de temperatura O TC eacute normalmente expresso em ou ppmdegC ( partes por milhatildeo degC ) Eacute usado uma sequumlecircncia de letras ou letras e nuacutemeros para representar os coeficientes Observe o desenho abaixo
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Na tabela abaixo estatildeo mais alguns coeficientes de temperatura e as toleracircncias que satildeo muito utilizadas por diversos fabricantes de capacitores
Coacutedigo Coeficiente de temperatura NPO -0plusmn 30ppmdegC N075 -75plusmn 30ppmdegC N150 -150plusmn 30ppmdegC N220 -220plusmn 60ppmdegC N330 -330plusmn 60ppmdegC N470 -470plusmn 60ppmdegC N750 -750plusmn 120ppmdegC N1500 -1500plusmn 250ppmdegC N2200 -2200plusmn 500ppmdegC N3300 -3300plusmn 500ppmdegC N4700 -4700plusmn 1000ppmdegC N5250 -5250plusmn 1000ppmdegC P100 +100plusmn 30ppmdegC
Outra forma de representar coeficientes de temperatura eacute mostrado abaixo Eacute usada em capacitores que se caracterizam
pela alta capacitacircncia por unidade de volume (dimensotildees reduzidas) devido a alta constante dieleacutetrica sendo recomendados para aplicaccedilatildeo em desacoplamentos acoplamentos e supressatildeo de interferecircncias em baixas tensotildees
Os coeficientes satildeo tambeacutem representados exibindo sequumlecircncias de letras e nuacutemeros como por exemplo X7R Y5F e Z5U Para um capacitor Z5U a faixa de operaccedilatildeo eacute de +10degC que significa Temperatura Miacutenima seguido de +85degC que significa Temperatura Maacutexima e uma variaccedilatildeo Maacutexima de capacitacircncia dentro desses limites de temperatura que natildeo ultrapassa -56 +22
Veja as trecircs tabelas abaixo para compreender este exemplo e entender outros coeficientes
Temperatura Miacutenima
Temperatura Maacutexima
Variaccedilatildeo Maacutexima de Capacitacircncia
X -55degC Y -30degC Z +10degC
2 +45degC 4 +65degC 5 +85degC 6 +105degC 7 +125degC
A plusmn10 B plusmn15 C plusmn22 D plusmn33 E plusmn47 F plusmn75 P plusmn10 R plusmn15 S plusmn22 T -33 +22 U -56 +22 V -82 +22
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Capacitores de filme plaacutestico
O desenho ao lado mostra capacitores que tem os seus valores impressos em nanofarad (nF) = 10-9F Quando aparece no capacitor uma letra n minuacutescula como um dos tipos apresentados ao lado por exemplo 3n3 significa que este capacitor eacute de 33nF No exemplo o n minuacutesculo eacute colocado ao meio dos nuacutemeros apenas para economizar uma viacutergula e evitar erro de interpretaccedilatildeo de seu valor
Capacitores de Ceracircmica Multicamada
Capacitores de Polieacutester Metalizado usando coacutedigo de cores
A tabela abaixo mostra como interpretar o coacutedigo de cores dos capacitores abaixo No capacitor A as 3 primeiras cores satildeo laranja laranja e laranja correspondem a 33000 equivalendo a 33 nF A cor branca logo adiante eacute referente a plusmn10 de toleracircncia E o vermelho representa a tensatildeo nominal que eacute de 250 volts
1ordf Algarismo 2ordf Algarismo 3ordf Ndeg de zeros 4ordf Toleracircncia 5ordf Tensatildeo
PRETO 0 0 - plusmn 20 -
MARROM 1 1 0 - -
VERMELHO 2 2 00 - 250V
LARANJA 3 3 000 - -
AMARELO 4 4 0000 - 400V
VERDE 5 5 00000 - -
AZUL 6 6 - - 630V
VIOLETA 7 7 - - -
CINZA 8 8 - - -
BRANCO 9 9 - plusmn 10 -
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Apecircndice C
Osciloscoacutepio Geralmente os osciloscoacutepios tecircm os controles e entradas que podem ser divididos em cinco grupos
1 ndash Controle da fonte de alimentaccedilatildeo 2 ndash Controles de ajuste do traccedilo ou ponto na tela 3 ndash Controles e entrada de atuaccedilatildeo vertical 4 ndash Controles e entrada de atuaccedilatildeo horizontal 5 ndash Controles de entrada de sincronismo
1 - CONTROLE DA FONTE DE ALIMENTACcedilAtildeO 11 - INTERRUPTOR Sua funccedilatildeo eacute interromper ou estabelecer a corrente no primaacuterio do transformador de fora Sua atuaccedilatildeo normalmente eacute acompanhada por uma lacircmpada piloto que serve de aviso visual sobre a situaccedilatildeo do circuito (ligado ou desligado) Normalmente este interruptor se encontra acoplado junto do potenciocircmetro de controle de brilho 12 - COMUTADOR DE TENSAtildeO Sua funccedilatildeo eacute selecionar a tensatildeo de funcionamento do osciloscoacutepio (127 220V) Permite utilizar o instrumento sem a necessidade de recorrer a um transformador abaixador ou elevador de tensatildeo (geralmente o acesso deste comutador eacute visto na parte de traz do aparelho) 2 - CONTROLES DE AJUSTE DO TRACcedilO OU PONTO NA TELA 21 - BRILHO OU LUMINOSIDADE Eacute o controle que ajusta a luminosidade do ponto ou do traccedilo O controle do brilho eacute feito por meio de um potenciocircmetro situado no circuito da grade de controle do TRC mediante o qual se regula o potencial desta grade (deve-se evitar o uso de brilho excessivo sob pena de se danificar a tela) 22 - FOCO Eacute o controle que ajusta a nitidez do ponto ou traccedilo luminoso O ajuste do foco eacute conseguido mediante a regulagem de um potenciocircmetro que regula a polarizaccedilatildeo do eletrodo de enfoque O foco deve ser ajustado de forma a se obter um traccedilo fino e niacutetido na tela (estes ajustes de brilho e de foco satildeo ajustes baacutesicos que devem ser feitos sempre que se for usar o osciloscoacutepio)
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23 - ILUMINACcedilAtildeO DA RETIacuteCULA Permite que se ilumine o quadriculado ou as divisotildees na tela 3 - CONTROLES E ENTRADA DE ATUACcedilAtildeO VERTICAL 31 - ENTRADA DE SINAL VERTICAL Nesta entrada eacute conectada a ponta de prova do osciloscoacutepio As variaccedilotildees de tensatildeo aplicadas nesta entrada aparecem sob forma de figura na tela 32 - CHAVE DE SELECcedilAtildeO DE MODO DE ENTRADA (CA-CC) Esta chave eacute selecionada de acordo com o tipo de forma de onda a ser observada Em alguns osciloscoacutepios esta chave possui trecircs posiccedilotildees (CA-0-CC ou AC-GND-DC) Esta posiccedilatildeo adicional eacute usada para a realizaccedilatildeo de ajustes do traccedilo do osciloscoacutepio em algumas situaccedilotildees Por exemplo quando se deseja Uma referecircncia na tela 33 - CHAVE SELETORA DE GANHO (VDiv) Esta chave permite que se aumente ou que se diminua a amplitude de projeccedilatildeo na tela do osciloscoacutepio (altura da imagem) 34 - POSICcedilAtildeO VERTICAL Permite movimentar a imagem para cima ou para baixo na tela A movimentaccedilatildeo natildeo interfere na forma da figura projetada na tela 4 - CONTROLES DE ATUACcedilAO HORIZONTAL 41 - CHAVE SELETORA DE BASE DE TEMPO Eacute o controle que permite variar o tempo de deslocamento horizontal do ponto na tela Atraveacutes deste controle eacute possiacutevel reduzir ou ampliar horizontalmente na tela a figura nela projetada Em alguns osciloscoacutepios esta chave seletora tem uma posiccedilatildeo identificada como EXT (externa) o que possibilita que o deslocamento horizontal pode ser controlado por circuito externo ao osciloscoacutepio atraveacutes de uma entrada especiacutefica Quando a posiccedilatildeo externa eacute selecionada natildeo haacute formaccedilatildeo do traccedilo na tela obtendo-se apenas um ponto 42 - POSICcedilAtildeO HORIZONTAL Eacute o ajuste que permite controlar horizontalmente a forma de onda na tela Girando o controle de posiccedilatildeo horizontal para a direita o traccedilo move-se horizontalmente para a direita e vice-versa Assim como o controle de posiccedilatildeo vertical o controle de posiccedilatildeo horizontal natildeo interfere na forma da figura projetada na tela
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5 - CONTROLES E ENTRADA DE SINCRONISMO (TRIGGER) Satildeo controles que se destinam a fixar a imagem na tela Estes controles satildeo utilizados principalmente na observaccedilatildeo de sinais alternados Os controles de sincronismo satildeo Chave seletora de fonte de sincronismo Chave de modo de sincronismo Controle de niacutevel de sincronismo 51 - CHAVE SELETORA DE FONTE DE SINCRONISMO Seleciona onde seraacute tomada o sinal de sincronismo para fixar a imagem na tela do osciloscoacutepio Normalmente esta chave possui trecircs posiccedilotildees pelo menos POSICcedilAtildeO CH1 O sincronismo eacute controlado pelo sinal aplicado ao canal 1 POSICcedilAtildeO REDE Realiza o sincronismo com base na frequecircncia da rede de alimentaccedilatildeo do osciloscoacutepio (60Hz) Nesta posiccedilatildeo consegue-se facilmente sincronizar na tela sinais aplicados na entrada vertical que sejam obtidos a partir da rede eleacutetrica POSICcedilAtildeO EXTERNO Na posiccedilatildeo externo o sincronismo da figura eacute obtido agrave partir de outro equipamento externo conectado ao osciloscoacutepio O sinal que controla o sincronismo na posiccedilatildeo externo eacute aplicado a entrada de sincronismo 52 - CHAVE DE MODO DE SINCRONISMO Normalmente esta chave tem duas ou trecircs posiccedilotildees AUTO Nesta posiccedilatildeo o osciloscoacutepio realiza o sincronismo automaticamente com base no sinal selecionado pela chave seletora de fonte de sincronismo NORMAL + O sincronismo eacute positivo ajustado manualmente pelo controle de niacutevel de sincronismo (TRIGGER) de modo que o primeiro pico que apareccedila na tela seja o positivo NORMAL - O sincronismo eacute negativo tambeacutem ajustado manualmente entretanto o primeiro pico a aparecer eacute o negativo 53 - CONTROLE DE NIacuteVEL DE SINCRONISMO (TRIGGER) Eacute um controle manual que permite o ajuste do sincronismo quando natildeo se consegue um sincronismo automaacutetico Tem atuaccedilatildeo nas posiccedilotildees NORMAL + e NORMAL - OBSERVACcedilAtildeO Para se realizar leituras eacute necessaacuterio sincronizar a figura na tela II - ENTRADA E CONTROLE DO OSCILOSCOacutePIO DUPLO TRACcedilO O osciloscoacutepio de duplo traccedilo possui alguns controles que satildeo comuns aos dois traccedilos e outros que satildeo individuais Os controles de brilho foco base de tempo e de posiccedilatildeo horizontal satildeo controles que satildeo comuns aos dois traccedilos Basicamente os controles individuais situam-se nas entradas e controles do vertical nos controles e entrada de sincronismo ENTRADAS E CONTROLES DO VERTICAL Para que se possa observar dois sinais simultaneamente eacute necessaacuterio que se aplique uma tensatildeo em cada uma das entradas verticais O osciloscoacutepio duplo traccedilo dispotildee de dois grupos de controles verticais Um grupo para o canal A ou canal 1 (CH1) Um grupo para o canal B ou canal 2 (CH2) Cada grupo controla um dos sinais na tela (amplitude posiccedilatildeo vertical etc) Geralmente satildeo iguais Cada canal dispotildee de Entrada Vertical Chave Seletora CA-O-CC Chave Seletora de ganho vertical (DDiv) Posiccedilatildeo vertical Um osciloscoacutepio de duplo traccedilo pode ainda ser utilizado como sendo um osciloscoacutepio de traccedilo simples Uma chave seletora permite que se possa selecionar cada canal individualmente ou os dois simultaneamente Esta chave possui pelo menos trecircs posiccedilotildees CH1
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CH2 DUAL Na posiccedilatildeo CH1 apareceraacute apenas a imagem na tela que estiver sendo aplicada na entrada vertical do canal 1 Na posiccedilatildeo CH2 apareceraacute apenas a imagem na tela que estiver sendo aplicada na entrada vertical do canal 2 Na posiccedilatildeo DUAL aparecem as duas imagens Em osciloscoacutepios mais sofisticados esta chave pode possuir mais posiccedilotildees de modo a permitir outras alternativas de uso CONTROLES DE SINCRONISMO Realizam as mesmas funccedilotildees do osciloscoacutepio traccedilo simples que eacute a de fixar a imagem na tela O que diferencia eacute o fato de que na chave seletora de fonte existe uma posiccedilatildeo adicional de modo a poder sincronizar a figura PONTAS DE PROVA As pontas de prova satildeo utilizadas para interligar o osciloscoacutepio aos pontos de medida
Uma das extremidades da ponta de prova eacute conectada a uma das entradas do osciloscoacutepio atraveacutes de um conector e a extremidade livre serve para conexatildeo aos pontos de medida A extremidade livre possui uma garra jacareacute denominada de terra da ponta de prova que deve ser conectada ao terra do circuito e uma ponta de entrada de sinal que deve ser conectada no ponto que se deseja medir Existem dois tipos de ponta de prova ponta de prova 11 ponta de prova 101 A ponta de prova 11 se caracteriza por aplicar agrave entrada do osciloscoacutepio a mesma tensatildeo ou forma de onda que eacute aplicada a ponta de mediccedilatildeo A ponta de prova 101 entrega ao osciloscoacutepio apenas a deacutecima parte da tensatildeo aplicada a ponta de mediccedilatildeo As pontas de prova 101 permitem que o osciloscoacutepio consiga observar tensotildees dez vezes maior que a sua capacidade Por exemplo Um osciloscoacutepio que permite a leitura de tensotildees de 50V com ponta de prova 11 com ponta de prova 101 poderaacute medir tensotildees de ateacute 500V (10x50V) Existem pontas de prova que dispotildee de um botatildeo onde se pode selecionar 101 ou 11 Obs Quando natildeo se tem total certeza da grandeza da tensatildeo envolvida eacute aconselhaacutevel iniciar a mediccedilatildeo com o posiccedilatildeo 101
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Bibliografia
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CHOUERI JUacuteNIOR Salomatildeo CRUZ Eduardo Cesar Alves Satildeo Paulo Eacuterica 1996 389 p
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4 Eletrocircnica de potecircncia circuitos dispositivos e aplicaccedilotildees 1999 RASHID Muhammad H Satildeo Paulo Makron Books 1999 828 p
5 Eletrocircnica de potecircncia 1994 - PALMA Guilherme Rebouccedilas da Satildeo Paulo Eacuterica 1994 259 p
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BOYLESTAD Robert L NASHELSKY Louis CAMARGO Joseacute Bueno de NASCIMENTO Joseacute Lucimar do PERTENCE JUNIOR Antonio (Coord) Satildeo Paulo Pearson Prentice Hall 2004 672 p
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Eleacutetrica da UPF Passo Fundo RS 2000
8 Ghirardello Ariovaldo Apostila sobre Modulaccedilatildeo PWM Coleacutegio Politec
9 Electronics Workbench Versatildeo 512
10 LabcenterElectronics 1989-2008 Release 75 SP3
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6 ndash Transistor IGBT O IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) alia a facilidade de acionamento dos MOSFET com as pequenas perdas em conduccedilatildeo dos TBP Sua velocidade de chaveamento eacute superior agrave dos transistores bipolares Os limites atuais de tensatildeo e corrente em dispositivos uacutenicos estatildeo em torno de 2kV e 1000A o que indica que tal componente pode ser utilizado em aplicaccedilotildees de potecircncia
O controle de componente eacute anaacutelogo ao do MOSFET ou seja pela aplicaccedilatildeo de uma polarizaccedilatildeo entre gate e emissor Tambeacutem para o IGBT o acionamento eacute feito por tensatildeo O IGBT possui uma corrente maacutexima que natildeo deve ser ultrapassada se isso ocorrer natildeo se consegue cortar o IGBT retirando a tensatildeo do Gate A corrente fluiraacute pelo dreno sem controle e isso poderaacute danificar o componente Esse fato eacute conhecido por LatchUp Princiacutepio de funcionamento
A estrutura do IGBT eacute similar agrave do MOSFET mas com a inclusatildeo de uma camada P+ que forma o coletor do IGBT como mostrado na figura abaixo Em termos simplificados pode-se analisar o IGBT como um MOSFET no qual a regiatildeo N- tem sua condutividade modulada pela injeccedilatildeo de portadores minoritaacuterios (lacunas) a partir da regiatildeo P+ uma vez que J1 estaacute diretamente polarizada Esta maior condutividade produz uma menor queda de tensatildeo em comparaccedilatildeo a um MOSFET similar A maacutexima tensatildeo suportaacutevel eacute determinada pela junccedilatildeo J2 (polarizaccedilatildeo direta) e por J1 (polarizaccedilatildeo reversa) Como J1 divide 2 regiotildees muito dopadas conclui-se que um IGBT natildeo suporta tensotildees elevadas quando polarizado reversamente
Figura 19 Estrutura baacutesica de IGBT
A entrada em conduccedilatildeo eacute similar ao MOSFET sendo um pouco mais lenta a queda da tensatildeo Vce uma vez que isto depende da chegada dos portadores vindos da regiatildeo P+ Para o desligamento no entanto tais portadores devem ser retirados Nos TBPs isto se daacute pela drenagem dos portadores via base o que natildeo eacute possiacutevel nos IGBTs devido ao acionamento isolado A soluccedilatildeo encontrada foi a inclusatildeo de uma camada N+ na qual a taxa de recombinaccedilatildeo eacute bastante mais elevada do que na regiatildeo N- Desta forma as lacunas presentes em N+ recombinam-se com muita rapidez fazendo com que por difusatildeo as lacunas existentes na regiatildeo N- refluam apressando a extinccedilatildeo da carga acumulada na regiatildeo N- possibilitando o restabelecimento da barreira de potencial e o bloqueio do componente
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7 - Tiristor
O tiristor e o SCR satildeo facilmente confundidos pois estatildeo relacionados ao mesmo componente Tiristor eacute o nome de uma famiacutelia de componentes da qual o SCR faz parte O SCR eacute um diodo controlado muito utilizado em equipamentos de controle industrial que iremos ver detalhadamente mais tarde Funcionamento de uma forma geral O tiristor eacute um dispositivo semicondutor de quatro camadas de estrutura PNPN com trecircs junccedilotildees PN Tem trecircs terminais Anodo Catodo e Gatilho Os terminais anodo e catodo quando polarizados diretamente soacute comeccedilam a conduzir se receber um comando no terminal gatilho Uma vez conduzindo ele se comportara como um diodo em conduccedilatildeo e natildeo haacute controle sobre o dispositivo Desligamento A corrente de anodo eacute conservada abaixo da corrente de manutenccedilatildeo por um tempo suficiente grande de forma que todos os portadores em excesso nas quatro camadas sejam eliminados ou recombinados
Alguns toacutepicos que devem ser levado em consideraccedilatildeo em projeto de circuitos de controle de gatilho
1- O sinal de gatilho deve ser retirado apoacutes o disparo do tiristor Um sinal contiacutenuo aumentaria a perda de potencia na junccedilatildeo do gatilho
2- Enquanto o tiristor estiver reversamente polarizado natildeo devera haver sinal de gatilho De outra forma o tiristor poderia falhar devido a um aumento de corrente de fuga
3- A largura do pulso de gatilho IG tem que ser maior que o tempo necessaacuterio para a corrente do anodo crescer ateacute o valor da corrente de manutenccedilatildeo IH Na praacutetica a largura do pulso no tiristor TON
Tipos de Tiristores Tiristor de controle de fase SCR Tiristor triodo bidirecional TRIAC Tiristor de desligamento pelo gatilho GTO Tiristor de conduccedilatildeo reversa RCT Tiristor de induccedilatildeo estaacutetica SITH Tiristor de desligamento auxiliado pelo gatilho GATT Retificador controlado de siliacutecio controlado por luz LASCR Tiristores controlados por MOS MCTs
Conversatildeo e o controle de grandes quantidades de potencia em sistemas CC e CA utilizando apenas uma pequena potencia para controle pois apresenta chaveamento raacutepido pequeno porte e altos valores de corrente e tensatildeo
Algumas exemplos de aplicaccedilotildees
bull Controle de reles e motores bull Fontes de tensatildeo regulada bull Inversores CC-CA bull Controle de iluminaccedilatildeo
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71 - Tiristor SCR Siacutembolo
O SCR eacute um dispositivo semicondutor de quatro camadas de estrutura PNPN com trecircs junccedilotildees PN Ele tem trecircs terminais anodo catodo e gatilho como eacute visto na figura abaixo
Figura 20
O SCR tal como um diodo soacute conduz corrente no sentido do anodo para o catodo mas apenas quando lhe aplicamos um sinal de tensatildeo no terminal chamado gatilho este meacutetodo de disparo eacute o mais utilizado para se disparar o SCR Mas existem outras formas de disparo normalmente indesejado e em alguns casos podem destruir o componente
Disparo por sobretensatildeo Quando o SCR estaacute polarizado diretamente e aumenta-se a tensatildeo VAK J1 e J3 estatildeo polarizados diretamente mas J2 estaacute reversamente polarizado veja a figura acima Com o aumento de VAK os portadores satildeo acelerados na junccedilatildeo J2 podendo atingir uma energia tatildeo grande que provocaratildeo o fenocircmeno avalanche Esse fenocircmeno faz com que muitos eleacutetrons choquem-se e saiam das orbitas dos aacutetomos da rede Estando disponiacuteveis para a conduccedilatildeo esses eleacutetrons permitem que a corrente de anodo cresccedila Aumentando a corrente de anodo estabelece-se a realimentaccedilatildeo entre os terminais mantendo o SCR disparado Este tipo de disparo eacute chamado de Tensatildeo de Breakover (VBO) Disparo por variaccedilatildeo de tensatildeo (dvdt) Para que um capacitor armazene carga eleacutetrica eacute necessaacuterio haver uma variaccedilatildeo de tensatildeo(∆v) no capacitor em um intervalo de tempo (∆t) eacute necessaacuterio que circule ainda uma corrente i pelo capacitor quando estas variaccedilotildees satildeo muito pequenas a expressatildeo que relaciona estas grandezas eacute apresentada abaixo
dt
dvCi =
Em um SCR polarizado diretamente J2 estaacute reversamente polarizado Nesta junccedilatildeo existe carga armazenada iacuteons positivos de um lado e iacuteons negativos do outro Isto eacute como um capacitor carregado Assim natildeo havendo pulso no gatilho fechando-se S1 a capacitacircncia de J2 faraacute com que circule uma corrente de gatilho Como esta variaccedilatildeo eacute muito grande a corrente resultante seraacute muito grande Essa
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corrente poderaacute ser suficiente para estabelecer o processo de realimentaccedilatildeo fazendo com que o componente entre em conduccedilatildeo
Figura 21
Esse disparo normalmente indesejado pode ser evitado pela accedilatildeo de um circuito de proteccedilatildeo
chamado snubber esse circuito eacute formado por um resistor em serie com um capacitor colocados em paralelo com o SCR
Figura 22 Circuito snubber colocado em paralelo com o SCR
Os meacutetodos de comutaccedilatildeo ou de bloqueio de um SCR significa cortar a corrente que ele conduz e impedir que ele retorne a conduccedilatildeo A comutaccedilatildeo estaraacute completa quando a corrente no sentido direto for anulado e a reaplicaccedilatildeo de tensatildeo direta entre os terminais catodo e anodo natildeo provocarem o retorno do estado de conduccedilatildeo A comutaccedilatildeo natural ocorre quando se reduz a corrente de anodo a um valor abaixo de IH chamada corrente de manutenccedilatildeo (holding current) o SCR eacute bloqueado Este bloqueio pode ser visto melhor na figura abaixo Com S2 aberto mesmo com S1 fechado o SCR estaacute bloqueado pois natildeo haacute corrente no gatilho Fechando S2 pelo R circula uma corrente de gatilho que eacute suficiente para disparar o SCR Abrindo entatildeo S1 a corrente na lacircmpada anula-se e o SCR bloqueia Outro modo de obter a comutaccedilatildeo natural seria trocar a fonte de tensatildeo continua por uma tensatildeo alternada porem o SCR conduziria somente no semi-ciclo positivo natildeo havendo fluxo de corrente no semi-ciclo negativo
Figura 23 Meacutetodo mais utilizado
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Haacute tambeacutem um outro meacutetodo chamado comutaccedilatildeo forccedilada mais usual em circuitos CC a teacutecnica consiste em desviar a corrente por um caminho de menor impedacircncia a corrente que passa pelo SCR iraacute cair abaixo de IH provocando o bloqueio Como podemos ver no circuito abaixo
Figura 24
Com todas as chaves abertas o SCR estaacute bloqueado e a lacircmpada estaacute apagada Fechando-se a CH1 o circuito da lacircmpada e do SCR estaraacute energizado Como natildeo haacute corrente no gatilho o SCR continuaraacute bloqueado a lacircmpada apagada Quando S2 fechar circulara pelo resistor uma corrente suficiente para alimentar o gatilho do SCR que disparara e acenderaacute a lacircmpada Com a lacircmpada acesa S2 pode se novamente aberta sem que o SCR bloqueie e a lacircmpada se apague Agora fechando S3 naturalmente a lacircmpada natildeo se apagara pois a chave curto-circuitaraacute o SCR ficando a lacircmpada alimentada diretamente pela tensatildeo da fonte Como o SCR real natildeo eacute um curto-circuito toda a corrente da lacircmpada ira passar por S3 e a corrente do SCR cairaacute agrave zero o SCR entatildeo ira bloquear Com o SCR bloqueado abrindo-se a chave S3 a lacircmpada apagara Assim soacute seraacute outra vez acessa se S2 for novamente fechada provocando a corrente de gatilho no SCR Mas tambeacutem pode-se utilizar o SCR em tensatildeo alternada natildeo soacute em tensatildeo contiacutenua abaixo temos um exemplo de circuito com sua forma de onda
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72 - Tiristor TRIAC Siacutembolo O Triac eacute um dispositivo de 5 camadas tendo 2 caminhos P-N-P-N em ambos os sentidos entre o MT1 e MT2 e podendo conduzir nos dois sentidos como nos mostra claramente o seu siacutembolo Eletricamente o Triac equivale a ligaccedilatildeo de dois SCRs em antiparalelo e os terminais de gatilho ligados juntos O Triac pode ser levado a conduccedilatildeo pela aplicaccedilatildeo de uma corrente positiva ou negativa no gatilho embora seja mais sensiacutevel a aplicaccedilatildeo de uma corrente positiva quando MT2 eacute positivo e de uma corrente negativa quando MT1 eacute positivo Um TRIAC pode conduzir em ambos os sentidos e eacute normalmente utilizado em controle de fase CA Ele pode ser considerado como dois SCR conectados em antiparalelo com uma conexatildeo de gatilho comum como mostrado na figura abaixo
Como o TRIAC eacute um dispositivo bidirecional seus terminais natildeo podem ser designados como catodo e anodo Se o terminal MT2 for positivo em relaccedilatildeo ao terminal MT1 o TRIAC pode ser disparado pela aplicaccedilatildeo de um sinal positivo entre os terminais de gatilho G e MT1 Se o terminal MT2 for negativo em relaccedilatildeo a MT1 ele pode ser disparado pela aplicaccedilatildeo de um sinal negativo entre o gatilho G e MT1 Natildeo eacute necessaacuterio que se tenham ambas as polaridades do sinal de gatilho pois um TRIAC pode ser disparado com um sinal tanto positivo quanto negativo Na praacutetica as sensibilidades variam de um quadrante para outro e os triacs normalmente satildeo operados no I quadrante (tensatildeo e correntes de gatilho positivas) ou no quadrante III (tensotildees e correntes de gatilho negativas) como eacute visto na curva caracteriacutestica abaixo
a) Quadrante I VMT2 positivo e IG positivo b) Quadrante II VMT2 negativo e IG positivo c) Quadrante III VMT2 negativo e IG negativo d) Quadrante IV VMT2 positivo e IG negativo
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Entatildeo pode-se dizer que o triac pode fazer o controle de fase em uma carga como no circuito abaixo
Variando o potenciocircmetro R2 podemos disparar o triac em vaacuterios acircngulos da onda como demonstra o graacutefico abaixo
Porem com este circuito eacute impossiacutevel efetuar disparos aleacutem dos 90deg em cada semi-ciclo por exemplo se desejarmos disparar em 25deg que a tensatildeo instantacircnea eacute de Vx e o potenciocircmetro estaacute ajustado com este valor de tensatildeo de rede se utilizar o mesmo raciociacutenio para disparar em 155deg a tensatildeo instantacircnea seraacute a mesma consequumlentemente teraacute a mesmo ajuste do potenciocircmetro que e iraacute disparar em 25deg e natildeo em 155deg A figura abaixo ajuda esclarecer este raciociacutenio
Entatildeo para resolvermos a limitaccedilatildeo no acircngulo de disparo menor ou igual a 90deg eacute associarmos com os resistores jaacute existentes um capacitor como no circuito abaixo formando entatildeo uma rede defasadora
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O valor desta defasagem eacute dada pela equaccedilatildeo τ=(R1+R2)C Variando R2 consegue-se
variar o angula de disparo do Triac Porem como o capacitor nem sempre se carrega apartir de uma tensatildeo fixa natildeo se tem uma regularidade no disparo
Para resolvermos este problema estudaremos o Diac na sequumlecircncia
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8 - Diac Os diacs satildeo diodos de disparo bidirecional composto por trecircs camadas (PNP) com a simples funccedilatildeo de disparar tiristores Sua construccedilatildeo assemelha-se a de um transistor bipolar poreacutem difere na dopagem do cristal N
Seu funcionamento eacute simples Para passar do estado de bloqueio para o estado de conduccedilatildeo eacute preciso ultrapassar a tensatildeo de ruptura (VR) rompendo assim a junccedilatildeo polarizada inversamente podendo a corrente fluir em ambos sentidos
Para voltar ao estado de bloqueio basta remover a tensatildeo por alguns instantes Os diacs servem para controlar o disparo de triacs quando uma tensatildeo de referecircncia chegar a certo valor
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9 - Retificadores a tiristor A estrutura baacutesica de retificadores controlado consiste na mesma metodologia vista anteriormente com diodos porem com esta estrutura somente os semiciclos positivos da fonte de alimentaccedilatildeo seratildeo aplicados na carga quando os SCRs forem disparados Jaacute os semiciclos negativos satildeo omitidos como jaacute estudado anteriormente Agora temos um circuito de controle dos gatilhos dos SCRs mais requintado podendo fazer o controle entre 0deg a 180deg Vamos dar exemplos de montagem dos circuitos para que seja melhor entendido
Retificador monofaacutesico de meia onda
Retificador monofaacutesico de onda completa com ponto meacutedio
Retificador monofaacutesico em ponte completa
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Retificador semi-controlado ou em ponte mista
Retificador trifaacutesico de meia onda
Retificador trifaacutesico de onda completa (Ponte de Graetz)
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10 - PWM Para comeccedilarmos o estudo do PWM que vem do inglecircs Pulse Width Modulation ou seja modulaccedilatildeo
por largura de pulso temos que ter alguns preacute-requisitos em mente Uma maneira tradicional de se controlar a potencia de uma carga eacute atraveacutes de um potenciocircmetro ou reostato em seacuterie com a carga conforme mostra a figura abaixo este tipo de controle eacute denominada linear
Variando-se a resistecircncia do potenciocircmetro pode-se modificar a corrente na carga e portanto a potecircncia aplicada a ela
A grande desvantagem deste tipo de controle eacute que a queda de tensatildeo multiplicada pela corrente no R em seacuterie representa uma potencia na forma de calor Conforme o ajuste deste o controle passa a dissipar mais potencia que a carga
O R tem de ser capaz de dissipar esta potencia sendo assim o seu tamanho fiacutesico cresce proporcionalmente com a sua potencia tornando-se caro Embora este controle seja ateacute intuitivo porem natildeo eacute muito inteligente no que diz respeito de desperdiacutecio de energia Consideremos entatildeo o mesmo circuito soacute trocamos o controle como podemos ver no desenho abaixo
Consideremos ainda que esta chave tem uma accedilatildeo muito raacutepida Quando o interruptor estaacute aberto natildeo haacute corrente na carga e a potecircncia aplicada eacute nula No instante em que o interruptor eacute fechado a carga recebe a tensatildeo total da fonte e a potecircncia aplicada eacute maacutexima
Entatildeo para termos uma potencia de 50 a ideacuteia eacute deixarmos um tempo x com a chave ligada e o mesmo tempo com a chave desligada Isso significa que em meacutedia teremos metade do tempo com corrente e metade do tempo sem corrente concluindo que a potencia ficaraacute em 50
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A potecircncia meacutedia e portanto a proacutepria tensatildeo meacutedia aplicada agrave carga eacute neste caso 50 da tensatildeo de entrada
Veja que o interruptor fechado pode definir uma largura de pulso pelo tempo em que ele fica nesta condiccedilatildeo e um intervalo entre pulsos pelo tempo em que ele fica aberto Os dois tempos juntos definem o periacuteodo e portanto uma frequecircncia de controle
A relaccedilatildeo entre o tempo em que temos o pulso e a duraccedilatildeo de um ciclo completo de operaccedilatildeo do interruptor nos define ainda o ciclo ativo conforme eacute mostrado na figura 5
Variando-se a largura do pulso e tambeacutem o intervalo de modo a termos ciclos ativos diferentes podemos controlar a potecircncia meacutedia aplicada a uma carga Assim quando a largura do pulso varia de zero ateacute o maacuteximo a potecircncia tambeacutem varia na mesma proporccedilatildeo conforme estaacute indicado na figura 6
Este princiacutepio eacute usado justamente no controle PWM modulamos (variamos) a largura do pulso de modo a controlar o ciclo ativo do sinal aplicado a uma carga e com isso a potecircncia aplicada a ela
Na praacutetica substituiacutemos o interruptor por algum dispositivo de estado soacutelido que possa abrir e fechar o circuito rapidamente como por exemplo um transistor bipolar um FET de potecircncia um IGBT ou ateacute mesmo um SCR
A este dispositivo eacute entatildeo ligado um oscilador que possa ter seu ciclo ativo controlado numa grande faixa de valores Na praacutetica eacute difiacutecil chegar agrave duraccedilatildeo zero do pulso e agrave 100 jaacute que isso implicaria na parada do oscilador mas podemos chegar bem perto disso
Na operaccedilatildeo de um controle por PWM existem diversas vantagens a serem consideradas e alguns pontos para os quais o projetista deve ficar atento para natildeo jogar fora estas vantagens
Na condiccedilatildeo de aberto nenhuma corrente circula pelo dispositivo de controle e portanto sua dissipaccedilatildeo eacute nula Na condiccedilatildeo de fechado teoricamente se ele apresenta uma resistecircncia nula a queda de tensatildeo eacute nula e ele natildeo dissipa tambeacutem nenhuma potecircncia
Isso significa que na teoria os controles PWM natildeo dissipam potecircncia alguma e portanto consistem em soluccedilotildees ideais para este tipo de aplicaccedilatildeo
Na praacutetica entretanto isso natildeo ocorre Em primeiro lugar os dispositivos usados no controle natildeo satildeo capazes de abrir e fechar o circuito num tempo infinitamente pequeno Eles precisam de um tempo para mudar de estado e neste intervalo de tempo sua resistecircncia sobe de um valor muito pequeno ateacute infinito e vice-versa numa curva de comutaccedilatildeo semelhante a mostrada na figura 10
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Neste intervalo de tempo a queda de tensatildeo e a corrente atraveacutes do dispositivo natildeo satildeo nulas e uma boa quantidade de calor poderaacute ser gerada conforme a carga controlada Dependendo da frequecircncia de controle e da resposta do dispositivo usado uma boa quantidade de calor poderaacute ser gerada neste processo de comutaccedilatildeo
Entretanto mesmo com este problema a potecircncia gerada num controle PWM ainda eacute muito menor do que num circuito de controle linear equivalente Transistores de comutaccedilatildeo raacutepidos FETs de potecircncia e outros componentes de chaveamento podem ser suficientemente raacutepidos para permitir que projetos de controles de potecircncias elevadas sejam implementados sem a necessidade de grandes dissipadores de calor ou que tenham problemas de perdas de energia por geraccedilatildeo de calor que possam ser preocupantes
O segundo problema que poderaacute surgir vem justamente do fato de que os transistores de efeito de campo ou bipolares usados em comutaccedilatildeo natildeo se comportam como resistecircncias nulas quando saturados Os transistores bipolares podem apresentar uma queda de tensatildeo de ateacute alguns volts quando saturados o mesmo ocorrendo com os FETs
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11 - Soft-Starter
Soft start eacute um dispositivo eletrocircnico composto de pontes tiristorizadas a fim de controlar a corrente de partida de motores de corrente alternada trifaacutesicos o controle da tensatildeo reduzida eacute feita ajustando-se o acircngulo de disparo de um par de SCRs dispostos em antiparalelo em cada fase do motor A medida que a tensatildeo vai aumentando a corrente aumenta para acelerar a carga de uma maneira suave e sem degraus Seu uso eacute comum em bombas centriacutefugas ventiladores e motores de elevada potecircncia cuja aplicaccedilatildeo natildeo exija a variaccedilatildeo de velocidade
A vantagem desta teacutecnica sobre as alternativas de custo baixo eacute a possibilidade de ajustarmos o torque do motor as necessidades de torque da carga
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12 - Inversores
Introduccedilatildeo A obtenccedilatildeo de uma tensatildeo alternada a partir de uma fonte CC eacute muitas vezes necessaacuteria para a
alimentaccedilatildeo de diversas cargas Os conversores que realizam a transformaccedilatildeo CC-CA satildeo chamados de inversores Como exemplos de aplicaccedilotildees pode-se citar o controle de velocidade de motores de corrente alternada fontes de alimentaccedilatildeo ininterrupta (no-break) entre varias outras aplicaccedilotildees
Qualquer sistema no qual o fornecimento da energia eleacutetrica natildeo pode ser interrompido deve prever uma fonte de emergecircncia para supri-lo Quando a potecircncia instalada eacute muito grande tem-se em geral um sistema de acionamento imediato alimentado a partir de baterias e um sistema motor-gerador que por necessitar de alguns minutos para estar em condiccedilotildees ideais de operaccedilatildeo natildeo pode ser usado de imediato Tal arranjo eacute usado por exemplo em centrais telefocircnicas hospitais etc Topologias Baacutesicas
Inversor Monofaacutesico em Ponte A estrutura do inversos monofaacutesico em ponte alimentando carga resistiva estaacute representado na
Figura abaixo
As formas de onda de interesse satildeo apresentadas na figura abaixo Com S1 e S4 em conduccedilatildeo a
tensatildeo na carga eacute igual a E quando S2 e S3 estatildeo em conduccedilatildeo ela torna-se igual a -E
Quando a carga for indutiva devem ser adicionados a estrutura do circuito mostrado acima os
diodos de circulaccedilatildeo D1 D2 D3 e D4 como indica a figura abaixo Observe que com carga indutiva a fonte E deve ser reversiacutevel em corrente
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Etapas de funcionamento do inversor em ponte alimentando carga indutiva
Inversor Monofaacutesico em Ponto Meacutedio Este circuito representado na figura abaixo emprega apenas um braccedilo sendo desse modo mais
simples de ser comandado que o inversor em ponte porem a sua desvantagem eacute a tensatildeo de saiacuteda ser a metade
Inversor Monofaacutesico em Ponte
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13 - Dissipadores
A circulaccedilatildeo de corrente eleacutetrica por qualquer elemento provoca uma dissipaccedilatildeo de potecircncia igual ao produto do quadrado da corrente pela resistecircncia do circuito O objetivo eacute estabelecer criteacuterios para o dimensionamento de sistemas de dissipaccedilatildeo do calor produzido por componentes eletrocircnicos especialmente semicondutores de potecircncia (diodostransistores tiristores etc) buscando a proteccedilatildeo de tais componentes tendo como meta fundamental a elevada confiabilidade dos equipamentos nos quais os dispositivos satildeo empregados Deve-se buscar reduccedilatildeo de volume peso e custos
Caacutelculo da Potecircncia Dissipada
O caacutelculo da potecircncia dissipada deve ser feito via de regra pelo produto da tensatildeo pela corrente sobre o dispositivo em questatildeo
Comportamento em regime permanente potecircncia meacutedia
Nos dispositivos semicondutores de potecircncia o calor decorrente do efeito Joule eacute produzido na pastilha semicondutora fluindo daiacute para ambientes mais frios como o encapsulamento do dispositivo e o ambiente Este fluxo de calor depende de fatores como o gradiente de temperatura e as caracteriacutesticas teacutermicas dos meios e materiais envolvidos Define-se a grandeza ldquoresistecircncia teacutermicardquo como uma medida da dificuldade do fluxo de calor entre 2 meios ∆T diferenccedila de temperatura entre regiotildees de transferecircncia de calor P potecircncia meacutedia dissipada h coeficiente de transferecircncia de calor A aacuterea envolvida na transferecircncia de calor
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ANALOGIA COM CIRCUITO ELEacuteTRICO Em geral se faz uma analogia com um circuito eleacutetrico sendo a potecircncia meacutedia representada por uma fonte de corrente As temperaturas nos ambientes indicados (junccedilatildeo caacutepsula ambiente) satildeo anaacutelogas agraves tensotildees nos respectivos noacutes enquanto as resistecircncias teacutermicas satildeo as proacuteprias resistecircncias do modelo
Tj=Temperatura da junccedilatildeo Rtjc=Resistecircncia teacutermica entre junccedilatildeo e encapsulamento Tc=temperatura do encapsulamento Rtca=Resist Term Entre encapsulamento e ambiente Rtcd=Resist Entre encapsulament e dissipador Rtda=Resist Teacutermica entre dissipador e ambiente Partindo do anaacutelogo eleacutetrico chegamos a seguinte equaccedilatildeo tiacutepica Tj = Ta + P (Rtjc + Rtca) Exemplo 1 P = 20 W Rtjc = 2degCW Rtca = 10degCW Ta = 40degC Tjmax = 120degC Tc = Ta + P Rtca = 240degC Tj = Tc + P Rtjc = 280degC
Dissipadores de calor Considerando que natildeo seja possiacutevel reduzir a potecircncia meacutedia dissipada a alternativa para a proteccedilatildeo do semicondutor eacute colocar um dispositivo de baixa resistecircncia teacutermica entre o encapsulamento e o ambiente A este elemento colocado junto ao encapsulamento se diz ldquodissipador de calorrdquo Caracteriacutesticas dos dissipadores As principais caracteriacutesticas estatildeo relacionadas com dimensotildees e especialmente agrave sua superfiacutecie de contato com o ambiente Em geral estes dispositivos satildeo construiacutedos em alumiacutenio dada sua boa condutividade teacutermica (condiccedilatildeo indispensaacutevel) baixo custo e peso A figura mostra perfis tiacutepicos de dissipadores A utilizaccedilatildeo de grande nuacutemero de aletas eacute para aumentar a aacuterea de troca de calor A resistecircncia teacutermica para uma placa plana quadrada pode ser aproximadamente dada por
λ condutacircncia teacutermica (a 77o C) [W(oCcm)] W espessura do dissipador [mm]
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A aacuterea do dissipador [cm2] Cf fator de correccedilatildeo devido agrave posiccedilatildeo e tipo de superfiacutecie Na tabela abaixo satildeo dados alguns valores para os coeficientes da foacutermula O fator Cf varia com a posiccedilatildeo do dissipador sendo preferiacutevel uma montagem vertical agrave horizontal por criar um efeito ldquochamineacuterdquo Dissipadores pretos satildeo melhores irradiadores de calor que aqueles com superfiacutecie brilhante
Comportamento em regime transitoacuterio potecircncia de pico Quando a potecircncia dissipada no semicondutor consiste de pulsos de potecircncia eacute preciso verificar a proteccedilatildeo do componente em relaccedilatildeo aos picos de dissipaccedilatildeo Durante a ocorrecircncia do pico de potecircncia ocorre a elevaccedilatildeo da temperatura da junccedilatildeo embora natildeo ocorra variaccedilatildeo nas temperaturas do encapsulamento e do dissipador (que dependem da potecircncia meacutedia) devido agrave maior capacidade teacutermica da caacutepsula e especialmente do dissipador Tal capacidade teacutermica relaciona-se com o tipo de material utilizado e seu volume Na analogia eleacutetrica utilizada anteriormente ela se comporta como uma capacitacircncia O caacutelculo da temperatura da junccedilatildeo em tal regime transitoacuterio eacute feito utilizando uma grandeza chamada ldquoimpedacircncia teacutermicardquo Ztjc que leva em consideraccedilatildeo a capacidade teacutermica da junccedilatildeo Exemplo 2 Rtjc = 2deg CW Rtca = 5deg CW Rtcd = 2deg CW Rtda = 3deg CW Ztjc = 005deg CW Tjmax = 150deg C Ta = 40deg C P = 20W Pp = 1000W
Tj = 130 oC (o componente estaacute protegido em relaccedilatildeo agrave potecircncia meacutedia) Tc = 90 oC Tj = Tc + Pp Ztjc = 140 oC
Caacutelculo dos Dissipadores
bull A temperatura de trabalho da junccedilatildeo deve ser 20 a 30 menor que seu valor maacuteximo para permitir a proteccedilatildeo do componente sem super-dimensionar o dissipador middot Para ambientes nos quais natildeo se faccedila um controle riacutegido da temperatura deve-se usar uma temperatura ambiente de 40oC
bull Caso o dissipador fique dentro de algum bastidor ou caixa na qual a temperatura possa se elevar acima dos 40oC deve-se considerar sempre a maacutexima temperatura do ar com o qual o dissipador troca calor Eacute conveniente agrave falta de maiores informaccedilotildees utilizar o valor de 40oC e verificar apoacutes a entrada em operaccedilatildeo do protoacutetipo a verdadeira temperatura ambiente
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bull Deve-se verificar a necessidade do uso de isoladores (mica teflon ou mylar) e natildeo desconsiderar suas resistecircncias teacutermicas middot O emprego de pastas teacutermicas eacute sempre recomendado e se deve considerar tambeacutem sua resistecircncia teacutermica
b) No transitoacuterio
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Apecircndice A
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Laboratoacuterio 1
Diodo Ache os componentes em sucatas e monte o circuito abaixo em placa de circuito impresso corroiacuteda Lista de material
4 Diodos 1N4007 2 Capacitores 330uF200V 2 Resistores 150K 18W 1 Suporte p lacircmpada 1 Lacircmpada 40W220V 1 Conector p placa de 2 bornes 6 Chaves HH 1 Rabicho com plugue Placa p circuito impresso virgem (fibra fenolite perfurada) Caneta retro projetor ou esmalte p unhas Palha de accedilo ou acetona e pedaccedilo de pano Soluccedilatildeo de percloreto de ferro Estanho em fio
Obs Colocar o seu nome no lado do cobre a caneta ou esmalte antes da corrosatildeo
Montado na placa o circuito acima e testado fazer os seguintes exerciacutecios 1 ndash Com o interruptor Ch7 ligado os interruptores Ch3 Ch4 Ch5 e Ch6 desligados e os interruptores Ch1 e Ch2 na posiccedilatildeo 1 faccedila a seguinte medida meccedila com o osciloscoacutepio colocando a garra jacareacute onde aparece o GND e o pinccedila no ponto 1 de forma que apareccedila somente o semi-ciclo positivo na tela tambeacutem reproduza abaixo a forma de onda encontrada e registre onde a posiccedilatildeo do zero O aparelho ajustado da seguinte forma O botatildeo de tempodivisatildeo em 5mS O botatildeo tensatildeodivisatildeo ajustado em 5V A ponteira ajustada em X10
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2 ndash Permanecendo o interruptor Ch7 ligado Ch5 e Ch6 desligados poreacutem Ch1 e Ch2 na posiccedilatildeo 2 e Ch3 e Ch4 ligados faccedila novamente a medida e reproduza na tela abaixo a forma de onda
3 - Permanecendo o interruptor Ch7 ligado Ch3 Ch4 Ch5 e Ch6 agora ligados e Ch1 e Ch2 na posiccedilatildeo 2 faccedila novamente a medida e reproduza na tela abaixo a forma de onda
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4 ndash O que aconteceu com a potecircncia (brilho) da lacircmpada Com circuito configurado como no exerciacutecio 1 e exerciacutecio 3 (aumentou ou diminuiu) Porque ocorreu isto _____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
5 ndash Qual eacute a nova potecircncia da lacircmpada Provar por meio de caacutelculos 6 ndash Por fim com o circuito configurado como no exerciacutecio 3 coloque uma lacircmpada de maior potecircncia e visualize o ripple novamente com o osciloscoacutepio explique o que ocorreu _____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
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Laboratoacuterio 2 TRANSISTOR BIPOLAR (BJT)
Os transistores de potecircncia apresentam caracteriacutesticas de chaveamento controlado Os transistores utilizados como elementos de chaveamento operam na regiatildeo de saturaccedilatildeo apresentando uma baixa queda de tensatildeo de conduccedilatildeo (VCE=0V) (VBE=13V)
Este laboratoacuterio tem o objetivo de fazer um retificador e filtro diretamente da rede alternada com componentes retirados de fontes chaveadas de computadores apoacutes o estaacutegio de retificaccedilatildeo e filtro faremos funcionar uma lacircmpada incandescente de 220 volts corrente alternada em corrente contiacutenua com o auxiacutelio de um transistor de potencia tambeacutem retirado das mesmas fontes
Calcule o R1 e monte o circuito e apoacutes responda as questotildees
Pinos 1 ndash Base 2 ndash Coletor 3 ndash Emissor
Alguns transistores encontrados em fontes chaveadas de computador Transistor VCE (V) Ic (A) β MJE13007 400 8 5
2SC4106 400 7 10
2SC5027 800 3 8
2SC5353 800 3 15
2SC2335 400 7 10
2SC4242 400 7 10
2SC5763 400 7 10
1 ndash Escolha o transistor e faccedila o calculo para descobrir R1 e depois monte o circuito Transistor escolhido ______________
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2 ndash Meccedila a corrente no ponto 1 e compare com o calculado Faccedila as observaccedilotildees necessaacuterias
Corrente no ponto (1)
Calculado
Medido _____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
3 ndash Por que existem os resistores em paralelo com os capacitores
_____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
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Laboratoacuterio 3
TRANSISTOR EFEITO DE CAMPO (FET) O transistor de potecircncia MOSFET eacute um dispositivo de tensatildeo controlada e necessita apenas de tensatildeo no gatilho A velocidade de chaveamento eacute muito alta (nanosegundos) MOSFETrsquos de potecircncia satildeo utilizados em conversores de baixa potecircncia e alta frequumlecircncia Estes transistores apresentam problemas de descargas eletrostaacuteticas necessitando de cuidados especiais Este experimento tem como objetivo mostrar o funcionamento de Mosfets em uma aplicaccedilatildeo pratica para tanto montaremos o circuito abaixo
Pinagem 1 ndash GATE 2 ndash DRAIN 3 ndash SOURCE
Alguns transistores encontrados no comeacutercio
Transistor Tensatildeo Vds(V) Corrente Id (A)
IRF840 500 85 IRF740 400 10
1 ndash Meccedila a corrente no ponto 1 Corrente no ponto 1 ______________ No ponto 2 coloque 1deg o multiacutemetro antes de ligar o circuito Meccedila a corrente no ponto 2 Corrente no ponto 2 ______________ Por que isto ocorre 2 ndash Calcule a corrente que passa entre os resistores E compare com os valores medidos e faccedila as observaccedilotildees necessaacuterias
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Laboratoacuterio 4
SCR E TRIAC
Este laboratoacuterio tem o objetivo de comprovar o funcionamento do componente SCR e TRIAC e diferenciaacute-los 1
A - Primeiramente ligue a chave 1 mantendo a chave 2 desligada o que ocorre _____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
B ndash Mantendo ligada a chave 1 ligue a chave 2 por um breve intervalo de tempo e desligue-a O que acontece Justifique sua resposta _____________________________________________________________________________________ _____________________________________________________________________________________ 2
C ndash Faccedila a mesma sequumlecircncia usada nas questotildees A e B Sequumlecircncia da questatildeo A________________________________________________________________
Sequumlecircncia da questatildeo B_________________________________________________________________
D - Faccedila as consideraccedilotildees comparando os circuitos 1 e 2
_____________________________________________________________________________________ _____________________________________________________________________________________
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3
E ndash Faccedila um comentaacuterio sobre a omissatildeo das chaves _____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
4
F - Comente os circuitos 3 e 4 haacute alguma diferenccedila no brilho da lacircmpada
_____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
Pinos do SCR e BTA 1 ndash Catodo A2 2 ndash Anodo A1 3 ndash Gatilho
Alguns SCRs encontrados no comeacutercio
Tiristor
Tensatildeo Vds(V)
Corrente Id (A)
BT151 500 85 TIC106 400 10
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Laboratoacuterio 5
DIAC E TRIAC O objetivo eacute montar o circuito abaixo e visualizar com o osciloscoacutepio a forma de onda em cima da carga no nosso caso a lacircmpada enquanto varia o potenciocircmetro
Pinagem 1 ndash A1 2 ndash A2 3 ndash G Alguns triacs encontrado no comeacutercio BTA08 ndash 8A BTA26 ndash 26A MAC224 ndash 40A TIC226 ndash 8A
Coloque a ponteira em cima da carga e deixe o potenciocircmetro no meio do curso e reproduza na tela abaixo Registre o ajuste que foi feito no osciloscoacutepio para aparecer o meio ciclo superior na tela
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Laboratoacuterio 6
PWM Este circuito eacute simples com o famoso CI 555 para gerar o sinal PWM Controlando uma carga que conseguimos observar o estaacute acontecendo
1 ndash Qual a frequumlecircncia gerada do sinal PWM _______________________________________________________________________________
_______________________________________________________________________________
2 ndash O que acontece com a lacircmpada quando varia o potenciocircmetro
_______________________________________________________________________________
_______________________________________________________________________________
3 ndash Trocando o capacitor de 100nF por um de 10nF qual seraacute a nova frequumlecircncia
_______________________________________________________________________________
_______________________________________________________________________________
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Laboratoacuterio 7
INVERSOR Este circuito eacute o conceito baacutesico do princiacutepio de funcionamento de um inversor que eacute capaz de gerar uma tensatildeo alternada a partir de uma tensatildeo contiacutenua
1 ndash O motor estaacute girando _____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
2 ndash Caso afirmativo na primeira pergunta coloque a ponteira do osciloscoacutepio em um dos terminais do motor e a garra jacareacute no terra e meccedila a frequumlecircncia _____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
3 ndash O que estaacute acontecendo com o motor em suas caracteriacutesticas fiacutesicas Mudou a velocidade estaacute aquecendo estaacute trepidando etc _____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
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Apendice B
Coacutedigo de resistores
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Capacitores ceracircmicos
O valor do capacitorB eacute de 3300 pF (picofarad = 10-12 F) ou 33 nF (nanofarad = 10-9 F) ou 00033 microF (microfarad =
10-6 F) No capacitor A devemos acrescentar mais 4 zeros apoacutes os dois primeiros algarismos O valor do capacitor que se lecirc 104 eacute de 100000 pF ou 100 nF ou 01microF
O aparecimento de uma letra maiuacutescula ao lado dos nuacutemeros Esta letra refere-se a toleracircncia do capacitor ou seja o quanto que o capacitor pode variar de seu valor em uma temperatura padratildeo de 25deg C A letra J significa que este capacitor pode variar ateacute plusmn5 de seu valor a letra K = plusmn10 ou M = plusmn20 Segue na tabela abaixo os coacutedigos de toleracircncias de capacitacircncia
Ateacute 10pF Coacutedigo Acima de 10pF
plusmn01pF B
plusmn025pF C
plusmn05pF D
plusmn10pF F plusmn1
G plusmn2
H plusmn3
J plusmn5
K plusmn10
M plusmn20
S -50 -20
Z +80 -20
ou +100 -20
P +100 -0
O coeficiente de temperatura TC que define a variaccedilatildeo da capacitacircncia dentro de uma determinada faixa de temperatura O TC eacute normalmente expresso em ou ppmdegC ( partes por milhatildeo degC ) Eacute usado uma sequumlecircncia de letras ou letras e nuacutemeros para representar os coeficientes Observe o desenho abaixo
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Na tabela abaixo estatildeo mais alguns coeficientes de temperatura e as toleracircncias que satildeo muito utilizadas por diversos fabricantes de capacitores
Coacutedigo Coeficiente de temperatura NPO -0plusmn 30ppmdegC N075 -75plusmn 30ppmdegC N150 -150plusmn 30ppmdegC N220 -220plusmn 60ppmdegC N330 -330plusmn 60ppmdegC N470 -470plusmn 60ppmdegC N750 -750plusmn 120ppmdegC N1500 -1500plusmn 250ppmdegC N2200 -2200plusmn 500ppmdegC N3300 -3300plusmn 500ppmdegC N4700 -4700plusmn 1000ppmdegC N5250 -5250plusmn 1000ppmdegC P100 +100plusmn 30ppmdegC
Outra forma de representar coeficientes de temperatura eacute mostrado abaixo Eacute usada em capacitores que se caracterizam
pela alta capacitacircncia por unidade de volume (dimensotildees reduzidas) devido a alta constante dieleacutetrica sendo recomendados para aplicaccedilatildeo em desacoplamentos acoplamentos e supressatildeo de interferecircncias em baixas tensotildees
Os coeficientes satildeo tambeacutem representados exibindo sequumlecircncias de letras e nuacutemeros como por exemplo X7R Y5F e Z5U Para um capacitor Z5U a faixa de operaccedilatildeo eacute de +10degC que significa Temperatura Miacutenima seguido de +85degC que significa Temperatura Maacutexima e uma variaccedilatildeo Maacutexima de capacitacircncia dentro desses limites de temperatura que natildeo ultrapassa -56 +22
Veja as trecircs tabelas abaixo para compreender este exemplo e entender outros coeficientes
Temperatura Miacutenima
Temperatura Maacutexima
Variaccedilatildeo Maacutexima de Capacitacircncia
X -55degC Y -30degC Z +10degC
2 +45degC 4 +65degC 5 +85degC 6 +105degC 7 +125degC
A plusmn10 B plusmn15 C plusmn22 D plusmn33 E plusmn47 F plusmn75 P plusmn10 R plusmn15 S plusmn22 T -33 +22 U -56 +22 V -82 +22
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Capacitores de filme plaacutestico
O desenho ao lado mostra capacitores que tem os seus valores impressos em nanofarad (nF) = 10-9F Quando aparece no capacitor uma letra n minuacutescula como um dos tipos apresentados ao lado por exemplo 3n3 significa que este capacitor eacute de 33nF No exemplo o n minuacutesculo eacute colocado ao meio dos nuacutemeros apenas para economizar uma viacutergula e evitar erro de interpretaccedilatildeo de seu valor
Capacitores de Ceracircmica Multicamada
Capacitores de Polieacutester Metalizado usando coacutedigo de cores
A tabela abaixo mostra como interpretar o coacutedigo de cores dos capacitores abaixo No capacitor A as 3 primeiras cores satildeo laranja laranja e laranja correspondem a 33000 equivalendo a 33 nF A cor branca logo adiante eacute referente a plusmn10 de toleracircncia E o vermelho representa a tensatildeo nominal que eacute de 250 volts
1ordf Algarismo 2ordf Algarismo 3ordf Ndeg de zeros 4ordf Toleracircncia 5ordf Tensatildeo
PRETO 0 0 - plusmn 20 -
MARROM 1 1 0 - -
VERMELHO 2 2 00 - 250V
LARANJA 3 3 000 - -
AMARELO 4 4 0000 - 400V
VERDE 5 5 00000 - -
AZUL 6 6 - - 630V
VIOLETA 7 7 - - -
CINZA 8 8 - - -
BRANCO 9 9 - plusmn 10 -
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Apecircndice C
Osciloscoacutepio Geralmente os osciloscoacutepios tecircm os controles e entradas que podem ser divididos em cinco grupos
1 ndash Controle da fonte de alimentaccedilatildeo 2 ndash Controles de ajuste do traccedilo ou ponto na tela 3 ndash Controles e entrada de atuaccedilatildeo vertical 4 ndash Controles e entrada de atuaccedilatildeo horizontal 5 ndash Controles de entrada de sincronismo
1 - CONTROLE DA FONTE DE ALIMENTACcedilAtildeO 11 - INTERRUPTOR Sua funccedilatildeo eacute interromper ou estabelecer a corrente no primaacuterio do transformador de fora Sua atuaccedilatildeo normalmente eacute acompanhada por uma lacircmpada piloto que serve de aviso visual sobre a situaccedilatildeo do circuito (ligado ou desligado) Normalmente este interruptor se encontra acoplado junto do potenciocircmetro de controle de brilho 12 - COMUTADOR DE TENSAtildeO Sua funccedilatildeo eacute selecionar a tensatildeo de funcionamento do osciloscoacutepio (127 220V) Permite utilizar o instrumento sem a necessidade de recorrer a um transformador abaixador ou elevador de tensatildeo (geralmente o acesso deste comutador eacute visto na parte de traz do aparelho) 2 - CONTROLES DE AJUSTE DO TRACcedilO OU PONTO NA TELA 21 - BRILHO OU LUMINOSIDADE Eacute o controle que ajusta a luminosidade do ponto ou do traccedilo O controle do brilho eacute feito por meio de um potenciocircmetro situado no circuito da grade de controle do TRC mediante o qual se regula o potencial desta grade (deve-se evitar o uso de brilho excessivo sob pena de se danificar a tela) 22 - FOCO Eacute o controle que ajusta a nitidez do ponto ou traccedilo luminoso O ajuste do foco eacute conseguido mediante a regulagem de um potenciocircmetro que regula a polarizaccedilatildeo do eletrodo de enfoque O foco deve ser ajustado de forma a se obter um traccedilo fino e niacutetido na tela (estes ajustes de brilho e de foco satildeo ajustes baacutesicos que devem ser feitos sempre que se for usar o osciloscoacutepio)
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23 - ILUMINACcedilAtildeO DA RETIacuteCULA Permite que se ilumine o quadriculado ou as divisotildees na tela 3 - CONTROLES E ENTRADA DE ATUACcedilAtildeO VERTICAL 31 - ENTRADA DE SINAL VERTICAL Nesta entrada eacute conectada a ponta de prova do osciloscoacutepio As variaccedilotildees de tensatildeo aplicadas nesta entrada aparecem sob forma de figura na tela 32 - CHAVE DE SELECcedilAtildeO DE MODO DE ENTRADA (CA-CC) Esta chave eacute selecionada de acordo com o tipo de forma de onda a ser observada Em alguns osciloscoacutepios esta chave possui trecircs posiccedilotildees (CA-0-CC ou AC-GND-DC) Esta posiccedilatildeo adicional eacute usada para a realizaccedilatildeo de ajustes do traccedilo do osciloscoacutepio em algumas situaccedilotildees Por exemplo quando se deseja Uma referecircncia na tela 33 - CHAVE SELETORA DE GANHO (VDiv) Esta chave permite que se aumente ou que se diminua a amplitude de projeccedilatildeo na tela do osciloscoacutepio (altura da imagem) 34 - POSICcedilAtildeO VERTICAL Permite movimentar a imagem para cima ou para baixo na tela A movimentaccedilatildeo natildeo interfere na forma da figura projetada na tela 4 - CONTROLES DE ATUACcedilAO HORIZONTAL 41 - CHAVE SELETORA DE BASE DE TEMPO Eacute o controle que permite variar o tempo de deslocamento horizontal do ponto na tela Atraveacutes deste controle eacute possiacutevel reduzir ou ampliar horizontalmente na tela a figura nela projetada Em alguns osciloscoacutepios esta chave seletora tem uma posiccedilatildeo identificada como EXT (externa) o que possibilita que o deslocamento horizontal pode ser controlado por circuito externo ao osciloscoacutepio atraveacutes de uma entrada especiacutefica Quando a posiccedilatildeo externa eacute selecionada natildeo haacute formaccedilatildeo do traccedilo na tela obtendo-se apenas um ponto 42 - POSICcedilAtildeO HORIZONTAL Eacute o ajuste que permite controlar horizontalmente a forma de onda na tela Girando o controle de posiccedilatildeo horizontal para a direita o traccedilo move-se horizontalmente para a direita e vice-versa Assim como o controle de posiccedilatildeo vertical o controle de posiccedilatildeo horizontal natildeo interfere na forma da figura projetada na tela
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5 - CONTROLES E ENTRADA DE SINCRONISMO (TRIGGER) Satildeo controles que se destinam a fixar a imagem na tela Estes controles satildeo utilizados principalmente na observaccedilatildeo de sinais alternados Os controles de sincronismo satildeo Chave seletora de fonte de sincronismo Chave de modo de sincronismo Controle de niacutevel de sincronismo 51 - CHAVE SELETORA DE FONTE DE SINCRONISMO Seleciona onde seraacute tomada o sinal de sincronismo para fixar a imagem na tela do osciloscoacutepio Normalmente esta chave possui trecircs posiccedilotildees pelo menos POSICcedilAtildeO CH1 O sincronismo eacute controlado pelo sinal aplicado ao canal 1 POSICcedilAtildeO REDE Realiza o sincronismo com base na frequecircncia da rede de alimentaccedilatildeo do osciloscoacutepio (60Hz) Nesta posiccedilatildeo consegue-se facilmente sincronizar na tela sinais aplicados na entrada vertical que sejam obtidos a partir da rede eleacutetrica POSICcedilAtildeO EXTERNO Na posiccedilatildeo externo o sincronismo da figura eacute obtido agrave partir de outro equipamento externo conectado ao osciloscoacutepio O sinal que controla o sincronismo na posiccedilatildeo externo eacute aplicado a entrada de sincronismo 52 - CHAVE DE MODO DE SINCRONISMO Normalmente esta chave tem duas ou trecircs posiccedilotildees AUTO Nesta posiccedilatildeo o osciloscoacutepio realiza o sincronismo automaticamente com base no sinal selecionado pela chave seletora de fonte de sincronismo NORMAL + O sincronismo eacute positivo ajustado manualmente pelo controle de niacutevel de sincronismo (TRIGGER) de modo que o primeiro pico que apareccedila na tela seja o positivo NORMAL - O sincronismo eacute negativo tambeacutem ajustado manualmente entretanto o primeiro pico a aparecer eacute o negativo 53 - CONTROLE DE NIacuteVEL DE SINCRONISMO (TRIGGER) Eacute um controle manual que permite o ajuste do sincronismo quando natildeo se consegue um sincronismo automaacutetico Tem atuaccedilatildeo nas posiccedilotildees NORMAL + e NORMAL - OBSERVACcedilAtildeO Para se realizar leituras eacute necessaacuterio sincronizar a figura na tela II - ENTRADA E CONTROLE DO OSCILOSCOacutePIO DUPLO TRACcedilO O osciloscoacutepio de duplo traccedilo possui alguns controles que satildeo comuns aos dois traccedilos e outros que satildeo individuais Os controles de brilho foco base de tempo e de posiccedilatildeo horizontal satildeo controles que satildeo comuns aos dois traccedilos Basicamente os controles individuais situam-se nas entradas e controles do vertical nos controles e entrada de sincronismo ENTRADAS E CONTROLES DO VERTICAL Para que se possa observar dois sinais simultaneamente eacute necessaacuterio que se aplique uma tensatildeo em cada uma das entradas verticais O osciloscoacutepio duplo traccedilo dispotildee de dois grupos de controles verticais Um grupo para o canal A ou canal 1 (CH1) Um grupo para o canal B ou canal 2 (CH2) Cada grupo controla um dos sinais na tela (amplitude posiccedilatildeo vertical etc) Geralmente satildeo iguais Cada canal dispotildee de Entrada Vertical Chave Seletora CA-O-CC Chave Seletora de ganho vertical (DDiv) Posiccedilatildeo vertical Um osciloscoacutepio de duplo traccedilo pode ainda ser utilizado como sendo um osciloscoacutepio de traccedilo simples Uma chave seletora permite que se possa selecionar cada canal individualmente ou os dois simultaneamente Esta chave possui pelo menos trecircs posiccedilotildees CH1
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CH2 DUAL Na posiccedilatildeo CH1 apareceraacute apenas a imagem na tela que estiver sendo aplicada na entrada vertical do canal 1 Na posiccedilatildeo CH2 apareceraacute apenas a imagem na tela que estiver sendo aplicada na entrada vertical do canal 2 Na posiccedilatildeo DUAL aparecem as duas imagens Em osciloscoacutepios mais sofisticados esta chave pode possuir mais posiccedilotildees de modo a permitir outras alternativas de uso CONTROLES DE SINCRONISMO Realizam as mesmas funccedilotildees do osciloscoacutepio traccedilo simples que eacute a de fixar a imagem na tela O que diferencia eacute o fato de que na chave seletora de fonte existe uma posiccedilatildeo adicional de modo a poder sincronizar a figura PONTAS DE PROVA As pontas de prova satildeo utilizadas para interligar o osciloscoacutepio aos pontos de medida
Uma das extremidades da ponta de prova eacute conectada a uma das entradas do osciloscoacutepio atraveacutes de um conector e a extremidade livre serve para conexatildeo aos pontos de medida A extremidade livre possui uma garra jacareacute denominada de terra da ponta de prova que deve ser conectada ao terra do circuito e uma ponta de entrada de sinal que deve ser conectada no ponto que se deseja medir Existem dois tipos de ponta de prova ponta de prova 11 ponta de prova 101 A ponta de prova 11 se caracteriza por aplicar agrave entrada do osciloscoacutepio a mesma tensatildeo ou forma de onda que eacute aplicada a ponta de mediccedilatildeo A ponta de prova 101 entrega ao osciloscoacutepio apenas a deacutecima parte da tensatildeo aplicada a ponta de mediccedilatildeo As pontas de prova 101 permitem que o osciloscoacutepio consiga observar tensotildees dez vezes maior que a sua capacidade Por exemplo Um osciloscoacutepio que permite a leitura de tensotildees de 50V com ponta de prova 11 com ponta de prova 101 poderaacute medir tensotildees de ateacute 500V (10x50V) Existem pontas de prova que dispotildee de um botatildeo onde se pode selecionar 101 ou 11 Obs Quando natildeo se tem total certeza da grandeza da tensatildeo envolvida eacute aconselhaacutevel iniciar a mediccedilatildeo com o posiccedilatildeo 101
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Bibliografia
1 Dispositivos semicondutores tiristores controle de potecircncia em CC e CA 1996 - ALMEIDA Joseacute Luiz Antunes de Satildeo Paulo Eacuterica 1996 150 p
2 Dispositivos semicondutores diodos e transistores 1996 MARQUES Angelo Eduardo B
CHOUERI JUacuteNIOR Salomatildeo CRUZ Eduardo Cesar Alves Satildeo Paulo Eacuterica 1996 389 p
3 Anaacutelise e projeto de fontes chaveadas MELLO Luiz Fernando P de Satildeo Paulo Eacuterica 1996 487 p
4 Eletrocircnica de potecircncia circuitos dispositivos e aplicaccedilotildees 1999 RASHID Muhammad H Satildeo Paulo Makron Books 1999 828 p
5 Eletrocircnica de potecircncia 1994 - PALMA Guilherme Rebouccedilas da Satildeo Paulo Eacuterica 1994 259 p
6 Dispositivos eletrocircnicos e teoria de circuitos - 8 ed 2004 -
BOYLESTAD Robert L NASHELSKY Louis CAMARGO Joseacute Bueno de NASCIMENTO Joseacute Lucimar do PERTENCE JUNIOR Antonio (Coord) Satildeo Paulo Pearson Prentice Hall 2004 672 p
7 Rodrigues Isac Zilli Notas de aula da disciplina de Eletrocircnica II do Curso de Engenharia
Eleacutetrica da UPF Passo Fundo RS 2000
8 Ghirardello Ariovaldo Apostila sobre Modulaccedilatildeo PWM Coleacutegio Politec
9 Electronics Workbench Versatildeo 512
10 LabcenterElectronics 1989-2008 Release 75 SP3
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7 - Tiristor
O tiristor e o SCR satildeo facilmente confundidos pois estatildeo relacionados ao mesmo componente Tiristor eacute o nome de uma famiacutelia de componentes da qual o SCR faz parte O SCR eacute um diodo controlado muito utilizado em equipamentos de controle industrial que iremos ver detalhadamente mais tarde Funcionamento de uma forma geral O tiristor eacute um dispositivo semicondutor de quatro camadas de estrutura PNPN com trecircs junccedilotildees PN Tem trecircs terminais Anodo Catodo e Gatilho Os terminais anodo e catodo quando polarizados diretamente soacute comeccedilam a conduzir se receber um comando no terminal gatilho Uma vez conduzindo ele se comportara como um diodo em conduccedilatildeo e natildeo haacute controle sobre o dispositivo Desligamento A corrente de anodo eacute conservada abaixo da corrente de manutenccedilatildeo por um tempo suficiente grande de forma que todos os portadores em excesso nas quatro camadas sejam eliminados ou recombinados
Alguns toacutepicos que devem ser levado em consideraccedilatildeo em projeto de circuitos de controle de gatilho
1- O sinal de gatilho deve ser retirado apoacutes o disparo do tiristor Um sinal contiacutenuo aumentaria a perda de potencia na junccedilatildeo do gatilho
2- Enquanto o tiristor estiver reversamente polarizado natildeo devera haver sinal de gatilho De outra forma o tiristor poderia falhar devido a um aumento de corrente de fuga
3- A largura do pulso de gatilho IG tem que ser maior que o tempo necessaacuterio para a corrente do anodo crescer ateacute o valor da corrente de manutenccedilatildeo IH Na praacutetica a largura do pulso no tiristor TON
Tipos de Tiristores Tiristor de controle de fase SCR Tiristor triodo bidirecional TRIAC Tiristor de desligamento pelo gatilho GTO Tiristor de conduccedilatildeo reversa RCT Tiristor de induccedilatildeo estaacutetica SITH Tiristor de desligamento auxiliado pelo gatilho GATT Retificador controlado de siliacutecio controlado por luz LASCR Tiristores controlados por MOS MCTs
Conversatildeo e o controle de grandes quantidades de potencia em sistemas CC e CA utilizando apenas uma pequena potencia para controle pois apresenta chaveamento raacutepido pequeno porte e altos valores de corrente e tensatildeo
Algumas exemplos de aplicaccedilotildees
bull Controle de reles e motores bull Fontes de tensatildeo regulada bull Inversores CC-CA bull Controle de iluminaccedilatildeo
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71 - Tiristor SCR Siacutembolo
O SCR eacute um dispositivo semicondutor de quatro camadas de estrutura PNPN com trecircs junccedilotildees PN Ele tem trecircs terminais anodo catodo e gatilho como eacute visto na figura abaixo
Figura 20
O SCR tal como um diodo soacute conduz corrente no sentido do anodo para o catodo mas apenas quando lhe aplicamos um sinal de tensatildeo no terminal chamado gatilho este meacutetodo de disparo eacute o mais utilizado para se disparar o SCR Mas existem outras formas de disparo normalmente indesejado e em alguns casos podem destruir o componente
Disparo por sobretensatildeo Quando o SCR estaacute polarizado diretamente e aumenta-se a tensatildeo VAK J1 e J3 estatildeo polarizados diretamente mas J2 estaacute reversamente polarizado veja a figura acima Com o aumento de VAK os portadores satildeo acelerados na junccedilatildeo J2 podendo atingir uma energia tatildeo grande que provocaratildeo o fenocircmeno avalanche Esse fenocircmeno faz com que muitos eleacutetrons choquem-se e saiam das orbitas dos aacutetomos da rede Estando disponiacuteveis para a conduccedilatildeo esses eleacutetrons permitem que a corrente de anodo cresccedila Aumentando a corrente de anodo estabelece-se a realimentaccedilatildeo entre os terminais mantendo o SCR disparado Este tipo de disparo eacute chamado de Tensatildeo de Breakover (VBO) Disparo por variaccedilatildeo de tensatildeo (dvdt) Para que um capacitor armazene carga eleacutetrica eacute necessaacuterio haver uma variaccedilatildeo de tensatildeo(∆v) no capacitor em um intervalo de tempo (∆t) eacute necessaacuterio que circule ainda uma corrente i pelo capacitor quando estas variaccedilotildees satildeo muito pequenas a expressatildeo que relaciona estas grandezas eacute apresentada abaixo
dt
dvCi =
Em um SCR polarizado diretamente J2 estaacute reversamente polarizado Nesta junccedilatildeo existe carga armazenada iacuteons positivos de um lado e iacuteons negativos do outro Isto eacute como um capacitor carregado Assim natildeo havendo pulso no gatilho fechando-se S1 a capacitacircncia de J2 faraacute com que circule uma corrente de gatilho Como esta variaccedilatildeo eacute muito grande a corrente resultante seraacute muito grande Essa
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corrente poderaacute ser suficiente para estabelecer o processo de realimentaccedilatildeo fazendo com que o componente entre em conduccedilatildeo
Figura 21
Esse disparo normalmente indesejado pode ser evitado pela accedilatildeo de um circuito de proteccedilatildeo
chamado snubber esse circuito eacute formado por um resistor em serie com um capacitor colocados em paralelo com o SCR
Figura 22 Circuito snubber colocado em paralelo com o SCR
Os meacutetodos de comutaccedilatildeo ou de bloqueio de um SCR significa cortar a corrente que ele conduz e impedir que ele retorne a conduccedilatildeo A comutaccedilatildeo estaraacute completa quando a corrente no sentido direto for anulado e a reaplicaccedilatildeo de tensatildeo direta entre os terminais catodo e anodo natildeo provocarem o retorno do estado de conduccedilatildeo A comutaccedilatildeo natural ocorre quando se reduz a corrente de anodo a um valor abaixo de IH chamada corrente de manutenccedilatildeo (holding current) o SCR eacute bloqueado Este bloqueio pode ser visto melhor na figura abaixo Com S2 aberto mesmo com S1 fechado o SCR estaacute bloqueado pois natildeo haacute corrente no gatilho Fechando S2 pelo R circula uma corrente de gatilho que eacute suficiente para disparar o SCR Abrindo entatildeo S1 a corrente na lacircmpada anula-se e o SCR bloqueia Outro modo de obter a comutaccedilatildeo natural seria trocar a fonte de tensatildeo continua por uma tensatildeo alternada porem o SCR conduziria somente no semi-ciclo positivo natildeo havendo fluxo de corrente no semi-ciclo negativo
Figura 23 Meacutetodo mais utilizado
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Haacute tambeacutem um outro meacutetodo chamado comutaccedilatildeo forccedilada mais usual em circuitos CC a teacutecnica consiste em desviar a corrente por um caminho de menor impedacircncia a corrente que passa pelo SCR iraacute cair abaixo de IH provocando o bloqueio Como podemos ver no circuito abaixo
Figura 24
Com todas as chaves abertas o SCR estaacute bloqueado e a lacircmpada estaacute apagada Fechando-se a CH1 o circuito da lacircmpada e do SCR estaraacute energizado Como natildeo haacute corrente no gatilho o SCR continuaraacute bloqueado a lacircmpada apagada Quando S2 fechar circulara pelo resistor uma corrente suficiente para alimentar o gatilho do SCR que disparara e acenderaacute a lacircmpada Com a lacircmpada acesa S2 pode se novamente aberta sem que o SCR bloqueie e a lacircmpada se apague Agora fechando S3 naturalmente a lacircmpada natildeo se apagara pois a chave curto-circuitaraacute o SCR ficando a lacircmpada alimentada diretamente pela tensatildeo da fonte Como o SCR real natildeo eacute um curto-circuito toda a corrente da lacircmpada ira passar por S3 e a corrente do SCR cairaacute agrave zero o SCR entatildeo ira bloquear Com o SCR bloqueado abrindo-se a chave S3 a lacircmpada apagara Assim soacute seraacute outra vez acessa se S2 for novamente fechada provocando a corrente de gatilho no SCR Mas tambeacutem pode-se utilizar o SCR em tensatildeo alternada natildeo soacute em tensatildeo contiacutenua abaixo temos um exemplo de circuito com sua forma de onda
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72 - Tiristor TRIAC Siacutembolo O Triac eacute um dispositivo de 5 camadas tendo 2 caminhos P-N-P-N em ambos os sentidos entre o MT1 e MT2 e podendo conduzir nos dois sentidos como nos mostra claramente o seu siacutembolo Eletricamente o Triac equivale a ligaccedilatildeo de dois SCRs em antiparalelo e os terminais de gatilho ligados juntos O Triac pode ser levado a conduccedilatildeo pela aplicaccedilatildeo de uma corrente positiva ou negativa no gatilho embora seja mais sensiacutevel a aplicaccedilatildeo de uma corrente positiva quando MT2 eacute positivo e de uma corrente negativa quando MT1 eacute positivo Um TRIAC pode conduzir em ambos os sentidos e eacute normalmente utilizado em controle de fase CA Ele pode ser considerado como dois SCR conectados em antiparalelo com uma conexatildeo de gatilho comum como mostrado na figura abaixo
Como o TRIAC eacute um dispositivo bidirecional seus terminais natildeo podem ser designados como catodo e anodo Se o terminal MT2 for positivo em relaccedilatildeo ao terminal MT1 o TRIAC pode ser disparado pela aplicaccedilatildeo de um sinal positivo entre os terminais de gatilho G e MT1 Se o terminal MT2 for negativo em relaccedilatildeo a MT1 ele pode ser disparado pela aplicaccedilatildeo de um sinal negativo entre o gatilho G e MT1 Natildeo eacute necessaacuterio que se tenham ambas as polaridades do sinal de gatilho pois um TRIAC pode ser disparado com um sinal tanto positivo quanto negativo Na praacutetica as sensibilidades variam de um quadrante para outro e os triacs normalmente satildeo operados no I quadrante (tensatildeo e correntes de gatilho positivas) ou no quadrante III (tensotildees e correntes de gatilho negativas) como eacute visto na curva caracteriacutestica abaixo
a) Quadrante I VMT2 positivo e IG positivo b) Quadrante II VMT2 negativo e IG positivo c) Quadrante III VMT2 negativo e IG negativo d) Quadrante IV VMT2 positivo e IG negativo
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Entatildeo pode-se dizer que o triac pode fazer o controle de fase em uma carga como no circuito abaixo
Variando o potenciocircmetro R2 podemos disparar o triac em vaacuterios acircngulos da onda como demonstra o graacutefico abaixo
Porem com este circuito eacute impossiacutevel efetuar disparos aleacutem dos 90deg em cada semi-ciclo por exemplo se desejarmos disparar em 25deg que a tensatildeo instantacircnea eacute de Vx e o potenciocircmetro estaacute ajustado com este valor de tensatildeo de rede se utilizar o mesmo raciociacutenio para disparar em 155deg a tensatildeo instantacircnea seraacute a mesma consequumlentemente teraacute a mesmo ajuste do potenciocircmetro que e iraacute disparar em 25deg e natildeo em 155deg A figura abaixo ajuda esclarecer este raciociacutenio
Entatildeo para resolvermos a limitaccedilatildeo no acircngulo de disparo menor ou igual a 90deg eacute associarmos com os resistores jaacute existentes um capacitor como no circuito abaixo formando entatildeo uma rede defasadora
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O valor desta defasagem eacute dada pela equaccedilatildeo τ=(R1+R2)C Variando R2 consegue-se
variar o angula de disparo do Triac Porem como o capacitor nem sempre se carrega apartir de uma tensatildeo fixa natildeo se tem uma regularidade no disparo
Para resolvermos este problema estudaremos o Diac na sequumlecircncia
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8 - Diac Os diacs satildeo diodos de disparo bidirecional composto por trecircs camadas (PNP) com a simples funccedilatildeo de disparar tiristores Sua construccedilatildeo assemelha-se a de um transistor bipolar poreacutem difere na dopagem do cristal N
Seu funcionamento eacute simples Para passar do estado de bloqueio para o estado de conduccedilatildeo eacute preciso ultrapassar a tensatildeo de ruptura (VR) rompendo assim a junccedilatildeo polarizada inversamente podendo a corrente fluir em ambos sentidos
Para voltar ao estado de bloqueio basta remover a tensatildeo por alguns instantes Os diacs servem para controlar o disparo de triacs quando uma tensatildeo de referecircncia chegar a certo valor
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9 - Retificadores a tiristor A estrutura baacutesica de retificadores controlado consiste na mesma metodologia vista anteriormente com diodos porem com esta estrutura somente os semiciclos positivos da fonte de alimentaccedilatildeo seratildeo aplicados na carga quando os SCRs forem disparados Jaacute os semiciclos negativos satildeo omitidos como jaacute estudado anteriormente Agora temos um circuito de controle dos gatilhos dos SCRs mais requintado podendo fazer o controle entre 0deg a 180deg Vamos dar exemplos de montagem dos circuitos para que seja melhor entendido
Retificador monofaacutesico de meia onda
Retificador monofaacutesico de onda completa com ponto meacutedio
Retificador monofaacutesico em ponte completa
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Retificador semi-controlado ou em ponte mista
Retificador trifaacutesico de meia onda
Retificador trifaacutesico de onda completa (Ponte de Graetz)
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10 - PWM Para comeccedilarmos o estudo do PWM que vem do inglecircs Pulse Width Modulation ou seja modulaccedilatildeo
por largura de pulso temos que ter alguns preacute-requisitos em mente Uma maneira tradicional de se controlar a potencia de uma carga eacute atraveacutes de um potenciocircmetro ou reostato em seacuterie com a carga conforme mostra a figura abaixo este tipo de controle eacute denominada linear
Variando-se a resistecircncia do potenciocircmetro pode-se modificar a corrente na carga e portanto a potecircncia aplicada a ela
A grande desvantagem deste tipo de controle eacute que a queda de tensatildeo multiplicada pela corrente no R em seacuterie representa uma potencia na forma de calor Conforme o ajuste deste o controle passa a dissipar mais potencia que a carga
O R tem de ser capaz de dissipar esta potencia sendo assim o seu tamanho fiacutesico cresce proporcionalmente com a sua potencia tornando-se caro Embora este controle seja ateacute intuitivo porem natildeo eacute muito inteligente no que diz respeito de desperdiacutecio de energia Consideremos entatildeo o mesmo circuito soacute trocamos o controle como podemos ver no desenho abaixo
Consideremos ainda que esta chave tem uma accedilatildeo muito raacutepida Quando o interruptor estaacute aberto natildeo haacute corrente na carga e a potecircncia aplicada eacute nula No instante em que o interruptor eacute fechado a carga recebe a tensatildeo total da fonte e a potecircncia aplicada eacute maacutexima
Entatildeo para termos uma potencia de 50 a ideacuteia eacute deixarmos um tempo x com a chave ligada e o mesmo tempo com a chave desligada Isso significa que em meacutedia teremos metade do tempo com corrente e metade do tempo sem corrente concluindo que a potencia ficaraacute em 50
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A potecircncia meacutedia e portanto a proacutepria tensatildeo meacutedia aplicada agrave carga eacute neste caso 50 da tensatildeo de entrada
Veja que o interruptor fechado pode definir uma largura de pulso pelo tempo em que ele fica nesta condiccedilatildeo e um intervalo entre pulsos pelo tempo em que ele fica aberto Os dois tempos juntos definem o periacuteodo e portanto uma frequecircncia de controle
A relaccedilatildeo entre o tempo em que temos o pulso e a duraccedilatildeo de um ciclo completo de operaccedilatildeo do interruptor nos define ainda o ciclo ativo conforme eacute mostrado na figura 5
Variando-se a largura do pulso e tambeacutem o intervalo de modo a termos ciclos ativos diferentes podemos controlar a potecircncia meacutedia aplicada a uma carga Assim quando a largura do pulso varia de zero ateacute o maacuteximo a potecircncia tambeacutem varia na mesma proporccedilatildeo conforme estaacute indicado na figura 6
Este princiacutepio eacute usado justamente no controle PWM modulamos (variamos) a largura do pulso de modo a controlar o ciclo ativo do sinal aplicado a uma carga e com isso a potecircncia aplicada a ela
Na praacutetica substituiacutemos o interruptor por algum dispositivo de estado soacutelido que possa abrir e fechar o circuito rapidamente como por exemplo um transistor bipolar um FET de potecircncia um IGBT ou ateacute mesmo um SCR
A este dispositivo eacute entatildeo ligado um oscilador que possa ter seu ciclo ativo controlado numa grande faixa de valores Na praacutetica eacute difiacutecil chegar agrave duraccedilatildeo zero do pulso e agrave 100 jaacute que isso implicaria na parada do oscilador mas podemos chegar bem perto disso
Na operaccedilatildeo de um controle por PWM existem diversas vantagens a serem consideradas e alguns pontos para os quais o projetista deve ficar atento para natildeo jogar fora estas vantagens
Na condiccedilatildeo de aberto nenhuma corrente circula pelo dispositivo de controle e portanto sua dissipaccedilatildeo eacute nula Na condiccedilatildeo de fechado teoricamente se ele apresenta uma resistecircncia nula a queda de tensatildeo eacute nula e ele natildeo dissipa tambeacutem nenhuma potecircncia
Isso significa que na teoria os controles PWM natildeo dissipam potecircncia alguma e portanto consistem em soluccedilotildees ideais para este tipo de aplicaccedilatildeo
Na praacutetica entretanto isso natildeo ocorre Em primeiro lugar os dispositivos usados no controle natildeo satildeo capazes de abrir e fechar o circuito num tempo infinitamente pequeno Eles precisam de um tempo para mudar de estado e neste intervalo de tempo sua resistecircncia sobe de um valor muito pequeno ateacute infinito e vice-versa numa curva de comutaccedilatildeo semelhante a mostrada na figura 10
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Neste intervalo de tempo a queda de tensatildeo e a corrente atraveacutes do dispositivo natildeo satildeo nulas e uma boa quantidade de calor poderaacute ser gerada conforme a carga controlada Dependendo da frequecircncia de controle e da resposta do dispositivo usado uma boa quantidade de calor poderaacute ser gerada neste processo de comutaccedilatildeo
Entretanto mesmo com este problema a potecircncia gerada num controle PWM ainda eacute muito menor do que num circuito de controle linear equivalente Transistores de comutaccedilatildeo raacutepidos FETs de potecircncia e outros componentes de chaveamento podem ser suficientemente raacutepidos para permitir que projetos de controles de potecircncias elevadas sejam implementados sem a necessidade de grandes dissipadores de calor ou que tenham problemas de perdas de energia por geraccedilatildeo de calor que possam ser preocupantes
O segundo problema que poderaacute surgir vem justamente do fato de que os transistores de efeito de campo ou bipolares usados em comutaccedilatildeo natildeo se comportam como resistecircncias nulas quando saturados Os transistores bipolares podem apresentar uma queda de tensatildeo de ateacute alguns volts quando saturados o mesmo ocorrendo com os FETs
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11 - Soft-Starter
Soft start eacute um dispositivo eletrocircnico composto de pontes tiristorizadas a fim de controlar a corrente de partida de motores de corrente alternada trifaacutesicos o controle da tensatildeo reduzida eacute feita ajustando-se o acircngulo de disparo de um par de SCRs dispostos em antiparalelo em cada fase do motor A medida que a tensatildeo vai aumentando a corrente aumenta para acelerar a carga de uma maneira suave e sem degraus Seu uso eacute comum em bombas centriacutefugas ventiladores e motores de elevada potecircncia cuja aplicaccedilatildeo natildeo exija a variaccedilatildeo de velocidade
A vantagem desta teacutecnica sobre as alternativas de custo baixo eacute a possibilidade de ajustarmos o torque do motor as necessidades de torque da carga
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12 - Inversores
Introduccedilatildeo A obtenccedilatildeo de uma tensatildeo alternada a partir de uma fonte CC eacute muitas vezes necessaacuteria para a
alimentaccedilatildeo de diversas cargas Os conversores que realizam a transformaccedilatildeo CC-CA satildeo chamados de inversores Como exemplos de aplicaccedilotildees pode-se citar o controle de velocidade de motores de corrente alternada fontes de alimentaccedilatildeo ininterrupta (no-break) entre varias outras aplicaccedilotildees
Qualquer sistema no qual o fornecimento da energia eleacutetrica natildeo pode ser interrompido deve prever uma fonte de emergecircncia para supri-lo Quando a potecircncia instalada eacute muito grande tem-se em geral um sistema de acionamento imediato alimentado a partir de baterias e um sistema motor-gerador que por necessitar de alguns minutos para estar em condiccedilotildees ideais de operaccedilatildeo natildeo pode ser usado de imediato Tal arranjo eacute usado por exemplo em centrais telefocircnicas hospitais etc Topologias Baacutesicas
Inversor Monofaacutesico em Ponte A estrutura do inversos monofaacutesico em ponte alimentando carga resistiva estaacute representado na
Figura abaixo
As formas de onda de interesse satildeo apresentadas na figura abaixo Com S1 e S4 em conduccedilatildeo a
tensatildeo na carga eacute igual a E quando S2 e S3 estatildeo em conduccedilatildeo ela torna-se igual a -E
Quando a carga for indutiva devem ser adicionados a estrutura do circuito mostrado acima os
diodos de circulaccedilatildeo D1 D2 D3 e D4 como indica a figura abaixo Observe que com carga indutiva a fonte E deve ser reversiacutevel em corrente
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Etapas de funcionamento do inversor em ponte alimentando carga indutiva
Inversor Monofaacutesico em Ponto Meacutedio Este circuito representado na figura abaixo emprega apenas um braccedilo sendo desse modo mais
simples de ser comandado que o inversor em ponte porem a sua desvantagem eacute a tensatildeo de saiacuteda ser a metade
Inversor Monofaacutesico em Ponte
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13 - Dissipadores
A circulaccedilatildeo de corrente eleacutetrica por qualquer elemento provoca uma dissipaccedilatildeo de potecircncia igual ao produto do quadrado da corrente pela resistecircncia do circuito O objetivo eacute estabelecer criteacuterios para o dimensionamento de sistemas de dissipaccedilatildeo do calor produzido por componentes eletrocircnicos especialmente semicondutores de potecircncia (diodostransistores tiristores etc) buscando a proteccedilatildeo de tais componentes tendo como meta fundamental a elevada confiabilidade dos equipamentos nos quais os dispositivos satildeo empregados Deve-se buscar reduccedilatildeo de volume peso e custos
Caacutelculo da Potecircncia Dissipada
O caacutelculo da potecircncia dissipada deve ser feito via de regra pelo produto da tensatildeo pela corrente sobre o dispositivo em questatildeo
Comportamento em regime permanente potecircncia meacutedia
Nos dispositivos semicondutores de potecircncia o calor decorrente do efeito Joule eacute produzido na pastilha semicondutora fluindo daiacute para ambientes mais frios como o encapsulamento do dispositivo e o ambiente Este fluxo de calor depende de fatores como o gradiente de temperatura e as caracteriacutesticas teacutermicas dos meios e materiais envolvidos Define-se a grandeza ldquoresistecircncia teacutermicardquo como uma medida da dificuldade do fluxo de calor entre 2 meios ∆T diferenccedila de temperatura entre regiotildees de transferecircncia de calor P potecircncia meacutedia dissipada h coeficiente de transferecircncia de calor A aacuterea envolvida na transferecircncia de calor
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ANALOGIA COM CIRCUITO ELEacuteTRICO Em geral se faz uma analogia com um circuito eleacutetrico sendo a potecircncia meacutedia representada por uma fonte de corrente As temperaturas nos ambientes indicados (junccedilatildeo caacutepsula ambiente) satildeo anaacutelogas agraves tensotildees nos respectivos noacutes enquanto as resistecircncias teacutermicas satildeo as proacuteprias resistecircncias do modelo
Tj=Temperatura da junccedilatildeo Rtjc=Resistecircncia teacutermica entre junccedilatildeo e encapsulamento Tc=temperatura do encapsulamento Rtca=Resist Term Entre encapsulamento e ambiente Rtcd=Resist Entre encapsulament e dissipador Rtda=Resist Teacutermica entre dissipador e ambiente Partindo do anaacutelogo eleacutetrico chegamos a seguinte equaccedilatildeo tiacutepica Tj = Ta + P (Rtjc + Rtca) Exemplo 1 P = 20 W Rtjc = 2degCW Rtca = 10degCW Ta = 40degC Tjmax = 120degC Tc = Ta + P Rtca = 240degC Tj = Tc + P Rtjc = 280degC
Dissipadores de calor Considerando que natildeo seja possiacutevel reduzir a potecircncia meacutedia dissipada a alternativa para a proteccedilatildeo do semicondutor eacute colocar um dispositivo de baixa resistecircncia teacutermica entre o encapsulamento e o ambiente A este elemento colocado junto ao encapsulamento se diz ldquodissipador de calorrdquo Caracteriacutesticas dos dissipadores As principais caracteriacutesticas estatildeo relacionadas com dimensotildees e especialmente agrave sua superfiacutecie de contato com o ambiente Em geral estes dispositivos satildeo construiacutedos em alumiacutenio dada sua boa condutividade teacutermica (condiccedilatildeo indispensaacutevel) baixo custo e peso A figura mostra perfis tiacutepicos de dissipadores A utilizaccedilatildeo de grande nuacutemero de aletas eacute para aumentar a aacuterea de troca de calor A resistecircncia teacutermica para uma placa plana quadrada pode ser aproximadamente dada por
λ condutacircncia teacutermica (a 77o C) [W(oCcm)] W espessura do dissipador [mm]
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A aacuterea do dissipador [cm2] Cf fator de correccedilatildeo devido agrave posiccedilatildeo e tipo de superfiacutecie Na tabela abaixo satildeo dados alguns valores para os coeficientes da foacutermula O fator Cf varia com a posiccedilatildeo do dissipador sendo preferiacutevel uma montagem vertical agrave horizontal por criar um efeito ldquochamineacuterdquo Dissipadores pretos satildeo melhores irradiadores de calor que aqueles com superfiacutecie brilhante
Comportamento em regime transitoacuterio potecircncia de pico Quando a potecircncia dissipada no semicondutor consiste de pulsos de potecircncia eacute preciso verificar a proteccedilatildeo do componente em relaccedilatildeo aos picos de dissipaccedilatildeo Durante a ocorrecircncia do pico de potecircncia ocorre a elevaccedilatildeo da temperatura da junccedilatildeo embora natildeo ocorra variaccedilatildeo nas temperaturas do encapsulamento e do dissipador (que dependem da potecircncia meacutedia) devido agrave maior capacidade teacutermica da caacutepsula e especialmente do dissipador Tal capacidade teacutermica relaciona-se com o tipo de material utilizado e seu volume Na analogia eleacutetrica utilizada anteriormente ela se comporta como uma capacitacircncia O caacutelculo da temperatura da junccedilatildeo em tal regime transitoacuterio eacute feito utilizando uma grandeza chamada ldquoimpedacircncia teacutermicardquo Ztjc que leva em consideraccedilatildeo a capacidade teacutermica da junccedilatildeo Exemplo 2 Rtjc = 2deg CW Rtca = 5deg CW Rtcd = 2deg CW Rtda = 3deg CW Ztjc = 005deg CW Tjmax = 150deg C Ta = 40deg C P = 20W Pp = 1000W
Tj = 130 oC (o componente estaacute protegido em relaccedilatildeo agrave potecircncia meacutedia) Tc = 90 oC Tj = Tc + Pp Ztjc = 140 oC
Caacutelculo dos Dissipadores
bull A temperatura de trabalho da junccedilatildeo deve ser 20 a 30 menor que seu valor maacuteximo para permitir a proteccedilatildeo do componente sem super-dimensionar o dissipador middot Para ambientes nos quais natildeo se faccedila um controle riacutegido da temperatura deve-se usar uma temperatura ambiente de 40oC
bull Caso o dissipador fique dentro de algum bastidor ou caixa na qual a temperatura possa se elevar acima dos 40oC deve-se considerar sempre a maacutexima temperatura do ar com o qual o dissipador troca calor Eacute conveniente agrave falta de maiores informaccedilotildees utilizar o valor de 40oC e verificar apoacutes a entrada em operaccedilatildeo do protoacutetipo a verdadeira temperatura ambiente
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bull Deve-se verificar a necessidade do uso de isoladores (mica teflon ou mylar) e natildeo desconsiderar suas resistecircncias teacutermicas middot O emprego de pastas teacutermicas eacute sempre recomendado e se deve considerar tambeacutem sua resistecircncia teacutermica
b) No transitoacuterio
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Apecircndice A
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Laboratoacuterio 1
Diodo Ache os componentes em sucatas e monte o circuito abaixo em placa de circuito impresso corroiacuteda Lista de material
4 Diodos 1N4007 2 Capacitores 330uF200V 2 Resistores 150K 18W 1 Suporte p lacircmpada 1 Lacircmpada 40W220V 1 Conector p placa de 2 bornes 6 Chaves HH 1 Rabicho com plugue Placa p circuito impresso virgem (fibra fenolite perfurada) Caneta retro projetor ou esmalte p unhas Palha de accedilo ou acetona e pedaccedilo de pano Soluccedilatildeo de percloreto de ferro Estanho em fio
Obs Colocar o seu nome no lado do cobre a caneta ou esmalte antes da corrosatildeo
Montado na placa o circuito acima e testado fazer os seguintes exerciacutecios 1 ndash Com o interruptor Ch7 ligado os interruptores Ch3 Ch4 Ch5 e Ch6 desligados e os interruptores Ch1 e Ch2 na posiccedilatildeo 1 faccedila a seguinte medida meccedila com o osciloscoacutepio colocando a garra jacareacute onde aparece o GND e o pinccedila no ponto 1 de forma que apareccedila somente o semi-ciclo positivo na tela tambeacutem reproduza abaixo a forma de onda encontrada e registre onde a posiccedilatildeo do zero O aparelho ajustado da seguinte forma O botatildeo de tempodivisatildeo em 5mS O botatildeo tensatildeodivisatildeo ajustado em 5V A ponteira ajustada em X10
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2 ndash Permanecendo o interruptor Ch7 ligado Ch5 e Ch6 desligados poreacutem Ch1 e Ch2 na posiccedilatildeo 2 e Ch3 e Ch4 ligados faccedila novamente a medida e reproduza na tela abaixo a forma de onda
3 - Permanecendo o interruptor Ch7 ligado Ch3 Ch4 Ch5 e Ch6 agora ligados e Ch1 e Ch2 na posiccedilatildeo 2 faccedila novamente a medida e reproduza na tela abaixo a forma de onda
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4 ndash O que aconteceu com a potecircncia (brilho) da lacircmpada Com circuito configurado como no exerciacutecio 1 e exerciacutecio 3 (aumentou ou diminuiu) Porque ocorreu isto _____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
5 ndash Qual eacute a nova potecircncia da lacircmpada Provar por meio de caacutelculos 6 ndash Por fim com o circuito configurado como no exerciacutecio 3 coloque uma lacircmpada de maior potecircncia e visualize o ripple novamente com o osciloscoacutepio explique o que ocorreu _____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
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Laboratoacuterio 2 TRANSISTOR BIPOLAR (BJT)
Os transistores de potecircncia apresentam caracteriacutesticas de chaveamento controlado Os transistores utilizados como elementos de chaveamento operam na regiatildeo de saturaccedilatildeo apresentando uma baixa queda de tensatildeo de conduccedilatildeo (VCE=0V) (VBE=13V)
Este laboratoacuterio tem o objetivo de fazer um retificador e filtro diretamente da rede alternada com componentes retirados de fontes chaveadas de computadores apoacutes o estaacutegio de retificaccedilatildeo e filtro faremos funcionar uma lacircmpada incandescente de 220 volts corrente alternada em corrente contiacutenua com o auxiacutelio de um transistor de potencia tambeacutem retirado das mesmas fontes
Calcule o R1 e monte o circuito e apoacutes responda as questotildees
Pinos 1 ndash Base 2 ndash Coletor 3 ndash Emissor
Alguns transistores encontrados em fontes chaveadas de computador Transistor VCE (V) Ic (A) β MJE13007 400 8 5
2SC4106 400 7 10
2SC5027 800 3 8
2SC5353 800 3 15
2SC2335 400 7 10
2SC4242 400 7 10
2SC5763 400 7 10
1 ndash Escolha o transistor e faccedila o calculo para descobrir R1 e depois monte o circuito Transistor escolhido ______________
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2 ndash Meccedila a corrente no ponto 1 e compare com o calculado Faccedila as observaccedilotildees necessaacuterias
Corrente no ponto (1)
Calculado
Medido _____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
3 ndash Por que existem os resistores em paralelo com os capacitores
_____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
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Laboratoacuterio 3
TRANSISTOR EFEITO DE CAMPO (FET) O transistor de potecircncia MOSFET eacute um dispositivo de tensatildeo controlada e necessita apenas de tensatildeo no gatilho A velocidade de chaveamento eacute muito alta (nanosegundos) MOSFETrsquos de potecircncia satildeo utilizados em conversores de baixa potecircncia e alta frequumlecircncia Estes transistores apresentam problemas de descargas eletrostaacuteticas necessitando de cuidados especiais Este experimento tem como objetivo mostrar o funcionamento de Mosfets em uma aplicaccedilatildeo pratica para tanto montaremos o circuito abaixo
Pinagem 1 ndash GATE 2 ndash DRAIN 3 ndash SOURCE
Alguns transistores encontrados no comeacutercio
Transistor Tensatildeo Vds(V) Corrente Id (A)
IRF840 500 85 IRF740 400 10
1 ndash Meccedila a corrente no ponto 1 Corrente no ponto 1 ______________ No ponto 2 coloque 1deg o multiacutemetro antes de ligar o circuito Meccedila a corrente no ponto 2 Corrente no ponto 2 ______________ Por que isto ocorre 2 ndash Calcule a corrente que passa entre os resistores E compare com os valores medidos e faccedila as observaccedilotildees necessaacuterias
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Laboratoacuterio 4
SCR E TRIAC
Este laboratoacuterio tem o objetivo de comprovar o funcionamento do componente SCR e TRIAC e diferenciaacute-los 1
A - Primeiramente ligue a chave 1 mantendo a chave 2 desligada o que ocorre _____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
B ndash Mantendo ligada a chave 1 ligue a chave 2 por um breve intervalo de tempo e desligue-a O que acontece Justifique sua resposta _____________________________________________________________________________________ _____________________________________________________________________________________ 2
C ndash Faccedila a mesma sequumlecircncia usada nas questotildees A e B Sequumlecircncia da questatildeo A________________________________________________________________
Sequumlecircncia da questatildeo B_________________________________________________________________
D - Faccedila as consideraccedilotildees comparando os circuitos 1 e 2
_____________________________________________________________________________________ _____________________________________________________________________________________
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3
E ndash Faccedila um comentaacuterio sobre a omissatildeo das chaves _____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
4
F - Comente os circuitos 3 e 4 haacute alguma diferenccedila no brilho da lacircmpada
_____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
Pinos do SCR e BTA 1 ndash Catodo A2 2 ndash Anodo A1 3 ndash Gatilho
Alguns SCRs encontrados no comeacutercio
Tiristor
Tensatildeo Vds(V)
Corrente Id (A)
BT151 500 85 TIC106 400 10
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Laboratoacuterio 5
DIAC E TRIAC O objetivo eacute montar o circuito abaixo e visualizar com o osciloscoacutepio a forma de onda em cima da carga no nosso caso a lacircmpada enquanto varia o potenciocircmetro
Pinagem 1 ndash A1 2 ndash A2 3 ndash G Alguns triacs encontrado no comeacutercio BTA08 ndash 8A BTA26 ndash 26A MAC224 ndash 40A TIC226 ndash 8A
Coloque a ponteira em cima da carga e deixe o potenciocircmetro no meio do curso e reproduza na tela abaixo Registre o ajuste que foi feito no osciloscoacutepio para aparecer o meio ciclo superior na tela
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Laboratoacuterio 6
PWM Este circuito eacute simples com o famoso CI 555 para gerar o sinal PWM Controlando uma carga que conseguimos observar o estaacute acontecendo
1 ndash Qual a frequumlecircncia gerada do sinal PWM _______________________________________________________________________________
_______________________________________________________________________________
2 ndash O que acontece com a lacircmpada quando varia o potenciocircmetro
_______________________________________________________________________________
_______________________________________________________________________________
3 ndash Trocando o capacitor de 100nF por um de 10nF qual seraacute a nova frequumlecircncia
_______________________________________________________________________________
_______________________________________________________________________________
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Laboratoacuterio 7
INVERSOR Este circuito eacute o conceito baacutesico do princiacutepio de funcionamento de um inversor que eacute capaz de gerar uma tensatildeo alternada a partir de uma tensatildeo contiacutenua
1 ndash O motor estaacute girando _____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
2 ndash Caso afirmativo na primeira pergunta coloque a ponteira do osciloscoacutepio em um dos terminais do motor e a garra jacareacute no terra e meccedila a frequumlecircncia _____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
3 ndash O que estaacute acontecendo com o motor em suas caracteriacutesticas fiacutesicas Mudou a velocidade estaacute aquecendo estaacute trepidando etc _____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
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Apendice B
Coacutedigo de resistores
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Capacitores ceracircmicos
O valor do capacitorB eacute de 3300 pF (picofarad = 10-12 F) ou 33 nF (nanofarad = 10-9 F) ou 00033 microF (microfarad =
10-6 F) No capacitor A devemos acrescentar mais 4 zeros apoacutes os dois primeiros algarismos O valor do capacitor que se lecirc 104 eacute de 100000 pF ou 100 nF ou 01microF
O aparecimento de uma letra maiuacutescula ao lado dos nuacutemeros Esta letra refere-se a toleracircncia do capacitor ou seja o quanto que o capacitor pode variar de seu valor em uma temperatura padratildeo de 25deg C A letra J significa que este capacitor pode variar ateacute plusmn5 de seu valor a letra K = plusmn10 ou M = plusmn20 Segue na tabela abaixo os coacutedigos de toleracircncias de capacitacircncia
Ateacute 10pF Coacutedigo Acima de 10pF
plusmn01pF B
plusmn025pF C
plusmn05pF D
plusmn10pF F plusmn1
G plusmn2
H plusmn3
J plusmn5
K plusmn10
M plusmn20
S -50 -20
Z +80 -20
ou +100 -20
P +100 -0
O coeficiente de temperatura TC que define a variaccedilatildeo da capacitacircncia dentro de uma determinada faixa de temperatura O TC eacute normalmente expresso em ou ppmdegC ( partes por milhatildeo degC ) Eacute usado uma sequumlecircncia de letras ou letras e nuacutemeros para representar os coeficientes Observe o desenho abaixo
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Na tabela abaixo estatildeo mais alguns coeficientes de temperatura e as toleracircncias que satildeo muito utilizadas por diversos fabricantes de capacitores
Coacutedigo Coeficiente de temperatura NPO -0plusmn 30ppmdegC N075 -75plusmn 30ppmdegC N150 -150plusmn 30ppmdegC N220 -220plusmn 60ppmdegC N330 -330plusmn 60ppmdegC N470 -470plusmn 60ppmdegC N750 -750plusmn 120ppmdegC N1500 -1500plusmn 250ppmdegC N2200 -2200plusmn 500ppmdegC N3300 -3300plusmn 500ppmdegC N4700 -4700plusmn 1000ppmdegC N5250 -5250plusmn 1000ppmdegC P100 +100plusmn 30ppmdegC
Outra forma de representar coeficientes de temperatura eacute mostrado abaixo Eacute usada em capacitores que se caracterizam
pela alta capacitacircncia por unidade de volume (dimensotildees reduzidas) devido a alta constante dieleacutetrica sendo recomendados para aplicaccedilatildeo em desacoplamentos acoplamentos e supressatildeo de interferecircncias em baixas tensotildees
Os coeficientes satildeo tambeacutem representados exibindo sequumlecircncias de letras e nuacutemeros como por exemplo X7R Y5F e Z5U Para um capacitor Z5U a faixa de operaccedilatildeo eacute de +10degC que significa Temperatura Miacutenima seguido de +85degC que significa Temperatura Maacutexima e uma variaccedilatildeo Maacutexima de capacitacircncia dentro desses limites de temperatura que natildeo ultrapassa -56 +22
Veja as trecircs tabelas abaixo para compreender este exemplo e entender outros coeficientes
Temperatura Miacutenima
Temperatura Maacutexima
Variaccedilatildeo Maacutexima de Capacitacircncia
X -55degC Y -30degC Z +10degC
2 +45degC 4 +65degC 5 +85degC 6 +105degC 7 +125degC
A plusmn10 B plusmn15 C plusmn22 D plusmn33 E plusmn47 F plusmn75 P plusmn10 R plusmn15 S plusmn22 T -33 +22 U -56 +22 V -82 +22
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Capacitores de filme plaacutestico
O desenho ao lado mostra capacitores que tem os seus valores impressos em nanofarad (nF) = 10-9F Quando aparece no capacitor uma letra n minuacutescula como um dos tipos apresentados ao lado por exemplo 3n3 significa que este capacitor eacute de 33nF No exemplo o n minuacutesculo eacute colocado ao meio dos nuacutemeros apenas para economizar uma viacutergula e evitar erro de interpretaccedilatildeo de seu valor
Capacitores de Ceracircmica Multicamada
Capacitores de Polieacutester Metalizado usando coacutedigo de cores
A tabela abaixo mostra como interpretar o coacutedigo de cores dos capacitores abaixo No capacitor A as 3 primeiras cores satildeo laranja laranja e laranja correspondem a 33000 equivalendo a 33 nF A cor branca logo adiante eacute referente a plusmn10 de toleracircncia E o vermelho representa a tensatildeo nominal que eacute de 250 volts
1ordf Algarismo 2ordf Algarismo 3ordf Ndeg de zeros 4ordf Toleracircncia 5ordf Tensatildeo
PRETO 0 0 - plusmn 20 -
MARROM 1 1 0 - -
VERMELHO 2 2 00 - 250V
LARANJA 3 3 000 - -
AMARELO 4 4 0000 - 400V
VERDE 5 5 00000 - -
AZUL 6 6 - - 630V
VIOLETA 7 7 - - -
CINZA 8 8 - - -
BRANCO 9 9 - plusmn 10 -
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Apecircndice C
Osciloscoacutepio Geralmente os osciloscoacutepios tecircm os controles e entradas que podem ser divididos em cinco grupos
1 ndash Controle da fonte de alimentaccedilatildeo 2 ndash Controles de ajuste do traccedilo ou ponto na tela 3 ndash Controles e entrada de atuaccedilatildeo vertical 4 ndash Controles e entrada de atuaccedilatildeo horizontal 5 ndash Controles de entrada de sincronismo
1 - CONTROLE DA FONTE DE ALIMENTACcedilAtildeO 11 - INTERRUPTOR Sua funccedilatildeo eacute interromper ou estabelecer a corrente no primaacuterio do transformador de fora Sua atuaccedilatildeo normalmente eacute acompanhada por uma lacircmpada piloto que serve de aviso visual sobre a situaccedilatildeo do circuito (ligado ou desligado) Normalmente este interruptor se encontra acoplado junto do potenciocircmetro de controle de brilho 12 - COMUTADOR DE TENSAtildeO Sua funccedilatildeo eacute selecionar a tensatildeo de funcionamento do osciloscoacutepio (127 220V) Permite utilizar o instrumento sem a necessidade de recorrer a um transformador abaixador ou elevador de tensatildeo (geralmente o acesso deste comutador eacute visto na parte de traz do aparelho) 2 - CONTROLES DE AJUSTE DO TRACcedilO OU PONTO NA TELA 21 - BRILHO OU LUMINOSIDADE Eacute o controle que ajusta a luminosidade do ponto ou do traccedilo O controle do brilho eacute feito por meio de um potenciocircmetro situado no circuito da grade de controle do TRC mediante o qual se regula o potencial desta grade (deve-se evitar o uso de brilho excessivo sob pena de se danificar a tela) 22 - FOCO Eacute o controle que ajusta a nitidez do ponto ou traccedilo luminoso O ajuste do foco eacute conseguido mediante a regulagem de um potenciocircmetro que regula a polarizaccedilatildeo do eletrodo de enfoque O foco deve ser ajustado de forma a se obter um traccedilo fino e niacutetido na tela (estes ajustes de brilho e de foco satildeo ajustes baacutesicos que devem ser feitos sempre que se for usar o osciloscoacutepio)
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23 - ILUMINACcedilAtildeO DA RETIacuteCULA Permite que se ilumine o quadriculado ou as divisotildees na tela 3 - CONTROLES E ENTRADA DE ATUACcedilAtildeO VERTICAL 31 - ENTRADA DE SINAL VERTICAL Nesta entrada eacute conectada a ponta de prova do osciloscoacutepio As variaccedilotildees de tensatildeo aplicadas nesta entrada aparecem sob forma de figura na tela 32 - CHAVE DE SELECcedilAtildeO DE MODO DE ENTRADA (CA-CC) Esta chave eacute selecionada de acordo com o tipo de forma de onda a ser observada Em alguns osciloscoacutepios esta chave possui trecircs posiccedilotildees (CA-0-CC ou AC-GND-DC) Esta posiccedilatildeo adicional eacute usada para a realizaccedilatildeo de ajustes do traccedilo do osciloscoacutepio em algumas situaccedilotildees Por exemplo quando se deseja Uma referecircncia na tela 33 - CHAVE SELETORA DE GANHO (VDiv) Esta chave permite que se aumente ou que se diminua a amplitude de projeccedilatildeo na tela do osciloscoacutepio (altura da imagem) 34 - POSICcedilAtildeO VERTICAL Permite movimentar a imagem para cima ou para baixo na tela A movimentaccedilatildeo natildeo interfere na forma da figura projetada na tela 4 - CONTROLES DE ATUACcedilAO HORIZONTAL 41 - CHAVE SELETORA DE BASE DE TEMPO Eacute o controle que permite variar o tempo de deslocamento horizontal do ponto na tela Atraveacutes deste controle eacute possiacutevel reduzir ou ampliar horizontalmente na tela a figura nela projetada Em alguns osciloscoacutepios esta chave seletora tem uma posiccedilatildeo identificada como EXT (externa) o que possibilita que o deslocamento horizontal pode ser controlado por circuito externo ao osciloscoacutepio atraveacutes de uma entrada especiacutefica Quando a posiccedilatildeo externa eacute selecionada natildeo haacute formaccedilatildeo do traccedilo na tela obtendo-se apenas um ponto 42 - POSICcedilAtildeO HORIZONTAL Eacute o ajuste que permite controlar horizontalmente a forma de onda na tela Girando o controle de posiccedilatildeo horizontal para a direita o traccedilo move-se horizontalmente para a direita e vice-versa Assim como o controle de posiccedilatildeo vertical o controle de posiccedilatildeo horizontal natildeo interfere na forma da figura projetada na tela
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5 - CONTROLES E ENTRADA DE SINCRONISMO (TRIGGER) Satildeo controles que se destinam a fixar a imagem na tela Estes controles satildeo utilizados principalmente na observaccedilatildeo de sinais alternados Os controles de sincronismo satildeo Chave seletora de fonte de sincronismo Chave de modo de sincronismo Controle de niacutevel de sincronismo 51 - CHAVE SELETORA DE FONTE DE SINCRONISMO Seleciona onde seraacute tomada o sinal de sincronismo para fixar a imagem na tela do osciloscoacutepio Normalmente esta chave possui trecircs posiccedilotildees pelo menos POSICcedilAtildeO CH1 O sincronismo eacute controlado pelo sinal aplicado ao canal 1 POSICcedilAtildeO REDE Realiza o sincronismo com base na frequecircncia da rede de alimentaccedilatildeo do osciloscoacutepio (60Hz) Nesta posiccedilatildeo consegue-se facilmente sincronizar na tela sinais aplicados na entrada vertical que sejam obtidos a partir da rede eleacutetrica POSICcedilAtildeO EXTERNO Na posiccedilatildeo externo o sincronismo da figura eacute obtido agrave partir de outro equipamento externo conectado ao osciloscoacutepio O sinal que controla o sincronismo na posiccedilatildeo externo eacute aplicado a entrada de sincronismo 52 - CHAVE DE MODO DE SINCRONISMO Normalmente esta chave tem duas ou trecircs posiccedilotildees AUTO Nesta posiccedilatildeo o osciloscoacutepio realiza o sincronismo automaticamente com base no sinal selecionado pela chave seletora de fonte de sincronismo NORMAL + O sincronismo eacute positivo ajustado manualmente pelo controle de niacutevel de sincronismo (TRIGGER) de modo que o primeiro pico que apareccedila na tela seja o positivo NORMAL - O sincronismo eacute negativo tambeacutem ajustado manualmente entretanto o primeiro pico a aparecer eacute o negativo 53 - CONTROLE DE NIacuteVEL DE SINCRONISMO (TRIGGER) Eacute um controle manual que permite o ajuste do sincronismo quando natildeo se consegue um sincronismo automaacutetico Tem atuaccedilatildeo nas posiccedilotildees NORMAL + e NORMAL - OBSERVACcedilAtildeO Para se realizar leituras eacute necessaacuterio sincronizar a figura na tela II - ENTRADA E CONTROLE DO OSCILOSCOacutePIO DUPLO TRACcedilO O osciloscoacutepio de duplo traccedilo possui alguns controles que satildeo comuns aos dois traccedilos e outros que satildeo individuais Os controles de brilho foco base de tempo e de posiccedilatildeo horizontal satildeo controles que satildeo comuns aos dois traccedilos Basicamente os controles individuais situam-se nas entradas e controles do vertical nos controles e entrada de sincronismo ENTRADAS E CONTROLES DO VERTICAL Para que se possa observar dois sinais simultaneamente eacute necessaacuterio que se aplique uma tensatildeo em cada uma das entradas verticais O osciloscoacutepio duplo traccedilo dispotildee de dois grupos de controles verticais Um grupo para o canal A ou canal 1 (CH1) Um grupo para o canal B ou canal 2 (CH2) Cada grupo controla um dos sinais na tela (amplitude posiccedilatildeo vertical etc) Geralmente satildeo iguais Cada canal dispotildee de Entrada Vertical Chave Seletora CA-O-CC Chave Seletora de ganho vertical (DDiv) Posiccedilatildeo vertical Um osciloscoacutepio de duplo traccedilo pode ainda ser utilizado como sendo um osciloscoacutepio de traccedilo simples Uma chave seletora permite que se possa selecionar cada canal individualmente ou os dois simultaneamente Esta chave possui pelo menos trecircs posiccedilotildees CH1
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CH2 DUAL Na posiccedilatildeo CH1 apareceraacute apenas a imagem na tela que estiver sendo aplicada na entrada vertical do canal 1 Na posiccedilatildeo CH2 apareceraacute apenas a imagem na tela que estiver sendo aplicada na entrada vertical do canal 2 Na posiccedilatildeo DUAL aparecem as duas imagens Em osciloscoacutepios mais sofisticados esta chave pode possuir mais posiccedilotildees de modo a permitir outras alternativas de uso CONTROLES DE SINCRONISMO Realizam as mesmas funccedilotildees do osciloscoacutepio traccedilo simples que eacute a de fixar a imagem na tela O que diferencia eacute o fato de que na chave seletora de fonte existe uma posiccedilatildeo adicional de modo a poder sincronizar a figura PONTAS DE PROVA As pontas de prova satildeo utilizadas para interligar o osciloscoacutepio aos pontos de medida
Uma das extremidades da ponta de prova eacute conectada a uma das entradas do osciloscoacutepio atraveacutes de um conector e a extremidade livre serve para conexatildeo aos pontos de medida A extremidade livre possui uma garra jacareacute denominada de terra da ponta de prova que deve ser conectada ao terra do circuito e uma ponta de entrada de sinal que deve ser conectada no ponto que se deseja medir Existem dois tipos de ponta de prova ponta de prova 11 ponta de prova 101 A ponta de prova 11 se caracteriza por aplicar agrave entrada do osciloscoacutepio a mesma tensatildeo ou forma de onda que eacute aplicada a ponta de mediccedilatildeo A ponta de prova 101 entrega ao osciloscoacutepio apenas a deacutecima parte da tensatildeo aplicada a ponta de mediccedilatildeo As pontas de prova 101 permitem que o osciloscoacutepio consiga observar tensotildees dez vezes maior que a sua capacidade Por exemplo Um osciloscoacutepio que permite a leitura de tensotildees de 50V com ponta de prova 11 com ponta de prova 101 poderaacute medir tensotildees de ateacute 500V (10x50V) Existem pontas de prova que dispotildee de um botatildeo onde se pode selecionar 101 ou 11 Obs Quando natildeo se tem total certeza da grandeza da tensatildeo envolvida eacute aconselhaacutevel iniciar a mediccedilatildeo com o posiccedilatildeo 101
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Bibliografia
1 Dispositivos semicondutores tiristores controle de potecircncia em CC e CA 1996 - ALMEIDA Joseacute Luiz Antunes de Satildeo Paulo Eacuterica 1996 150 p
2 Dispositivos semicondutores diodos e transistores 1996 MARQUES Angelo Eduardo B
CHOUERI JUacuteNIOR Salomatildeo CRUZ Eduardo Cesar Alves Satildeo Paulo Eacuterica 1996 389 p
3 Anaacutelise e projeto de fontes chaveadas MELLO Luiz Fernando P de Satildeo Paulo Eacuterica 1996 487 p
4 Eletrocircnica de potecircncia circuitos dispositivos e aplicaccedilotildees 1999 RASHID Muhammad H Satildeo Paulo Makron Books 1999 828 p
5 Eletrocircnica de potecircncia 1994 - PALMA Guilherme Rebouccedilas da Satildeo Paulo Eacuterica 1994 259 p
6 Dispositivos eletrocircnicos e teoria de circuitos - 8 ed 2004 -
BOYLESTAD Robert L NASHELSKY Louis CAMARGO Joseacute Bueno de NASCIMENTO Joseacute Lucimar do PERTENCE JUNIOR Antonio (Coord) Satildeo Paulo Pearson Prentice Hall 2004 672 p
7 Rodrigues Isac Zilli Notas de aula da disciplina de Eletrocircnica II do Curso de Engenharia
Eleacutetrica da UPF Passo Fundo RS 2000
8 Ghirardello Ariovaldo Apostila sobre Modulaccedilatildeo PWM Coleacutegio Politec
9 Electronics Workbench Versatildeo 512
10 LabcenterElectronics 1989-2008 Release 75 SP3
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71 - Tiristor SCR Siacutembolo
O SCR eacute um dispositivo semicondutor de quatro camadas de estrutura PNPN com trecircs junccedilotildees PN Ele tem trecircs terminais anodo catodo e gatilho como eacute visto na figura abaixo
Figura 20
O SCR tal como um diodo soacute conduz corrente no sentido do anodo para o catodo mas apenas quando lhe aplicamos um sinal de tensatildeo no terminal chamado gatilho este meacutetodo de disparo eacute o mais utilizado para se disparar o SCR Mas existem outras formas de disparo normalmente indesejado e em alguns casos podem destruir o componente
Disparo por sobretensatildeo Quando o SCR estaacute polarizado diretamente e aumenta-se a tensatildeo VAK J1 e J3 estatildeo polarizados diretamente mas J2 estaacute reversamente polarizado veja a figura acima Com o aumento de VAK os portadores satildeo acelerados na junccedilatildeo J2 podendo atingir uma energia tatildeo grande que provocaratildeo o fenocircmeno avalanche Esse fenocircmeno faz com que muitos eleacutetrons choquem-se e saiam das orbitas dos aacutetomos da rede Estando disponiacuteveis para a conduccedilatildeo esses eleacutetrons permitem que a corrente de anodo cresccedila Aumentando a corrente de anodo estabelece-se a realimentaccedilatildeo entre os terminais mantendo o SCR disparado Este tipo de disparo eacute chamado de Tensatildeo de Breakover (VBO) Disparo por variaccedilatildeo de tensatildeo (dvdt) Para que um capacitor armazene carga eleacutetrica eacute necessaacuterio haver uma variaccedilatildeo de tensatildeo(∆v) no capacitor em um intervalo de tempo (∆t) eacute necessaacuterio que circule ainda uma corrente i pelo capacitor quando estas variaccedilotildees satildeo muito pequenas a expressatildeo que relaciona estas grandezas eacute apresentada abaixo
dt
dvCi =
Em um SCR polarizado diretamente J2 estaacute reversamente polarizado Nesta junccedilatildeo existe carga armazenada iacuteons positivos de um lado e iacuteons negativos do outro Isto eacute como um capacitor carregado Assim natildeo havendo pulso no gatilho fechando-se S1 a capacitacircncia de J2 faraacute com que circule uma corrente de gatilho Como esta variaccedilatildeo eacute muito grande a corrente resultante seraacute muito grande Essa
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corrente poderaacute ser suficiente para estabelecer o processo de realimentaccedilatildeo fazendo com que o componente entre em conduccedilatildeo
Figura 21
Esse disparo normalmente indesejado pode ser evitado pela accedilatildeo de um circuito de proteccedilatildeo
chamado snubber esse circuito eacute formado por um resistor em serie com um capacitor colocados em paralelo com o SCR
Figura 22 Circuito snubber colocado em paralelo com o SCR
Os meacutetodos de comutaccedilatildeo ou de bloqueio de um SCR significa cortar a corrente que ele conduz e impedir que ele retorne a conduccedilatildeo A comutaccedilatildeo estaraacute completa quando a corrente no sentido direto for anulado e a reaplicaccedilatildeo de tensatildeo direta entre os terminais catodo e anodo natildeo provocarem o retorno do estado de conduccedilatildeo A comutaccedilatildeo natural ocorre quando se reduz a corrente de anodo a um valor abaixo de IH chamada corrente de manutenccedilatildeo (holding current) o SCR eacute bloqueado Este bloqueio pode ser visto melhor na figura abaixo Com S2 aberto mesmo com S1 fechado o SCR estaacute bloqueado pois natildeo haacute corrente no gatilho Fechando S2 pelo R circula uma corrente de gatilho que eacute suficiente para disparar o SCR Abrindo entatildeo S1 a corrente na lacircmpada anula-se e o SCR bloqueia Outro modo de obter a comutaccedilatildeo natural seria trocar a fonte de tensatildeo continua por uma tensatildeo alternada porem o SCR conduziria somente no semi-ciclo positivo natildeo havendo fluxo de corrente no semi-ciclo negativo
Figura 23 Meacutetodo mais utilizado
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Haacute tambeacutem um outro meacutetodo chamado comutaccedilatildeo forccedilada mais usual em circuitos CC a teacutecnica consiste em desviar a corrente por um caminho de menor impedacircncia a corrente que passa pelo SCR iraacute cair abaixo de IH provocando o bloqueio Como podemos ver no circuito abaixo
Figura 24
Com todas as chaves abertas o SCR estaacute bloqueado e a lacircmpada estaacute apagada Fechando-se a CH1 o circuito da lacircmpada e do SCR estaraacute energizado Como natildeo haacute corrente no gatilho o SCR continuaraacute bloqueado a lacircmpada apagada Quando S2 fechar circulara pelo resistor uma corrente suficiente para alimentar o gatilho do SCR que disparara e acenderaacute a lacircmpada Com a lacircmpada acesa S2 pode se novamente aberta sem que o SCR bloqueie e a lacircmpada se apague Agora fechando S3 naturalmente a lacircmpada natildeo se apagara pois a chave curto-circuitaraacute o SCR ficando a lacircmpada alimentada diretamente pela tensatildeo da fonte Como o SCR real natildeo eacute um curto-circuito toda a corrente da lacircmpada ira passar por S3 e a corrente do SCR cairaacute agrave zero o SCR entatildeo ira bloquear Com o SCR bloqueado abrindo-se a chave S3 a lacircmpada apagara Assim soacute seraacute outra vez acessa se S2 for novamente fechada provocando a corrente de gatilho no SCR Mas tambeacutem pode-se utilizar o SCR em tensatildeo alternada natildeo soacute em tensatildeo contiacutenua abaixo temos um exemplo de circuito com sua forma de onda
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72 - Tiristor TRIAC Siacutembolo O Triac eacute um dispositivo de 5 camadas tendo 2 caminhos P-N-P-N em ambos os sentidos entre o MT1 e MT2 e podendo conduzir nos dois sentidos como nos mostra claramente o seu siacutembolo Eletricamente o Triac equivale a ligaccedilatildeo de dois SCRs em antiparalelo e os terminais de gatilho ligados juntos O Triac pode ser levado a conduccedilatildeo pela aplicaccedilatildeo de uma corrente positiva ou negativa no gatilho embora seja mais sensiacutevel a aplicaccedilatildeo de uma corrente positiva quando MT2 eacute positivo e de uma corrente negativa quando MT1 eacute positivo Um TRIAC pode conduzir em ambos os sentidos e eacute normalmente utilizado em controle de fase CA Ele pode ser considerado como dois SCR conectados em antiparalelo com uma conexatildeo de gatilho comum como mostrado na figura abaixo
Como o TRIAC eacute um dispositivo bidirecional seus terminais natildeo podem ser designados como catodo e anodo Se o terminal MT2 for positivo em relaccedilatildeo ao terminal MT1 o TRIAC pode ser disparado pela aplicaccedilatildeo de um sinal positivo entre os terminais de gatilho G e MT1 Se o terminal MT2 for negativo em relaccedilatildeo a MT1 ele pode ser disparado pela aplicaccedilatildeo de um sinal negativo entre o gatilho G e MT1 Natildeo eacute necessaacuterio que se tenham ambas as polaridades do sinal de gatilho pois um TRIAC pode ser disparado com um sinal tanto positivo quanto negativo Na praacutetica as sensibilidades variam de um quadrante para outro e os triacs normalmente satildeo operados no I quadrante (tensatildeo e correntes de gatilho positivas) ou no quadrante III (tensotildees e correntes de gatilho negativas) como eacute visto na curva caracteriacutestica abaixo
a) Quadrante I VMT2 positivo e IG positivo b) Quadrante II VMT2 negativo e IG positivo c) Quadrante III VMT2 negativo e IG negativo d) Quadrante IV VMT2 positivo e IG negativo
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Entatildeo pode-se dizer que o triac pode fazer o controle de fase em uma carga como no circuito abaixo
Variando o potenciocircmetro R2 podemos disparar o triac em vaacuterios acircngulos da onda como demonstra o graacutefico abaixo
Porem com este circuito eacute impossiacutevel efetuar disparos aleacutem dos 90deg em cada semi-ciclo por exemplo se desejarmos disparar em 25deg que a tensatildeo instantacircnea eacute de Vx e o potenciocircmetro estaacute ajustado com este valor de tensatildeo de rede se utilizar o mesmo raciociacutenio para disparar em 155deg a tensatildeo instantacircnea seraacute a mesma consequumlentemente teraacute a mesmo ajuste do potenciocircmetro que e iraacute disparar em 25deg e natildeo em 155deg A figura abaixo ajuda esclarecer este raciociacutenio
Entatildeo para resolvermos a limitaccedilatildeo no acircngulo de disparo menor ou igual a 90deg eacute associarmos com os resistores jaacute existentes um capacitor como no circuito abaixo formando entatildeo uma rede defasadora
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O valor desta defasagem eacute dada pela equaccedilatildeo τ=(R1+R2)C Variando R2 consegue-se
variar o angula de disparo do Triac Porem como o capacitor nem sempre se carrega apartir de uma tensatildeo fixa natildeo se tem uma regularidade no disparo
Para resolvermos este problema estudaremos o Diac na sequumlecircncia
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8 - Diac Os diacs satildeo diodos de disparo bidirecional composto por trecircs camadas (PNP) com a simples funccedilatildeo de disparar tiristores Sua construccedilatildeo assemelha-se a de um transistor bipolar poreacutem difere na dopagem do cristal N
Seu funcionamento eacute simples Para passar do estado de bloqueio para o estado de conduccedilatildeo eacute preciso ultrapassar a tensatildeo de ruptura (VR) rompendo assim a junccedilatildeo polarizada inversamente podendo a corrente fluir em ambos sentidos
Para voltar ao estado de bloqueio basta remover a tensatildeo por alguns instantes Os diacs servem para controlar o disparo de triacs quando uma tensatildeo de referecircncia chegar a certo valor
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9 - Retificadores a tiristor A estrutura baacutesica de retificadores controlado consiste na mesma metodologia vista anteriormente com diodos porem com esta estrutura somente os semiciclos positivos da fonte de alimentaccedilatildeo seratildeo aplicados na carga quando os SCRs forem disparados Jaacute os semiciclos negativos satildeo omitidos como jaacute estudado anteriormente Agora temos um circuito de controle dos gatilhos dos SCRs mais requintado podendo fazer o controle entre 0deg a 180deg Vamos dar exemplos de montagem dos circuitos para que seja melhor entendido
Retificador monofaacutesico de meia onda
Retificador monofaacutesico de onda completa com ponto meacutedio
Retificador monofaacutesico em ponte completa
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Retificador semi-controlado ou em ponte mista
Retificador trifaacutesico de meia onda
Retificador trifaacutesico de onda completa (Ponte de Graetz)
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10 - PWM Para comeccedilarmos o estudo do PWM que vem do inglecircs Pulse Width Modulation ou seja modulaccedilatildeo
por largura de pulso temos que ter alguns preacute-requisitos em mente Uma maneira tradicional de se controlar a potencia de uma carga eacute atraveacutes de um potenciocircmetro ou reostato em seacuterie com a carga conforme mostra a figura abaixo este tipo de controle eacute denominada linear
Variando-se a resistecircncia do potenciocircmetro pode-se modificar a corrente na carga e portanto a potecircncia aplicada a ela
A grande desvantagem deste tipo de controle eacute que a queda de tensatildeo multiplicada pela corrente no R em seacuterie representa uma potencia na forma de calor Conforme o ajuste deste o controle passa a dissipar mais potencia que a carga
O R tem de ser capaz de dissipar esta potencia sendo assim o seu tamanho fiacutesico cresce proporcionalmente com a sua potencia tornando-se caro Embora este controle seja ateacute intuitivo porem natildeo eacute muito inteligente no que diz respeito de desperdiacutecio de energia Consideremos entatildeo o mesmo circuito soacute trocamos o controle como podemos ver no desenho abaixo
Consideremos ainda que esta chave tem uma accedilatildeo muito raacutepida Quando o interruptor estaacute aberto natildeo haacute corrente na carga e a potecircncia aplicada eacute nula No instante em que o interruptor eacute fechado a carga recebe a tensatildeo total da fonte e a potecircncia aplicada eacute maacutexima
Entatildeo para termos uma potencia de 50 a ideacuteia eacute deixarmos um tempo x com a chave ligada e o mesmo tempo com a chave desligada Isso significa que em meacutedia teremos metade do tempo com corrente e metade do tempo sem corrente concluindo que a potencia ficaraacute em 50
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A potecircncia meacutedia e portanto a proacutepria tensatildeo meacutedia aplicada agrave carga eacute neste caso 50 da tensatildeo de entrada
Veja que o interruptor fechado pode definir uma largura de pulso pelo tempo em que ele fica nesta condiccedilatildeo e um intervalo entre pulsos pelo tempo em que ele fica aberto Os dois tempos juntos definem o periacuteodo e portanto uma frequecircncia de controle
A relaccedilatildeo entre o tempo em que temos o pulso e a duraccedilatildeo de um ciclo completo de operaccedilatildeo do interruptor nos define ainda o ciclo ativo conforme eacute mostrado na figura 5
Variando-se a largura do pulso e tambeacutem o intervalo de modo a termos ciclos ativos diferentes podemos controlar a potecircncia meacutedia aplicada a uma carga Assim quando a largura do pulso varia de zero ateacute o maacuteximo a potecircncia tambeacutem varia na mesma proporccedilatildeo conforme estaacute indicado na figura 6
Este princiacutepio eacute usado justamente no controle PWM modulamos (variamos) a largura do pulso de modo a controlar o ciclo ativo do sinal aplicado a uma carga e com isso a potecircncia aplicada a ela
Na praacutetica substituiacutemos o interruptor por algum dispositivo de estado soacutelido que possa abrir e fechar o circuito rapidamente como por exemplo um transistor bipolar um FET de potecircncia um IGBT ou ateacute mesmo um SCR
A este dispositivo eacute entatildeo ligado um oscilador que possa ter seu ciclo ativo controlado numa grande faixa de valores Na praacutetica eacute difiacutecil chegar agrave duraccedilatildeo zero do pulso e agrave 100 jaacute que isso implicaria na parada do oscilador mas podemos chegar bem perto disso
Na operaccedilatildeo de um controle por PWM existem diversas vantagens a serem consideradas e alguns pontos para os quais o projetista deve ficar atento para natildeo jogar fora estas vantagens
Na condiccedilatildeo de aberto nenhuma corrente circula pelo dispositivo de controle e portanto sua dissipaccedilatildeo eacute nula Na condiccedilatildeo de fechado teoricamente se ele apresenta uma resistecircncia nula a queda de tensatildeo eacute nula e ele natildeo dissipa tambeacutem nenhuma potecircncia
Isso significa que na teoria os controles PWM natildeo dissipam potecircncia alguma e portanto consistem em soluccedilotildees ideais para este tipo de aplicaccedilatildeo
Na praacutetica entretanto isso natildeo ocorre Em primeiro lugar os dispositivos usados no controle natildeo satildeo capazes de abrir e fechar o circuito num tempo infinitamente pequeno Eles precisam de um tempo para mudar de estado e neste intervalo de tempo sua resistecircncia sobe de um valor muito pequeno ateacute infinito e vice-versa numa curva de comutaccedilatildeo semelhante a mostrada na figura 10
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Neste intervalo de tempo a queda de tensatildeo e a corrente atraveacutes do dispositivo natildeo satildeo nulas e uma boa quantidade de calor poderaacute ser gerada conforme a carga controlada Dependendo da frequecircncia de controle e da resposta do dispositivo usado uma boa quantidade de calor poderaacute ser gerada neste processo de comutaccedilatildeo
Entretanto mesmo com este problema a potecircncia gerada num controle PWM ainda eacute muito menor do que num circuito de controle linear equivalente Transistores de comutaccedilatildeo raacutepidos FETs de potecircncia e outros componentes de chaveamento podem ser suficientemente raacutepidos para permitir que projetos de controles de potecircncias elevadas sejam implementados sem a necessidade de grandes dissipadores de calor ou que tenham problemas de perdas de energia por geraccedilatildeo de calor que possam ser preocupantes
O segundo problema que poderaacute surgir vem justamente do fato de que os transistores de efeito de campo ou bipolares usados em comutaccedilatildeo natildeo se comportam como resistecircncias nulas quando saturados Os transistores bipolares podem apresentar uma queda de tensatildeo de ateacute alguns volts quando saturados o mesmo ocorrendo com os FETs
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11 - Soft-Starter
Soft start eacute um dispositivo eletrocircnico composto de pontes tiristorizadas a fim de controlar a corrente de partida de motores de corrente alternada trifaacutesicos o controle da tensatildeo reduzida eacute feita ajustando-se o acircngulo de disparo de um par de SCRs dispostos em antiparalelo em cada fase do motor A medida que a tensatildeo vai aumentando a corrente aumenta para acelerar a carga de uma maneira suave e sem degraus Seu uso eacute comum em bombas centriacutefugas ventiladores e motores de elevada potecircncia cuja aplicaccedilatildeo natildeo exija a variaccedilatildeo de velocidade
A vantagem desta teacutecnica sobre as alternativas de custo baixo eacute a possibilidade de ajustarmos o torque do motor as necessidades de torque da carga
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12 - Inversores
Introduccedilatildeo A obtenccedilatildeo de uma tensatildeo alternada a partir de uma fonte CC eacute muitas vezes necessaacuteria para a
alimentaccedilatildeo de diversas cargas Os conversores que realizam a transformaccedilatildeo CC-CA satildeo chamados de inversores Como exemplos de aplicaccedilotildees pode-se citar o controle de velocidade de motores de corrente alternada fontes de alimentaccedilatildeo ininterrupta (no-break) entre varias outras aplicaccedilotildees
Qualquer sistema no qual o fornecimento da energia eleacutetrica natildeo pode ser interrompido deve prever uma fonte de emergecircncia para supri-lo Quando a potecircncia instalada eacute muito grande tem-se em geral um sistema de acionamento imediato alimentado a partir de baterias e um sistema motor-gerador que por necessitar de alguns minutos para estar em condiccedilotildees ideais de operaccedilatildeo natildeo pode ser usado de imediato Tal arranjo eacute usado por exemplo em centrais telefocircnicas hospitais etc Topologias Baacutesicas
Inversor Monofaacutesico em Ponte A estrutura do inversos monofaacutesico em ponte alimentando carga resistiva estaacute representado na
Figura abaixo
As formas de onda de interesse satildeo apresentadas na figura abaixo Com S1 e S4 em conduccedilatildeo a
tensatildeo na carga eacute igual a E quando S2 e S3 estatildeo em conduccedilatildeo ela torna-se igual a -E
Quando a carga for indutiva devem ser adicionados a estrutura do circuito mostrado acima os
diodos de circulaccedilatildeo D1 D2 D3 e D4 como indica a figura abaixo Observe que com carga indutiva a fonte E deve ser reversiacutevel em corrente
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Etapas de funcionamento do inversor em ponte alimentando carga indutiva
Inversor Monofaacutesico em Ponto Meacutedio Este circuito representado na figura abaixo emprega apenas um braccedilo sendo desse modo mais
simples de ser comandado que o inversor em ponte porem a sua desvantagem eacute a tensatildeo de saiacuteda ser a metade
Inversor Monofaacutesico em Ponte
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13 - Dissipadores
A circulaccedilatildeo de corrente eleacutetrica por qualquer elemento provoca uma dissipaccedilatildeo de potecircncia igual ao produto do quadrado da corrente pela resistecircncia do circuito O objetivo eacute estabelecer criteacuterios para o dimensionamento de sistemas de dissipaccedilatildeo do calor produzido por componentes eletrocircnicos especialmente semicondutores de potecircncia (diodostransistores tiristores etc) buscando a proteccedilatildeo de tais componentes tendo como meta fundamental a elevada confiabilidade dos equipamentos nos quais os dispositivos satildeo empregados Deve-se buscar reduccedilatildeo de volume peso e custos
Caacutelculo da Potecircncia Dissipada
O caacutelculo da potecircncia dissipada deve ser feito via de regra pelo produto da tensatildeo pela corrente sobre o dispositivo em questatildeo
Comportamento em regime permanente potecircncia meacutedia
Nos dispositivos semicondutores de potecircncia o calor decorrente do efeito Joule eacute produzido na pastilha semicondutora fluindo daiacute para ambientes mais frios como o encapsulamento do dispositivo e o ambiente Este fluxo de calor depende de fatores como o gradiente de temperatura e as caracteriacutesticas teacutermicas dos meios e materiais envolvidos Define-se a grandeza ldquoresistecircncia teacutermicardquo como uma medida da dificuldade do fluxo de calor entre 2 meios ∆T diferenccedila de temperatura entre regiotildees de transferecircncia de calor P potecircncia meacutedia dissipada h coeficiente de transferecircncia de calor A aacuterea envolvida na transferecircncia de calor
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ANALOGIA COM CIRCUITO ELEacuteTRICO Em geral se faz uma analogia com um circuito eleacutetrico sendo a potecircncia meacutedia representada por uma fonte de corrente As temperaturas nos ambientes indicados (junccedilatildeo caacutepsula ambiente) satildeo anaacutelogas agraves tensotildees nos respectivos noacutes enquanto as resistecircncias teacutermicas satildeo as proacuteprias resistecircncias do modelo
Tj=Temperatura da junccedilatildeo Rtjc=Resistecircncia teacutermica entre junccedilatildeo e encapsulamento Tc=temperatura do encapsulamento Rtca=Resist Term Entre encapsulamento e ambiente Rtcd=Resist Entre encapsulament e dissipador Rtda=Resist Teacutermica entre dissipador e ambiente Partindo do anaacutelogo eleacutetrico chegamos a seguinte equaccedilatildeo tiacutepica Tj = Ta + P (Rtjc + Rtca) Exemplo 1 P = 20 W Rtjc = 2degCW Rtca = 10degCW Ta = 40degC Tjmax = 120degC Tc = Ta + P Rtca = 240degC Tj = Tc + P Rtjc = 280degC
Dissipadores de calor Considerando que natildeo seja possiacutevel reduzir a potecircncia meacutedia dissipada a alternativa para a proteccedilatildeo do semicondutor eacute colocar um dispositivo de baixa resistecircncia teacutermica entre o encapsulamento e o ambiente A este elemento colocado junto ao encapsulamento se diz ldquodissipador de calorrdquo Caracteriacutesticas dos dissipadores As principais caracteriacutesticas estatildeo relacionadas com dimensotildees e especialmente agrave sua superfiacutecie de contato com o ambiente Em geral estes dispositivos satildeo construiacutedos em alumiacutenio dada sua boa condutividade teacutermica (condiccedilatildeo indispensaacutevel) baixo custo e peso A figura mostra perfis tiacutepicos de dissipadores A utilizaccedilatildeo de grande nuacutemero de aletas eacute para aumentar a aacuterea de troca de calor A resistecircncia teacutermica para uma placa plana quadrada pode ser aproximadamente dada por
λ condutacircncia teacutermica (a 77o C) [W(oCcm)] W espessura do dissipador [mm]
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A aacuterea do dissipador [cm2] Cf fator de correccedilatildeo devido agrave posiccedilatildeo e tipo de superfiacutecie Na tabela abaixo satildeo dados alguns valores para os coeficientes da foacutermula O fator Cf varia com a posiccedilatildeo do dissipador sendo preferiacutevel uma montagem vertical agrave horizontal por criar um efeito ldquochamineacuterdquo Dissipadores pretos satildeo melhores irradiadores de calor que aqueles com superfiacutecie brilhante
Comportamento em regime transitoacuterio potecircncia de pico Quando a potecircncia dissipada no semicondutor consiste de pulsos de potecircncia eacute preciso verificar a proteccedilatildeo do componente em relaccedilatildeo aos picos de dissipaccedilatildeo Durante a ocorrecircncia do pico de potecircncia ocorre a elevaccedilatildeo da temperatura da junccedilatildeo embora natildeo ocorra variaccedilatildeo nas temperaturas do encapsulamento e do dissipador (que dependem da potecircncia meacutedia) devido agrave maior capacidade teacutermica da caacutepsula e especialmente do dissipador Tal capacidade teacutermica relaciona-se com o tipo de material utilizado e seu volume Na analogia eleacutetrica utilizada anteriormente ela se comporta como uma capacitacircncia O caacutelculo da temperatura da junccedilatildeo em tal regime transitoacuterio eacute feito utilizando uma grandeza chamada ldquoimpedacircncia teacutermicardquo Ztjc que leva em consideraccedilatildeo a capacidade teacutermica da junccedilatildeo Exemplo 2 Rtjc = 2deg CW Rtca = 5deg CW Rtcd = 2deg CW Rtda = 3deg CW Ztjc = 005deg CW Tjmax = 150deg C Ta = 40deg C P = 20W Pp = 1000W
Tj = 130 oC (o componente estaacute protegido em relaccedilatildeo agrave potecircncia meacutedia) Tc = 90 oC Tj = Tc + Pp Ztjc = 140 oC
Caacutelculo dos Dissipadores
bull A temperatura de trabalho da junccedilatildeo deve ser 20 a 30 menor que seu valor maacuteximo para permitir a proteccedilatildeo do componente sem super-dimensionar o dissipador middot Para ambientes nos quais natildeo se faccedila um controle riacutegido da temperatura deve-se usar uma temperatura ambiente de 40oC
bull Caso o dissipador fique dentro de algum bastidor ou caixa na qual a temperatura possa se elevar acima dos 40oC deve-se considerar sempre a maacutexima temperatura do ar com o qual o dissipador troca calor Eacute conveniente agrave falta de maiores informaccedilotildees utilizar o valor de 40oC e verificar apoacutes a entrada em operaccedilatildeo do protoacutetipo a verdadeira temperatura ambiente
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bull Deve-se verificar a necessidade do uso de isoladores (mica teflon ou mylar) e natildeo desconsiderar suas resistecircncias teacutermicas middot O emprego de pastas teacutermicas eacute sempre recomendado e se deve considerar tambeacutem sua resistecircncia teacutermica
b) No transitoacuterio
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Apecircndice A
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Laboratoacuterio 1
Diodo Ache os componentes em sucatas e monte o circuito abaixo em placa de circuito impresso corroiacuteda Lista de material
4 Diodos 1N4007 2 Capacitores 330uF200V 2 Resistores 150K 18W 1 Suporte p lacircmpada 1 Lacircmpada 40W220V 1 Conector p placa de 2 bornes 6 Chaves HH 1 Rabicho com plugue Placa p circuito impresso virgem (fibra fenolite perfurada) Caneta retro projetor ou esmalte p unhas Palha de accedilo ou acetona e pedaccedilo de pano Soluccedilatildeo de percloreto de ferro Estanho em fio
Obs Colocar o seu nome no lado do cobre a caneta ou esmalte antes da corrosatildeo
Montado na placa o circuito acima e testado fazer os seguintes exerciacutecios 1 ndash Com o interruptor Ch7 ligado os interruptores Ch3 Ch4 Ch5 e Ch6 desligados e os interruptores Ch1 e Ch2 na posiccedilatildeo 1 faccedila a seguinte medida meccedila com o osciloscoacutepio colocando a garra jacareacute onde aparece o GND e o pinccedila no ponto 1 de forma que apareccedila somente o semi-ciclo positivo na tela tambeacutem reproduza abaixo a forma de onda encontrada e registre onde a posiccedilatildeo do zero O aparelho ajustado da seguinte forma O botatildeo de tempodivisatildeo em 5mS O botatildeo tensatildeodivisatildeo ajustado em 5V A ponteira ajustada em X10
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2 ndash Permanecendo o interruptor Ch7 ligado Ch5 e Ch6 desligados poreacutem Ch1 e Ch2 na posiccedilatildeo 2 e Ch3 e Ch4 ligados faccedila novamente a medida e reproduza na tela abaixo a forma de onda
3 - Permanecendo o interruptor Ch7 ligado Ch3 Ch4 Ch5 e Ch6 agora ligados e Ch1 e Ch2 na posiccedilatildeo 2 faccedila novamente a medida e reproduza na tela abaixo a forma de onda
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4 ndash O que aconteceu com a potecircncia (brilho) da lacircmpada Com circuito configurado como no exerciacutecio 1 e exerciacutecio 3 (aumentou ou diminuiu) Porque ocorreu isto _____________________________________________________________________________________
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_____________________________________________________________________________________
5 ndash Qual eacute a nova potecircncia da lacircmpada Provar por meio de caacutelculos 6 ndash Por fim com o circuito configurado como no exerciacutecio 3 coloque uma lacircmpada de maior potecircncia e visualize o ripple novamente com o osciloscoacutepio explique o que ocorreu _____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
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Laboratoacuterio 2 TRANSISTOR BIPOLAR (BJT)
Os transistores de potecircncia apresentam caracteriacutesticas de chaveamento controlado Os transistores utilizados como elementos de chaveamento operam na regiatildeo de saturaccedilatildeo apresentando uma baixa queda de tensatildeo de conduccedilatildeo (VCE=0V) (VBE=13V)
Este laboratoacuterio tem o objetivo de fazer um retificador e filtro diretamente da rede alternada com componentes retirados de fontes chaveadas de computadores apoacutes o estaacutegio de retificaccedilatildeo e filtro faremos funcionar uma lacircmpada incandescente de 220 volts corrente alternada em corrente contiacutenua com o auxiacutelio de um transistor de potencia tambeacutem retirado das mesmas fontes
Calcule o R1 e monte o circuito e apoacutes responda as questotildees
Pinos 1 ndash Base 2 ndash Coletor 3 ndash Emissor
Alguns transistores encontrados em fontes chaveadas de computador Transistor VCE (V) Ic (A) β MJE13007 400 8 5
2SC4106 400 7 10
2SC5027 800 3 8
2SC5353 800 3 15
2SC2335 400 7 10
2SC4242 400 7 10
2SC5763 400 7 10
1 ndash Escolha o transistor e faccedila o calculo para descobrir R1 e depois monte o circuito Transistor escolhido ______________
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2 ndash Meccedila a corrente no ponto 1 e compare com o calculado Faccedila as observaccedilotildees necessaacuterias
Corrente no ponto (1)
Calculado
Medido _____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
3 ndash Por que existem os resistores em paralelo com os capacitores
_____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
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Laboratoacuterio 3
TRANSISTOR EFEITO DE CAMPO (FET) O transistor de potecircncia MOSFET eacute um dispositivo de tensatildeo controlada e necessita apenas de tensatildeo no gatilho A velocidade de chaveamento eacute muito alta (nanosegundos) MOSFETrsquos de potecircncia satildeo utilizados em conversores de baixa potecircncia e alta frequumlecircncia Estes transistores apresentam problemas de descargas eletrostaacuteticas necessitando de cuidados especiais Este experimento tem como objetivo mostrar o funcionamento de Mosfets em uma aplicaccedilatildeo pratica para tanto montaremos o circuito abaixo
Pinagem 1 ndash GATE 2 ndash DRAIN 3 ndash SOURCE
Alguns transistores encontrados no comeacutercio
Transistor Tensatildeo Vds(V) Corrente Id (A)
IRF840 500 85 IRF740 400 10
1 ndash Meccedila a corrente no ponto 1 Corrente no ponto 1 ______________ No ponto 2 coloque 1deg o multiacutemetro antes de ligar o circuito Meccedila a corrente no ponto 2 Corrente no ponto 2 ______________ Por que isto ocorre 2 ndash Calcule a corrente que passa entre os resistores E compare com os valores medidos e faccedila as observaccedilotildees necessaacuterias
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Laboratoacuterio 4
SCR E TRIAC
Este laboratoacuterio tem o objetivo de comprovar o funcionamento do componente SCR e TRIAC e diferenciaacute-los 1
A - Primeiramente ligue a chave 1 mantendo a chave 2 desligada o que ocorre _____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
B ndash Mantendo ligada a chave 1 ligue a chave 2 por um breve intervalo de tempo e desligue-a O que acontece Justifique sua resposta _____________________________________________________________________________________ _____________________________________________________________________________________ 2
C ndash Faccedila a mesma sequumlecircncia usada nas questotildees A e B Sequumlecircncia da questatildeo A________________________________________________________________
Sequumlecircncia da questatildeo B_________________________________________________________________
D - Faccedila as consideraccedilotildees comparando os circuitos 1 e 2
_____________________________________________________________________________________ _____________________________________________________________________________________
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3
E ndash Faccedila um comentaacuterio sobre a omissatildeo das chaves _____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
4
F - Comente os circuitos 3 e 4 haacute alguma diferenccedila no brilho da lacircmpada
_____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
Pinos do SCR e BTA 1 ndash Catodo A2 2 ndash Anodo A1 3 ndash Gatilho
Alguns SCRs encontrados no comeacutercio
Tiristor
Tensatildeo Vds(V)
Corrente Id (A)
BT151 500 85 TIC106 400 10
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Laboratoacuterio 5
DIAC E TRIAC O objetivo eacute montar o circuito abaixo e visualizar com o osciloscoacutepio a forma de onda em cima da carga no nosso caso a lacircmpada enquanto varia o potenciocircmetro
Pinagem 1 ndash A1 2 ndash A2 3 ndash G Alguns triacs encontrado no comeacutercio BTA08 ndash 8A BTA26 ndash 26A MAC224 ndash 40A TIC226 ndash 8A
Coloque a ponteira em cima da carga e deixe o potenciocircmetro no meio do curso e reproduza na tela abaixo Registre o ajuste que foi feito no osciloscoacutepio para aparecer o meio ciclo superior na tela
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Laboratoacuterio 6
PWM Este circuito eacute simples com o famoso CI 555 para gerar o sinal PWM Controlando uma carga que conseguimos observar o estaacute acontecendo
1 ndash Qual a frequumlecircncia gerada do sinal PWM _______________________________________________________________________________
_______________________________________________________________________________
2 ndash O que acontece com a lacircmpada quando varia o potenciocircmetro
_______________________________________________________________________________
_______________________________________________________________________________
3 ndash Trocando o capacitor de 100nF por um de 10nF qual seraacute a nova frequumlecircncia
_______________________________________________________________________________
_______________________________________________________________________________
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Laboratoacuterio 7
INVERSOR Este circuito eacute o conceito baacutesico do princiacutepio de funcionamento de um inversor que eacute capaz de gerar uma tensatildeo alternada a partir de uma tensatildeo contiacutenua
1 ndash O motor estaacute girando _____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
2 ndash Caso afirmativo na primeira pergunta coloque a ponteira do osciloscoacutepio em um dos terminais do motor e a garra jacareacute no terra e meccedila a frequumlecircncia _____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
3 ndash O que estaacute acontecendo com o motor em suas caracteriacutesticas fiacutesicas Mudou a velocidade estaacute aquecendo estaacute trepidando etc _____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
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Apendice B
Coacutedigo de resistores
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Capacitores ceracircmicos
O valor do capacitorB eacute de 3300 pF (picofarad = 10-12 F) ou 33 nF (nanofarad = 10-9 F) ou 00033 microF (microfarad =
10-6 F) No capacitor A devemos acrescentar mais 4 zeros apoacutes os dois primeiros algarismos O valor do capacitor que se lecirc 104 eacute de 100000 pF ou 100 nF ou 01microF
O aparecimento de uma letra maiuacutescula ao lado dos nuacutemeros Esta letra refere-se a toleracircncia do capacitor ou seja o quanto que o capacitor pode variar de seu valor em uma temperatura padratildeo de 25deg C A letra J significa que este capacitor pode variar ateacute plusmn5 de seu valor a letra K = plusmn10 ou M = plusmn20 Segue na tabela abaixo os coacutedigos de toleracircncias de capacitacircncia
Ateacute 10pF Coacutedigo Acima de 10pF
plusmn01pF B
plusmn025pF C
plusmn05pF D
plusmn10pF F plusmn1
G plusmn2
H plusmn3
J plusmn5
K plusmn10
M plusmn20
S -50 -20
Z +80 -20
ou +100 -20
P +100 -0
O coeficiente de temperatura TC que define a variaccedilatildeo da capacitacircncia dentro de uma determinada faixa de temperatura O TC eacute normalmente expresso em ou ppmdegC ( partes por milhatildeo degC ) Eacute usado uma sequumlecircncia de letras ou letras e nuacutemeros para representar os coeficientes Observe o desenho abaixo
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Na tabela abaixo estatildeo mais alguns coeficientes de temperatura e as toleracircncias que satildeo muito utilizadas por diversos fabricantes de capacitores
Coacutedigo Coeficiente de temperatura NPO -0plusmn 30ppmdegC N075 -75plusmn 30ppmdegC N150 -150plusmn 30ppmdegC N220 -220plusmn 60ppmdegC N330 -330plusmn 60ppmdegC N470 -470plusmn 60ppmdegC N750 -750plusmn 120ppmdegC N1500 -1500plusmn 250ppmdegC N2200 -2200plusmn 500ppmdegC N3300 -3300plusmn 500ppmdegC N4700 -4700plusmn 1000ppmdegC N5250 -5250plusmn 1000ppmdegC P100 +100plusmn 30ppmdegC
Outra forma de representar coeficientes de temperatura eacute mostrado abaixo Eacute usada em capacitores que se caracterizam
pela alta capacitacircncia por unidade de volume (dimensotildees reduzidas) devido a alta constante dieleacutetrica sendo recomendados para aplicaccedilatildeo em desacoplamentos acoplamentos e supressatildeo de interferecircncias em baixas tensotildees
Os coeficientes satildeo tambeacutem representados exibindo sequumlecircncias de letras e nuacutemeros como por exemplo X7R Y5F e Z5U Para um capacitor Z5U a faixa de operaccedilatildeo eacute de +10degC que significa Temperatura Miacutenima seguido de +85degC que significa Temperatura Maacutexima e uma variaccedilatildeo Maacutexima de capacitacircncia dentro desses limites de temperatura que natildeo ultrapassa -56 +22
Veja as trecircs tabelas abaixo para compreender este exemplo e entender outros coeficientes
Temperatura Miacutenima
Temperatura Maacutexima
Variaccedilatildeo Maacutexima de Capacitacircncia
X -55degC Y -30degC Z +10degC
2 +45degC 4 +65degC 5 +85degC 6 +105degC 7 +125degC
A plusmn10 B plusmn15 C plusmn22 D plusmn33 E plusmn47 F plusmn75 P plusmn10 R plusmn15 S plusmn22 T -33 +22 U -56 +22 V -82 +22
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Capacitores de filme plaacutestico
O desenho ao lado mostra capacitores que tem os seus valores impressos em nanofarad (nF) = 10-9F Quando aparece no capacitor uma letra n minuacutescula como um dos tipos apresentados ao lado por exemplo 3n3 significa que este capacitor eacute de 33nF No exemplo o n minuacutesculo eacute colocado ao meio dos nuacutemeros apenas para economizar uma viacutergula e evitar erro de interpretaccedilatildeo de seu valor
Capacitores de Ceracircmica Multicamada
Capacitores de Polieacutester Metalizado usando coacutedigo de cores
A tabela abaixo mostra como interpretar o coacutedigo de cores dos capacitores abaixo No capacitor A as 3 primeiras cores satildeo laranja laranja e laranja correspondem a 33000 equivalendo a 33 nF A cor branca logo adiante eacute referente a plusmn10 de toleracircncia E o vermelho representa a tensatildeo nominal que eacute de 250 volts
1ordf Algarismo 2ordf Algarismo 3ordf Ndeg de zeros 4ordf Toleracircncia 5ordf Tensatildeo
PRETO 0 0 - plusmn 20 -
MARROM 1 1 0 - -
VERMELHO 2 2 00 - 250V
LARANJA 3 3 000 - -
AMARELO 4 4 0000 - 400V
VERDE 5 5 00000 - -
AZUL 6 6 - - 630V
VIOLETA 7 7 - - -
CINZA 8 8 - - -
BRANCO 9 9 - plusmn 10 -
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Apecircndice C
Osciloscoacutepio Geralmente os osciloscoacutepios tecircm os controles e entradas que podem ser divididos em cinco grupos
1 ndash Controle da fonte de alimentaccedilatildeo 2 ndash Controles de ajuste do traccedilo ou ponto na tela 3 ndash Controles e entrada de atuaccedilatildeo vertical 4 ndash Controles e entrada de atuaccedilatildeo horizontal 5 ndash Controles de entrada de sincronismo
1 - CONTROLE DA FONTE DE ALIMENTACcedilAtildeO 11 - INTERRUPTOR Sua funccedilatildeo eacute interromper ou estabelecer a corrente no primaacuterio do transformador de fora Sua atuaccedilatildeo normalmente eacute acompanhada por uma lacircmpada piloto que serve de aviso visual sobre a situaccedilatildeo do circuito (ligado ou desligado) Normalmente este interruptor se encontra acoplado junto do potenciocircmetro de controle de brilho 12 - COMUTADOR DE TENSAtildeO Sua funccedilatildeo eacute selecionar a tensatildeo de funcionamento do osciloscoacutepio (127 220V) Permite utilizar o instrumento sem a necessidade de recorrer a um transformador abaixador ou elevador de tensatildeo (geralmente o acesso deste comutador eacute visto na parte de traz do aparelho) 2 - CONTROLES DE AJUSTE DO TRACcedilO OU PONTO NA TELA 21 - BRILHO OU LUMINOSIDADE Eacute o controle que ajusta a luminosidade do ponto ou do traccedilo O controle do brilho eacute feito por meio de um potenciocircmetro situado no circuito da grade de controle do TRC mediante o qual se regula o potencial desta grade (deve-se evitar o uso de brilho excessivo sob pena de se danificar a tela) 22 - FOCO Eacute o controle que ajusta a nitidez do ponto ou traccedilo luminoso O ajuste do foco eacute conseguido mediante a regulagem de um potenciocircmetro que regula a polarizaccedilatildeo do eletrodo de enfoque O foco deve ser ajustado de forma a se obter um traccedilo fino e niacutetido na tela (estes ajustes de brilho e de foco satildeo ajustes baacutesicos que devem ser feitos sempre que se for usar o osciloscoacutepio)
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23 - ILUMINACcedilAtildeO DA RETIacuteCULA Permite que se ilumine o quadriculado ou as divisotildees na tela 3 - CONTROLES E ENTRADA DE ATUACcedilAtildeO VERTICAL 31 - ENTRADA DE SINAL VERTICAL Nesta entrada eacute conectada a ponta de prova do osciloscoacutepio As variaccedilotildees de tensatildeo aplicadas nesta entrada aparecem sob forma de figura na tela 32 - CHAVE DE SELECcedilAtildeO DE MODO DE ENTRADA (CA-CC) Esta chave eacute selecionada de acordo com o tipo de forma de onda a ser observada Em alguns osciloscoacutepios esta chave possui trecircs posiccedilotildees (CA-0-CC ou AC-GND-DC) Esta posiccedilatildeo adicional eacute usada para a realizaccedilatildeo de ajustes do traccedilo do osciloscoacutepio em algumas situaccedilotildees Por exemplo quando se deseja Uma referecircncia na tela 33 - CHAVE SELETORA DE GANHO (VDiv) Esta chave permite que se aumente ou que se diminua a amplitude de projeccedilatildeo na tela do osciloscoacutepio (altura da imagem) 34 - POSICcedilAtildeO VERTICAL Permite movimentar a imagem para cima ou para baixo na tela A movimentaccedilatildeo natildeo interfere na forma da figura projetada na tela 4 - CONTROLES DE ATUACcedilAO HORIZONTAL 41 - CHAVE SELETORA DE BASE DE TEMPO Eacute o controle que permite variar o tempo de deslocamento horizontal do ponto na tela Atraveacutes deste controle eacute possiacutevel reduzir ou ampliar horizontalmente na tela a figura nela projetada Em alguns osciloscoacutepios esta chave seletora tem uma posiccedilatildeo identificada como EXT (externa) o que possibilita que o deslocamento horizontal pode ser controlado por circuito externo ao osciloscoacutepio atraveacutes de uma entrada especiacutefica Quando a posiccedilatildeo externa eacute selecionada natildeo haacute formaccedilatildeo do traccedilo na tela obtendo-se apenas um ponto 42 - POSICcedilAtildeO HORIZONTAL Eacute o ajuste que permite controlar horizontalmente a forma de onda na tela Girando o controle de posiccedilatildeo horizontal para a direita o traccedilo move-se horizontalmente para a direita e vice-versa Assim como o controle de posiccedilatildeo vertical o controle de posiccedilatildeo horizontal natildeo interfere na forma da figura projetada na tela
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5 - CONTROLES E ENTRADA DE SINCRONISMO (TRIGGER) Satildeo controles que se destinam a fixar a imagem na tela Estes controles satildeo utilizados principalmente na observaccedilatildeo de sinais alternados Os controles de sincronismo satildeo Chave seletora de fonte de sincronismo Chave de modo de sincronismo Controle de niacutevel de sincronismo 51 - CHAVE SELETORA DE FONTE DE SINCRONISMO Seleciona onde seraacute tomada o sinal de sincronismo para fixar a imagem na tela do osciloscoacutepio Normalmente esta chave possui trecircs posiccedilotildees pelo menos POSICcedilAtildeO CH1 O sincronismo eacute controlado pelo sinal aplicado ao canal 1 POSICcedilAtildeO REDE Realiza o sincronismo com base na frequecircncia da rede de alimentaccedilatildeo do osciloscoacutepio (60Hz) Nesta posiccedilatildeo consegue-se facilmente sincronizar na tela sinais aplicados na entrada vertical que sejam obtidos a partir da rede eleacutetrica POSICcedilAtildeO EXTERNO Na posiccedilatildeo externo o sincronismo da figura eacute obtido agrave partir de outro equipamento externo conectado ao osciloscoacutepio O sinal que controla o sincronismo na posiccedilatildeo externo eacute aplicado a entrada de sincronismo 52 - CHAVE DE MODO DE SINCRONISMO Normalmente esta chave tem duas ou trecircs posiccedilotildees AUTO Nesta posiccedilatildeo o osciloscoacutepio realiza o sincronismo automaticamente com base no sinal selecionado pela chave seletora de fonte de sincronismo NORMAL + O sincronismo eacute positivo ajustado manualmente pelo controle de niacutevel de sincronismo (TRIGGER) de modo que o primeiro pico que apareccedila na tela seja o positivo NORMAL - O sincronismo eacute negativo tambeacutem ajustado manualmente entretanto o primeiro pico a aparecer eacute o negativo 53 - CONTROLE DE NIacuteVEL DE SINCRONISMO (TRIGGER) Eacute um controle manual que permite o ajuste do sincronismo quando natildeo se consegue um sincronismo automaacutetico Tem atuaccedilatildeo nas posiccedilotildees NORMAL + e NORMAL - OBSERVACcedilAtildeO Para se realizar leituras eacute necessaacuterio sincronizar a figura na tela II - ENTRADA E CONTROLE DO OSCILOSCOacutePIO DUPLO TRACcedilO O osciloscoacutepio de duplo traccedilo possui alguns controles que satildeo comuns aos dois traccedilos e outros que satildeo individuais Os controles de brilho foco base de tempo e de posiccedilatildeo horizontal satildeo controles que satildeo comuns aos dois traccedilos Basicamente os controles individuais situam-se nas entradas e controles do vertical nos controles e entrada de sincronismo ENTRADAS E CONTROLES DO VERTICAL Para que se possa observar dois sinais simultaneamente eacute necessaacuterio que se aplique uma tensatildeo em cada uma das entradas verticais O osciloscoacutepio duplo traccedilo dispotildee de dois grupos de controles verticais Um grupo para o canal A ou canal 1 (CH1) Um grupo para o canal B ou canal 2 (CH2) Cada grupo controla um dos sinais na tela (amplitude posiccedilatildeo vertical etc) Geralmente satildeo iguais Cada canal dispotildee de Entrada Vertical Chave Seletora CA-O-CC Chave Seletora de ganho vertical (DDiv) Posiccedilatildeo vertical Um osciloscoacutepio de duplo traccedilo pode ainda ser utilizado como sendo um osciloscoacutepio de traccedilo simples Uma chave seletora permite que se possa selecionar cada canal individualmente ou os dois simultaneamente Esta chave possui pelo menos trecircs posiccedilotildees CH1
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CH2 DUAL Na posiccedilatildeo CH1 apareceraacute apenas a imagem na tela que estiver sendo aplicada na entrada vertical do canal 1 Na posiccedilatildeo CH2 apareceraacute apenas a imagem na tela que estiver sendo aplicada na entrada vertical do canal 2 Na posiccedilatildeo DUAL aparecem as duas imagens Em osciloscoacutepios mais sofisticados esta chave pode possuir mais posiccedilotildees de modo a permitir outras alternativas de uso CONTROLES DE SINCRONISMO Realizam as mesmas funccedilotildees do osciloscoacutepio traccedilo simples que eacute a de fixar a imagem na tela O que diferencia eacute o fato de que na chave seletora de fonte existe uma posiccedilatildeo adicional de modo a poder sincronizar a figura PONTAS DE PROVA As pontas de prova satildeo utilizadas para interligar o osciloscoacutepio aos pontos de medida
Uma das extremidades da ponta de prova eacute conectada a uma das entradas do osciloscoacutepio atraveacutes de um conector e a extremidade livre serve para conexatildeo aos pontos de medida A extremidade livre possui uma garra jacareacute denominada de terra da ponta de prova que deve ser conectada ao terra do circuito e uma ponta de entrada de sinal que deve ser conectada no ponto que se deseja medir Existem dois tipos de ponta de prova ponta de prova 11 ponta de prova 101 A ponta de prova 11 se caracteriza por aplicar agrave entrada do osciloscoacutepio a mesma tensatildeo ou forma de onda que eacute aplicada a ponta de mediccedilatildeo A ponta de prova 101 entrega ao osciloscoacutepio apenas a deacutecima parte da tensatildeo aplicada a ponta de mediccedilatildeo As pontas de prova 101 permitem que o osciloscoacutepio consiga observar tensotildees dez vezes maior que a sua capacidade Por exemplo Um osciloscoacutepio que permite a leitura de tensotildees de 50V com ponta de prova 11 com ponta de prova 101 poderaacute medir tensotildees de ateacute 500V (10x50V) Existem pontas de prova que dispotildee de um botatildeo onde se pode selecionar 101 ou 11 Obs Quando natildeo se tem total certeza da grandeza da tensatildeo envolvida eacute aconselhaacutevel iniciar a mediccedilatildeo com o posiccedilatildeo 101
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Bibliografia
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2 Dispositivos semicondutores diodos e transistores 1996 MARQUES Angelo Eduardo B
CHOUERI JUacuteNIOR Salomatildeo CRUZ Eduardo Cesar Alves Satildeo Paulo Eacuterica 1996 389 p
3 Anaacutelise e projeto de fontes chaveadas MELLO Luiz Fernando P de Satildeo Paulo Eacuterica 1996 487 p
4 Eletrocircnica de potecircncia circuitos dispositivos e aplicaccedilotildees 1999 RASHID Muhammad H Satildeo Paulo Makron Books 1999 828 p
5 Eletrocircnica de potecircncia 1994 - PALMA Guilherme Rebouccedilas da Satildeo Paulo Eacuterica 1994 259 p
6 Dispositivos eletrocircnicos e teoria de circuitos - 8 ed 2004 -
BOYLESTAD Robert L NASHELSKY Louis CAMARGO Joseacute Bueno de NASCIMENTO Joseacute Lucimar do PERTENCE JUNIOR Antonio (Coord) Satildeo Paulo Pearson Prentice Hall 2004 672 p
7 Rodrigues Isac Zilli Notas de aula da disciplina de Eletrocircnica II do Curso de Engenharia
Eleacutetrica da UPF Passo Fundo RS 2000
8 Ghirardello Ariovaldo Apostila sobre Modulaccedilatildeo PWM Coleacutegio Politec
9 Electronics Workbench Versatildeo 512
10 LabcenterElectronics 1989-2008 Release 75 SP3
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corrente poderaacute ser suficiente para estabelecer o processo de realimentaccedilatildeo fazendo com que o componente entre em conduccedilatildeo
Figura 21
Esse disparo normalmente indesejado pode ser evitado pela accedilatildeo de um circuito de proteccedilatildeo
chamado snubber esse circuito eacute formado por um resistor em serie com um capacitor colocados em paralelo com o SCR
Figura 22 Circuito snubber colocado em paralelo com o SCR
Os meacutetodos de comutaccedilatildeo ou de bloqueio de um SCR significa cortar a corrente que ele conduz e impedir que ele retorne a conduccedilatildeo A comutaccedilatildeo estaraacute completa quando a corrente no sentido direto for anulado e a reaplicaccedilatildeo de tensatildeo direta entre os terminais catodo e anodo natildeo provocarem o retorno do estado de conduccedilatildeo A comutaccedilatildeo natural ocorre quando se reduz a corrente de anodo a um valor abaixo de IH chamada corrente de manutenccedilatildeo (holding current) o SCR eacute bloqueado Este bloqueio pode ser visto melhor na figura abaixo Com S2 aberto mesmo com S1 fechado o SCR estaacute bloqueado pois natildeo haacute corrente no gatilho Fechando S2 pelo R circula uma corrente de gatilho que eacute suficiente para disparar o SCR Abrindo entatildeo S1 a corrente na lacircmpada anula-se e o SCR bloqueia Outro modo de obter a comutaccedilatildeo natural seria trocar a fonte de tensatildeo continua por uma tensatildeo alternada porem o SCR conduziria somente no semi-ciclo positivo natildeo havendo fluxo de corrente no semi-ciclo negativo
Figura 23 Meacutetodo mais utilizado
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Haacute tambeacutem um outro meacutetodo chamado comutaccedilatildeo forccedilada mais usual em circuitos CC a teacutecnica consiste em desviar a corrente por um caminho de menor impedacircncia a corrente que passa pelo SCR iraacute cair abaixo de IH provocando o bloqueio Como podemos ver no circuito abaixo
Figura 24
Com todas as chaves abertas o SCR estaacute bloqueado e a lacircmpada estaacute apagada Fechando-se a CH1 o circuito da lacircmpada e do SCR estaraacute energizado Como natildeo haacute corrente no gatilho o SCR continuaraacute bloqueado a lacircmpada apagada Quando S2 fechar circulara pelo resistor uma corrente suficiente para alimentar o gatilho do SCR que disparara e acenderaacute a lacircmpada Com a lacircmpada acesa S2 pode se novamente aberta sem que o SCR bloqueie e a lacircmpada se apague Agora fechando S3 naturalmente a lacircmpada natildeo se apagara pois a chave curto-circuitaraacute o SCR ficando a lacircmpada alimentada diretamente pela tensatildeo da fonte Como o SCR real natildeo eacute um curto-circuito toda a corrente da lacircmpada ira passar por S3 e a corrente do SCR cairaacute agrave zero o SCR entatildeo ira bloquear Com o SCR bloqueado abrindo-se a chave S3 a lacircmpada apagara Assim soacute seraacute outra vez acessa se S2 for novamente fechada provocando a corrente de gatilho no SCR Mas tambeacutem pode-se utilizar o SCR em tensatildeo alternada natildeo soacute em tensatildeo contiacutenua abaixo temos um exemplo de circuito com sua forma de onda
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72 - Tiristor TRIAC Siacutembolo O Triac eacute um dispositivo de 5 camadas tendo 2 caminhos P-N-P-N em ambos os sentidos entre o MT1 e MT2 e podendo conduzir nos dois sentidos como nos mostra claramente o seu siacutembolo Eletricamente o Triac equivale a ligaccedilatildeo de dois SCRs em antiparalelo e os terminais de gatilho ligados juntos O Triac pode ser levado a conduccedilatildeo pela aplicaccedilatildeo de uma corrente positiva ou negativa no gatilho embora seja mais sensiacutevel a aplicaccedilatildeo de uma corrente positiva quando MT2 eacute positivo e de uma corrente negativa quando MT1 eacute positivo Um TRIAC pode conduzir em ambos os sentidos e eacute normalmente utilizado em controle de fase CA Ele pode ser considerado como dois SCR conectados em antiparalelo com uma conexatildeo de gatilho comum como mostrado na figura abaixo
Como o TRIAC eacute um dispositivo bidirecional seus terminais natildeo podem ser designados como catodo e anodo Se o terminal MT2 for positivo em relaccedilatildeo ao terminal MT1 o TRIAC pode ser disparado pela aplicaccedilatildeo de um sinal positivo entre os terminais de gatilho G e MT1 Se o terminal MT2 for negativo em relaccedilatildeo a MT1 ele pode ser disparado pela aplicaccedilatildeo de um sinal negativo entre o gatilho G e MT1 Natildeo eacute necessaacuterio que se tenham ambas as polaridades do sinal de gatilho pois um TRIAC pode ser disparado com um sinal tanto positivo quanto negativo Na praacutetica as sensibilidades variam de um quadrante para outro e os triacs normalmente satildeo operados no I quadrante (tensatildeo e correntes de gatilho positivas) ou no quadrante III (tensotildees e correntes de gatilho negativas) como eacute visto na curva caracteriacutestica abaixo
a) Quadrante I VMT2 positivo e IG positivo b) Quadrante II VMT2 negativo e IG positivo c) Quadrante III VMT2 negativo e IG negativo d) Quadrante IV VMT2 positivo e IG negativo
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Entatildeo pode-se dizer que o triac pode fazer o controle de fase em uma carga como no circuito abaixo
Variando o potenciocircmetro R2 podemos disparar o triac em vaacuterios acircngulos da onda como demonstra o graacutefico abaixo
Porem com este circuito eacute impossiacutevel efetuar disparos aleacutem dos 90deg em cada semi-ciclo por exemplo se desejarmos disparar em 25deg que a tensatildeo instantacircnea eacute de Vx e o potenciocircmetro estaacute ajustado com este valor de tensatildeo de rede se utilizar o mesmo raciociacutenio para disparar em 155deg a tensatildeo instantacircnea seraacute a mesma consequumlentemente teraacute a mesmo ajuste do potenciocircmetro que e iraacute disparar em 25deg e natildeo em 155deg A figura abaixo ajuda esclarecer este raciociacutenio
Entatildeo para resolvermos a limitaccedilatildeo no acircngulo de disparo menor ou igual a 90deg eacute associarmos com os resistores jaacute existentes um capacitor como no circuito abaixo formando entatildeo uma rede defasadora
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O valor desta defasagem eacute dada pela equaccedilatildeo τ=(R1+R2)C Variando R2 consegue-se
variar o angula de disparo do Triac Porem como o capacitor nem sempre se carrega apartir de uma tensatildeo fixa natildeo se tem uma regularidade no disparo
Para resolvermos este problema estudaremos o Diac na sequumlecircncia
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8 - Diac Os diacs satildeo diodos de disparo bidirecional composto por trecircs camadas (PNP) com a simples funccedilatildeo de disparar tiristores Sua construccedilatildeo assemelha-se a de um transistor bipolar poreacutem difere na dopagem do cristal N
Seu funcionamento eacute simples Para passar do estado de bloqueio para o estado de conduccedilatildeo eacute preciso ultrapassar a tensatildeo de ruptura (VR) rompendo assim a junccedilatildeo polarizada inversamente podendo a corrente fluir em ambos sentidos
Para voltar ao estado de bloqueio basta remover a tensatildeo por alguns instantes Os diacs servem para controlar o disparo de triacs quando uma tensatildeo de referecircncia chegar a certo valor
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9 - Retificadores a tiristor A estrutura baacutesica de retificadores controlado consiste na mesma metodologia vista anteriormente com diodos porem com esta estrutura somente os semiciclos positivos da fonte de alimentaccedilatildeo seratildeo aplicados na carga quando os SCRs forem disparados Jaacute os semiciclos negativos satildeo omitidos como jaacute estudado anteriormente Agora temos um circuito de controle dos gatilhos dos SCRs mais requintado podendo fazer o controle entre 0deg a 180deg Vamos dar exemplos de montagem dos circuitos para que seja melhor entendido
Retificador monofaacutesico de meia onda
Retificador monofaacutesico de onda completa com ponto meacutedio
Retificador monofaacutesico em ponte completa
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Retificador semi-controlado ou em ponte mista
Retificador trifaacutesico de meia onda
Retificador trifaacutesico de onda completa (Ponte de Graetz)
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10 - PWM Para comeccedilarmos o estudo do PWM que vem do inglecircs Pulse Width Modulation ou seja modulaccedilatildeo
por largura de pulso temos que ter alguns preacute-requisitos em mente Uma maneira tradicional de se controlar a potencia de uma carga eacute atraveacutes de um potenciocircmetro ou reostato em seacuterie com a carga conforme mostra a figura abaixo este tipo de controle eacute denominada linear
Variando-se a resistecircncia do potenciocircmetro pode-se modificar a corrente na carga e portanto a potecircncia aplicada a ela
A grande desvantagem deste tipo de controle eacute que a queda de tensatildeo multiplicada pela corrente no R em seacuterie representa uma potencia na forma de calor Conforme o ajuste deste o controle passa a dissipar mais potencia que a carga
O R tem de ser capaz de dissipar esta potencia sendo assim o seu tamanho fiacutesico cresce proporcionalmente com a sua potencia tornando-se caro Embora este controle seja ateacute intuitivo porem natildeo eacute muito inteligente no que diz respeito de desperdiacutecio de energia Consideremos entatildeo o mesmo circuito soacute trocamos o controle como podemos ver no desenho abaixo
Consideremos ainda que esta chave tem uma accedilatildeo muito raacutepida Quando o interruptor estaacute aberto natildeo haacute corrente na carga e a potecircncia aplicada eacute nula No instante em que o interruptor eacute fechado a carga recebe a tensatildeo total da fonte e a potecircncia aplicada eacute maacutexima
Entatildeo para termos uma potencia de 50 a ideacuteia eacute deixarmos um tempo x com a chave ligada e o mesmo tempo com a chave desligada Isso significa que em meacutedia teremos metade do tempo com corrente e metade do tempo sem corrente concluindo que a potencia ficaraacute em 50
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A potecircncia meacutedia e portanto a proacutepria tensatildeo meacutedia aplicada agrave carga eacute neste caso 50 da tensatildeo de entrada
Veja que o interruptor fechado pode definir uma largura de pulso pelo tempo em que ele fica nesta condiccedilatildeo e um intervalo entre pulsos pelo tempo em que ele fica aberto Os dois tempos juntos definem o periacuteodo e portanto uma frequecircncia de controle
A relaccedilatildeo entre o tempo em que temos o pulso e a duraccedilatildeo de um ciclo completo de operaccedilatildeo do interruptor nos define ainda o ciclo ativo conforme eacute mostrado na figura 5
Variando-se a largura do pulso e tambeacutem o intervalo de modo a termos ciclos ativos diferentes podemos controlar a potecircncia meacutedia aplicada a uma carga Assim quando a largura do pulso varia de zero ateacute o maacuteximo a potecircncia tambeacutem varia na mesma proporccedilatildeo conforme estaacute indicado na figura 6
Este princiacutepio eacute usado justamente no controle PWM modulamos (variamos) a largura do pulso de modo a controlar o ciclo ativo do sinal aplicado a uma carga e com isso a potecircncia aplicada a ela
Na praacutetica substituiacutemos o interruptor por algum dispositivo de estado soacutelido que possa abrir e fechar o circuito rapidamente como por exemplo um transistor bipolar um FET de potecircncia um IGBT ou ateacute mesmo um SCR
A este dispositivo eacute entatildeo ligado um oscilador que possa ter seu ciclo ativo controlado numa grande faixa de valores Na praacutetica eacute difiacutecil chegar agrave duraccedilatildeo zero do pulso e agrave 100 jaacute que isso implicaria na parada do oscilador mas podemos chegar bem perto disso
Na operaccedilatildeo de um controle por PWM existem diversas vantagens a serem consideradas e alguns pontos para os quais o projetista deve ficar atento para natildeo jogar fora estas vantagens
Na condiccedilatildeo de aberto nenhuma corrente circula pelo dispositivo de controle e portanto sua dissipaccedilatildeo eacute nula Na condiccedilatildeo de fechado teoricamente se ele apresenta uma resistecircncia nula a queda de tensatildeo eacute nula e ele natildeo dissipa tambeacutem nenhuma potecircncia
Isso significa que na teoria os controles PWM natildeo dissipam potecircncia alguma e portanto consistem em soluccedilotildees ideais para este tipo de aplicaccedilatildeo
Na praacutetica entretanto isso natildeo ocorre Em primeiro lugar os dispositivos usados no controle natildeo satildeo capazes de abrir e fechar o circuito num tempo infinitamente pequeno Eles precisam de um tempo para mudar de estado e neste intervalo de tempo sua resistecircncia sobe de um valor muito pequeno ateacute infinito e vice-versa numa curva de comutaccedilatildeo semelhante a mostrada na figura 10
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Neste intervalo de tempo a queda de tensatildeo e a corrente atraveacutes do dispositivo natildeo satildeo nulas e uma boa quantidade de calor poderaacute ser gerada conforme a carga controlada Dependendo da frequecircncia de controle e da resposta do dispositivo usado uma boa quantidade de calor poderaacute ser gerada neste processo de comutaccedilatildeo
Entretanto mesmo com este problema a potecircncia gerada num controle PWM ainda eacute muito menor do que num circuito de controle linear equivalente Transistores de comutaccedilatildeo raacutepidos FETs de potecircncia e outros componentes de chaveamento podem ser suficientemente raacutepidos para permitir que projetos de controles de potecircncias elevadas sejam implementados sem a necessidade de grandes dissipadores de calor ou que tenham problemas de perdas de energia por geraccedilatildeo de calor que possam ser preocupantes
O segundo problema que poderaacute surgir vem justamente do fato de que os transistores de efeito de campo ou bipolares usados em comutaccedilatildeo natildeo se comportam como resistecircncias nulas quando saturados Os transistores bipolares podem apresentar uma queda de tensatildeo de ateacute alguns volts quando saturados o mesmo ocorrendo com os FETs
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11 - Soft-Starter
Soft start eacute um dispositivo eletrocircnico composto de pontes tiristorizadas a fim de controlar a corrente de partida de motores de corrente alternada trifaacutesicos o controle da tensatildeo reduzida eacute feita ajustando-se o acircngulo de disparo de um par de SCRs dispostos em antiparalelo em cada fase do motor A medida que a tensatildeo vai aumentando a corrente aumenta para acelerar a carga de uma maneira suave e sem degraus Seu uso eacute comum em bombas centriacutefugas ventiladores e motores de elevada potecircncia cuja aplicaccedilatildeo natildeo exija a variaccedilatildeo de velocidade
A vantagem desta teacutecnica sobre as alternativas de custo baixo eacute a possibilidade de ajustarmos o torque do motor as necessidades de torque da carga
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12 - Inversores
Introduccedilatildeo A obtenccedilatildeo de uma tensatildeo alternada a partir de uma fonte CC eacute muitas vezes necessaacuteria para a
alimentaccedilatildeo de diversas cargas Os conversores que realizam a transformaccedilatildeo CC-CA satildeo chamados de inversores Como exemplos de aplicaccedilotildees pode-se citar o controle de velocidade de motores de corrente alternada fontes de alimentaccedilatildeo ininterrupta (no-break) entre varias outras aplicaccedilotildees
Qualquer sistema no qual o fornecimento da energia eleacutetrica natildeo pode ser interrompido deve prever uma fonte de emergecircncia para supri-lo Quando a potecircncia instalada eacute muito grande tem-se em geral um sistema de acionamento imediato alimentado a partir de baterias e um sistema motor-gerador que por necessitar de alguns minutos para estar em condiccedilotildees ideais de operaccedilatildeo natildeo pode ser usado de imediato Tal arranjo eacute usado por exemplo em centrais telefocircnicas hospitais etc Topologias Baacutesicas
Inversor Monofaacutesico em Ponte A estrutura do inversos monofaacutesico em ponte alimentando carga resistiva estaacute representado na
Figura abaixo
As formas de onda de interesse satildeo apresentadas na figura abaixo Com S1 e S4 em conduccedilatildeo a
tensatildeo na carga eacute igual a E quando S2 e S3 estatildeo em conduccedilatildeo ela torna-se igual a -E
Quando a carga for indutiva devem ser adicionados a estrutura do circuito mostrado acima os
diodos de circulaccedilatildeo D1 D2 D3 e D4 como indica a figura abaixo Observe que com carga indutiva a fonte E deve ser reversiacutevel em corrente
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Etapas de funcionamento do inversor em ponte alimentando carga indutiva
Inversor Monofaacutesico em Ponto Meacutedio Este circuito representado na figura abaixo emprega apenas um braccedilo sendo desse modo mais
simples de ser comandado que o inversor em ponte porem a sua desvantagem eacute a tensatildeo de saiacuteda ser a metade
Inversor Monofaacutesico em Ponte
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13 - Dissipadores
A circulaccedilatildeo de corrente eleacutetrica por qualquer elemento provoca uma dissipaccedilatildeo de potecircncia igual ao produto do quadrado da corrente pela resistecircncia do circuito O objetivo eacute estabelecer criteacuterios para o dimensionamento de sistemas de dissipaccedilatildeo do calor produzido por componentes eletrocircnicos especialmente semicondutores de potecircncia (diodostransistores tiristores etc) buscando a proteccedilatildeo de tais componentes tendo como meta fundamental a elevada confiabilidade dos equipamentos nos quais os dispositivos satildeo empregados Deve-se buscar reduccedilatildeo de volume peso e custos
Caacutelculo da Potecircncia Dissipada
O caacutelculo da potecircncia dissipada deve ser feito via de regra pelo produto da tensatildeo pela corrente sobre o dispositivo em questatildeo
Comportamento em regime permanente potecircncia meacutedia
Nos dispositivos semicondutores de potecircncia o calor decorrente do efeito Joule eacute produzido na pastilha semicondutora fluindo daiacute para ambientes mais frios como o encapsulamento do dispositivo e o ambiente Este fluxo de calor depende de fatores como o gradiente de temperatura e as caracteriacutesticas teacutermicas dos meios e materiais envolvidos Define-se a grandeza ldquoresistecircncia teacutermicardquo como uma medida da dificuldade do fluxo de calor entre 2 meios ∆T diferenccedila de temperatura entre regiotildees de transferecircncia de calor P potecircncia meacutedia dissipada h coeficiente de transferecircncia de calor A aacuterea envolvida na transferecircncia de calor
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ANALOGIA COM CIRCUITO ELEacuteTRICO Em geral se faz uma analogia com um circuito eleacutetrico sendo a potecircncia meacutedia representada por uma fonte de corrente As temperaturas nos ambientes indicados (junccedilatildeo caacutepsula ambiente) satildeo anaacutelogas agraves tensotildees nos respectivos noacutes enquanto as resistecircncias teacutermicas satildeo as proacuteprias resistecircncias do modelo
Tj=Temperatura da junccedilatildeo Rtjc=Resistecircncia teacutermica entre junccedilatildeo e encapsulamento Tc=temperatura do encapsulamento Rtca=Resist Term Entre encapsulamento e ambiente Rtcd=Resist Entre encapsulament e dissipador Rtda=Resist Teacutermica entre dissipador e ambiente Partindo do anaacutelogo eleacutetrico chegamos a seguinte equaccedilatildeo tiacutepica Tj = Ta + P (Rtjc + Rtca) Exemplo 1 P = 20 W Rtjc = 2degCW Rtca = 10degCW Ta = 40degC Tjmax = 120degC Tc = Ta + P Rtca = 240degC Tj = Tc + P Rtjc = 280degC
Dissipadores de calor Considerando que natildeo seja possiacutevel reduzir a potecircncia meacutedia dissipada a alternativa para a proteccedilatildeo do semicondutor eacute colocar um dispositivo de baixa resistecircncia teacutermica entre o encapsulamento e o ambiente A este elemento colocado junto ao encapsulamento se diz ldquodissipador de calorrdquo Caracteriacutesticas dos dissipadores As principais caracteriacutesticas estatildeo relacionadas com dimensotildees e especialmente agrave sua superfiacutecie de contato com o ambiente Em geral estes dispositivos satildeo construiacutedos em alumiacutenio dada sua boa condutividade teacutermica (condiccedilatildeo indispensaacutevel) baixo custo e peso A figura mostra perfis tiacutepicos de dissipadores A utilizaccedilatildeo de grande nuacutemero de aletas eacute para aumentar a aacuterea de troca de calor A resistecircncia teacutermica para uma placa plana quadrada pode ser aproximadamente dada por
λ condutacircncia teacutermica (a 77o C) [W(oCcm)] W espessura do dissipador [mm]
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A aacuterea do dissipador [cm2] Cf fator de correccedilatildeo devido agrave posiccedilatildeo e tipo de superfiacutecie Na tabela abaixo satildeo dados alguns valores para os coeficientes da foacutermula O fator Cf varia com a posiccedilatildeo do dissipador sendo preferiacutevel uma montagem vertical agrave horizontal por criar um efeito ldquochamineacuterdquo Dissipadores pretos satildeo melhores irradiadores de calor que aqueles com superfiacutecie brilhante
Comportamento em regime transitoacuterio potecircncia de pico Quando a potecircncia dissipada no semicondutor consiste de pulsos de potecircncia eacute preciso verificar a proteccedilatildeo do componente em relaccedilatildeo aos picos de dissipaccedilatildeo Durante a ocorrecircncia do pico de potecircncia ocorre a elevaccedilatildeo da temperatura da junccedilatildeo embora natildeo ocorra variaccedilatildeo nas temperaturas do encapsulamento e do dissipador (que dependem da potecircncia meacutedia) devido agrave maior capacidade teacutermica da caacutepsula e especialmente do dissipador Tal capacidade teacutermica relaciona-se com o tipo de material utilizado e seu volume Na analogia eleacutetrica utilizada anteriormente ela se comporta como uma capacitacircncia O caacutelculo da temperatura da junccedilatildeo em tal regime transitoacuterio eacute feito utilizando uma grandeza chamada ldquoimpedacircncia teacutermicardquo Ztjc que leva em consideraccedilatildeo a capacidade teacutermica da junccedilatildeo Exemplo 2 Rtjc = 2deg CW Rtca = 5deg CW Rtcd = 2deg CW Rtda = 3deg CW Ztjc = 005deg CW Tjmax = 150deg C Ta = 40deg C P = 20W Pp = 1000W
Tj = 130 oC (o componente estaacute protegido em relaccedilatildeo agrave potecircncia meacutedia) Tc = 90 oC Tj = Tc + Pp Ztjc = 140 oC
Caacutelculo dos Dissipadores
bull A temperatura de trabalho da junccedilatildeo deve ser 20 a 30 menor que seu valor maacuteximo para permitir a proteccedilatildeo do componente sem super-dimensionar o dissipador middot Para ambientes nos quais natildeo se faccedila um controle riacutegido da temperatura deve-se usar uma temperatura ambiente de 40oC
bull Caso o dissipador fique dentro de algum bastidor ou caixa na qual a temperatura possa se elevar acima dos 40oC deve-se considerar sempre a maacutexima temperatura do ar com o qual o dissipador troca calor Eacute conveniente agrave falta de maiores informaccedilotildees utilizar o valor de 40oC e verificar apoacutes a entrada em operaccedilatildeo do protoacutetipo a verdadeira temperatura ambiente
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bull Deve-se verificar a necessidade do uso de isoladores (mica teflon ou mylar) e natildeo desconsiderar suas resistecircncias teacutermicas middot O emprego de pastas teacutermicas eacute sempre recomendado e se deve considerar tambeacutem sua resistecircncia teacutermica
b) No transitoacuterio
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Apecircndice A
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Laboratoacuterio 1
Diodo Ache os componentes em sucatas e monte o circuito abaixo em placa de circuito impresso corroiacuteda Lista de material
4 Diodos 1N4007 2 Capacitores 330uF200V 2 Resistores 150K 18W 1 Suporte p lacircmpada 1 Lacircmpada 40W220V 1 Conector p placa de 2 bornes 6 Chaves HH 1 Rabicho com plugue Placa p circuito impresso virgem (fibra fenolite perfurada) Caneta retro projetor ou esmalte p unhas Palha de accedilo ou acetona e pedaccedilo de pano Soluccedilatildeo de percloreto de ferro Estanho em fio
Obs Colocar o seu nome no lado do cobre a caneta ou esmalte antes da corrosatildeo
Montado na placa o circuito acima e testado fazer os seguintes exerciacutecios 1 ndash Com o interruptor Ch7 ligado os interruptores Ch3 Ch4 Ch5 e Ch6 desligados e os interruptores Ch1 e Ch2 na posiccedilatildeo 1 faccedila a seguinte medida meccedila com o osciloscoacutepio colocando a garra jacareacute onde aparece o GND e o pinccedila no ponto 1 de forma que apareccedila somente o semi-ciclo positivo na tela tambeacutem reproduza abaixo a forma de onda encontrada e registre onde a posiccedilatildeo do zero O aparelho ajustado da seguinte forma O botatildeo de tempodivisatildeo em 5mS O botatildeo tensatildeodivisatildeo ajustado em 5V A ponteira ajustada em X10
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2 ndash Permanecendo o interruptor Ch7 ligado Ch5 e Ch6 desligados poreacutem Ch1 e Ch2 na posiccedilatildeo 2 e Ch3 e Ch4 ligados faccedila novamente a medida e reproduza na tela abaixo a forma de onda
3 - Permanecendo o interruptor Ch7 ligado Ch3 Ch4 Ch5 e Ch6 agora ligados e Ch1 e Ch2 na posiccedilatildeo 2 faccedila novamente a medida e reproduza na tela abaixo a forma de onda
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4 ndash O que aconteceu com a potecircncia (brilho) da lacircmpada Com circuito configurado como no exerciacutecio 1 e exerciacutecio 3 (aumentou ou diminuiu) Porque ocorreu isto _____________________________________________________________________________________
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5 ndash Qual eacute a nova potecircncia da lacircmpada Provar por meio de caacutelculos 6 ndash Por fim com o circuito configurado como no exerciacutecio 3 coloque uma lacircmpada de maior potecircncia e visualize o ripple novamente com o osciloscoacutepio explique o que ocorreu _____________________________________________________________________________________
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Laboratoacuterio 2 TRANSISTOR BIPOLAR (BJT)
Os transistores de potecircncia apresentam caracteriacutesticas de chaveamento controlado Os transistores utilizados como elementos de chaveamento operam na regiatildeo de saturaccedilatildeo apresentando uma baixa queda de tensatildeo de conduccedilatildeo (VCE=0V) (VBE=13V)
Este laboratoacuterio tem o objetivo de fazer um retificador e filtro diretamente da rede alternada com componentes retirados de fontes chaveadas de computadores apoacutes o estaacutegio de retificaccedilatildeo e filtro faremos funcionar uma lacircmpada incandescente de 220 volts corrente alternada em corrente contiacutenua com o auxiacutelio de um transistor de potencia tambeacutem retirado das mesmas fontes
Calcule o R1 e monte o circuito e apoacutes responda as questotildees
Pinos 1 ndash Base 2 ndash Coletor 3 ndash Emissor
Alguns transistores encontrados em fontes chaveadas de computador Transistor VCE (V) Ic (A) β MJE13007 400 8 5
2SC4106 400 7 10
2SC5027 800 3 8
2SC5353 800 3 15
2SC2335 400 7 10
2SC4242 400 7 10
2SC5763 400 7 10
1 ndash Escolha o transistor e faccedila o calculo para descobrir R1 e depois monte o circuito Transistor escolhido ______________
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2 ndash Meccedila a corrente no ponto 1 e compare com o calculado Faccedila as observaccedilotildees necessaacuterias
Corrente no ponto (1)
Calculado
Medido _____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
3 ndash Por que existem os resistores em paralelo com os capacitores
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_____________________________________________________________________________________
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Laboratoacuterio 3
TRANSISTOR EFEITO DE CAMPO (FET) O transistor de potecircncia MOSFET eacute um dispositivo de tensatildeo controlada e necessita apenas de tensatildeo no gatilho A velocidade de chaveamento eacute muito alta (nanosegundos) MOSFETrsquos de potecircncia satildeo utilizados em conversores de baixa potecircncia e alta frequumlecircncia Estes transistores apresentam problemas de descargas eletrostaacuteticas necessitando de cuidados especiais Este experimento tem como objetivo mostrar o funcionamento de Mosfets em uma aplicaccedilatildeo pratica para tanto montaremos o circuito abaixo
Pinagem 1 ndash GATE 2 ndash DRAIN 3 ndash SOURCE
Alguns transistores encontrados no comeacutercio
Transistor Tensatildeo Vds(V) Corrente Id (A)
IRF840 500 85 IRF740 400 10
1 ndash Meccedila a corrente no ponto 1 Corrente no ponto 1 ______________ No ponto 2 coloque 1deg o multiacutemetro antes de ligar o circuito Meccedila a corrente no ponto 2 Corrente no ponto 2 ______________ Por que isto ocorre 2 ndash Calcule a corrente que passa entre os resistores E compare com os valores medidos e faccedila as observaccedilotildees necessaacuterias
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Laboratoacuterio 4
SCR E TRIAC
Este laboratoacuterio tem o objetivo de comprovar o funcionamento do componente SCR e TRIAC e diferenciaacute-los 1
A - Primeiramente ligue a chave 1 mantendo a chave 2 desligada o que ocorre _____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
B ndash Mantendo ligada a chave 1 ligue a chave 2 por um breve intervalo de tempo e desligue-a O que acontece Justifique sua resposta _____________________________________________________________________________________ _____________________________________________________________________________________ 2
C ndash Faccedila a mesma sequumlecircncia usada nas questotildees A e B Sequumlecircncia da questatildeo A________________________________________________________________
Sequumlecircncia da questatildeo B_________________________________________________________________
D - Faccedila as consideraccedilotildees comparando os circuitos 1 e 2
_____________________________________________________________________________________ _____________________________________________________________________________________
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3
E ndash Faccedila um comentaacuterio sobre a omissatildeo das chaves _____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
4
F - Comente os circuitos 3 e 4 haacute alguma diferenccedila no brilho da lacircmpada
_____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
Pinos do SCR e BTA 1 ndash Catodo A2 2 ndash Anodo A1 3 ndash Gatilho
Alguns SCRs encontrados no comeacutercio
Tiristor
Tensatildeo Vds(V)
Corrente Id (A)
BT151 500 85 TIC106 400 10
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Laboratoacuterio 5
DIAC E TRIAC O objetivo eacute montar o circuito abaixo e visualizar com o osciloscoacutepio a forma de onda em cima da carga no nosso caso a lacircmpada enquanto varia o potenciocircmetro
Pinagem 1 ndash A1 2 ndash A2 3 ndash G Alguns triacs encontrado no comeacutercio BTA08 ndash 8A BTA26 ndash 26A MAC224 ndash 40A TIC226 ndash 8A
Coloque a ponteira em cima da carga e deixe o potenciocircmetro no meio do curso e reproduza na tela abaixo Registre o ajuste que foi feito no osciloscoacutepio para aparecer o meio ciclo superior na tela
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Laboratoacuterio 6
PWM Este circuito eacute simples com o famoso CI 555 para gerar o sinal PWM Controlando uma carga que conseguimos observar o estaacute acontecendo
1 ndash Qual a frequumlecircncia gerada do sinal PWM _______________________________________________________________________________
_______________________________________________________________________________
2 ndash O que acontece com a lacircmpada quando varia o potenciocircmetro
_______________________________________________________________________________
_______________________________________________________________________________
3 ndash Trocando o capacitor de 100nF por um de 10nF qual seraacute a nova frequumlecircncia
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Laboratoacuterio 7
INVERSOR Este circuito eacute o conceito baacutesico do princiacutepio de funcionamento de um inversor que eacute capaz de gerar uma tensatildeo alternada a partir de uma tensatildeo contiacutenua
1 ndash O motor estaacute girando _____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
2 ndash Caso afirmativo na primeira pergunta coloque a ponteira do osciloscoacutepio em um dos terminais do motor e a garra jacareacute no terra e meccedila a frequumlecircncia _____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
3 ndash O que estaacute acontecendo com o motor em suas caracteriacutesticas fiacutesicas Mudou a velocidade estaacute aquecendo estaacute trepidando etc _____________________________________________________________________________________
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Apendice B
Coacutedigo de resistores
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Capacitores ceracircmicos
O valor do capacitorB eacute de 3300 pF (picofarad = 10-12 F) ou 33 nF (nanofarad = 10-9 F) ou 00033 microF (microfarad =
10-6 F) No capacitor A devemos acrescentar mais 4 zeros apoacutes os dois primeiros algarismos O valor do capacitor que se lecirc 104 eacute de 100000 pF ou 100 nF ou 01microF
O aparecimento de uma letra maiuacutescula ao lado dos nuacutemeros Esta letra refere-se a toleracircncia do capacitor ou seja o quanto que o capacitor pode variar de seu valor em uma temperatura padratildeo de 25deg C A letra J significa que este capacitor pode variar ateacute plusmn5 de seu valor a letra K = plusmn10 ou M = plusmn20 Segue na tabela abaixo os coacutedigos de toleracircncias de capacitacircncia
Ateacute 10pF Coacutedigo Acima de 10pF
plusmn01pF B
plusmn025pF C
plusmn05pF D
plusmn10pF F plusmn1
G plusmn2
H plusmn3
J plusmn5
K plusmn10
M plusmn20
S -50 -20
Z +80 -20
ou +100 -20
P +100 -0
O coeficiente de temperatura TC que define a variaccedilatildeo da capacitacircncia dentro de uma determinada faixa de temperatura O TC eacute normalmente expresso em ou ppmdegC ( partes por milhatildeo degC ) Eacute usado uma sequumlecircncia de letras ou letras e nuacutemeros para representar os coeficientes Observe o desenho abaixo
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Na tabela abaixo estatildeo mais alguns coeficientes de temperatura e as toleracircncias que satildeo muito utilizadas por diversos fabricantes de capacitores
Coacutedigo Coeficiente de temperatura NPO -0plusmn 30ppmdegC N075 -75plusmn 30ppmdegC N150 -150plusmn 30ppmdegC N220 -220plusmn 60ppmdegC N330 -330plusmn 60ppmdegC N470 -470plusmn 60ppmdegC N750 -750plusmn 120ppmdegC N1500 -1500plusmn 250ppmdegC N2200 -2200plusmn 500ppmdegC N3300 -3300plusmn 500ppmdegC N4700 -4700plusmn 1000ppmdegC N5250 -5250plusmn 1000ppmdegC P100 +100plusmn 30ppmdegC
Outra forma de representar coeficientes de temperatura eacute mostrado abaixo Eacute usada em capacitores que se caracterizam
pela alta capacitacircncia por unidade de volume (dimensotildees reduzidas) devido a alta constante dieleacutetrica sendo recomendados para aplicaccedilatildeo em desacoplamentos acoplamentos e supressatildeo de interferecircncias em baixas tensotildees
Os coeficientes satildeo tambeacutem representados exibindo sequumlecircncias de letras e nuacutemeros como por exemplo X7R Y5F e Z5U Para um capacitor Z5U a faixa de operaccedilatildeo eacute de +10degC que significa Temperatura Miacutenima seguido de +85degC que significa Temperatura Maacutexima e uma variaccedilatildeo Maacutexima de capacitacircncia dentro desses limites de temperatura que natildeo ultrapassa -56 +22
Veja as trecircs tabelas abaixo para compreender este exemplo e entender outros coeficientes
Temperatura Miacutenima
Temperatura Maacutexima
Variaccedilatildeo Maacutexima de Capacitacircncia
X -55degC Y -30degC Z +10degC
2 +45degC 4 +65degC 5 +85degC 6 +105degC 7 +125degC
A plusmn10 B plusmn15 C plusmn22 D plusmn33 E plusmn47 F plusmn75 P plusmn10 R plusmn15 S plusmn22 T -33 +22 U -56 +22 V -82 +22
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Capacitores de filme plaacutestico
O desenho ao lado mostra capacitores que tem os seus valores impressos em nanofarad (nF) = 10-9F Quando aparece no capacitor uma letra n minuacutescula como um dos tipos apresentados ao lado por exemplo 3n3 significa que este capacitor eacute de 33nF No exemplo o n minuacutesculo eacute colocado ao meio dos nuacutemeros apenas para economizar uma viacutergula e evitar erro de interpretaccedilatildeo de seu valor
Capacitores de Ceracircmica Multicamada
Capacitores de Polieacutester Metalizado usando coacutedigo de cores
A tabela abaixo mostra como interpretar o coacutedigo de cores dos capacitores abaixo No capacitor A as 3 primeiras cores satildeo laranja laranja e laranja correspondem a 33000 equivalendo a 33 nF A cor branca logo adiante eacute referente a plusmn10 de toleracircncia E o vermelho representa a tensatildeo nominal que eacute de 250 volts
1ordf Algarismo 2ordf Algarismo 3ordf Ndeg de zeros 4ordf Toleracircncia 5ordf Tensatildeo
PRETO 0 0 - plusmn 20 -
MARROM 1 1 0 - -
VERMELHO 2 2 00 - 250V
LARANJA 3 3 000 - -
AMARELO 4 4 0000 - 400V
VERDE 5 5 00000 - -
AZUL 6 6 - - 630V
VIOLETA 7 7 - - -
CINZA 8 8 - - -
BRANCO 9 9 - plusmn 10 -
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Apecircndice C
Osciloscoacutepio Geralmente os osciloscoacutepios tecircm os controles e entradas que podem ser divididos em cinco grupos
1 ndash Controle da fonte de alimentaccedilatildeo 2 ndash Controles de ajuste do traccedilo ou ponto na tela 3 ndash Controles e entrada de atuaccedilatildeo vertical 4 ndash Controles e entrada de atuaccedilatildeo horizontal 5 ndash Controles de entrada de sincronismo
1 - CONTROLE DA FONTE DE ALIMENTACcedilAtildeO 11 - INTERRUPTOR Sua funccedilatildeo eacute interromper ou estabelecer a corrente no primaacuterio do transformador de fora Sua atuaccedilatildeo normalmente eacute acompanhada por uma lacircmpada piloto que serve de aviso visual sobre a situaccedilatildeo do circuito (ligado ou desligado) Normalmente este interruptor se encontra acoplado junto do potenciocircmetro de controle de brilho 12 - COMUTADOR DE TENSAtildeO Sua funccedilatildeo eacute selecionar a tensatildeo de funcionamento do osciloscoacutepio (127 220V) Permite utilizar o instrumento sem a necessidade de recorrer a um transformador abaixador ou elevador de tensatildeo (geralmente o acesso deste comutador eacute visto na parte de traz do aparelho) 2 - CONTROLES DE AJUSTE DO TRACcedilO OU PONTO NA TELA 21 - BRILHO OU LUMINOSIDADE Eacute o controle que ajusta a luminosidade do ponto ou do traccedilo O controle do brilho eacute feito por meio de um potenciocircmetro situado no circuito da grade de controle do TRC mediante o qual se regula o potencial desta grade (deve-se evitar o uso de brilho excessivo sob pena de se danificar a tela) 22 - FOCO Eacute o controle que ajusta a nitidez do ponto ou traccedilo luminoso O ajuste do foco eacute conseguido mediante a regulagem de um potenciocircmetro que regula a polarizaccedilatildeo do eletrodo de enfoque O foco deve ser ajustado de forma a se obter um traccedilo fino e niacutetido na tela (estes ajustes de brilho e de foco satildeo ajustes baacutesicos que devem ser feitos sempre que se for usar o osciloscoacutepio)
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23 - ILUMINACcedilAtildeO DA RETIacuteCULA Permite que se ilumine o quadriculado ou as divisotildees na tela 3 - CONTROLES E ENTRADA DE ATUACcedilAtildeO VERTICAL 31 - ENTRADA DE SINAL VERTICAL Nesta entrada eacute conectada a ponta de prova do osciloscoacutepio As variaccedilotildees de tensatildeo aplicadas nesta entrada aparecem sob forma de figura na tela 32 - CHAVE DE SELECcedilAtildeO DE MODO DE ENTRADA (CA-CC) Esta chave eacute selecionada de acordo com o tipo de forma de onda a ser observada Em alguns osciloscoacutepios esta chave possui trecircs posiccedilotildees (CA-0-CC ou AC-GND-DC) Esta posiccedilatildeo adicional eacute usada para a realizaccedilatildeo de ajustes do traccedilo do osciloscoacutepio em algumas situaccedilotildees Por exemplo quando se deseja Uma referecircncia na tela 33 - CHAVE SELETORA DE GANHO (VDiv) Esta chave permite que se aumente ou que se diminua a amplitude de projeccedilatildeo na tela do osciloscoacutepio (altura da imagem) 34 - POSICcedilAtildeO VERTICAL Permite movimentar a imagem para cima ou para baixo na tela A movimentaccedilatildeo natildeo interfere na forma da figura projetada na tela 4 - CONTROLES DE ATUACcedilAO HORIZONTAL 41 - CHAVE SELETORA DE BASE DE TEMPO Eacute o controle que permite variar o tempo de deslocamento horizontal do ponto na tela Atraveacutes deste controle eacute possiacutevel reduzir ou ampliar horizontalmente na tela a figura nela projetada Em alguns osciloscoacutepios esta chave seletora tem uma posiccedilatildeo identificada como EXT (externa) o que possibilita que o deslocamento horizontal pode ser controlado por circuito externo ao osciloscoacutepio atraveacutes de uma entrada especiacutefica Quando a posiccedilatildeo externa eacute selecionada natildeo haacute formaccedilatildeo do traccedilo na tela obtendo-se apenas um ponto 42 - POSICcedilAtildeO HORIZONTAL Eacute o ajuste que permite controlar horizontalmente a forma de onda na tela Girando o controle de posiccedilatildeo horizontal para a direita o traccedilo move-se horizontalmente para a direita e vice-versa Assim como o controle de posiccedilatildeo vertical o controle de posiccedilatildeo horizontal natildeo interfere na forma da figura projetada na tela
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5 - CONTROLES E ENTRADA DE SINCRONISMO (TRIGGER) Satildeo controles que se destinam a fixar a imagem na tela Estes controles satildeo utilizados principalmente na observaccedilatildeo de sinais alternados Os controles de sincronismo satildeo Chave seletora de fonte de sincronismo Chave de modo de sincronismo Controle de niacutevel de sincronismo 51 - CHAVE SELETORA DE FONTE DE SINCRONISMO Seleciona onde seraacute tomada o sinal de sincronismo para fixar a imagem na tela do osciloscoacutepio Normalmente esta chave possui trecircs posiccedilotildees pelo menos POSICcedilAtildeO CH1 O sincronismo eacute controlado pelo sinal aplicado ao canal 1 POSICcedilAtildeO REDE Realiza o sincronismo com base na frequecircncia da rede de alimentaccedilatildeo do osciloscoacutepio (60Hz) Nesta posiccedilatildeo consegue-se facilmente sincronizar na tela sinais aplicados na entrada vertical que sejam obtidos a partir da rede eleacutetrica POSICcedilAtildeO EXTERNO Na posiccedilatildeo externo o sincronismo da figura eacute obtido agrave partir de outro equipamento externo conectado ao osciloscoacutepio O sinal que controla o sincronismo na posiccedilatildeo externo eacute aplicado a entrada de sincronismo 52 - CHAVE DE MODO DE SINCRONISMO Normalmente esta chave tem duas ou trecircs posiccedilotildees AUTO Nesta posiccedilatildeo o osciloscoacutepio realiza o sincronismo automaticamente com base no sinal selecionado pela chave seletora de fonte de sincronismo NORMAL + O sincronismo eacute positivo ajustado manualmente pelo controle de niacutevel de sincronismo (TRIGGER) de modo que o primeiro pico que apareccedila na tela seja o positivo NORMAL - O sincronismo eacute negativo tambeacutem ajustado manualmente entretanto o primeiro pico a aparecer eacute o negativo 53 - CONTROLE DE NIacuteVEL DE SINCRONISMO (TRIGGER) Eacute um controle manual que permite o ajuste do sincronismo quando natildeo se consegue um sincronismo automaacutetico Tem atuaccedilatildeo nas posiccedilotildees NORMAL + e NORMAL - OBSERVACcedilAtildeO Para se realizar leituras eacute necessaacuterio sincronizar a figura na tela II - ENTRADA E CONTROLE DO OSCILOSCOacutePIO DUPLO TRACcedilO O osciloscoacutepio de duplo traccedilo possui alguns controles que satildeo comuns aos dois traccedilos e outros que satildeo individuais Os controles de brilho foco base de tempo e de posiccedilatildeo horizontal satildeo controles que satildeo comuns aos dois traccedilos Basicamente os controles individuais situam-se nas entradas e controles do vertical nos controles e entrada de sincronismo ENTRADAS E CONTROLES DO VERTICAL Para que se possa observar dois sinais simultaneamente eacute necessaacuterio que se aplique uma tensatildeo em cada uma das entradas verticais O osciloscoacutepio duplo traccedilo dispotildee de dois grupos de controles verticais Um grupo para o canal A ou canal 1 (CH1) Um grupo para o canal B ou canal 2 (CH2) Cada grupo controla um dos sinais na tela (amplitude posiccedilatildeo vertical etc) Geralmente satildeo iguais Cada canal dispotildee de Entrada Vertical Chave Seletora CA-O-CC Chave Seletora de ganho vertical (DDiv) Posiccedilatildeo vertical Um osciloscoacutepio de duplo traccedilo pode ainda ser utilizado como sendo um osciloscoacutepio de traccedilo simples Uma chave seletora permite que se possa selecionar cada canal individualmente ou os dois simultaneamente Esta chave possui pelo menos trecircs posiccedilotildees CH1
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CH2 DUAL Na posiccedilatildeo CH1 apareceraacute apenas a imagem na tela que estiver sendo aplicada na entrada vertical do canal 1 Na posiccedilatildeo CH2 apareceraacute apenas a imagem na tela que estiver sendo aplicada na entrada vertical do canal 2 Na posiccedilatildeo DUAL aparecem as duas imagens Em osciloscoacutepios mais sofisticados esta chave pode possuir mais posiccedilotildees de modo a permitir outras alternativas de uso CONTROLES DE SINCRONISMO Realizam as mesmas funccedilotildees do osciloscoacutepio traccedilo simples que eacute a de fixar a imagem na tela O que diferencia eacute o fato de que na chave seletora de fonte existe uma posiccedilatildeo adicional de modo a poder sincronizar a figura PONTAS DE PROVA As pontas de prova satildeo utilizadas para interligar o osciloscoacutepio aos pontos de medida
Uma das extremidades da ponta de prova eacute conectada a uma das entradas do osciloscoacutepio atraveacutes de um conector e a extremidade livre serve para conexatildeo aos pontos de medida A extremidade livre possui uma garra jacareacute denominada de terra da ponta de prova que deve ser conectada ao terra do circuito e uma ponta de entrada de sinal que deve ser conectada no ponto que se deseja medir Existem dois tipos de ponta de prova ponta de prova 11 ponta de prova 101 A ponta de prova 11 se caracteriza por aplicar agrave entrada do osciloscoacutepio a mesma tensatildeo ou forma de onda que eacute aplicada a ponta de mediccedilatildeo A ponta de prova 101 entrega ao osciloscoacutepio apenas a deacutecima parte da tensatildeo aplicada a ponta de mediccedilatildeo As pontas de prova 101 permitem que o osciloscoacutepio consiga observar tensotildees dez vezes maior que a sua capacidade Por exemplo Um osciloscoacutepio que permite a leitura de tensotildees de 50V com ponta de prova 11 com ponta de prova 101 poderaacute medir tensotildees de ateacute 500V (10x50V) Existem pontas de prova que dispotildee de um botatildeo onde se pode selecionar 101 ou 11 Obs Quando natildeo se tem total certeza da grandeza da tensatildeo envolvida eacute aconselhaacutevel iniciar a mediccedilatildeo com o posiccedilatildeo 101
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Bibliografia
1 Dispositivos semicondutores tiristores controle de potecircncia em CC e CA 1996 - ALMEIDA Joseacute Luiz Antunes de Satildeo Paulo Eacuterica 1996 150 p
2 Dispositivos semicondutores diodos e transistores 1996 MARQUES Angelo Eduardo B
CHOUERI JUacuteNIOR Salomatildeo CRUZ Eduardo Cesar Alves Satildeo Paulo Eacuterica 1996 389 p
3 Anaacutelise e projeto de fontes chaveadas MELLO Luiz Fernando P de Satildeo Paulo Eacuterica 1996 487 p
4 Eletrocircnica de potecircncia circuitos dispositivos e aplicaccedilotildees 1999 RASHID Muhammad H Satildeo Paulo Makron Books 1999 828 p
5 Eletrocircnica de potecircncia 1994 - PALMA Guilherme Rebouccedilas da Satildeo Paulo Eacuterica 1994 259 p
6 Dispositivos eletrocircnicos e teoria de circuitos - 8 ed 2004 -
BOYLESTAD Robert L NASHELSKY Louis CAMARGO Joseacute Bueno de NASCIMENTO Joseacute Lucimar do PERTENCE JUNIOR Antonio (Coord) Satildeo Paulo Pearson Prentice Hall 2004 672 p
7 Rodrigues Isac Zilli Notas de aula da disciplina de Eletrocircnica II do Curso de Engenharia
Eleacutetrica da UPF Passo Fundo RS 2000
8 Ghirardello Ariovaldo Apostila sobre Modulaccedilatildeo PWM Coleacutegio Politec
9 Electronics Workbench Versatildeo 512
10 LabcenterElectronics 1989-2008 Release 75 SP3
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Haacute tambeacutem um outro meacutetodo chamado comutaccedilatildeo forccedilada mais usual em circuitos CC a teacutecnica consiste em desviar a corrente por um caminho de menor impedacircncia a corrente que passa pelo SCR iraacute cair abaixo de IH provocando o bloqueio Como podemos ver no circuito abaixo
Figura 24
Com todas as chaves abertas o SCR estaacute bloqueado e a lacircmpada estaacute apagada Fechando-se a CH1 o circuito da lacircmpada e do SCR estaraacute energizado Como natildeo haacute corrente no gatilho o SCR continuaraacute bloqueado a lacircmpada apagada Quando S2 fechar circulara pelo resistor uma corrente suficiente para alimentar o gatilho do SCR que disparara e acenderaacute a lacircmpada Com a lacircmpada acesa S2 pode se novamente aberta sem que o SCR bloqueie e a lacircmpada se apague Agora fechando S3 naturalmente a lacircmpada natildeo se apagara pois a chave curto-circuitaraacute o SCR ficando a lacircmpada alimentada diretamente pela tensatildeo da fonte Como o SCR real natildeo eacute um curto-circuito toda a corrente da lacircmpada ira passar por S3 e a corrente do SCR cairaacute agrave zero o SCR entatildeo ira bloquear Com o SCR bloqueado abrindo-se a chave S3 a lacircmpada apagara Assim soacute seraacute outra vez acessa se S2 for novamente fechada provocando a corrente de gatilho no SCR Mas tambeacutem pode-se utilizar o SCR em tensatildeo alternada natildeo soacute em tensatildeo contiacutenua abaixo temos um exemplo de circuito com sua forma de onda
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72 - Tiristor TRIAC Siacutembolo O Triac eacute um dispositivo de 5 camadas tendo 2 caminhos P-N-P-N em ambos os sentidos entre o MT1 e MT2 e podendo conduzir nos dois sentidos como nos mostra claramente o seu siacutembolo Eletricamente o Triac equivale a ligaccedilatildeo de dois SCRs em antiparalelo e os terminais de gatilho ligados juntos O Triac pode ser levado a conduccedilatildeo pela aplicaccedilatildeo de uma corrente positiva ou negativa no gatilho embora seja mais sensiacutevel a aplicaccedilatildeo de uma corrente positiva quando MT2 eacute positivo e de uma corrente negativa quando MT1 eacute positivo Um TRIAC pode conduzir em ambos os sentidos e eacute normalmente utilizado em controle de fase CA Ele pode ser considerado como dois SCR conectados em antiparalelo com uma conexatildeo de gatilho comum como mostrado na figura abaixo
Como o TRIAC eacute um dispositivo bidirecional seus terminais natildeo podem ser designados como catodo e anodo Se o terminal MT2 for positivo em relaccedilatildeo ao terminal MT1 o TRIAC pode ser disparado pela aplicaccedilatildeo de um sinal positivo entre os terminais de gatilho G e MT1 Se o terminal MT2 for negativo em relaccedilatildeo a MT1 ele pode ser disparado pela aplicaccedilatildeo de um sinal negativo entre o gatilho G e MT1 Natildeo eacute necessaacuterio que se tenham ambas as polaridades do sinal de gatilho pois um TRIAC pode ser disparado com um sinal tanto positivo quanto negativo Na praacutetica as sensibilidades variam de um quadrante para outro e os triacs normalmente satildeo operados no I quadrante (tensatildeo e correntes de gatilho positivas) ou no quadrante III (tensotildees e correntes de gatilho negativas) como eacute visto na curva caracteriacutestica abaixo
a) Quadrante I VMT2 positivo e IG positivo b) Quadrante II VMT2 negativo e IG positivo c) Quadrante III VMT2 negativo e IG negativo d) Quadrante IV VMT2 positivo e IG negativo
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Entatildeo pode-se dizer que o triac pode fazer o controle de fase em uma carga como no circuito abaixo
Variando o potenciocircmetro R2 podemos disparar o triac em vaacuterios acircngulos da onda como demonstra o graacutefico abaixo
Porem com este circuito eacute impossiacutevel efetuar disparos aleacutem dos 90deg em cada semi-ciclo por exemplo se desejarmos disparar em 25deg que a tensatildeo instantacircnea eacute de Vx e o potenciocircmetro estaacute ajustado com este valor de tensatildeo de rede se utilizar o mesmo raciociacutenio para disparar em 155deg a tensatildeo instantacircnea seraacute a mesma consequumlentemente teraacute a mesmo ajuste do potenciocircmetro que e iraacute disparar em 25deg e natildeo em 155deg A figura abaixo ajuda esclarecer este raciociacutenio
Entatildeo para resolvermos a limitaccedilatildeo no acircngulo de disparo menor ou igual a 90deg eacute associarmos com os resistores jaacute existentes um capacitor como no circuito abaixo formando entatildeo uma rede defasadora
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O valor desta defasagem eacute dada pela equaccedilatildeo τ=(R1+R2)C Variando R2 consegue-se
variar o angula de disparo do Triac Porem como o capacitor nem sempre se carrega apartir de uma tensatildeo fixa natildeo se tem uma regularidade no disparo
Para resolvermos este problema estudaremos o Diac na sequumlecircncia
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8 - Diac Os diacs satildeo diodos de disparo bidirecional composto por trecircs camadas (PNP) com a simples funccedilatildeo de disparar tiristores Sua construccedilatildeo assemelha-se a de um transistor bipolar poreacutem difere na dopagem do cristal N
Seu funcionamento eacute simples Para passar do estado de bloqueio para o estado de conduccedilatildeo eacute preciso ultrapassar a tensatildeo de ruptura (VR) rompendo assim a junccedilatildeo polarizada inversamente podendo a corrente fluir em ambos sentidos
Para voltar ao estado de bloqueio basta remover a tensatildeo por alguns instantes Os diacs servem para controlar o disparo de triacs quando uma tensatildeo de referecircncia chegar a certo valor
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9 - Retificadores a tiristor A estrutura baacutesica de retificadores controlado consiste na mesma metodologia vista anteriormente com diodos porem com esta estrutura somente os semiciclos positivos da fonte de alimentaccedilatildeo seratildeo aplicados na carga quando os SCRs forem disparados Jaacute os semiciclos negativos satildeo omitidos como jaacute estudado anteriormente Agora temos um circuito de controle dos gatilhos dos SCRs mais requintado podendo fazer o controle entre 0deg a 180deg Vamos dar exemplos de montagem dos circuitos para que seja melhor entendido
Retificador monofaacutesico de meia onda
Retificador monofaacutesico de onda completa com ponto meacutedio
Retificador monofaacutesico em ponte completa
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Retificador semi-controlado ou em ponte mista
Retificador trifaacutesico de meia onda
Retificador trifaacutesico de onda completa (Ponte de Graetz)
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10 - PWM Para comeccedilarmos o estudo do PWM que vem do inglecircs Pulse Width Modulation ou seja modulaccedilatildeo
por largura de pulso temos que ter alguns preacute-requisitos em mente Uma maneira tradicional de se controlar a potencia de uma carga eacute atraveacutes de um potenciocircmetro ou reostato em seacuterie com a carga conforme mostra a figura abaixo este tipo de controle eacute denominada linear
Variando-se a resistecircncia do potenciocircmetro pode-se modificar a corrente na carga e portanto a potecircncia aplicada a ela
A grande desvantagem deste tipo de controle eacute que a queda de tensatildeo multiplicada pela corrente no R em seacuterie representa uma potencia na forma de calor Conforme o ajuste deste o controle passa a dissipar mais potencia que a carga
O R tem de ser capaz de dissipar esta potencia sendo assim o seu tamanho fiacutesico cresce proporcionalmente com a sua potencia tornando-se caro Embora este controle seja ateacute intuitivo porem natildeo eacute muito inteligente no que diz respeito de desperdiacutecio de energia Consideremos entatildeo o mesmo circuito soacute trocamos o controle como podemos ver no desenho abaixo
Consideremos ainda que esta chave tem uma accedilatildeo muito raacutepida Quando o interruptor estaacute aberto natildeo haacute corrente na carga e a potecircncia aplicada eacute nula No instante em que o interruptor eacute fechado a carga recebe a tensatildeo total da fonte e a potecircncia aplicada eacute maacutexima
Entatildeo para termos uma potencia de 50 a ideacuteia eacute deixarmos um tempo x com a chave ligada e o mesmo tempo com a chave desligada Isso significa que em meacutedia teremos metade do tempo com corrente e metade do tempo sem corrente concluindo que a potencia ficaraacute em 50
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A potecircncia meacutedia e portanto a proacutepria tensatildeo meacutedia aplicada agrave carga eacute neste caso 50 da tensatildeo de entrada
Veja que o interruptor fechado pode definir uma largura de pulso pelo tempo em que ele fica nesta condiccedilatildeo e um intervalo entre pulsos pelo tempo em que ele fica aberto Os dois tempos juntos definem o periacuteodo e portanto uma frequecircncia de controle
A relaccedilatildeo entre o tempo em que temos o pulso e a duraccedilatildeo de um ciclo completo de operaccedilatildeo do interruptor nos define ainda o ciclo ativo conforme eacute mostrado na figura 5
Variando-se a largura do pulso e tambeacutem o intervalo de modo a termos ciclos ativos diferentes podemos controlar a potecircncia meacutedia aplicada a uma carga Assim quando a largura do pulso varia de zero ateacute o maacuteximo a potecircncia tambeacutem varia na mesma proporccedilatildeo conforme estaacute indicado na figura 6
Este princiacutepio eacute usado justamente no controle PWM modulamos (variamos) a largura do pulso de modo a controlar o ciclo ativo do sinal aplicado a uma carga e com isso a potecircncia aplicada a ela
Na praacutetica substituiacutemos o interruptor por algum dispositivo de estado soacutelido que possa abrir e fechar o circuito rapidamente como por exemplo um transistor bipolar um FET de potecircncia um IGBT ou ateacute mesmo um SCR
A este dispositivo eacute entatildeo ligado um oscilador que possa ter seu ciclo ativo controlado numa grande faixa de valores Na praacutetica eacute difiacutecil chegar agrave duraccedilatildeo zero do pulso e agrave 100 jaacute que isso implicaria na parada do oscilador mas podemos chegar bem perto disso
Na operaccedilatildeo de um controle por PWM existem diversas vantagens a serem consideradas e alguns pontos para os quais o projetista deve ficar atento para natildeo jogar fora estas vantagens
Na condiccedilatildeo de aberto nenhuma corrente circula pelo dispositivo de controle e portanto sua dissipaccedilatildeo eacute nula Na condiccedilatildeo de fechado teoricamente se ele apresenta uma resistecircncia nula a queda de tensatildeo eacute nula e ele natildeo dissipa tambeacutem nenhuma potecircncia
Isso significa que na teoria os controles PWM natildeo dissipam potecircncia alguma e portanto consistem em soluccedilotildees ideais para este tipo de aplicaccedilatildeo
Na praacutetica entretanto isso natildeo ocorre Em primeiro lugar os dispositivos usados no controle natildeo satildeo capazes de abrir e fechar o circuito num tempo infinitamente pequeno Eles precisam de um tempo para mudar de estado e neste intervalo de tempo sua resistecircncia sobe de um valor muito pequeno ateacute infinito e vice-versa numa curva de comutaccedilatildeo semelhante a mostrada na figura 10
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Neste intervalo de tempo a queda de tensatildeo e a corrente atraveacutes do dispositivo natildeo satildeo nulas e uma boa quantidade de calor poderaacute ser gerada conforme a carga controlada Dependendo da frequecircncia de controle e da resposta do dispositivo usado uma boa quantidade de calor poderaacute ser gerada neste processo de comutaccedilatildeo
Entretanto mesmo com este problema a potecircncia gerada num controle PWM ainda eacute muito menor do que num circuito de controle linear equivalente Transistores de comutaccedilatildeo raacutepidos FETs de potecircncia e outros componentes de chaveamento podem ser suficientemente raacutepidos para permitir que projetos de controles de potecircncias elevadas sejam implementados sem a necessidade de grandes dissipadores de calor ou que tenham problemas de perdas de energia por geraccedilatildeo de calor que possam ser preocupantes
O segundo problema que poderaacute surgir vem justamente do fato de que os transistores de efeito de campo ou bipolares usados em comutaccedilatildeo natildeo se comportam como resistecircncias nulas quando saturados Os transistores bipolares podem apresentar uma queda de tensatildeo de ateacute alguns volts quando saturados o mesmo ocorrendo com os FETs
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11 - Soft-Starter
Soft start eacute um dispositivo eletrocircnico composto de pontes tiristorizadas a fim de controlar a corrente de partida de motores de corrente alternada trifaacutesicos o controle da tensatildeo reduzida eacute feita ajustando-se o acircngulo de disparo de um par de SCRs dispostos em antiparalelo em cada fase do motor A medida que a tensatildeo vai aumentando a corrente aumenta para acelerar a carga de uma maneira suave e sem degraus Seu uso eacute comum em bombas centriacutefugas ventiladores e motores de elevada potecircncia cuja aplicaccedilatildeo natildeo exija a variaccedilatildeo de velocidade
A vantagem desta teacutecnica sobre as alternativas de custo baixo eacute a possibilidade de ajustarmos o torque do motor as necessidades de torque da carga
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12 - Inversores
Introduccedilatildeo A obtenccedilatildeo de uma tensatildeo alternada a partir de uma fonte CC eacute muitas vezes necessaacuteria para a
alimentaccedilatildeo de diversas cargas Os conversores que realizam a transformaccedilatildeo CC-CA satildeo chamados de inversores Como exemplos de aplicaccedilotildees pode-se citar o controle de velocidade de motores de corrente alternada fontes de alimentaccedilatildeo ininterrupta (no-break) entre varias outras aplicaccedilotildees
Qualquer sistema no qual o fornecimento da energia eleacutetrica natildeo pode ser interrompido deve prever uma fonte de emergecircncia para supri-lo Quando a potecircncia instalada eacute muito grande tem-se em geral um sistema de acionamento imediato alimentado a partir de baterias e um sistema motor-gerador que por necessitar de alguns minutos para estar em condiccedilotildees ideais de operaccedilatildeo natildeo pode ser usado de imediato Tal arranjo eacute usado por exemplo em centrais telefocircnicas hospitais etc Topologias Baacutesicas
Inversor Monofaacutesico em Ponte A estrutura do inversos monofaacutesico em ponte alimentando carga resistiva estaacute representado na
Figura abaixo
As formas de onda de interesse satildeo apresentadas na figura abaixo Com S1 e S4 em conduccedilatildeo a
tensatildeo na carga eacute igual a E quando S2 e S3 estatildeo em conduccedilatildeo ela torna-se igual a -E
Quando a carga for indutiva devem ser adicionados a estrutura do circuito mostrado acima os
diodos de circulaccedilatildeo D1 D2 D3 e D4 como indica a figura abaixo Observe que com carga indutiva a fonte E deve ser reversiacutevel em corrente
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Etapas de funcionamento do inversor em ponte alimentando carga indutiva
Inversor Monofaacutesico em Ponto Meacutedio Este circuito representado na figura abaixo emprega apenas um braccedilo sendo desse modo mais
simples de ser comandado que o inversor em ponte porem a sua desvantagem eacute a tensatildeo de saiacuteda ser a metade
Inversor Monofaacutesico em Ponte
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13 - Dissipadores
A circulaccedilatildeo de corrente eleacutetrica por qualquer elemento provoca uma dissipaccedilatildeo de potecircncia igual ao produto do quadrado da corrente pela resistecircncia do circuito O objetivo eacute estabelecer criteacuterios para o dimensionamento de sistemas de dissipaccedilatildeo do calor produzido por componentes eletrocircnicos especialmente semicondutores de potecircncia (diodostransistores tiristores etc) buscando a proteccedilatildeo de tais componentes tendo como meta fundamental a elevada confiabilidade dos equipamentos nos quais os dispositivos satildeo empregados Deve-se buscar reduccedilatildeo de volume peso e custos
Caacutelculo da Potecircncia Dissipada
O caacutelculo da potecircncia dissipada deve ser feito via de regra pelo produto da tensatildeo pela corrente sobre o dispositivo em questatildeo
Comportamento em regime permanente potecircncia meacutedia
Nos dispositivos semicondutores de potecircncia o calor decorrente do efeito Joule eacute produzido na pastilha semicondutora fluindo daiacute para ambientes mais frios como o encapsulamento do dispositivo e o ambiente Este fluxo de calor depende de fatores como o gradiente de temperatura e as caracteriacutesticas teacutermicas dos meios e materiais envolvidos Define-se a grandeza ldquoresistecircncia teacutermicardquo como uma medida da dificuldade do fluxo de calor entre 2 meios ∆T diferenccedila de temperatura entre regiotildees de transferecircncia de calor P potecircncia meacutedia dissipada h coeficiente de transferecircncia de calor A aacuterea envolvida na transferecircncia de calor
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ANALOGIA COM CIRCUITO ELEacuteTRICO Em geral se faz uma analogia com um circuito eleacutetrico sendo a potecircncia meacutedia representada por uma fonte de corrente As temperaturas nos ambientes indicados (junccedilatildeo caacutepsula ambiente) satildeo anaacutelogas agraves tensotildees nos respectivos noacutes enquanto as resistecircncias teacutermicas satildeo as proacuteprias resistecircncias do modelo
Tj=Temperatura da junccedilatildeo Rtjc=Resistecircncia teacutermica entre junccedilatildeo e encapsulamento Tc=temperatura do encapsulamento Rtca=Resist Term Entre encapsulamento e ambiente Rtcd=Resist Entre encapsulament e dissipador Rtda=Resist Teacutermica entre dissipador e ambiente Partindo do anaacutelogo eleacutetrico chegamos a seguinte equaccedilatildeo tiacutepica Tj = Ta + P (Rtjc + Rtca) Exemplo 1 P = 20 W Rtjc = 2degCW Rtca = 10degCW Ta = 40degC Tjmax = 120degC Tc = Ta + P Rtca = 240degC Tj = Tc + P Rtjc = 280degC
Dissipadores de calor Considerando que natildeo seja possiacutevel reduzir a potecircncia meacutedia dissipada a alternativa para a proteccedilatildeo do semicondutor eacute colocar um dispositivo de baixa resistecircncia teacutermica entre o encapsulamento e o ambiente A este elemento colocado junto ao encapsulamento se diz ldquodissipador de calorrdquo Caracteriacutesticas dos dissipadores As principais caracteriacutesticas estatildeo relacionadas com dimensotildees e especialmente agrave sua superfiacutecie de contato com o ambiente Em geral estes dispositivos satildeo construiacutedos em alumiacutenio dada sua boa condutividade teacutermica (condiccedilatildeo indispensaacutevel) baixo custo e peso A figura mostra perfis tiacutepicos de dissipadores A utilizaccedilatildeo de grande nuacutemero de aletas eacute para aumentar a aacuterea de troca de calor A resistecircncia teacutermica para uma placa plana quadrada pode ser aproximadamente dada por
λ condutacircncia teacutermica (a 77o C) [W(oCcm)] W espessura do dissipador [mm]
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A aacuterea do dissipador [cm2] Cf fator de correccedilatildeo devido agrave posiccedilatildeo e tipo de superfiacutecie Na tabela abaixo satildeo dados alguns valores para os coeficientes da foacutermula O fator Cf varia com a posiccedilatildeo do dissipador sendo preferiacutevel uma montagem vertical agrave horizontal por criar um efeito ldquochamineacuterdquo Dissipadores pretos satildeo melhores irradiadores de calor que aqueles com superfiacutecie brilhante
Comportamento em regime transitoacuterio potecircncia de pico Quando a potecircncia dissipada no semicondutor consiste de pulsos de potecircncia eacute preciso verificar a proteccedilatildeo do componente em relaccedilatildeo aos picos de dissipaccedilatildeo Durante a ocorrecircncia do pico de potecircncia ocorre a elevaccedilatildeo da temperatura da junccedilatildeo embora natildeo ocorra variaccedilatildeo nas temperaturas do encapsulamento e do dissipador (que dependem da potecircncia meacutedia) devido agrave maior capacidade teacutermica da caacutepsula e especialmente do dissipador Tal capacidade teacutermica relaciona-se com o tipo de material utilizado e seu volume Na analogia eleacutetrica utilizada anteriormente ela se comporta como uma capacitacircncia O caacutelculo da temperatura da junccedilatildeo em tal regime transitoacuterio eacute feito utilizando uma grandeza chamada ldquoimpedacircncia teacutermicardquo Ztjc que leva em consideraccedilatildeo a capacidade teacutermica da junccedilatildeo Exemplo 2 Rtjc = 2deg CW Rtca = 5deg CW Rtcd = 2deg CW Rtda = 3deg CW Ztjc = 005deg CW Tjmax = 150deg C Ta = 40deg C P = 20W Pp = 1000W
Tj = 130 oC (o componente estaacute protegido em relaccedilatildeo agrave potecircncia meacutedia) Tc = 90 oC Tj = Tc + Pp Ztjc = 140 oC
Caacutelculo dos Dissipadores
bull A temperatura de trabalho da junccedilatildeo deve ser 20 a 30 menor que seu valor maacuteximo para permitir a proteccedilatildeo do componente sem super-dimensionar o dissipador middot Para ambientes nos quais natildeo se faccedila um controle riacutegido da temperatura deve-se usar uma temperatura ambiente de 40oC
bull Caso o dissipador fique dentro de algum bastidor ou caixa na qual a temperatura possa se elevar acima dos 40oC deve-se considerar sempre a maacutexima temperatura do ar com o qual o dissipador troca calor Eacute conveniente agrave falta de maiores informaccedilotildees utilizar o valor de 40oC e verificar apoacutes a entrada em operaccedilatildeo do protoacutetipo a verdadeira temperatura ambiente
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bull Deve-se verificar a necessidade do uso de isoladores (mica teflon ou mylar) e natildeo desconsiderar suas resistecircncias teacutermicas middot O emprego de pastas teacutermicas eacute sempre recomendado e se deve considerar tambeacutem sua resistecircncia teacutermica
b) No transitoacuterio
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Apecircndice A
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Laboratoacuterio 1
Diodo Ache os componentes em sucatas e monte o circuito abaixo em placa de circuito impresso corroiacuteda Lista de material
4 Diodos 1N4007 2 Capacitores 330uF200V 2 Resistores 150K 18W 1 Suporte p lacircmpada 1 Lacircmpada 40W220V 1 Conector p placa de 2 bornes 6 Chaves HH 1 Rabicho com plugue Placa p circuito impresso virgem (fibra fenolite perfurada) Caneta retro projetor ou esmalte p unhas Palha de accedilo ou acetona e pedaccedilo de pano Soluccedilatildeo de percloreto de ferro Estanho em fio
Obs Colocar o seu nome no lado do cobre a caneta ou esmalte antes da corrosatildeo
Montado na placa o circuito acima e testado fazer os seguintes exerciacutecios 1 ndash Com o interruptor Ch7 ligado os interruptores Ch3 Ch4 Ch5 e Ch6 desligados e os interruptores Ch1 e Ch2 na posiccedilatildeo 1 faccedila a seguinte medida meccedila com o osciloscoacutepio colocando a garra jacareacute onde aparece o GND e o pinccedila no ponto 1 de forma que apareccedila somente o semi-ciclo positivo na tela tambeacutem reproduza abaixo a forma de onda encontrada e registre onde a posiccedilatildeo do zero O aparelho ajustado da seguinte forma O botatildeo de tempodivisatildeo em 5mS O botatildeo tensatildeodivisatildeo ajustado em 5V A ponteira ajustada em X10
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2 ndash Permanecendo o interruptor Ch7 ligado Ch5 e Ch6 desligados poreacutem Ch1 e Ch2 na posiccedilatildeo 2 e Ch3 e Ch4 ligados faccedila novamente a medida e reproduza na tela abaixo a forma de onda
3 - Permanecendo o interruptor Ch7 ligado Ch3 Ch4 Ch5 e Ch6 agora ligados e Ch1 e Ch2 na posiccedilatildeo 2 faccedila novamente a medida e reproduza na tela abaixo a forma de onda
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4 ndash O que aconteceu com a potecircncia (brilho) da lacircmpada Com circuito configurado como no exerciacutecio 1 e exerciacutecio 3 (aumentou ou diminuiu) Porque ocorreu isto _____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
5 ndash Qual eacute a nova potecircncia da lacircmpada Provar por meio de caacutelculos 6 ndash Por fim com o circuito configurado como no exerciacutecio 3 coloque uma lacircmpada de maior potecircncia e visualize o ripple novamente com o osciloscoacutepio explique o que ocorreu _____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
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Laboratoacuterio 2 TRANSISTOR BIPOLAR (BJT)
Os transistores de potecircncia apresentam caracteriacutesticas de chaveamento controlado Os transistores utilizados como elementos de chaveamento operam na regiatildeo de saturaccedilatildeo apresentando uma baixa queda de tensatildeo de conduccedilatildeo (VCE=0V) (VBE=13V)
Este laboratoacuterio tem o objetivo de fazer um retificador e filtro diretamente da rede alternada com componentes retirados de fontes chaveadas de computadores apoacutes o estaacutegio de retificaccedilatildeo e filtro faremos funcionar uma lacircmpada incandescente de 220 volts corrente alternada em corrente contiacutenua com o auxiacutelio de um transistor de potencia tambeacutem retirado das mesmas fontes
Calcule o R1 e monte o circuito e apoacutes responda as questotildees
Pinos 1 ndash Base 2 ndash Coletor 3 ndash Emissor
Alguns transistores encontrados em fontes chaveadas de computador Transistor VCE (V) Ic (A) β MJE13007 400 8 5
2SC4106 400 7 10
2SC5027 800 3 8
2SC5353 800 3 15
2SC2335 400 7 10
2SC4242 400 7 10
2SC5763 400 7 10
1 ndash Escolha o transistor e faccedila o calculo para descobrir R1 e depois monte o circuito Transistor escolhido ______________
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2 ndash Meccedila a corrente no ponto 1 e compare com o calculado Faccedila as observaccedilotildees necessaacuterias
Corrente no ponto (1)
Calculado
Medido _____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
3 ndash Por que existem os resistores em paralelo com os capacitores
_____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
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Laboratoacuterio 3
TRANSISTOR EFEITO DE CAMPO (FET) O transistor de potecircncia MOSFET eacute um dispositivo de tensatildeo controlada e necessita apenas de tensatildeo no gatilho A velocidade de chaveamento eacute muito alta (nanosegundos) MOSFETrsquos de potecircncia satildeo utilizados em conversores de baixa potecircncia e alta frequumlecircncia Estes transistores apresentam problemas de descargas eletrostaacuteticas necessitando de cuidados especiais Este experimento tem como objetivo mostrar o funcionamento de Mosfets em uma aplicaccedilatildeo pratica para tanto montaremos o circuito abaixo
Pinagem 1 ndash GATE 2 ndash DRAIN 3 ndash SOURCE
Alguns transistores encontrados no comeacutercio
Transistor Tensatildeo Vds(V) Corrente Id (A)
IRF840 500 85 IRF740 400 10
1 ndash Meccedila a corrente no ponto 1 Corrente no ponto 1 ______________ No ponto 2 coloque 1deg o multiacutemetro antes de ligar o circuito Meccedila a corrente no ponto 2 Corrente no ponto 2 ______________ Por que isto ocorre 2 ndash Calcule a corrente que passa entre os resistores E compare com os valores medidos e faccedila as observaccedilotildees necessaacuterias
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Laboratoacuterio 4
SCR E TRIAC
Este laboratoacuterio tem o objetivo de comprovar o funcionamento do componente SCR e TRIAC e diferenciaacute-los 1
A - Primeiramente ligue a chave 1 mantendo a chave 2 desligada o que ocorre _____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
B ndash Mantendo ligada a chave 1 ligue a chave 2 por um breve intervalo de tempo e desligue-a O que acontece Justifique sua resposta _____________________________________________________________________________________ _____________________________________________________________________________________ 2
C ndash Faccedila a mesma sequumlecircncia usada nas questotildees A e B Sequumlecircncia da questatildeo A________________________________________________________________
Sequumlecircncia da questatildeo B_________________________________________________________________
D - Faccedila as consideraccedilotildees comparando os circuitos 1 e 2
_____________________________________________________________________________________ _____________________________________________________________________________________
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3
E ndash Faccedila um comentaacuterio sobre a omissatildeo das chaves _____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
4
F - Comente os circuitos 3 e 4 haacute alguma diferenccedila no brilho da lacircmpada
_____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
Pinos do SCR e BTA 1 ndash Catodo A2 2 ndash Anodo A1 3 ndash Gatilho
Alguns SCRs encontrados no comeacutercio
Tiristor
Tensatildeo Vds(V)
Corrente Id (A)
BT151 500 85 TIC106 400 10
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Laboratoacuterio 5
DIAC E TRIAC O objetivo eacute montar o circuito abaixo e visualizar com o osciloscoacutepio a forma de onda em cima da carga no nosso caso a lacircmpada enquanto varia o potenciocircmetro
Pinagem 1 ndash A1 2 ndash A2 3 ndash G Alguns triacs encontrado no comeacutercio BTA08 ndash 8A BTA26 ndash 26A MAC224 ndash 40A TIC226 ndash 8A
Coloque a ponteira em cima da carga e deixe o potenciocircmetro no meio do curso e reproduza na tela abaixo Registre o ajuste que foi feito no osciloscoacutepio para aparecer o meio ciclo superior na tela
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Laboratoacuterio 6
PWM Este circuito eacute simples com o famoso CI 555 para gerar o sinal PWM Controlando uma carga que conseguimos observar o estaacute acontecendo
1 ndash Qual a frequumlecircncia gerada do sinal PWM _______________________________________________________________________________
_______________________________________________________________________________
2 ndash O que acontece com a lacircmpada quando varia o potenciocircmetro
_______________________________________________________________________________
_______________________________________________________________________________
3 ndash Trocando o capacitor de 100nF por um de 10nF qual seraacute a nova frequumlecircncia
_______________________________________________________________________________
_______________________________________________________________________________
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Laboratoacuterio 7
INVERSOR Este circuito eacute o conceito baacutesico do princiacutepio de funcionamento de um inversor que eacute capaz de gerar uma tensatildeo alternada a partir de uma tensatildeo contiacutenua
1 ndash O motor estaacute girando _____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
2 ndash Caso afirmativo na primeira pergunta coloque a ponteira do osciloscoacutepio em um dos terminais do motor e a garra jacareacute no terra e meccedila a frequumlecircncia _____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
3 ndash O que estaacute acontecendo com o motor em suas caracteriacutesticas fiacutesicas Mudou a velocidade estaacute aquecendo estaacute trepidando etc _____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
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Apendice B
Coacutedigo de resistores
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Capacitores ceracircmicos
O valor do capacitorB eacute de 3300 pF (picofarad = 10-12 F) ou 33 nF (nanofarad = 10-9 F) ou 00033 microF (microfarad =
10-6 F) No capacitor A devemos acrescentar mais 4 zeros apoacutes os dois primeiros algarismos O valor do capacitor que se lecirc 104 eacute de 100000 pF ou 100 nF ou 01microF
O aparecimento de uma letra maiuacutescula ao lado dos nuacutemeros Esta letra refere-se a toleracircncia do capacitor ou seja o quanto que o capacitor pode variar de seu valor em uma temperatura padratildeo de 25deg C A letra J significa que este capacitor pode variar ateacute plusmn5 de seu valor a letra K = plusmn10 ou M = plusmn20 Segue na tabela abaixo os coacutedigos de toleracircncias de capacitacircncia
Ateacute 10pF Coacutedigo Acima de 10pF
plusmn01pF B
plusmn025pF C
plusmn05pF D
plusmn10pF F plusmn1
G plusmn2
H plusmn3
J plusmn5
K plusmn10
M plusmn20
S -50 -20
Z +80 -20
ou +100 -20
P +100 -0
O coeficiente de temperatura TC que define a variaccedilatildeo da capacitacircncia dentro de uma determinada faixa de temperatura O TC eacute normalmente expresso em ou ppmdegC ( partes por milhatildeo degC ) Eacute usado uma sequumlecircncia de letras ou letras e nuacutemeros para representar os coeficientes Observe o desenho abaixo
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Na tabela abaixo estatildeo mais alguns coeficientes de temperatura e as toleracircncias que satildeo muito utilizadas por diversos fabricantes de capacitores
Coacutedigo Coeficiente de temperatura NPO -0plusmn 30ppmdegC N075 -75plusmn 30ppmdegC N150 -150plusmn 30ppmdegC N220 -220plusmn 60ppmdegC N330 -330plusmn 60ppmdegC N470 -470plusmn 60ppmdegC N750 -750plusmn 120ppmdegC N1500 -1500plusmn 250ppmdegC N2200 -2200plusmn 500ppmdegC N3300 -3300plusmn 500ppmdegC N4700 -4700plusmn 1000ppmdegC N5250 -5250plusmn 1000ppmdegC P100 +100plusmn 30ppmdegC
Outra forma de representar coeficientes de temperatura eacute mostrado abaixo Eacute usada em capacitores que se caracterizam
pela alta capacitacircncia por unidade de volume (dimensotildees reduzidas) devido a alta constante dieleacutetrica sendo recomendados para aplicaccedilatildeo em desacoplamentos acoplamentos e supressatildeo de interferecircncias em baixas tensotildees
Os coeficientes satildeo tambeacutem representados exibindo sequumlecircncias de letras e nuacutemeros como por exemplo X7R Y5F e Z5U Para um capacitor Z5U a faixa de operaccedilatildeo eacute de +10degC que significa Temperatura Miacutenima seguido de +85degC que significa Temperatura Maacutexima e uma variaccedilatildeo Maacutexima de capacitacircncia dentro desses limites de temperatura que natildeo ultrapassa -56 +22
Veja as trecircs tabelas abaixo para compreender este exemplo e entender outros coeficientes
Temperatura Miacutenima
Temperatura Maacutexima
Variaccedilatildeo Maacutexima de Capacitacircncia
X -55degC Y -30degC Z +10degC
2 +45degC 4 +65degC 5 +85degC 6 +105degC 7 +125degC
A plusmn10 B plusmn15 C plusmn22 D plusmn33 E plusmn47 F plusmn75 P plusmn10 R plusmn15 S plusmn22 T -33 +22 U -56 +22 V -82 +22
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Capacitores de filme plaacutestico
O desenho ao lado mostra capacitores que tem os seus valores impressos em nanofarad (nF) = 10-9F Quando aparece no capacitor uma letra n minuacutescula como um dos tipos apresentados ao lado por exemplo 3n3 significa que este capacitor eacute de 33nF No exemplo o n minuacutesculo eacute colocado ao meio dos nuacutemeros apenas para economizar uma viacutergula e evitar erro de interpretaccedilatildeo de seu valor
Capacitores de Ceracircmica Multicamada
Capacitores de Polieacutester Metalizado usando coacutedigo de cores
A tabela abaixo mostra como interpretar o coacutedigo de cores dos capacitores abaixo No capacitor A as 3 primeiras cores satildeo laranja laranja e laranja correspondem a 33000 equivalendo a 33 nF A cor branca logo adiante eacute referente a plusmn10 de toleracircncia E o vermelho representa a tensatildeo nominal que eacute de 250 volts
1ordf Algarismo 2ordf Algarismo 3ordf Ndeg de zeros 4ordf Toleracircncia 5ordf Tensatildeo
PRETO 0 0 - plusmn 20 -
MARROM 1 1 0 - -
VERMELHO 2 2 00 - 250V
LARANJA 3 3 000 - -
AMARELO 4 4 0000 - 400V
VERDE 5 5 00000 - -
AZUL 6 6 - - 630V
VIOLETA 7 7 - - -
CINZA 8 8 - - -
BRANCO 9 9 - plusmn 10 -
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Apecircndice C
Osciloscoacutepio Geralmente os osciloscoacutepios tecircm os controles e entradas que podem ser divididos em cinco grupos
1 ndash Controle da fonte de alimentaccedilatildeo 2 ndash Controles de ajuste do traccedilo ou ponto na tela 3 ndash Controles e entrada de atuaccedilatildeo vertical 4 ndash Controles e entrada de atuaccedilatildeo horizontal 5 ndash Controles de entrada de sincronismo
1 - CONTROLE DA FONTE DE ALIMENTACcedilAtildeO 11 - INTERRUPTOR Sua funccedilatildeo eacute interromper ou estabelecer a corrente no primaacuterio do transformador de fora Sua atuaccedilatildeo normalmente eacute acompanhada por uma lacircmpada piloto que serve de aviso visual sobre a situaccedilatildeo do circuito (ligado ou desligado) Normalmente este interruptor se encontra acoplado junto do potenciocircmetro de controle de brilho 12 - COMUTADOR DE TENSAtildeO Sua funccedilatildeo eacute selecionar a tensatildeo de funcionamento do osciloscoacutepio (127 220V) Permite utilizar o instrumento sem a necessidade de recorrer a um transformador abaixador ou elevador de tensatildeo (geralmente o acesso deste comutador eacute visto na parte de traz do aparelho) 2 - CONTROLES DE AJUSTE DO TRACcedilO OU PONTO NA TELA 21 - BRILHO OU LUMINOSIDADE Eacute o controle que ajusta a luminosidade do ponto ou do traccedilo O controle do brilho eacute feito por meio de um potenciocircmetro situado no circuito da grade de controle do TRC mediante o qual se regula o potencial desta grade (deve-se evitar o uso de brilho excessivo sob pena de se danificar a tela) 22 - FOCO Eacute o controle que ajusta a nitidez do ponto ou traccedilo luminoso O ajuste do foco eacute conseguido mediante a regulagem de um potenciocircmetro que regula a polarizaccedilatildeo do eletrodo de enfoque O foco deve ser ajustado de forma a se obter um traccedilo fino e niacutetido na tela (estes ajustes de brilho e de foco satildeo ajustes baacutesicos que devem ser feitos sempre que se for usar o osciloscoacutepio)
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23 - ILUMINACcedilAtildeO DA RETIacuteCULA Permite que se ilumine o quadriculado ou as divisotildees na tela 3 - CONTROLES E ENTRADA DE ATUACcedilAtildeO VERTICAL 31 - ENTRADA DE SINAL VERTICAL Nesta entrada eacute conectada a ponta de prova do osciloscoacutepio As variaccedilotildees de tensatildeo aplicadas nesta entrada aparecem sob forma de figura na tela 32 - CHAVE DE SELECcedilAtildeO DE MODO DE ENTRADA (CA-CC) Esta chave eacute selecionada de acordo com o tipo de forma de onda a ser observada Em alguns osciloscoacutepios esta chave possui trecircs posiccedilotildees (CA-0-CC ou AC-GND-DC) Esta posiccedilatildeo adicional eacute usada para a realizaccedilatildeo de ajustes do traccedilo do osciloscoacutepio em algumas situaccedilotildees Por exemplo quando se deseja Uma referecircncia na tela 33 - CHAVE SELETORA DE GANHO (VDiv) Esta chave permite que se aumente ou que se diminua a amplitude de projeccedilatildeo na tela do osciloscoacutepio (altura da imagem) 34 - POSICcedilAtildeO VERTICAL Permite movimentar a imagem para cima ou para baixo na tela A movimentaccedilatildeo natildeo interfere na forma da figura projetada na tela 4 - CONTROLES DE ATUACcedilAO HORIZONTAL 41 - CHAVE SELETORA DE BASE DE TEMPO Eacute o controle que permite variar o tempo de deslocamento horizontal do ponto na tela Atraveacutes deste controle eacute possiacutevel reduzir ou ampliar horizontalmente na tela a figura nela projetada Em alguns osciloscoacutepios esta chave seletora tem uma posiccedilatildeo identificada como EXT (externa) o que possibilita que o deslocamento horizontal pode ser controlado por circuito externo ao osciloscoacutepio atraveacutes de uma entrada especiacutefica Quando a posiccedilatildeo externa eacute selecionada natildeo haacute formaccedilatildeo do traccedilo na tela obtendo-se apenas um ponto 42 - POSICcedilAtildeO HORIZONTAL Eacute o ajuste que permite controlar horizontalmente a forma de onda na tela Girando o controle de posiccedilatildeo horizontal para a direita o traccedilo move-se horizontalmente para a direita e vice-versa Assim como o controle de posiccedilatildeo vertical o controle de posiccedilatildeo horizontal natildeo interfere na forma da figura projetada na tela
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5 - CONTROLES E ENTRADA DE SINCRONISMO (TRIGGER) Satildeo controles que se destinam a fixar a imagem na tela Estes controles satildeo utilizados principalmente na observaccedilatildeo de sinais alternados Os controles de sincronismo satildeo Chave seletora de fonte de sincronismo Chave de modo de sincronismo Controle de niacutevel de sincronismo 51 - CHAVE SELETORA DE FONTE DE SINCRONISMO Seleciona onde seraacute tomada o sinal de sincronismo para fixar a imagem na tela do osciloscoacutepio Normalmente esta chave possui trecircs posiccedilotildees pelo menos POSICcedilAtildeO CH1 O sincronismo eacute controlado pelo sinal aplicado ao canal 1 POSICcedilAtildeO REDE Realiza o sincronismo com base na frequecircncia da rede de alimentaccedilatildeo do osciloscoacutepio (60Hz) Nesta posiccedilatildeo consegue-se facilmente sincronizar na tela sinais aplicados na entrada vertical que sejam obtidos a partir da rede eleacutetrica POSICcedilAtildeO EXTERNO Na posiccedilatildeo externo o sincronismo da figura eacute obtido agrave partir de outro equipamento externo conectado ao osciloscoacutepio O sinal que controla o sincronismo na posiccedilatildeo externo eacute aplicado a entrada de sincronismo 52 - CHAVE DE MODO DE SINCRONISMO Normalmente esta chave tem duas ou trecircs posiccedilotildees AUTO Nesta posiccedilatildeo o osciloscoacutepio realiza o sincronismo automaticamente com base no sinal selecionado pela chave seletora de fonte de sincronismo NORMAL + O sincronismo eacute positivo ajustado manualmente pelo controle de niacutevel de sincronismo (TRIGGER) de modo que o primeiro pico que apareccedila na tela seja o positivo NORMAL - O sincronismo eacute negativo tambeacutem ajustado manualmente entretanto o primeiro pico a aparecer eacute o negativo 53 - CONTROLE DE NIacuteVEL DE SINCRONISMO (TRIGGER) Eacute um controle manual que permite o ajuste do sincronismo quando natildeo se consegue um sincronismo automaacutetico Tem atuaccedilatildeo nas posiccedilotildees NORMAL + e NORMAL - OBSERVACcedilAtildeO Para se realizar leituras eacute necessaacuterio sincronizar a figura na tela II - ENTRADA E CONTROLE DO OSCILOSCOacutePIO DUPLO TRACcedilO O osciloscoacutepio de duplo traccedilo possui alguns controles que satildeo comuns aos dois traccedilos e outros que satildeo individuais Os controles de brilho foco base de tempo e de posiccedilatildeo horizontal satildeo controles que satildeo comuns aos dois traccedilos Basicamente os controles individuais situam-se nas entradas e controles do vertical nos controles e entrada de sincronismo ENTRADAS E CONTROLES DO VERTICAL Para que se possa observar dois sinais simultaneamente eacute necessaacuterio que se aplique uma tensatildeo em cada uma das entradas verticais O osciloscoacutepio duplo traccedilo dispotildee de dois grupos de controles verticais Um grupo para o canal A ou canal 1 (CH1) Um grupo para o canal B ou canal 2 (CH2) Cada grupo controla um dos sinais na tela (amplitude posiccedilatildeo vertical etc) Geralmente satildeo iguais Cada canal dispotildee de Entrada Vertical Chave Seletora CA-O-CC Chave Seletora de ganho vertical (DDiv) Posiccedilatildeo vertical Um osciloscoacutepio de duplo traccedilo pode ainda ser utilizado como sendo um osciloscoacutepio de traccedilo simples Uma chave seletora permite que se possa selecionar cada canal individualmente ou os dois simultaneamente Esta chave possui pelo menos trecircs posiccedilotildees CH1
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CH2 DUAL Na posiccedilatildeo CH1 apareceraacute apenas a imagem na tela que estiver sendo aplicada na entrada vertical do canal 1 Na posiccedilatildeo CH2 apareceraacute apenas a imagem na tela que estiver sendo aplicada na entrada vertical do canal 2 Na posiccedilatildeo DUAL aparecem as duas imagens Em osciloscoacutepios mais sofisticados esta chave pode possuir mais posiccedilotildees de modo a permitir outras alternativas de uso CONTROLES DE SINCRONISMO Realizam as mesmas funccedilotildees do osciloscoacutepio traccedilo simples que eacute a de fixar a imagem na tela O que diferencia eacute o fato de que na chave seletora de fonte existe uma posiccedilatildeo adicional de modo a poder sincronizar a figura PONTAS DE PROVA As pontas de prova satildeo utilizadas para interligar o osciloscoacutepio aos pontos de medida
Uma das extremidades da ponta de prova eacute conectada a uma das entradas do osciloscoacutepio atraveacutes de um conector e a extremidade livre serve para conexatildeo aos pontos de medida A extremidade livre possui uma garra jacareacute denominada de terra da ponta de prova que deve ser conectada ao terra do circuito e uma ponta de entrada de sinal que deve ser conectada no ponto que se deseja medir Existem dois tipos de ponta de prova ponta de prova 11 ponta de prova 101 A ponta de prova 11 se caracteriza por aplicar agrave entrada do osciloscoacutepio a mesma tensatildeo ou forma de onda que eacute aplicada a ponta de mediccedilatildeo A ponta de prova 101 entrega ao osciloscoacutepio apenas a deacutecima parte da tensatildeo aplicada a ponta de mediccedilatildeo As pontas de prova 101 permitem que o osciloscoacutepio consiga observar tensotildees dez vezes maior que a sua capacidade Por exemplo Um osciloscoacutepio que permite a leitura de tensotildees de 50V com ponta de prova 11 com ponta de prova 101 poderaacute medir tensotildees de ateacute 500V (10x50V) Existem pontas de prova que dispotildee de um botatildeo onde se pode selecionar 101 ou 11 Obs Quando natildeo se tem total certeza da grandeza da tensatildeo envolvida eacute aconselhaacutevel iniciar a mediccedilatildeo com o posiccedilatildeo 101
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Bibliografia
1 Dispositivos semicondutores tiristores controle de potecircncia em CC e CA 1996 - ALMEIDA Joseacute Luiz Antunes de Satildeo Paulo Eacuterica 1996 150 p
2 Dispositivos semicondutores diodos e transistores 1996 MARQUES Angelo Eduardo B
CHOUERI JUacuteNIOR Salomatildeo CRUZ Eduardo Cesar Alves Satildeo Paulo Eacuterica 1996 389 p
3 Anaacutelise e projeto de fontes chaveadas MELLO Luiz Fernando P de Satildeo Paulo Eacuterica 1996 487 p
4 Eletrocircnica de potecircncia circuitos dispositivos e aplicaccedilotildees 1999 RASHID Muhammad H Satildeo Paulo Makron Books 1999 828 p
5 Eletrocircnica de potecircncia 1994 - PALMA Guilherme Rebouccedilas da Satildeo Paulo Eacuterica 1994 259 p
6 Dispositivos eletrocircnicos e teoria de circuitos - 8 ed 2004 -
BOYLESTAD Robert L NASHELSKY Louis CAMARGO Joseacute Bueno de NASCIMENTO Joseacute Lucimar do PERTENCE JUNIOR Antonio (Coord) Satildeo Paulo Pearson Prentice Hall 2004 672 p
7 Rodrigues Isac Zilli Notas de aula da disciplina de Eletrocircnica II do Curso de Engenharia
Eleacutetrica da UPF Passo Fundo RS 2000
8 Ghirardello Ariovaldo Apostila sobre Modulaccedilatildeo PWM Coleacutegio Politec
9 Electronics Workbench Versatildeo 512
10 LabcenterElectronics 1989-2008 Release 75 SP3
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72 - Tiristor TRIAC Siacutembolo O Triac eacute um dispositivo de 5 camadas tendo 2 caminhos P-N-P-N em ambos os sentidos entre o MT1 e MT2 e podendo conduzir nos dois sentidos como nos mostra claramente o seu siacutembolo Eletricamente o Triac equivale a ligaccedilatildeo de dois SCRs em antiparalelo e os terminais de gatilho ligados juntos O Triac pode ser levado a conduccedilatildeo pela aplicaccedilatildeo de uma corrente positiva ou negativa no gatilho embora seja mais sensiacutevel a aplicaccedilatildeo de uma corrente positiva quando MT2 eacute positivo e de uma corrente negativa quando MT1 eacute positivo Um TRIAC pode conduzir em ambos os sentidos e eacute normalmente utilizado em controle de fase CA Ele pode ser considerado como dois SCR conectados em antiparalelo com uma conexatildeo de gatilho comum como mostrado na figura abaixo
Como o TRIAC eacute um dispositivo bidirecional seus terminais natildeo podem ser designados como catodo e anodo Se o terminal MT2 for positivo em relaccedilatildeo ao terminal MT1 o TRIAC pode ser disparado pela aplicaccedilatildeo de um sinal positivo entre os terminais de gatilho G e MT1 Se o terminal MT2 for negativo em relaccedilatildeo a MT1 ele pode ser disparado pela aplicaccedilatildeo de um sinal negativo entre o gatilho G e MT1 Natildeo eacute necessaacuterio que se tenham ambas as polaridades do sinal de gatilho pois um TRIAC pode ser disparado com um sinal tanto positivo quanto negativo Na praacutetica as sensibilidades variam de um quadrante para outro e os triacs normalmente satildeo operados no I quadrante (tensatildeo e correntes de gatilho positivas) ou no quadrante III (tensotildees e correntes de gatilho negativas) como eacute visto na curva caracteriacutestica abaixo
a) Quadrante I VMT2 positivo e IG positivo b) Quadrante II VMT2 negativo e IG positivo c) Quadrante III VMT2 negativo e IG negativo d) Quadrante IV VMT2 positivo e IG negativo
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Entatildeo pode-se dizer que o triac pode fazer o controle de fase em uma carga como no circuito abaixo
Variando o potenciocircmetro R2 podemos disparar o triac em vaacuterios acircngulos da onda como demonstra o graacutefico abaixo
Porem com este circuito eacute impossiacutevel efetuar disparos aleacutem dos 90deg em cada semi-ciclo por exemplo se desejarmos disparar em 25deg que a tensatildeo instantacircnea eacute de Vx e o potenciocircmetro estaacute ajustado com este valor de tensatildeo de rede se utilizar o mesmo raciociacutenio para disparar em 155deg a tensatildeo instantacircnea seraacute a mesma consequumlentemente teraacute a mesmo ajuste do potenciocircmetro que e iraacute disparar em 25deg e natildeo em 155deg A figura abaixo ajuda esclarecer este raciociacutenio
Entatildeo para resolvermos a limitaccedilatildeo no acircngulo de disparo menor ou igual a 90deg eacute associarmos com os resistores jaacute existentes um capacitor como no circuito abaixo formando entatildeo uma rede defasadora
23
O valor desta defasagem eacute dada pela equaccedilatildeo τ=(R1+R2)C Variando R2 consegue-se
variar o angula de disparo do Triac Porem como o capacitor nem sempre se carrega apartir de uma tensatildeo fixa natildeo se tem uma regularidade no disparo
Para resolvermos este problema estudaremos o Diac na sequumlecircncia
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8 - Diac Os diacs satildeo diodos de disparo bidirecional composto por trecircs camadas (PNP) com a simples funccedilatildeo de disparar tiristores Sua construccedilatildeo assemelha-se a de um transistor bipolar poreacutem difere na dopagem do cristal N
Seu funcionamento eacute simples Para passar do estado de bloqueio para o estado de conduccedilatildeo eacute preciso ultrapassar a tensatildeo de ruptura (VR) rompendo assim a junccedilatildeo polarizada inversamente podendo a corrente fluir em ambos sentidos
Para voltar ao estado de bloqueio basta remover a tensatildeo por alguns instantes Os diacs servem para controlar o disparo de triacs quando uma tensatildeo de referecircncia chegar a certo valor
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9 - Retificadores a tiristor A estrutura baacutesica de retificadores controlado consiste na mesma metodologia vista anteriormente com diodos porem com esta estrutura somente os semiciclos positivos da fonte de alimentaccedilatildeo seratildeo aplicados na carga quando os SCRs forem disparados Jaacute os semiciclos negativos satildeo omitidos como jaacute estudado anteriormente Agora temos um circuito de controle dos gatilhos dos SCRs mais requintado podendo fazer o controle entre 0deg a 180deg Vamos dar exemplos de montagem dos circuitos para que seja melhor entendido
Retificador monofaacutesico de meia onda
Retificador monofaacutesico de onda completa com ponto meacutedio
Retificador monofaacutesico em ponte completa
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Retificador semi-controlado ou em ponte mista
Retificador trifaacutesico de meia onda
Retificador trifaacutesico de onda completa (Ponte de Graetz)
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10 - PWM Para comeccedilarmos o estudo do PWM que vem do inglecircs Pulse Width Modulation ou seja modulaccedilatildeo
por largura de pulso temos que ter alguns preacute-requisitos em mente Uma maneira tradicional de se controlar a potencia de uma carga eacute atraveacutes de um potenciocircmetro ou reostato em seacuterie com a carga conforme mostra a figura abaixo este tipo de controle eacute denominada linear
Variando-se a resistecircncia do potenciocircmetro pode-se modificar a corrente na carga e portanto a potecircncia aplicada a ela
A grande desvantagem deste tipo de controle eacute que a queda de tensatildeo multiplicada pela corrente no R em seacuterie representa uma potencia na forma de calor Conforme o ajuste deste o controle passa a dissipar mais potencia que a carga
O R tem de ser capaz de dissipar esta potencia sendo assim o seu tamanho fiacutesico cresce proporcionalmente com a sua potencia tornando-se caro Embora este controle seja ateacute intuitivo porem natildeo eacute muito inteligente no que diz respeito de desperdiacutecio de energia Consideremos entatildeo o mesmo circuito soacute trocamos o controle como podemos ver no desenho abaixo
Consideremos ainda que esta chave tem uma accedilatildeo muito raacutepida Quando o interruptor estaacute aberto natildeo haacute corrente na carga e a potecircncia aplicada eacute nula No instante em que o interruptor eacute fechado a carga recebe a tensatildeo total da fonte e a potecircncia aplicada eacute maacutexima
Entatildeo para termos uma potencia de 50 a ideacuteia eacute deixarmos um tempo x com a chave ligada e o mesmo tempo com a chave desligada Isso significa que em meacutedia teremos metade do tempo com corrente e metade do tempo sem corrente concluindo que a potencia ficaraacute em 50
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A potecircncia meacutedia e portanto a proacutepria tensatildeo meacutedia aplicada agrave carga eacute neste caso 50 da tensatildeo de entrada
Veja que o interruptor fechado pode definir uma largura de pulso pelo tempo em que ele fica nesta condiccedilatildeo e um intervalo entre pulsos pelo tempo em que ele fica aberto Os dois tempos juntos definem o periacuteodo e portanto uma frequecircncia de controle
A relaccedilatildeo entre o tempo em que temos o pulso e a duraccedilatildeo de um ciclo completo de operaccedilatildeo do interruptor nos define ainda o ciclo ativo conforme eacute mostrado na figura 5
Variando-se a largura do pulso e tambeacutem o intervalo de modo a termos ciclos ativos diferentes podemos controlar a potecircncia meacutedia aplicada a uma carga Assim quando a largura do pulso varia de zero ateacute o maacuteximo a potecircncia tambeacutem varia na mesma proporccedilatildeo conforme estaacute indicado na figura 6
Este princiacutepio eacute usado justamente no controle PWM modulamos (variamos) a largura do pulso de modo a controlar o ciclo ativo do sinal aplicado a uma carga e com isso a potecircncia aplicada a ela
Na praacutetica substituiacutemos o interruptor por algum dispositivo de estado soacutelido que possa abrir e fechar o circuito rapidamente como por exemplo um transistor bipolar um FET de potecircncia um IGBT ou ateacute mesmo um SCR
A este dispositivo eacute entatildeo ligado um oscilador que possa ter seu ciclo ativo controlado numa grande faixa de valores Na praacutetica eacute difiacutecil chegar agrave duraccedilatildeo zero do pulso e agrave 100 jaacute que isso implicaria na parada do oscilador mas podemos chegar bem perto disso
Na operaccedilatildeo de um controle por PWM existem diversas vantagens a serem consideradas e alguns pontos para os quais o projetista deve ficar atento para natildeo jogar fora estas vantagens
Na condiccedilatildeo de aberto nenhuma corrente circula pelo dispositivo de controle e portanto sua dissipaccedilatildeo eacute nula Na condiccedilatildeo de fechado teoricamente se ele apresenta uma resistecircncia nula a queda de tensatildeo eacute nula e ele natildeo dissipa tambeacutem nenhuma potecircncia
Isso significa que na teoria os controles PWM natildeo dissipam potecircncia alguma e portanto consistem em soluccedilotildees ideais para este tipo de aplicaccedilatildeo
Na praacutetica entretanto isso natildeo ocorre Em primeiro lugar os dispositivos usados no controle natildeo satildeo capazes de abrir e fechar o circuito num tempo infinitamente pequeno Eles precisam de um tempo para mudar de estado e neste intervalo de tempo sua resistecircncia sobe de um valor muito pequeno ateacute infinito e vice-versa numa curva de comutaccedilatildeo semelhante a mostrada na figura 10
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Neste intervalo de tempo a queda de tensatildeo e a corrente atraveacutes do dispositivo natildeo satildeo nulas e uma boa quantidade de calor poderaacute ser gerada conforme a carga controlada Dependendo da frequecircncia de controle e da resposta do dispositivo usado uma boa quantidade de calor poderaacute ser gerada neste processo de comutaccedilatildeo
Entretanto mesmo com este problema a potecircncia gerada num controle PWM ainda eacute muito menor do que num circuito de controle linear equivalente Transistores de comutaccedilatildeo raacutepidos FETs de potecircncia e outros componentes de chaveamento podem ser suficientemente raacutepidos para permitir que projetos de controles de potecircncias elevadas sejam implementados sem a necessidade de grandes dissipadores de calor ou que tenham problemas de perdas de energia por geraccedilatildeo de calor que possam ser preocupantes
O segundo problema que poderaacute surgir vem justamente do fato de que os transistores de efeito de campo ou bipolares usados em comutaccedilatildeo natildeo se comportam como resistecircncias nulas quando saturados Os transistores bipolares podem apresentar uma queda de tensatildeo de ateacute alguns volts quando saturados o mesmo ocorrendo com os FETs
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11 - Soft-Starter
Soft start eacute um dispositivo eletrocircnico composto de pontes tiristorizadas a fim de controlar a corrente de partida de motores de corrente alternada trifaacutesicos o controle da tensatildeo reduzida eacute feita ajustando-se o acircngulo de disparo de um par de SCRs dispostos em antiparalelo em cada fase do motor A medida que a tensatildeo vai aumentando a corrente aumenta para acelerar a carga de uma maneira suave e sem degraus Seu uso eacute comum em bombas centriacutefugas ventiladores e motores de elevada potecircncia cuja aplicaccedilatildeo natildeo exija a variaccedilatildeo de velocidade
A vantagem desta teacutecnica sobre as alternativas de custo baixo eacute a possibilidade de ajustarmos o torque do motor as necessidades de torque da carga
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12 - Inversores
Introduccedilatildeo A obtenccedilatildeo de uma tensatildeo alternada a partir de uma fonte CC eacute muitas vezes necessaacuteria para a
alimentaccedilatildeo de diversas cargas Os conversores que realizam a transformaccedilatildeo CC-CA satildeo chamados de inversores Como exemplos de aplicaccedilotildees pode-se citar o controle de velocidade de motores de corrente alternada fontes de alimentaccedilatildeo ininterrupta (no-break) entre varias outras aplicaccedilotildees
Qualquer sistema no qual o fornecimento da energia eleacutetrica natildeo pode ser interrompido deve prever uma fonte de emergecircncia para supri-lo Quando a potecircncia instalada eacute muito grande tem-se em geral um sistema de acionamento imediato alimentado a partir de baterias e um sistema motor-gerador que por necessitar de alguns minutos para estar em condiccedilotildees ideais de operaccedilatildeo natildeo pode ser usado de imediato Tal arranjo eacute usado por exemplo em centrais telefocircnicas hospitais etc Topologias Baacutesicas
Inversor Monofaacutesico em Ponte A estrutura do inversos monofaacutesico em ponte alimentando carga resistiva estaacute representado na
Figura abaixo
As formas de onda de interesse satildeo apresentadas na figura abaixo Com S1 e S4 em conduccedilatildeo a
tensatildeo na carga eacute igual a E quando S2 e S3 estatildeo em conduccedilatildeo ela torna-se igual a -E
Quando a carga for indutiva devem ser adicionados a estrutura do circuito mostrado acima os
diodos de circulaccedilatildeo D1 D2 D3 e D4 como indica a figura abaixo Observe que com carga indutiva a fonte E deve ser reversiacutevel em corrente
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Etapas de funcionamento do inversor em ponte alimentando carga indutiva
Inversor Monofaacutesico em Ponto Meacutedio Este circuito representado na figura abaixo emprega apenas um braccedilo sendo desse modo mais
simples de ser comandado que o inversor em ponte porem a sua desvantagem eacute a tensatildeo de saiacuteda ser a metade
Inversor Monofaacutesico em Ponte
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13 - Dissipadores
A circulaccedilatildeo de corrente eleacutetrica por qualquer elemento provoca uma dissipaccedilatildeo de potecircncia igual ao produto do quadrado da corrente pela resistecircncia do circuito O objetivo eacute estabelecer criteacuterios para o dimensionamento de sistemas de dissipaccedilatildeo do calor produzido por componentes eletrocircnicos especialmente semicondutores de potecircncia (diodostransistores tiristores etc) buscando a proteccedilatildeo de tais componentes tendo como meta fundamental a elevada confiabilidade dos equipamentos nos quais os dispositivos satildeo empregados Deve-se buscar reduccedilatildeo de volume peso e custos
Caacutelculo da Potecircncia Dissipada
O caacutelculo da potecircncia dissipada deve ser feito via de regra pelo produto da tensatildeo pela corrente sobre o dispositivo em questatildeo
Comportamento em regime permanente potecircncia meacutedia
Nos dispositivos semicondutores de potecircncia o calor decorrente do efeito Joule eacute produzido na pastilha semicondutora fluindo daiacute para ambientes mais frios como o encapsulamento do dispositivo e o ambiente Este fluxo de calor depende de fatores como o gradiente de temperatura e as caracteriacutesticas teacutermicas dos meios e materiais envolvidos Define-se a grandeza ldquoresistecircncia teacutermicardquo como uma medida da dificuldade do fluxo de calor entre 2 meios ∆T diferenccedila de temperatura entre regiotildees de transferecircncia de calor P potecircncia meacutedia dissipada h coeficiente de transferecircncia de calor A aacuterea envolvida na transferecircncia de calor
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ANALOGIA COM CIRCUITO ELEacuteTRICO Em geral se faz uma analogia com um circuito eleacutetrico sendo a potecircncia meacutedia representada por uma fonte de corrente As temperaturas nos ambientes indicados (junccedilatildeo caacutepsula ambiente) satildeo anaacutelogas agraves tensotildees nos respectivos noacutes enquanto as resistecircncias teacutermicas satildeo as proacuteprias resistecircncias do modelo
Tj=Temperatura da junccedilatildeo Rtjc=Resistecircncia teacutermica entre junccedilatildeo e encapsulamento Tc=temperatura do encapsulamento Rtca=Resist Term Entre encapsulamento e ambiente Rtcd=Resist Entre encapsulament e dissipador Rtda=Resist Teacutermica entre dissipador e ambiente Partindo do anaacutelogo eleacutetrico chegamos a seguinte equaccedilatildeo tiacutepica Tj = Ta + P (Rtjc + Rtca) Exemplo 1 P = 20 W Rtjc = 2degCW Rtca = 10degCW Ta = 40degC Tjmax = 120degC Tc = Ta + P Rtca = 240degC Tj = Tc + P Rtjc = 280degC
Dissipadores de calor Considerando que natildeo seja possiacutevel reduzir a potecircncia meacutedia dissipada a alternativa para a proteccedilatildeo do semicondutor eacute colocar um dispositivo de baixa resistecircncia teacutermica entre o encapsulamento e o ambiente A este elemento colocado junto ao encapsulamento se diz ldquodissipador de calorrdquo Caracteriacutesticas dos dissipadores As principais caracteriacutesticas estatildeo relacionadas com dimensotildees e especialmente agrave sua superfiacutecie de contato com o ambiente Em geral estes dispositivos satildeo construiacutedos em alumiacutenio dada sua boa condutividade teacutermica (condiccedilatildeo indispensaacutevel) baixo custo e peso A figura mostra perfis tiacutepicos de dissipadores A utilizaccedilatildeo de grande nuacutemero de aletas eacute para aumentar a aacuterea de troca de calor A resistecircncia teacutermica para uma placa plana quadrada pode ser aproximadamente dada por
λ condutacircncia teacutermica (a 77o C) [W(oCcm)] W espessura do dissipador [mm]
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A aacuterea do dissipador [cm2] Cf fator de correccedilatildeo devido agrave posiccedilatildeo e tipo de superfiacutecie Na tabela abaixo satildeo dados alguns valores para os coeficientes da foacutermula O fator Cf varia com a posiccedilatildeo do dissipador sendo preferiacutevel uma montagem vertical agrave horizontal por criar um efeito ldquochamineacuterdquo Dissipadores pretos satildeo melhores irradiadores de calor que aqueles com superfiacutecie brilhante
Comportamento em regime transitoacuterio potecircncia de pico Quando a potecircncia dissipada no semicondutor consiste de pulsos de potecircncia eacute preciso verificar a proteccedilatildeo do componente em relaccedilatildeo aos picos de dissipaccedilatildeo Durante a ocorrecircncia do pico de potecircncia ocorre a elevaccedilatildeo da temperatura da junccedilatildeo embora natildeo ocorra variaccedilatildeo nas temperaturas do encapsulamento e do dissipador (que dependem da potecircncia meacutedia) devido agrave maior capacidade teacutermica da caacutepsula e especialmente do dissipador Tal capacidade teacutermica relaciona-se com o tipo de material utilizado e seu volume Na analogia eleacutetrica utilizada anteriormente ela se comporta como uma capacitacircncia O caacutelculo da temperatura da junccedilatildeo em tal regime transitoacuterio eacute feito utilizando uma grandeza chamada ldquoimpedacircncia teacutermicardquo Ztjc que leva em consideraccedilatildeo a capacidade teacutermica da junccedilatildeo Exemplo 2 Rtjc = 2deg CW Rtca = 5deg CW Rtcd = 2deg CW Rtda = 3deg CW Ztjc = 005deg CW Tjmax = 150deg C Ta = 40deg C P = 20W Pp = 1000W
Tj = 130 oC (o componente estaacute protegido em relaccedilatildeo agrave potecircncia meacutedia) Tc = 90 oC Tj = Tc + Pp Ztjc = 140 oC
Caacutelculo dos Dissipadores
bull A temperatura de trabalho da junccedilatildeo deve ser 20 a 30 menor que seu valor maacuteximo para permitir a proteccedilatildeo do componente sem super-dimensionar o dissipador middot Para ambientes nos quais natildeo se faccedila um controle riacutegido da temperatura deve-se usar uma temperatura ambiente de 40oC
bull Caso o dissipador fique dentro de algum bastidor ou caixa na qual a temperatura possa se elevar acima dos 40oC deve-se considerar sempre a maacutexima temperatura do ar com o qual o dissipador troca calor Eacute conveniente agrave falta de maiores informaccedilotildees utilizar o valor de 40oC e verificar apoacutes a entrada em operaccedilatildeo do protoacutetipo a verdadeira temperatura ambiente
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bull Deve-se verificar a necessidade do uso de isoladores (mica teflon ou mylar) e natildeo desconsiderar suas resistecircncias teacutermicas middot O emprego de pastas teacutermicas eacute sempre recomendado e se deve considerar tambeacutem sua resistecircncia teacutermica
b) No transitoacuterio
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Apecircndice A
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Laboratoacuterio 1
Diodo Ache os componentes em sucatas e monte o circuito abaixo em placa de circuito impresso corroiacuteda Lista de material
4 Diodos 1N4007 2 Capacitores 330uF200V 2 Resistores 150K 18W 1 Suporte p lacircmpada 1 Lacircmpada 40W220V 1 Conector p placa de 2 bornes 6 Chaves HH 1 Rabicho com plugue Placa p circuito impresso virgem (fibra fenolite perfurada) Caneta retro projetor ou esmalte p unhas Palha de accedilo ou acetona e pedaccedilo de pano Soluccedilatildeo de percloreto de ferro Estanho em fio
Obs Colocar o seu nome no lado do cobre a caneta ou esmalte antes da corrosatildeo
Montado na placa o circuito acima e testado fazer os seguintes exerciacutecios 1 ndash Com o interruptor Ch7 ligado os interruptores Ch3 Ch4 Ch5 e Ch6 desligados e os interruptores Ch1 e Ch2 na posiccedilatildeo 1 faccedila a seguinte medida meccedila com o osciloscoacutepio colocando a garra jacareacute onde aparece o GND e o pinccedila no ponto 1 de forma que apareccedila somente o semi-ciclo positivo na tela tambeacutem reproduza abaixo a forma de onda encontrada e registre onde a posiccedilatildeo do zero O aparelho ajustado da seguinte forma O botatildeo de tempodivisatildeo em 5mS O botatildeo tensatildeodivisatildeo ajustado em 5V A ponteira ajustada em X10
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2 ndash Permanecendo o interruptor Ch7 ligado Ch5 e Ch6 desligados poreacutem Ch1 e Ch2 na posiccedilatildeo 2 e Ch3 e Ch4 ligados faccedila novamente a medida e reproduza na tela abaixo a forma de onda
3 - Permanecendo o interruptor Ch7 ligado Ch3 Ch4 Ch5 e Ch6 agora ligados e Ch1 e Ch2 na posiccedilatildeo 2 faccedila novamente a medida e reproduza na tela abaixo a forma de onda
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4 ndash O que aconteceu com a potecircncia (brilho) da lacircmpada Com circuito configurado como no exerciacutecio 1 e exerciacutecio 3 (aumentou ou diminuiu) Porque ocorreu isto _____________________________________________________________________________________
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_____________________________________________________________________________________
5 ndash Qual eacute a nova potecircncia da lacircmpada Provar por meio de caacutelculos 6 ndash Por fim com o circuito configurado como no exerciacutecio 3 coloque uma lacircmpada de maior potecircncia e visualize o ripple novamente com o osciloscoacutepio explique o que ocorreu _____________________________________________________________________________________
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_____________________________________________________________________________________
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Laboratoacuterio 2 TRANSISTOR BIPOLAR (BJT)
Os transistores de potecircncia apresentam caracteriacutesticas de chaveamento controlado Os transistores utilizados como elementos de chaveamento operam na regiatildeo de saturaccedilatildeo apresentando uma baixa queda de tensatildeo de conduccedilatildeo (VCE=0V) (VBE=13V)
Este laboratoacuterio tem o objetivo de fazer um retificador e filtro diretamente da rede alternada com componentes retirados de fontes chaveadas de computadores apoacutes o estaacutegio de retificaccedilatildeo e filtro faremos funcionar uma lacircmpada incandescente de 220 volts corrente alternada em corrente contiacutenua com o auxiacutelio de um transistor de potencia tambeacutem retirado das mesmas fontes
Calcule o R1 e monte o circuito e apoacutes responda as questotildees
Pinos 1 ndash Base 2 ndash Coletor 3 ndash Emissor
Alguns transistores encontrados em fontes chaveadas de computador Transistor VCE (V) Ic (A) β MJE13007 400 8 5
2SC4106 400 7 10
2SC5027 800 3 8
2SC5353 800 3 15
2SC2335 400 7 10
2SC4242 400 7 10
2SC5763 400 7 10
1 ndash Escolha o transistor e faccedila o calculo para descobrir R1 e depois monte o circuito Transistor escolhido ______________
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2 ndash Meccedila a corrente no ponto 1 e compare com o calculado Faccedila as observaccedilotildees necessaacuterias
Corrente no ponto (1)
Calculado
Medido _____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
3 ndash Por que existem os resistores em paralelo com os capacitores
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_____________________________________________________________________________________
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Laboratoacuterio 3
TRANSISTOR EFEITO DE CAMPO (FET) O transistor de potecircncia MOSFET eacute um dispositivo de tensatildeo controlada e necessita apenas de tensatildeo no gatilho A velocidade de chaveamento eacute muito alta (nanosegundos) MOSFETrsquos de potecircncia satildeo utilizados em conversores de baixa potecircncia e alta frequumlecircncia Estes transistores apresentam problemas de descargas eletrostaacuteticas necessitando de cuidados especiais Este experimento tem como objetivo mostrar o funcionamento de Mosfets em uma aplicaccedilatildeo pratica para tanto montaremos o circuito abaixo
Pinagem 1 ndash GATE 2 ndash DRAIN 3 ndash SOURCE
Alguns transistores encontrados no comeacutercio
Transistor Tensatildeo Vds(V) Corrente Id (A)
IRF840 500 85 IRF740 400 10
1 ndash Meccedila a corrente no ponto 1 Corrente no ponto 1 ______________ No ponto 2 coloque 1deg o multiacutemetro antes de ligar o circuito Meccedila a corrente no ponto 2 Corrente no ponto 2 ______________ Por que isto ocorre 2 ndash Calcule a corrente que passa entre os resistores E compare com os valores medidos e faccedila as observaccedilotildees necessaacuterias
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Laboratoacuterio 4
SCR E TRIAC
Este laboratoacuterio tem o objetivo de comprovar o funcionamento do componente SCR e TRIAC e diferenciaacute-los 1
A - Primeiramente ligue a chave 1 mantendo a chave 2 desligada o que ocorre _____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
B ndash Mantendo ligada a chave 1 ligue a chave 2 por um breve intervalo de tempo e desligue-a O que acontece Justifique sua resposta _____________________________________________________________________________________ _____________________________________________________________________________________ 2
C ndash Faccedila a mesma sequumlecircncia usada nas questotildees A e B Sequumlecircncia da questatildeo A________________________________________________________________
Sequumlecircncia da questatildeo B_________________________________________________________________
D - Faccedila as consideraccedilotildees comparando os circuitos 1 e 2
_____________________________________________________________________________________ _____________________________________________________________________________________
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3
E ndash Faccedila um comentaacuterio sobre a omissatildeo das chaves _____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
4
F - Comente os circuitos 3 e 4 haacute alguma diferenccedila no brilho da lacircmpada
_____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
Pinos do SCR e BTA 1 ndash Catodo A2 2 ndash Anodo A1 3 ndash Gatilho
Alguns SCRs encontrados no comeacutercio
Tiristor
Tensatildeo Vds(V)
Corrente Id (A)
BT151 500 85 TIC106 400 10
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Laboratoacuterio 5
DIAC E TRIAC O objetivo eacute montar o circuito abaixo e visualizar com o osciloscoacutepio a forma de onda em cima da carga no nosso caso a lacircmpada enquanto varia o potenciocircmetro
Pinagem 1 ndash A1 2 ndash A2 3 ndash G Alguns triacs encontrado no comeacutercio BTA08 ndash 8A BTA26 ndash 26A MAC224 ndash 40A TIC226 ndash 8A
Coloque a ponteira em cima da carga e deixe o potenciocircmetro no meio do curso e reproduza na tela abaixo Registre o ajuste que foi feito no osciloscoacutepio para aparecer o meio ciclo superior na tela
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Laboratoacuterio 6
PWM Este circuito eacute simples com o famoso CI 555 para gerar o sinal PWM Controlando uma carga que conseguimos observar o estaacute acontecendo
1 ndash Qual a frequumlecircncia gerada do sinal PWM _______________________________________________________________________________
_______________________________________________________________________________
2 ndash O que acontece com a lacircmpada quando varia o potenciocircmetro
_______________________________________________________________________________
_______________________________________________________________________________
3 ndash Trocando o capacitor de 100nF por um de 10nF qual seraacute a nova frequumlecircncia
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_______________________________________________________________________________
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Laboratoacuterio 7
INVERSOR Este circuito eacute o conceito baacutesico do princiacutepio de funcionamento de um inversor que eacute capaz de gerar uma tensatildeo alternada a partir de uma tensatildeo contiacutenua
1 ndash O motor estaacute girando _____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
2 ndash Caso afirmativo na primeira pergunta coloque a ponteira do osciloscoacutepio em um dos terminais do motor e a garra jacareacute no terra e meccedila a frequumlecircncia _____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
3 ndash O que estaacute acontecendo com o motor em suas caracteriacutesticas fiacutesicas Mudou a velocidade estaacute aquecendo estaacute trepidando etc _____________________________________________________________________________________
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_____________________________________________________________________________________
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Apendice B
Coacutedigo de resistores
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Capacitores ceracircmicos
O valor do capacitorB eacute de 3300 pF (picofarad = 10-12 F) ou 33 nF (nanofarad = 10-9 F) ou 00033 microF (microfarad =
10-6 F) No capacitor A devemos acrescentar mais 4 zeros apoacutes os dois primeiros algarismos O valor do capacitor que se lecirc 104 eacute de 100000 pF ou 100 nF ou 01microF
O aparecimento de uma letra maiuacutescula ao lado dos nuacutemeros Esta letra refere-se a toleracircncia do capacitor ou seja o quanto que o capacitor pode variar de seu valor em uma temperatura padratildeo de 25deg C A letra J significa que este capacitor pode variar ateacute plusmn5 de seu valor a letra K = plusmn10 ou M = plusmn20 Segue na tabela abaixo os coacutedigos de toleracircncias de capacitacircncia
Ateacute 10pF Coacutedigo Acima de 10pF
plusmn01pF B
plusmn025pF C
plusmn05pF D
plusmn10pF F plusmn1
G plusmn2
H plusmn3
J plusmn5
K plusmn10
M plusmn20
S -50 -20
Z +80 -20
ou +100 -20
P +100 -0
O coeficiente de temperatura TC que define a variaccedilatildeo da capacitacircncia dentro de uma determinada faixa de temperatura O TC eacute normalmente expresso em ou ppmdegC ( partes por milhatildeo degC ) Eacute usado uma sequumlecircncia de letras ou letras e nuacutemeros para representar os coeficientes Observe o desenho abaixo
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Na tabela abaixo estatildeo mais alguns coeficientes de temperatura e as toleracircncias que satildeo muito utilizadas por diversos fabricantes de capacitores
Coacutedigo Coeficiente de temperatura NPO -0plusmn 30ppmdegC N075 -75plusmn 30ppmdegC N150 -150plusmn 30ppmdegC N220 -220plusmn 60ppmdegC N330 -330plusmn 60ppmdegC N470 -470plusmn 60ppmdegC N750 -750plusmn 120ppmdegC N1500 -1500plusmn 250ppmdegC N2200 -2200plusmn 500ppmdegC N3300 -3300plusmn 500ppmdegC N4700 -4700plusmn 1000ppmdegC N5250 -5250plusmn 1000ppmdegC P100 +100plusmn 30ppmdegC
Outra forma de representar coeficientes de temperatura eacute mostrado abaixo Eacute usada em capacitores que se caracterizam
pela alta capacitacircncia por unidade de volume (dimensotildees reduzidas) devido a alta constante dieleacutetrica sendo recomendados para aplicaccedilatildeo em desacoplamentos acoplamentos e supressatildeo de interferecircncias em baixas tensotildees
Os coeficientes satildeo tambeacutem representados exibindo sequumlecircncias de letras e nuacutemeros como por exemplo X7R Y5F e Z5U Para um capacitor Z5U a faixa de operaccedilatildeo eacute de +10degC que significa Temperatura Miacutenima seguido de +85degC que significa Temperatura Maacutexima e uma variaccedilatildeo Maacutexima de capacitacircncia dentro desses limites de temperatura que natildeo ultrapassa -56 +22
Veja as trecircs tabelas abaixo para compreender este exemplo e entender outros coeficientes
Temperatura Miacutenima
Temperatura Maacutexima
Variaccedilatildeo Maacutexima de Capacitacircncia
X -55degC Y -30degC Z +10degC
2 +45degC 4 +65degC 5 +85degC 6 +105degC 7 +125degC
A plusmn10 B plusmn15 C plusmn22 D plusmn33 E plusmn47 F plusmn75 P plusmn10 R plusmn15 S plusmn22 T -33 +22 U -56 +22 V -82 +22
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Capacitores de filme plaacutestico
O desenho ao lado mostra capacitores que tem os seus valores impressos em nanofarad (nF) = 10-9F Quando aparece no capacitor uma letra n minuacutescula como um dos tipos apresentados ao lado por exemplo 3n3 significa que este capacitor eacute de 33nF No exemplo o n minuacutesculo eacute colocado ao meio dos nuacutemeros apenas para economizar uma viacutergula e evitar erro de interpretaccedilatildeo de seu valor
Capacitores de Ceracircmica Multicamada
Capacitores de Polieacutester Metalizado usando coacutedigo de cores
A tabela abaixo mostra como interpretar o coacutedigo de cores dos capacitores abaixo No capacitor A as 3 primeiras cores satildeo laranja laranja e laranja correspondem a 33000 equivalendo a 33 nF A cor branca logo adiante eacute referente a plusmn10 de toleracircncia E o vermelho representa a tensatildeo nominal que eacute de 250 volts
1ordf Algarismo 2ordf Algarismo 3ordf Ndeg de zeros 4ordf Toleracircncia 5ordf Tensatildeo
PRETO 0 0 - plusmn 20 -
MARROM 1 1 0 - -
VERMELHO 2 2 00 - 250V
LARANJA 3 3 000 - -
AMARELO 4 4 0000 - 400V
VERDE 5 5 00000 - -
AZUL 6 6 - - 630V
VIOLETA 7 7 - - -
CINZA 8 8 - - -
BRANCO 9 9 - plusmn 10 -
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Apecircndice C
Osciloscoacutepio Geralmente os osciloscoacutepios tecircm os controles e entradas que podem ser divididos em cinco grupos
1 ndash Controle da fonte de alimentaccedilatildeo 2 ndash Controles de ajuste do traccedilo ou ponto na tela 3 ndash Controles e entrada de atuaccedilatildeo vertical 4 ndash Controles e entrada de atuaccedilatildeo horizontal 5 ndash Controles de entrada de sincronismo
1 - CONTROLE DA FONTE DE ALIMENTACcedilAtildeO 11 - INTERRUPTOR Sua funccedilatildeo eacute interromper ou estabelecer a corrente no primaacuterio do transformador de fora Sua atuaccedilatildeo normalmente eacute acompanhada por uma lacircmpada piloto que serve de aviso visual sobre a situaccedilatildeo do circuito (ligado ou desligado) Normalmente este interruptor se encontra acoplado junto do potenciocircmetro de controle de brilho 12 - COMUTADOR DE TENSAtildeO Sua funccedilatildeo eacute selecionar a tensatildeo de funcionamento do osciloscoacutepio (127 220V) Permite utilizar o instrumento sem a necessidade de recorrer a um transformador abaixador ou elevador de tensatildeo (geralmente o acesso deste comutador eacute visto na parte de traz do aparelho) 2 - CONTROLES DE AJUSTE DO TRACcedilO OU PONTO NA TELA 21 - BRILHO OU LUMINOSIDADE Eacute o controle que ajusta a luminosidade do ponto ou do traccedilo O controle do brilho eacute feito por meio de um potenciocircmetro situado no circuito da grade de controle do TRC mediante o qual se regula o potencial desta grade (deve-se evitar o uso de brilho excessivo sob pena de se danificar a tela) 22 - FOCO Eacute o controle que ajusta a nitidez do ponto ou traccedilo luminoso O ajuste do foco eacute conseguido mediante a regulagem de um potenciocircmetro que regula a polarizaccedilatildeo do eletrodo de enfoque O foco deve ser ajustado de forma a se obter um traccedilo fino e niacutetido na tela (estes ajustes de brilho e de foco satildeo ajustes baacutesicos que devem ser feitos sempre que se for usar o osciloscoacutepio)
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23 - ILUMINACcedilAtildeO DA RETIacuteCULA Permite que se ilumine o quadriculado ou as divisotildees na tela 3 - CONTROLES E ENTRADA DE ATUACcedilAtildeO VERTICAL 31 - ENTRADA DE SINAL VERTICAL Nesta entrada eacute conectada a ponta de prova do osciloscoacutepio As variaccedilotildees de tensatildeo aplicadas nesta entrada aparecem sob forma de figura na tela 32 - CHAVE DE SELECcedilAtildeO DE MODO DE ENTRADA (CA-CC) Esta chave eacute selecionada de acordo com o tipo de forma de onda a ser observada Em alguns osciloscoacutepios esta chave possui trecircs posiccedilotildees (CA-0-CC ou AC-GND-DC) Esta posiccedilatildeo adicional eacute usada para a realizaccedilatildeo de ajustes do traccedilo do osciloscoacutepio em algumas situaccedilotildees Por exemplo quando se deseja Uma referecircncia na tela 33 - CHAVE SELETORA DE GANHO (VDiv) Esta chave permite que se aumente ou que se diminua a amplitude de projeccedilatildeo na tela do osciloscoacutepio (altura da imagem) 34 - POSICcedilAtildeO VERTICAL Permite movimentar a imagem para cima ou para baixo na tela A movimentaccedilatildeo natildeo interfere na forma da figura projetada na tela 4 - CONTROLES DE ATUACcedilAO HORIZONTAL 41 - CHAVE SELETORA DE BASE DE TEMPO Eacute o controle que permite variar o tempo de deslocamento horizontal do ponto na tela Atraveacutes deste controle eacute possiacutevel reduzir ou ampliar horizontalmente na tela a figura nela projetada Em alguns osciloscoacutepios esta chave seletora tem uma posiccedilatildeo identificada como EXT (externa) o que possibilita que o deslocamento horizontal pode ser controlado por circuito externo ao osciloscoacutepio atraveacutes de uma entrada especiacutefica Quando a posiccedilatildeo externa eacute selecionada natildeo haacute formaccedilatildeo do traccedilo na tela obtendo-se apenas um ponto 42 - POSICcedilAtildeO HORIZONTAL Eacute o ajuste que permite controlar horizontalmente a forma de onda na tela Girando o controle de posiccedilatildeo horizontal para a direita o traccedilo move-se horizontalmente para a direita e vice-versa Assim como o controle de posiccedilatildeo vertical o controle de posiccedilatildeo horizontal natildeo interfere na forma da figura projetada na tela
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5 - CONTROLES E ENTRADA DE SINCRONISMO (TRIGGER) Satildeo controles que se destinam a fixar a imagem na tela Estes controles satildeo utilizados principalmente na observaccedilatildeo de sinais alternados Os controles de sincronismo satildeo Chave seletora de fonte de sincronismo Chave de modo de sincronismo Controle de niacutevel de sincronismo 51 - CHAVE SELETORA DE FONTE DE SINCRONISMO Seleciona onde seraacute tomada o sinal de sincronismo para fixar a imagem na tela do osciloscoacutepio Normalmente esta chave possui trecircs posiccedilotildees pelo menos POSICcedilAtildeO CH1 O sincronismo eacute controlado pelo sinal aplicado ao canal 1 POSICcedilAtildeO REDE Realiza o sincronismo com base na frequecircncia da rede de alimentaccedilatildeo do osciloscoacutepio (60Hz) Nesta posiccedilatildeo consegue-se facilmente sincronizar na tela sinais aplicados na entrada vertical que sejam obtidos a partir da rede eleacutetrica POSICcedilAtildeO EXTERNO Na posiccedilatildeo externo o sincronismo da figura eacute obtido agrave partir de outro equipamento externo conectado ao osciloscoacutepio O sinal que controla o sincronismo na posiccedilatildeo externo eacute aplicado a entrada de sincronismo 52 - CHAVE DE MODO DE SINCRONISMO Normalmente esta chave tem duas ou trecircs posiccedilotildees AUTO Nesta posiccedilatildeo o osciloscoacutepio realiza o sincronismo automaticamente com base no sinal selecionado pela chave seletora de fonte de sincronismo NORMAL + O sincronismo eacute positivo ajustado manualmente pelo controle de niacutevel de sincronismo (TRIGGER) de modo que o primeiro pico que apareccedila na tela seja o positivo NORMAL - O sincronismo eacute negativo tambeacutem ajustado manualmente entretanto o primeiro pico a aparecer eacute o negativo 53 - CONTROLE DE NIacuteVEL DE SINCRONISMO (TRIGGER) Eacute um controle manual que permite o ajuste do sincronismo quando natildeo se consegue um sincronismo automaacutetico Tem atuaccedilatildeo nas posiccedilotildees NORMAL + e NORMAL - OBSERVACcedilAtildeO Para se realizar leituras eacute necessaacuterio sincronizar a figura na tela II - ENTRADA E CONTROLE DO OSCILOSCOacutePIO DUPLO TRACcedilO O osciloscoacutepio de duplo traccedilo possui alguns controles que satildeo comuns aos dois traccedilos e outros que satildeo individuais Os controles de brilho foco base de tempo e de posiccedilatildeo horizontal satildeo controles que satildeo comuns aos dois traccedilos Basicamente os controles individuais situam-se nas entradas e controles do vertical nos controles e entrada de sincronismo ENTRADAS E CONTROLES DO VERTICAL Para que se possa observar dois sinais simultaneamente eacute necessaacuterio que se aplique uma tensatildeo em cada uma das entradas verticais O osciloscoacutepio duplo traccedilo dispotildee de dois grupos de controles verticais Um grupo para o canal A ou canal 1 (CH1) Um grupo para o canal B ou canal 2 (CH2) Cada grupo controla um dos sinais na tela (amplitude posiccedilatildeo vertical etc) Geralmente satildeo iguais Cada canal dispotildee de Entrada Vertical Chave Seletora CA-O-CC Chave Seletora de ganho vertical (DDiv) Posiccedilatildeo vertical Um osciloscoacutepio de duplo traccedilo pode ainda ser utilizado como sendo um osciloscoacutepio de traccedilo simples Uma chave seletora permite que se possa selecionar cada canal individualmente ou os dois simultaneamente Esta chave possui pelo menos trecircs posiccedilotildees CH1
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CH2 DUAL Na posiccedilatildeo CH1 apareceraacute apenas a imagem na tela que estiver sendo aplicada na entrada vertical do canal 1 Na posiccedilatildeo CH2 apareceraacute apenas a imagem na tela que estiver sendo aplicada na entrada vertical do canal 2 Na posiccedilatildeo DUAL aparecem as duas imagens Em osciloscoacutepios mais sofisticados esta chave pode possuir mais posiccedilotildees de modo a permitir outras alternativas de uso CONTROLES DE SINCRONISMO Realizam as mesmas funccedilotildees do osciloscoacutepio traccedilo simples que eacute a de fixar a imagem na tela O que diferencia eacute o fato de que na chave seletora de fonte existe uma posiccedilatildeo adicional de modo a poder sincronizar a figura PONTAS DE PROVA As pontas de prova satildeo utilizadas para interligar o osciloscoacutepio aos pontos de medida
Uma das extremidades da ponta de prova eacute conectada a uma das entradas do osciloscoacutepio atraveacutes de um conector e a extremidade livre serve para conexatildeo aos pontos de medida A extremidade livre possui uma garra jacareacute denominada de terra da ponta de prova que deve ser conectada ao terra do circuito e uma ponta de entrada de sinal que deve ser conectada no ponto que se deseja medir Existem dois tipos de ponta de prova ponta de prova 11 ponta de prova 101 A ponta de prova 11 se caracteriza por aplicar agrave entrada do osciloscoacutepio a mesma tensatildeo ou forma de onda que eacute aplicada a ponta de mediccedilatildeo A ponta de prova 101 entrega ao osciloscoacutepio apenas a deacutecima parte da tensatildeo aplicada a ponta de mediccedilatildeo As pontas de prova 101 permitem que o osciloscoacutepio consiga observar tensotildees dez vezes maior que a sua capacidade Por exemplo Um osciloscoacutepio que permite a leitura de tensotildees de 50V com ponta de prova 11 com ponta de prova 101 poderaacute medir tensotildees de ateacute 500V (10x50V) Existem pontas de prova que dispotildee de um botatildeo onde se pode selecionar 101 ou 11 Obs Quando natildeo se tem total certeza da grandeza da tensatildeo envolvida eacute aconselhaacutevel iniciar a mediccedilatildeo com o posiccedilatildeo 101
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Bibliografia
1 Dispositivos semicondutores tiristores controle de potecircncia em CC e CA 1996 - ALMEIDA Joseacute Luiz Antunes de Satildeo Paulo Eacuterica 1996 150 p
2 Dispositivos semicondutores diodos e transistores 1996 MARQUES Angelo Eduardo B
CHOUERI JUacuteNIOR Salomatildeo CRUZ Eduardo Cesar Alves Satildeo Paulo Eacuterica 1996 389 p
3 Anaacutelise e projeto de fontes chaveadas MELLO Luiz Fernando P de Satildeo Paulo Eacuterica 1996 487 p
4 Eletrocircnica de potecircncia circuitos dispositivos e aplicaccedilotildees 1999 RASHID Muhammad H Satildeo Paulo Makron Books 1999 828 p
5 Eletrocircnica de potecircncia 1994 - PALMA Guilherme Rebouccedilas da Satildeo Paulo Eacuterica 1994 259 p
6 Dispositivos eletrocircnicos e teoria de circuitos - 8 ed 2004 -
BOYLESTAD Robert L NASHELSKY Louis CAMARGO Joseacute Bueno de NASCIMENTO Joseacute Lucimar do PERTENCE JUNIOR Antonio (Coord) Satildeo Paulo Pearson Prentice Hall 2004 672 p
7 Rodrigues Isac Zilli Notas de aula da disciplina de Eletrocircnica II do Curso de Engenharia
Eleacutetrica da UPF Passo Fundo RS 2000
8 Ghirardello Ariovaldo Apostila sobre Modulaccedilatildeo PWM Coleacutegio Politec
9 Electronics Workbench Versatildeo 512
10 LabcenterElectronics 1989-2008 Release 75 SP3
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Entatildeo pode-se dizer que o triac pode fazer o controle de fase em uma carga como no circuito abaixo
Variando o potenciocircmetro R2 podemos disparar o triac em vaacuterios acircngulos da onda como demonstra o graacutefico abaixo
Porem com este circuito eacute impossiacutevel efetuar disparos aleacutem dos 90deg em cada semi-ciclo por exemplo se desejarmos disparar em 25deg que a tensatildeo instantacircnea eacute de Vx e o potenciocircmetro estaacute ajustado com este valor de tensatildeo de rede se utilizar o mesmo raciociacutenio para disparar em 155deg a tensatildeo instantacircnea seraacute a mesma consequumlentemente teraacute a mesmo ajuste do potenciocircmetro que e iraacute disparar em 25deg e natildeo em 155deg A figura abaixo ajuda esclarecer este raciociacutenio
Entatildeo para resolvermos a limitaccedilatildeo no acircngulo de disparo menor ou igual a 90deg eacute associarmos com os resistores jaacute existentes um capacitor como no circuito abaixo formando entatildeo uma rede defasadora
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O valor desta defasagem eacute dada pela equaccedilatildeo τ=(R1+R2)C Variando R2 consegue-se
variar o angula de disparo do Triac Porem como o capacitor nem sempre se carrega apartir de uma tensatildeo fixa natildeo se tem uma regularidade no disparo
Para resolvermos este problema estudaremos o Diac na sequumlecircncia
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8 - Diac Os diacs satildeo diodos de disparo bidirecional composto por trecircs camadas (PNP) com a simples funccedilatildeo de disparar tiristores Sua construccedilatildeo assemelha-se a de um transistor bipolar poreacutem difere na dopagem do cristal N
Seu funcionamento eacute simples Para passar do estado de bloqueio para o estado de conduccedilatildeo eacute preciso ultrapassar a tensatildeo de ruptura (VR) rompendo assim a junccedilatildeo polarizada inversamente podendo a corrente fluir em ambos sentidos
Para voltar ao estado de bloqueio basta remover a tensatildeo por alguns instantes Os diacs servem para controlar o disparo de triacs quando uma tensatildeo de referecircncia chegar a certo valor
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9 - Retificadores a tiristor A estrutura baacutesica de retificadores controlado consiste na mesma metodologia vista anteriormente com diodos porem com esta estrutura somente os semiciclos positivos da fonte de alimentaccedilatildeo seratildeo aplicados na carga quando os SCRs forem disparados Jaacute os semiciclos negativos satildeo omitidos como jaacute estudado anteriormente Agora temos um circuito de controle dos gatilhos dos SCRs mais requintado podendo fazer o controle entre 0deg a 180deg Vamos dar exemplos de montagem dos circuitos para que seja melhor entendido
Retificador monofaacutesico de meia onda
Retificador monofaacutesico de onda completa com ponto meacutedio
Retificador monofaacutesico em ponte completa
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Retificador semi-controlado ou em ponte mista
Retificador trifaacutesico de meia onda
Retificador trifaacutesico de onda completa (Ponte de Graetz)
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10 - PWM Para comeccedilarmos o estudo do PWM que vem do inglecircs Pulse Width Modulation ou seja modulaccedilatildeo
por largura de pulso temos que ter alguns preacute-requisitos em mente Uma maneira tradicional de se controlar a potencia de uma carga eacute atraveacutes de um potenciocircmetro ou reostato em seacuterie com a carga conforme mostra a figura abaixo este tipo de controle eacute denominada linear
Variando-se a resistecircncia do potenciocircmetro pode-se modificar a corrente na carga e portanto a potecircncia aplicada a ela
A grande desvantagem deste tipo de controle eacute que a queda de tensatildeo multiplicada pela corrente no R em seacuterie representa uma potencia na forma de calor Conforme o ajuste deste o controle passa a dissipar mais potencia que a carga
O R tem de ser capaz de dissipar esta potencia sendo assim o seu tamanho fiacutesico cresce proporcionalmente com a sua potencia tornando-se caro Embora este controle seja ateacute intuitivo porem natildeo eacute muito inteligente no que diz respeito de desperdiacutecio de energia Consideremos entatildeo o mesmo circuito soacute trocamos o controle como podemos ver no desenho abaixo
Consideremos ainda que esta chave tem uma accedilatildeo muito raacutepida Quando o interruptor estaacute aberto natildeo haacute corrente na carga e a potecircncia aplicada eacute nula No instante em que o interruptor eacute fechado a carga recebe a tensatildeo total da fonte e a potecircncia aplicada eacute maacutexima
Entatildeo para termos uma potencia de 50 a ideacuteia eacute deixarmos um tempo x com a chave ligada e o mesmo tempo com a chave desligada Isso significa que em meacutedia teremos metade do tempo com corrente e metade do tempo sem corrente concluindo que a potencia ficaraacute em 50
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A potecircncia meacutedia e portanto a proacutepria tensatildeo meacutedia aplicada agrave carga eacute neste caso 50 da tensatildeo de entrada
Veja que o interruptor fechado pode definir uma largura de pulso pelo tempo em que ele fica nesta condiccedilatildeo e um intervalo entre pulsos pelo tempo em que ele fica aberto Os dois tempos juntos definem o periacuteodo e portanto uma frequecircncia de controle
A relaccedilatildeo entre o tempo em que temos o pulso e a duraccedilatildeo de um ciclo completo de operaccedilatildeo do interruptor nos define ainda o ciclo ativo conforme eacute mostrado na figura 5
Variando-se a largura do pulso e tambeacutem o intervalo de modo a termos ciclos ativos diferentes podemos controlar a potecircncia meacutedia aplicada a uma carga Assim quando a largura do pulso varia de zero ateacute o maacuteximo a potecircncia tambeacutem varia na mesma proporccedilatildeo conforme estaacute indicado na figura 6
Este princiacutepio eacute usado justamente no controle PWM modulamos (variamos) a largura do pulso de modo a controlar o ciclo ativo do sinal aplicado a uma carga e com isso a potecircncia aplicada a ela
Na praacutetica substituiacutemos o interruptor por algum dispositivo de estado soacutelido que possa abrir e fechar o circuito rapidamente como por exemplo um transistor bipolar um FET de potecircncia um IGBT ou ateacute mesmo um SCR
A este dispositivo eacute entatildeo ligado um oscilador que possa ter seu ciclo ativo controlado numa grande faixa de valores Na praacutetica eacute difiacutecil chegar agrave duraccedilatildeo zero do pulso e agrave 100 jaacute que isso implicaria na parada do oscilador mas podemos chegar bem perto disso
Na operaccedilatildeo de um controle por PWM existem diversas vantagens a serem consideradas e alguns pontos para os quais o projetista deve ficar atento para natildeo jogar fora estas vantagens
Na condiccedilatildeo de aberto nenhuma corrente circula pelo dispositivo de controle e portanto sua dissipaccedilatildeo eacute nula Na condiccedilatildeo de fechado teoricamente se ele apresenta uma resistecircncia nula a queda de tensatildeo eacute nula e ele natildeo dissipa tambeacutem nenhuma potecircncia
Isso significa que na teoria os controles PWM natildeo dissipam potecircncia alguma e portanto consistem em soluccedilotildees ideais para este tipo de aplicaccedilatildeo
Na praacutetica entretanto isso natildeo ocorre Em primeiro lugar os dispositivos usados no controle natildeo satildeo capazes de abrir e fechar o circuito num tempo infinitamente pequeno Eles precisam de um tempo para mudar de estado e neste intervalo de tempo sua resistecircncia sobe de um valor muito pequeno ateacute infinito e vice-versa numa curva de comutaccedilatildeo semelhante a mostrada na figura 10
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Neste intervalo de tempo a queda de tensatildeo e a corrente atraveacutes do dispositivo natildeo satildeo nulas e uma boa quantidade de calor poderaacute ser gerada conforme a carga controlada Dependendo da frequecircncia de controle e da resposta do dispositivo usado uma boa quantidade de calor poderaacute ser gerada neste processo de comutaccedilatildeo
Entretanto mesmo com este problema a potecircncia gerada num controle PWM ainda eacute muito menor do que num circuito de controle linear equivalente Transistores de comutaccedilatildeo raacutepidos FETs de potecircncia e outros componentes de chaveamento podem ser suficientemente raacutepidos para permitir que projetos de controles de potecircncias elevadas sejam implementados sem a necessidade de grandes dissipadores de calor ou que tenham problemas de perdas de energia por geraccedilatildeo de calor que possam ser preocupantes
O segundo problema que poderaacute surgir vem justamente do fato de que os transistores de efeito de campo ou bipolares usados em comutaccedilatildeo natildeo se comportam como resistecircncias nulas quando saturados Os transistores bipolares podem apresentar uma queda de tensatildeo de ateacute alguns volts quando saturados o mesmo ocorrendo com os FETs
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11 - Soft-Starter
Soft start eacute um dispositivo eletrocircnico composto de pontes tiristorizadas a fim de controlar a corrente de partida de motores de corrente alternada trifaacutesicos o controle da tensatildeo reduzida eacute feita ajustando-se o acircngulo de disparo de um par de SCRs dispostos em antiparalelo em cada fase do motor A medida que a tensatildeo vai aumentando a corrente aumenta para acelerar a carga de uma maneira suave e sem degraus Seu uso eacute comum em bombas centriacutefugas ventiladores e motores de elevada potecircncia cuja aplicaccedilatildeo natildeo exija a variaccedilatildeo de velocidade
A vantagem desta teacutecnica sobre as alternativas de custo baixo eacute a possibilidade de ajustarmos o torque do motor as necessidades de torque da carga
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12 - Inversores
Introduccedilatildeo A obtenccedilatildeo de uma tensatildeo alternada a partir de uma fonte CC eacute muitas vezes necessaacuteria para a
alimentaccedilatildeo de diversas cargas Os conversores que realizam a transformaccedilatildeo CC-CA satildeo chamados de inversores Como exemplos de aplicaccedilotildees pode-se citar o controle de velocidade de motores de corrente alternada fontes de alimentaccedilatildeo ininterrupta (no-break) entre varias outras aplicaccedilotildees
Qualquer sistema no qual o fornecimento da energia eleacutetrica natildeo pode ser interrompido deve prever uma fonte de emergecircncia para supri-lo Quando a potecircncia instalada eacute muito grande tem-se em geral um sistema de acionamento imediato alimentado a partir de baterias e um sistema motor-gerador que por necessitar de alguns minutos para estar em condiccedilotildees ideais de operaccedilatildeo natildeo pode ser usado de imediato Tal arranjo eacute usado por exemplo em centrais telefocircnicas hospitais etc Topologias Baacutesicas
Inversor Monofaacutesico em Ponte A estrutura do inversos monofaacutesico em ponte alimentando carga resistiva estaacute representado na
Figura abaixo
As formas de onda de interesse satildeo apresentadas na figura abaixo Com S1 e S4 em conduccedilatildeo a
tensatildeo na carga eacute igual a E quando S2 e S3 estatildeo em conduccedilatildeo ela torna-se igual a -E
Quando a carga for indutiva devem ser adicionados a estrutura do circuito mostrado acima os
diodos de circulaccedilatildeo D1 D2 D3 e D4 como indica a figura abaixo Observe que com carga indutiva a fonte E deve ser reversiacutevel em corrente
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Etapas de funcionamento do inversor em ponte alimentando carga indutiva
Inversor Monofaacutesico em Ponto Meacutedio Este circuito representado na figura abaixo emprega apenas um braccedilo sendo desse modo mais
simples de ser comandado que o inversor em ponte porem a sua desvantagem eacute a tensatildeo de saiacuteda ser a metade
Inversor Monofaacutesico em Ponte
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13 - Dissipadores
A circulaccedilatildeo de corrente eleacutetrica por qualquer elemento provoca uma dissipaccedilatildeo de potecircncia igual ao produto do quadrado da corrente pela resistecircncia do circuito O objetivo eacute estabelecer criteacuterios para o dimensionamento de sistemas de dissipaccedilatildeo do calor produzido por componentes eletrocircnicos especialmente semicondutores de potecircncia (diodostransistores tiristores etc) buscando a proteccedilatildeo de tais componentes tendo como meta fundamental a elevada confiabilidade dos equipamentos nos quais os dispositivos satildeo empregados Deve-se buscar reduccedilatildeo de volume peso e custos
Caacutelculo da Potecircncia Dissipada
O caacutelculo da potecircncia dissipada deve ser feito via de regra pelo produto da tensatildeo pela corrente sobre o dispositivo em questatildeo
Comportamento em regime permanente potecircncia meacutedia
Nos dispositivos semicondutores de potecircncia o calor decorrente do efeito Joule eacute produzido na pastilha semicondutora fluindo daiacute para ambientes mais frios como o encapsulamento do dispositivo e o ambiente Este fluxo de calor depende de fatores como o gradiente de temperatura e as caracteriacutesticas teacutermicas dos meios e materiais envolvidos Define-se a grandeza ldquoresistecircncia teacutermicardquo como uma medida da dificuldade do fluxo de calor entre 2 meios ∆T diferenccedila de temperatura entre regiotildees de transferecircncia de calor P potecircncia meacutedia dissipada h coeficiente de transferecircncia de calor A aacuterea envolvida na transferecircncia de calor
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ANALOGIA COM CIRCUITO ELEacuteTRICO Em geral se faz uma analogia com um circuito eleacutetrico sendo a potecircncia meacutedia representada por uma fonte de corrente As temperaturas nos ambientes indicados (junccedilatildeo caacutepsula ambiente) satildeo anaacutelogas agraves tensotildees nos respectivos noacutes enquanto as resistecircncias teacutermicas satildeo as proacuteprias resistecircncias do modelo
Tj=Temperatura da junccedilatildeo Rtjc=Resistecircncia teacutermica entre junccedilatildeo e encapsulamento Tc=temperatura do encapsulamento Rtca=Resist Term Entre encapsulamento e ambiente Rtcd=Resist Entre encapsulament e dissipador Rtda=Resist Teacutermica entre dissipador e ambiente Partindo do anaacutelogo eleacutetrico chegamos a seguinte equaccedilatildeo tiacutepica Tj = Ta + P (Rtjc + Rtca) Exemplo 1 P = 20 W Rtjc = 2degCW Rtca = 10degCW Ta = 40degC Tjmax = 120degC Tc = Ta + P Rtca = 240degC Tj = Tc + P Rtjc = 280degC
Dissipadores de calor Considerando que natildeo seja possiacutevel reduzir a potecircncia meacutedia dissipada a alternativa para a proteccedilatildeo do semicondutor eacute colocar um dispositivo de baixa resistecircncia teacutermica entre o encapsulamento e o ambiente A este elemento colocado junto ao encapsulamento se diz ldquodissipador de calorrdquo Caracteriacutesticas dos dissipadores As principais caracteriacutesticas estatildeo relacionadas com dimensotildees e especialmente agrave sua superfiacutecie de contato com o ambiente Em geral estes dispositivos satildeo construiacutedos em alumiacutenio dada sua boa condutividade teacutermica (condiccedilatildeo indispensaacutevel) baixo custo e peso A figura mostra perfis tiacutepicos de dissipadores A utilizaccedilatildeo de grande nuacutemero de aletas eacute para aumentar a aacuterea de troca de calor A resistecircncia teacutermica para uma placa plana quadrada pode ser aproximadamente dada por
λ condutacircncia teacutermica (a 77o C) [W(oCcm)] W espessura do dissipador [mm]
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A aacuterea do dissipador [cm2] Cf fator de correccedilatildeo devido agrave posiccedilatildeo e tipo de superfiacutecie Na tabela abaixo satildeo dados alguns valores para os coeficientes da foacutermula O fator Cf varia com a posiccedilatildeo do dissipador sendo preferiacutevel uma montagem vertical agrave horizontal por criar um efeito ldquochamineacuterdquo Dissipadores pretos satildeo melhores irradiadores de calor que aqueles com superfiacutecie brilhante
Comportamento em regime transitoacuterio potecircncia de pico Quando a potecircncia dissipada no semicondutor consiste de pulsos de potecircncia eacute preciso verificar a proteccedilatildeo do componente em relaccedilatildeo aos picos de dissipaccedilatildeo Durante a ocorrecircncia do pico de potecircncia ocorre a elevaccedilatildeo da temperatura da junccedilatildeo embora natildeo ocorra variaccedilatildeo nas temperaturas do encapsulamento e do dissipador (que dependem da potecircncia meacutedia) devido agrave maior capacidade teacutermica da caacutepsula e especialmente do dissipador Tal capacidade teacutermica relaciona-se com o tipo de material utilizado e seu volume Na analogia eleacutetrica utilizada anteriormente ela se comporta como uma capacitacircncia O caacutelculo da temperatura da junccedilatildeo em tal regime transitoacuterio eacute feito utilizando uma grandeza chamada ldquoimpedacircncia teacutermicardquo Ztjc que leva em consideraccedilatildeo a capacidade teacutermica da junccedilatildeo Exemplo 2 Rtjc = 2deg CW Rtca = 5deg CW Rtcd = 2deg CW Rtda = 3deg CW Ztjc = 005deg CW Tjmax = 150deg C Ta = 40deg C P = 20W Pp = 1000W
Tj = 130 oC (o componente estaacute protegido em relaccedilatildeo agrave potecircncia meacutedia) Tc = 90 oC Tj = Tc + Pp Ztjc = 140 oC
Caacutelculo dos Dissipadores
bull A temperatura de trabalho da junccedilatildeo deve ser 20 a 30 menor que seu valor maacuteximo para permitir a proteccedilatildeo do componente sem super-dimensionar o dissipador middot Para ambientes nos quais natildeo se faccedila um controle riacutegido da temperatura deve-se usar uma temperatura ambiente de 40oC
bull Caso o dissipador fique dentro de algum bastidor ou caixa na qual a temperatura possa se elevar acima dos 40oC deve-se considerar sempre a maacutexima temperatura do ar com o qual o dissipador troca calor Eacute conveniente agrave falta de maiores informaccedilotildees utilizar o valor de 40oC e verificar apoacutes a entrada em operaccedilatildeo do protoacutetipo a verdadeira temperatura ambiente
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bull Deve-se verificar a necessidade do uso de isoladores (mica teflon ou mylar) e natildeo desconsiderar suas resistecircncias teacutermicas middot O emprego de pastas teacutermicas eacute sempre recomendado e se deve considerar tambeacutem sua resistecircncia teacutermica
b) No transitoacuterio
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Apecircndice A
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Laboratoacuterio 1
Diodo Ache os componentes em sucatas e monte o circuito abaixo em placa de circuito impresso corroiacuteda Lista de material
4 Diodos 1N4007 2 Capacitores 330uF200V 2 Resistores 150K 18W 1 Suporte p lacircmpada 1 Lacircmpada 40W220V 1 Conector p placa de 2 bornes 6 Chaves HH 1 Rabicho com plugue Placa p circuito impresso virgem (fibra fenolite perfurada) Caneta retro projetor ou esmalte p unhas Palha de accedilo ou acetona e pedaccedilo de pano Soluccedilatildeo de percloreto de ferro Estanho em fio
Obs Colocar o seu nome no lado do cobre a caneta ou esmalte antes da corrosatildeo
Montado na placa o circuito acima e testado fazer os seguintes exerciacutecios 1 ndash Com o interruptor Ch7 ligado os interruptores Ch3 Ch4 Ch5 e Ch6 desligados e os interruptores Ch1 e Ch2 na posiccedilatildeo 1 faccedila a seguinte medida meccedila com o osciloscoacutepio colocando a garra jacareacute onde aparece o GND e o pinccedila no ponto 1 de forma que apareccedila somente o semi-ciclo positivo na tela tambeacutem reproduza abaixo a forma de onda encontrada e registre onde a posiccedilatildeo do zero O aparelho ajustado da seguinte forma O botatildeo de tempodivisatildeo em 5mS O botatildeo tensatildeodivisatildeo ajustado em 5V A ponteira ajustada em X10
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2 ndash Permanecendo o interruptor Ch7 ligado Ch5 e Ch6 desligados poreacutem Ch1 e Ch2 na posiccedilatildeo 2 e Ch3 e Ch4 ligados faccedila novamente a medida e reproduza na tela abaixo a forma de onda
3 - Permanecendo o interruptor Ch7 ligado Ch3 Ch4 Ch5 e Ch6 agora ligados e Ch1 e Ch2 na posiccedilatildeo 2 faccedila novamente a medida e reproduza na tela abaixo a forma de onda
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4 ndash O que aconteceu com a potecircncia (brilho) da lacircmpada Com circuito configurado como no exerciacutecio 1 e exerciacutecio 3 (aumentou ou diminuiu) Porque ocorreu isto _____________________________________________________________________________________
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5 ndash Qual eacute a nova potecircncia da lacircmpada Provar por meio de caacutelculos 6 ndash Por fim com o circuito configurado como no exerciacutecio 3 coloque uma lacircmpada de maior potecircncia e visualize o ripple novamente com o osciloscoacutepio explique o que ocorreu _____________________________________________________________________________________
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Laboratoacuterio 2 TRANSISTOR BIPOLAR (BJT)
Os transistores de potecircncia apresentam caracteriacutesticas de chaveamento controlado Os transistores utilizados como elementos de chaveamento operam na regiatildeo de saturaccedilatildeo apresentando uma baixa queda de tensatildeo de conduccedilatildeo (VCE=0V) (VBE=13V)
Este laboratoacuterio tem o objetivo de fazer um retificador e filtro diretamente da rede alternada com componentes retirados de fontes chaveadas de computadores apoacutes o estaacutegio de retificaccedilatildeo e filtro faremos funcionar uma lacircmpada incandescente de 220 volts corrente alternada em corrente contiacutenua com o auxiacutelio de um transistor de potencia tambeacutem retirado das mesmas fontes
Calcule o R1 e monte o circuito e apoacutes responda as questotildees
Pinos 1 ndash Base 2 ndash Coletor 3 ndash Emissor
Alguns transistores encontrados em fontes chaveadas de computador Transistor VCE (V) Ic (A) β MJE13007 400 8 5
2SC4106 400 7 10
2SC5027 800 3 8
2SC5353 800 3 15
2SC2335 400 7 10
2SC4242 400 7 10
2SC5763 400 7 10
1 ndash Escolha o transistor e faccedila o calculo para descobrir R1 e depois monte o circuito Transistor escolhido ______________
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2 ndash Meccedila a corrente no ponto 1 e compare com o calculado Faccedila as observaccedilotildees necessaacuterias
Corrente no ponto (1)
Calculado
Medido _____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
3 ndash Por que existem os resistores em paralelo com os capacitores
_____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
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Laboratoacuterio 3
TRANSISTOR EFEITO DE CAMPO (FET) O transistor de potecircncia MOSFET eacute um dispositivo de tensatildeo controlada e necessita apenas de tensatildeo no gatilho A velocidade de chaveamento eacute muito alta (nanosegundos) MOSFETrsquos de potecircncia satildeo utilizados em conversores de baixa potecircncia e alta frequumlecircncia Estes transistores apresentam problemas de descargas eletrostaacuteticas necessitando de cuidados especiais Este experimento tem como objetivo mostrar o funcionamento de Mosfets em uma aplicaccedilatildeo pratica para tanto montaremos o circuito abaixo
Pinagem 1 ndash GATE 2 ndash DRAIN 3 ndash SOURCE
Alguns transistores encontrados no comeacutercio
Transistor Tensatildeo Vds(V) Corrente Id (A)
IRF840 500 85 IRF740 400 10
1 ndash Meccedila a corrente no ponto 1 Corrente no ponto 1 ______________ No ponto 2 coloque 1deg o multiacutemetro antes de ligar o circuito Meccedila a corrente no ponto 2 Corrente no ponto 2 ______________ Por que isto ocorre 2 ndash Calcule a corrente que passa entre os resistores E compare com os valores medidos e faccedila as observaccedilotildees necessaacuterias
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Laboratoacuterio 4
SCR E TRIAC
Este laboratoacuterio tem o objetivo de comprovar o funcionamento do componente SCR e TRIAC e diferenciaacute-los 1
A - Primeiramente ligue a chave 1 mantendo a chave 2 desligada o que ocorre _____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
B ndash Mantendo ligada a chave 1 ligue a chave 2 por um breve intervalo de tempo e desligue-a O que acontece Justifique sua resposta _____________________________________________________________________________________ _____________________________________________________________________________________ 2
C ndash Faccedila a mesma sequumlecircncia usada nas questotildees A e B Sequumlecircncia da questatildeo A________________________________________________________________
Sequumlecircncia da questatildeo B_________________________________________________________________
D - Faccedila as consideraccedilotildees comparando os circuitos 1 e 2
_____________________________________________________________________________________ _____________________________________________________________________________________
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3
E ndash Faccedila um comentaacuterio sobre a omissatildeo das chaves _____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
4
F - Comente os circuitos 3 e 4 haacute alguma diferenccedila no brilho da lacircmpada
_____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
Pinos do SCR e BTA 1 ndash Catodo A2 2 ndash Anodo A1 3 ndash Gatilho
Alguns SCRs encontrados no comeacutercio
Tiristor
Tensatildeo Vds(V)
Corrente Id (A)
BT151 500 85 TIC106 400 10
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Laboratoacuterio 5
DIAC E TRIAC O objetivo eacute montar o circuito abaixo e visualizar com o osciloscoacutepio a forma de onda em cima da carga no nosso caso a lacircmpada enquanto varia o potenciocircmetro
Pinagem 1 ndash A1 2 ndash A2 3 ndash G Alguns triacs encontrado no comeacutercio BTA08 ndash 8A BTA26 ndash 26A MAC224 ndash 40A TIC226 ndash 8A
Coloque a ponteira em cima da carga e deixe o potenciocircmetro no meio do curso e reproduza na tela abaixo Registre o ajuste que foi feito no osciloscoacutepio para aparecer o meio ciclo superior na tela
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Laboratoacuterio 6
PWM Este circuito eacute simples com o famoso CI 555 para gerar o sinal PWM Controlando uma carga que conseguimos observar o estaacute acontecendo
1 ndash Qual a frequumlecircncia gerada do sinal PWM _______________________________________________________________________________
_______________________________________________________________________________
2 ndash O que acontece com a lacircmpada quando varia o potenciocircmetro
_______________________________________________________________________________
_______________________________________________________________________________
3 ndash Trocando o capacitor de 100nF por um de 10nF qual seraacute a nova frequumlecircncia
_______________________________________________________________________________
_______________________________________________________________________________
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Laboratoacuterio 7
INVERSOR Este circuito eacute o conceito baacutesico do princiacutepio de funcionamento de um inversor que eacute capaz de gerar uma tensatildeo alternada a partir de uma tensatildeo contiacutenua
1 ndash O motor estaacute girando _____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
2 ndash Caso afirmativo na primeira pergunta coloque a ponteira do osciloscoacutepio em um dos terminais do motor e a garra jacareacute no terra e meccedila a frequumlecircncia _____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
3 ndash O que estaacute acontecendo com o motor em suas caracteriacutesticas fiacutesicas Mudou a velocidade estaacute aquecendo estaacute trepidando etc _____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
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Apendice B
Coacutedigo de resistores
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Capacitores ceracircmicos
O valor do capacitorB eacute de 3300 pF (picofarad = 10-12 F) ou 33 nF (nanofarad = 10-9 F) ou 00033 microF (microfarad =
10-6 F) No capacitor A devemos acrescentar mais 4 zeros apoacutes os dois primeiros algarismos O valor do capacitor que se lecirc 104 eacute de 100000 pF ou 100 nF ou 01microF
O aparecimento de uma letra maiuacutescula ao lado dos nuacutemeros Esta letra refere-se a toleracircncia do capacitor ou seja o quanto que o capacitor pode variar de seu valor em uma temperatura padratildeo de 25deg C A letra J significa que este capacitor pode variar ateacute plusmn5 de seu valor a letra K = plusmn10 ou M = plusmn20 Segue na tabela abaixo os coacutedigos de toleracircncias de capacitacircncia
Ateacute 10pF Coacutedigo Acima de 10pF
plusmn01pF B
plusmn025pF C
plusmn05pF D
plusmn10pF F plusmn1
G plusmn2
H plusmn3
J plusmn5
K plusmn10
M plusmn20
S -50 -20
Z +80 -20
ou +100 -20
P +100 -0
O coeficiente de temperatura TC que define a variaccedilatildeo da capacitacircncia dentro de uma determinada faixa de temperatura O TC eacute normalmente expresso em ou ppmdegC ( partes por milhatildeo degC ) Eacute usado uma sequumlecircncia de letras ou letras e nuacutemeros para representar os coeficientes Observe o desenho abaixo
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Na tabela abaixo estatildeo mais alguns coeficientes de temperatura e as toleracircncias que satildeo muito utilizadas por diversos fabricantes de capacitores
Coacutedigo Coeficiente de temperatura NPO -0plusmn 30ppmdegC N075 -75plusmn 30ppmdegC N150 -150plusmn 30ppmdegC N220 -220plusmn 60ppmdegC N330 -330plusmn 60ppmdegC N470 -470plusmn 60ppmdegC N750 -750plusmn 120ppmdegC N1500 -1500plusmn 250ppmdegC N2200 -2200plusmn 500ppmdegC N3300 -3300plusmn 500ppmdegC N4700 -4700plusmn 1000ppmdegC N5250 -5250plusmn 1000ppmdegC P100 +100plusmn 30ppmdegC
Outra forma de representar coeficientes de temperatura eacute mostrado abaixo Eacute usada em capacitores que se caracterizam
pela alta capacitacircncia por unidade de volume (dimensotildees reduzidas) devido a alta constante dieleacutetrica sendo recomendados para aplicaccedilatildeo em desacoplamentos acoplamentos e supressatildeo de interferecircncias em baixas tensotildees
Os coeficientes satildeo tambeacutem representados exibindo sequumlecircncias de letras e nuacutemeros como por exemplo X7R Y5F e Z5U Para um capacitor Z5U a faixa de operaccedilatildeo eacute de +10degC que significa Temperatura Miacutenima seguido de +85degC que significa Temperatura Maacutexima e uma variaccedilatildeo Maacutexima de capacitacircncia dentro desses limites de temperatura que natildeo ultrapassa -56 +22
Veja as trecircs tabelas abaixo para compreender este exemplo e entender outros coeficientes
Temperatura Miacutenima
Temperatura Maacutexima
Variaccedilatildeo Maacutexima de Capacitacircncia
X -55degC Y -30degC Z +10degC
2 +45degC 4 +65degC 5 +85degC 6 +105degC 7 +125degC
A plusmn10 B plusmn15 C plusmn22 D plusmn33 E plusmn47 F plusmn75 P plusmn10 R plusmn15 S plusmn22 T -33 +22 U -56 +22 V -82 +22
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Capacitores de filme plaacutestico
O desenho ao lado mostra capacitores que tem os seus valores impressos em nanofarad (nF) = 10-9F Quando aparece no capacitor uma letra n minuacutescula como um dos tipos apresentados ao lado por exemplo 3n3 significa que este capacitor eacute de 33nF No exemplo o n minuacutesculo eacute colocado ao meio dos nuacutemeros apenas para economizar uma viacutergula e evitar erro de interpretaccedilatildeo de seu valor
Capacitores de Ceracircmica Multicamada
Capacitores de Polieacutester Metalizado usando coacutedigo de cores
A tabela abaixo mostra como interpretar o coacutedigo de cores dos capacitores abaixo No capacitor A as 3 primeiras cores satildeo laranja laranja e laranja correspondem a 33000 equivalendo a 33 nF A cor branca logo adiante eacute referente a plusmn10 de toleracircncia E o vermelho representa a tensatildeo nominal que eacute de 250 volts
1ordf Algarismo 2ordf Algarismo 3ordf Ndeg de zeros 4ordf Toleracircncia 5ordf Tensatildeo
PRETO 0 0 - plusmn 20 -
MARROM 1 1 0 - -
VERMELHO 2 2 00 - 250V
LARANJA 3 3 000 - -
AMARELO 4 4 0000 - 400V
VERDE 5 5 00000 - -
AZUL 6 6 - - 630V
VIOLETA 7 7 - - -
CINZA 8 8 - - -
BRANCO 9 9 - plusmn 10 -
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Apecircndice C
Osciloscoacutepio Geralmente os osciloscoacutepios tecircm os controles e entradas que podem ser divididos em cinco grupos
1 ndash Controle da fonte de alimentaccedilatildeo 2 ndash Controles de ajuste do traccedilo ou ponto na tela 3 ndash Controles e entrada de atuaccedilatildeo vertical 4 ndash Controles e entrada de atuaccedilatildeo horizontal 5 ndash Controles de entrada de sincronismo
1 - CONTROLE DA FONTE DE ALIMENTACcedilAtildeO 11 - INTERRUPTOR Sua funccedilatildeo eacute interromper ou estabelecer a corrente no primaacuterio do transformador de fora Sua atuaccedilatildeo normalmente eacute acompanhada por uma lacircmpada piloto que serve de aviso visual sobre a situaccedilatildeo do circuito (ligado ou desligado) Normalmente este interruptor se encontra acoplado junto do potenciocircmetro de controle de brilho 12 - COMUTADOR DE TENSAtildeO Sua funccedilatildeo eacute selecionar a tensatildeo de funcionamento do osciloscoacutepio (127 220V) Permite utilizar o instrumento sem a necessidade de recorrer a um transformador abaixador ou elevador de tensatildeo (geralmente o acesso deste comutador eacute visto na parte de traz do aparelho) 2 - CONTROLES DE AJUSTE DO TRACcedilO OU PONTO NA TELA 21 - BRILHO OU LUMINOSIDADE Eacute o controle que ajusta a luminosidade do ponto ou do traccedilo O controle do brilho eacute feito por meio de um potenciocircmetro situado no circuito da grade de controle do TRC mediante o qual se regula o potencial desta grade (deve-se evitar o uso de brilho excessivo sob pena de se danificar a tela) 22 - FOCO Eacute o controle que ajusta a nitidez do ponto ou traccedilo luminoso O ajuste do foco eacute conseguido mediante a regulagem de um potenciocircmetro que regula a polarizaccedilatildeo do eletrodo de enfoque O foco deve ser ajustado de forma a se obter um traccedilo fino e niacutetido na tela (estes ajustes de brilho e de foco satildeo ajustes baacutesicos que devem ser feitos sempre que se for usar o osciloscoacutepio)
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23 - ILUMINACcedilAtildeO DA RETIacuteCULA Permite que se ilumine o quadriculado ou as divisotildees na tela 3 - CONTROLES E ENTRADA DE ATUACcedilAtildeO VERTICAL 31 - ENTRADA DE SINAL VERTICAL Nesta entrada eacute conectada a ponta de prova do osciloscoacutepio As variaccedilotildees de tensatildeo aplicadas nesta entrada aparecem sob forma de figura na tela 32 - CHAVE DE SELECcedilAtildeO DE MODO DE ENTRADA (CA-CC) Esta chave eacute selecionada de acordo com o tipo de forma de onda a ser observada Em alguns osciloscoacutepios esta chave possui trecircs posiccedilotildees (CA-0-CC ou AC-GND-DC) Esta posiccedilatildeo adicional eacute usada para a realizaccedilatildeo de ajustes do traccedilo do osciloscoacutepio em algumas situaccedilotildees Por exemplo quando se deseja Uma referecircncia na tela 33 - CHAVE SELETORA DE GANHO (VDiv) Esta chave permite que se aumente ou que se diminua a amplitude de projeccedilatildeo na tela do osciloscoacutepio (altura da imagem) 34 - POSICcedilAtildeO VERTICAL Permite movimentar a imagem para cima ou para baixo na tela A movimentaccedilatildeo natildeo interfere na forma da figura projetada na tela 4 - CONTROLES DE ATUACcedilAO HORIZONTAL 41 - CHAVE SELETORA DE BASE DE TEMPO Eacute o controle que permite variar o tempo de deslocamento horizontal do ponto na tela Atraveacutes deste controle eacute possiacutevel reduzir ou ampliar horizontalmente na tela a figura nela projetada Em alguns osciloscoacutepios esta chave seletora tem uma posiccedilatildeo identificada como EXT (externa) o que possibilita que o deslocamento horizontal pode ser controlado por circuito externo ao osciloscoacutepio atraveacutes de uma entrada especiacutefica Quando a posiccedilatildeo externa eacute selecionada natildeo haacute formaccedilatildeo do traccedilo na tela obtendo-se apenas um ponto 42 - POSICcedilAtildeO HORIZONTAL Eacute o ajuste que permite controlar horizontalmente a forma de onda na tela Girando o controle de posiccedilatildeo horizontal para a direita o traccedilo move-se horizontalmente para a direita e vice-versa Assim como o controle de posiccedilatildeo vertical o controle de posiccedilatildeo horizontal natildeo interfere na forma da figura projetada na tela
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5 - CONTROLES E ENTRADA DE SINCRONISMO (TRIGGER) Satildeo controles que se destinam a fixar a imagem na tela Estes controles satildeo utilizados principalmente na observaccedilatildeo de sinais alternados Os controles de sincronismo satildeo Chave seletora de fonte de sincronismo Chave de modo de sincronismo Controle de niacutevel de sincronismo 51 - CHAVE SELETORA DE FONTE DE SINCRONISMO Seleciona onde seraacute tomada o sinal de sincronismo para fixar a imagem na tela do osciloscoacutepio Normalmente esta chave possui trecircs posiccedilotildees pelo menos POSICcedilAtildeO CH1 O sincronismo eacute controlado pelo sinal aplicado ao canal 1 POSICcedilAtildeO REDE Realiza o sincronismo com base na frequecircncia da rede de alimentaccedilatildeo do osciloscoacutepio (60Hz) Nesta posiccedilatildeo consegue-se facilmente sincronizar na tela sinais aplicados na entrada vertical que sejam obtidos a partir da rede eleacutetrica POSICcedilAtildeO EXTERNO Na posiccedilatildeo externo o sincronismo da figura eacute obtido agrave partir de outro equipamento externo conectado ao osciloscoacutepio O sinal que controla o sincronismo na posiccedilatildeo externo eacute aplicado a entrada de sincronismo 52 - CHAVE DE MODO DE SINCRONISMO Normalmente esta chave tem duas ou trecircs posiccedilotildees AUTO Nesta posiccedilatildeo o osciloscoacutepio realiza o sincronismo automaticamente com base no sinal selecionado pela chave seletora de fonte de sincronismo NORMAL + O sincronismo eacute positivo ajustado manualmente pelo controle de niacutevel de sincronismo (TRIGGER) de modo que o primeiro pico que apareccedila na tela seja o positivo NORMAL - O sincronismo eacute negativo tambeacutem ajustado manualmente entretanto o primeiro pico a aparecer eacute o negativo 53 - CONTROLE DE NIacuteVEL DE SINCRONISMO (TRIGGER) Eacute um controle manual que permite o ajuste do sincronismo quando natildeo se consegue um sincronismo automaacutetico Tem atuaccedilatildeo nas posiccedilotildees NORMAL + e NORMAL - OBSERVACcedilAtildeO Para se realizar leituras eacute necessaacuterio sincronizar a figura na tela II - ENTRADA E CONTROLE DO OSCILOSCOacutePIO DUPLO TRACcedilO O osciloscoacutepio de duplo traccedilo possui alguns controles que satildeo comuns aos dois traccedilos e outros que satildeo individuais Os controles de brilho foco base de tempo e de posiccedilatildeo horizontal satildeo controles que satildeo comuns aos dois traccedilos Basicamente os controles individuais situam-se nas entradas e controles do vertical nos controles e entrada de sincronismo ENTRADAS E CONTROLES DO VERTICAL Para que se possa observar dois sinais simultaneamente eacute necessaacuterio que se aplique uma tensatildeo em cada uma das entradas verticais O osciloscoacutepio duplo traccedilo dispotildee de dois grupos de controles verticais Um grupo para o canal A ou canal 1 (CH1) Um grupo para o canal B ou canal 2 (CH2) Cada grupo controla um dos sinais na tela (amplitude posiccedilatildeo vertical etc) Geralmente satildeo iguais Cada canal dispotildee de Entrada Vertical Chave Seletora CA-O-CC Chave Seletora de ganho vertical (DDiv) Posiccedilatildeo vertical Um osciloscoacutepio de duplo traccedilo pode ainda ser utilizado como sendo um osciloscoacutepio de traccedilo simples Uma chave seletora permite que se possa selecionar cada canal individualmente ou os dois simultaneamente Esta chave possui pelo menos trecircs posiccedilotildees CH1
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CH2 DUAL Na posiccedilatildeo CH1 apareceraacute apenas a imagem na tela que estiver sendo aplicada na entrada vertical do canal 1 Na posiccedilatildeo CH2 apareceraacute apenas a imagem na tela que estiver sendo aplicada na entrada vertical do canal 2 Na posiccedilatildeo DUAL aparecem as duas imagens Em osciloscoacutepios mais sofisticados esta chave pode possuir mais posiccedilotildees de modo a permitir outras alternativas de uso CONTROLES DE SINCRONISMO Realizam as mesmas funccedilotildees do osciloscoacutepio traccedilo simples que eacute a de fixar a imagem na tela O que diferencia eacute o fato de que na chave seletora de fonte existe uma posiccedilatildeo adicional de modo a poder sincronizar a figura PONTAS DE PROVA As pontas de prova satildeo utilizadas para interligar o osciloscoacutepio aos pontos de medida
Uma das extremidades da ponta de prova eacute conectada a uma das entradas do osciloscoacutepio atraveacutes de um conector e a extremidade livre serve para conexatildeo aos pontos de medida A extremidade livre possui uma garra jacareacute denominada de terra da ponta de prova que deve ser conectada ao terra do circuito e uma ponta de entrada de sinal que deve ser conectada no ponto que se deseja medir Existem dois tipos de ponta de prova ponta de prova 11 ponta de prova 101 A ponta de prova 11 se caracteriza por aplicar agrave entrada do osciloscoacutepio a mesma tensatildeo ou forma de onda que eacute aplicada a ponta de mediccedilatildeo A ponta de prova 101 entrega ao osciloscoacutepio apenas a deacutecima parte da tensatildeo aplicada a ponta de mediccedilatildeo As pontas de prova 101 permitem que o osciloscoacutepio consiga observar tensotildees dez vezes maior que a sua capacidade Por exemplo Um osciloscoacutepio que permite a leitura de tensotildees de 50V com ponta de prova 11 com ponta de prova 101 poderaacute medir tensotildees de ateacute 500V (10x50V) Existem pontas de prova que dispotildee de um botatildeo onde se pode selecionar 101 ou 11 Obs Quando natildeo se tem total certeza da grandeza da tensatildeo envolvida eacute aconselhaacutevel iniciar a mediccedilatildeo com o posiccedilatildeo 101
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Bibliografia
1 Dispositivos semicondutores tiristores controle de potecircncia em CC e CA 1996 - ALMEIDA Joseacute Luiz Antunes de Satildeo Paulo Eacuterica 1996 150 p
2 Dispositivos semicondutores diodos e transistores 1996 MARQUES Angelo Eduardo B
CHOUERI JUacuteNIOR Salomatildeo CRUZ Eduardo Cesar Alves Satildeo Paulo Eacuterica 1996 389 p
3 Anaacutelise e projeto de fontes chaveadas MELLO Luiz Fernando P de Satildeo Paulo Eacuterica 1996 487 p
4 Eletrocircnica de potecircncia circuitos dispositivos e aplicaccedilotildees 1999 RASHID Muhammad H Satildeo Paulo Makron Books 1999 828 p
5 Eletrocircnica de potecircncia 1994 - PALMA Guilherme Rebouccedilas da Satildeo Paulo Eacuterica 1994 259 p
6 Dispositivos eletrocircnicos e teoria de circuitos - 8 ed 2004 -
BOYLESTAD Robert L NASHELSKY Louis CAMARGO Joseacute Bueno de NASCIMENTO Joseacute Lucimar do PERTENCE JUNIOR Antonio (Coord) Satildeo Paulo Pearson Prentice Hall 2004 672 p
7 Rodrigues Isac Zilli Notas de aula da disciplina de Eletrocircnica II do Curso de Engenharia
Eleacutetrica da UPF Passo Fundo RS 2000
8 Ghirardello Ariovaldo Apostila sobre Modulaccedilatildeo PWM Coleacutegio Politec
9 Electronics Workbench Versatildeo 512
10 LabcenterElectronics 1989-2008 Release 75 SP3
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O valor desta defasagem eacute dada pela equaccedilatildeo τ=(R1+R2)C Variando R2 consegue-se
variar o angula de disparo do Triac Porem como o capacitor nem sempre se carrega apartir de uma tensatildeo fixa natildeo se tem uma regularidade no disparo
Para resolvermos este problema estudaremos o Diac na sequumlecircncia
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8 - Diac Os diacs satildeo diodos de disparo bidirecional composto por trecircs camadas (PNP) com a simples funccedilatildeo de disparar tiristores Sua construccedilatildeo assemelha-se a de um transistor bipolar poreacutem difere na dopagem do cristal N
Seu funcionamento eacute simples Para passar do estado de bloqueio para o estado de conduccedilatildeo eacute preciso ultrapassar a tensatildeo de ruptura (VR) rompendo assim a junccedilatildeo polarizada inversamente podendo a corrente fluir em ambos sentidos
Para voltar ao estado de bloqueio basta remover a tensatildeo por alguns instantes Os diacs servem para controlar o disparo de triacs quando uma tensatildeo de referecircncia chegar a certo valor
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9 - Retificadores a tiristor A estrutura baacutesica de retificadores controlado consiste na mesma metodologia vista anteriormente com diodos porem com esta estrutura somente os semiciclos positivos da fonte de alimentaccedilatildeo seratildeo aplicados na carga quando os SCRs forem disparados Jaacute os semiciclos negativos satildeo omitidos como jaacute estudado anteriormente Agora temos um circuito de controle dos gatilhos dos SCRs mais requintado podendo fazer o controle entre 0deg a 180deg Vamos dar exemplos de montagem dos circuitos para que seja melhor entendido
Retificador monofaacutesico de meia onda
Retificador monofaacutesico de onda completa com ponto meacutedio
Retificador monofaacutesico em ponte completa
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Retificador semi-controlado ou em ponte mista
Retificador trifaacutesico de meia onda
Retificador trifaacutesico de onda completa (Ponte de Graetz)
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10 - PWM Para comeccedilarmos o estudo do PWM que vem do inglecircs Pulse Width Modulation ou seja modulaccedilatildeo
por largura de pulso temos que ter alguns preacute-requisitos em mente Uma maneira tradicional de se controlar a potencia de uma carga eacute atraveacutes de um potenciocircmetro ou reostato em seacuterie com a carga conforme mostra a figura abaixo este tipo de controle eacute denominada linear
Variando-se a resistecircncia do potenciocircmetro pode-se modificar a corrente na carga e portanto a potecircncia aplicada a ela
A grande desvantagem deste tipo de controle eacute que a queda de tensatildeo multiplicada pela corrente no R em seacuterie representa uma potencia na forma de calor Conforme o ajuste deste o controle passa a dissipar mais potencia que a carga
O R tem de ser capaz de dissipar esta potencia sendo assim o seu tamanho fiacutesico cresce proporcionalmente com a sua potencia tornando-se caro Embora este controle seja ateacute intuitivo porem natildeo eacute muito inteligente no que diz respeito de desperdiacutecio de energia Consideremos entatildeo o mesmo circuito soacute trocamos o controle como podemos ver no desenho abaixo
Consideremos ainda que esta chave tem uma accedilatildeo muito raacutepida Quando o interruptor estaacute aberto natildeo haacute corrente na carga e a potecircncia aplicada eacute nula No instante em que o interruptor eacute fechado a carga recebe a tensatildeo total da fonte e a potecircncia aplicada eacute maacutexima
Entatildeo para termos uma potencia de 50 a ideacuteia eacute deixarmos um tempo x com a chave ligada e o mesmo tempo com a chave desligada Isso significa que em meacutedia teremos metade do tempo com corrente e metade do tempo sem corrente concluindo que a potencia ficaraacute em 50
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A potecircncia meacutedia e portanto a proacutepria tensatildeo meacutedia aplicada agrave carga eacute neste caso 50 da tensatildeo de entrada
Veja que o interruptor fechado pode definir uma largura de pulso pelo tempo em que ele fica nesta condiccedilatildeo e um intervalo entre pulsos pelo tempo em que ele fica aberto Os dois tempos juntos definem o periacuteodo e portanto uma frequecircncia de controle
A relaccedilatildeo entre o tempo em que temos o pulso e a duraccedilatildeo de um ciclo completo de operaccedilatildeo do interruptor nos define ainda o ciclo ativo conforme eacute mostrado na figura 5
Variando-se a largura do pulso e tambeacutem o intervalo de modo a termos ciclos ativos diferentes podemos controlar a potecircncia meacutedia aplicada a uma carga Assim quando a largura do pulso varia de zero ateacute o maacuteximo a potecircncia tambeacutem varia na mesma proporccedilatildeo conforme estaacute indicado na figura 6
Este princiacutepio eacute usado justamente no controle PWM modulamos (variamos) a largura do pulso de modo a controlar o ciclo ativo do sinal aplicado a uma carga e com isso a potecircncia aplicada a ela
Na praacutetica substituiacutemos o interruptor por algum dispositivo de estado soacutelido que possa abrir e fechar o circuito rapidamente como por exemplo um transistor bipolar um FET de potecircncia um IGBT ou ateacute mesmo um SCR
A este dispositivo eacute entatildeo ligado um oscilador que possa ter seu ciclo ativo controlado numa grande faixa de valores Na praacutetica eacute difiacutecil chegar agrave duraccedilatildeo zero do pulso e agrave 100 jaacute que isso implicaria na parada do oscilador mas podemos chegar bem perto disso
Na operaccedilatildeo de um controle por PWM existem diversas vantagens a serem consideradas e alguns pontos para os quais o projetista deve ficar atento para natildeo jogar fora estas vantagens
Na condiccedilatildeo de aberto nenhuma corrente circula pelo dispositivo de controle e portanto sua dissipaccedilatildeo eacute nula Na condiccedilatildeo de fechado teoricamente se ele apresenta uma resistecircncia nula a queda de tensatildeo eacute nula e ele natildeo dissipa tambeacutem nenhuma potecircncia
Isso significa que na teoria os controles PWM natildeo dissipam potecircncia alguma e portanto consistem em soluccedilotildees ideais para este tipo de aplicaccedilatildeo
Na praacutetica entretanto isso natildeo ocorre Em primeiro lugar os dispositivos usados no controle natildeo satildeo capazes de abrir e fechar o circuito num tempo infinitamente pequeno Eles precisam de um tempo para mudar de estado e neste intervalo de tempo sua resistecircncia sobe de um valor muito pequeno ateacute infinito e vice-versa numa curva de comutaccedilatildeo semelhante a mostrada na figura 10
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Neste intervalo de tempo a queda de tensatildeo e a corrente atraveacutes do dispositivo natildeo satildeo nulas e uma boa quantidade de calor poderaacute ser gerada conforme a carga controlada Dependendo da frequecircncia de controle e da resposta do dispositivo usado uma boa quantidade de calor poderaacute ser gerada neste processo de comutaccedilatildeo
Entretanto mesmo com este problema a potecircncia gerada num controle PWM ainda eacute muito menor do que num circuito de controle linear equivalente Transistores de comutaccedilatildeo raacutepidos FETs de potecircncia e outros componentes de chaveamento podem ser suficientemente raacutepidos para permitir que projetos de controles de potecircncias elevadas sejam implementados sem a necessidade de grandes dissipadores de calor ou que tenham problemas de perdas de energia por geraccedilatildeo de calor que possam ser preocupantes
O segundo problema que poderaacute surgir vem justamente do fato de que os transistores de efeito de campo ou bipolares usados em comutaccedilatildeo natildeo se comportam como resistecircncias nulas quando saturados Os transistores bipolares podem apresentar uma queda de tensatildeo de ateacute alguns volts quando saturados o mesmo ocorrendo com os FETs
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11 - Soft-Starter
Soft start eacute um dispositivo eletrocircnico composto de pontes tiristorizadas a fim de controlar a corrente de partida de motores de corrente alternada trifaacutesicos o controle da tensatildeo reduzida eacute feita ajustando-se o acircngulo de disparo de um par de SCRs dispostos em antiparalelo em cada fase do motor A medida que a tensatildeo vai aumentando a corrente aumenta para acelerar a carga de uma maneira suave e sem degraus Seu uso eacute comum em bombas centriacutefugas ventiladores e motores de elevada potecircncia cuja aplicaccedilatildeo natildeo exija a variaccedilatildeo de velocidade
A vantagem desta teacutecnica sobre as alternativas de custo baixo eacute a possibilidade de ajustarmos o torque do motor as necessidades de torque da carga
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12 - Inversores
Introduccedilatildeo A obtenccedilatildeo de uma tensatildeo alternada a partir de uma fonte CC eacute muitas vezes necessaacuteria para a
alimentaccedilatildeo de diversas cargas Os conversores que realizam a transformaccedilatildeo CC-CA satildeo chamados de inversores Como exemplos de aplicaccedilotildees pode-se citar o controle de velocidade de motores de corrente alternada fontes de alimentaccedilatildeo ininterrupta (no-break) entre varias outras aplicaccedilotildees
Qualquer sistema no qual o fornecimento da energia eleacutetrica natildeo pode ser interrompido deve prever uma fonte de emergecircncia para supri-lo Quando a potecircncia instalada eacute muito grande tem-se em geral um sistema de acionamento imediato alimentado a partir de baterias e um sistema motor-gerador que por necessitar de alguns minutos para estar em condiccedilotildees ideais de operaccedilatildeo natildeo pode ser usado de imediato Tal arranjo eacute usado por exemplo em centrais telefocircnicas hospitais etc Topologias Baacutesicas
Inversor Monofaacutesico em Ponte A estrutura do inversos monofaacutesico em ponte alimentando carga resistiva estaacute representado na
Figura abaixo
As formas de onda de interesse satildeo apresentadas na figura abaixo Com S1 e S4 em conduccedilatildeo a
tensatildeo na carga eacute igual a E quando S2 e S3 estatildeo em conduccedilatildeo ela torna-se igual a -E
Quando a carga for indutiva devem ser adicionados a estrutura do circuito mostrado acima os
diodos de circulaccedilatildeo D1 D2 D3 e D4 como indica a figura abaixo Observe que com carga indutiva a fonte E deve ser reversiacutevel em corrente
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Etapas de funcionamento do inversor em ponte alimentando carga indutiva
Inversor Monofaacutesico em Ponto Meacutedio Este circuito representado na figura abaixo emprega apenas um braccedilo sendo desse modo mais
simples de ser comandado que o inversor em ponte porem a sua desvantagem eacute a tensatildeo de saiacuteda ser a metade
Inversor Monofaacutesico em Ponte
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13 - Dissipadores
A circulaccedilatildeo de corrente eleacutetrica por qualquer elemento provoca uma dissipaccedilatildeo de potecircncia igual ao produto do quadrado da corrente pela resistecircncia do circuito O objetivo eacute estabelecer criteacuterios para o dimensionamento de sistemas de dissipaccedilatildeo do calor produzido por componentes eletrocircnicos especialmente semicondutores de potecircncia (diodostransistores tiristores etc) buscando a proteccedilatildeo de tais componentes tendo como meta fundamental a elevada confiabilidade dos equipamentos nos quais os dispositivos satildeo empregados Deve-se buscar reduccedilatildeo de volume peso e custos
Caacutelculo da Potecircncia Dissipada
O caacutelculo da potecircncia dissipada deve ser feito via de regra pelo produto da tensatildeo pela corrente sobre o dispositivo em questatildeo
Comportamento em regime permanente potecircncia meacutedia
Nos dispositivos semicondutores de potecircncia o calor decorrente do efeito Joule eacute produzido na pastilha semicondutora fluindo daiacute para ambientes mais frios como o encapsulamento do dispositivo e o ambiente Este fluxo de calor depende de fatores como o gradiente de temperatura e as caracteriacutesticas teacutermicas dos meios e materiais envolvidos Define-se a grandeza ldquoresistecircncia teacutermicardquo como uma medida da dificuldade do fluxo de calor entre 2 meios ∆T diferenccedila de temperatura entre regiotildees de transferecircncia de calor P potecircncia meacutedia dissipada h coeficiente de transferecircncia de calor A aacuterea envolvida na transferecircncia de calor
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ANALOGIA COM CIRCUITO ELEacuteTRICO Em geral se faz uma analogia com um circuito eleacutetrico sendo a potecircncia meacutedia representada por uma fonte de corrente As temperaturas nos ambientes indicados (junccedilatildeo caacutepsula ambiente) satildeo anaacutelogas agraves tensotildees nos respectivos noacutes enquanto as resistecircncias teacutermicas satildeo as proacuteprias resistecircncias do modelo
Tj=Temperatura da junccedilatildeo Rtjc=Resistecircncia teacutermica entre junccedilatildeo e encapsulamento Tc=temperatura do encapsulamento Rtca=Resist Term Entre encapsulamento e ambiente Rtcd=Resist Entre encapsulament e dissipador Rtda=Resist Teacutermica entre dissipador e ambiente Partindo do anaacutelogo eleacutetrico chegamos a seguinte equaccedilatildeo tiacutepica Tj = Ta + P (Rtjc + Rtca) Exemplo 1 P = 20 W Rtjc = 2degCW Rtca = 10degCW Ta = 40degC Tjmax = 120degC Tc = Ta + P Rtca = 240degC Tj = Tc + P Rtjc = 280degC
Dissipadores de calor Considerando que natildeo seja possiacutevel reduzir a potecircncia meacutedia dissipada a alternativa para a proteccedilatildeo do semicondutor eacute colocar um dispositivo de baixa resistecircncia teacutermica entre o encapsulamento e o ambiente A este elemento colocado junto ao encapsulamento se diz ldquodissipador de calorrdquo Caracteriacutesticas dos dissipadores As principais caracteriacutesticas estatildeo relacionadas com dimensotildees e especialmente agrave sua superfiacutecie de contato com o ambiente Em geral estes dispositivos satildeo construiacutedos em alumiacutenio dada sua boa condutividade teacutermica (condiccedilatildeo indispensaacutevel) baixo custo e peso A figura mostra perfis tiacutepicos de dissipadores A utilizaccedilatildeo de grande nuacutemero de aletas eacute para aumentar a aacuterea de troca de calor A resistecircncia teacutermica para uma placa plana quadrada pode ser aproximadamente dada por
λ condutacircncia teacutermica (a 77o C) [W(oCcm)] W espessura do dissipador [mm]
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A aacuterea do dissipador [cm2] Cf fator de correccedilatildeo devido agrave posiccedilatildeo e tipo de superfiacutecie Na tabela abaixo satildeo dados alguns valores para os coeficientes da foacutermula O fator Cf varia com a posiccedilatildeo do dissipador sendo preferiacutevel uma montagem vertical agrave horizontal por criar um efeito ldquochamineacuterdquo Dissipadores pretos satildeo melhores irradiadores de calor que aqueles com superfiacutecie brilhante
Comportamento em regime transitoacuterio potecircncia de pico Quando a potecircncia dissipada no semicondutor consiste de pulsos de potecircncia eacute preciso verificar a proteccedilatildeo do componente em relaccedilatildeo aos picos de dissipaccedilatildeo Durante a ocorrecircncia do pico de potecircncia ocorre a elevaccedilatildeo da temperatura da junccedilatildeo embora natildeo ocorra variaccedilatildeo nas temperaturas do encapsulamento e do dissipador (que dependem da potecircncia meacutedia) devido agrave maior capacidade teacutermica da caacutepsula e especialmente do dissipador Tal capacidade teacutermica relaciona-se com o tipo de material utilizado e seu volume Na analogia eleacutetrica utilizada anteriormente ela se comporta como uma capacitacircncia O caacutelculo da temperatura da junccedilatildeo em tal regime transitoacuterio eacute feito utilizando uma grandeza chamada ldquoimpedacircncia teacutermicardquo Ztjc que leva em consideraccedilatildeo a capacidade teacutermica da junccedilatildeo Exemplo 2 Rtjc = 2deg CW Rtca = 5deg CW Rtcd = 2deg CW Rtda = 3deg CW Ztjc = 005deg CW Tjmax = 150deg C Ta = 40deg C P = 20W Pp = 1000W
Tj = 130 oC (o componente estaacute protegido em relaccedilatildeo agrave potecircncia meacutedia) Tc = 90 oC Tj = Tc + Pp Ztjc = 140 oC
Caacutelculo dos Dissipadores
bull A temperatura de trabalho da junccedilatildeo deve ser 20 a 30 menor que seu valor maacuteximo para permitir a proteccedilatildeo do componente sem super-dimensionar o dissipador middot Para ambientes nos quais natildeo se faccedila um controle riacutegido da temperatura deve-se usar uma temperatura ambiente de 40oC
bull Caso o dissipador fique dentro de algum bastidor ou caixa na qual a temperatura possa se elevar acima dos 40oC deve-se considerar sempre a maacutexima temperatura do ar com o qual o dissipador troca calor Eacute conveniente agrave falta de maiores informaccedilotildees utilizar o valor de 40oC e verificar apoacutes a entrada em operaccedilatildeo do protoacutetipo a verdadeira temperatura ambiente
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bull Deve-se verificar a necessidade do uso de isoladores (mica teflon ou mylar) e natildeo desconsiderar suas resistecircncias teacutermicas middot O emprego de pastas teacutermicas eacute sempre recomendado e se deve considerar tambeacutem sua resistecircncia teacutermica
b) No transitoacuterio
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Apecircndice A
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Laboratoacuterio 1
Diodo Ache os componentes em sucatas e monte o circuito abaixo em placa de circuito impresso corroiacuteda Lista de material
4 Diodos 1N4007 2 Capacitores 330uF200V 2 Resistores 150K 18W 1 Suporte p lacircmpada 1 Lacircmpada 40W220V 1 Conector p placa de 2 bornes 6 Chaves HH 1 Rabicho com plugue Placa p circuito impresso virgem (fibra fenolite perfurada) Caneta retro projetor ou esmalte p unhas Palha de accedilo ou acetona e pedaccedilo de pano Soluccedilatildeo de percloreto de ferro Estanho em fio
Obs Colocar o seu nome no lado do cobre a caneta ou esmalte antes da corrosatildeo
Montado na placa o circuito acima e testado fazer os seguintes exerciacutecios 1 ndash Com o interruptor Ch7 ligado os interruptores Ch3 Ch4 Ch5 e Ch6 desligados e os interruptores Ch1 e Ch2 na posiccedilatildeo 1 faccedila a seguinte medida meccedila com o osciloscoacutepio colocando a garra jacareacute onde aparece o GND e o pinccedila no ponto 1 de forma que apareccedila somente o semi-ciclo positivo na tela tambeacutem reproduza abaixo a forma de onda encontrada e registre onde a posiccedilatildeo do zero O aparelho ajustado da seguinte forma O botatildeo de tempodivisatildeo em 5mS O botatildeo tensatildeodivisatildeo ajustado em 5V A ponteira ajustada em X10
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2 ndash Permanecendo o interruptor Ch7 ligado Ch5 e Ch6 desligados poreacutem Ch1 e Ch2 na posiccedilatildeo 2 e Ch3 e Ch4 ligados faccedila novamente a medida e reproduza na tela abaixo a forma de onda
3 - Permanecendo o interruptor Ch7 ligado Ch3 Ch4 Ch5 e Ch6 agora ligados e Ch1 e Ch2 na posiccedilatildeo 2 faccedila novamente a medida e reproduza na tela abaixo a forma de onda
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4 ndash O que aconteceu com a potecircncia (brilho) da lacircmpada Com circuito configurado como no exerciacutecio 1 e exerciacutecio 3 (aumentou ou diminuiu) Porque ocorreu isto _____________________________________________________________________________________
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_____________________________________________________________________________________
5 ndash Qual eacute a nova potecircncia da lacircmpada Provar por meio de caacutelculos 6 ndash Por fim com o circuito configurado como no exerciacutecio 3 coloque uma lacircmpada de maior potecircncia e visualize o ripple novamente com o osciloscoacutepio explique o que ocorreu _____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
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Laboratoacuterio 2 TRANSISTOR BIPOLAR (BJT)
Os transistores de potecircncia apresentam caracteriacutesticas de chaveamento controlado Os transistores utilizados como elementos de chaveamento operam na regiatildeo de saturaccedilatildeo apresentando uma baixa queda de tensatildeo de conduccedilatildeo (VCE=0V) (VBE=13V)
Este laboratoacuterio tem o objetivo de fazer um retificador e filtro diretamente da rede alternada com componentes retirados de fontes chaveadas de computadores apoacutes o estaacutegio de retificaccedilatildeo e filtro faremos funcionar uma lacircmpada incandescente de 220 volts corrente alternada em corrente contiacutenua com o auxiacutelio de um transistor de potencia tambeacutem retirado das mesmas fontes
Calcule o R1 e monte o circuito e apoacutes responda as questotildees
Pinos 1 ndash Base 2 ndash Coletor 3 ndash Emissor
Alguns transistores encontrados em fontes chaveadas de computador Transistor VCE (V) Ic (A) β MJE13007 400 8 5
2SC4106 400 7 10
2SC5027 800 3 8
2SC5353 800 3 15
2SC2335 400 7 10
2SC4242 400 7 10
2SC5763 400 7 10
1 ndash Escolha o transistor e faccedila o calculo para descobrir R1 e depois monte o circuito Transistor escolhido ______________
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2 ndash Meccedila a corrente no ponto 1 e compare com o calculado Faccedila as observaccedilotildees necessaacuterias
Corrente no ponto (1)
Calculado
Medido _____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
3 ndash Por que existem os resistores em paralelo com os capacitores
_____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
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Laboratoacuterio 3
TRANSISTOR EFEITO DE CAMPO (FET) O transistor de potecircncia MOSFET eacute um dispositivo de tensatildeo controlada e necessita apenas de tensatildeo no gatilho A velocidade de chaveamento eacute muito alta (nanosegundos) MOSFETrsquos de potecircncia satildeo utilizados em conversores de baixa potecircncia e alta frequumlecircncia Estes transistores apresentam problemas de descargas eletrostaacuteticas necessitando de cuidados especiais Este experimento tem como objetivo mostrar o funcionamento de Mosfets em uma aplicaccedilatildeo pratica para tanto montaremos o circuito abaixo
Pinagem 1 ndash GATE 2 ndash DRAIN 3 ndash SOURCE
Alguns transistores encontrados no comeacutercio
Transistor Tensatildeo Vds(V) Corrente Id (A)
IRF840 500 85 IRF740 400 10
1 ndash Meccedila a corrente no ponto 1 Corrente no ponto 1 ______________ No ponto 2 coloque 1deg o multiacutemetro antes de ligar o circuito Meccedila a corrente no ponto 2 Corrente no ponto 2 ______________ Por que isto ocorre 2 ndash Calcule a corrente que passa entre os resistores E compare com os valores medidos e faccedila as observaccedilotildees necessaacuterias
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Laboratoacuterio 4
SCR E TRIAC
Este laboratoacuterio tem o objetivo de comprovar o funcionamento do componente SCR e TRIAC e diferenciaacute-los 1
A - Primeiramente ligue a chave 1 mantendo a chave 2 desligada o que ocorre _____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
B ndash Mantendo ligada a chave 1 ligue a chave 2 por um breve intervalo de tempo e desligue-a O que acontece Justifique sua resposta _____________________________________________________________________________________ _____________________________________________________________________________________ 2
C ndash Faccedila a mesma sequumlecircncia usada nas questotildees A e B Sequumlecircncia da questatildeo A________________________________________________________________
Sequumlecircncia da questatildeo B_________________________________________________________________
D - Faccedila as consideraccedilotildees comparando os circuitos 1 e 2
_____________________________________________________________________________________ _____________________________________________________________________________________
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3
E ndash Faccedila um comentaacuterio sobre a omissatildeo das chaves _____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
4
F - Comente os circuitos 3 e 4 haacute alguma diferenccedila no brilho da lacircmpada
_____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
Pinos do SCR e BTA 1 ndash Catodo A2 2 ndash Anodo A1 3 ndash Gatilho
Alguns SCRs encontrados no comeacutercio
Tiristor
Tensatildeo Vds(V)
Corrente Id (A)
BT151 500 85 TIC106 400 10
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Laboratoacuterio 5
DIAC E TRIAC O objetivo eacute montar o circuito abaixo e visualizar com o osciloscoacutepio a forma de onda em cima da carga no nosso caso a lacircmpada enquanto varia o potenciocircmetro
Pinagem 1 ndash A1 2 ndash A2 3 ndash G Alguns triacs encontrado no comeacutercio BTA08 ndash 8A BTA26 ndash 26A MAC224 ndash 40A TIC226 ndash 8A
Coloque a ponteira em cima da carga e deixe o potenciocircmetro no meio do curso e reproduza na tela abaixo Registre o ajuste que foi feito no osciloscoacutepio para aparecer o meio ciclo superior na tela
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Laboratoacuterio 6
PWM Este circuito eacute simples com o famoso CI 555 para gerar o sinal PWM Controlando uma carga que conseguimos observar o estaacute acontecendo
1 ndash Qual a frequumlecircncia gerada do sinal PWM _______________________________________________________________________________
_______________________________________________________________________________
2 ndash O que acontece com a lacircmpada quando varia o potenciocircmetro
_______________________________________________________________________________
_______________________________________________________________________________
3 ndash Trocando o capacitor de 100nF por um de 10nF qual seraacute a nova frequumlecircncia
_______________________________________________________________________________
_______________________________________________________________________________
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Laboratoacuterio 7
INVERSOR Este circuito eacute o conceito baacutesico do princiacutepio de funcionamento de um inversor que eacute capaz de gerar uma tensatildeo alternada a partir de uma tensatildeo contiacutenua
1 ndash O motor estaacute girando _____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
2 ndash Caso afirmativo na primeira pergunta coloque a ponteira do osciloscoacutepio em um dos terminais do motor e a garra jacareacute no terra e meccedila a frequumlecircncia _____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
3 ndash O que estaacute acontecendo com o motor em suas caracteriacutesticas fiacutesicas Mudou a velocidade estaacute aquecendo estaacute trepidando etc _____________________________________________________________________________________
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Apendice B
Coacutedigo de resistores
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Capacitores ceracircmicos
O valor do capacitorB eacute de 3300 pF (picofarad = 10-12 F) ou 33 nF (nanofarad = 10-9 F) ou 00033 microF (microfarad =
10-6 F) No capacitor A devemos acrescentar mais 4 zeros apoacutes os dois primeiros algarismos O valor do capacitor que se lecirc 104 eacute de 100000 pF ou 100 nF ou 01microF
O aparecimento de uma letra maiuacutescula ao lado dos nuacutemeros Esta letra refere-se a toleracircncia do capacitor ou seja o quanto que o capacitor pode variar de seu valor em uma temperatura padratildeo de 25deg C A letra J significa que este capacitor pode variar ateacute plusmn5 de seu valor a letra K = plusmn10 ou M = plusmn20 Segue na tabela abaixo os coacutedigos de toleracircncias de capacitacircncia
Ateacute 10pF Coacutedigo Acima de 10pF
plusmn01pF B
plusmn025pF C
plusmn05pF D
plusmn10pF F plusmn1
G plusmn2
H plusmn3
J plusmn5
K plusmn10
M plusmn20
S -50 -20
Z +80 -20
ou +100 -20
P +100 -0
O coeficiente de temperatura TC que define a variaccedilatildeo da capacitacircncia dentro de uma determinada faixa de temperatura O TC eacute normalmente expresso em ou ppmdegC ( partes por milhatildeo degC ) Eacute usado uma sequumlecircncia de letras ou letras e nuacutemeros para representar os coeficientes Observe o desenho abaixo
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Na tabela abaixo estatildeo mais alguns coeficientes de temperatura e as toleracircncias que satildeo muito utilizadas por diversos fabricantes de capacitores
Coacutedigo Coeficiente de temperatura NPO -0plusmn 30ppmdegC N075 -75plusmn 30ppmdegC N150 -150plusmn 30ppmdegC N220 -220plusmn 60ppmdegC N330 -330plusmn 60ppmdegC N470 -470plusmn 60ppmdegC N750 -750plusmn 120ppmdegC N1500 -1500plusmn 250ppmdegC N2200 -2200plusmn 500ppmdegC N3300 -3300plusmn 500ppmdegC N4700 -4700plusmn 1000ppmdegC N5250 -5250plusmn 1000ppmdegC P100 +100plusmn 30ppmdegC
Outra forma de representar coeficientes de temperatura eacute mostrado abaixo Eacute usada em capacitores que se caracterizam
pela alta capacitacircncia por unidade de volume (dimensotildees reduzidas) devido a alta constante dieleacutetrica sendo recomendados para aplicaccedilatildeo em desacoplamentos acoplamentos e supressatildeo de interferecircncias em baixas tensotildees
Os coeficientes satildeo tambeacutem representados exibindo sequumlecircncias de letras e nuacutemeros como por exemplo X7R Y5F e Z5U Para um capacitor Z5U a faixa de operaccedilatildeo eacute de +10degC que significa Temperatura Miacutenima seguido de +85degC que significa Temperatura Maacutexima e uma variaccedilatildeo Maacutexima de capacitacircncia dentro desses limites de temperatura que natildeo ultrapassa -56 +22
Veja as trecircs tabelas abaixo para compreender este exemplo e entender outros coeficientes
Temperatura Miacutenima
Temperatura Maacutexima
Variaccedilatildeo Maacutexima de Capacitacircncia
X -55degC Y -30degC Z +10degC
2 +45degC 4 +65degC 5 +85degC 6 +105degC 7 +125degC
A plusmn10 B plusmn15 C plusmn22 D plusmn33 E plusmn47 F plusmn75 P plusmn10 R plusmn15 S plusmn22 T -33 +22 U -56 +22 V -82 +22
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Capacitores de filme plaacutestico
O desenho ao lado mostra capacitores que tem os seus valores impressos em nanofarad (nF) = 10-9F Quando aparece no capacitor uma letra n minuacutescula como um dos tipos apresentados ao lado por exemplo 3n3 significa que este capacitor eacute de 33nF No exemplo o n minuacutesculo eacute colocado ao meio dos nuacutemeros apenas para economizar uma viacutergula e evitar erro de interpretaccedilatildeo de seu valor
Capacitores de Ceracircmica Multicamada
Capacitores de Polieacutester Metalizado usando coacutedigo de cores
A tabela abaixo mostra como interpretar o coacutedigo de cores dos capacitores abaixo No capacitor A as 3 primeiras cores satildeo laranja laranja e laranja correspondem a 33000 equivalendo a 33 nF A cor branca logo adiante eacute referente a plusmn10 de toleracircncia E o vermelho representa a tensatildeo nominal que eacute de 250 volts
1ordf Algarismo 2ordf Algarismo 3ordf Ndeg de zeros 4ordf Toleracircncia 5ordf Tensatildeo
PRETO 0 0 - plusmn 20 -
MARROM 1 1 0 - -
VERMELHO 2 2 00 - 250V
LARANJA 3 3 000 - -
AMARELO 4 4 0000 - 400V
VERDE 5 5 00000 - -
AZUL 6 6 - - 630V
VIOLETA 7 7 - - -
CINZA 8 8 - - -
BRANCO 9 9 - plusmn 10 -
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Apecircndice C
Osciloscoacutepio Geralmente os osciloscoacutepios tecircm os controles e entradas que podem ser divididos em cinco grupos
1 ndash Controle da fonte de alimentaccedilatildeo 2 ndash Controles de ajuste do traccedilo ou ponto na tela 3 ndash Controles e entrada de atuaccedilatildeo vertical 4 ndash Controles e entrada de atuaccedilatildeo horizontal 5 ndash Controles de entrada de sincronismo
1 - CONTROLE DA FONTE DE ALIMENTACcedilAtildeO 11 - INTERRUPTOR Sua funccedilatildeo eacute interromper ou estabelecer a corrente no primaacuterio do transformador de fora Sua atuaccedilatildeo normalmente eacute acompanhada por uma lacircmpada piloto que serve de aviso visual sobre a situaccedilatildeo do circuito (ligado ou desligado) Normalmente este interruptor se encontra acoplado junto do potenciocircmetro de controle de brilho 12 - COMUTADOR DE TENSAtildeO Sua funccedilatildeo eacute selecionar a tensatildeo de funcionamento do osciloscoacutepio (127 220V) Permite utilizar o instrumento sem a necessidade de recorrer a um transformador abaixador ou elevador de tensatildeo (geralmente o acesso deste comutador eacute visto na parte de traz do aparelho) 2 - CONTROLES DE AJUSTE DO TRACcedilO OU PONTO NA TELA 21 - BRILHO OU LUMINOSIDADE Eacute o controle que ajusta a luminosidade do ponto ou do traccedilo O controle do brilho eacute feito por meio de um potenciocircmetro situado no circuito da grade de controle do TRC mediante o qual se regula o potencial desta grade (deve-se evitar o uso de brilho excessivo sob pena de se danificar a tela) 22 - FOCO Eacute o controle que ajusta a nitidez do ponto ou traccedilo luminoso O ajuste do foco eacute conseguido mediante a regulagem de um potenciocircmetro que regula a polarizaccedilatildeo do eletrodo de enfoque O foco deve ser ajustado de forma a se obter um traccedilo fino e niacutetido na tela (estes ajustes de brilho e de foco satildeo ajustes baacutesicos que devem ser feitos sempre que se for usar o osciloscoacutepio)
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23 - ILUMINACcedilAtildeO DA RETIacuteCULA Permite que se ilumine o quadriculado ou as divisotildees na tela 3 - CONTROLES E ENTRADA DE ATUACcedilAtildeO VERTICAL 31 - ENTRADA DE SINAL VERTICAL Nesta entrada eacute conectada a ponta de prova do osciloscoacutepio As variaccedilotildees de tensatildeo aplicadas nesta entrada aparecem sob forma de figura na tela 32 - CHAVE DE SELECcedilAtildeO DE MODO DE ENTRADA (CA-CC) Esta chave eacute selecionada de acordo com o tipo de forma de onda a ser observada Em alguns osciloscoacutepios esta chave possui trecircs posiccedilotildees (CA-0-CC ou AC-GND-DC) Esta posiccedilatildeo adicional eacute usada para a realizaccedilatildeo de ajustes do traccedilo do osciloscoacutepio em algumas situaccedilotildees Por exemplo quando se deseja Uma referecircncia na tela 33 - CHAVE SELETORA DE GANHO (VDiv) Esta chave permite que se aumente ou que se diminua a amplitude de projeccedilatildeo na tela do osciloscoacutepio (altura da imagem) 34 - POSICcedilAtildeO VERTICAL Permite movimentar a imagem para cima ou para baixo na tela A movimentaccedilatildeo natildeo interfere na forma da figura projetada na tela 4 - CONTROLES DE ATUACcedilAO HORIZONTAL 41 - CHAVE SELETORA DE BASE DE TEMPO Eacute o controle que permite variar o tempo de deslocamento horizontal do ponto na tela Atraveacutes deste controle eacute possiacutevel reduzir ou ampliar horizontalmente na tela a figura nela projetada Em alguns osciloscoacutepios esta chave seletora tem uma posiccedilatildeo identificada como EXT (externa) o que possibilita que o deslocamento horizontal pode ser controlado por circuito externo ao osciloscoacutepio atraveacutes de uma entrada especiacutefica Quando a posiccedilatildeo externa eacute selecionada natildeo haacute formaccedilatildeo do traccedilo na tela obtendo-se apenas um ponto 42 - POSICcedilAtildeO HORIZONTAL Eacute o ajuste que permite controlar horizontalmente a forma de onda na tela Girando o controle de posiccedilatildeo horizontal para a direita o traccedilo move-se horizontalmente para a direita e vice-versa Assim como o controle de posiccedilatildeo vertical o controle de posiccedilatildeo horizontal natildeo interfere na forma da figura projetada na tela
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5 - CONTROLES E ENTRADA DE SINCRONISMO (TRIGGER) Satildeo controles que se destinam a fixar a imagem na tela Estes controles satildeo utilizados principalmente na observaccedilatildeo de sinais alternados Os controles de sincronismo satildeo Chave seletora de fonte de sincronismo Chave de modo de sincronismo Controle de niacutevel de sincronismo 51 - CHAVE SELETORA DE FONTE DE SINCRONISMO Seleciona onde seraacute tomada o sinal de sincronismo para fixar a imagem na tela do osciloscoacutepio Normalmente esta chave possui trecircs posiccedilotildees pelo menos POSICcedilAtildeO CH1 O sincronismo eacute controlado pelo sinal aplicado ao canal 1 POSICcedilAtildeO REDE Realiza o sincronismo com base na frequecircncia da rede de alimentaccedilatildeo do osciloscoacutepio (60Hz) Nesta posiccedilatildeo consegue-se facilmente sincronizar na tela sinais aplicados na entrada vertical que sejam obtidos a partir da rede eleacutetrica POSICcedilAtildeO EXTERNO Na posiccedilatildeo externo o sincronismo da figura eacute obtido agrave partir de outro equipamento externo conectado ao osciloscoacutepio O sinal que controla o sincronismo na posiccedilatildeo externo eacute aplicado a entrada de sincronismo 52 - CHAVE DE MODO DE SINCRONISMO Normalmente esta chave tem duas ou trecircs posiccedilotildees AUTO Nesta posiccedilatildeo o osciloscoacutepio realiza o sincronismo automaticamente com base no sinal selecionado pela chave seletora de fonte de sincronismo NORMAL + O sincronismo eacute positivo ajustado manualmente pelo controle de niacutevel de sincronismo (TRIGGER) de modo que o primeiro pico que apareccedila na tela seja o positivo NORMAL - O sincronismo eacute negativo tambeacutem ajustado manualmente entretanto o primeiro pico a aparecer eacute o negativo 53 - CONTROLE DE NIacuteVEL DE SINCRONISMO (TRIGGER) Eacute um controle manual que permite o ajuste do sincronismo quando natildeo se consegue um sincronismo automaacutetico Tem atuaccedilatildeo nas posiccedilotildees NORMAL + e NORMAL - OBSERVACcedilAtildeO Para se realizar leituras eacute necessaacuterio sincronizar a figura na tela II - ENTRADA E CONTROLE DO OSCILOSCOacutePIO DUPLO TRACcedilO O osciloscoacutepio de duplo traccedilo possui alguns controles que satildeo comuns aos dois traccedilos e outros que satildeo individuais Os controles de brilho foco base de tempo e de posiccedilatildeo horizontal satildeo controles que satildeo comuns aos dois traccedilos Basicamente os controles individuais situam-se nas entradas e controles do vertical nos controles e entrada de sincronismo ENTRADAS E CONTROLES DO VERTICAL Para que se possa observar dois sinais simultaneamente eacute necessaacuterio que se aplique uma tensatildeo em cada uma das entradas verticais O osciloscoacutepio duplo traccedilo dispotildee de dois grupos de controles verticais Um grupo para o canal A ou canal 1 (CH1) Um grupo para o canal B ou canal 2 (CH2) Cada grupo controla um dos sinais na tela (amplitude posiccedilatildeo vertical etc) Geralmente satildeo iguais Cada canal dispotildee de Entrada Vertical Chave Seletora CA-O-CC Chave Seletora de ganho vertical (DDiv) Posiccedilatildeo vertical Um osciloscoacutepio de duplo traccedilo pode ainda ser utilizado como sendo um osciloscoacutepio de traccedilo simples Uma chave seletora permite que se possa selecionar cada canal individualmente ou os dois simultaneamente Esta chave possui pelo menos trecircs posiccedilotildees CH1
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CH2 DUAL Na posiccedilatildeo CH1 apareceraacute apenas a imagem na tela que estiver sendo aplicada na entrada vertical do canal 1 Na posiccedilatildeo CH2 apareceraacute apenas a imagem na tela que estiver sendo aplicada na entrada vertical do canal 2 Na posiccedilatildeo DUAL aparecem as duas imagens Em osciloscoacutepios mais sofisticados esta chave pode possuir mais posiccedilotildees de modo a permitir outras alternativas de uso CONTROLES DE SINCRONISMO Realizam as mesmas funccedilotildees do osciloscoacutepio traccedilo simples que eacute a de fixar a imagem na tela O que diferencia eacute o fato de que na chave seletora de fonte existe uma posiccedilatildeo adicional de modo a poder sincronizar a figura PONTAS DE PROVA As pontas de prova satildeo utilizadas para interligar o osciloscoacutepio aos pontos de medida
Uma das extremidades da ponta de prova eacute conectada a uma das entradas do osciloscoacutepio atraveacutes de um conector e a extremidade livre serve para conexatildeo aos pontos de medida A extremidade livre possui uma garra jacareacute denominada de terra da ponta de prova que deve ser conectada ao terra do circuito e uma ponta de entrada de sinal que deve ser conectada no ponto que se deseja medir Existem dois tipos de ponta de prova ponta de prova 11 ponta de prova 101 A ponta de prova 11 se caracteriza por aplicar agrave entrada do osciloscoacutepio a mesma tensatildeo ou forma de onda que eacute aplicada a ponta de mediccedilatildeo A ponta de prova 101 entrega ao osciloscoacutepio apenas a deacutecima parte da tensatildeo aplicada a ponta de mediccedilatildeo As pontas de prova 101 permitem que o osciloscoacutepio consiga observar tensotildees dez vezes maior que a sua capacidade Por exemplo Um osciloscoacutepio que permite a leitura de tensotildees de 50V com ponta de prova 11 com ponta de prova 101 poderaacute medir tensotildees de ateacute 500V (10x50V) Existem pontas de prova que dispotildee de um botatildeo onde se pode selecionar 101 ou 11 Obs Quando natildeo se tem total certeza da grandeza da tensatildeo envolvida eacute aconselhaacutevel iniciar a mediccedilatildeo com o posiccedilatildeo 101
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Bibliografia
1 Dispositivos semicondutores tiristores controle de potecircncia em CC e CA 1996 - ALMEIDA Joseacute Luiz Antunes de Satildeo Paulo Eacuterica 1996 150 p
2 Dispositivos semicondutores diodos e transistores 1996 MARQUES Angelo Eduardo B
CHOUERI JUacuteNIOR Salomatildeo CRUZ Eduardo Cesar Alves Satildeo Paulo Eacuterica 1996 389 p
3 Anaacutelise e projeto de fontes chaveadas MELLO Luiz Fernando P de Satildeo Paulo Eacuterica 1996 487 p
4 Eletrocircnica de potecircncia circuitos dispositivos e aplicaccedilotildees 1999 RASHID Muhammad H Satildeo Paulo Makron Books 1999 828 p
5 Eletrocircnica de potecircncia 1994 - PALMA Guilherme Rebouccedilas da Satildeo Paulo Eacuterica 1994 259 p
6 Dispositivos eletrocircnicos e teoria de circuitos - 8 ed 2004 -
BOYLESTAD Robert L NASHELSKY Louis CAMARGO Joseacute Bueno de NASCIMENTO Joseacute Lucimar do PERTENCE JUNIOR Antonio (Coord) Satildeo Paulo Pearson Prentice Hall 2004 672 p
7 Rodrigues Isac Zilli Notas de aula da disciplina de Eletrocircnica II do Curso de Engenharia
Eleacutetrica da UPF Passo Fundo RS 2000
8 Ghirardello Ariovaldo Apostila sobre Modulaccedilatildeo PWM Coleacutegio Politec
9 Electronics Workbench Versatildeo 512
10 LabcenterElectronics 1989-2008 Release 75 SP3
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8 - Diac Os diacs satildeo diodos de disparo bidirecional composto por trecircs camadas (PNP) com a simples funccedilatildeo de disparar tiristores Sua construccedilatildeo assemelha-se a de um transistor bipolar poreacutem difere na dopagem do cristal N
Seu funcionamento eacute simples Para passar do estado de bloqueio para o estado de conduccedilatildeo eacute preciso ultrapassar a tensatildeo de ruptura (VR) rompendo assim a junccedilatildeo polarizada inversamente podendo a corrente fluir em ambos sentidos
Para voltar ao estado de bloqueio basta remover a tensatildeo por alguns instantes Os diacs servem para controlar o disparo de triacs quando uma tensatildeo de referecircncia chegar a certo valor
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9 - Retificadores a tiristor A estrutura baacutesica de retificadores controlado consiste na mesma metodologia vista anteriormente com diodos porem com esta estrutura somente os semiciclos positivos da fonte de alimentaccedilatildeo seratildeo aplicados na carga quando os SCRs forem disparados Jaacute os semiciclos negativos satildeo omitidos como jaacute estudado anteriormente Agora temos um circuito de controle dos gatilhos dos SCRs mais requintado podendo fazer o controle entre 0deg a 180deg Vamos dar exemplos de montagem dos circuitos para que seja melhor entendido
Retificador monofaacutesico de meia onda
Retificador monofaacutesico de onda completa com ponto meacutedio
Retificador monofaacutesico em ponte completa
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Retificador semi-controlado ou em ponte mista
Retificador trifaacutesico de meia onda
Retificador trifaacutesico de onda completa (Ponte de Graetz)
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10 - PWM Para comeccedilarmos o estudo do PWM que vem do inglecircs Pulse Width Modulation ou seja modulaccedilatildeo
por largura de pulso temos que ter alguns preacute-requisitos em mente Uma maneira tradicional de se controlar a potencia de uma carga eacute atraveacutes de um potenciocircmetro ou reostato em seacuterie com a carga conforme mostra a figura abaixo este tipo de controle eacute denominada linear
Variando-se a resistecircncia do potenciocircmetro pode-se modificar a corrente na carga e portanto a potecircncia aplicada a ela
A grande desvantagem deste tipo de controle eacute que a queda de tensatildeo multiplicada pela corrente no R em seacuterie representa uma potencia na forma de calor Conforme o ajuste deste o controle passa a dissipar mais potencia que a carga
O R tem de ser capaz de dissipar esta potencia sendo assim o seu tamanho fiacutesico cresce proporcionalmente com a sua potencia tornando-se caro Embora este controle seja ateacute intuitivo porem natildeo eacute muito inteligente no que diz respeito de desperdiacutecio de energia Consideremos entatildeo o mesmo circuito soacute trocamos o controle como podemos ver no desenho abaixo
Consideremos ainda que esta chave tem uma accedilatildeo muito raacutepida Quando o interruptor estaacute aberto natildeo haacute corrente na carga e a potecircncia aplicada eacute nula No instante em que o interruptor eacute fechado a carga recebe a tensatildeo total da fonte e a potecircncia aplicada eacute maacutexima
Entatildeo para termos uma potencia de 50 a ideacuteia eacute deixarmos um tempo x com a chave ligada e o mesmo tempo com a chave desligada Isso significa que em meacutedia teremos metade do tempo com corrente e metade do tempo sem corrente concluindo que a potencia ficaraacute em 50
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A potecircncia meacutedia e portanto a proacutepria tensatildeo meacutedia aplicada agrave carga eacute neste caso 50 da tensatildeo de entrada
Veja que o interruptor fechado pode definir uma largura de pulso pelo tempo em que ele fica nesta condiccedilatildeo e um intervalo entre pulsos pelo tempo em que ele fica aberto Os dois tempos juntos definem o periacuteodo e portanto uma frequecircncia de controle
A relaccedilatildeo entre o tempo em que temos o pulso e a duraccedilatildeo de um ciclo completo de operaccedilatildeo do interruptor nos define ainda o ciclo ativo conforme eacute mostrado na figura 5
Variando-se a largura do pulso e tambeacutem o intervalo de modo a termos ciclos ativos diferentes podemos controlar a potecircncia meacutedia aplicada a uma carga Assim quando a largura do pulso varia de zero ateacute o maacuteximo a potecircncia tambeacutem varia na mesma proporccedilatildeo conforme estaacute indicado na figura 6
Este princiacutepio eacute usado justamente no controle PWM modulamos (variamos) a largura do pulso de modo a controlar o ciclo ativo do sinal aplicado a uma carga e com isso a potecircncia aplicada a ela
Na praacutetica substituiacutemos o interruptor por algum dispositivo de estado soacutelido que possa abrir e fechar o circuito rapidamente como por exemplo um transistor bipolar um FET de potecircncia um IGBT ou ateacute mesmo um SCR
A este dispositivo eacute entatildeo ligado um oscilador que possa ter seu ciclo ativo controlado numa grande faixa de valores Na praacutetica eacute difiacutecil chegar agrave duraccedilatildeo zero do pulso e agrave 100 jaacute que isso implicaria na parada do oscilador mas podemos chegar bem perto disso
Na operaccedilatildeo de um controle por PWM existem diversas vantagens a serem consideradas e alguns pontos para os quais o projetista deve ficar atento para natildeo jogar fora estas vantagens
Na condiccedilatildeo de aberto nenhuma corrente circula pelo dispositivo de controle e portanto sua dissipaccedilatildeo eacute nula Na condiccedilatildeo de fechado teoricamente se ele apresenta uma resistecircncia nula a queda de tensatildeo eacute nula e ele natildeo dissipa tambeacutem nenhuma potecircncia
Isso significa que na teoria os controles PWM natildeo dissipam potecircncia alguma e portanto consistem em soluccedilotildees ideais para este tipo de aplicaccedilatildeo
Na praacutetica entretanto isso natildeo ocorre Em primeiro lugar os dispositivos usados no controle natildeo satildeo capazes de abrir e fechar o circuito num tempo infinitamente pequeno Eles precisam de um tempo para mudar de estado e neste intervalo de tempo sua resistecircncia sobe de um valor muito pequeno ateacute infinito e vice-versa numa curva de comutaccedilatildeo semelhante a mostrada na figura 10
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Neste intervalo de tempo a queda de tensatildeo e a corrente atraveacutes do dispositivo natildeo satildeo nulas e uma boa quantidade de calor poderaacute ser gerada conforme a carga controlada Dependendo da frequecircncia de controle e da resposta do dispositivo usado uma boa quantidade de calor poderaacute ser gerada neste processo de comutaccedilatildeo
Entretanto mesmo com este problema a potecircncia gerada num controle PWM ainda eacute muito menor do que num circuito de controle linear equivalente Transistores de comutaccedilatildeo raacutepidos FETs de potecircncia e outros componentes de chaveamento podem ser suficientemente raacutepidos para permitir que projetos de controles de potecircncias elevadas sejam implementados sem a necessidade de grandes dissipadores de calor ou que tenham problemas de perdas de energia por geraccedilatildeo de calor que possam ser preocupantes
O segundo problema que poderaacute surgir vem justamente do fato de que os transistores de efeito de campo ou bipolares usados em comutaccedilatildeo natildeo se comportam como resistecircncias nulas quando saturados Os transistores bipolares podem apresentar uma queda de tensatildeo de ateacute alguns volts quando saturados o mesmo ocorrendo com os FETs
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11 - Soft-Starter
Soft start eacute um dispositivo eletrocircnico composto de pontes tiristorizadas a fim de controlar a corrente de partida de motores de corrente alternada trifaacutesicos o controle da tensatildeo reduzida eacute feita ajustando-se o acircngulo de disparo de um par de SCRs dispostos em antiparalelo em cada fase do motor A medida que a tensatildeo vai aumentando a corrente aumenta para acelerar a carga de uma maneira suave e sem degraus Seu uso eacute comum em bombas centriacutefugas ventiladores e motores de elevada potecircncia cuja aplicaccedilatildeo natildeo exija a variaccedilatildeo de velocidade
A vantagem desta teacutecnica sobre as alternativas de custo baixo eacute a possibilidade de ajustarmos o torque do motor as necessidades de torque da carga
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12 - Inversores
Introduccedilatildeo A obtenccedilatildeo de uma tensatildeo alternada a partir de uma fonte CC eacute muitas vezes necessaacuteria para a
alimentaccedilatildeo de diversas cargas Os conversores que realizam a transformaccedilatildeo CC-CA satildeo chamados de inversores Como exemplos de aplicaccedilotildees pode-se citar o controle de velocidade de motores de corrente alternada fontes de alimentaccedilatildeo ininterrupta (no-break) entre varias outras aplicaccedilotildees
Qualquer sistema no qual o fornecimento da energia eleacutetrica natildeo pode ser interrompido deve prever uma fonte de emergecircncia para supri-lo Quando a potecircncia instalada eacute muito grande tem-se em geral um sistema de acionamento imediato alimentado a partir de baterias e um sistema motor-gerador que por necessitar de alguns minutos para estar em condiccedilotildees ideais de operaccedilatildeo natildeo pode ser usado de imediato Tal arranjo eacute usado por exemplo em centrais telefocircnicas hospitais etc Topologias Baacutesicas
Inversor Monofaacutesico em Ponte A estrutura do inversos monofaacutesico em ponte alimentando carga resistiva estaacute representado na
Figura abaixo
As formas de onda de interesse satildeo apresentadas na figura abaixo Com S1 e S4 em conduccedilatildeo a
tensatildeo na carga eacute igual a E quando S2 e S3 estatildeo em conduccedilatildeo ela torna-se igual a -E
Quando a carga for indutiva devem ser adicionados a estrutura do circuito mostrado acima os
diodos de circulaccedilatildeo D1 D2 D3 e D4 como indica a figura abaixo Observe que com carga indutiva a fonte E deve ser reversiacutevel em corrente
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Etapas de funcionamento do inversor em ponte alimentando carga indutiva
Inversor Monofaacutesico em Ponto Meacutedio Este circuito representado na figura abaixo emprega apenas um braccedilo sendo desse modo mais
simples de ser comandado que o inversor em ponte porem a sua desvantagem eacute a tensatildeo de saiacuteda ser a metade
Inversor Monofaacutesico em Ponte
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13 - Dissipadores
A circulaccedilatildeo de corrente eleacutetrica por qualquer elemento provoca uma dissipaccedilatildeo de potecircncia igual ao produto do quadrado da corrente pela resistecircncia do circuito O objetivo eacute estabelecer criteacuterios para o dimensionamento de sistemas de dissipaccedilatildeo do calor produzido por componentes eletrocircnicos especialmente semicondutores de potecircncia (diodostransistores tiristores etc) buscando a proteccedilatildeo de tais componentes tendo como meta fundamental a elevada confiabilidade dos equipamentos nos quais os dispositivos satildeo empregados Deve-se buscar reduccedilatildeo de volume peso e custos
Caacutelculo da Potecircncia Dissipada
O caacutelculo da potecircncia dissipada deve ser feito via de regra pelo produto da tensatildeo pela corrente sobre o dispositivo em questatildeo
Comportamento em regime permanente potecircncia meacutedia
Nos dispositivos semicondutores de potecircncia o calor decorrente do efeito Joule eacute produzido na pastilha semicondutora fluindo daiacute para ambientes mais frios como o encapsulamento do dispositivo e o ambiente Este fluxo de calor depende de fatores como o gradiente de temperatura e as caracteriacutesticas teacutermicas dos meios e materiais envolvidos Define-se a grandeza ldquoresistecircncia teacutermicardquo como uma medida da dificuldade do fluxo de calor entre 2 meios ∆T diferenccedila de temperatura entre regiotildees de transferecircncia de calor P potecircncia meacutedia dissipada h coeficiente de transferecircncia de calor A aacuterea envolvida na transferecircncia de calor
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ANALOGIA COM CIRCUITO ELEacuteTRICO Em geral se faz uma analogia com um circuito eleacutetrico sendo a potecircncia meacutedia representada por uma fonte de corrente As temperaturas nos ambientes indicados (junccedilatildeo caacutepsula ambiente) satildeo anaacutelogas agraves tensotildees nos respectivos noacutes enquanto as resistecircncias teacutermicas satildeo as proacuteprias resistecircncias do modelo
Tj=Temperatura da junccedilatildeo Rtjc=Resistecircncia teacutermica entre junccedilatildeo e encapsulamento Tc=temperatura do encapsulamento Rtca=Resist Term Entre encapsulamento e ambiente Rtcd=Resist Entre encapsulament e dissipador Rtda=Resist Teacutermica entre dissipador e ambiente Partindo do anaacutelogo eleacutetrico chegamos a seguinte equaccedilatildeo tiacutepica Tj = Ta + P (Rtjc + Rtca) Exemplo 1 P = 20 W Rtjc = 2degCW Rtca = 10degCW Ta = 40degC Tjmax = 120degC Tc = Ta + P Rtca = 240degC Tj = Tc + P Rtjc = 280degC
Dissipadores de calor Considerando que natildeo seja possiacutevel reduzir a potecircncia meacutedia dissipada a alternativa para a proteccedilatildeo do semicondutor eacute colocar um dispositivo de baixa resistecircncia teacutermica entre o encapsulamento e o ambiente A este elemento colocado junto ao encapsulamento se diz ldquodissipador de calorrdquo Caracteriacutesticas dos dissipadores As principais caracteriacutesticas estatildeo relacionadas com dimensotildees e especialmente agrave sua superfiacutecie de contato com o ambiente Em geral estes dispositivos satildeo construiacutedos em alumiacutenio dada sua boa condutividade teacutermica (condiccedilatildeo indispensaacutevel) baixo custo e peso A figura mostra perfis tiacutepicos de dissipadores A utilizaccedilatildeo de grande nuacutemero de aletas eacute para aumentar a aacuterea de troca de calor A resistecircncia teacutermica para uma placa plana quadrada pode ser aproximadamente dada por
λ condutacircncia teacutermica (a 77o C) [W(oCcm)] W espessura do dissipador [mm]
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A aacuterea do dissipador [cm2] Cf fator de correccedilatildeo devido agrave posiccedilatildeo e tipo de superfiacutecie Na tabela abaixo satildeo dados alguns valores para os coeficientes da foacutermula O fator Cf varia com a posiccedilatildeo do dissipador sendo preferiacutevel uma montagem vertical agrave horizontal por criar um efeito ldquochamineacuterdquo Dissipadores pretos satildeo melhores irradiadores de calor que aqueles com superfiacutecie brilhante
Comportamento em regime transitoacuterio potecircncia de pico Quando a potecircncia dissipada no semicondutor consiste de pulsos de potecircncia eacute preciso verificar a proteccedilatildeo do componente em relaccedilatildeo aos picos de dissipaccedilatildeo Durante a ocorrecircncia do pico de potecircncia ocorre a elevaccedilatildeo da temperatura da junccedilatildeo embora natildeo ocorra variaccedilatildeo nas temperaturas do encapsulamento e do dissipador (que dependem da potecircncia meacutedia) devido agrave maior capacidade teacutermica da caacutepsula e especialmente do dissipador Tal capacidade teacutermica relaciona-se com o tipo de material utilizado e seu volume Na analogia eleacutetrica utilizada anteriormente ela se comporta como uma capacitacircncia O caacutelculo da temperatura da junccedilatildeo em tal regime transitoacuterio eacute feito utilizando uma grandeza chamada ldquoimpedacircncia teacutermicardquo Ztjc que leva em consideraccedilatildeo a capacidade teacutermica da junccedilatildeo Exemplo 2 Rtjc = 2deg CW Rtca = 5deg CW Rtcd = 2deg CW Rtda = 3deg CW Ztjc = 005deg CW Tjmax = 150deg C Ta = 40deg C P = 20W Pp = 1000W
Tj = 130 oC (o componente estaacute protegido em relaccedilatildeo agrave potecircncia meacutedia) Tc = 90 oC Tj = Tc + Pp Ztjc = 140 oC
Caacutelculo dos Dissipadores
bull A temperatura de trabalho da junccedilatildeo deve ser 20 a 30 menor que seu valor maacuteximo para permitir a proteccedilatildeo do componente sem super-dimensionar o dissipador middot Para ambientes nos quais natildeo se faccedila um controle riacutegido da temperatura deve-se usar uma temperatura ambiente de 40oC
bull Caso o dissipador fique dentro de algum bastidor ou caixa na qual a temperatura possa se elevar acima dos 40oC deve-se considerar sempre a maacutexima temperatura do ar com o qual o dissipador troca calor Eacute conveniente agrave falta de maiores informaccedilotildees utilizar o valor de 40oC e verificar apoacutes a entrada em operaccedilatildeo do protoacutetipo a verdadeira temperatura ambiente
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bull Deve-se verificar a necessidade do uso de isoladores (mica teflon ou mylar) e natildeo desconsiderar suas resistecircncias teacutermicas middot O emprego de pastas teacutermicas eacute sempre recomendado e se deve considerar tambeacutem sua resistecircncia teacutermica
b) No transitoacuterio
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Apecircndice A
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Laboratoacuterio 1
Diodo Ache os componentes em sucatas e monte o circuito abaixo em placa de circuito impresso corroiacuteda Lista de material
4 Diodos 1N4007 2 Capacitores 330uF200V 2 Resistores 150K 18W 1 Suporte p lacircmpada 1 Lacircmpada 40W220V 1 Conector p placa de 2 bornes 6 Chaves HH 1 Rabicho com plugue Placa p circuito impresso virgem (fibra fenolite perfurada) Caneta retro projetor ou esmalte p unhas Palha de accedilo ou acetona e pedaccedilo de pano Soluccedilatildeo de percloreto de ferro Estanho em fio
Obs Colocar o seu nome no lado do cobre a caneta ou esmalte antes da corrosatildeo
Montado na placa o circuito acima e testado fazer os seguintes exerciacutecios 1 ndash Com o interruptor Ch7 ligado os interruptores Ch3 Ch4 Ch5 e Ch6 desligados e os interruptores Ch1 e Ch2 na posiccedilatildeo 1 faccedila a seguinte medida meccedila com o osciloscoacutepio colocando a garra jacareacute onde aparece o GND e o pinccedila no ponto 1 de forma que apareccedila somente o semi-ciclo positivo na tela tambeacutem reproduza abaixo a forma de onda encontrada e registre onde a posiccedilatildeo do zero O aparelho ajustado da seguinte forma O botatildeo de tempodivisatildeo em 5mS O botatildeo tensatildeodivisatildeo ajustado em 5V A ponteira ajustada em X10
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2 ndash Permanecendo o interruptor Ch7 ligado Ch5 e Ch6 desligados poreacutem Ch1 e Ch2 na posiccedilatildeo 2 e Ch3 e Ch4 ligados faccedila novamente a medida e reproduza na tela abaixo a forma de onda
3 - Permanecendo o interruptor Ch7 ligado Ch3 Ch4 Ch5 e Ch6 agora ligados e Ch1 e Ch2 na posiccedilatildeo 2 faccedila novamente a medida e reproduza na tela abaixo a forma de onda
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4 ndash O que aconteceu com a potecircncia (brilho) da lacircmpada Com circuito configurado como no exerciacutecio 1 e exerciacutecio 3 (aumentou ou diminuiu) Porque ocorreu isto _____________________________________________________________________________________
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5 ndash Qual eacute a nova potecircncia da lacircmpada Provar por meio de caacutelculos 6 ndash Por fim com o circuito configurado como no exerciacutecio 3 coloque uma lacircmpada de maior potecircncia e visualize o ripple novamente com o osciloscoacutepio explique o que ocorreu _____________________________________________________________________________________
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Laboratoacuterio 2 TRANSISTOR BIPOLAR (BJT)
Os transistores de potecircncia apresentam caracteriacutesticas de chaveamento controlado Os transistores utilizados como elementos de chaveamento operam na regiatildeo de saturaccedilatildeo apresentando uma baixa queda de tensatildeo de conduccedilatildeo (VCE=0V) (VBE=13V)
Este laboratoacuterio tem o objetivo de fazer um retificador e filtro diretamente da rede alternada com componentes retirados de fontes chaveadas de computadores apoacutes o estaacutegio de retificaccedilatildeo e filtro faremos funcionar uma lacircmpada incandescente de 220 volts corrente alternada em corrente contiacutenua com o auxiacutelio de um transistor de potencia tambeacutem retirado das mesmas fontes
Calcule o R1 e monte o circuito e apoacutes responda as questotildees
Pinos 1 ndash Base 2 ndash Coletor 3 ndash Emissor
Alguns transistores encontrados em fontes chaveadas de computador Transistor VCE (V) Ic (A) β MJE13007 400 8 5
2SC4106 400 7 10
2SC5027 800 3 8
2SC5353 800 3 15
2SC2335 400 7 10
2SC4242 400 7 10
2SC5763 400 7 10
1 ndash Escolha o transistor e faccedila o calculo para descobrir R1 e depois monte o circuito Transistor escolhido ______________
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2 ndash Meccedila a corrente no ponto 1 e compare com o calculado Faccedila as observaccedilotildees necessaacuterias
Corrente no ponto (1)
Calculado
Medido _____________________________________________________________________________________
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3 ndash Por que existem os resistores em paralelo com os capacitores
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Laboratoacuterio 3
TRANSISTOR EFEITO DE CAMPO (FET) O transistor de potecircncia MOSFET eacute um dispositivo de tensatildeo controlada e necessita apenas de tensatildeo no gatilho A velocidade de chaveamento eacute muito alta (nanosegundos) MOSFETrsquos de potecircncia satildeo utilizados em conversores de baixa potecircncia e alta frequumlecircncia Estes transistores apresentam problemas de descargas eletrostaacuteticas necessitando de cuidados especiais Este experimento tem como objetivo mostrar o funcionamento de Mosfets em uma aplicaccedilatildeo pratica para tanto montaremos o circuito abaixo
Pinagem 1 ndash GATE 2 ndash DRAIN 3 ndash SOURCE
Alguns transistores encontrados no comeacutercio
Transistor Tensatildeo Vds(V) Corrente Id (A)
IRF840 500 85 IRF740 400 10
1 ndash Meccedila a corrente no ponto 1 Corrente no ponto 1 ______________ No ponto 2 coloque 1deg o multiacutemetro antes de ligar o circuito Meccedila a corrente no ponto 2 Corrente no ponto 2 ______________ Por que isto ocorre 2 ndash Calcule a corrente que passa entre os resistores E compare com os valores medidos e faccedila as observaccedilotildees necessaacuterias
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Laboratoacuterio 4
SCR E TRIAC
Este laboratoacuterio tem o objetivo de comprovar o funcionamento do componente SCR e TRIAC e diferenciaacute-los 1
A - Primeiramente ligue a chave 1 mantendo a chave 2 desligada o que ocorre _____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
B ndash Mantendo ligada a chave 1 ligue a chave 2 por um breve intervalo de tempo e desligue-a O que acontece Justifique sua resposta _____________________________________________________________________________________ _____________________________________________________________________________________ 2
C ndash Faccedila a mesma sequumlecircncia usada nas questotildees A e B Sequumlecircncia da questatildeo A________________________________________________________________
Sequumlecircncia da questatildeo B_________________________________________________________________
D - Faccedila as consideraccedilotildees comparando os circuitos 1 e 2
_____________________________________________________________________________________ _____________________________________________________________________________________
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3
E ndash Faccedila um comentaacuterio sobre a omissatildeo das chaves _____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
4
F - Comente os circuitos 3 e 4 haacute alguma diferenccedila no brilho da lacircmpada
_____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
Pinos do SCR e BTA 1 ndash Catodo A2 2 ndash Anodo A1 3 ndash Gatilho
Alguns SCRs encontrados no comeacutercio
Tiristor
Tensatildeo Vds(V)
Corrente Id (A)
BT151 500 85 TIC106 400 10
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Laboratoacuterio 5
DIAC E TRIAC O objetivo eacute montar o circuito abaixo e visualizar com o osciloscoacutepio a forma de onda em cima da carga no nosso caso a lacircmpada enquanto varia o potenciocircmetro
Pinagem 1 ndash A1 2 ndash A2 3 ndash G Alguns triacs encontrado no comeacutercio BTA08 ndash 8A BTA26 ndash 26A MAC224 ndash 40A TIC226 ndash 8A
Coloque a ponteira em cima da carga e deixe o potenciocircmetro no meio do curso e reproduza na tela abaixo Registre o ajuste que foi feito no osciloscoacutepio para aparecer o meio ciclo superior na tela
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Laboratoacuterio 6
PWM Este circuito eacute simples com o famoso CI 555 para gerar o sinal PWM Controlando uma carga que conseguimos observar o estaacute acontecendo
1 ndash Qual a frequumlecircncia gerada do sinal PWM _______________________________________________________________________________
_______________________________________________________________________________
2 ndash O que acontece com a lacircmpada quando varia o potenciocircmetro
_______________________________________________________________________________
_______________________________________________________________________________
3 ndash Trocando o capacitor de 100nF por um de 10nF qual seraacute a nova frequumlecircncia
_______________________________________________________________________________
_______________________________________________________________________________
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Laboratoacuterio 7
INVERSOR Este circuito eacute o conceito baacutesico do princiacutepio de funcionamento de um inversor que eacute capaz de gerar uma tensatildeo alternada a partir de uma tensatildeo contiacutenua
1 ndash O motor estaacute girando _____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
2 ndash Caso afirmativo na primeira pergunta coloque a ponteira do osciloscoacutepio em um dos terminais do motor e a garra jacareacute no terra e meccedila a frequumlecircncia _____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
3 ndash O que estaacute acontecendo com o motor em suas caracteriacutesticas fiacutesicas Mudou a velocidade estaacute aquecendo estaacute trepidando etc _____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
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Apendice B
Coacutedigo de resistores
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Capacitores ceracircmicos
O valor do capacitorB eacute de 3300 pF (picofarad = 10-12 F) ou 33 nF (nanofarad = 10-9 F) ou 00033 microF (microfarad =
10-6 F) No capacitor A devemos acrescentar mais 4 zeros apoacutes os dois primeiros algarismos O valor do capacitor que se lecirc 104 eacute de 100000 pF ou 100 nF ou 01microF
O aparecimento de uma letra maiuacutescula ao lado dos nuacutemeros Esta letra refere-se a toleracircncia do capacitor ou seja o quanto que o capacitor pode variar de seu valor em uma temperatura padratildeo de 25deg C A letra J significa que este capacitor pode variar ateacute plusmn5 de seu valor a letra K = plusmn10 ou M = plusmn20 Segue na tabela abaixo os coacutedigos de toleracircncias de capacitacircncia
Ateacute 10pF Coacutedigo Acima de 10pF
plusmn01pF B
plusmn025pF C
plusmn05pF D
plusmn10pF F plusmn1
G plusmn2
H plusmn3
J plusmn5
K plusmn10
M plusmn20
S -50 -20
Z +80 -20
ou +100 -20
P +100 -0
O coeficiente de temperatura TC que define a variaccedilatildeo da capacitacircncia dentro de uma determinada faixa de temperatura O TC eacute normalmente expresso em ou ppmdegC ( partes por milhatildeo degC ) Eacute usado uma sequumlecircncia de letras ou letras e nuacutemeros para representar os coeficientes Observe o desenho abaixo
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Na tabela abaixo estatildeo mais alguns coeficientes de temperatura e as toleracircncias que satildeo muito utilizadas por diversos fabricantes de capacitores
Coacutedigo Coeficiente de temperatura NPO -0plusmn 30ppmdegC N075 -75plusmn 30ppmdegC N150 -150plusmn 30ppmdegC N220 -220plusmn 60ppmdegC N330 -330plusmn 60ppmdegC N470 -470plusmn 60ppmdegC N750 -750plusmn 120ppmdegC N1500 -1500plusmn 250ppmdegC N2200 -2200plusmn 500ppmdegC N3300 -3300plusmn 500ppmdegC N4700 -4700plusmn 1000ppmdegC N5250 -5250plusmn 1000ppmdegC P100 +100plusmn 30ppmdegC
Outra forma de representar coeficientes de temperatura eacute mostrado abaixo Eacute usada em capacitores que se caracterizam
pela alta capacitacircncia por unidade de volume (dimensotildees reduzidas) devido a alta constante dieleacutetrica sendo recomendados para aplicaccedilatildeo em desacoplamentos acoplamentos e supressatildeo de interferecircncias em baixas tensotildees
Os coeficientes satildeo tambeacutem representados exibindo sequumlecircncias de letras e nuacutemeros como por exemplo X7R Y5F e Z5U Para um capacitor Z5U a faixa de operaccedilatildeo eacute de +10degC que significa Temperatura Miacutenima seguido de +85degC que significa Temperatura Maacutexima e uma variaccedilatildeo Maacutexima de capacitacircncia dentro desses limites de temperatura que natildeo ultrapassa -56 +22
Veja as trecircs tabelas abaixo para compreender este exemplo e entender outros coeficientes
Temperatura Miacutenima
Temperatura Maacutexima
Variaccedilatildeo Maacutexima de Capacitacircncia
X -55degC Y -30degC Z +10degC
2 +45degC 4 +65degC 5 +85degC 6 +105degC 7 +125degC
A plusmn10 B plusmn15 C plusmn22 D plusmn33 E plusmn47 F plusmn75 P plusmn10 R plusmn15 S plusmn22 T -33 +22 U -56 +22 V -82 +22
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Capacitores de filme plaacutestico
O desenho ao lado mostra capacitores que tem os seus valores impressos em nanofarad (nF) = 10-9F Quando aparece no capacitor uma letra n minuacutescula como um dos tipos apresentados ao lado por exemplo 3n3 significa que este capacitor eacute de 33nF No exemplo o n minuacutesculo eacute colocado ao meio dos nuacutemeros apenas para economizar uma viacutergula e evitar erro de interpretaccedilatildeo de seu valor
Capacitores de Ceracircmica Multicamada
Capacitores de Polieacutester Metalizado usando coacutedigo de cores
A tabela abaixo mostra como interpretar o coacutedigo de cores dos capacitores abaixo No capacitor A as 3 primeiras cores satildeo laranja laranja e laranja correspondem a 33000 equivalendo a 33 nF A cor branca logo adiante eacute referente a plusmn10 de toleracircncia E o vermelho representa a tensatildeo nominal que eacute de 250 volts
1ordf Algarismo 2ordf Algarismo 3ordf Ndeg de zeros 4ordf Toleracircncia 5ordf Tensatildeo
PRETO 0 0 - plusmn 20 -
MARROM 1 1 0 - -
VERMELHO 2 2 00 - 250V
LARANJA 3 3 000 - -
AMARELO 4 4 0000 - 400V
VERDE 5 5 00000 - -
AZUL 6 6 - - 630V
VIOLETA 7 7 - - -
CINZA 8 8 - - -
BRANCO 9 9 - plusmn 10 -
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Apecircndice C
Osciloscoacutepio Geralmente os osciloscoacutepios tecircm os controles e entradas que podem ser divididos em cinco grupos
1 ndash Controle da fonte de alimentaccedilatildeo 2 ndash Controles de ajuste do traccedilo ou ponto na tela 3 ndash Controles e entrada de atuaccedilatildeo vertical 4 ndash Controles e entrada de atuaccedilatildeo horizontal 5 ndash Controles de entrada de sincronismo
1 - CONTROLE DA FONTE DE ALIMENTACcedilAtildeO 11 - INTERRUPTOR Sua funccedilatildeo eacute interromper ou estabelecer a corrente no primaacuterio do transformador de fora Sua atuaccedilatildeo normalmente eacute acompanhada por uma lacircmpada piloto que serve de aviso visual sobre a situaccedilatildeo do circuito (ligado ou desligado) Normalmente este interruptor se encontra acoplado junto do potenciocircmetro de controle de brilho 12 - COMUTADOR DE TENSAtildeO Sua funccedilatildeo eacute selecionar a tensatildeo de funcionamento do osciloscoacutepio (127 220V) Permite utilizar o instrumento sem a necessidade de recorrer a um transformador abaixador ou elevador de tensatildeo (geralmente o acesso deste comutador eacute visto na parte de traz do aparelho) 2 - CONTROLES DE AJUSTE DO TRACcedilO OU PONTO NA TELA 21 - BRILHO OU LUMINOSIDADE Eacute o controle que ajusta a luminosidade do ponto ou do traccedilo O controle do brilho eacute feito por meio de um potenciocircmetro situado no circuito da grade de controle do TRC mediante o qual se regula o potencial desta grade (deve-se evitar o uso de brilho excessivo sob pena de se danificar a tela) 22 - FOCO Eacute o controle que ajusta a nitidez do ponto ou traccedilo luminoso O ajuste do foco eacute conseguido mediante a regulagem de um potenciocircmetro que regula a polarizaccedilatildeo do eletrodo de enfoque O foco deve ser ajustado de forma a se obter um traccedilo fino e niacutetido na tela (estes ajustes de brilho e de foco satildeo ajustes baacutesicos que devem ser feitos sempre que se for usar o osciloscoacutepio)
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23 - ILUMINACcedilAtildeO DA RETIacuteCULA Permite que se ilumine o quadriculado ou as divisotildees na tela 3 - CONTROLES E ENTRADA DE ATUACcedilAtildeO VERTICAL 31 - ENTRADA DE SINAL VERTICAL Nesta entrada eacute conectada a ponta de prova do osciloscoacutepio As variaccedilotildees de tensatildeo aplicadas nesta entrada aparecem sob forma de figura na tela 32 - CHAVE DE SELECcedilAtildeO DE MODO DE ENTRADA (CA-CC) Esta chave eacute selecionada de acordo com o tipo de forma de onda a ser observada Em alguns osciloscoacutepios esta chave possui trecircs posiccedilotildees (CA-0-CC ou AC-GND-DC) Esta posiccedilatildeo adicional eacute usada para a realizaccedilatildeo de ajustes do traccedilo do osciloscoacutepio em algumas situaccedilotildees Por exemplo quando se deseja Uma referecircncia na tela 33 - CHAVE SELETORA DE GANHO (VDiv) Esta chave permite que se aumente ou que se diminua a amplitude de projeccedilatildeo na tela do osciloscoacutepio (altura da imagem) 34 - POSICcedilAtildeO VERTICAL Permite movimentar a imagem para cima ou para baixo na tela A movimentaccedilatildeo natildeo interfere na forma da figura projetada na tela 4 - CONTROLES DE ATUACcedilAO HORIZONTAL 41 - CHAVE SELETORA DE BASE DE TEMPO Eacute o controle que permite variar o tempo de deslocamento horizontal do ponto na tela Atraveacutes deste controle eacute possiacutevel reduzir ou ampliar horizontalmente na tela a figura nela projetada Em alguns osciloscoacutepios esta chave seletora tem uma posiccedilatildeo identificada como EXT (externa) o que possibilita que o deslocamento horizontal pode ser controlado por circuito externo ao osciloscoacutepio atraveacutes de uma entrada especiacutefica Quando a posiccedilatildeo externa eacute selecionada natildeo haacute formaccedilatildeo do traccedilo na tela obtendo-se apenas um ponto 42 - POSICcedilAtildeO HORIZONTAL Eacute o ajuste que permite controlar horizontalmente a forma de onda na tela Girando o controle de posiccedilatildeo horizontal para a direita o traccedilo move-se horizontalmente para a direita e vice-versa Assim como o controle de posiccedilatildeo vertical o controle de posiccedilatildeo horizontal natildeo interfere na forma da figura projetada na tela
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5 - CONTROLES E ENTRADA DE SINCRONISMO (TRIGGER) Satildeo controles que se destinam a fixar a imagem na tela Estes controles satildeo utilizados principalmente na observaccedilatildeo de sinais alternados Os controles de sincronismo satildeo Chave seletora de fonte de sincronismo Chave de modo de sincronismo Controle de niacutevel de sincronismo 51 - CHAVE SELETORA DE FONTE DE SINCRONISMO Seleciona onde seraacute tomada o sinal de sincronismo para fixar a imagem na tela do osciloscoacutepio Normalmente esta chave possui trecircs posiccedilotildees pelo menos POSICcedilAtildeO CH1 O sincronismo eacute controlado pelo sinal aplicado ao canal 1 POSICcedilAtildeO REDE Realiza o sincronismo com base na frequecircncia da rede de alimentaccedilatildeo do osciloscoacutepio (60Hz) Nesta posiccedilatildeo consegue-se facilmente sincronizar na tela sinais aplicados na entrada vertical que sejam obtidos a partir da rede eleacutetrica POSICcedilAtildeO EXTERNO Na posiccedilatildeo externo o sincronismo da figura eacute obtido agrave partir de outro equipamento externo conectado ao osciloscoacutepio O sinal que controla o sincronismo na posiccedilatildeo externo eacute aplicado a entrada de sincronismo 52 - CHAVE DE MODO DE SINCRONISMO Normalmente esta chave tem duas ou trecircs posiccedilotildees AUTO Nesta posiccedilatildeo o osciloscoacutepio realiza o sincronismo automaticamente com base no sinal selecionado pela chave seletora de fonte de sincronismo NORMAL + O sincronismo eacute positivo ajustado manualmente pelo controle de niacutevel de sincronismo (TRIGGER) de modo que o primeiro pico que apareccedila na tela seja o positivo NORMAL - O sincronismo eacute negativo tambeacutem ajustado manualmente entretanto o primeiro pico a aparecer eacute o negativo 53 - CONTROLE DE NIacuteVEL DE SINCRONISMO (TRIGGER) Eacute um controle manual que permite o ajuste do sincronismo quando natildeo se consegue um sincronismo automaacutetico Tem atuaccedilatildeo nas posiccedilotildees NORMAL + e NORMAL - OBSERVACcedilAtildeO Para se realizar leituras eacute necessaacuterio sincronizar a figura na tela II - ENTRADA E CONTROLE DO OSCILOSCOacutePIO DUPLO TRACcedilO O osciloscoacutepio de duplo traccedilo possui alguns controles que satildeo comuns aos dois traccedilos e outros que satildeo individuais Os controles de brilho foco base de tempo e de posiccedilatildeo horizontal satildeo controles que satildeo comuns aos dois traccedilos Basicamente os controles individuais situam-se nas entradas e controles do vertical nos controles e entrada de sincronismo ENTRADAS E CONTROLES DO VERTICAL Para que se possa observar dois sinais simultaneamente eacute necessaacuterio que se aplique uma tensatildeo em cada uma das entradas verticais O osciloscoacutepio duplo traccedilo dispotildee de dois grupos de controles verticais Um grupo para o canal A ou canal 1 (CH1) Um grupo para o canal B ou canal 2 (CH2) Cada grupo controla um dos sinais na tela (amplitude posiccedilatildeo vertical etc) Geralmente satildeo iguais Cada canal dispotildee de Entrada Vertical Chave Seletora CA-O-CC Chave Seletora de ganho vertical (DDiv) Posiccedilatildeo vertical Um osciloscoacutepio de duplo traccedilo pode ainda ser utilizado como sendo um osciloscoacutepio de traccedilo simples Uma chave seletora permite que se possa selecionar cada canal individualmente ou os dois simultaneamente Esta chave possui pelo menos trecircs posiccedilotildees CH1
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CH2 DUAL Na posiccedilatildeo CH1 apareceraacute apenas a imagem na tela que estiver sendo aplicada na entrada vertical do canal 1 Na posiccedilatildeo CH2 apareceraacute apenas a imagem na tela que estiver sendo aplicada na entrada vertical do canal 2 Na posiccedilatildeo DUAL aparecem as duas imagens Em osciloscoacutepios mais sofisticados esta chave pode possuir mais posiccedilotildees de modo a permitir outras alternativas de uso CONTROLES DE SINCRONISMO Realizam as mesmas funccedilotildees do osciloscoacutepio traccedilo simples que eacute a de fixar a imagem na tela O que diferencia eacute o fato de que na chave seletora de fonte existe uma posiccedilatildeo adicional de modo a poder sincronizar a figura PONTAS DE PROVA As pontas de prova satildeo utilizadas para interligar o osciloscoacutepio aos pontos de medida
Uma das extremidades da ponta de prova eacute conectada a uma das entradas do osciloscoacutepio atraveacutes de um conector e a extremidade livre serve para conexatildeo aos pontos de medida A extremidade livre possui uma garra jacareacute denominada de terra da ponta de prova que deve ser conectada ao terra do circuito e uma ponta de entrada de sinal que deve ser conectada no ponto que se deseja medir Existem dois tipos de ponta de prova ponta de prova 11 ponta de prova 101 A ponta de prova 11 se caracteriza por aplicar agrave entrada do osciloscoacutepio a mesma tensatildeo ou forma de onda que eacute aplicada a ponta de mediccedilatildeo A ponta de prova 101 entrega ao osciloscoacutepio apenas a deacutecima parte da tensatildeo aplicada a ponta de mediccedilatildeo As pontas de prova 101 permitem que o osciloscoacutepio consiga observar tensotildees dez vezes maior que a sua capacidade Por exemplo Um osciloscoacutepio que permite a leitura de tensotildees de 50V com ponta de prova 11 com ponta de prova 101 poderaacute medir tensotildees de ateacute 500V (10x50V) Existem pontas de prova que dispotildee de um botatildeo onde se pode selecionar 101 ou 11 Obs Quando natildeo se tem total certeza da grandeza da tensatildeo envolvida eacute aconselhaacutevel iniciar a mediccedilatildeo com o posiccedilatildeo 101
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Bibliografia
1 Dispositivos semicondutores tiristores controle de potecircncia em CC e CA 1996 - ALMEIDA Joseacute Luiz Antunes de Satildeo Paulo Eacuterica 1996 150 p
2 Dispositivos semicondutores diodos e transistores 1996 MARQUES Angelo Eduardo B
CHOUERI JUacuteNIOR Salomatildeo CRUZ Eduardo Cesar Alves Satildeo Paulo Eacuterica 1996 389 p
3 Anaacutelise e projeto de fontes chaveadas MELLO Luiz Fernando P de Satildeo Paulo Eacuterica 1996 487 p
4 Eletrocircnica de potecircncia circuitos dispositivos e aplicaccedilotildees 1999 RASHID Muhammad H Satildeo Paulo Makron Books 1999 828 p
5 Eletrocircnica de potecircncia 1994 - PALMA Guilherme Rebouccedilas da Satildeo Paulo Eacuterica 1994 259 p
6 Dispositivos eletrocircnicos e teoria de circuitos - 8 ed 2004 -
BOYLESTAD Robert L NASHELSKY Louis CAMARGO Joseacute Bueno de NASCIMENTO Joseacute Lucimar do PERTENCE JUNIOR Antonio (Coord) Satildeo Paulo Pearson Prentice Hall 2004 672 p
7 Rodrigues Isac Zilli Notas de aula da disciplina de Eletrocircnica II do Curso de Engenharia
Eleacutetrica da UPF Passo Fundo RS 2000
8 Ghirardello Ariovaldo Apostila sobre Modulaccedilatildeo PWM Coleacutegio Politec
9 Electronics Workbench Versatildeo 512
10 LabcenterElectronics 1989-2008 Release 75 SP3
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9 - Retificadores a tiristor A estrutura baacutesica de retificadores controlado consiste na mesma metodologia vista anteriormente com diodos porem com esta estrutura somente os semiciclos positivos da fonte de alimentaccedilatildeo seratildeo aplicados na carga quando os SCRs forem disparados Jaacute os semiciclos negativos satildeo omitidos como jaacute estudado anteriormente Agora temos um circuito de controle dos gatilhos dos SCRs mais requintado podendo fazer o controle entre 0deg a 180deg Vamos dar exemplos de montagem dos circuitos para que seja melhor entendido
Retificador monofaacutesico de meia onda
Retificador monofaacutesico de onda completa com ponto meacutedio
Retificador monofaacutesico em ponte completa
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Retificador semi-controlado ou em ponte mista
Retificador trifaacutesico de meia onda
Retificador trifaacutesico de onda completa (Ponte de Graetz)
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10 - PWM Para comeccedilarmos o estudo do PWM que vem do inglecircs Pulse Width Modulation ou seja modulaccedilatildeo
por largura de pulso temos que ter alguns preacute-requisitos em mente Uma maneira tradicional de se controlar a potencia de uma carga eacute atraveacutes de um potenciocircmetro ou reostato em seacuterie com a carga conforme mostra a figura abaixo este tipo de controle eacute denominada linear
Variando-se a resistecircncia do potenciocircmetro pode-se modificar a corrente na carga e portanto a potecircncia aplicada a ela
A grande desvantagem deste tipo de controle eacute que a queda de tensatildeo multiplicada pela corrente no R em seacuterie representa uma potencia na forma de calor Conforme o ajuste deste o controle passa a dissipar mais potencia que a carga
O R tem de ser capaz de dissipar esta potencia sendo assim o seu tamanho fiacutesico cresce proporcionalmente com a sua potencia tornando-se caro Embora este controle seja ateacute intuitivo porem natildeo eacute muito inteligente no que diz respeito de desperdiacutecio de energia Consideremos entatildeo o mesmo circuito soacute trocamos o controle como podemos ver no desenho abaixo
Consideremos ainda que esta chave tem uma accedilatildeo muito raacutepida Quando o interruptor estaacute aberto natildeo haacute corrente na carga e a potecircncia aplicada eacute nula No instante em que o interruptor eacute fechado a carga recebe a tensatildeo total da fonte e a potecircncia aplicada eacute maacutexima
Entatildeo para termos uma potencia de 50 a ideacuteia eacute deixarmos um tempo x com a chave ligada e o mesmo tempo com a chave desligada Isso significa que em meacutedia teremos metade do tempo com corrente e metade do tempo sem corrente concluindo que a potencia ficaraacute em 50
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A potecircncia meacutedia e portanto a proacutepria tensatildeo meacutedia aplicada agrave carga eacute neste caso 50 da tensatildeo de entrada
Veja que o interruptor fechado pode definir uma largura de pulso pelo tempo em que ele fica nesta condiccedilatildeo e um intervalo entre pulsos pelo tempo em que ele fica aberto Os dois tempos juntos definem o periacuteodo e portanto uma frequecircncia de controle
A relaccedilatildeo entre o tempo em que temos o pulso e a duraccedilatildeo de um ciclo completo de operaccedilatildeo do interruptor nos define ainda o ciclo ativo conforme eacute mostrado na figura 5
Variando-se a largura do pulso e tambeacutem o intervalo de modo a termos ciclos ativos diferentes podemos controlar a potecircncia meacutedia aplicada a uma carga Assim quando a largura do pulso varia de zero ateacute o maacuteximo a potecircncia tambeacutem varia na mesma proporccedilatildeo conforme estaacute indicado na figura 6
Este princiacutepio eacute usado justamente no controle PWM modulamos (variamos) a largura do pulso de modo a controlar o ciclo ativo do sinal aplicado a uma carga e com isso a potecircncia aplicada a ela
Na praacutetica substituiacutemos o interruptor por algum dispositivo de estado soacutelido que possa abrir e fechar o circuito rapidamente como por exemplo um transistor bipolar um FET de potecircncia um IGBT ou ateacute mesmo um SCR
A este dispositivo eacute entatildeo ligado um oscilador que possa ter seu ciclo ativo controlado numa grande faixa de valores Na praacutetica eacute difiacutecil chegar agrave duraccedilatildeo zero do pulso e agrave 100 jaacute que isso implicaria na parada do oscilador mas podemos chegar bem perto disso
Na operaccedilatildeo de um controle por PWM existem diversas vantagens a serem consideradas e alguns pontos para os quais o projetista deve ficar atento para natildeo jogar fora estas vantagens
Na condiccedilatildeo de aberto nenhuma corrente circula pelo dispositivo de controle e portanto sua dissipaccedilatildeo eacute nula Na condiccedilatildeo de fechado teoricamente se ele apresenta uma resistecircncia nula a queda de tensatildeo eacute nula e ele natildeo dissipa tambeacutem nenhuma potecircncia
Isso significa que na teoria os controles PWM natildeo dissipam potecircncia alguma e portanto consistem em soluccedilotildees ideais para este tipo de aplicaccedilatildeo
Na praacutetica entretanto isso natildeo ocorre Em primeiro lugar os dispositivos usados no controle natildeo satildeo capazes de abrir e fechar o circuito num tempo infinitamente pequeno Eles precisam de um tempo para mudar de estado e neste intervalo de tempo sua resistecircncia sobe de um valor muito pequeno ateacute infinito e vice-versa numa curva de comutaccedilatildeo semelhante a mostrada na figura 10
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Neste intervalo de tempo a queda de tensatildeo e a corrente atraveacutes do dispositivo natildeo satildeo nulas e uma boa quantidade de calor poderaacute ser gerada conforme a carga controlada Dependendo da frequecircncia de controle e da resposta do dispositivo usado uma boa quantidade de calor poderaacute ser gerada neste processo de comutaccedilatildeo
Entretanto mesmo com este problema a potecircncia gerada num controle PWM ainda eacute muito menor do que num circuito de controle linear equivalente Transistores de comutaccedilatildeo raacutepidos FETs de potecircncia e outros componentes de chaveamento podem ser suficientemente raacutepidos para permitir que projetos de controles de potecircncias elevadas sejam implementados sem a necessidade de grandes dissipadores de calor ou que tenham problemas de perdas de energia por geraccedilatildeo de calor que possam ser preocupantes
O segundo problema que poderaacute surgir vem justamente do fato de que os transistores de efeito de campo ou bipolares usados em comutaccedilatildeo natildeo se comportam como resistecircncias nulas quando saturados Os transistores bipolares podem apresentar uma queda de tensatildeo de ateacute alguns volts quando saturados o mesmo ocorrendo com os FETs
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11 - Soft-Starter
Soft start eacute um dispositivo eletrocircnico composto de pontes tiristorizadas a fim de controlar a corrente de partida de motores de corrente alternada trifaacutesicos o controle da tensatildeo reduzida eacute feita ajustando-se o acircngulo de disparo de um par de SCRs dispostos em antiparalelo em cada fase do motor A medida que a tensatildeo vai aumentando a corrente aumenta para acelerar a carga de uma maneira suave e sem degraus Seu uso eacute comum em bombas centriacutefugas ventiladores e motores de elevada potecircncia cuja aplicaccedilatildeo natildeo exija a variaccedilatildeo de velocidade
A vantagem desta teacutecnica sobre as alternativas de custo baixo eacute a possibilidade de ajustarmos o torque do motor as necessidades de torque da carga
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12 - Inversores
Introduccedilatildeo A obtenccedilatildeo de uma tensatildeo alternada a partir de uma fonte CC eacute muitas vezes necessaacuteria para a
alimentaccedilatildeo de diversas cargas Os conversores que realizam a transformaccedilatildeo CC-CA satildeo chamados de inversores Como exemplos de aplicaccedilotildees pode-se citar o controle de velocidade de motores de corrente alternada fontes de alimentaccedilatildeo ininterrupta (no-break) entre varias outras aplicaccedilotildees
Qualquer sistema no qual o fornecimento da energia eleacutetrica natildeo pode ser interrompido deve prever uma fonte de emergecircncia para supri-lo Quando a potecircncia instalada eacute muito grande tem-se em geral um sistema de acionamento imediato alimentado a partir de baterias e um sistema motor-gerador que por necessitar de alguns minutos para estar em condiccedilotildees ideais de operaccedilatildeo natildeo pode ser usado de imediato Tal arranjo eacute usado por exemplo em centrais telefocircnicas hospitais etc Topologias Baacutesicas
Inversor Monofaacutesico em Ponte A estrutura do inversos monofaacutesico em ponte alimentando carga resistiva estaacute representado na
Figura abaixo
As formas de onda de interesse satildeo apresentadas na figura abaixo Com S1 e S4 em conduccedilatildeo a
tensatildeo na carga eacute igual a E quando S2 e S3 estatildeo em conduccedilatildeo ela torna-se igual a -E
Quando a carga for indutiva devem ser adicionados a estrutura do circuito mostrado acima os
diodos de circulaccedilatildeo D1 D2 D3 e D4 como indica a figura abaixo Observe que com carga indutiva a fonte E deve ser reversiacutevel em corrente
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Etapas de funcionamento do inversor em ponte alimentando carga indutiva
Inversor Monofaacutesico em Ponto Meacutedio Este circuito representado na figura abaixo emprega apenas um braccedilo sendo desse modo mais
simples de ser comandado que o inversor em ponte porem a sua desvantagem eacute a tensatildeo de saiacuteda ser a metade
Inversor Monofaacutesico em Ponte
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13 - Dissipadores
A circulaccedilatildeo de corrente eleacutetrica por qualquer elemento provoca uma dissipaccedilatildeo de potecircncia igual ao produto do quadrado da corrente pela resistecircncia do circuito O objetivo eacute estabelecer criteacuterios para o dimensionamento de sistemas de dissipaccedilatildeo do calor produzido por componentes eletrocircnicos especialmente semicondutores de potecircncia (diodostransistores tiristores etc) buscando a proteccedilatildeo de tais componentes tendo como meta fundamental a elevada confiabilidade dos equipamentos nos quais os dispositivos satildeo empregados Deve-se buscar reduccedilatildeo de volume peso e custos
Caacutelculo da Potecircncia Dissipada
O caacutelculo da potecircncia dissipada deve ser feito via de regra pelo produto da tensatildeo pela corrente sobre o dispositivo em questatildeo
Comportamento em regime permanente potecircncia meacutedia
Nos dispositivos semicondutores de potecircncia o calor decorrente do efeito Joule eacute produzido na pastilha semicondutora fluindo daiacute para ambientes mais frios como o encapsulamento do dispositivo e o ambiente Este fluxo de calor depende de fatores como o gradiente de temperatura e as caracteriacutesticas teacutermicas dos meios e materiais envolvidos Define-se a grandeza ldquoresistecircncia teacutermicardquo como uma medida da dificuldade do fluxo de calor entre 2 meios ∆T diferenccedila de temperatura entre regiotildees de transferecircncia de calor P potecircncia meacutedia dissipada h coeficiente de transferecircncia de calor A aacuterea envolvida na transferecircncia de calor
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ANALOGIA COM CIRCUITO ELEacuteTRICO Em geral se faz uma analogia com um circuito eleacutetrico sendo a potecircncia meacutedia representada por uma fonte de corrente As temperaturas nos ambientes indicados (junccedilatildeo caacutepsula ambiente) satildeo anaacutelogas agraves tensotildees nos respectivos noacutes enquanto as resistecircncias teacutermicas satildeo as proacuteprias resistecircncias do modelo
Tj=Temperatura da junccedilatildeo Rtjc=Resistecircncia teacutermica entre junccedilatildeo e encapsulamento Tc=temperatura do encapsulamento Rtca=Resist Term Entre encapsulamento e ambiente Rtcd=Resist Entre encapsulament e dissipador Rtda=Resist Teacutermica entre dissipador e ambiente Partindo do anaacutelogo eleacutetrico chegamos a seguinte equaccedilatildeo tiacutepica Tj = Ta + P (Rtjc + Rtca) Exemplo 1 P = 20 W Rtjc = 2degCW Rtca = 10degCW Ta = 40degC Tjmax = 120degC Tc = Ta + P Rtca = 240degC Tj = Tc + P Rtjc = 280degC
Dissipadores de calor Considerando que natildeo seja possiacutevel reduzir a potecircncia meacutedia dissipada a alternativa para a proteccedilatildeo do semicondutor eacute colocar um dispositivo de baixa resistecircncia teacutermica entre o encapsulamento e o ambiente A este elemento colocado junto ao encapsulamento se diz ldquodissipador de calorrdquo Caracteriacutesticas dos dissipadores As principais caracteriacutesticas estatildeo relacionadas com dimensotildees e especialmente agrave sua superfiacutecie de contato com o ambiente Em geral estes dispositivos satildeo construiacutedos em alumiacutenio dada sua boa condutividade teacutermica (condiccedilatildeo indispensaacutevel) baixo custo e peso A figura mostra perfis tiacutepicos de dissipadores A utilizaccedilatildeo de grande nuacutemero de aletas eacute para aumentar a aacuterea de troca de calor A resistecircncia teacutermica para uma placa plana quadrada pode ser aproximadamente dada por
λ condutacircncia teacutermica (a 77o C) [W(oCcm)] W espessura do dissipador [mm]
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A aacuterea do dissipador [cm2] Cf fator de correccedilatildeo devido agrave posiccedilatildeo e tipo de superfiacutecie Na tabela abaixo satildeo dados alguns valores para os coeficientes da foacutermula O fator Cf varia com a posiccedilatildeo do dissipador sendo preferiacutevel uma montagem vertical agrave horizontal por criar um efeito ldquochamineacuterdquo Dissipadores pretos satildeo melhores irradiadores de calor que aqueles com superfiacutecie brilhante
Comportamento em regime transitoacuterio potecircncia de pico Quando a potecircncia dissipada no semicondutor consiste de pulsos de potecircncia eacute preciso verificar a proteccedilatildeo do componente em relaccedilatildeo aos picos de dissipaccedilatildeo Durante a ocorrecircncia do pico de potecircncia ocorre a elevaccedilatildeo da temperatura da junccedilatildeo embora natildeo ocorra variaccedilatildeo nas temperaturas do encapsulamento e do dissipador (que dependem da potecircncia meacutedia) devido agrave maior capacidade teacutermica da caacutepsula e especialmente do dissipador Tal capacidade teacutermica relaciona-se com o tipo de material utilizado e seu volume Na analogia eleacutetrica utilizada anteriormente ela se comporta como uma capacitacircncia O caacutelculo da temperatura da junccedilatildeo em tal regime transitoacuterio eacute feito utilizando uma grandeza chamada ldquoimpedacircncia teacutermicardquo Ztjc que leva em consideraccedilatildeo a capacidade teacutermica da junccedilatildeo Exemplo 2 Rtjc = 2deg CW Rtca = 5deg CW Rtcd = 2deg CW Rtda = 3deg CW Ztjc = 005deg CW Tjmax = 150deg C Ta = 40deg C P = 20W Pp = 1000W
Tj = 130 oC (o componente estaacute protegido em relaccedilatildeo agrave potecircncia meacutedia) Tc = 90 oC Tj = Tc + Pp Ztjc = 140 oC
Caacutelculo dos Dissipadores
bull A temperatura de trabalho da junccedilatildeo deve ser 20 a 30 menor que seu valor maacuteximo para permitir a proteccedilatildeo do componente sem super-dimensionar o dissipador middot Para ambientes nos quais natildeo se faccedila um controle riacutegido da temperatura deve-se usar uma temperatura ambiente de 40oC
bull Caso o dissipador fique dentro de algum bastidor ou caixa na qual a temperatura possa se elevar acima dos 40oC deve-se considerar sempre a maacutexima temperatura do ar com o qual o dissipador troca calor Eacute conveniente agrave falta de maiores informaccedilotildees utilizar o valor de 40oC e verificar apoacutes a entrada em operaccedilatildeo do protoacutetipo a verdadeira temperatura ambiente
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bull Deve-se verificar a necessidade do uso de isoladores (mica teflon ou mylar) e natildeo desconsiderar suas resistecircncias teacutermicas middot O emprego de pastas teacutermicas eacute sempre recomendado e se deve considerar tambeacutem sua resistecircncia teacutermica
b) No transitoacuterio
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Apecircndice A
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Laboratoacuterio 1
Diodo Ache os componentes em sucatas e monte o circuito abaixo em placa de circuito impresso corroiacuteda Lista de material
4 Diodos 1N4007 2 Capacitores 330uF200V 2 Resistores 150K 18W 1 Suporte p lacircmpada 1 Lacircmpada 40W220V 1 Conector p placa de 2 bornes 6 Chaves HH 1 Rabicho com plugue Placa p circuito impresso virgem (fibra fenolite perfurada) Caneta retro projetor ou esmalte p unhas Palha de accedilo ou acetona e pedaccedilo de pano Soluccedilatildeo de percloreto de ferro Estanho em fio
Obs Colocar o seu nome no lado do cobre a caneta ou esmalte antes da corrosatildeo
Montado na placa o circuito acima e testado fazer os seguintes exerciacutecios 1 ndash Com o interruptor Ch7 ligado os interruptores Ch3 Ch4 Ch5 e Ch6 desligados e os interruptores Ch1 e Ch2 na posiccedilatildeo 1 faccedila a seguinte medida meccedila com o osciloscoacutepio colocando a garra jacareacute onde aparece o GND e o pinccedila no ponto 1 de forma que apareccedila somente o semi-ciclo positivo na tela tambeacutem reproduza abaixo a forma de onda encontrada e registre onde a posiccedilatildeo do zero O aparelho ajustado da seguinte forma O botatildeo de tempodivisatildeo em 5mS O botatildeo tensatildeodivisatildeo ajustado em 5V A ponteira ajustada em X10
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2 ndash Permanecendo o interruptor Ch7 ligado Ch5 e Ch6 desligados poreacutem Ch1 e Ch2 na posiccedilatildeo 2 e Ch3 e Ch4 ligados faccedila novamente a medida e reproduza na tela abaixo a forma de onda
3 - Permanecendo o interruptor Ch7 ligado Ch3 Ch4 Ch5 e Ch6 agora ligados e Ch1 e Ch2 na posiccedilatildeo 2 faccedila novamente a medida e reproduza na tela abaixo a forma de onda
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4 ndash O que aconteceu com a potecircncia (brilho) da lacircmpada Com circuito configurado como no exerciacutecio 1 e exerciacutecio 3 (aumentou ou diminuiu) Porque ocorreu isto _____________________________________________________________________________________
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_____________________________________________________________________________________
5 ndash Qual eacute a nova potecircncia da lacircmpada Provar por meio de caacutelculos 6 ndash Por fim com o circuito configurado como no exerciacutecio 3 coloque uma lacircmpada de maior potecircncia e visualize o ripple novamente com o osciloscoacutepio explique o que ocorreu _____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
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Laboratoacuterio 2 TRANSISTOR BIPOLAR (BJT)
Os transistores de potecircncia apresentam caracteriacutesticas de chaveamento controlado Os transistores utilizados como elementos de chaveamento operam na regiatildeo de saturaccedilatildeo apresentando uma baixa queda de tensatildeo de conduccedilatildeo (VCE=0V) (VBE=13V)
Este laboratoacuterio tem o objetivo de fazer um retificador e filtro diretamente da rede alternada com componentes retirados de fontes chaveadas de computadores apoacutes o estaacutegio de retificaccedilatildeo e filtro faremos funcionar uma lacircmpada incandescente de 220 volts corrente alternada em corrente contiacutenua com o auxiacutelio de um transistor de potencia tambeacutem retirado das mesmas fontes
Calcule o R1 e monte o circuito e apoacutes responda as questotildees
Pinos 1 ndash Base 2 ndash Coletor 3 ndash Emissor
Alguns transistores encontrados em fontes chaveadas de computador Transistor VCE (V) Ic (A) β MJE13007 400 8 5
2SC4106 400 7 10
2SC5027 800 3 8
2SC5353 800 3 15
2SC2335 400 7 10
2SC4242 400 7 10
2SC5763 400 7 10
1 ndash Escolha o transistor e faccedila o calculo para descobrir R1 e depois monte o circuito Transistor escolhido ______________
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2 ndash Meccedila a corrente no ponto 1 e compare com o calculado Faccedila as observaccedilotildees necessaacuterias
Corrente no ponto (1)
Calculado
Medido _____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
3 ndash Por que existem os resistores em paralelo com os capacitores
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_____________________________________________________________________________________
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Laboratoacuterio 3
TRANSISTOR EFEITO DE CAMPO (FET) O transistor de potecircncia MOSFET eacute um dispositivo de tensatildeo controlada e necessita apenas de tensatildeo no gatilho A velocidade de chaveamento eacute muito alta (nanosegundos) MOSFETrsquos de potecircncia satildeo utilizados em conversores de baixa potecircncia e alta frequumlecircncia Estes transistores apresentam problemas de descargas eletrostaacuteticas necessitando de cuidados especiais Este experimento tem como objetivo mostrar o funcionamento de Mosfets em uma aplicaccedilatildeo pratica para tanto montaremos o circuito abaixo
Pinagem 1 ndash GATE 2 ndash DRAIN 3 ndash SOURCE
Alguns transistores encontrados no comeacutercio
Transistor Tensatildeo Vds(V) Corrente Id (A)
IRF840 500 85 IRF740 400 10
1 ndash Meccedila a corrente no ponto 1 Corrente no ponto 1 ______________ No ponto 2 coloque 1deg o multiacutemetro antes de ligar o circuito Meccedila a corrente no ponto 2 Corrente no ponto 2 ______________ Por que isto ocorre 2 ndash Calcule a corrente que passa entre os resistores E compare com os valores medidos e faccedila as observaccedilotildees necessaacuterias
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Laboratoacuterio 4
SCR E TRIAC
Este laboratoacuterio tem o objetivo de comprovar o funcionamento do componente SCR e TRIAC e diferenciaacute-los 1
A - Primeiramente ligue a chave 1 mantendo a chave 2 desligada o que ocorre _____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
B ndash Mantendo ligada a chave 1 ligue a chave 2 por um breve intervalo de tempo e desligue-a O que acontece Justifique sua resposta _____________________________________________________________________________________ _____________________________________________________________________________________ 2
C ndash Faccedila a mesma sequumlecircncia usada nas questotildees A e B Sequumlecircncia da questatildeo A________________________________________________________________
Sequumlecircncia da questatildeo B_________________________________________________________________
D - Faccedila as consideraccedilotildees comparando os circuitos 1 e 2
_____________________________________________________________________________________ _____________________________________________________________________________________
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3
E ndash Faccedila um comentaacuterio sobre a omissatildeo das chaves _____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
4
F - Comente os circuitos 3 e 4 haacute alguma diferenccedila no brilho da lacircmpada
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_____________________________________________________________________________________
Pinos do SCR e BTA 1 ndash Catodo A2 2 ndash Anodo A1 3 ndash Gatilho
Alguns SCRs encontrados no comeacutercio
Tiristor
Tensatildeo Vds(V)
Corrente Id (A)
BT151 500 85 TIC106 400 10
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Laboratoacuterio 5
DIAC E TRIAC O objetivo eacute montar o circuito abaixo e visualizar com o osciloscoacutepio a forma de onda em cima da carga no nosso caso a lacircmpada enquanto varia o potenciocircmetro
Pinagem 1 ndash A1 2 ndash A2 3 ndash G Alguns triacs encontrado no comeacutercio BTA08 ndash 8A BTA26 ndash 26A MAC224 ndash 40A TIC226 ndash 8A
Coloque a ponteira em cima da carga e deixe o potenciocircmetro no meio do curso e reproduza na tela abaixo Registre o ajuste que foi feito no osciloscoacutepio para aparecer o meio ciclo superior na tela
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Laboratoacuterio 6
PWM Este circuito eacute simples com o famoso CI 555 para gerar o sinal PWM Controlando uma carga que conseguimos observar o estaacute acontecendo
1 ndash Qual a frequumlecircncia gerada do sinal PWM _______________________________________________________________________________
_______________________________________________________________________________
2 ndash O que acontece com a lacircmpada quando varia o potenciocircmetro
_______________________________________________________________________________
_______________________________________________________________________________
3 ndash Trocando o capacitor de 100nF por um de 10nF qual seraacute a nova frequumlecircncia
_______________________________________________________________________________
_______________________________________________________________________________
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Laboratoacuterio 7
INVERSOR Este circuito eacute o conceito baacutesico do princiacutepio de funcionamento de um inversor que eacute capaz de gerar uma tensatildeo alternada a partir de uma tensatildeo contiacutenua
1 ndash O motor estaacute girando _____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
2 ndash Caso afirmativo na primeira pergunta coloque a ponteira do osciloscoacutepio em um dos terminais do motor e a garra jacareacute no terra e meccedila a frequumlecircncia _____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
3 ndash O que estaacute acontecendo com o motor em suas caracteriacutesticas fiacutesicas Mudou a velocidade estaacute aquecendo estaacute trepidando etc _____________________________________________________________________________________
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Apendice B
Coacutedigo de resistores
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Capacitores ceracircmicos
O valor do capacitorB eacute de 3300 pF (picofarad = 10-12 F) ou 33 nF (nanofarad = 10-9 F) ou 00033 microF (microfarad =
10-6 F) No capacitor A devemos acrescentar mais 4 zeros apoacutes os dois primeiros algarismos O valor do capacitor que se lecirc 104 eacute de 100000 pF ou 100 nF ou 01microF
O aparecimento de uma letra maiuacutescula ao lado dos nuacutemeros Esta letra refere-se a toleracircncia do capacitor ou seja o quanto que o capacitor pode variar de seu valor em uma temperatura padratildeo de 25deg C A letra J significa que este capacitor pode variar ateacute plusmn5 de seu valor a letra K = plusmn10 ou M = plusmn20 Segue na tabela abaixo os coacutedigos de toleracircncias de capacitacircncia
Ateacute 10pF Coacutedigo Acima de 10pF
plusmn01pF B
plusmn025pF C
plusmn05pF D
plusmn10pF F plusmn1
G plusmn2
H plusmn3
J plusmn5
K plusmn10
M plusmn20
S -50 -20
Z +80 -20
ou +100 -20
P +100 -0
O coeficiente de temperatura TC que define a variaccedilatildeo da capacitacircncia dentro de uma determinada faixa de temperatura O TC eacute normalmente expresso em ou ppmdegC ( partes por milhatildeo degC ) Eacute usado uma sequumlecircncia de letras ou letras e nuacutemeros para representar os coeficientes Observe o desenho abaixo
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Na tabela abaixo estatildeo mais alguns coeficientes de temperatura e as toleracircncias que satildeo muito utilizadas por diversos fabricantes de capacitores
Coacutedigo Coeficiente de temperatura NPO -0plusmn 30ppmdegC N075 -75plusmn 30ppmdegC N150 -150plusmn 30ppmdegC N220 -220plusmn 60ppmdegC N330 -330plusmn 60ppmdegC N470 -470plusmn 60ppmdegC N750 -750plusmn 120ppmdegC N1500 -1500plusmn 250ppmdegC N2200 -2200plusmn 500ppmdegC N3300 -3300plusmn 500ppmdegC N4700 -4700plusmn 1000ppmdegC N5250 -5250plusmn 1000ppmdegC P100 +100plusmn 30ppmdegC
Outra forma de representar coeficientes de temperatura eacute mostrado abaixo Eacute usada em capacitores que se caracterizam
pela alta capacitacircncia por unidade de volume (dimensotildees reduzidas) devido a alta constante dieleacutetrica sendo recomendados para aplicaccedilatildeo em desacoplamentos acoplamentos e supressatildeo de interferecircncias em baixas tensotildees
Os coeficientes satildeo tambeacutem representados exibindo sequumlecircncias de letras e nuacutemeros como por exemplo X7R Y5F e Z5U Para um capacitor Z5U a faixa de operaccedilatildeo eacute de +10degC que significa Temperatura Miacutenima seguido de +85degC que significa Temperatura Maacutexima e uma variaccedilatildeo Maacutexima de capacitacircncia dentro desses limites de temperatura que natildeo ultrapassa -56 +22
Veja as trecircs tabelas abaixo para compreender este exemplo e entender outros coeficientes
Temperatura Miacutenima
Temperatura Maacutexima
Variaccedilatildeo Maacutexima de Capacitacircncia
X -55degC Y -30degC Z +10degC
2 +45degC 4 +65degC 5 +85degC 6 +105degC 7 +125degC
A plusmn10 B plusmn15 C plusmn22 D plusmn33 E plusmn47 F plusmn75 P plusmn10 R plusmn15 S plusmn22 T -33 +22 U -56 +22 V -82 +22
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Capacitores de filme plaacutestico
O desenho ao lado mostra capacitores que tem os seus valores impressos em nanofarad (nF) = 10-9F Quando aparece no capacitor uma letra n minuacutescula como um dos tipos apresentados ao lado por exemplo 3n3 significa que este capacitor eacute de 33nF No exemplo o n minuacutesculo eacute colocado ao meio dos nuacutemeros apenas para economizar uma viacutergula e evitar erro de interpretaccedilatildeo de seu valor
Capacitores de Ceracircmica Multicamada
Capacitores de Polieacutester Metalizado usando coacutedigo de cores
A tabela abaixo mostra como interpretar o coacutedigo de cores dos capacitores abaixo No capacitor A as 3 primeiras cores satildeo laranja laranja e laranja correspondem a 33000 equivalendo a 33 nF A cor branca logo adiante eacute referente a plusmn10 de toleracircncia E o vermelho representa a tensatildeo nominal que eacute de 250 volts
1ordf Algarismo 2ordf Algarismo 3ordf Ndeg de zeros 4ordf Toleracircncia 5ordf Tensatildeo
PRETO 0 0 - plusmn 20 -
MARROM 1 1 0 - -
VERMELHO 2 2 00 - 250V
LARANJA 3 3 000 - -
AMARELO 4 4 0000 - 400V
VERDE 5 5 00000 - -
AZUL 6 6 - - 630V
VIOLETA 7 7 - - -
CINZA 8 8 - - -
BRANCO 9 9 - plusmn 10 -
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Apecircndice C
Osciloscoacutepio Geralmente os osciloscoacutepios tecircm os controles e entradas que podem ser divididos em cinco grupos
1 ndash Controle da fonte de alimentaccedilatildeo 2 ndash Controles de ajuste do traccedilo ou ponto na tela 3 ndash Controles e entrada de atuaccedilatildeo vertical 4 ndash Controles e entrada de atuaccedilatildeo horizontal 5 ndash Controles de entrada de sincronismo
1 - CONTROLE DA FONTE DE ALIMENTACcedilAtildeO 11 - INTERRUPTOR Sua funccedilatildeo eacute interromper ou estabelecer a corrente no primaacuterio do transformador de fora Sua atuaccedilatildeo normalmente eacute acompanhada por uma lacircmpada piloto que serve de aviso visual sobre a situaccedilatildeo do circuito (ligado ou desligado) Normalmente este interruptor se encontra acoplado junto do potenciocircmetro de controle de brilho 12 - COMUTADOR DE TENSAtildeO Sua funccedilatildeo eacute selecionar a tensatildeo de funcionamento do osciloscoacutepio (127 220V) Permite utilizar o instrumento sem a necessidade de recorrer a um transformador abaixador ou elevador de tensatildeo (geralmente o acesso deste comutador eacute visto na parte de traz do aparelho) 2 - CONTROLES DE AJUSTE DO TRACcedilO OU PONTO NA TELA 21 - BRILHO OU LUMINOSIDADE Eacute o controle que ajusta a luminosidade do ponto ou do traccedilo O controle do brilho eacute feito por meio de um potenciocircmetro situado no circuito da grade de controle do TRC mediante o qual se regula o potencial desta grade (deve-se evitar o uso de brilho excessivo sob pena de se danificar a tela) 22 - FOCO Eacute o controle que ajusta a nitidez do ponto ou traccedilo luminoso O ajuste do foco eacute conseguido mediante a regulagem de um potenciocircmetro que regula a polarizaccedilatildeo do eletrodo de enfoque O foco deve ser ajustado de forma a se obter um traccedilo fino e niacutetido na tela (estes ajustes de brilho e de foco satildeo ajustes baacutesicos que devem ser feitos sempre que se for usar o osciloscoacutepio)
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23 - ILUMINACcedilAtildeO DA RETIacuteCULA Permite que se ilumine o quadriculado ou as divisotildees na tela 3 - CONTROLES E ENTRADA DE ATUACcedilAtildeO VERTICAL 31 - ENTRADA DE SINAL VERTICAL Nesta entrada eacute conectada a ponta de prova do osciloscoacutepio As variaccedilotildees de tensatildeo aplicadas nesta entrada aparecem sob forma de figura na tela 32 - CHAVE DE SELECcedilAtildeO DE MODO DE ENTRADA (CA-CC) Esta chave eacute selecionada de acordo com o tipo de forma de onda a ser observada Em alguns osciloscoacutepios esta chave possui trecircs posiccedilotildees (CA-0-CC ou AC-GND-DC) Esta posiccedilatildeo adicional eacute usada para a realizaccedilatildeo de ajustes do traccedilo do osciloscoacutepio em algumas situaccedilotildees Por exemplo quando se deseja Uma referecircncia na tela 33 - CHAVE SELETORA DE GANHO (VDiv) Esta chave permite que se aumente ou que se diminua a amplitude de projeccedilatildeo na tela do osciloscoacutepio (altura da imagem) 34 - POSICcedilAtildeO VERTICAL Permite movimentar a imagem para cima ou para baixo na tela A movimentaccedilatildeo natildeo interfere na forma da figura projetada na tela 4 - CONTROLES DE ATUACcedilAO HORIZONTAL 41 - CHAVE SELETORA DE BASE DE TEMPO Eacute o controle que permite variar o tempo de deslocamento horizontal do ponto na tela Atraveacutes deste controle eacute possiacutevel reduzir ou ampliar horizontalmente na tela a figura nela projetada Em alguns osciloscoacutepios esta chave seletora tem uma posiccedilatildeo identificada como EXT (externa) o que possibilita que o deslocamento horizontal pode ser controlado por circuito externo ao osciloscoacutepio atraveacutes de uma entrada especiacutefica Quando a posiccedilatildeo externa eacute selecionada natildeo haacute formaccedilatildeo do traccedilo na tela obtendo-se apenas um ponto 42 - POSICcedilAtildeO HORIZONTAL Eacute o ajuste que permite controlar horizontalmente a forma de onda na tela Girando o controle de posiccedilatildeo horizontal para a direita o traccedilo move-se horizontalmente para a direita e vice-versa Assim como o controle de posiccedilatildeo vertical o controle de posiccedilatildeo horizontal natildeo interfere na forma da figura projetada na tela
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5 - CONTROLES E ENTRADA DE SINCRONISMO (TRIGGER) Satildeo controles que se destinam a fixar a imagem na tela Estes controles satildeo utilizados principalmente na observaccedilatildeo de sinais alternados Os controles de sincronismo satildeo Chave seletora de fonte de sincronismo Chave de modo de sincronismo Controle de niacutevel de sincronismo 51 - CHAVE SELETORA DE FONTE DE SINCRONISMO Seleciona onde seraacute tomada o sinal de sincronismo para fixar a imagem na tela do osciloscoacutepio Normalmente esta chave possui trecircs posiccedilotildees pelo menos POSICcedilAtildeO CH1 O sincronismo eacute controlado pelo sinal aplicado ao canal 1 POSICcedilAtildeO REDE Realiza o sincronismo com base na frequecircncia da rede de alimentaccedilatildeo do osciloscoacutepio (60Hz) Nesta posiccedilatildeo consegue-se facilmente sincronizar na tela sinais aplicados na entrada vertical que sejam obtidos a partir da rede eleacutetrica POSICcedilAtildeO EXTERNO Na posiccedilatildeo externo o sincronismo da figura eacute obtido agrave partir de outro equipamento externo conectado ao osciloscoacutepio O sinal que controla o sincronismo na posiccedilatildeo externo eacute aplicado a entrada de sincronismo 52 - CHAVE DE MODO DE SINCRONISMO Normalmente esta chave tem duas ou trecircs posiccedilotildees AUTO Nesta posiccedilatildeo o osciloscoacutepio realiza o sincronismo automaticamente com base no sinal selecionado pela chave seletora de fonte de sincronismo NORMAL + O sincronismo eacute positivo ajustado manualmente pelo controle de niacutevel de sincronismo (TRIGGER) de modo que o primeiro pico que apareccedila na tela seja o positivo NORMAL - O sincronismo eacute negativo tambeacutem ajustado manualmente entretanto o primeiro pico a aparecer eacute o negativo 53 - CONTROLE DE NIacuteVEL DE SINCRONISMO (TRIGGER) Eacute um controle manual que permite o ajuste do sincronismo quando natildeo se consegue um sincronismo automaacutetico Tem atuaccedilatildeo nas posiccedilotildees NORMAL + e NORMAL - OBSERVACcedilAtildeO Para se realizar leituras eacute necessaacuterio sincronizar a figura na tela II - ENTRADA E CONTROLE DO OSCILOSCOacutePIO DUPLO TRACcedilO O osciloscoacutepio de duplo traccedilo possui alguns controles que satildeo comuns aos dois traccedilos e outros que satildeo individuais Os controles de brilho foco base de tempo e de posiccedilatildeo horizontal satildeo controles que satildeo comuns aos dois traccedilos Basicamente os controles individuais situam-se nas entradas e controles do vertical nos controles e entrada de sincronismo ENTRADAS E CONTROLES DO VERTICAL Para que se possa observar dois sinais simultaneamente eacute necessaacuterio que se aplique uma tensatildeo em cada uma das entradas verticais O osciloscoacutepio duplo traccedilo dispotildee de dois grupos de controles verticais Um grupo para o canal A ou canal 1 (CH1) Um grupo para o canal B ou canal 2 (CH2) Cada grupo controla um dos sinais na tela (amplitude posiccedilatildeo vertical etc) Geralmente satildeo iguais Cada canal dispotildee de Entrada Vertical Chave Seletora CA-O-CC Chave Seletora de ganho vertical (DDiv) Posiccedilatildeo vertical Um osciloscoacutepio de duplo traccedilo pode ainda ser utilizado como sendo um osciloscoacutepio de traccedilo simples Uma chave seletora permite que se possa selecionar cada canal individualmente ou os dois simultaneamente Esta chave possui pelo menos trecircs posiccedilotildees CH1
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CH2 DUAL Na posiccedilatildeo CH1 apareceraacute apenas a imagem na tela que estiver sendo aplicada na entrada vertical do canal 1 Na posiccedilatildeo CH2 apareceraacute apenas a imagem na tela que estiver sendo aplicada na entrada vertical do canal 2 Na posiccedilatildeo DUAL aparecem as duas imagens Em osciloscoacutepios mais sofisticados esta chave pode possuir mais posiccedilotildees de modo a permitir outras alternativas de uso CONTROLES DE SINCRONISMO Realizam as mesmas funccedilotildees do osciloscoacutepio traccedilo simples que eacute a de fixar a imagem na tela O que diferencia eacute o fato de que na chave seletora de fonte existe uma posiccedilatildeo adicional de modo a poder sincronizar a figura PONTAS DE PROVA As pontas de prova satildeo utilizadas para interligar o osciloscoacutepio aos pontos de medida
Uma das extremidades da ponta de prova eacute conectada a uma das entradas do osciloscoacutepio atraveacutes de um conector e a extremidade livre serve para conexatildeo aos pontos de medida A extremidade livre possui uma garra jacareacute denominada de terra da ponta de prova que deve ser conectada ao terra do circuito e uma ponta de entrada de sinal que deve ser conectada no ponto que se deseja medir Existem dois tipos de ponta de prova ponta de prova 11 ponta de prova 101 A ponta de prova 11 se caracteriza por aplicar agrave entrada do osciloscoacutepio a mesma tensatildeo ou forma de onda que eacute aplicada a ponta de mediccedilatildeo A ponta de prova 101 entrega ao osciloscoacutepio apenas a deacutecima parte da tensatildeo aplicada a ponta de mediccedilatildeo As pontas de prova 101 permitem que o osciloscoacutepio consiga observar tensotildees dez vezes maior que a sua capacidade Por exemplo Um osciloscoacutepio que permite a leitura de tensotildees de 50V com ponta de prova 11 com ponta de prova 101 poderaacute medir tensotildees de ateacute 500V (10x50V) Existem pontas de prova que dispotildee de um botatildeo onde se pode selecionar 101 ou 11 Obs Quando natildeo se tem total certeza da grandeza da tensatildeo envolvida eacute aconselhaacutevel iniciar a mediccedilatildeo com o posiccedilatildeo 101
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Bibliografia
1 Dispositivos semicondutores tiristores controle de potecircncia em CC e CA 1996 - ALMEIDA Joseacute Luiz Antunes de Satildeo Paulo Eacuterica 1996 150 p
2 Dispositivos semicondutores diodos e transistores 1996 MARQUES Angelo Eduardo B
CHOUERI JUacuteNIOR Salomatildeo CRUZ Eduardo Cesar Alves Satildeo Paulo Eacuterica 1996 389 p
3 Anaacutelise e projeto de fontes chaveadas MELLO Luiz Fernando P de Satildeo Paulo Eacuterica 1996 487 p
4 Eletrocircnica de potecircncia circuitos dispositivos e aplicaccedilotildees 1999 RASHID Muhammad H Satildeo Paulo Makron Books 1999 828 p
5 Eletrocircnica de potecircncia 1994 - PALMA Guilherme Rebouccedilas da Satildeo Paulo Eacuterica 1994 259 p
6 Dispositivos eletrocircnicos e teoria de circuitos - 8 ed 2004 -
BOYLESTAD Robert L NASHELSKY Louis CAMARGO Joseacute Bueno de NASCIMENTO Joseacute Lucimar do PERTENCE JUNIOR Antonio (Coord) Satildeo Paulo Pearson Prentice Hall 2004 672 p
7 Rodrigues Isac Zilli Notas de aula da disciplina de Eletrocircnica II do Curso de Engenharia
Eleacutetrica da UPF Passo Fundo RS 2000
8 Ghirardello Ariovaldo Apostila sobre Modulaccedilatildeo PWM Coleacutegio Politec
9 Electronics Workbench Versatildeo 512
10 LabcenterElectronics 1989-2008 Release 75 SP3
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Retificador semi-controlado ou em ponte mista
Retificador trifaacutesico de meia onda
Retificador trifaacutesico de onda completa (Ponte de Graetz)
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10 - PWM Para comeccedilarmos o estudo do PWM que vem do inglecircs Pulse Width Modulation ou seja modulaccedilatildeo
por largura de pulso temos que ter alguns preacute-requisitos em mente Uma maneira tradicional de se controlar a potencia de uma carga eacute atraveacutes de um potenciocircmetro ou reostato em seacuterie com a carga conforme mostra a figura abaixo este tipo de controle eacute denominada linear
Variando-se a resistecircncia do potenciocircmetro pode-se modificar a corrente na carga e portanto a potecircncia aplicada a ela
A grande desvantagem deste tipo de controle eacute que a queda de tensatildeo multiplicada pela corrente no R em seacuterie representa uma potencia na forma de calor Conforme o ajuste deste o controle passa a dissipar mais potencia que a carga
O R tem de ser capaz de dissipar esta potencia sendo assim o seu tamanho fiacutesico cresce proporcionalmente com a sua potencia tornando-se caro Embora este controle seja ateacute intuitivo porem natildeo eacute muito inteligente no que diz respeito de desperdiacutecio de energia Consideremos entatildeo o mesmo circuito soacute trocamos o controle como podemos ver no desenho abaixo
Consideremos ainda que esta chave tem uma accedilatildeo muito raacutepida Quando o interruptor estaacute aberto natildeo haacute corrente na carga e a potecircncia aplicada eacute nula No instante em que o interruptor eacute fechado a carga recebe a tensatildeo total da fonte e a potecircncia aplicada eacute maacutexima
Entatildeo para termos uma potencia de 50 a ideacuteia eacute deixarmos um tempo x com a chave ligada e o mesmo tempo com a chave desligada Isso significa que em meacutedia teremos metade do tempo com corrente e metade do tempo sem corrente concluindo que a potencia ficaraacute em 50
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A potecircncia meacutedia e portanto a proacutepria tensatildeo meacutedia aplicada agrave carga eacute neste caso 50 da tensatildeo de entrada
Veja que o interruptor fechado pode definir uma largura de pulso pelo tempo em que ele fica nesta condiccedilatildeo e um intervalo entre pulsos pelo tempo em que ele fica aberto Os dois tempos juntos definem o periacuteodo e portanto uma frequecircncia de controle
A relaccedilatildeo entre o tempo em que temos o pulso e a duraccedilatildeo de um ciclo completo de operaccedilatildeo do interruptor nos define ainda o ciclo ativo conforme eacute mostrado na figura 5
Variando-se a largura do pulso e tambeacutem o intervalo de modo a termos ciclos ativos diferentes podemos controlar a potecircncia meacutedia aplicada a uma carga Assim quando a largura do pulso varia de zero ateacute o maacuteximo a potecircncia tambeacutem varia na mesma proporccedilatildeo conforme estaacute indicado na figura 6
Este princiacutepio eacute usado justamente no controle PWM modulamos (variamos) a largura do pulso de modo a controlar o ciclo ativo do sinal aplicado a uma carga e com isso a potecircncia aplicada a ela
Na praacutetica substituiacutemos o interruptor por algum dispositivo de estado soacutelido que possa abrir e fechar o circuito rapidamente como por exemplo um transistor bipolar um FET de potecircncia um IGBT ou ateacute mesmo um SCR
A este dispositivo eacute entatildeo ligado um oscilador que possa ter seu ciclo ativo controlado numa grande faixa de valores Na praacutetica eacute difiacutecil chegar agrave duraccedilatildeo zero do pulso e agrave 100 jaacute que isso implicaria na parada do oscilador mas podemos chegar bem perto disso
Na operaccedilatildeo de um controle por PWM existem diversas vantagens a serem consideradas e alguns pontos para os quais o projetista deve ficar atento para natildeo jogar fora estas vantagens
Na condiccedilatildeo de aberto nenhuma corrente circula pelo dispositivo de controle e portanto sua dissipaccedilatildeo eacute nula Na condiccedilatildeo de fechado teoricamente se ele apresenta uma resistecircncia nula a queda de tensatildeo eacute nula e ele natildeo dissipa tambeacutem nenhuma potecircncia
Isso significa que na teoria os controles PWM natildeo dissipam potecircncia alguma e portanto consistem em soluccedilotildees ideais para este tipo de aplicaccedilatildeo
Na praacutetica entretanto isso natildeo ocorre Em primeiro lugar os dispositivos usados no controle natildeo satildeo capazes de abrir e fechar o circuito num tempo infinitamente pequeno Eles precisam de um tempo para mudar de estado e neste intervalo de tempo sua resistecircncia sobe de um valor muito pequeno ateacute infinito e vice-versa numa curva de comutaccedilatildeo semelhante a mostrada na figura 10
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Neste intervalo de tempo a queda de tensatildeo e a corrente atraveacutes do dispositivo natildeo satildeo nulas e uma boa quantidade de calor poderaacute ser gerada conforme a carga controlada Dependendo da frequecircncia de controle e da resposta do dispositivo usado uma boa quantidade de calor poderaacute ser gerada neste processo de comutaccedilatildeo
Entretanto mesmo com este problema a potecircncia gerada num controle PWM ainda eacute muito menor do que num circuito de controle linear equivalente Transistores de comutaccedilatildeo raacutepidos FETs de potecircncia e outros componentes de chaveamento podem ser suficientemente raacutepidos para permitir que projetos de controles de potecircncias elevadas sejam implementados sem a necessidade de grandes dissipadores de calor ou que tenham problemas de perdas de energia por geraccedilatildeo de calor que possam ser preocupantes
O segundo problema que poderaacute surgir vem justamente do fato de que os transistores de efeito de campo ou bipolares usados em comutaccedilatildeo natildeo se comportam como resistecircncias nulas quando saturados Os transistores bipolares podem apresentar uma queda de tensatildeo de ateacute alguns volts quando saturados o mesmo ocorrendo com os FETs
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11 - Soft-Starter
Soft start eacute um dispositivo eletrocircnico composto de pontes tiristorizadas a fim de controlar a corrente de partida de motores de corrente alternada trifaacutesicos o controle da tensatildeo reduzida eacute feita ajustando-se o acircngulo de disparo de um par de SCRs dispostos em antiparalelo em cada fase do motor A medida que a tensatildeo vai aumentando a corrente aumenta para acelerar a carga de uma maneira suave e sem degraus Seu uso eacute comum em bombas centriacutefugas ventiladores e motores de elevada potecircncia cuja aplicaccedilatildeo natildeo exija a variaccedilatildeo de velocidade
A vantagem desta teacutecnica sobre as alternativas de custo baixo eacute a possibilidade de ajustarmos o torque do motor as necessidades de torque da carga
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12 - Inversores
Introduccedilatildeo A obtenccedilatildeo de uma tensatildeo alternada a partir de uma fonte CC eacute muitas vezes necessaacuteria para a
alimentaccedilatildeo de diversas cargas Os conversores que realizam a transformaccedilatildeo CC-CA satildeo chamados de inversores Como exemplos de aplicaccedilotildees pode-se citar o controle de velocidade de motores de corrente alternada fontes de alimentaccedilatildeo ininterrupta (no-break) entre varias outras aplicaccedilotildees
Qualquer sistema no qual o fornecimento da energia eleacutetrica natildeo pode ser interrompido deve prever uma fonte de emergecircncia para supri-lo Quando a potecircncia instalada eacute muito grande tem-se em geral um sistema de acionamento imediato alimentado a partir de baterias e um sistema motor-gerador que por necessitar de alguns minutos para estar em condiccedilotildees ideais de operaccedilatildeo natildeo pode ser usado de imediato Tal arranjo eacute usado por exemplo em centrais telefocircnicas hospitais etc Topologias Baacutesicas
Inversor Monofaacutesico em Ponte A estrutura do inversos monofaacutesico em ponte alimentando carga resistiva estaacute representado na
Figura abaixo
As formas de onda de interesse satildeo apresentadas na figura abaixo Com S1 e S4 em conduccedilatildeo a
tensatildeo na carga eacute igual a E quando S2 e S3 estatildeo em conduccedilatildeo ela torna-se igual a -E
Quando a carga for indutiva devem ser adicionados a estrutura do circuito mostrado acima os
diodos de circulaccedilatildeo D1 D2 D3 e D4 como indica a figura abaixo Observe que com carga indutiva a fonte E deve ser reversiacutevel em corrente
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Etapas de funcionamento do inversor em ponte alimentando carga indutiva
Inversor Monofaacutesico em Ponto Meacutedio Este circuito representado na figura abaixo emprega apenas um braccedilo sendo desse modo mais
simples de ser comandado que o inversor em ponte porem a sua desvantagem eacute a tensatildeo de saiacuteda ser a metade
Inversor Monofaacutesico em Ponte
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13 - Dissipadores
A circulaccedilatildeo de corrente eleacutetrica por qualquer elemento provoca uma dissipaccedilatildeo de potecircncia igual ao produto do quadrado da corrente pela resistecircncia do circuito O objetivo eacute estabelecer criteacuterios para o dimensionamento de sistemas de dissipaccedilatildeo do calor produzido por componentes eletrocircnicos especialmente semicondutores de potecircncia (diodostransistores tiristores etc) buscando a proteccedilatildeo de tais componentes tendo como meta fundamental a elevada confiabilidade dos equipamentos nos quais os dispositivos satildeo empregados Deve-se buscar reduccedilatildeo de volume peso e custos
Caacutelculo da Potecircncia Dissipada
O caacutelculo da potecircncia dissipada deve ser feito via de regra pelo produto da tensatildeo pela corrente sobre o dispositivo em questatildeo
Comportamento em regime permanente potecircncia meacutedia
Nos dispositivos semicondutores de potecircncia o calor decorrente do efeito Joule eacute produzido na pastilha semicondutora fluindo daiacute para ambientes mais frios como o encapsulamento do dispositivo e o ambiente Este fluxo de calor depende de fatores como o gradiente de temperatura e as caracteriacutesticas teacutermicas dos meios e materiais envolvidos Define-se a grandeza ldquoresistecircncia teacutermicardquo como uma medida da dificuldade do fluxo de calor entre 2 meios ∆T diferenccedila de temperatura entre regiotildees de transferecircncia de calor P potecircncia meacutedia dissipada h coeficiente de transferecircncia de calor A aacuterea envolvida na transferecircncia de calor
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ANALOGIA COM CIRCUITO ELEacuteTRICO Em geral se faz uma analogia com um circuito eleacutetrico sendo a potecircncia meacutedia representada por uma fonte de corrente As temperaturas nos ambientes indicados (junccedilatildeo caacutepsula ambiente) satildeo anaacutelogas agraves tensotildees nos respectivos noacutes enquanto as resistecircncias teacutermicas satildeo as proacuteprias resistecircncias do modelo
Tj=Temperatura da junccedilatildeo Rtjc=Resistecircncia teacutermica entre junccedilatildeo e encapsulamento Tc=temperatura do encapsulamento Rtca=Resist Term Entre encapsulamento e ambiente Rtcd=Resist Entre encapsulament e dissipador Rtda=Resist Teacutermica entre dissipador e ambiente Partindo do anaacutelogo eleacutetrico chegamos a seguinte equaccedilatildeo tiacutepica Tj = Ta + P (Rtjc + Rtca) Exemplo 1 P = 20 W Rtjc = 2degCW Rtca = 10degCW Ta = 40degC Tjmax = 120degC Tc = Ta + P Rtca = 240degC Tj = Tc + P Rtjc = 280degC
Dissipadores de calor Considerando que natildeo seja possiacutevel reduzir a potecircncia meacutedia dissipada a alternativa para a proteccedilatildeo do semicondutor eacute colocar um dispositivo de baixa resistecircncia teacutermica entre o encapsulamento e o ambiente A este elemento colocado junto ao encapsulamento se diz ldquodissipador de calorrdquo Caracteriacutesticas dos dissipadores As principais caracteriacutesticas estatildeo relacionadas com dimensotildees e especialmente agrave sua superfiacutecie de contato com o ambiente Em geral estes dispositivos satildeo construiacutedos em alumiacutenio dada sua boa condutividade teacutermica (condiccedilatildeo indispensaacutevel) baixo custo e peso A figura mostra perfis tiacutepicos de dissipadores A utilizaccedilatildeo de grande nuacutemero de aletas eacute para aumentar a aacuterea de troca de calor A resistecircncia teacutermica para uma placa plana quadrada pode ser aproximadamente dada por
λ condutacircncia teacutermica (a 77o C) [W(oCcm)] W espessura do dissipador [mm]
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A aacuterea do dissipador [cm2] Cf fator de correccedilatildeo devido agrave posiccedilatildeo e tipo de superfiacutecie Na tabela abaixo satildeo dados alguns valores para os coeficientes da foacutermula O fator Cf varia com a posiccedilatildeo do dissipador sendo preferiacutevel uma montagem vertical agrave horizontal por criar um efeito ldquochamineacuterdquo Dissipadores pretos satildeo melhores irradiadores de calor que aqueles com superfiacutecie brilhante
Comportamento em regime transitoacuterio potecircncia de pico Quando a potecircncia dissipada no semicondutor consiste de pulsos de potecircncia eacute preciso verificar a proteccedilatildeo do componente em relaccedilatildeo aos picos de dissipaccedilatildeo Durante a ocorrecircncia do pico de potecircncia ocorre a elevaccedilatildeo da temperatura da junccedilatildeo embora natildeo ocorra variaccedilatildeo nas temperaturas do encapsulamento e do dissipador (que dependem da potecircncia meacutedia) devido agrave maior capacidade teacutermica da caacutepsula e especialmente do dissipador Tal capacidade teacutermica relaciona-se com o tipo de material utilizado e seu volume Na analogia eleacutetrica utilizada anteriormente ela se comporta como uma capacitacircncia O caacutelculo da temperatura da junccedilatildeo em tal regime transitoacuterio eacute feito utilizando uma grandeza chamada ldquoimpedacircncia teacutermicardquo Ztjc que leva em consideraccedilatildeo a capacidade teacutermica da junccedilatildeo Exemplo 2 Rtjc = 2deg CW Rtca = 5deg CW Rtcd = 2deg CW Rtda = 3deg CW Ztjc = 005deg CW Tjmax = 150deg C Ta = 40deg C P = 20W Pp = 1000W
Tj = 130 oC (o componente estaacute protegido em relaccedilatildeo agrave potecircncia meacutedia) Tc = 90 oC Tj = Tc + Pp Ztjc = 140 oC
Caacutelculo dos Dissipadores
bull A temperatura de trabalho da junccedilatildeo deve ser 20 a 30 menor que seu valor maacuteximo para permitir a proteccedilatildeo do componente sem super-dimensionar o dissipador middot Para ambientes nos quais natildeo se faccedila um controle riacutegido da temperatura deve-se usar uma temperatura ambiente de 40oC
bull Caso o dissipador fique dentro de algum bastidor ou caixa na qual a temperatura possa se elevar acima dos 40oC deve-se considerar sempre a maacutexima temperatura do ar com o qual o dissipador troca calor Eacute conveniente agrave falta de maiores informaccedilotildees utilizar o valor de 40oC e verificar apoacutes a entrada em operaccedilatildeo do protoacutetipo a verdadeira temperatura ambiente
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bull Deve-se verificar a necessidade do uso de isoladores (mica teflon ou mylar) e natildeo desconsiderar suas resistecircncias teacutermicas middot O emprego de pastas teacutermicas eacute sempre recomendado e se deve considerar tambeacutem sua resistecircncia teacutermica
b) No transitoacuterio
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Apecircndice A
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Laboratoacuterio 1
Diodo Ache os componentes em sucatas e monte o circuito abaixo em placa de circuito impresso corroiacuteda Lista de material
4 Diodos 1N4007 2 Capacitores 330uF200V 2 Resistores 150K 18W 1 Suporte p lacircmpada 1 Lacircmpada 40W220V 1 Conector p placa de 2 bornes 6 Chaves HH 1 Rabicho com plugue Placa p circuito impresso virgem (fibra fenolite perfurada) Caneta retro projetor ou esmalte p unhas Palha de accedilo ou acetona e pedaccedilo de pano Soluccedilatildeo de percloreto de ferro Estanho em fio
Obs Colocar o seu nome no lado do cobre a caneta ou esmalte antes da corrosatildeo
Montado na placa o circuito acima e testado fazer os seguintes exerciacutecios 1 ndash Com o interruptor Ch7 ligado os interruptores Ch3 Ch4 Ch5 e Ch6 desligados e os interruptores Ch1 e Ch2 na posiccedilatildeo 1 faccedila a seguinte medida meccedila com o osciloscoacutepio colocando a garra jacareacute onde aparece o GND e o pinccedila no ponto 1 de forma que apareccedila somente o semi-ciclo positivo na tela tambeacutem reproduza abaixo a forma de onda encontrada e registre onde a posiccedilatildeo do zero O aparelho ajustado da seguinte forma O botatildeo de tempodivisatildeo em 5mS O botatildeo tensatildeodivisatildeo ajustado em 5V A ponteira ajustada em X10
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2 ndash Permanecendo o interruptor Ch7 ligado Ch5 e Ch6 desligados poreacutem Ch1 e Ch2 na posiccedilatildeo 2 e Ch3 e Ch4 ligados faccedila novamente a medida e reproduza na tela abaixo a forma de onda
3 - Permanecendo o interruptor Ch7 ligado Ch3 Ch4 Ch5 e Ch6 agora ligados e Ch1 e Ch2 na posiccedilatildeo 2 faccedila novamente a medida e reproduza na tela abaixo a forma de onda
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4 ndash O que aconteceu com a potecircncia (brilho) da lacircmpada Com circuito configurado como no exerciacutecio 1 e exerciacutecio 3 (aumentou ou diminuiu) Porque ocorreu isto _____________________________________________________________________________________
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5 ndash Qual eacute a nova potecircncia da lacircmpada Provar por meio de caacutelculos 6 ndash Por fim com o circuito configurado como no exerciacutecio 3 coloque uma lacircmpada de maior potecircncia e visualize o ripple novamente com o osciloscoacutepio explique o que ocorreu _____________________________________________________________________________________
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Laboratoacuterio 2 TRANSISTOR BIPOLAR (BJT)
Os transistores de potecircncia apresentam caracteriacutesticas de chaveamento controlado Os transistores utilizados como elementos de chaveamento operam na regiatildeo de saturaccedilatildeo apresentando uma baixa queda de tensatildeo de conduccedilatildeo (VCE=0V) (VBE=13V)
Este laboratoacuterio tem o objetivo de fazer um retificador e filtro diretamente da rede alternada com componentes retirados de fontes chaveadas de computadores apoacutes o estaacutegio de retificaccedilatildeo e filtro faremos funcionar uma lacircmpada incandescente de 220 volts corrente alternada em corrente contiacutenua com o auxiacutelio de um transistor de potencia tambeacutem retirado das mesmas fontes
Calcule o R1 e monte o circuito e apoacutes responda as questotildees
Pinos 1 ndash Base 2 ndash Coletor 3 ndash Emissor
Alguns transistores encontrados em fontes chaveadas de computador Transistor VCE (V) Ic (A) β MJE13007 400 8 5
2SC4106 400 7 10
2SC5027 800 3 8
2SC5353 800 3 15
2SC2335 400 7 10
2SC4242 400 7 10
2SC5763 400 7 10
1 ndash Escolha o transistor e faccedila o calculo para descobrir R1 e depois monte o circuito Transistor escolhido ______________
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2 ndash Meccedila a corrente no ponto 1 e compare com o calculado Faccedila as observaccedilotildees necessaacuterias
Corrente no ponto (1)
Calculado
Medido _____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
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3 ndash Por que existem os resistores em paralelo com os capacitores
_____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
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Laboratoacuterio 3
TRANSISTOR EFEITO DE CAMPO (FET) O transistor de potecircncia MOSFET eacute um dispositivo de tensatildeo controlada e necessita apenas de tensatildeo no gatilho A velocidade de chaveamento eacute muito alta (nanosegundos) MOSFETrsquos de potecircncia satildeo utilizados em conversores de baixa potecircncia e alta frequumlecircncia Estes transistores apresentam problemas de descargas eletrostaacuteticas necessitando de cuidados especiais Este experimento tem como objetivo mostrar o funcionamento de Mosfets em uma aplicaccedilatildeo pratica para tanto montaremos o circuito abaixo
Pinagem 1 ndash GATE 2 ndash DRAIN 3 ndash SOURCE
Alguns transistores encontrados no comeacutercio
Transistor Tensatildeo Vds(V) Corrente Id (A)
IRF840 500 85 IRF740 400 10
1 ndash Meccedila a corrente no ponto 1 Corrente no ponto 1 ______________ No ponto 2 coloque 1deg o multiacutemetro antes de ligar o circuito Meccedila a corrente no ponto 2 Corrente no ponto 2 ______________ Por que isto ocorre 2 ndash Calcule a corrente que passa entre os resistores E compare com os valores medidos e faccedila as observaccedilotildees necessaacuterias
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Laboratoacuterio 4
SCR E TRIAC
Este laboratoacuterio tem o objetivo de comprovar o funcionamento do componente SCR e TRIAC e diferenciaacute-los 1
A - Primeiramente ligue a chave 1 mantendo a chave 2 desligada o que ocorre _____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
B ndash Mantendo ligada a chave 1 ligue a chave 2 por um breve intervalo de tempo e desligue-a O que acontece Justifique sua resposta _____________________________________________________________________________________ _____________________________________________________________________________________ 2
C ndash Faccedila a mesma sequumlecircncia usada nas questotildees A e B Sequumlecircncia da questatildeo A________________________________________________________________
Sequumlecircncia da questatildeo B_________________________________________________________________
D - Faccedila as consideraccedilotildees comparando os circuitos 1 e 2
_____________________________________________________________________________________ _____________________________________________________________________________________
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3
E ndash Faccedila um comentaacuterio sobre a omissatildeo das chaves _____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
4
F - Comente os circuitos 3 e 4 haacute alguma diferenccedila no brilho da lacircmpada
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_____________________________________________________________________________________
Pinos do SCR e BTA 1 ndash Catodo A2 2 ndash Anodo A1 3 ndash Gatilho
Alguns SCRs encontrados no comeacutercio
Tiristor
Tensatildeo Vds(V)
Corrente Id (A)
BT151 500 85 TIC106 400 10
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Laboratoacuterio 5
DIAC E TRIAC O objetivo eacute montar o circuito abaixo e visualizar com o osciloscoacutepio a forma de onda em cima da carga no nosso caso a lacircmpada enquanto varia o potenciocircmetro
Pinagem 1 ndash A1 2 ndash A2 3 ndash G Alguns triacs encontrado no comeacutercio BTA08 ndash 8A BTA26 ndash 26A MAC224 ndash 40A TIC226 ndash 8A
Coloque a ponteira em cima da carga e deixe o potenciocircmetro no meio do curso e reproduza na tela abaixo Registre o ajuste que foi feito no osciloscoacutepio para aparecer o meio ciclo superior na tela
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Laboratoacuterio 6
PWM Este circuito eacute simples com o famoso CI 555 para gerar o sinal PWM Controlando uma carga que conseguimos observar o estaacute acontecendo
1 ndash Qual a frequumlecircncia gerada do sinal PWM _______________________________________________________________________________
_______________________________________________________________________________
2 ndash O que acontece com a lacircmpada quando varia o potenciocircmetro
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_______________________________________________________________________________
3 ndash Trocando o capacitor de 100nF por um de 10nF qual seraacute a nova frequumlecircncia
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Laboratoacuterio 7
INVERSOR Este circuito eacute o conceito baacutesico do princiacutepio de funcionamento de um inversor que eacute capaz de gerar uma tensatildeo alternada a partir de uma tensatildeo contiacutenua
1 ndash O motor estaacute girando _____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
2 ndash Caso afirmativo na primeira pergunta coloque a ponteira do osciloscoacutepio em um dos terminais do motor e a garra jacareacute no terra e meccedila a frequumlecircncia _____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
3 ndash O que estaacute acontecendo com o motor em suas caracteriacutesticas fiacutesicas Mudou a velocidade estaacute aquecendo estaacute trepidando etc _____________________________________________________________________________________
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Apendice B
Coacutedigo de resistores
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Capacitores ceracircmicos
O valor do capacitorB eacute de 3300 pF (picofarad = 10-12 F) ou 33 nF (nanofarad = 10-9 F) ou 00033 microF (microfarad =
10-6 F) No capacitor A devemos acrescentar mais 4 zeros apoacutes os dois primeiros algarismos O valor do capacitor que se lecirc 104 eacute de 100000 pF ou 100 nF ou 01microF
O aparecimento de uma letra maiuacutescula ao lado dos nuacutemeros Esta letra refere-se a toleracircncia do capacitor ou seja o quanto que o capacitor pode variar de seu valor em uma temperatura padratildeo de 25deg C A letra J significa que este capacitor pode variar ateacute plusmn5 de seu valor a letra K = plusmn10 ou M = plusmn20 Segue na tabela abaixo os coacutedigos de toleracircncias de capacitacircncia
Ateacute 10pF Coacutedigo Acima de 10pF
plusmn01pF B
plusmn025pF C
plusmn05pF D
plusmn10pF F plusmn1
G plusmn2
H plusmn3
J plusmn5
K plusmn10
M plusmn20
S -50 -20
Z +80 -20
ou +100 -20
P +100 -0
O coeficiente de temperatura TC que define a variaccedilatildeo da capacitacircncia dentro de uma determinada faixa de temperatura O TC eacute normalmente expresso em ou ppmdegC ( partes por milhatildeo degC ) Eacute usado uma sequumlecircncia de letras ou letras e nuacutemeros para representar os coeficientes Observe o desenho abaixo
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Na tabela abaixo estatildeo mais alguns coeficientes de temperatura e as toleracircncias que satildeo muito utilizadas por diversos fabricantes de capacitores
Coacutedigo Coeficiente de temperatura NPO -0plusmn 30ppmdegC N075 -75plusmn 30ppmdegC N150 -150plusmn 30ppmdegC N220 -220plusmn 60ppmdegC N330 -330plusmn 60ppmdegC N470 -470plusmn 60ppmdegC N750 -750plusmn 120ppmdegC N1500 -1500plusmn 250ppmdegC N2200 -2200plusmn 500ppmdegC N3300 -3300plusmn 500ppmdegC N4700 -4700plusmn 1000ppmdegC N5250 -5250plusmn 1000ppmdegC P100 +100plusmn 30ppmdegC
Outra forma de representar coeficientes de temperatura eacute mostrado abaixo Eacute usada em capacitores que se caracterizam
pela alta capacitacircncia por unidade de volume (dimensotildees reduzidas) devido a alta constante dieleacutetrica sendo recomendados para aplicaccedilatildeo em desacoplamentos acoplamentos e supressatildeo de interferecircncias em baixas tensotildees
Os coeficientes satildeo tambeacutem representados exibindo sequumlecircncias de letras e nuacutemeros como por exemplo X7R Y5F e Z5U Para um capacitor Z5U a faixa de operaccedilatildeo eacute de +10degC que significa Temperatura Miacutenima seguido de +85degC que significa Temperatura Maacutexima e uma variaccedilatildeo Maacutexima de capacitacircncia dentro desses limites de temperatura que natildeo ultrapassa -56 +22
Veja as trecircs tabelas abaixo para compreender este exemplo e entender outros coeficientes
Temperatura Miacutenima
Temperatura Maacutexima
Variaccedilatildeo Maacutexima de Capacitacircncia
X -55degC Y -30degC Z +10degC
2 +45degC 4 +65degC 5 +85degC 6 +105degC 7 +125degC
A plusmn10 B plusmn15 C plusmn22 D plusmn33 E plusmn47 F plusmn75 P plusmn10 R plusmn15 S plusmn22 T -33 +22 U -56 +22 V -82 +22
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Capacitores de filme plaacutestico
O desenho ao lado mostra capacitores que tem os seus valores impressos em nanofarad (nF) = 10-9F Quando aparece no capacitor uma letra n minuacutescula como um dos tipos apresentados ao lado por exemplo 3n3 significa que este capacitor eacute de 33nF No exemplo o n minuacutesculo eacute colocado ao meio dos nuacutemeros apenas para economizar uma viacutergula e evitar erro de interpretaccedilatildeo de seu valor
Capacitores de Ceracircmica Multicamada
Capacitores de Polieacutester Metalizado usando coacutedigo de cores
A tabela abaixo mostra como interpretar o coacutedigo de cores dos capacitores abaixo No capacitor A as 3 primeiras cores satildeo laranja laranja e laranja correspondem a 33000 equivalendo a 33 nF A cor branca logo adiante eacute referente a plusmn10 de toleracircncia E o vermelho representa a tensatildeo nominal que eacute de 250 volts
1ordf Algarismo 2ordf Algarismo 3ordf Ndeg de zeros 4ordf Toleracircncia 5ordf Tensatildeo
PRETO 0 0 - plusmn 20 -
MARROM 1 1 0 - -
VERMELHO 2 2 00 - 250V
LARANJA 3 3 000 - -
AMARELO 4 4 0000 - 400V
VERDE 5 5 00000 - -
AZUL 6 6 - - 630V
VIOLETA 7 7 - - -
CINZA 8 8 - - -
BRANCO 9 9 - plusmn 10 -
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Apecircndice C
Osciloscoacutepio Geralmente os osciloscoacutepios tecircm os controles e entradas que podem ser divididos em cinco grupos
1 ndash Controle da fonte de alimentaccedilatildeo 2 ndash Controles de ajuste do traccedilo ou ponto na tela 3 ndash Controles e entrada de atuaccedilatildeo vertical 4 ndash Controles e entrada de atuaccedilatildeo horizontal 5 ndash Controles de entrada de sincronismo
1 - CONTROLE DA FONTE DE ALIMENTACcedilAtildeO 11 - INTERRUPTOR Sua funccedilatildeo eacute interromper ou estabelecer a corrente no primaacuterio do transformador de fora Sua atuaccedilatildeo normalmente eacute acompanhada por uma lacircmpada piloto que serve de aviso visual sobre a situaccedilatildeo do circuito (ligado ou desligado) Normalmente este interruptor se encontra acoplado junto do potenciocircmetro de controle de brilho 12 - COMUTADOR DE TENSAtildeO Sua funccedilatildeo eacute selecionar a tensatildeo de funcionamento do osciloscoacutepio (127 220V) Permite utilizar o instrumento sem a necessidade de recorrer a um transformador abaixador ou elevador de tensatildeo (geralmente o acesso deste comutador eacute visto na parte de traz do aparelho) 2 - CONTROLES DE AJUSTE DO TRACcedilO OU PONTO NA TELA 21 - BRILHO OU LUMINOSIDADE Eacute o controle que ajusta a luminosidade do ponto ou do traccedilo O controle do brilho eacute feito por meio de um potenciocircmetro situado no circuito da grade de controle do TRC mediante o qual se regula o potencial desta grade (deve-se evitar o uso de brilho excessivo sob pena de se danificar a tela) 22 - FOCO Eacute o controle que ajusta a nitidez do ponto ou traccedilo luminoso O ajuste do foco eacute conseguido mediante a regulagem de um potenciocircmetro que regula a polarizaccedilatildeo do eletrodo de enfoque O foco deve ser ajustado de forma a se obter um traccedilo fino e niacutetido na tela (estes ajustes de brilho e de foco satildeo ajustes baacutesicos que devem ser feitos sempre que se for usar o osciloscoacutepio)
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23 - ILUMINACcedilAtildeO DA RETIacuteCULA Permite que se ilumine o quadriculado ou as divisotildees na tela 3 - CONTROLES E ENTRADA DE ATUACcedilAtildeO VERTICAL 31 - ENTRADA DE SINAL VERTICAL Nesta entrada eacute conectada a ponta de prova do osciloscoacutepio As variaccedilotildees de tensatildeo aplicadas nesta entrada aparecem sob forma de figura na tela 32 - CHAVE DE SELECcedilAtildeO DE MODO DE ENTRADA (CA-CC) Esta chave eacute selecionada de acordo com o tipo de forma de onda a ser observada Em alguns osciloscoacutepios esta chave possui trecircs posiccedilotildees (CA-0-CC ou AC-GND-DC) Esta posiccedilatildeo adicional eacute usada para a realizaccedilatildeo de ajustes do traccedilo do osciloscoacutepio em algumas situaccedilotildees Por exemplo quando se deseja Uma referecircncia na tela 33 - CHAVE SELETORA DE GANHO (VDiv) Esta chave permite que se aumente ou que se diminua a amplitude de projeccedilatildeo na tela do osciloscoacutepio (altura da imagem) 34 - POSICcedilAtildeO VERTICAL Permite movimentar a imagem para cima ou para baixo na tela A movimentaccedilatildeo natildeo interfere na forma da figura projetada na tela 4 - CONTROLES DE ATUACcedilAO HORIZONTAL 41 - CHAVE SELETORA DE BASE DE TEMPO Eacute o controle que permite variar o tempo de deslocamento horizontal do ponto na tela Atraveacutes deste controle eacute possiacutevel reduzir ou ampliar horizontalmente na tela a figura nela projetada Em alguns osciloscoacutepios esta chave seletora tem uma posiccedilatildeo identificada como EXT (externa) o que possibilita que o deslocamento horizontal pode ser controlado por circuito externo ao osciloscoacutepio atraveacutes de uma entrada especiacutefica Quando a posiccedilatildeo externa eacute selecionada natildeo haacute formaccedilatildeo do traccedilo na tela obtendo-se apenas um ponto 42 - POSICcedilAtildeO HORIZONTAL Eacute o ajuste que permite controlar horizontalmente a forma de onda na tela Girando o controle de posiccedilatildeo horizontal para a direita o traccedilo move-se horizontalmente para a direita e vice-versa Assim como o controle de posiccedilatildeo vertical o controle de posiccedilatildeo horizontal natildeo interfere na forma da figura projetada na tela
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5 - CONTROLES E ENTRADA DE SINCRONISMO (TRIGGER) Satildeo controles que se destinam a fixar a imagem na tela Estes controles satildeo utilizados principalmente na observaccedilatildeo de sinais alternados Os controles de sincronismo satildeo Chave seletora de fonte de sincronismo Chave de modo de sincronismo Controle de niacutevel de sincronismo 51 - CHAVE SELETORA DE FONTE DE SINCRONISMO Seleciona onde seraacute tomada o sinal de sincronismo para fixar a imagem na tela do osciloscoacutepio Normalmente esta chave possui trecircs posiccedilotildees pelo menos POSICcedilAtildeO CH1 O sincronismo eacute controlado pelo sinal aplicado ao canal 1 POSICcedilAtildeO REDE Realiza o sincronismo com base na frequecircncia da rede de alimentaccedilatildeo do osciloscoacutepio (60Hz) Nesta posiccedilatildeo consegue-se facilmente sincronizar na tela sinais aplicados na entrada vertical que sejam obtidos a partir da rede eleacutetrica POSICcedilAtildeO EXTERNO Na posiccedilatildeo externo o sincronismo da figura eacute obtido agrave partir de outro equipamento externo conectado ao osciloscoacutepio O sinal que controla o sincronismo na posiccedilatildeo externo eacute aplicado a entrada de sincronismo 52 - CHAVE DE MODO DE SINCRONISMO Normalmente esta chave tem duas ou trecircs posiccedilotildees AUTO Nesta posiccedilatildeo o osciloscoacutepio realiza o sincronismo automaticamente com base no sinal selecionado pela chave seletora de fonte de sincronismo NORMAL + O sincronismo eacute positivo ajustado manualmente pelo controle de niacutevel de sincronismo (TRIGGER) de modo que o primeiro pico que apareccedila na tela seja o positivo NORMAL - O sincronismo eacute negativo tambeacutem ajustado manualmente entretanto o primeiro pico a aparecer eacute o negativo 53 - CONTROLE DE NIacuteVEL DE SINCRONISMO (TRIGGER) Eacute um controle manual que permite o ajuste do sincronismo quando natildeo se consegue um sincronismo automaacutetico Tem atuaccedilatildeo nas posiccedilotildees NORMAL + e NORMAL - OBSERVACcedilAtildeO Para se realizar leituras eacute necessaacuterio sincronizar a figura na tela II - ENTRADA E CONTROLE DO OSCILOSCOacutePIO DUPLO TRACcedilO O osciloscoacutepio de duplo traccedilo possui alguns controles que satildeo comuns aos dois traccedilos e outros que satildeo individuais Os controles de brilho foco base de tempo e de posiccedilatildeo horizontal satildeo controles que satildeo comuns aos dois traccedilos Basicamente os controles individuais situam-se nas entradas e controles do vertical nos controles e entrada de sincronismo ENTRADAS E CONTROLES DO VERTICAL Para que se possa observar dois sinais simultaneamente eacute necessaacuterio que se aplique uma tensatildeo em cada uma das entradas verticais O osciloscoacutepio duplo traccedilo dispotildee de dois grupos de controles verticais Um grupo para o canal A ou canal 1 (CH1) Um grupo para o canal B ou canal 2 (CH2) Cada grupo controla um dos sinais na tela (amplitude posiccedilatildeo vertical etc) Geralmente satildeo iguais Cada canal dispotildee de Entrada Vertical Chave Seletora CA-O-CC Chave Seletora de ganho vertical (DDiv) Posiccedilatildeo vertical Um osciloscoacutepio de duplo traccedilo pode ainda ser utilizado como sendo um osciloscoacutepio de traccedilo simples Uma chave seletora permite que se possa selecionar cada canal individualmente ou os dois simultaneamente Esta chave possui pelo menos trecircs posiccedilotildees CH1
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CH2 DUAL Na posiccedilatildeo CH1 apareceraacute apenas a imagem na tela que estiver sendo aplicada na entrada vertical do canal 1 Na posiccedilatildeo CH2 apareceraacute apenas a imagem na tela que estiver sendo aplicada na entrada vertical do canal 2 Na posiccedilatildeo DUAL aparecem as duas imagens Em osciloscoacutepios mais sofisticados esta chave pode possuir mais posiccedilotildees de modo a permitir outras alternativas de uso CONTROLES DE SINCRONISMO Realizam as mesmas funccedilotildees do osciloscoacutepio traccedilo simples que eacute a de fixar a imagem na tela O que diferencia eacute o fato de que na chave seletora de fonte existe uma posiccedilatildeo adicional de modo a poder sincronizar a figura PONTAS DE PROVA As pontas de prova satildeo utilizadas para interligar o osciloscoacutepio aos pontos de medida
Uma das extremidades da ponta de prova eacute conectada a uma das entradas do osciloscoacutepio atraveacutes de um conector e a extremidade livre serve para conexatildeo aos pontos de medida A extremidade livre possui uma garra jacareacute denominada de terra da ponta de prova que deve ser conectada ao terra do circuito e uma ponta de entrada de sinal que deve ser conectada no ponto que se deseja medir Existem dois tipos de ponta de prova ponta de prova 11 ponta de prova 101 A ponta de prova 11 se caracteriza por aplicar agrave entrada do osciloscoacutepio a mesma tensatildeo ou forma de onda que eacute aplicada a ponta de mediccedilatildeo A ponta de prova 101 entrega ao osciloscoacutepio apenas a deacutecima parte da tensatildeo aplicada a ponta de mediccedilatildeo As pontas de prova 101 permitem que o osciloscoacutepio consiga observar tensotildees dez vezes maior que a sua capacidade Por exemplo Um osciloscoacutepio que permite a leitura de tensotildees de 50V com ponta de prova 11 com ponta de prova 101 poderaacute medir tensotildees de ateacute 500V (10x50V) Existem pontas de prova que dispotildee de um botatildeo onde se pode selecionar 101 ou 11 Obs Quando natildeo se tem total certeza da grandeza da tensatildeo envolvida eacute aconselhaacutevel iniciar a mediccedilatildeo com o posiccedilatildeo 101
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Bibliografia
1 Dispositivos semicondutores tiristores controle de potecircncia em CC e CA 1996 - ALMEIDA Joseacute Luiz Antunes de Satildeo Paulo Eacuterica 1996 150 p
2 Dispositivos semicondutores diodos e transistores 1996 MARQUES Angelo Eduardo B
CHOUERI JUacuteNIOR Salomatildeo CRUZ Eduardo Cesar Alves Satildeo Paulo Eacuterica 1996 389 p
3 Anaacutelise e projeto de fontes chaveadas MELLO Luiz Fernando P de Satildeo Paulo Eacuterica 1996 487 p
4 Eletrocircnica de potecircncia circuitos dispositivos e aplicaccedilotildees 1999 RASHID Muhammad H Satildeo Paulo Makron Books 1999 828 p
5 Eletrocircnica de potecircncia 1994 - PALMA Guilherme Rebouccedilas da Satildeo Paulo Eacuterica 1994 259 p
6 Dispositivos eletrocircnicos e teoria de circuitos - 8 ed 2004 -
BOYLESTAD Robert L NASHELSKY Louis CAMARGO Joseacute Bueno de NASCIMENTO Joseacute Lucimar do PERTENCE JUNIOR Antonio (Coord) Satildeo Paulo Pearson Prentice Hall 2004 672 p
7 Rodrigues Isac Zilli Notas de aula da disciplina de Eletrocircnica II do Curso de Engenharia
Eleacutetrica da UPF Passo Fundo RS 2000
8 Ghirardello Ariovaldo Apostila sobre Modulaccedilatildeo PWM Coleacutegio Politec
9 Electronics Workbench Versatildeo 512
10 LabcenterElectronics 1989-2008 Release 75 SP3
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10 - PWM Para comeccedilarmos o estudo do PWM que vem do inglecircs Pulse Width Modulation ou seja modulaccedilatildeo
por largura de pulso temos que ter alguns preacute-requisitos em mente Uma maneira tradicional de se controlar a potencia de uma carga eacute atraveacutes de um potenciocircmetro ou reostato em seacuterie com a carga conforme mostra a figura abaixo este tipo de controle eacute denominada linear
Variando-se a resistecircncia do potenciocircmetro pode-se modificar a corrente na carga e portanto a potecircncia aplicada a ela
A grande desvantagem deste tipo de controle eacute que a queda de tensatildeo multiplicada pela corrente no R em seacuterie representa uma potencia na forma de calor Conforme o ajuste deste o controle passa a dissipar mais potencia que a carga
O R tem de ser capaz de dissipar esta potencia sendo assim o seu tamanho fiacutesico cresce proporcionalmente com a sua potencia tornando-se caro Embora este controle seja ateacute intuitivo porem natildeo eacute muito inteligente no que diz respeito de desperdiacutecio de energia Consideremos entatildeo o mesmo circuito soacute trocamos o controle como podemos ver no desenho abaixo
Consideremos ainda que esta chave tem uma accedilatildeo muito raacutepida Quando o interruptor estaacute aberto natildeo haacute corrente na carga e a potecircncia aplicada eacute nula No instante em que o interruptor eacute fechado a carga recebe a tensatildeo total da fonte e a potecircncia aplicada eacute maacutexima
Entatildeo para termos uma potencia de 50 a ideacuteia eacute deixarmos um tempo x com a chave ligada e o mesmo tempo com a chave desligada Isso significa que em meacutedia teremos metade do tempo com corrente e metade do tempo sem corrente concluindo que a potencia ficaraacute em 50
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A potecircncia meacutedia e portanto a proacutepria tensatildeo meacutedia aplicada agrave carga eacute neste caso 50 da tensatildeo de entrada
Veja que o interruptor fechado pode definir uma largura de pulso pelo tempo em que ele fica nesta condiccedilatildeo e um intervalo entre pulsos pelo tempo em que ele fica aberto Os dois tempos juntos definem o periacuteodo e portanto uma frequecircncia de controle
A relaccedilatildeo entre o tempo em que temos o pulso e a duraccedilatildeo de um ciclo completo de operaccedilatildeo do interruptor nos define ainda o ciclo ativo conforme eacute mostrado na figura 5
Variando-se a largura do pulso e tambeacutem o intervalo de modo a termos ciclos ativos diferentes podemos controlar a potecircncia meacutedia aplicada a uma carga Assim quando a largura do pulso varia de zero ateacute o maacuteximo a potecircncia tambeacutem varia na mesma proporccedilatildeo conforme estaacute indicado na figura 6
Este princiacutepio eacute usado justamente no controle PWM modulamos (variamos) a largura do pulso de modo a controlar o ciclo ativo do sinal aplicado a uma carga e com isso a potecircncia aplicada a ela
Na praacutetica substituiacutemos o interruptor por algum dispositivo de estado soacutelido que possa abrir e fechar o circuito rapidamente como por exemplo um transistor bipolar um FET de potecircncia um IGBT ou ateacute mesmo um SCR
A este dispositivo eacute entatildeo ligado um oscilador que possa ter seu ciclo ativo controlado numa grande faixa de valores Na praacutetica eacute difiacutecil chegar agrave duraccedilatildeo zero do pulso e agrave 100 jaacute que isso implicaria na parada do oscilador mas podemos chegar bem perto disso
Na operaccedilatildeo de um controle por PWM existem diversas vantagens a serem consideradas e alguns pontos para os quais o projetista deve ficar atento para natildeo jogar fora estas vantagens
Na condiccedilatildeo de aberto nenhuma corrente circula pelo dispositivo de controle e portanto sua dissipaccedilatildeo eacute nula Na condiccedilatildeo de fechado teoricamente se ele apresenta uma resistecircncia nula a queda de tensatildeo eacute nula e ele natildeo dissipa tambeacutem nenhuma potecircncia
Isso significa que na teoria os controles PWM natildeo dissipam potecircncia alguma e portanto consistem em soluccedilotildees ideais para este tipo de aplicaccedilatildeo
Na praacutetica entretanto isso natildeo ocorre Em primeiro lugar os dispositivos usados no controle natildeo satildeo capazes de abrir e fechar o circuito num tempo infinitamente pequeno Eles precisam de um tempo para mudar de estado e neste intervalo de tempo sua resistecircncia sobe de um valor muito pequeno ateacute infinito e vice-versa numa curva de comutaccedilatildeo semelhante a mostrada na figura 10
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Neste intervalo de tempo a queda de tensatildeo e a corrente atraveacutes do dispositivo natildeo satildeo nulas e uma boa quantidade de calor poderaacute ser gerada conforme a carga controlada Dependendo da frequecircncia de controle e da resposta do dispositivo usado uma boa quantidade de calor poderaacute ser gerada neste processo de comutaccedilatildeo
Entretanto mesmo com este problema a potecircncia gerada num controle PWM ainda eacute muito menor do que num circuito de controle linear equivalente Transistores de comutaccedilatildeo raacutepidos FETs de potecircncia e outros componentes de chaveamento podem ser suficientemente raacutepidos para permitir que projetos de controles de potecircncias elevadas sejam implementados sem a necessidade de grandes dissipadores de calor ou que tenham problemas de perdas de energia por geraccedilatildeo de calor que possam ser preocupantes
O segundo problema que poderaacute surgir vem justamente do fato de que os transistores de efeito de campo ou bipolares usados em comutaccedilatildeo natildeo se comportam como resistecircncias nulas quando saturados Os transistores bipolares podem apresentar uma queda de tensatildeo de ateacute alguns volts quando saturados o mesmo ocorrendo com os FETs
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11 - Soft-Starter
Soft start eacute um dispositivo eletrocircnico composto de pontes tiristorizadas a fim de controlar a corrente de partida de motores de corrente alternada trifaacutesicos o controle da tensatildeo reduzida eacute feita ajustando-se o acircngulo de disparo de um par de SCRs dispostos em antiparalelo em cada fase do motor A medida que a tensatildeo vai aumentando a corrente aumenta para acelerar a carga de uma maneira suave e sem degraus Seu uso eacute comum em bombas centriacutefugas ventiladores e motores de elevada potecircncia cuja aplicaccedilatildeo natildeo exija a variaccedilatildeo de velocidade
A vantagem desta teacutecnica sobre as alternativas de custo baixo eacute a possibilidade de ajustarmos o torque do motor as necessidades de torque da carga
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12 - Inversores
Introduccedilatildeo A obtenccedilatildeo de uma tensatildeo alternada a partir de uma fonte CC eacute muitas vezes necessaacuteria para a
alimentaccedilatildeo de diversas cargas Os conversores que realizam a transformaccedilatildeo CC-CA satildeo chamados de inversores Como exemplos de aplicaccedilotildees pode-se citar o controle de velocidade de motores de corrente alternada fontes de alimentaccedilatildeo ininterrupta (no-break) entre varias outras aplicaccedilotildees
Qualquer sistema no qual o fornecimento da energia eleacutetrica natildeo pode ser interrompido deve prever uma fonte de emergecircncia para supri-lo Quando a potecircncia instalada eacute muito grande tem-se em geral um sistema de acionamento imediato alimentado a partir de baterias e um sistema motor-gerador que por necessitar de alguns minutos para estar em condiccedilotildees ideais de operaccedilatildeo natildeo pode ser usado de imediato Tal arranjo eacute usado por exemplo em centrais telefocircnicas hospitais etc Topologias Baacutesicas
Inversor Monofaacutesico em Ponte A estrutura do inversos monofaacutesico em ponte alimentando carga resistiva estaacute representado na
Figura abaixo
As formas de onda de interesse satildeo apresentadas na figura abaixo Com S1 e S4 em conduccedilatildeo a
tensatildeo na carga eacute igual a E quando S2 e S3 estatildeo em conduccedilatildeo ela torna-se igual a -E
Quando a carga for indutiva devem ser adicionados a estrutura do circuito mostrado acima os
diodos de circulaccedilatildeo D1 D2 D3 e D4 como indica a figura abaixo Observe que com carga indutiva a fonte E deve ser reversiacutevel em corrente
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Etapas de funcionamento do inversor em ponte alimentando carga indutiva
Inversor Monofaacutesico em Ponto Meacutedio Este circuito representado na figura abaixo emprega apenas um braccedilo sendo desse modo mais
simples de ser comandado que o inversor em ponte porem a sua desvantagem eacute a tensatildeo de saiacuteda ser a metade
Inversor Monofaacutesico em Ponte
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13 - Dissipadores
A circulaccedilatildeo de corrente eleacutetrica por qualquer elemento provoca uma dissipaccedilatildeo de potecircncia igual ao produto do quadrado da corrente pela resistecircncia do circuito O objetivo eacute estabelecer criteacuterios para o dimensionamento de sistemas de dissipaccedilatildeo do calor produzido por componentes eletrocircnicos especialmente semicondutores de potecircncia (diodostransistores tiristores etc) buscando a proteccedilatildeo de tais componentes tendo como meta fundamental a elevada confiabilidade dos equipamentos nos quais os dispositivos satildeo empregados Deve-se buscar reduccedilatildeo de volume peso e custos
Caacutelculo da Potecircncia Dissipada
O caacutelculo da potecircncia dissipada deve ser feito via de regra pelo produto da tensatildeo pela corrente sobre o dispositivo em questatildeo
Comportamento em regime permanente potecircncia meacutedia
Nos dispositivos semicondutores de potecircncia o calor decorrente do efeito Joule eacute produzido na pastilha semicondutora fluindo daiacute para ambientes mais frios como o encapsulamento do dispositivo e o ambiente Este fluxo de calor depende de fatores como o gradiente de temperatura e as caracteriacutesticas teacutermicas dos meios e materiais envolvidos Define-se a grandeza ldquoresistecircncia teacutermicardquo como uma medida da dificuldade do fluxo de calor entre 2 meios ∆T diferenccedila de temperatura entre regiotildees de transferecircncia de calor P potecircncia meacutedia dissipada h coeficiente de transferecircncia de calor A aacuterea envolvida na transferecircncia de calor
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ANALOGIA COM CIRCUITO ELEacuteTRICO Em geral se faz uma analogia com um circuito eleacutetrico sendo a potecircncia meacutedia representada por uma fonte de corrente As temperaturas nos ambientes indicados (junccedilatildeo caacutepsula ambiente) satildeo anaacutelogas agraves tensotildees nos respectivos noacutes enquanto as resistecircncias teacutermicas satildeo as proacuteprias resistecircncias do modelo
Tj=Temperatura da junccedilatildeo Rtjc=Resistecircncia teacutermica entre junccedilatildeo e encapsulamento Tc=temperatura do encapsulamento Rtca=Resist Term Entre encapsulamento e ambiente Rtcd=Resist Entre encapsulament e dissipador Rtda=Resist Teacutermica entre dissipador e ambiente Partindo do anaacutelogo eleacutetrico chegamos a seguinte equaccedilatildeo tiacutepica Tj = Ta + P (Rtjc + Rtca) Exemplo 1 P = 20 W Rtjc = 2degCW Rtca = 10degCW Ta = 40degC Tjmax = 120degC Tc = Ta + P Rtca = 240degC Tj = Tc + P Rtjc = 280degC
Dissipadores de calor Considerando que natildeo seja possiacutevel reduzir a potecircncia meacutedia dissipada a alternativa para a proteccedilatildeo do semicondutor eacute colocar um dispositivo de baixa resistecircncia teacutermica entre o encapsulamento e o ambiente A este elemento colocado junto ao encapsulamento se diz ldquodissipador de calorrdquo Caracteriacutesticas dos dissipadores As principais caracteriacutesticas estatildeo relacionadas com dimensotildees e especialmente agrave sua superfiacutecie de contato com o ambiente Em geral estes dispositivos satildeo construiacutedos em alumiacutenio dada sua boa condutividade teacutermica (condiccedilatildeo indispensaacutevel) baixo custo e peso A figura mostra perfis tiacutepicos de dissipadores A utilizaccedilatildeo de grande nuacutemero de aletas eacute para aumentar a aacuterea de troca de calor A resistecircncia teacutermica para uma placa plana quadrada pode ser aproximadamente dada por
λ condutacircncia teacutermica (a 77o C) [W(oCcm)] W espessura do dissipador [mm]
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A aacuterea do dissipador [cm2] Cf fator de correccedilatildeo devido agrave posiccedilatildeo e tipo de superfiacutecie Na tabela abaixo satildeo dados alguns valores para os coeficientes da foacutermula O fator Cf varia com a posiccedilatildeo do dissipador sendo preferiacutevel uma montagem vertical agrave horizontal por criar um efeito ldquochamineacuterdquo Dissipadores pretos satildeo melhores irradiadores de calor que aqueles com superfiacutecie brilhante
Comportamento em regime transitoacuterio potecircncia de pico Quando a potecircncia dissipada no semicondutor consiste de pulsos de potecircncia eacute preciso verificar a proteccedilatildeo do componente em relaccedilatildeo aos picos de dissipaccedilatildeo Durante a ocorrecircncia do pico de potecircncia ocorre a elevaccedilatildeo da temperatura da junccedilatildeo embora natildeo ocorra variaccedilatildeo nas temperaturas do encapsulamento e do dissipador (que dependem da potecircncia meacutedia) devido agrave maior capacidade teacutermica da caacutepsula e especialmente do dissipador Tal capacidade teacutermica relaciona-se com o tipo de material utilizado e seu volume Na analogia eleacutetrica utilizada anteriormente ela se comporta como uma capacitacircncia O caacutelculo da temperatura da junccedilatildeo em tal regime transitoacuterio eacute feito utilizando uma grandeza chamada ldquoimpedacircncia teacutermicardquo Ztjc que leva em consideraccedilatildeo a capacidade teacutermica da junccedilatildeo Exemplo 2 Rtjc = 2deg CW Rtca = 5deg CW Rtcd = 2deg CW Rtda = 3deg CW Ztjc = 005deg CW Tjmax = 150deg C Ta = 40deg C P = 20W Pp = 1000W
Tj = 130 oC (o componente estaacute protegido em relaccedilatildeo agrave potecircncia meacutedia) Tc = 90 oC Tj = Tc + Pp Ztjc = 140 oC
Caacutelculo dos Dissipadores
bull A temperatura de trabalho da junccedilatildeo deve ser 20 a 30 menor que seu valor maacuteximo para permitir a proteccedilatildeo do componente sem super-dimensionar o dissipador middot Para ambientes nos quais natildeo se faccedila um controle riacutegido da temperatura deve-se usar uma temperatura ambiente de 40oC
bull Caso o dissipador fique dentro de algum bastidor ou caixa na qual a temperatura possa se elevar acima dos 40oC deve-se considerar sempre a maacutexima temperatura do ar com o qual o dissipador troca calor Eacute conveniente agrave falta de maiores informaccedilotildees utilizar o valor de 40oC e verificar apoacutes a entrada em operaccedilatildeo do protoacutetipo a verdadeira temperatura ambiente
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bull Deve-se verificar a necessidade do uso de isoladores (mica teflon ou mylar) e natildeo desconsiderar suas resistecircncias teacutermicas middot O emprego de pastas teacutermicas eacute sempre recomendado e se deve considerar tambeacutem sua resistecircncia teacutermica
b) No transitoacuterio
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Apecircndice A
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Laboratoacuterio 1
Diodo Ache os componentes em sucatas e monte o circuito abaixo em placa de circuito impresso corroiacuteda Lista de material
4 Diodos 1N4007 2 Capacitores 330uF200V 2 Resistores 150K 18W 1 Suporte p lacircmpada 1 Lacircmpada 40W220V 1 Conector p placa de 2 bornes 6 Chaves HH 1 Rabicho com plugue Placa p circuito impresso virgem (fibra fenolite perfurada) Caneta retro projetor ou esmalte p unhas Palha de accedilo ou acetona e pedaccedilo de pano Soluccedilatildeo de percloreto de ferro Estanho em fio
Obs Colocar o seu nome no lado do cobre a caneta ou esmalte antes da corrosatildeo
Montado na placa o circuito acima e testado fazer os seguintes exerciacutecios 1 ndash Com o interruptor Ch7 ligado os interruptores Ch3 Ch4 Ch5 e Ch6 desligados e os interruptores Ch1 e Ch2 na posiccedilatildeo 1 faccedila a seguinte medida meccedila com o osciloscoacutepio colocando a garra jacareacute onde aparece o GND e o pinccedila no ponto 1 de forma que apareccedila somente o semi-ciclo positivo na tela tambeacutem reproduza abaixo a forma de onda encontrada e registre onde a posiccedilatildeo do zero O aparelho ajustado da seguinte forma O botatildeo de tempodivisatildeo em 5mS O botatildeo tensatildeodivisatildeo ajustado em 5V A ponteira ajustada em X10
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2 ndash Permanecendo o interruptor Ch7 ligado Ch5 e Ch6 desligados poreacutem Ch1 e Ch2 na posiccedilatildeo 2 e Ch3 e Ch4 ligados faccedila novamente a medida e reproduza na tela abaixo a forma de onda
3 - Permanecendo o interruptor Ch7 ligado Ch3 Ch4 Ch5 e Ch6 agora ligados e Ch1 e Ch2 na posiccedilatildeo 2 faccedila novamente a medida e reproduza na tela abaixo a forma de onda
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4 ndash O que aconteceu com a potecircncia (brilho) da lacircmpada Com circuito configurado como no exerciacutecio 1 e exerciacutecio 3 (aumentou ou diminuiu) Porque ocorreu isto _____________________________________________________________________________________
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5 ndash Qual eacute a nova potecircncia da lacircmpada Provar por meio de caacutelculos 6 ndash Por fim com o circuito configurado como no exerciacutecio 3 coloque uma lacircmpada de maior potecircncia e visualize o ripple novamente com o osciloscoacutepio explique o que ocorreu _____________________________________________________________________________________
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Laboratoacuterio 2 TRANSISTOR BIPOLAR (BJT)
Os transistores de potecircncia apresentam caracteriacutesticas de chaveamento controlado Os transistores utilizados como elementos de chaveamento operam na regiatildeo de saturaccedilatildeo apresentando uma baixa queda de tensatildeo de conduccedilatildeo (VCE=0V) (VBE=13V)
Este laboratoacuterio tem o objetivo de fazer um retificador e filtro diretamente da rede alternada com componentes retirados de fontes chaveadas de computadores apoacutes o estaacutegio de retificaccedilatildeo e filtro faremos funcionar uma lacircmpada incandescente de 220 volts corrente alternada em corrente contiacutenua com o auxiacutelio de um transistor de potencia tambeacutem retirado das mesmas fontes
Calcule o R1 e monte o circuito e apoacutes responda as questotildees
Pinos 1 ndash Base 2 ndash Coletor 3 ndash Emissor
Alguns transistores encontrados em fontes chaveadas de computador Transistor VCE (V) Ic (A) β MJE13007 400 8 5
2SC4106 400 7 10
2SC5027 800 3 8
2SC5353 800 3 15
2SC2335 400 7 10
2SC4242 400 7 10
2SC5763 400 7 10
1 ndash Escolha o transistor e faccedila o calculo para descobrir R1 e depois monte o circuito Transistor escolhido ______________
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2 ndash Meccedila a corrente no ponto 1 e compare com o calculado Faccedila as observaccedilotildees necessaacuterias
Corrente no ponto (1)
Calculado
Medido _____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
3 ndash Por que existem os resistores em paralelo com os capacitores
_____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
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Laboratoacuterio 3
TRANSISTOR EFEITO DE CAMPO (FET) O transistor de potecircncia MOSFET eacute um dispositivo de tensatildeo controlada e necessita apenas de tensatildeo no gatilho A velocidade de chaveamento eacute muito alta (nanosegundos) MOSFETrsquos de potecircncia satildeo utilizados em conversores de baixa potecircncia e alta frequumlecircncia Estes transistores apresentam problemas de descargas eletrostaacuteticas necessitando de cuidados especiais Este experimento tem como objetivo mostrar o funcionamento de Mosfets em uma aplicaccedilatildeo pratica para tanto montaremos o circuito abaixo
Pinagem 1 ndash GATE 2 ndash DRAIN 3 ndash SOURCE
Alguns transistores encontrados no comeacutercio
Transistor Tensatildeo Vds(V) Corrente Id (A)
IRF840 500 85 IRF740 400 10
1 ndash Meccedila a corrente no ponto 1 Corrente no ponto 1 ______________ No ponto 2 coloque 1deg o multiacutemetro antes de ligar o circuito Meccedila a corrente no ponto 2 Corrente no ponto 2 ______________ Por que isto ocorre 2 ndash Calcule a corrente que passa entre os resistores E compare com os valores medidos e faccedila as observaccedilotildees necessaacuterias
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Laboratoacuterio 4
SCR E TRIAC
Este laboratoacuterio tem o objetivo de comprovar o funcionamento do componente SCR e TRIAC e diferenciaacute-los 1
A - Primeiramente ligue a chave 1 mantendo a chave 2 desligada o que ocorre _____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
B ndash Mantendo ligada a chave 1 ligue a chave 2 por um breve intervalo de tempo e desligue-a O que acontece Justifique sua resposta _____________________________________________________________________________________ _____________________________________________________________________________________ 2
C ndash Faccedila a mesma sequumlecircncia usada nas questotildees A e B Sequumlecircncia da questatildeo A________________________________________________________________
Sequumlecircncia da questatildeo B_________________________________________________________________
D - Faccedila as consideraccedilotildees comparando os circuitos 1 e 2
_____________________________________________________________________________________ _____________________________________________________________________________________
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3
E ndash Faccedila um comentaacuterio sobre a omissatildeo das chaves _____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
4
F - Comente os circuitos 3 e 4 haacute alguma diferenccedila no brilho da lacircmpada
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_____________________________________________________________________________________
Pinos do SCR e BTA 1 ndash Catodo A2 2 ndash Anodo A1 3 ndash Gatilho
Alguns SCRs encontrados no comeacutercio
Tiristor
Tensatildeo Vds(V)
Corrente Id (A)
BT151 500 85 TIC106 400 10
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Laboratoacuterio 5
DIAC E TRIAC O objetivo eacute montar o circuito abaixo e visualizar com o osciloscoacutepio a forma de onda em cima da carga no nosso caso a lacircmpada enquanto varia o potenciocircmetro
Pinagem 1 ndash A1 2 ndash A2 3 ndash G Alguns triacs encontrado no comeacutercio BTA08 ndash 8A BTA26 ndash 26A MAC224 ndash 40A TIC226 ndash 8A
Coloque a ponteira em cima da carga e deixe o potenciocircmetro no meio do curso e reproduza na tela abaixo Registre o ajuste que foi feito no osciloscoacutepio para aparecer o meio ciclo superior na tela
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Laboratoacuterio 6
PWM Este circuito eacute simples com o famoso CI 555 para gerar o sinal PWM Controlando uma carga que conseguimos observar o estaacute acontecendo
1 ndash Qual a frequumlecircncia gerada do sinal PWM _______________________________________________________________________________
_______________________________________________________________________________
2 ndash O que acontece com a lacircmpada quando varia o potenciocircmetro
_______________________________________________________________________________
_______________________________________________________________________________
3 ndash Trocando o capacitor de 100nF por um de 10nF qual seraacute a nova frequumlecircncia
_______________________________________________________________________________
_______________________________________________________________________________
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Laboratoacuterio 7
INVERSOR Este circuito eacute o conceito baacutesico do princiacutepio de funcionamento de um inversor que eacute capaz de gerar uma tensatildeo alternada a partir de uma tensatildeo contiacutenua
1 ndash O motor estaacute girando _____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
2 ndash Caso afirmativo na primeira pergunta coloque a ponteira do osciloscoacutepio em um dos terminais do motor e a garra jacareacute no terra e meccedila a frequumlecircncia _____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
3 ndash O que estaacute acontecendo com o motor em suas caracteriacutesticas fiacutesicas Mudou a velocidade estaacute aquecendo estaacute trepidando etc _____________________________________________________________________________________
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Apendice B
Coacutedigo de resistores
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Capacitores ceracircmicos
O valor do capacitorB eacute de 3300 pF (picofarad = 10-12 F) ou 33 nF (nanofarad = 10-9 F) ou 00033 microF (microfarad =
10-6 F) No capacitor A devemos acrescentar mais 4 zeros apoacutes os dois primeiros algarismos O valor do capacitor que se lecirc 104 eacute de 100000 pF ou 100 nF ou 01microF
O aparecimento de uma letra maiuacutescula ao lado dos nuacutemeros Esta letra refere-se a toleracircncia do capacitor ou seja o quanto que o capacitor pode variar de seu valor em uma temperatura padratildeo de 25deg C A letra J significa que este capacitor pode variar ateacute plusmn5 de seu valor a letra K = plusmn10 ou M = plusmn20 Segue na tabela abaixo os coacutedigos de toleracircncias de capacitacircncia
Ateacute 10pF Coacutedigo Acima de 10pF
plusmn01pF B
plusmn025pF C
plusmn05pF D
plusmn10pF F plusmn1
G plusmn2
H plusmn3
J plusmn5
K plusmn10
M plusmn20
S -50 -20
Z +80 -20
ou +100 -20
P +100 -0
O coeficiente de temperatura TC que define a variaccedilatildeo da capacitacircncia dentro de uma determinada faixa de temperatura O TC eacute normalmente expresso em ou ppmdegC ( partes por milhatildeo degC ) Eacute usado uma sequumlecircncia de letras ou letras e nuacutemeros para representar os coeficientes Observe o desenho abaixo
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Na tabela abaixo estatildeo mais alguns coeficientes de temperatura e as toleracircncias que satildeo muito utilizadas por diversos fabricantes de capacitores
Coacutedigo Coeficiente de temperatura NPO -0plusmn 30ppmdegC N075 -75plusmn 30ppmdegC N150 -150plusmn 30ppmdegC N220 -220plusmn 60ppmdegC N330 -330plusmn 60ppmdegC N470 -470plusmn 60ppmdegC N750 -750plusmn 120ppmdegC N1500 -1500plusmn 250ppmdegC N2200 -2200plusmn 500ppmdegC N3300 -3300plusmn 500ppmdegC N4700 -4700plusmn 1000ppmdegC N5250 -5250plusmn 1000ppmdegC P100 +100plusmn 30ppmdegC
Outra forma de representar coeficientes de temperatura eacute mostrado abaixo Eacute usada em capacitores que se caracterizam
pela alta capacitacircncia por unidade de volume (dimensotildees reduzidas) devido a alta constante dieleacutetrica sendo recomendados para aplicaccedilatildeo em desacoplamentos acoplamentos e supressatildeo de interferecircncias em baixas tensotildees
Os coeficientes satildeo tambeacutem representados exibindo sequumlecircncias de letras e nuacutemeros como por exemplo X7R Y5F e Z5U Para um capacitor Z5U a faixa de operaccedilatildeo eacute de +10degC que significa Temperatura Miacutenima seguido de +85degC que significa Temperatura Maacutexima e uma variaccedilatildeo Maacutexima de capacitacircncia dentro desses limites de temperatura que natildeo ultrapassa -56 +22
Veja as trecircs tabelas abaixo para compreender este exemplo e entender outros coeficientes
Temperatura Miacutenima
Temperatura Maacutexima
Variaccedilatildeo Maacutexima de Capacitacircncia
X -55degC Y -30degC Z +10degC
2 +45degC 4 +65degC 5 +85degC 6 +105degC 7 +125degC
A plusmn10 B plusmn15 C plusmn22 D plusmn33 E plusmn47 F plusmn75 P plusmn10 R plusmn15 S plusmn22 T -33 +22 U -56 +22 V -82 +22
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Capacitores de filme plaacutestico
O desenho ao lado mostra capacitores que tem os seus valores impressos em nanofarad (nF) = 10-9F Quando aparece no capacitor uma letra n minuacutescula como um dos tipos apresentados ao lado por exemplo 3n3 significa que este capacitor eacute de 33nF No exemplo o n minuacutesculo eacute colocado ao meio dos nuacutemeros apenas para economizar uma viacutergula e evitar erro de interpretaccedilatildeo de seu valor
Capacitores de Ceracircmica Multicamada
Capacitores de Polieacutester Metalizado usando coacutedigo de cores
A tabela abaixo mostra como interpretar o coacutedigo de cores dos capacitores abaixo No capacitor A as 3 primeiras cores satildeo laranja laranja e laranja correspondem a 33000 equivalendo a 33 nF A cor branca logo adiante eacute referente a plusmn10 de toleracircncia E o vermelho representa a tensatildeo nominal que eacute de 250 volts
1ordf Algarismo 2ordf Algarismo 3ordf Ndeg de zeros 4ordf Toleracircncia 5ordf Tensatildeo
PRETO 0 0 - plusmn 20 -
MARROM 1 1 0 - -
VERMELHO 2 2 00 - 250V
LARANJA 3 3 000 - -
AMARELO 4 4 0000 - 400V
VERDE 5 5 00000 - -
AZUL 6 6 - - 630V
VIOLETA 7 7 - - -
CINZA 8 8 - - -
BRANCO 9 9 - plusmn 10 -
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Apecircndice C
Osciloscoacutepio Geralmente os osciloscoacutepios tecircm os controles e entradas que podem ser divididos em cinco grupos
1 ndash Controle da fonte de alimentaccedilatildeo 2 ndash Controles de ajuste do traccedilo ou ponto na tela 3 ndash Controles e entrada de atuaccedilatildeo vertical 4 ndash Controles e entrada de atuaccedilatildeo horizontal 5 ndash Controles de entrada de sincronismo
1 - CONTROLE DA FONTE DE ALIMENTACcedilAtildeO 11 - INTERRUPTOR Sua funccedilatildeo eacute interromper ou estabelecer a corrente no primaacuterio do transformador de fora Sua atuaccedilatildeo normalmente eacute acompanhada por uma lacircmpada piloto que serve de aviso visual sobre a situaccedilatildeo do circuito (ligado ou desligado) Normalmente este interruptor se encontra acoplado junto do potenciocircmetro de controle de brilho 12 - COMUTADOR DE TENSAtildeO Sua funccedilatildeo eacute selecionar a tensatildeo de funcionamento do osciloscoacutepio (127 220V) Permite utilizar o instrumento sem a necessidade de recorrer a um transformador abaixador ou elevador de tensatildeo (geralmente o acesso deste comutador eacute visto na parte de traz do aparelho) 2 - CONTROLES DE AJUSTE DO TRACcedilO OU PONTO NA TELA 21 - BRILHO OU LUMINOSIDADE Eacute o controle que ajusta a luminosidade do ponto ou do traccedilo O controle do brilho eacute feito por meio de um potenciocircmetro situado no circuito da grade de controle do TRC mediante o qual se regula o potencial desta grade (deve-se evitar o uso de brilho excessivo sob pena de se danificar a tela) 22 - FOCO Eacute o controle que ajusta a nitidez do ponto ou traccedilo luminoso O ajuste do foco eacute conseguido mediante a regulagem de um potenciocircmetro que regula a polarizaccedilatildeo do eletrodo de enfoque O foco deve ser ajustado de forma a se obter um traccedilo fino e niacutetido na tela (estes ajustes de brilho e de foco satildeo ajustes baacutesicos que devem ser feitos sempre que se for usar o osciloscoacutepio)
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23 - ILUMINACcedilAtildeO DA RETIacuteCULA Permite que se ilumine o quadriculado ou as divisotildees na tela 3 - CONTROLES E ENTRADA DE ATUACcedilAtildeO VERTICAL 31 - ENTRADA DE SINAL VERTICAL Nesta entrada eacute conectada a ponta de prova do osciloscoacutepio As variaccedilotildees de tensatildeo aplicadas nesta entrada aparecem sob forma de figura na tela 32 - CHAVE DE SELECcedilAtildeO DE MODO DE ENTRADA (CA-CC) Esta chave eacute selecionada de acordo com o tipo de forma de onda a ser observada Em alguns osciloscoacutepios esta chave possui trecircs posiccedilotildees (CA-0-CC ou AC-GND-DC) Esta posiccedilatildeo adicional eacute usada para a realizaccedilatildeo de ajustes do traccedilo do osciloscoacutepio em algumas situaccedilotildees Por exemplo quando se deseja Uma referecircncia na tela 33 - CHAVE SELETORA DE GANHO (VDiv) Esta chave permite que se aumente ou que se diminua a amplitude de projeccedilatildeo na tela do osciloscoacutepio (altura da imagem) 34 - POSICcedilAtildeO VERTICAL Permite movimentar a imagem para cima ou para baixo na tela A movimentaccedilatildeo natildeo interfere na forma da figura projetada na tela 4 - CONTROLES DE ATUACcedilAO HORIZONTAL 41 - CHAVE SELETORA DE BASE DE TEMPO Eacute o controle que permite variar o tempo de deslocamento horizontal do ponto na tela Atraveacutes deste controle eacute possiacutevel reduzir ou ampliar horizontalmente na tela a figura nela projetada Em alguns osciloscoacutepios esta chave seletora tem uma posiccedilatildeo identificada como EXT (externa) o que possibilita que o deslocamento horizontal pode ser controlado por circuito externo ao osciloscoacutepio atraveacutes de uma entrada especiacutefica Quando a posiccedilatildeo externa eacute selecionada natildeo haacute formaccedilatildeo do traccedilo na tela obtendo-se apenas um ponto 42 - POSICcedilAtildeO HORIZONTAL Eacute o ajuste que permite controlar horizontalmente a forma de onda na tela Girando o controle de posiccedilatildeo horizontal para a direita o traccedilo move-se horizontalmente para a direita e vice-versa Assim como o controle de posiccedilatildeo vertical o controle de posiccedilatildeo horizontal natildeo interfere na forma da figura projetada na tela
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5 - CONTROLES E ENTRADA DE SINCRONISMO (TRIGGER) Satildeo controles que se destinam a fixar a imagem na tela Estes controles satildeo utilizados principalmente na observaccedilatildeo de sinais alternados Os controles de sincronismo satildeo Chave seletora de fonte de sincronismo Chave de modo de sincronismo Controle de niacutevel de sincronismo 51 - CHAVE SELETORA DE FONTE DE SINCRONISMO Seleciona onde seraacute tomada o sinal de sincronismo para fixar a imagem na tela do osciloscoacutepio Normalmente esta chave possui trecircs posiccedilotildees pelo menos POSICcedilAtildeO CH1 O sincronismo eacute controlado pelo sinal aplicado ao canal 1 POSICcedilAtildeO REDE Realiza o sincronismo com base na frequecircncia da rede de alimentaccedilatildeo do osciloscoacutepio (60Hz) Nesta posiccedilatildeo consegue-se facilmente sincronizar na tela sinais aplicados na entrada vertical que sejam obtidos a partir da rede eleacutetrica POSICcedilAtildeO EXTERNO Na posiccedilatildeo externo o sincronismo da figura eacute obtido agrave partir de outro equipamento externo conectado ao osciloscoacutepio O sinal que controla o sincronismo na posiccedilatildeo externo eacute aplicado a entrada de sincronismo 52 - CHAVE DE MODO DE SINCRONISMO Normalmente esta chave tem duas ou trecircs posiccedilotildees AUTO Nesta posiccedilatildeo o osciloscoacutepio realiza o sincronismo automaticamente com base no sinal selecionado pela chave seletora de fonte de sincronismo NORMAL + O sincronismo eacute positivo ajustado manualmente pelo controle de niacutevel de sincronismo (TRIGGER) de modo que o primeiro pico que apareccedila na tela seja o positivo NORMAL - O sincronismo eacute negativo tambeacutem ajustado manualmente entretanto o primeiro pico a aparecer eacute o negativo 53 - CONTROLE DE NIacuteVEL DE SINCRONISMO (TRIGGER) Eacute um controle manual que permite o ajuste do sincronismo quando natildeo se consegue um sincronismo automaacutetico Tem atuaccedilatildeo nas posiccedilotildees NORMAL + e NORMAL - OBSERVACcedilAtildeO Para se realizar leituras eacute necessaacuterio sincronizar a figura na tela II - ENTRADA E CONTROLE DO OSCILOSCOacutePIO DUPLO TRACcedilO O osciloscoacutepio de duplo traccedilo possui alguns controles que satildeo comuns aos dois traccedilos e outros que satildeo individuais Os controles de brilho foco base de tempo e de posiccedilatildeo horizontal satildeo controles que satildeo comuns aos dois traccedilos Basicamente os controles individuais situam-se nas entradas e controles do vertical nos controles e entrada de sincronismo ENTRADAS E CONTROLES DO VERTICAL Para que se possa observar dois sinais simultaneamente eacute necessaacuterio que se aplique uma tensatildeo em cada uma das entradas verticais O osciloscoacutepio duplo traccedilo dispotildee de dois grupos de controles verticais Um grupo para o canal A ou canal 1 (CH1) Um grupo para o canal B ou canal 2 (CH2) Cada grupo controla um dos sinais na tela (amplitude posiccedilatildeo vertical etc) Geralmente satildeo iguais Cada canal dispotildee de Entrada Vertical Chave Seletora CA-O-CC Chave Seletora de ganho vertical (DDiv) Posiccedilatildeo vertical Um osciloscoacutepio de duplo traccedilo pode ainda ser utilizado como sendo um osciloscoacutepio de traccedilo simples Uma chave seletora permite que se possa selecionar cada canal individualmente ou os dois simultaneamente Esta chave possui pelo menos trecircs posiccedilotildees CH1
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CH2 DUAL Na posiccedilatildeo CH1 apareceraacute apenas a imagem na tela que estiver sendo aplicada na entrada vertical do canal 1 Na posiccedilatildeo CH2 apareceraacute apenas a imagem na tela que estiver sendo aplicada na entrada vertical do canal 2 Na posiccedilatildeo DUAL aparecem as duas imagens Em osciloscoacutepios mais sofisticados esta chave pode possuir mais posiccedilotildees de modo a permitir outras alternativas de uso CONTROLES DE SINCRONISMO Realizam as mesmas funccedilotildees do osciloscoacutepio traccedilo simples que eacute a de fixar a imagem na tela O que diferencia eacute o fato de que na chave seletora de fonte existe uma posiccedilatildeo adicional de modo a poder sincronizar a figura PONTAS DE PROVA As pontas de prova satildeo utilizadas para interligar o osciloscoacutepio aos pontos de medida
Uma das extremidades da ponta de prova eacute conectada a uma das entradas do osciloscoacutepio atraveacutes de um conector e a extremidade livre serve para conexatildeo aos pontos de medida A extremidade livre possui uma garra jacareacute denominada de terra da ponta de prova que deve ser conectada ao terra do circuito e uma ponta de entrada de sinal que deve ser conectada no ponto que se deseja medir Existem dois tipos de ponta de prova ponta de prova 11 ponta de prova 101 A ponta de prova 11 se caracteriza por aplicar agrave entrada do osciloscoacutepio a mesma tensatildeo ou forma de onda que eacute aplicada a ponta de mediccedilatildeo A ponta de prova 101 entrega ao osciloscoacutepio apenas a deacutecima parte da tensatildeo aplicada a ponta de mediccedilatildeo As pontas de prova 101 permitem que o osciloscoacutepio consiga observar tensotildees dez vezes maior que a sua capacidade Por exemplo Um osciloscoacutepio que permite a leitura de tensotildees de 50V com ponta de prova 11 com ponta de prova 101 poderaacute medir tensotildees de ateacute 500V (10x50V) Existem pontas de prova que dispotildee de um botatildeo onde se pode selecionar 101 ou 11 Obs Quando natildeo se tem total certeza da grandeza da tensatildeo envolvida eacute aconselhaacutevel iniciar a mediccedilatildeo com o posiccedilatildeo 101
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Bibliografia
1 Dispositivos semicondutores tiristores controle de potecircncia em CC e CA 1996 - ALMEIDA Joseacute Luiz Antunes de Satildeo Paulo Eacuterica 1996 150 p
2 Dispositivos semicondutores diodos e transistores 1996 MARQUES Angelo Eduardo B
CHOUERI JUacuteNIOR Salomatildeo CRUZ Eduardo Cesar Alves Satildeo Paulo Eacuterica 1996 389 p
3 Anaacutelise e projeto de fontes chaveadas MELLO Luiz Fernando P de Satildeo Paulo Eacuterica 1996 487 p
4 Eletrocircnica de potecircncia circuitos dispositivos e aplicaccedilotildees 1999 RASHID Muhammad H Satildeo Paulo Makron Books 1999 828 p
5 Eletrocircnica de potecircncia 1994 - PALMA Guilherme Rebouccedilas da Satildeo Paulo Eacuterica 1994 259 p
6 Dispositivos eletrocircnicos e teoria de circuitos - 8 ed 2004 -
BOYLESTAD Robert L NASHELSKY Louis CAMARGO Joseacute Bueno de NASCIMENTO Joseacute Lucimar do PERTENCE JUNIOR Antonio (Coord) Satildeo Paulo Pearson Prentice Hall 2004 672 p
7 Rodrigues Isac Zilli Notas de aula da disciplina de Eletrocircnica II do Curso de Engenharia
Eleacutetrica da UPF Passo Fundo RS 2000
8 Ghirardello Ariovaldo Apostila sobre Modulaccedilatildeo PWM Coleacutegio Politec
9 Electronics Workbench Versatildeo 512
10 LabcenterElectronics 1989-2008 Release 75 SP3
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A potecircncia meacutedia e portanto a proacutepria tensatildeo meacutedia aplicada agrave carga eacute neste caso 50 da tensatildeo de entrada
Veja que o interruptor fechado pode definir uma largura de pulso pelo tempo em que ele fica nesta condiccedilatildeo e um intervalo entre pulsos pelo tempo em que ele fica aberto Os dois tempos juntos definem o periacuteodo e portanto uma frequecircncia de controle
A relaccedilatildeo entre o tempo em que temos o pulso e a duraccedilatildeo de um ciclo completo de operaccedilatildeo do interruptor nos define ainda o ciclo ativo conforme eacute mostrado na figura 5
Variando-se a largura do pulso e tambeacutem o intervalo de modo a termos ciclos ativos diferentes podemos controlar a potecircncia meacutedia aplicada a uma carga Assim quando a largura do pulso varia de zero ateacute o maacuteximo a potecircncia tambeacutem varia na mesma proporccedilatildeo conforme estaacute indicado na figura 6
Este princiacutepio eacute usado justamente no controle PWM modulamos (variamos) a largura do pulso de modo a controlar o ciclo ativo do sinal aplicado a uma carga e com isso a potecircncia aplicada a ela
Na praacutetica substituiacutemos o interruptor por algum dispositivo de estado soacutelido que possa abrir e fechar o circuito rapidamente como por exemplo um transistor bipolar um FET de potecircncia um IGBT ou ateacute mesmo um SCR
A este dispositivo eacute entatildeo ligado um oscilador que possa ter seu ciclo ativo controlado numa grande faixa de valores Na praacutetica eacute difiacutecil chegar agrave duraccedilatildeo zero do pulso e agrave 100 jaacute que isso implicaria na parada do oscilador mas podemos chegar bem perto disso
Na operaccedilatildeo de um controle por PWM existem diversas vantagens a serem consideradas e alguns pontos para os quais o projetista deve ficar atento para natildeo jogar fora estas vantagens
Na condiccedilatildeo de aberto nenhuma corrente circula pelo dispositivo de controle e portanto sua dissipaccedilatildeo eacute nula Na condiccedilatildeo de fechado teoricamente se ele apresenta uma resistecircncia nula a queda de tensatildeo eacute nula e ele natildeo dissipa tambeacutem nenhuma potecircncia
Isso significa que na teoria os controles PWM natildeo dissipam potecircncia alguma e portanto consistem em soluccedilotildees ideais para este tipo de aplicaccedilatildeo
Na praacutetica entretanto isso natildeo ocorre Em primeiro lugar os dispositivos usados no controle natildeo satildeo capazes de abrir e fechar o circuito num tempo infinitamente pequeno Eles precisam de um tempo para mudar de estado e neste intervalo de tempo sua resistecircncia sobe de um valor muito pequeno ateacute infinito e vice-versa numa curva de comutaccedilatildeo semelhante a mostrada na figura 10
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Neste intervalo de tempo a queda de tensatildeo e a corrente atraveacutes do dispositivo natildeo satildeo nulas e uma boa quantidade de calor poderaacute ser gerada conforme a carga controlada Dependendo da frequecircncia de controle e da resposta do dispositivo usado uma boa quantidade de calor poderaacute ser gerada neste processo de comutaccedilatildeo
Entretanto mesmo com este problema a potecircncia gerada num controle PWM ainda eacute muito menor do que num circuito de controle linear equivalente Transistores de comutaccedilatildeo raacutepidos FETs de potecircncia e outros componentes de chaveamento podem ser suficientemente raacutepidos para permitir que projetos de controles de potecircncias elevadas sejam implementados sem a necessidade de grandes dissipadores de calor ou que tenham problemas de perdas de energia por geraccedilatildeo de calor que possam ser preocupantes
O segundo problema que poderaacute surgir vem justamente do fato de que os transistores de efeito de campo ou bipolares usados em comutaccedilatildeo natildeo se comportam como resistecircncias nulas quando saturados Os transistores bipolares podem apresentar uma queda de tensatildeo de ateacute alguns volts quando saturados o mesmo ocorrendo com os FETs
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11 - Soft-Starter
Soft start eacute um dispositivo eletrocircnico composto de pontes tiristorizadas a fim de controlar a corrente de partida de motores de corrente alternada trifaacutesicos o controle da tensatildeo reduzida eacute feita ajustando-se o acircngulo de disparo de um par de SCRs dispostos em antiparalelo em cada fase do motor A medida que a tensatildeo vai aumentando a corrente aumenta para acelerar a carga de uma maneira suave e sem degraus Seu uso eacute comum em bombas centriacutefugas ventiladores e motores de elevada potecircncia cuja aplicaccedilatildeo natildeo exija a variaccedilatildeo de velocidade
A vantagem desta teacutecnica sobre as alternativas de custo baixo eacute a possibilidade de ajustarmos o torque do motor as necessidades de torque da carga
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12 - Inversores
Introduccedilatildeo A obtenccedilatildeo de uma tensatildeo alternada a partir de uma fonte CC eacute muitas vezes necessaacuteria para a
alimentaccedilatildeo de diversas cargas Os conversores que realizam a transformaccedilatildeo CC-CA satildeo chamados de inversores Como exemplos de aplicaccedilotildees pode-se citar o controle de velocidade de motores de corrente alternada fontes de alimentaccedilatildeo ininterrupta (no-break) entre varias outras aplicaccedilotildees
Qualquer sistema no qual o fornecimento da energia eleacutetrica natildeo pode ser interrompido deve prever uma fonte de emergecircncia para supri-lo Quando a potecircncia instalada eacute muito grande tem-se em geral um sistema de acionamento imediato alimentado a partir de baterias e um sistema motor-gerador que por necessitar de alguns minutos para estar em condiccedilotildees ideais de operaccedilatildeo natildeo pode ser usado de imediato Tal arranjo eacute usado por exemplo em centrais telefocircnicas hospitais etc Topologias Baacutesicas
Inversor Monofaacutesico em Ponte A estrutura do inversos monofaacutesico em ponte alimentando carga resistiva estaacute representado na
Figura abaixo
As formas de onda de interesse satildeo apresentadas na figura abaixo Com S1 e S4 em conduccedilatildeo a
tensatildeo na carga eacute igual a E quando S2 e S3 estatildeo em conduccedilatildeo ela torna-se igual a -E
Quando a carga for indutiva devem ser adicionados a estrutura do circuito mostrado acima os
diodos de circulaccedilatildeo D1 D2 D3 e D4 como indica a figura abaixo Observe que com carga indutiva a fonte E deve ser reversiacutevel em corrente
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Etapas de funcionamento do inversor em ponte alimentando carga indutiva
Inversor Monofaacutesico em Ponto Meacutedio Este circuito representado na figura abaixo emprega apenas um braccedilo sendo desse modo mais
simples de ser comandado que o inversor em ponte porem a sua desvantagem eacute a tensatildeo de saiacuteda ser a metade
Inversor Monofaacutesico em Ponte
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13 - Dissipadores
A circulaccedilatildeo de corrente eleacutetrica por qualquer elemento provoca uma dissipaccedilatildeo de potecircncia igual ao produto do quadrado da corrente pela resistecircncia do circuito O objetivo eacute estabelecer criteacuterios para o dimensionamento de sistemas de dissipaccedilatildeo do calor produzido por componentes eletrocircnicos especialmente semicondutores de potecircncia (diodostransistores tiristores etc) buscando a proteccedilatildeo de tais componentes tendo como meta fundamental a elevada confiabilidade dos equipamentos nos quais os dispositivos satildeo empregados Deve-se buscar reduccedilatildeo de volume peso e custos
Caacutelculo da Potecircncia Dissipada
O caacutelculo da potecircncia dissipada deve ser feito via de regra pelo produto da tensatildeo pela corrente sobre o dispositivo em questatildeo
Comportamento em regime permanente potecircncia meacutedia
Nos dispositivos semicondutores de potecircncia o calor decorrente do efeito Joule eacute produzido na pastilha semicondutora fluindo daiacute para ambientes mais frios como o encapsulamento do dispositivo e o ambiente Este fluxo de calor depende de fatores como o gradiente de temperatura e as caracteriacutesticas teacutermicas dos meios e materiais envolvidos Define-se a grandeza ldquoresistecircncia teacutermicardquo como uma medida da dificuldade do fluxo de calor entre 2 meios ∆T diferenccedila de temperatura entre regiotildees de transferecircncia de calor P potecircncia meacutedia dissipada h coeficiente de transferecircncia de calor A aacuterea envolvida na transferecircncia de calor
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ANALOGIA COM CIRCUITO ELEacuteTRICO Em geral se faz uma analogia com um circuito eleacutetrico sendo a potecircncia meacutedia representada por uma fonte de corrente As temperaturas nos ambientes indicados (junccedilatildeo caacutepsula ambiente) satildeo anaacutelogas agraves tensotildees nos respectivos noacutes enquanto as resistecircncias teacutermicas satildeo as proacuteprias resistecircncias do modelo
Tj=Temperatura da junccedilatildeo Rtjc=Resistecircncia teacutermica entre junccedilatildeo e encapsulamento Tc=temperatura do encapsulamento Rtca=Resist Term Entre encapsulamento e ambiente Rtcd=Resist Entre encapsulament e dissipador Rtda=Resist Teacutermica entre dissipador e ambiente Partindo do anaacutelogo eleacutetrico chegamos a seguinte equaccedilatildeo tiacutepica Tj = Ta + P (Rtjc + Rtca) Exemplo 1 P = 20 W Rtjc = 2degCW Rtca = 10degCW Ta = 40degC Tjmax = 120degC Tc = Ta + P Rtca = 240degC Tj = Tc + P Rtjc = 280degC
Dissipadores de calor Considerando que natildeo seja possiacutevel reduzir a potecircncia meacutedia dissipada a alternativa para a proteccedilatildeo do semicondutor eacute colocar um dispositivo de baixa resistecircncia teacutermica entre o encapsulamento e o ambiente A este elemento colocado junto ao encapsulamento se diz ldquodissipador de calorrdquo Caracteriacutesticas dos dissipadores As principais caracteriacutesticas estatildeo relacionadas com dimensotildees e especialmente agrave sua superfiacutecie de contato com o ambiente Em geral estes dispositivos satildeo construiacutedos em alumiacutenio dada sua boa condutividade teacutermica (condiccedilatildeo indispensaacutevel) baixo custo e peso A figura mostra perfis tiacutepicos de dissipadores A utilizaccedilatildeo de grande nuacutemero de aletas eacute para aumentar a aacuterea de troca de calor A resistecircncia teacutermica para uma placa plana quadrada pode ser aproximadamente dada por
λ condutacircncia teacutermica (a 77o C) [W(oCcm)] W espessura do dissipador [mm]
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A aacuterea do dissipador [cm2] Cf fator de correccedilatildeo devido agrave posiccedilatildeo e tipo de superfiacutecie Na tabela abaixo satildeo dados alguns valores para os coeficientes da foacutermula O fator Cf varia com a posiccedilatildeo do dissipador sendo preferiacutevel uma montagem vertical agrave horizontal por criar um efeito ldquochamineacuterdquo Dissipadores pretos satildeo melhores irradiadores de calor que aqueles com superfiacutecie brilhante
Comportamento em regime transitoacuterio potecircncia de pico Quando a potecircncia dissipada no semicondutor consiste de pulsos de potecircncia eacute preciso verificar a proteccedilatildeo do componente em relaccedilatildeo aos picos de dissipaccedilatildeo Durante a ocorrecircncia do pico de potecircncia ocorre a elevaccedilatildeo da temperatura da junccedilatildeo embora natildeo ocorra variaccedilatildeo nas temperaturas do encapsulamento e do dissipador (que dependem da potecircncia meacutedia) devido agrave maior capacidade teacutermica da caacutepsula e especialmente do dissipador Tal capacidade teacutermica relaciona-se com o tipo de material utilizado e seu volume Na analogia eleacutetrica utilizada anteriormente ela se comporta como uma capacitacircncia O caacutelculo da temperatura da junccedilatildeo em tal regime transitoacuterio eacute feito utilizando uma grandeza chamada ldquoimpedacircncia teacutermicardquo Ztjc que leva em consideraccedilatildeo a capacidade teacutermica da junccedilatildeo Exemplo 2 Rtjc = 2deg CW Rtca = 5deg CW Rtcd = 2deg CW Rtda = 3deg CW Ztjc = 005deg CW Tjmax = 150deg C Ta = 40deg C P = 20W Pp = 1000W
Tj = 130 oC (o componente estaacute protegido em relaccedilatildeo agrave potecircncia meacutedia) Tc = 90 oC Tj = Tc + Pp Ztjc = 140 oC
Caacutelculo dos Dissipadores
bull A temperatura de trabalho da junccedilatildeo deve ser 20 a 30 menor que seu valor maacuteximo para permitir a proteccedilatildeo do componente sem super-dimensionar o dissipador middot Para ambientes nos quais natildeo se faccedila um controle riacutegido da temperatura deve-se usar uma temperatura ambiente de 40oC
bull Caso o dissipador fique dentro de algum bastidor ou caixa na qual a temperatura possa se elevar acima dos 40oC deve-se considerar sempre a maacutexima temperatura do ar com o qual o dissipador troca calor Eacute conveniente agrave falta de maiores informaccedilotildees utilizar o valor de 40oC e verificar apoacutes a entrada em operaccedilatildeo do protoacutetipo a verdadeira temperatura ambiente
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bull Deve-se verificar a necessidade do uso de isoladores (mica teflon ou mylar) e natildeo desconsiderar suas resistecircncias teacutermicas middot O emprego de pastas teacutermicas eacute sempre recomendado e se deve considerar tambeacutem sua resistecircncia teacutermica
b) No transitoacuterio
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Apecircndice A
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Laboratoacuterio 1
Diodo Ache os componentes em sucatas e monte o circuito abaixo em placa de circuito impresso corroiacuteda Lista de material
4 Diodos 1N4007 2 Capacitores 330uF200V 2 Resistores 150K 18W 1 Suporte p lacircmpada 1 Lacircmpada 40W220V 1 Conector p placa de 2 bornes 6 Chaves HH 1 Rabicho com plugue Placa p circuito impresso virgem (fibra fenolite perfurada) Caneta retro projetor ou esmalte p unhas Palha de accedilo ou acetona e pedaccedilo de pano Soluccedilatildeo de percloreto de ferro Estanho em fio
Obs Colocar o seu nome no lado do cobre a caneta ou esmalte antes da corrosatildeo
Montado na placa o circuito acima e testado fazer os seguintes exerciacutecios 1 ndash Com o interruptor Ch7 ligado os interruptores Ch3 Ch4 Ch5 e Ch6 desligados e os interruptores Ch1 e Ch2 na posiccedilatildeo 1 faccedila a seguinte medida meccedila com o osciloscoacutepio colocando a garra jacareacute onde aparece o GND e o pinccedila no ponto 1 de forma que apareccedila somente o semi-ciclo positivo na tela tambeacutem reproduza abaixo a forma de onda encontrada e registre onde a posiccedilatildeo do zero O aparelho ajustado da seguinte forma O botatildeo de tempodivisatildeo em 5mS O botatildeo tensatildeodivisatildeo ajustado em 5V A ponteira ajustada em X10
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2 ndash Permanecendo o interruptor Ch7 ligado Ch5 e Ch6 desligados poreacutem Ch1 e Ch2 na posiccedilatildeo 2 e Ch3 e Ch4 ligados faccedila novamente a medida e reproduza na tela abaixo a forma de onda
3 - Permanecendo o interruptor Ch7 ligado Ch3 Ch4 Ch5 e Ch6 agora ligados e Ch1 e Ch2 na posiccedilatildeo 2 faccedila novamente a medida e reproduza na tela abaixo a forma de onda
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4 ndash O que aconteceu com a potecircncia (brilho) da lacircmpada Com circuito configurado como no exerciacutecio 1 e exerciacutecio 3 (aumentou ou diminuiu) Porque ocorreu isto _____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
5 ndash Qual eacute a nova potecircncia da lacircmpada Provar por meio de caacutelculos 6 ndash Por fim com o circuito configurado como no exerciacutecio 3 coloque uma lacircmpada de maior potecircncia e visualize o ripple novamente com o osciloscoacutepio explique o que ocorreu _____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
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Laboratoacuterio 2 TRANSISTOR BIPOLAR (BJT)
Os transistores de potecircncia apresentam caracteriacutesticas de chaveamento controlado Os transistores utilizados como elementos de chaveamento operam na regiatildeo de saturaccedilatildeo apresentando uma baixa queda de tensatildeo de conduccedilatildeo (VCE=0V) (VBE=13V)
Este laboratoacuterio tem o objetivo de fazer um retificador e filtro diretamente da rede alternada com componentes retirados de fontes chaveadas de computadores apoacutes o estaacutegio de retificaccedilatildeo e filtro faremos funcionar uma lacircmpada incandescente de 220 volts corrente alternada em corrente contiacutenua com o auxiacutelio de um transistor de potencia tambeacutem retirado das mesmas fontes
Calcule o R1 e monte o circuito e apoacutes responda as questotildees
Pinos 1 ndash Base 2 ndash Coletor 3 ndash Emissor
Alguns transistores encontrados em fontes chaveadas de computador Transistor VCE (V) Ic (A) β MJE13007 400 8 5
2SC4106 400 7 10
2SC5027 800 3 8
2SC5353 800 3 15
2SC2335 400 7 10
2SC4242 400 7 10
2SC5763 400 7 10
1 ndash Escolha o transistor e faccedila o calculo para descobrir R1 e depois monte o circuito Transistor escolhido ______________
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2 ndash Meccedila a corrente no ponto 1 e compare com o calculado Faccedila as observaccedilotildees necessaacuterias
Corrente no ponto (1)
Calculado
Medido _____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
3 ndash Por que existem os resistores em paralelo com os capacitores
_____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
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Laboratoacuterio 3
TRANSISTOR EFEITO DE CAMPO (FET) O transistor de potecircncia MOSFET eacute um dispositivo de tensatildeo controlada e necessita apenas de tensatildeo no gatilho A velocidade de chaveamento eacute muito alta (nanosegundos) MOSFETrsquos de potecircncia satildeo utilizados em conversores de baixa potecircncia e alta frequumlecircncia Estes transistores apresentam problemas de descargas eletrostaacuteticas necessitando de cuidados especiais Este experimento tem como objetivo mostrar o funcionamento de Mosfets em uma aplicaccedilatildeo pratica para tanto montaremos o circuito abaixo
Pinagem 1 ndash GATE 2 ndash DRAIN 3 ndash SOURCE
Alguns transistores encontrados no comeacutercio
Transistor Tensatildeo Vds(V) Corrente Id (A)
IRF840 500 85 IRF740 400 10
1 ndash Meccedila a corrente no ponto 1 Corrente no ponto 1 ______________ No ponto 2 coloque 1deg o multiacutemetro antes de ligar o circuito Meccedila a corrente no ponto 2 Corrente no ponto 2 ______________ Por que isto ocorre 2 ndash Calcule a corrente que passa entre os resistores E compare com os valores medidos e faccedila as observaccedilotildees necessaacuterias
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Laboratoacuterio 4
SCR E TRIAC
Este laboratoacuterio tem o objetivo de comprovar o funcionamento do componente SCR e TRIAC e diferenciaacute-los 1
A - Primeiramente ligue a chave 1 mantendo a chave 2 desligada o que ocorre _____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
B ndash Mantendo ligada a chave 1 ligue a chave 2 por um breve intervalo de tempo e desligue-a O que acontece Justifique sua resposta _____________________________________________________________________________________ _____________________________________________________________________________________ 2
C ndash Faccedila a mesma sequumlecircncia usada nas questotildees A e B Sequumlecircncia da questatildeo A________________________________________________________________
Sequumlecircncia da questatildeo B_________________________________________________________________
D - Faccedila as consideraccedilotildees comparando os circuitos 1 e 2
_____________________________________________________________________________________ _____________________________________________________________________________________
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3
E ndash Faccedila um comentaacuterio sobre a omissatildeo das chaves _____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
4
F - Comente os circuitos 3 e 4 haacute alguma diferenccedila no brilho da lacircmpada
_____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
Pinos do SCR e BTA 1 ndash Catodo A2 2 ndash Anodo A1 3 ndash Gatilho
Alguns SCRs encontrados no comeacutercio
Tiristor
Tensatildeo Vds(V)
Corrente Id (A)
BT151 500 85 TIC106 400 10
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Laboratoacuterio 5
DIAC E TRIAC O objetivo eacute montar o circuito abaixo e visualizar com o osciloscoacutepio a forma de onda em cima da carga no nosso caso a lacircmpada enquanto varia o potenciocircmetro
Pinagem 1 ndash A1 2 ndash A2 3 ndash G Alguns triacs encontrado no comeacutercio BTA08 ndash 8A BTA26 ndash 26A MAC224 ndash 40A TIC226 ndash 8A
Coloque a ponteira em cima da carga e deixe o potenciocircmetro no meio do curso e reproduza na tela abaixo Registre o ajuste que foi feito no osciloscoacutepio para aparecer o meio ciclo superior na tela
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Laboratoacuterio 6
PWM Este circuito eacute simples com o famoso CI 555 para gerar o sinal PWM Controlando uma carga que conseguimos observar o estaacute acontecendo
1 ndash Qual a frequumlecircncia gerada do sinal PWM _______________________________________________________________________________
_______________________________________________________________________________
2 ndash O que acontece com a lacircmpada quando varia o potenciocircmetro
_______________________________________________________________________________
_______________________________________________________________________________
3 ndash Trocando o capacitor de 100nF por um de 10nF qual seraacute a nova frequumlecircncia
_______________________________________________________________________________
_______________________________________________________________________________
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Laboratoacuterio 7
INVERSOR Este circuito eacute o conceito baacutesico do princiacutepio de funcionamento de um inversor que eacute capaz de gerar uma tensatildeo alternada a partir de uma tensatildeo contiacutenua
1 ndash O motor estaacute girando _____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
2 ndash Caso afirmativo na primeira pergunta coloque a ponteira do osciloscoacutepio em um dos terminais do motor e a garra jacareacute no terra e meccedila a frequumlecircncia _____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
3 ndash O que estaacute acontecendo com o motor em suas caracteriacutesticas fiacutesicas Mudou a velocidade estaacute aquecendo estaacute trepidando etc _____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
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Apendice B
Coacutedigo de resistores
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Capacitores ceracircmicos
O valor do capacitorB eacute de 3300 pF (picofarad = 10-12 F) ou 33 nF (nanofarad = 10-9 F) ou 00033 microF (microfarad =
10-6 F) No capacitor A devemos acrescentar mais 4 zeros apoacutes os dois primeiros algarismos O valor do capacitor que se lecirc 104 eacute de 100000 pF ou 100 nF ou 01microF
O aparecimento de uma letra maiuacutescula ao lado dos nuacutemeros Esta letra refere-se a toleracircncia do capacitor ou seja o quanto que o capacitor pode variar de seu valor em uma temperatura padratildeo de 25deg C A letra J significa que este capacitor pode variar ateacute plusmn5 de seu valor a letra K = plusmn10 ou M = plusmn20 Segue na tabela abaixo os coacutedigos de toleracircncias de capacitacircncia
Ateacute 10pF Coacutedigo Acima de 10pF
plusmn01pF B
plusmn025pF C
plusmn05pF D
plusmn10pF F plusmn1
G plusmn2
H plusmn3
J plusmn5
K plusmn10
M plusmn20
S -50 -20
Z +80 -20
ou +100 -20
P +100 -0
O coeficiente de temperatura TC que define a variaccedilatildeo da capacitacircncia dentro de uma determinada faixa de temperatura O TC eacute normalmente expresso em ou ppmdegC ( partes por milhatildeo degC ) Eacute usado uma sequumlecircncia de letras ou letras e nuacutemeros para representar os coeficientes Observe o desenho abaixo
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Na tabela abaixo estatildeo mais alguns coeficientes de temperatura e as toleracircncias que satildeo muito utilizadas por diversos fabricantes de capacitores
Coacutedigo Coeficiente de temperatura NPO -0plusmn 30ppmdegC N075 -75plusmn 30ppmdegC N150 -150plusmn 30ppmdegC N220 -220plusmn 60ppmdegC N330 -330plusmn 60ppmdegC N470 -470plusmn 60ppmdegC N750 -750plusmn 120ppmdegC N1500 -1500plusmn 250ppmdegC N2200 -2200plusmn 500ppmdegC N3300 -3300plusmn 500ppmdegC N4700 -4700plusmn 1000ppmdegC N5250 -5250plusmn 1000ppmdegC P100 +100plusmn 30ppmdegC
Outra forma de representar coeficientes de temperatura eacute mostrado abaixo Eacute usada em capacitores que se caracterizam
pela alta capacitacircncia por unidade de volume (dimensotildees reduzidas) devido a alta constante dieleacutetrica sendo recomendados para aplicaccedilatildeo em desacoplamentos acoplamentos e supressatildeo de interferecircncias em baixas tensotildees
Os coeficientes satildeo tambeacutem representados exibindo sequumlecircncias de letras e nuacutemeros como por exemplo X7R Y5F e Z5U Para um capacitor Z5U a faixa de operaccedilatildeo eacute de +10degC que significa Temperatura Miacutenima seguido de +85degC que significa Temperatura Maacutexima e uma variaccedilatildeo Maacutexima de capacitacircncia dentro desses limites de temperatura que natildeo ultrapassa -56 +22
Veja as trecircs tabelas abaixo para compreender este exemplo e entender outros coeficientes
Temperatura Miacutenima
Temperatura Maacutexima
Variaccedilatildeo Maacutexima de Capacitacircncia
X -55degC Y -30degC Z +10degC
2 +45degC 4 +65degC 5 +85degC 6 +105degC 7 +125degC
A plusmn10 B plusmn15 C plusmn22 D plusmn33 E plusmn47 F plusmn75 P plusmn10 R plusmn15 S plusmn22 T -33 +22 U -56 +22 V -82 +22
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Capacitores de filme plaacutestico
O desenho ao lado mostra capacitores que tem os seus valores impressos em nanofarad (nF) = 10-9F Quando aparece no capacitor uma letra n minuacutescula como um dos tipos apresentados ao lado por exemplo 3n3 significa que este capacitor eacute de 33nF No exemplo o n minuacutesculo eacute colocado ao meio dos nuacutemeros apenas para economizar uma viacutergula e evitar erro de interpretaccedilatildeo de seu valor
Capacitores de Ceracircmica Multicamada
Capacitores de Polieacutester Metalizado usando coacutedigo de cores
A tabela abaixo mostra como interpretar o coacutedigo de cores dos capacitores abaixo No capacitor A as 3 primeiras cores satildeo laranja laranja e laranja correspondem a 33000 equivalendo a 33 nF A cor branca logo adiante eacute referente a plusmn10 de toleracircncia E o vermelho representa a tensatildeo nominal que eacute de 250 volts
1ordf Algarismo 2ordf Algarismo 3ordf Ndeg de zeros 4ordf Toleracircncia 5ordf Tensatildeo
PRETO 0 0 - plusmn 20 -
MARROM 1 1 0 - -
VERMELHO 2 2 00 - 250V
LARANJA 3 3 000 - -
AMARELO 4 4 0000 - 400V
VERDE 5 5 00000 - -
AZUL 6 6 - - 630V
VIOLETA 7 7 - - -
CINZA 8 8 - - -
BRANCO 9 9 - plusmn 10 -
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Apecircndice C
Osciloscoacutepio Geralmente os osciloscoacutepios tecircm os controles e entradas que podem ser divididos em cinco grupos
1 ndash Controle da fonte de alimentaccedilatildeo 2 ndash Controles de ajuste do traccedilo ou ponto na tela 3 ndash Controles e entrada de atuaccedilatildeo vertical 4 ndash Controles e entrada de atuaccedilatildeo horizontal 5 ndash Controles de entrada de sincronismo
1 - CONTROLE DA FONTE DE ALIMENTACcedilAtildeO 11 - INTERRUPTOR Sua funccedilatildeo eacute interromper ou estabelecer a corrente no primaacuterio do transformador de fora Sua atuaccedilatildeo normalmente eacute acompanhada por uma lacircmpada piloto que serve de aviso visual sobre a situaccedilatildeo do circuito (ligado ou desligado) Normalmente este interruptor se encontra acoplado junto do potenciocircmetro de controle de brilho 12 - COMUTADOR DE TENSAtildeO Sua funccedilatildeo eacute selecionar a tensatildeo de funcionamento do osciloscoacutepio (127 220V) Permite utilizar o instrumento sem a necessidade de recorrer a um transformador abaixador ou elevador de tensatildeo (geralmente o acesso deste comutador eacute visto na parte de traz do aparelho) 2 - CONTROLES DE AJUSTE DO TRACcedilO OU PONTO NA TELA 21 - BRILHO OU LUMINOSIDADE Eacute o controle que ajusta a luminosidade do ponto ou do traccedilo O controle do brilho eacute feito por meio de um potenciocircmetro situado no circuito da grade de controle do TRC mediante o qual se regula o potencial desta grade (deve-se evitar o uso de brilho excessivo sob pena de se danificar a tela) 22 - FOCO Eacute o controle que ajusta a nitidez do ponto ou traccedilo luminoso O ajuste do foco eacute conseguido mediante a regulagem de um potenciocircmetro que regula a polarizaccedilatildeo do eletrodo de enfoque O foco deve ser ajustado de forma a se obter um traccedilo fino e niacutetido na tela (estes ajustes de brilho e de foco satildeo ajustes baacutesicos que devem ser feitos sempre que se for usar o osciloscoacutepio)
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23 - ILUMINACcedilAtildeO DA RETIacuteCULA Permite que se ilumine o quadriculado ou as divisotildees na tela 3 - CONTROLES E ENTRADA DE ATUACcedilAtildeO VERTICAL 31 - ENTRADA DE SINAL VERTICAL Nesta entrada eacute conectada a ponta de prova do osciloscoacutepio As variaccedilotildees de tensatildeo aplicadas nesta entrada aparecem sob forma de figura na tela 32 - CHAVE DE SELECcedilAtildeO DE MODO DE ENTRADA (CA-CC) Esta chave eacute selecionada de acordo com o tipo de forma de onda a ser observada Em alguns osciloscoacutepios esta chave possui trecircs posiccedilotildees (CA-0-CC ou AC-GND-DC) Esta posiccedilatildeo adicional eacute usada para a realizaccedilatildeo de ajustes do traccedilo do osciloscoacutepio em algumas situaccedilotildees Por exemplo quando se deseja Uma referecircncia na tela 33 - CHAVE SELETORA DE GANHO (VDiv) Esta chave permite que se aumente ou que se diminua a amplitude de projeccedilatildeo na tela do osciloscoacutepio (altura da imagem) 34 - POSICcedilAtildeO VERTICAL Permite movimentar a imagem para cima ou para baixo na tela A movimentaccedilatildeo natildeo interfere na forma da figura projetada na tela 4 - CONTROLES DE ATUACcedilAO HORIZONTAL 41 - CHAVE SELETORA DE BASE DE TEMPO Eacute o controle que permite variar o tempo de deslocamento horizontal do ponto na tela Atraveacutes deste controle eacute possiacutevel reduzir ou ampliar horizontalmente na tela a figura nela projetada Em alguns osciloscoacutepios esta chave seletora tem uma posiccedilatildeo identificada como EXT (externa) o que possibilita que o deslocamento horizontal pode ser controlado por circuito externo ao osciloscoacutepio atraveacutes de uma entrada especiacutefica Quando a posiccedilatildeo externa eacute selecionada natildeo haacute formaccedilatildeo do traccedilo na tela obtendo-se apenas um ponto 42 - POSICcedilAtildeO HORIZONTAL Eacute o ajuste que permite controlar horizontalmente a forma de onda na tela Girando o controle de posiccedilatildeo horizontal para a direita o traccedilo move-se horizontalmente para a direita e vice-versa Assim como o controle de posiccedilatildeo vertical o controle de posiccedilatildeo horizontal natildeo interfere na forma da figura projetada na tela
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5 - CONTROLES E ENTRADA DE SINCRONISMO (TRIGGER) Satildeo controles que se destinam a fixar a imagem na tela Estes controles satildeo utilizados principalmente na observaccedilatildeo de sinais alternados Os controles de sincronismo satildeo Chave seletora de fonte de sincronismo Chave de modo de sincronismo Controle de niacutevel de sincronismo 51 - CHAVE SELETORA DE FONTE DE SINCRONISMO Seleciona onde seraacute tomada o sinal de sincronismo para fixar a imagem na tela do osciloscoacutepio Normalmente esta chave possui trecircs posiccedilotildees pelo menos POSICcedilAtildeO CH1 O sincronismo eacute controlado pelo sinal aplicado ao canal 1 POSICcedilAtildeO REDE Realiza o sincronismo com base na frequecircncia da rede de alimentaccedilatildeo do osciloscoacutepio (60Hz) Nesta posiccedilatildeo consegue-se facilmente sincronizar na tela sinais aplicados na entrada vertical que sejam obtidos a partir da rede eleacutetrica POSICcedilAtildeO EXTERNO Na posiccedilatildeo externo o sincronismo da figura eacute obtido agrave partir de outro equipamento externo conectado ao osciloscoacutepio O sinal que controla o sincronismo na posiccedilatildeo externo eacute aplicado a entrada de sincronismo 52 - CHAVE DE MODO DE SINCRONISMO Normalmente esta chave tem duas ou trecircs posiccedilotildees AUTO Nesta posiccedilatildeo o osciloscoacutepio realiza o sincronismo automaticamente com base no sinal selecionado pela chave seletora de fonte de sincronismo NORMAL + O sincronismo eacute positivo ajustado manualmente pelo controle de niacutevel de sincronismo (TRIGGER) de modo que o primeiro pico que apareccedila na tela seja o positivo NORMAL - O sincronismo eacute negativo tambeacutem ajustado manualmente entretanto o primeiro pico a aparecer eacute o negativo 53 - CONTROLE DE NIacuteVEL DE SINCRONISMO (TRIGGER) Eacute um controle manual que permite o ajuste do sincronismo quando natildeo se consegue um sincronismo automaacutetico Tem atuaccedilatildeo nas posiccedilotildees NORMAL + e NORMAL - OBSERVACcedilAtildeO Para se realizar leituras eacute necessaacuterio sincronizar a figura na tela II - ENTRADA E CONTROLE DO OSCILOSCOacutePIO DUPLO TRACcedilO O osciloscoacutepio de duplo traccedilo possui alguns controles que satildeo comuns aos dois traccedilos e outros que satildeo individuais Os controles de brilho foco base de tempo e de posiccedilatildeo horizontal satildeo controles que satildeo comuns aos dois traccedilos Basicamente os controles individuais situam-se nas entradas e controles do vertical nos controles e entrada de sincronismo ENTRADAS E CONTROLES DO VERTICAL Para que se possa observar dois sinais simultaneamente eacute necessaacuterio que se aplique uma tensatildeo em cada uma das entradas verticais O osciloscoacutepio duplo traccedilo dispotildee de dois grupos de controles verticais Um grupo para o canal A ou canal 1 (CH1) Um grupo para o canal B ou canal 2 (CH2) Cada grupo controla um dos sinais na tela (amplitude posiccedilatildeo vertical etc) Geralmente satildeo iguais Cada canal dispotildee de Entrada Vertical Chave Seletora CA-O-CC Chave Seletora de ganho vertical (DDiv) Posiccedilatildeo vertical Um osciloscoacutepio de duplo traccedilo pode ainda ser utilizado como sendo um osciloscoacutepio de traccedilo simples Uma chave seletora permite que se possa selecionar cada canal individualmente ou os dois simultaneamente Esta chave possui pelo menos trecircs posiccedilotildees CH1
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CH2 DUAL Na posiccedilatildeo CH1 apareceraacute apenas a imagem na tela que estiver sendo aplicada na entrada vertical do canal 1 Na posiccedilatildeo CH2 apareceraacute apenas a imagem na tela que estiver sendo aplicada na entrada vertical do canal 2 Na posiccedilatildeo DUAL aparecem as duas imagens Em osciloscoacutepios mais sofisticados esta chave pode possuir mais posiccedilotildees de modo a permitir outras alternativas de uso CONTROLES DE SINCRONISMO Realizam as mesmas funccedilotildees do osciloscoacutepio traccedilo simples que eacute a de fixar a imagem na tela O que diferencia eacute o fato de que na chave seletora de fonte existe uma posiccedilatildeo adicional de modo a poder sincronizar a figura PONTAS DE PROVA As pontas de prova satildeo utilizadas para interligar o osciloscoacutepio aos pontos de medida
Uma das extremidades da ponta de prova eacute conectada a uma das entradas do osciloscoacutepio atraveacutes de um conector e a extremidade livre serve para conexatildeo aos pontos de medida A extremidade livre possui uma garra jacareacute denominada de terra da ponta de prova que deve ser conectada ao terra do circuito e uma ponta de entrada de sinal que deve ser conectada no ponto que se deseja medir Existem dois tipos de ponta de prova ponta de prova 11 ponta de prova 101 A ponta de prova 11 se caracteriza por aplicar agrave entrada do osciloscoacutepio a mesma tensatildeo ou forma de onda que eacute aplicada a ponta de mediccedilatildeo A ponta de prova 101 entrega ao osciloscoacutepio apenas a deacutecima parte da tensatildeo aplicada a ponta de mediccedilatildeo As pontas de prova 101 permitem que o osciloscoacutepio consiga observar tensotildees dez vezes maior que a sua capacidade Por exemplo Um osciloscoacutepio que permite a leitura de tensotildees de 50V com ponta de prova 11 com ponta de prova 101 poderaacute medir tensotildees de ateacute 500V (10x50V) Existem pontas de prova que dispotildee de um botatildeo onde se pode selecionar 101 ou 11 Obs Quando natildeo se tem total certeza da grandeza da tensatildeo envolvida eacute aconselhaacutevel iniciar a mediccedilatildeo com o posiccedilatildeo 101
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Bibliografia
1 Dispositivos semicondutores tiristores controle de potecircncia em CC e CA 1996 - ALMEIDA Joseacute Luiz Antunes de Satildeo Paulo Eacuterica 1996 150 p
2 Dispositivos semicondutores diodos e transistores 1996 MARQUES Angelo Eduardo B
CHOUERI JUacuteNIOR Salomatildeo CRUZ Eduardo Cesar Alves Satildeo Paulo Eacuterica 1996 389 p
3 Anaacutelise e projeto de fontes chaveadas MELLO Luiz Fernando P de Satildeo Paulo Eacuterica 1996 487 p
4 Eletrocircnica de potecircncia circuitos dispositivos e aplicaccedilotildees 1999 RASHID Muhammad H Satildeo Paulo Makron Books 1999 828 p
5 Eletrocircnica de potecircncia 1994 - PALMA Guilherme Rebouccedilas da Satildeo Paulo Eacuterica 1994 259 p
6 Dispositivos eletrocircnicos e teoria de circuitos - 8 ed 2004 -
BOYLESTAD Robert L NASHELSKY Louis CAMARGO Joseacute Bueno de NASCIMENTO Joseacute Lucimar do PERTENCE JUNIOR Antonio (Coord) Satildeo Paulo Pearson Prentice Hall 2004 672 p
7 Rodrigues Isac Zilli Notas de aula da disciplina de Eletrocircnica II do Curso de Engenharia
Eleacutetrica da UPF Passo Fundo RS 2000
8 Ghirardello Ariovaldo Apostila sobre Modulaccedilatildeo PWM Coleacutegio Politec
9 Electronics Workbench Versatildeo 512
10 LabcenterElectronics 1989-2008 Release 75 SP3
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Neste intervalo de tempo a queda de tensatildeo e a corrente atraveacutes do dispositivo natildeo satildeo nulas e uma boa quantidade de calor poderaacute ser gerada conforme a carga controlada Dependendo da frequecircncia de controle e da resposta do dispositivo usado uma boa quantidade de calor poderaacute ser gerada neste processo de comutaccedilatildeo
Entretanto mesmo com este problema a potecircncia gerada num controle PWM ainda eacute muito menor do que num circuito de controle linear equivalente Transistores de comutaccedilatildeo raacutepidos FETs de potecircncia e outros componentes de chaveamento podem ser suficientemente raacutepidos para permitir que projetos de controles de potecircncias elevadas sejam implementados sem a necessidade de grandes dissipadores de calor ou que tenham problemas de perdas de energia por geraccedilatildeo de calor que possam ser preocupantes
O segundo problema que poderaacute surgir vem justamente do fato de que os transistores de efeito de campo ou bipolares usados em comutaccedilatildeo natildeo se comportam como resistecircncias nulas quando saturados Os transistores bipolares podem apresentar uma queda de tensatildeo de ateacute alguns volts quando saturados o mesmo ocorrendo com os FETs
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11 - Soft-Starter
Soft start eacute um dispositivo eletrocircnico composto de pontes tiristorizadas a fim de controlar a corrente de partida de motores de corrente alternada trifaacutesicos o controle da tensatildeo reduzida eacute feita ajustando-se o acircngulo de disparo de um par de SCRs dispostos em antiparalelo em cada fase do motor A medida que a tensatildeo vai aumentando a corrente aumenta para acelerar a carga de uma maneira suave e sem degraus Seu uso eacute comum em bombas centriacutefugas ventiladores e motores de elevada potecircncia cuja aplicaccedilatildeo natildeo exija a variaccedilatildeo de velocidade
A vantagem desta teacutecnica sobre as alternativas de custo baixo eacute a possibilidade de ajustarmos o torque do motor as necessidades de torque da carga
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12 - Inversores
Introduccedilatildeo A obtenccedilatildeo de uma tensatildeo alternada a partir de uma fonte CC eacute muitas vezes necessaacuteria para a
alimentaccedilatildeo de diversas cargas Os conversores que realizam a transformaccedilatildeo CC-CA satildeo chamados de inversores Como exemplos de aplicaccedilotildees pode-se citar o controle de velocidade de motores de corrente alternada fontes de alimentaccedilatildeo ininterrupta (no-break) entre varias outras aplicaccedilotildees
Qualquer sistema no qual o fornecimento da energia eleacutetrica natildeo pode ser interrompido deve prever uma fonte de emergecircncia para supri-lo Quando a potecircncia instalada eacute muito grande tem-se em geral um sistema de acionamento imediato alimentado a partir de baterias e um sistema motor-gerador que por necessitar de alguns minutos para estar em condiccedilotildees ideais de operaccedilatildeo natildeo pode ser usado de imediato Tal arranjo eacute usado por exemplo em centrais telefocircnicas hospitais etc Topologias Baacutesicas
Inversor Monofaacutesico em Ponte A estrutura do inversos monofaacutesico em ponte alimentando carga resistiva estaacute representado na
Figura abaixo
As formas de onda de interesse satildeo apresentadas na figura abaixo Com S1 e S4 em conduccedilatildeo a
tensatildeo na carga eacute igual a E quando S2 e S3 estatildeo em conduccedilatildeo ela torna-se igual a -E
Quando a carga for indutiva devem ser adicionados a estrutura do circuito mostrado acima os
diodos de circulaccedilatildeo D1 D2 D3 e D4 como indica a figura abaixo Observe que com carga indutiva a fonte E deve ser reversiacutevel em corrente
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Etapas de funcionamento do inversor em ponte alimentando carga indutiva
Inversor Monofaacutesico em Ponto Meacutedio Este circuito representado na figura abaixo emprega apenas um braccedilo sendo desse modo mais
simples de ser comandado que o inversor em ponte porem a sua desvantagem eacute a tensatildeo de saiacuteda ser a metade
Inversor Monofaacutesico em Ponte
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13 - Dissipadores
A circulaccedilatildeo de corrente eleacutetrica por qualquer elemento provoca uma dissipaccedilatildeo de potecircncia igual ao produto do quadrado da corrente pela resistecircncia do circuito O objetivo eacute estabelecer criteacuterios para o dimensionamento de sistemas de dissipaccedilatildeo do calor produzido por componentes eletrocircnicos especialmente semicondutores de potecircncia (diodostransistores tiristores etc) buscando a proteccedilatildeo de tais componentes tendo como meta fundamental a elevada confiabilidade dos equipamentos nos quais os dispositivos satildeo empregados Deve-se buscar reduccedilatildeo de volume peso e custos
Caacutelculo da Potecircncia Dissipada
O caacutelculo da potecircncia dissipada deve ser feito via de regra pelo produto da tensatildeo pela corrente sobre o dispositivo em questatildeo
Comportamento em regime permanente potecircncia meacutedia
Nos dispositivos semicondutores de potecircncia o calor decorrente do efeito Joule eacute produzido na pastilha semicondutora fluindo daiacute para ambientes mais frios como o encapsulamento do dispositivo e o ambiente Este fluxo de calor depende de fatores como o gradiente de temperatura e as caracteriacutesticas teacutermicas dos meios e materiais envolvidos Define-se a grandeza ldquoresistecircncia teacutermicardquo como uma medida da dificuldade do fluxo de calor entre 2 meios ∆T diferenccedila de temperatura entre regiotildees de transferecircncia de calor P potecircncia meacutedia dissipada h coeficiente de transferecircncia de calor A aacuterea envolvida na transferecircncia de calor
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ANALOGIA COM CIRCUITO ELEacuteTRICO Em geral se faz uma analogia com um circuito eleacutetrico sendo a potecircncia meacutedia representada por uma fonte de corrente As temperaturas nos ambientes indicados (junccedilatildeo caacutepsula ambiente) satildeo anaacutelogas agraves tensotildees nos respectivos noacutes enquanto as resistecircncias teacutermicas satildeo as proacuteprias resistecircncias do modelo
Tj=Temperatura da junccedilatildeo Rtjc=Resistecircncia teacutermica entre junccedilatildeo e encapsulamento Tc=temperatura do encapsulamento Rtca=Resist Term Entre encapsulamento e ambiente Rtcd=Resist Entre encapsulament e dissipador Rtda=Resist Teacutermica entre dissipador e ambiente Partindo do anaacutelogo eleacutetrico chegamos a seguinte equaccedilatildeo tiacutepica Tj = Ta + P (Rtjc + Rtca) Exemplo 1 P = 20 W Rtjc = 2degCW Rtca = 10degCW Ta = 40degC Tjmax = 120degC Tc = Ta + P Rtca = 240degC Tj = Tc + P Rtjc = 280degC
Dissipadores de calor Considerando que natildeo seja possiacutevel reduzir a potecircncia meacutedia dissipada a alternativa para a proteccedilatildeo do semicondutor eacute colocar um dispositivo de baixa resistecircncia teacutermica entre o encapsulamento e o ambiente A este elemento colocado junto ao encapsulamento se diz ldquodissipador de calorrdquo Caracteriacutesticas dos dissipadores As principais caracteriacutesticas estatildeo relacionadas com dimensotildees e especialmente agrave sua superfiacutecie de contato com o ambiente Em geral estes dispositivos satildeo construiacutedos em alumiacutenio dada sua boa condutividade teacutermica (condiccedilatildeo indispensaacutevel) baixo custo e peso A figura mostra perfis tiacutepicos de dissipadores A utilizaccedilatildeo de grande nuacutemero de aletas eacute para aumentar a aacuterea de troca de calor A resistecircncia teacutermica para uma placa plana quadrada pode ser aproximadamente dada por
λ condutacircncia teacutermica (a 77o C) [W(oCcm)] W espessura do dissipador [mm]
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A aacuterea do dissipador [cm2] Cf fator de correccedilatildeo devido agrave posiccedilatildeo e tipo de superfiacutecie Na tabela abaixo satildeo dados alguns valores para os coeficientes da foacutermula O fator Cf varia com a posiccedilatildeo do dissipador sendo preferiacutevel uma montagem vertical agrave horizontal por criar um efeito ldquochamineacuterdquo Dissipadores pretos satildeo melhores irradiadores de calor que aqueles com superfiacutecie brilhante
Comportamento em regime transitoacuterio potecircncia de pico Quando a potecircncia dissipada no semicondutor consiste de pulsos de potecircncia eacute preciso verificar a proteccedilatildeo do componente em relaccedilatildeo aos picos de dissipaccedilatildeo Durante a ocorrecircncia do pico de potecircncia ocorre a elevaccedilatildeo da temperatura da junccedilatildeo embora natildeo ocorra variaccedilatildeo nas temperaturas do encapsulamento e do dissipador (que dependem da potecircncia meacutedia) devido agrave maior capacidade teacutermica da caacutepsula e especialmente do dissipador Tal capacidade teacutermica relaciona-se com o tipo de material utilizado e seu volume Na analogia eleacutetrica utilizada anteriormente ela se comporta como uma capacitacircncia O caacutelculo da temperatura da junccedilatildeo em tal regime transitoacuterio eacute feito utilizando uma grandeza chamada ldquoimpedacircncia teacutermicardquo Ztjc que leva em consideraccedilatildeo a capacidade teacutermica da junccedilatildeo Exemplo 2 Rtjc = 2deg CW Rtca = 5deg CW Rtcd = 2deg CW Rtda = 3deg CW Ztjc = 005deg CW Tjmax = 150deg C Ta = 40deg C P = 20W Pp = 1000W
Tj = 130 oC (o componente estaacute protegido em relaccedilatildeo agrave potecircncia meacutedia) Tc = 90 oC Tj = Tc + Pp Ztjc = 140 oC
Caacutelculo dos Dissipadores
bull A temperatura de trabalho da junccedilatildeo deve ser 20 a 30 menor que seu valor maacuteximo para permitir a proteccedilatildeo do componente sem super-dimensionar o dissipador middot Para ambientes nos quais natildeo se faccedila um controle riacutegido da temperatura deve-se usar uma temperatura ambiente de 40oC
bull Caso o dissipador fique dentro de algum bastidor ou caixa na qual a temperatura possa se elevar acima dos 40oC deve-se considerar sempre a maacutexima temperatura do ar com o qual o dissipador troca calor Eacute conveniente agrave falta de maiores informaccedilotildees utilizar o valor de 40oC e verificar apoacutes a entrada em operaccedilatildeo do protoacutetipo a verdadeira temperatura ambiente
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bull Deve-se verificar a necessidade do uso de isoladores (mica teflon ou mylar) e natildeo desconsiderar suas resistecircncias teacutermicas middot O emprego de pastas teacutermicas eacute sempre recomendado e se deve considerar tambeacutem sua resistecircncia teacutermica
b) No transitoacuterio
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Apecircndice A
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Laboratoacuterio 1
Diodo Ache os componentes em sucatas e monte o circuito abaixo em placa de circuito impresso corroiacuteda Lista de material
4 Diodos 1N4007 2 Capacitores 330uF200V 2 Resistores 150K 18W 1 Suporte p lacircmpada 1 Lacircmpada 40W220V 1 Conector p placa de 2 bornes 6 Chaves HH 1 Rabicho com plugue Placa p circuito impresso virgem (fibra fenolite perfurada) Caneta retro projetor ou esmalte p unhas Palha de accedilo ou acetona e pedaccedilo de pano Soluccedilatildeo de percloreto de ferro Estanho em fio
Obs Colocar o seu nome no lado do cobre a caneta ou esmalte antes da corrosatildeo
Montado na placa o circuito acima e testado fazer os seguintes exerciacutecios 1 ndash Com o interruptor Ch7 ligado os interruptores Ch3 Ch4 Ch5 e Ch6 desligados e os interruptores Ch1 e Ch2 na posiccedilatildeo 1 faccedila a seguinte medida meccedila com o osciloscoacutepio colocando a garra jacareacute onde aparece o GND e o pinccedila no ponto 1 de forma que apareccedila somente o semi-ciclo positivo na tela tambeacutem reproduza abaixo a forma de onda encontrada e registre onde a posiccedilatildeo do zero O aparelho ajustado da seguinte forma O botatildeo de tempodivisatildeo em 5mS O botatildeo tensatildeodivisatildeo ajustado em 5V A ponteira ajustada em X10
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2 ndash Permanecendo o interruptor Ch7 ligado Ch5 e Ch6 desligados poreacutem Ch1 e Ch2 na posiccedilatildeo 2 e Ch3 e Ch4 ligados faccedila novamente a medida e reproduza na tela abaixo a forma de onda
3 - Permanecendo o interruptor Ch7 ligado Ch3 Ch4 Ch5 e Ch6 agora ligados e Ch1 e Ch2 na posiccedilatildeo 2 faccedila novamente a medida e reproduza na tela abaixo a forma de onda
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4 ndash O que aconteceu com a potecircncia (brilho) da lacircmpada Com circuito configurado como no exerciacutecio 1 e exerciacutecio 3 (aumentou ou diminuiu) Porque ocorreu isto _____________________________________________________________________________________
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_____________________________________________________________________________________
5 ndash Qual eacute a nova potecircncia da lacircmpada Provar por meio de caacutelculos 6 ndash Por fim com o circuito configurado como no exerciacutecio 3 coloque uma lacircmpada de maior potecircncia e visualize o ripple novamente com o osciloscoacutepio explique o que ocorreu _____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
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Laboratoacuterio 2 TRANSISTOR BIPOLAR (BJT)
Os transistores de potecircncia apresentam caracteriacutesticas de chaveamento controlado Os transistores utilizados como elementos de chaveamento operam na regiatildeo de saturaccedilatildeo apresentando uma baixa queda de tensatildeo de conduccedilatildeo (VCE=0V) (VBE=13V)
Este laboratoacuterio tem o objetivo de fazer um retificador e filtro diretamente da rede alternada com componentes retirados de fontes chaveadas de computadores apoacutes o estaacutegio de retificaccedilatildeo e filtro faremos funcionar uma lacircmpada incandescente de 220 volts corrente alternada em corrente contiacutenua com o auxiacutelio de um transistor de potencia tambeacutem retirado das mesmas fontes
Calcule o R1 e monte o circuito e apoacutes responda as questotildees
Pinos 1 ndash Base 2 ndash Coletor 3 ndash Emissor
Alguns transistores encontrados em fontes chaveadas de computador Transistor VCE (V) Ic (A) β MJE13007 400 8 5
2SC4106 400 7 10
2SC5027 800 3 8
2SC5353 800 3 15
2SC2335 400 7 10
2SC4242 400 7 10
2SC5763 400 7 10
1 ndash Escolha o transistor e faccedila o calculo para descobrir R1 e depois monte o circuito Transistor escolhido ______________
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2 ndash Meccedila a corrente no ponto 1 e compare com o calculado Faccedila as observaccedilotildees necessaacuterias
Corrente no ponto (1)
Calculado
Medido _____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
3 ndash Por que existem os resistores em paralelo com os capacitores
_____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
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Laboratoacuterio 3
TRANSISTOR EFEITO DE CAMPO (FET) O transistor de potecircncia MOSFET eacute um dispositivo de tensatildeo controlada e necessita apenas de tensatildeo no gatilho A velocidade de chaveamento eacute muito alta (nanosegundos) MOSFETrsquos de potecircncia satildeo utilizados em conversores de baixa potecircncia e alta frequumlecircncia Estes transistores apresentam problemas de descargas eletrostaacuteticas necessitando de cuidados especiais Este experimento tem como objetivo mostrar o funcionamento de Mosfets em uma aplicaccedilatildeo pratica para tanto montaremos o circuito abaixo
Pinagem 1 ndash GATE 2 ndash DRAIN 3 ndash SOURCE
Alguns transistores encontrados no comeacutercio
Transistor Tensatildeo Vds(V) Corrente Id (A)
IRF840 500 85 IRF740 400 10
1 ndash Meccedila a corrente no ponto 1 Corrente no ponto 1 ______________ No ponto 2 coloque 1deg o multiacutemetro antes de ligar o circuito Meccedila a corrente no ponto 2 Corrente no ponto 2 ______________ Por que isto ocorre 2 ndash Calcule a corrente que passa entre os resistores E compare com os valores medidos e faccedila as observaccedilotildees necessaacuterias
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Laboratoacuterio 4
SCR E TRIAC
Este laboratoacuterio tem o objetivo de comprovar o funcionamento do componente SCR e TRIAC e diferenciaacute-los 1
A - Primeiramente ligue a chave 1 mantendo a chave 2 desligada o que ocorre _____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
B ndash Mantendo ligada a chave 1 ligue a chave 2 por um breve intervalo de tempo e desligue-a O que acontece Justifique sua resposta _____________________________________________________________________________________ _____________________________________________________________________________________ 2
C ndash Faccedila a mesma sequumlecircncia usada nas questotildees A e B Sequumlecircncia da questatildeo A________________________________________________________________
Sequumlecircncia da questatildeo B_________________________________________________________________
D - Faccedila as consideraccedilotildees comparando os circuitos 1 e 2
_____________________________________________________________________________________ _____________________________________________________________________________________
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3
E ndash Faccedila um comentaacuterio sobre a omissatildeo das chaves _____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
4
F - Comente os circuitos 3 e 4 haacute alguma diferenccedila no brilho da lacircmpada
_____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
Pinos do SCR e BTA 1 ndash Catodo A2 2 ndash Anodo A1 3 ndash Gatilho
Alguns SCRs encontrados no comeacutercio
Tiristor
Tensatildeo Vds(V)
Corrente Id (A)
BT151 500 85 TIC106 400 10
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Laboratoacuterio 5
DIAC E TRIAC O objetivo eacute montar o circuito abaixo e visualizar com o osciloscoacutepio a forma de onda em cima da carga no nosso caso a lacircmpada enquanto varia o potenciocircmetro
Pinagem 1 ndash A1 2 ndash A2 3 ndash G Alguns triacs encontrado no comeacutercio BTA08 ndash 8A BTA26 ndash 26A MAC224 ndash 40A TIC226 ndash 8A
Coloque a ponteira em cima da carga e deixe o potenciocircmetro no meio do curso e reproduza na tela abaixo Registre o ajuste que foi feito no osciloscoacutepio para aparecer o meio ciclo superior na tela
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Laboratoacuterio 6
PWM Este circuito eacute simples com o famoso CI 555 para gerar o sinal PWM Controlando uma carga que conseguimos observar o estaacute acontecendo
1 ndash Qual a frequumlecircncia gerada do sinal PWM _______________________________________________________________________________
_______________________________________________________________________________
2 ndash O que acontece com a lacircmpada quando varia o potenciocircmetro
_______________________________________________________________________________
_______________________________________________________________________________
3 ndash Trocando o capacitor de 100nF por um de 10nF qual seraacute a nova frequumlecircncia
_______________________________________________________________________________
_______________________________________________________________________________
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Laboratoacuterio 7
INVERSOR Este circuito eacute o conceito baacutesico do princiacutepio de funcionamento de um inversor que eacute capaz de gerar uma tensatildeo alternada a partir de uma tensatildeo contiacutenua
1 ndash O motor estaacute girando _____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
2 ndash Caso afirmativo na primeira pergunta coloque a ponteira do osciloscoacutepio em um dos terminais do motor e a garra jacareacute no terra e meccedila a frequumlecircncia _____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
3 ndash O que estaacute acontecendo com o motor em suas caracteriacutesticas fiacutesicas Mudou a velocidade estaacute aquecendo estaacute trepidando etc _____________________________________________________________________________________
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Apendice B
Coacutedigo de resistores
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Capacitores ceracircmicos
O valor do capacitorB eacute de 3300 pF (picofarad = 10-12 F) ou 33 nF (nanofarad = 10-9 F) ou 00033 microF (microfarad =
10-6 F) No capacitor A devemos acrescentar mais 4 zeros apoacutes os dois primeiros algarismos O valor do capacitor que se lecirc 104 eacute de 100000 pF ou 100 nF ou 01microF
O aparecimento de uma letra maiuacutescula ao lado dos nuacutemeros Esta letra refere-se a toleracircncia do capacitor ou seja o quanto que o capacitor pode variar de seu valor em uma temperatura padratildeo de 25deg C A letra J significa que este capacitor pode variar ateacute plusmn5 de seu valor a letra K = plusmn10 ou M = plusmn20 Segue na tabela abaixo os coacutedigos de toleracircncias de capacitacircncia
Ateacute 10pF Coacutedigo Acima de 10pF
plusmn01pF B
plusmn025pF C
plusmn05pF D
plusmn10pF F plusmn1
G plusmn2
H plusmn3
J plusmn5
K plusmn10
M plusmn20
S -50 -20
Z +80 -20
ou +100 -20
P +100 -0
O coeficiente de temperatura TC que define a variaccedilatildeo da capacitacircncia dentro de uma determinada faixa de temperatura O TC eacute normalmente expresso em ou ppmdegC ( partes por milhatildeo degC ) Eacute usado uma sequumlecircncia de letras ou letras e nuacutemeros para representar os coeficientes Observe o desenho abaixo
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Na tabela abaixo estatildeo mais alguns coeficientes de temperatura e as toleracircncias que satildeo muito utilizadas por diversos fabricantes de capacitores
Coacutedigo Coeficiente de temperatura NPO -0plusmn 30ppmdegC N075 -75plusmn 30ppmdegC N150 -150plusmn 30ppmdegC N220 -220plusmn 60ppmdegC N330 -330plusmn 60ppmdegC N470 -470plusmn 60ppmdegC N750 -750plusmn 120ppmdegC N1500 -1500plusmn 250ppmdegC N2200 -2200plusmn 500ppmdegC N3300 -3300plusmn 500ppmdegC N4700 -4700plusmn 1000ppmdegC N5250 -5250plusmn 1000ppmdegC P100 +100plusmn 30ppmdegC
Outra forma de representar coeficientes de temperatura eacute mostrado abaixo Eacute usada em capacitores que se caracterizam
pela alta capacitacircncia por unidade de volume (dimensotildees reduzidas) devido a alta constante dieleacutetrica sendo recomendados para aplicaccedilatildeo em desacoplamentos acoplamentos e supressatildeo de interferecircncias em baixas tensotildees
Os coeficientes satildeo tambeacutem representados exibindo sequumlecircncias de letras e nuacutemeros como por exemplo X7R Y5F e Z5U Para um capacitor Z5U a faixa de operaccedilatildeo eacute de +10degC que significa Temperatura Miacutenima seguido de +85degC que significa Temperatura Maacutexima e uma variaccedilatildeo Maacutexima de capacitacircncia dentro desses limites de temperatura que natildeo ultrapassa -56 +22
Veja as trecircs tabelas abaixo para compreender este exemplo e entender outros coeficientes
Temperatura Miacutenima
Temperatura Maacutexima
Variaccedilatildeo Maacutexima de Capacitacircncia
X -55degC Y -30degC Z +10degC
2 +45degC 4 +65degC 5 +85degC 6 +105degC 7 +125degC
A plusmn10 B plusmn15 C plusmn22 D plusmn33 E plusmn47 F plusmn75 P plusmn10 R plusmn15 S plusmn22 T -33 +22 U -56 +22 V -82 +22
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Capacitores de filme plaacutestico
O desenho ao lado mostra capacitores que tem os seus valores impressos em nanofarad (nF) = 10-9F Quando aparece no capacitor uma letra n minuacutescula como um dos tipos apresentados ao lado por exemplo 3n3 significa que este capacitor eacute de 33nF No exemplo o n minuacutesculo eacute colocado ao meio dos nuacutemeros apenas para economizar uma viacutergula e evitar erro de interpretaccedilatildeo de seu valor
Capacitores de Ceracircmica Multicamada
Capacitores de Polieacutester Metalizado usando coacutedigo de cores
A tabela abaixo mostra como interpretar o coacutedigo de cores dos capacitores abaixo No capacitor A as 3 primeiras cores satildeo laranja laranja e laranja correspondem a 33000 equivalendo a 33 nF A cor branca logo adiante eacute referente a plusmn10 de toleracircncia E o vermelho representa a tensatildeo nominal que eacute de 250 volts
1ordf Algarismo 2ordf Algarismo 3ordf Ndeg de zeros 4ordf Toleracircncia 5ordf Tensatildeo
PRETO 0 0 - plusmn 20 -
MARROM 1 1 0 - -
VERMELHO 2 2 00 - 250V
LARANJA 3 3 000 - -
AMARELO 4 4 0000 - 400V
VERDE 5 5 00000 - -
AZUL 6 6 - - 630V
VIOLETA 7 7 - - -
CINZA 8 8 - - -
BRANCO 9 9 - plusmn 10 -
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Apecircndice C
Osciloscoacutepio Geralmente os osciloscoacutepios tecircm os controles e entradas que podem ser divididos em cinco grupos
1 ndash Controle da fonte de alimentaccedilatildeo 2 ndash Controles de ajuste do traccedilo ou ponto na tela 3 ndash Controles e entrada de atuaccedilatildeo vertical 4 ndash Controles e entrada de atuaccedilatildeo horizontal 5 ndash Controles de entrada de sincronismo
1 - CONTROLE DA FONTE DE ALIMENTACcedilAtildeO 11 - INTERRUPTOR Sua funccedilatildeo eacute interromper ou estabelecer a corrente no primaacuterio do transformador de fora Sua atuaccedilatildeo normalmente eacute acompanhada por uma lacircmpada piloto que serve de aviso visual sobre a situaccedilatildeo do circuito (ligado ou desligado) Normalmente este interruptor se encontra acoplado junto do potenciocircmetro de controle de brilho 12 - COMUTADOR DE TENSAtildeO Sua funccedilatildeo eacute selecionar a tensatildeo de funcionamento do osciloscoacutepio (127 220V) Permite utilizar o instrumento sem a necessidade de recorrer a um transformador abaixador ou elevador de tensatildeo (geralmente o acesso deste comutador eacute visto na parte de traz do aparelho) 2 - CONTROLES DE AJUSTE DO TRACcedilO OU PONTO NA TELA 21 - BRILHO OU LUMINOSIDADE Eacute o controle que ajusta a luminosidade do ponto ou do traccedilo O controle do brilho eacute feito por meio de um potenciocircmetro situado no circuito da grade de controle do TRC mediante o qual se regula o potencial desta grade (deve-se evitar o uso de brilho excessivo sob pena de se danificar a tela) 22 - FOCO Eacute o controle que ajusta a nitidez do ponto ou traccedilo luminoso O ajuste do foco eacute conseguido mediante a regulagem de um potenciocircmetro que regula a polarizaccedilatildeo do eletrodo de enfoque O foco deve ser ajustado de forma a se obter um traccedilo fino e niacutetido na tela (estes ajustes de brilho e de foco satildeo ajustes baacutesicos que devem ser feitos sempre que se for usar o osciloscoacutepio)
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23 - ILUMINACcedilAtildeO DA RETIacuteCULA Permite que se ilumine o quadriculado ou as divisotildees na tela 3 - CONTROLES E ENTRADA DE ATUACcedilAtildeO VERTICAL 31 - ENTRADA DE SINAL VERTICAL Nesta entrada eacute conectada a ponta de prova do osciloscoacutepio As variaccedilotildees de tensatildeo aplicadas nesta entrada aparecem sob forma de figura na tela 32 - CHAVE DE SELECcedilAtildeO DE MODO DE ENTRADA (CA-CC) Esta chave eacute selecionada de acordo com o tipo de forma de onda a ser observada Em alguns osciloscoacutepios esta chave possui trecircs posiccedilotildees (CA-0-CC ou AC-GND-DC) Esta posiccedilatildeo adicional eacute usada para a realizaccedilatildeo de ajustes do traccedilo do osciloscoacutepio em algumas situaccedilotildees Por exemplo quando se deseja Uma referecircncia na tela 33 - CHAVE SELETORA DE GANHO (VDiv) Esta chave permite que se aumente ou que se diminua a amplitude de projeccedilatildeo na tela do osciloscoacutepio (altura da imagem) 34 - POSICcedilAtildeO VERTICAL Permite movimentar a imagem para cima ou para baixo na tela A movimentaccedilatildeo natildeo interfere na forma da figura projetada na tela 4 - CONTROLES DE ATUACcedilAO HORIZONTAL 41 - CHAVE SELETORA DE BASE DE TEMPO Eacute o controle que permite variar o tempo de deslocamento horizontal do ponto na tela Atraveacutes deste controle eacute possiacutevel reduzir ou ampliar horizontalmente na tela a figura nela projetada Em alguns osciloscoacutepios esta chave seletora tem uma posiccedilatildeo identificada como EXT (externa) o que possibilita que o deslocamento horizontal pode ser controlado por circuito externo ao osciloscoacutepio atraveacutes de uma entrada especiacutefica Quando a posiccedilatildeo externa eacute selecionada natildeo haacute formaccedilatildeo do traccedilo na tela obtendo-se apenas um ponto 42 - POSICcedilAtildeO HORIZONTAL Eacute o ajuste que permite controlar horizontalmente a forma de onda na tela Girando o controle de posiccedilatildeo horizontal para a direita o traccedilo move-se horizontalmente para a direita e vice-versa Assim como o controle de posiccedilatildeo vertical o controle de posiccedilatildeo horizontal natildeo interfere na forma da figura projetada na tela
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5 - CONTROLES E ENTRADA DE SINCRONISMO (TRIGGER) Satildeo controles que se destinam a fixar a imagem na tela Estes controles satildeo utilizados principalmente na observaccedilatildeo de sinais alternados Os controles de sincronismo satildeo Chave seletora de fonte de sincronismo Chave de modo de sincronismo Controle de niacutevel de sincronismo 51 - CHAVE SELETORA DE FONTE DE SINCRONISMO Seleciona onde seraacute tomada o sinal de sincronismo para fixar a imagem na tela do osciloscoacutepio Normalmente esta chave possui trecircs posiccedilotildees pelo menos POSICcedilAtildeO CH1 O sincronismo eacute controlado pelo sinal aplicado ao canal 1 POSICcedilAtildeO REDE Realiza o sincronismo com base na frequecircncia da rede de alimentaccedilatildeo do osciloscoacutepio (60Hz) Nesta posiccedilatildeo consegue-se facilmente sincronizar na tela sinais aplicados na entrada vertical que sejam obtidos a partir da rede eleacutetrica POSICcedilAtildeO EXTERNO Na posiccedilatildeo externo o sincronismo da figura eacute obtido agrave partir de outro equipamento externo conectado ao osciloscoacutepio O sinal que controla o sincronismo na posiccedilatildeo externo eacute aplicado a entrada de sincronismo 52 - CHAVE DE MODO DE SINCRONISMO Normalmente esta chave tem duas ou trecircs posiccedilotildees AUTO Nesta posiccedilatildeo o osciloscoacutepio realiza o sincronismo automaticamente com base no sinal selecionado pela chave seletora de fonte de sincronismo NORMAL + O sincronismo eacute positivo ajustado manualmente pelo controle de niacutevel de sincronismo (TRIGGER) de modo que o primeiro pico que apareccedila na tela seja o positivo NORMAL - O sincronismo eacute negativo tambeacutem ajustado manualmente entretanto o primeiro pico a aparecer eacute o negativo 53 - CONTROLE DE NIacuteVEL DE SINCRONISMO (TRIGGER) Eacute um controle manual que permite o ajuste do sincronismo quando natildeo se consegue um sincronismo automaacutetico Tem atuaccedilatildeo nas posiccedilotildees NORMAL + e NORMAL - OBSERVACcedilAtildeO Para se realizar leituras eacute necessaacuterio sincronizar a figura na tela II - ENTRADA E CONTROLE DO OSCILOSCOacutePIO DUPLO TRACcedilO O osciloscoacutepio de duplo traccedilo possui alguns controles que satildeo comuns aos dois traccedilos e outros que satildeo individuais Os controles de brilho foco base de tempo e de posiccedilatildeo horizontal satildeo controles que satildeo comuns aos dois traccedilos Basicamente os controles individuais situam-se nas entradas e controles do vertical nos controles e entrada de sincronismo ENTRADAS E CONTROLES DO VERTICAL Para que se possa observar dois sinais simultaneamente eacute necessaacuterio que se aplique uma tensatildeo em cada uma das entradas verticais O osciloscoacutepio duplo traccedilo dispotildee de dois grupos de controles verticais Um grupo para o canal A ou canal 1 (CH1) Um grupo para o canal B ou canal 2 (CH2) Cada grupo controla um dos sinais na tela (amplitude posiccedilatildeo vertical etc) Geralmente satildeo iguais Cada canal dispotildee de Entrada Vertical Chave Seletora CA-O-CC Chave Seletora de ganho vertical (DDiv) Posiccedilatildeo vertical Um osciloscoacutepio de duplo traccedilo pode ainda ser utilizado como sendo um osciloscoacutepio de traccedilo simples Uma chave seletora permite que se possa selecionar cada canal individualmente ou os dois simultaneamente Esta chave possui pelo menos trecircs posiccedilotildees CH1
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CH2 DUAL Na posiccedilatildeo CH1 apareceraacute apenas a imagem na tela que estiver sendo aplicada na entrada vertical do canal 1 Na posiccedilatildeo CH2 apareceraacute apenas a imagem na tela que estiver sendo aplicada na entrada vertical do canal 2 Na posiccedilatildeo DUAL aparecem as duas imagens Em osciloscoacutepios mais sofisticados esta chave pode possuir mais posiccedilotildees de modo a permitir outras alternativas de uso CONTROLES DE SINCRONISMO Realizam as mesmas funccedilotildees do osciloscoacutepio traccedilo simples que eacute a de fixar a imagem na tela O que diferencia eacute o fato de que na chave seletora de fonte existe uma posiccedilatildeo adicional de modo a poder sincronizar a figura PONTAS DE PROVA As pontas de prova satildeo utilizadas para interligar o osciloscoacutepio aos pontos de medida
Uma das extremidades da ponta de prova eacute conectada a uma das entradas do osciloscoacutepio atraveacutes de um conector e a extremidade livre serve para conexatildeo aos pontos de medida A extremidade livre possui uma garra jacareacute denominada de terra da ponta de prova que deve ser conectada ao terra do circuito e uma ponta de entrada de sinal que deve ser conectada no ponto que se deseja medir Existem dois tipos de ponta de prova ponta de prova 11 ponta de prova 101 A ponta de prova 11 se caracteriza por aplicar agrave entrada do osciloscoacutepio a mesma tensatildeo ou forma de onda que eacute aplicada a ponta de mediccedilatildeo A ponta de prova 101 entrega ao osciloscoacutepio apenas a deacutecima parte da tensatildeo aplicada a ponta de mediccedilatildeo As pontas de prova 101 permitem que o osciloscoacutepio consiga observar tensotildees dez vezes maior que a sua capacidade Por exemplo Um osciloscoacutepio que permite a leitura de tensotildees de 50V com ponta de prova 11 com ponta de prova 101 poderaacute medir tensotildees de ateacute 500V (10x50V) Existem pontas de prova que dispotildee de um botatildeo onde se pode selecionar 101 ou 11 Obs Quando natildeo se tem total certeza da grandeza da tensatildeo envolvida eacute aconselhaacutevel iniciar a mediccedilatildeo com o posiccedilatildeo 101
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Bibliografia
1 Dispositivos semicondutores tiristores controle de potecircncia em CC e CA 1996 - ALMEIDA Joseacute Luiz Antunes de Satildeo Paulo Eacuterica 1996 150 p
2 Dispositivos semicondutores diodos e transistores 1996 MARQUES Angelo Eduardo B
CHOUERI JUacuteNIOR Salomatildeo CRUZ Eduardo Cesar Alves Satildeo Paulo Eacuterica 1996 389 p
3 Anaacutelise e projeto de fontes chaveadas MELLO Luiz Fernando P de Satildeo Paulo Eacuterica 1996 487 p
4 Eletrocircnica de potecircncia circuitos dispositivos e aplicaccedilotildees 1999 RASHID Muhammad H Satildeo Paulo Makron Books 1999 828 p
5 Eletrocircnica de potecircncia 1994 - PALMA Guilherme Rebouccedilas da Satildeo Paulo Eacuterica 1994 259 p
6 Dispositivos eletrocircnicos e teoria de circuitos - 8 ed 2004 -
BOYLESTAD Robert L NASHELSKY Louis CAMARGO Joseacute Bueno de NASCIMENTO Joseacute Lucimar do PERTENCE JUNIOR Antonio (Coord) Satildeo Paulo Pearson Prentice Hall 2004 672 p
7 Rodrigues Isac Zilli Notas de aula da disciplina de Eletrocircnica II do Curso de Engenharia
Eleacutetrica da UPF Passo Fundo RS 2000
8 Ghirardello Ariovaldo Apostila sobre Modulaccedilatildeo PWM Coleacutegio Politec
9 Electronics Workbench Versatildeo 512
10 LabcenterElectronics 1989-2008 Release 75 SP3
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11 - Soft-Starter
Soft start eacute um dispositivo eletrocircnico composto de pontes tiristorizadas a fim de controlar a corrente de partida de motores de corrente alternada trifaacutesicos o controle da tensatildeo reduzida eacute feita ajustando-se o acircngulo de disparo de um par de SCRs dispostos em antiparalelo em cada fase do motor A medida que a tensatildeo vai aumentando a corrente aumenta para acelerar a carga de uma maneira suave e sem degraus Seu uso eacute comum em bombas centriacutefugas ventiladores e motores de elevada potecircncia cuja aplicaccedilatildeo natildeo exija a variaccedilatildeo de velocidade
A vantagem desta teacutecnica sobre as alternativas de custo baixo eacute a possibilidade de ajustarmos o torque do motor as necessidades de torque da carga
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12 - Inversores
Introduccedilatildeo A obtenccedilatildeo de uma tensatildeo alternada a partir de uma fonte CC eacute muitas vezes necessaacuteria para a
alimentaccedilatildeo de diversas cargas Os conversores que realizam a transformaccedilatildeo CC-CA satildeo chamados de inversores Como exemplos de aplicaccedilotildees pode-se citar o controle de velocidade de motores de corrente alternada fontes de alimentaccedilatildeo ininterrupta (no-break) entre varias outras aplicaccedilotildees
Qualquer sistema no qual o fornecimento da energia eleacutetrica natildeo pode ser interrompido deve prever uma fonte de emergecircncia para supri-lo Quando a potecircncia instalada eacute muito grande tem-se em geral um sistema de acionamento imediato alimentado a partir de baterias e um sistema motor-gerador que por necessitar de alguns minutos para estar em condiccedilotildees ideais de operaccedilatildeo natildeo pode ser usado de imediato Tal arranjo eacute usado por exemplo em centrais telefocircnicas hospitais etc Topologias Baacutesicas
Inversor Monofaacutesico em Ponte A estrutura do inversos monofaacutesico em ponte alimentando carga resistiva estaacute representado na
Figura abaixo
As formas de onda de interesse satildeo apresentadas na figura abaixo Com S1 e S4 em conduccedilatildeo a
tensatildeo na carga eacute igual a E quando S2 e S3 estatildeo em conduccedilatildeo ela torna-se igual a -E
Quando a carga for indutiva devem ser adicionados a estrutura do circuito mostrado acima os
diodos de circulaccedilatildeo D1 D2 D3 e D4 como indica a figura abaixo Observe que com carga indutiva a fonte E deve ser reversiacutevel em corrente
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Etapas de funcionamento do inversor em ponte alimentando carga indutiva
Inversor Monofaacutesico em Ponto Meacutedio Este circuito representado na figura abaixo emprega apenas um braccedilo sendo desse modo mais
simples de ser comandado que o inversor em ponte porem a sua desvantagem eacute a tensatildeo de saiacuteda ser a metade
Inversor Monofaacutesico em Ponte
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13 - Dissipadores
A circulaccedilatildeo de corrente eleacutetrica por qualquer elemento provoca uma dissipaccedilatildeo de potecircncia igual ao produto do quadrado da corrente pela resistecircncia do circuito O objetivo eacute estabelecer criteacuterios para o dimensionamento de sistemas de dissipaccedilatildeo do calor produzido por componentes eletrocircnicos especialmente semicondutores de potecircncia (diodostransistores tiristores etc) buscando a proteccedilatildeo de tais componentes tendo como meta fundamental a elevada confiabilidade dos equipamentos nos quais os dispositivos satildeo empregados Deve-se buscar reduccedilatildeo de volume peso e custos
Caacutelculo da Potecircncia Dissipada
O caacutelculo da potecircncia dissipada deve ser feito via de regra pelo produto da tensatildeo pela corrente sobre o dispositivo em questatildeo
Comportamento em regime permanente potecircncia meacutedia
Nos dispositivos semicondutores de potecircncia o calor decorrente do efeito Joule eacute produzido na pastilha semicondutora fluindo daiacute para ambientes mais frios como o encapsulamento do dispositivo e o ambiente Este fluxo de calor depende de fatores como o gradiente de temperatura e as caracteriacutesticas teacutermicas dos meios e materiais envolvidos Define-se a grandeza ldquoresistecircncia teacutermicardquo como uma medida da dificuldade do fluxo de calor entre 2 meios ∆T diferenccedila de temperatura entre regiotildees de transferecircncia de calor P potecircncia meacutedia dissipada h coeficiente de transferecircncia de calor A aacuterea envolvida na transferecircncia de calor
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ANALOGIA COM CIRCUITO ELEacuteTRICO Em geral se faz uma analogia com um circuito eleacutetrico sendo a potecircncia meacutedia representada por uma fonte de corrente As temperaturas nos ambientes indicados (junccedilatildeo caacutepsula ambiente) satildeo anaacutelogas agraves tensotildees nos respectivos noacutes enquanto as resistecircncias teacutermicas satildeo as proacuteprias resistecircncias do modelo
Tj=Temperatura da junccedilatildeo Rtjc=Resistecircncia teacutermica entre junccedilatildeo e encapsulamento Tc=temperatura do encapsulamento Rtca=Resist Term Entre encapsulamento e ambiente Rtcd=Resist Entre encapsulament e dissipador Rtda=Resist Teacutermica entre dissipador e ambiente Partindo do anaacutelogo eleacutetrico chegamos a seguinte equaccedilatildeo tiacutepica Tj = Ta + P (Rtjc + Rtca) Exemplo 1 P = 20 W Rtjc = 2degCW Rtca = 10degCW Ta = 40degC Tjmax = 120degC Tc = Ta + P Rtca = 240degC Tj = Tc + P Rtjc = 280degC
Dissipadores de calor Considerando que natildeo seja possiacutevel reduzir a potecircncia meacutedia dissipada a alternativa para a proteccedilatildeo do semicondutor eacute colocar um dispositivo de baixa resistecircncia teacutermica entre o encapsulamento e o ambiente A este elemento colocado junto ao encapsulamento se diz ldquodissipador de calorrdquo Caracteriacutesticas dos dissipadores As principais caracteriacutesticas estatildeo relacionadas com dimensotildees e especialmente agrave sua superfiacutecie de contato com o ambiente Em geral estes dispositivos satildeo construiacutedos em alumiacutenio dada sua boa condutividade teacutermica (condiccedilatildeo indispensaacutevel) baixo custo e peso A figura mostra perfis tiacutepicos de dissipadores A utilizaccedilatildeo de grande nuacutemero de aletas eacute para aumentar a aacuterea de troca de calor A resistecircncia teacutermica para uma placa plana quadrada pode ser aproximadamente dada por
λ condutacircncia teacutermica (a 77o C) [W(oCcm)] W espessura do dissipador [mm]
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A aacuterea do dissipador [cm2] Cf fator de correccedilatildeo devido agrave posiccedilatildeo e tipo de superfiacutecie Na tabela abaixo satildeo dados alguns valores para os coeficientes da foacutermula O fator Cf varia com a posiccedilatildeo do dissipador sendo preferiacutevel uma montagem vertical agrave horizontal por criar um efeito ldquochamineacuterdquo Dissipadores pretos satildeo melhores irradiadores de calor que aqueles com superfiacutecie brilhante
Comportamento em regime transitoacuterio potecircncia de pico Quando a potecircncia dissipada no semicondutor consiste de pulsos de potecircncia eacute preciso verificar a proteccedilatildeo do componente em relaccedilatildeo aos picos de dissipaccedilatildeo Durante a ocorrecircncia do pico de potecircncia ocorre a elevaccedilatildeo da temperatura da junccedilatildeo embora natildeo ocorra variaccedilatildeo nas temperaturas do encapsulamento e do dissipador (que dependem da potecircncia meacutedia) devido agrave maior capacidade teacutermica da caacutepsula e especialmente do dissipador Tal capacidade teacutermica relaciona-se com o tipo de material utilizado e seu volume Na analogia eleacutetrica utilizada anteriormente ela se comporta como uma capacitacircncia O caacutelculo da temperatura da junccedilatildeo em tal regime transitoacuterio eacute feito utilizando uma grandeza chamada ldquoimpedacircncia teacutermicardquo Ztjc que leva em consideraccedilatildeo a capacidade teacutermica da junccedilatildeo Exemplo 2 Rtjc = 2deg CW Rtca = 5deg CW Rtcd = 2deg CW Rtda = 3deg CW Ztjc = 005deg CW Tjmax = 150deg C Ta = 40deg C P = 20W Pp = 1000W
Tj = 130 oC (o componente estaacute protegido em relaccedilatildeo agrave potecircncia meacutedia) Tc = 90 oC Tj = Tc + Pp Ztjc = 140 oC
Caacutelculo dos Dissipadores
bull A temperatura de trabalho da junccedilatildeo deve ser 20 a 30 menor que seu valor maacuteximo para permitir a proteccedilatildeo do componente sem super-dimensionar o dissipador middot Para ambientes nos quais natildeo se faccedila um controle riacutegido da temperatura deve-se usar uma temperatura ambiente de 40oC
bull Caso o dissipador fique dentro de algum bastidor ou caixa na qual a temperatura possa se elevar acima dos 40oC deve-se considerar sempre a maacutexima temperatura do ar com o qual o dissipador troca calor Eacute conveniente agrave falta de maiores informaccedilotildees utilizar o valor de 40oC e verificar apoacutes a entrada em operaccedilatildeo do protoacutetipo a verdadeira temperatura ambiente
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bull Deve-se verificar a necessidade do uso de isoladores (mica teflon ou mylar) e natildeo desconsiderar suas resistecircncias teacutermicas middot O emprego de pastas teacutermicas eacute sempre recomendado e se deve considerar tambeacutem sua resistecircncia teacutermica
b) No transitoacuterio
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Apecircndice A
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Laboratoacuterio 1
Diodo Ache os componentes em sucatas e monte o circuito abaixo em placa de circuito impresso corroiacuteda Lista de material
4 Diodos 1N4007 2 Capacitores 330uF200V 2 Resistores 150K 18W 1 Suporte p lacircmpada 1 Lacircmpada 40W220V 1 Conector p placa de 2 bornes 6 Chaves HH 1 Rabicho com plugue Placa p circuito impresso virgem (fibra fenolite perfurada) Caneta retro projetor ou esmalte p unhas Palha de accedilo ou acetona e pedaccedilo de pano Soluccedilatildeo de percloreto de ferro Estanho em fio
Obs Colocar o seu nome no lado do cobre a caneta ou esmalte antes da corrosatildeo
Montado na placa o circuito acima e testado fazer os seguintes exerciacutecios 1 ndash Com o interruptor Ch7 ligado os interruptores Ch3 Ch4 Ch5 e Ch6 desligados e os interruptores Ch1 e Ch2 na posiccedilatildeo 1 faccedila a seguinte medida meccedila com o osciloscoacutepio colocando a garra jacareacute onde aparece o GND e o pinccedila no ponto 1 de forma que apareccedila somente o semi-ciclo positivo na tela tambeacutem reproduza abaixo a forma de onda encontrada e registre onde a posiccedilatildeo do zero O aparelho ajustado da seguinte forma O botatildeo de tempodivisatildeo em 5mS O botatildeo tensatildeodivisatildeo ajustado em 5V A ponteira ajustada em X10
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2 ndash Permanecendo o interruptor Ch7 ligado Ch5 e Ch6 desligados poreacutem Ch1 e Ch2 na posiccedilatildeo 2 e Ch3 e Ch4 ligados faccedila novamente a medida e reproduza na tela abaixo a forma de onda
3 - Permanecendo o interruptor Ch7 ligado Ch3 Ch4 Ch5 e Ch6 agora ligados e Ch1 e Ch2 na posiccedilatildeo 2 faccedila novamente a medida e reproduza na tela abaixo a forma de onda
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4 ndash O que aconteceu com a potecircncia (brilho) da lacircmpada Com circuito configurado como no exerciacutecio 1 e exerciacutecio 3 (aumentou ou diminuiu) Porque ocorreu isto _____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
5 ndash Qual eacute a nova potecircncia da lacircmpada Provar por meio de caacutelculos 6 ndash Por fim com o circuito configurado como no exerciacutecio 3 coloque uma lacircmpada de maior potecircncia e visualize o ripple novamente com o osciloscoacutepio explique o que ocorreu _____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
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Laboratoacuterio 2 TRANSISTOR BIPOLAR (BJT)
Os transistores de potecircncia apresentam caracteriacutesticas de chaveamento controlado Os transistores utilizados como elementos de chaveamento operam na regiatildeo de saturaccedilatildeo apresentando uma baixa queda de tensatildeo de conduccedilatildeo (VCE=0V) (VBE=13V)
Este laboratoacuterio tem o objetivo de fazer um retificador e filtro diretamente da rede alternada com componentes retirados de fontes chaveadas de computadores apoacutes o estaacutegio de retificaccedilatildeo e filtro faremos funcionar uma lacircmpada incandescente de 220 volts corrente alternada em corrente contiacutenua com o auxiacutelio de um transistor de potencia tambeacutem retirado das mesmas fontes
Calcule o R1 e monte o circuito e apoacutes responda as questotildees
Pinos 1 ndash Base 2 ndash Coletor 3 ndash Emissor
Alguns transistores encontrados em fontes chaveadas de computador Transistor VCE (V) Ic (A) β MJE13007 400 8 5
2SC4106 400 7 10
2SC5027 800 3 8
2SC5353 800 3 15
2SC2335 400 7 10
2SC4242 400 7 10
2SC5763 400 7 10
1 ndash Escolha o transistor e faccedila o calculo para descobrir R1 e depois monte o circuito Transistor escolhido ______________
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2 ndash Meccedila a corrente no ponto 1 e compare com o calculado Faccedila as observaccedilotildees necessaacuterias
Corrente no ponto (1)
Calculado
Medido _____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
3 ndash Por que existem os resistores em paralelo com os capacitores
_____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
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Laboratoacuterio 3
TRANSISTOR EFEITO DE CAMPO (FET) O transistor de potecircncia MOSFET eacute um dispositivo de tensatildeo controlada e necessita apenas de tensatildeo no gatilho A velocidade de chaveamento eacute muito alta (nanosegundos) MOSFETrsquos de potecircncia satildeo utilizados em conversores de baixa potecircncia e alta frequumlecircncia Estes transistores apresentam problemas de descargas eletrostaacuteticas necessitando de cuidados especiais Este experimento tem como objetivo mostrar o funcionamento de Mosfets em uma aplicaccedilatildeo pratica para tanto montaremos o circuito abaixo
Pinagem 1 ndash GATE 2 ndash DRAIN 3 ndash SOURCE
Alguns transistores encontrados no comeacutercio
Transistor Tensatildeo Vds(V) Corrente Id (A)
IRF840 500 85 IRF740 400 10
1 ndash Meccedila a corrente no ponto 1 Corrente no ponto 1 ______________ No ponto 2 coloque 1deg o multiacutemetro antes de ligar o circuito Meccedila a corrente no ponto 2 Corrente no ponto 2 ______________ Por que isto ocorre 2 ndash Calcule a corrente que passa entre os resistores E compare com os valores medidos e faccedila as observaccedilotildees necessaacuterias
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Laboratoacuterio 4
SCR E TRIAC
Este laboratoacuterio tem o objetivo de comprovar o funcionamento do componente SCR e TRIAC e diferenciaacute-los 1
A - Primeiramente ligue a chave 1 mantendo a chave 2 desligada o que ocorre _____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
B ndash Mantendo ligada a chave 1 ligue a chave 2 por um breve intervalo de tempo e desligue-a O que acontece Justifique sua resposta _____________________________________________________________________________________ _____________________________________________________________________________________ 2
C ndash Faccedila a mesma sequumlecircncia usada nas questotildees A e B Sequumlecircncia da questatildeo A________________________________________________________________
Sequumlecircncia da questatildeo B_________________________________________________________________
D - Faccedila as consideraccedilotildees comparando os circuitos 1 e 2
_____________________________________________________________________________________ _____________________________________________________________________________________
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3
E ndash Faccedila um comentaacuterio sobre a omissatildeo das chaves _____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
4
F - Comente os circuitos 3 e 4 haacute alguma diferenccedila no brilho da lacircmpada
_____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
Pinos do SCR e BTA 1 ndash Catodo A2 2 ndash Anodo A1 3 ndash Gatilho
Alguns SCRs encontrados no comeacutercio
Tiristor
Tensatildeo Vds(V)
Corrente Id (A)
BT151 500 85 TIC106 400 10
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Laboratoacuterio 5
DIAC E TRIAC O objetivo eacute montar o circuito abaixo e visualizar com o osciloscoacutepio a forma de onda em cima da carga no nosso caso a lacircmpada enquanto varia o potenciocircmetro
Pinagem 1 ndash A1 2 ndash A2 3 ndash G Alguns triacs encontrado no comeacutercio BTA08 ndash 8A BTA26 ndash 26A MAC224 ndash 40A TIC226 ndash 8A
Coloque a ponteira em cima da carga e deixe o potenciocircmetro no meio do curso e reproduza na tela abaixo Registre o ajuste que foi feito no osciloscoacutepio para aparecer o meio ciclo superior na tela
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Laboratoacuterio 6
PWM Este circuito eacute simples com o famoso CI 555 para gerar o sinal PWM Controlando uma carga que conseguimos observar o estaacute acontecendo
1 ndash Qual a frequumlecircncia gerada do sinal PWM _______________________________________________________________________________
_______________________________________________________________________________
2 ndash O que acontece com a lacircmpada quando varia o potenciocircmetro
_______________________________________________________________________________
_______________________________________________________________________________
3 ndash Trocando o capacitor de 100nF por um de 10nF qual seraacute a nova frequumlecircncia
_______________________________________________________________________________
_______________________________________________________________________________
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Laboratoacuterio 7
INVERSOR Este circuito eacute o conceito baacutesico do princiacutepio de funcionamento de um inversor que eacute capaz de gerar uma tensatildeo alternada a partir de uma tensatildeo contiacutenua
1 ndash O motor estaacute girando _____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
2 ndash Caso afirmativo na primeira pergunta coloque a ponteira do osciloscoacutepio em um dos terminais do motor e a garra jacareacute no terra e meccedila a frequumlecircncia _____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
3 ndash O que estaacute acontecendo com o motor em suas caracteriacutesticas fiacutesicas Mudou a velocidade estaacute aquecendo estaacute trepidando etc _____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
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Apendice B
Coacutedigo de resistores
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Capacitores ceracircmicos
O valor do capacitorB eacute de 3300 pF (picofarad = 10-12 F) ou 33 nF (nanofarad = 10-9 F) ou 00033 microF (microfarad =
10-6 F) No capacitor A devemos acrescentar mais 4 zeros apoacutes os dois primeiros algarismos O valor do capacitor que se lecirc 104 eacute de 100000 pF ou 100 nF ou 01microF
O aparecimento de uma letra maiuacutescula ao lado dos nuacutemeros Esta letra refere-se a toleracircncia do capacitor ou seja o quanto que o capacitor pode variar de seu valor em uma temperatura padratildeo de 25deg C A letra J significa que este capacitor pode variar ateacute plusmn5 de seu valor a letra K = plusmn10 ou M = plusmn20 Segue na tabela abaixo os coacutedigos de toleracircncias de capacitacircncia
Ateacute 10pF Coacutedigo Acima de 10pF
plusmn01pF B
plusmn025pF C
plusmn05pF D
plusmn10pF F plusmn1
G plusmn2
H plusmn3
J plusmn5
K plusmn10
M plusmn20
S -50 -20
Z +80 -20
ou +100 -20
P +100 -0
O coeficiente de temperatura TC que define a variaccedilatildeo da capacitacircncia dentro de uma determinada faixa de temperatura O TC eacute normalmente expresso em ou ppmdegC ( partes por milhatildeo degC ) Eacute usado uma sequumlecircncia de letras ou letras e nuacutemeros para representar os coeficientes Observe o desenho abaixo
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Na tabela abaixo estatildeo mais alguns coeficientes de temperatura e as toleracircncias que satildeo muito utilizadas por diversos fabricantes de capacitores
Coacutedigo Coeficiente de temperatura NPO -0plusmn 30ppmdegC N075 -75plusmn 30ppmdegC N150 -150plusmn 30ppmdegC N220 -220plusmn 60ppmdegC N330 -330plusmn 60ppmdegC N470 -470plusmn 60ppmdegC N750 -750plusmn 120ppmdegC N1500 -1500plusmn 250ppmdegC N2200 -2200plusmn 500ppmdegC N3300 -3300plusmn 500ppmdegC N4700 -4700plusmn 1000ppmdegC N5250 -5250plusmn 1000ppmdegC P100 +100plusmn 30ppmdegC
Outra forma de representar coeficientes de temperatura eacute mostrado abaixo Eacute usada em capacitores que se caracterizam
pela alta capacitacircncia por unidade de volume (dimensotildees reduzidas) devido a alta constante dieleacutetrica sendo recomendados para aplicaccedilatildeo em desacoplamentos acoplamentos e supressatildeo de interferecircncias em baixas tensotildees
Os coeficientes satildeo tambeacutem representados exibindo sequumlecircncias de letras e nuacutemeros como por exemplo X7R Y5F e Z5U Para um capacitor Z5U a faixa de operaccedilatildeo eacute de +10degC que significa Temperatura Miacutenima seguido de +85degC que significa Temperatura Maacutexima e uma variaccedilatildeo Maacutexima de capacitacircncia dentro desses limites de temperatura que natildeo ultrapassa -56 +22
Veja as trecircs tabelas abaixo para compreender este exemplo e entender outros coeficientes
Temperatura Miacutenima
Temperatura Maacutexima
Variaccedilatildeo Maacutexima de Capacitacircncia
X -55degC Y -30degC Z +10degC
2 +45degC 4 +65degC 5 +85degC 6 +105degC 7 +125degC
A plusmn10 B plusmn15 C plusmn22 D plusmn33 E plusmn47 F plusmn75 P plusmn10 R plusmn15 S plusmn22 T -33 +22 U -56 +22 V -82 +22
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Capacitores de filme plaacutestico
O desenho ao lado mostra capacitores que tem os seus valores impressos em nanofarad (nF) = 10-9F Quando aparece no capacitor uma letra n minuacutescula como um dos tipos apresentados ao lado por exemplo 3n3 significa que este capacitor eacute de 33nF No exemplo o n minuacutesculo eacute colocado ao meio dos nuacutemeros apenas para economizar uma viacutergula e evitar erro de interpretaccedilatildeo de seu valor
Capacitores de Ceracircmica Multicamada
Capacitores de Polieacutester Metalizado usando coacutedigo de cores
A tabela abaixo mostra como interpretar o coacutedigo de cores dos capacitores abaixo No capacitor A as 3 primeiras cores satildeo laranja laranja e laranja correspondem a 33000 equivalendo a 33 nF A cor branca logo adiante eacute referente a plusmn10 de toleracircncia E o vermelho representa a tensatildeo nominal que eacute de 250 volts
1ordf Algarismo 2ordf Algarismo 3ordf Ndeg de zeros 4ordf Toleracircncia 5ordf Tensatildeo
PRETO 0 0 - plusmn 20 -
MARROM 1 1 0 - -
VERMELHO 2 2 00 - 250V
LARANJA 3 3 000 - -
AMARELO 4 4 0000 - 400V
VERDE 5 5 00000 - -
AZUL 6 6 - - 630V
VIOLETA 7 7 - - -
CINZA 8 8 - - -
BRANCO 9 9 - plusmn 10 -
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Apecircndice C
Osciloscoacutepio Geralmente os osciloscoacutepios tecircm os controles e entradas que podem ser divididos em cinco grupos
1 ndash Controle da fonte de alimentaccedilatildeo 2 ndash Controles de ajuste do traccedilo ou ponto na tela 3 ndash Controles e entrada de atuaccedilatildeo vertical 4 ndash Controles e entrada de atuaccedilatildeo horizontal 5 ndash Controles de entrada de sincronismo
1 - CONTROLE DA FONTE DE ALIMENTACcedilAtildeO 11 - INTERRUPTOR Sua funccedilatildeo eacute interromper ou estabelecer a corrente no primaacuterio do transformador de fora Sua atuaccedilatildeo normalmente eacute acompanhada por uma lacircmpada piloto que serve de aviso visual sobre a situaccedilatildeo do circuito (ligado ou desligado) Normalmente este interruptor se encontra acoplado junto do potenciocircmetro de controle de brilho 12 - COMUTADOR DE TENSAtildeO Sua funccedilatildeo eacute selecionar a tensatildeo de funcionamento do osciloscoacutepio (127 220V) Permite utilizar o instrumento sem a necessidade de recorrer a um transformador abaixador ou elevador de tensatildeo (geralmente o acesso deste comutador eacute visto na parte de traz do aparelho) 2 - CONTROLES DE AJUSTE DO TRACcedilO OU PONTO NA TELA 21 - BRILHO OU LUMINOSIDADE Eacute o controle que ajusta a luminosidade do ponto ou do traccedilo O controle do brilho eacute feito por meio de um potenciocircmetro situado no circuito da grade de controle do TRC mediante o qual se regula o potencial desta grade (deve-se evitar o uso de brilho excessivo sob pena de se danificar a tela) 22 - FOCO Eacute o controle que ajusta a nitidez do ponto ou traccedilo luminoso O ajuste do foco eacute conseguido mediante a regulagem de um potenciocircmetro que regula a polarizaccedilatildeo do eletrodo de enfoque O foco deve ser ajustado de forma a se obter um traccedilo fino e niacutetido na tela (estes ajustes de brilho e de foco satildeo ajustes baacutesicos que devem ser feitos sempre que se for usar o osciloscoacutepio)
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23 - ILUMINACcedilAtildeO DA RETIacuteCULA Permite que se ilumine o quadriculado ou as divisotildees na tela 3 - CONTROLES E ENTRADA DE ATUACcedilAtildeO VERTICAL 31 - ENTRADA DE SINAL VERTICAL Nesta entrada eacute conectada a ponta de prova do osciloscoacutepio As variaccedilotildees de tensatildeo aplicadas nesta entrada aparecem sob forma de figura na tela 32 - CHAVE DE SELECcedilAtildeO DE MODO DE ENTRADA (CA-CC) Esta chave eacute selecionada de acordo com o tipo de forma de onda a ser observada Em alguns osciloscoacutepios esta chave possui trecircs posiccedilotildees (CA-0-CC ou AC-GND-DC) Esta posiccedilatildeo adicional eacute usada para a realizaccedilatildeo de ajustes do traccedilo do osciloscoacutepio em algumas situaccedilotildees Por exemplo quando se deseja Uma referecircncia na tela 33 - CHAVE SELETORA DE GANHO (VDiv) Esta chave permite que se aumente ou que se diminua a amplitude de projeccedilatildeo na tela do osciloscoacutepio (altura da imagem) 34 - POSICcedilAtildeO VERTICAL Permite movimentar a imagem para cima ou para baixo na tela A movimentaccedilatildeo natildeo interfere na forma da figura projetada na tela 4 - CONTROLES DE ATUACcedilAO HORIZONTAL 41 - CHAVE SELETORA DE BASE DE TEMPO Eacute o controle que permite variar o tempo de deslocamento horizontal do ponto na tela Atraveacutes deste controle eacute possiacutevel reduzir ou ampliar horizontalmente na tela a figura nela projetada Em alguns osciloscoacutepios esta chave seletora tem uma posiccedilatildeo identificada como EXT (externa) o que possibilita que o deslocamento horizontal pode ser controlado por circuito externo ao osciloscoacutepio atraveacutes de uma entrada especiacutefica Quando a posiccedilatildeo externa eacute selecionada natildeo haacute formaccedilatildeo do traccedilo na tela obtendo-se apenas um ponto 42 - POSICcedilAtildeO HORIZONTAL Eacute o ajuste que permite controlar horizontalmente a forma de onda na tela Girando o controle de posiccedilatildeo horizontal para a direita o traccedilo move-se horizontalmente para a direita e vice-versa Assim como o controle de posiccedilatildeo vertical o controle de posiccedilatildeo horizontal natildeo interfere na forma da figura projetada na tela
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5 - CONTROLES E ENTRADA DE SINCRONISMO (TRIGGER) Satildeo controles que se destinam a fixar a imagem na tela Estes controles satildeo utilizados principalmente na observaccedilatildeo de sinais alternados Os controles de sincronismo satildeo Chave seletora de fonte de sincronismo Chave de modo de sincronismo Controle de niacutevel de sincronismo 51 - CHAVE SELETORA DE FONTE DE SINCRONISMO Seleciona onde seraacute tomada o sinal de sincronismo para fixar a imagem na tela do osciloscoacutepio Normalmente esta chave possui trecircs posiccedilotildees pelo menos POSICcedilAtildeO CH1 O sincronismo eacute controlado pelo sinal aplicado ao canal 1 POSICcedilAtildeO REDE Realiza o sincronismo com base na frequecircncia da rede de alimentaccedilatildeo do osciloscoacutepio (60Hz) Nesta posiccedilatildeo consegue-se facilmente sincronizar na tela sinais aplicados na entrada vertical que sejam obtidos a partir da rede eleacutetrica POSICcedilAtildeO EXTERNO Na posiccedilatildeo externo o sincronismo da figura eacute obtido agrave partir de outro equipamento externo conectado ao osciloscoacutepio O sinal que controla o sincronismo na posiccedilatildeo externo eacute aplicado a entrada de sincronismo 52 - CHAVE DE MODO DE SINCRONISMO Normalmente esta chave tem duas ou trecircs posiccedilotildees AUTO Nesta posiccedilatildeo o osciloscoacutepio realiza o sincronismo automaticamente com base no sinal selecionado pela chave seletora de fonte de sincronismo NORMAL + O sincronismo eacute positivo ajustado manualmente pelo controle de niacutevel de sincronismo (TRIGGER) de modo que o primeiro pico que apareccedila na tela seja o positivo NORMAL - O sincronismo eacute negativo tambeacutem ajustado manualmente entretanto o primeiro pico a aparecer eacute o negativo 53 - CONTROLE DE NIacuteVEL DE SINCRONISMO (TRIGGER) Eacute um controle manual que permite o ajuste do sincronismo quando natildeo se consegue um sincronismo automaacutetico Tem atuaccedilatildeo nas posiccedilotildees NORMAL + e NORMAL - OBSERVACcedilAtildeO Para se realizar leituras eacute necessaacuterio sincronizar a figura na tela II - ENTRADA E CONTROLE DO OSCILOSCOacutePIO DUPLO TRACcedilO O osciloscoacutepio de duplo traccedilo possui alguns controles que satildeo comuns aos dois traccedilos e outros que satildeo individuais Os controles de brilho foco base de tempo e de posiccedilatildeo horizontal satildeo controles que satildeo comuns aos dois traccedilos Basicamente os controles individuais situam-se nas entradas e controles do vertical nos controles e entrada de sincronismo ENTRADAS E CONTROLES DO VERTICAL Para que se possa observar dois sinais simultaneamente eacute necessaacuterio que se aplique uma tensatildeo em cada uma das entradas verticais O osciloscoacutepio duplo traccedilo dispotildee de dois grupos de controles verticais Um grupo para o canal A ou canal 1 (CH1) Um grupo para o canal B ou canal 2 (CH2) Cada grupo controla um dos sinais na tela (amplitude posiccedilatildeo vertical etc) Geralmente satildeo iguais Cada canal dispotildee de Entrada Vertical Chave Seletora CA-O-CC Chave Seletora de ganho vertical (DDiv) Posiccedilatildeo vertical Um osciloscoacutepio de duplo traccedilo pode ainda ser utilizado como sendo um osciloscoacutepio de traccedilo simples Uma chave seletora permite que se possa selecionar cada canal individualmente ou os dois simultaneamente Esta chave possui pelo menos trecircs posiccedilotildees CH1
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CH2 DUAL Na posiccedilatildeo CH1 apareceraacute apenas a imagem na tela que estiver sendo aplicada na entrada vertical do canal 1 Na posiccedilatildeo CH2 apareceraacute apenas a imagem na tela que estiver sendo aplicada na entrada vertical do canal 2 Na posiccedilatildeo DUAL aparecem as duas imagens Em osciloscoacutepios mais sofisticados esta chave pode possuir mais posiccedilotildees de modo a permitir outras alternativas de uso CONTROLES DE SINCRONISMO Realizam as mesmas funccedilotildees do osciloscoacutepio traccedilo simples que eacute a de fixar a imagem na tela O que diferencia eacute o fato de que na chave seletora de fonte existe uma posiccedilatildeo adicional de modo a poder sincronizar a figura PONTAS DE PROVA As pontas de prova satildeo utilizadas para interligar o osciloscoacutepio aos pontos de medida
Uma das extremidades da ponta de prova eacute conectada a uma das entradas do osciloscoacutepio atraveacutes de um conector e a extremidade livre serve para conexatildeo aos pontos de medida A extremidade livre possui uma garra jacareacute denominada de terra da ponta de prova que deve ser conectada ao terra do circuito e uma ponta de entrada de sinal que deve ser conectada no ponto que se deseja medir Existem dois tipos de ponta de prova ponta de prova 11 ponta de prova 101 A ponta de prova 11 se caracteriza por aplicar agrave entrada do osciloscoacutepio a mesma tensatildeo ou forma de onda que eacute aplicada a ponta de mediccedilatildeo A ponta de prova 101 entrega ao osciloscoacutepio apenas a deacutecima parte da tensatildeo aplicada a ponta de mediccedilatildeo As pontas de prova 101 permitem que o osciloscoacutepio consiga observar tensotildees dez vezes maior que a sua capacidade Por exemplo Um osciloscoacutepio que permite a leitura de tensotildees de 50V com ponta de prova 11 com ponta de prova 101 poderaacute medir tensotildees de ateacute 500V (10x50V) Existem pontas de prova que dispotildee de um botatildeo onde se pode selecionar 101 ou 11 Obs Quando natildeo se tem total certeza da grandeza da tensatildeo envolvida eacute aconselhaacutevel iniciar a mediccedilatildeo com o posiccedilatildeo 101
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Bibliografia
1 Dispositivos semicondutores tiristores controle de potecircncia em CC e CA 1996 - ALMEIDA Joseacute Luiz Antunes de Satildeo Paulo Eacuterica 1996 150 p
2 Dispositivos semicondutores diodos e transistores 1996 MARQUES Angelo Eduardo B
CHOUERI JUacuteNIOR Salomatildeo CRUZ Eduardo Cesar Alves Satildeo Paulo Eacuterica 1996 389 p
3 Anaacutelise e projeto de fontes chaveadas MELLO Luiz Fernando P de Satildeo Paulo Eacuterica 1996 487 p
4 Eletrocircnica de potecircncia circuitos dispositivos e aplicaccedilotildees 1999 RASHID Muhammad H Satildeo Paulo Makron Books 1999 828 p
5 Eletrocircnica de potecircncia 1994 - PALMA Guilherme Rebouccedilas da Satildeo Paulo Eacuterica 1994 259 p
6 Dispositivos eletrocircnicos e teoria de circuitos - 8 ed 2004 -
BOYLESTAD Robert L NASHELSKY Louis CAMARGO Joseacute Bueno de NASCIMENTO Joseacute Lucimar do PERTENCE JUNIOR Antonio (Coord) Satildeo Paulo Pearson Prentice Hall 2004 672 p
7 Rodrigues Isac Zilli Notas de aula da disciplina de Eletrocircnica II do Curso de Engenharia
Eleacutetrica da UPF Passo Fundo RS 2000
8 Ghirardello Ariovaldo Apostila sobre Modulaccedilatildeo PWM Coleacutegio Politec
9 Electronics Workbench Versatildeo 512
10 LabcenterElectronics 1989-2008 Release 75 SP3
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12 - Inversores
Introduccedilatildeo A obtenccedilatildeo de uma tensatildeo alternada a partir de uma fonte CC eacute muitas vezes necessaacuteria para a
alimentaccedilatildeo de diversas cargas Os conversores que realizam a transformaccedilatildeo CC-CA satildeo chamados de inversores Como exemplos de aplicaccedilotildees pode-se citar o controle de velocidade de motores de corrente alternada fontes de alimentaccedilatildeo ininterrupta (no-break) entre varias outras aplicaccedilotildees
Qualquer sistema no qual o fornecimento da energia eleacutetrica natildeo pode ser interrompido deve prever uma fonte de emergecircncia para supri-lo Quando a potecircncia instalada eacute muito grande tem-se em geral um sistema de acionamento imediato alimentado a partir de baterias e um sistema motor-gerador que por necessitar de alguns minutos para estar em condiccedilotildees ideais de operaccedilatildeo natildeo pode ser usado de imediato Tal arranjo eacute usado por exemplo em centrais telefocircnicas hospitais etc Topologias Baacutesicas
Inversor Monofaacutesico em Ponte A estrutura do inversos monofaacutesico em ponte alimentando carga resistiva estaacute representado na
Figura abaixo
As formas de onda de interesse satildeo apresentadas na figura abaixo Com S1 e S4 em conduccedilatildeo a
tensatildeo na carga eacute igual a E quando S2 e S3 estatildeo em conduccedilatildeo ela torna-se igual a -E
Quando a carga for indutiva devem ser adicionados a estrutura do circuito mostrado acima os
diodos de circulaccedilatildeo D1 D2 D3 e D4 como indica a figura abaixo Observe que com carga indutiva a fonte E deve ser reversiacutevel em corrente
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Etapas de funcionamento do inversor em ponte alimentando carga indutiva
Inversor Monofaacutesico em Ponto Meacutedio Este circuito representado na figura abaixo emprega apenas um braccedilo sendo desse modo mais
simples de ser comandado que o inversor em ponte porem a sua desvantagem eacute a tensatildeo de saiacuteda ser a metade
Inversor Monofaacutesico em Ponte
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13 - Dissipadores
A circulaccedilatildeo de corrente eleacutetrica por qualquer elemento provoca uma dissipaccedilatildeo de potecircncia igual ao produto do quadrado da corrente pela resistecircncia do circuito O objetivo eacute estabelecer criteacuterios para o dimensionamento de sistemas de dissipaccedilatildeo do calor produzido por componentes eletrocircnicos especialmente semicondutores de potecircncia (diodostransistores tiristores etc) buscando a proteccedilatildeo de tais componentes tendo como meta fundamental a elevada confiabilidade dos equipamentos nos quais os dispositivos satildeo empregados Deve-se buscar reduccedilatildeo de volume peso e custos
Caacutelculo da Potecircncia Dissipada
O caacutelculo da potecircncia dissipada deve ser feito via de regra pelo produto da tensatildeo pela corrente sobre o dispositivo em questatildeo
Comportamento em regime permanente potecircncia meacutedia
Nos dispositivos semicondutores de potecircncia o calor decorrente do efeito Joule eacute produzido na pastilha semicondutora fluindo daiacute para ambientes mais frios como o encapsulamento do dispositivo e o ambiente Este fluxo de calor depende de fatores como o gradiente de temperatura e as caracteriacutesticas teacutermicas dos meios e materiais envolvidos Define-se a grandeza ldquoresistecircncia teacutermicardquo como uma medida da dificuldade do fluxo de calor entre 2 meios ∆T diferenccedila de temperatura entre regiotildees de transferecircncia de calor P potecircncia meacutedia dissipada h coeficiente de transferecircncia de calor A aacuterea envolvida na transferecircncia de calor
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ANALOGIA COM CIRCUITO ELEacuteTRICO Em geral se faz uma analogia com um circuito eleacutetrico sendo a potecircncia meacutedia representada por uma fonte de corrente As temperaturas nos ambientes indicados (junccedilatildeo caacutepsula ambiente) satildeo anaacutelogas agraves tensotildees nos respectivos noacutes enquanto as resistecircncias teacutermicas satildeo as proacuteprias resistecircncias do modelo
Tj=Temperatura da junccedilatildeo Rtjc=Resistecircncia teacutermica entre junccedilatildeo e encapsulamento Tc=temperatura do encapsulamento Rtca=Resist Term Entre encapsulamento e ambiente Rtcd=Resist Entre encapsulament e dissipador Rtda=Resist Teacutermica entre dissipador e ambiente Partindo do anaacutelogo eleacutetrico chegamos a seguinte equaccedilatildeo tiacutepica Tj = Ta + P (Rtjc + Rtca) Exemplo 1 P = 20 W Rtjc = 2degCW Rtca = 10degCW Ta = 40degC Tjmax = 120degC Tc = Ta + P Rtca = 240degC Tj = Tc + P Rtjc = 280degC
Dissipadores de calor Considerando que natildeo seja possiacutevel reduzir a potecircncia meacutedia dissipada a alternativa para a proteccedilatildeo do semicondutor eacute colocar um dispositivo de baixa resistecircncia teacutermica entre o encapsulamento e o ambiente A este elemento colocado junto ao encapsulamento se diz ldquodissipador de calorrdquo Caracteriacutesticas dos dissipadores As principais caracteriacutesticas estatildeo relacionadas com dimensotildees e especialmente agrave sua superfiacutecie de contato com o ambiente Em geral estes dispositivos satildeo construiacutedos em alumiacutenio dada sua boa condutividade teacutermica (condiccedilatildeo indispensaacutevel) baixo custo e peso A figura mostra perfis tiacutepicos de dissipadores A utilizaccedilatildeo de grande nuacutemero de aletas eacute para aumentar a aacuterea de troca de calor A resistecircncia teacutermica para uma placa plana quadrada pode ser aproximadamente dada por
λ condutacircncia teacutermica (a 77o C) [W(oCcm)] W espessura do dissipador [mm]
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A aacuterea do dissipador [cm2] Cf fator de correccedilatildeo devido agrave posiccedilatildeo e tipo de superfiacutecie Na tabela abaixo satildeo dados alguns valores para os coeficientes da foacutermula O fator Cf varia com a posiccedilatildeo do dissipador sendo preferiacutevel uma montagem vertical agrave horizontal por criar um efeito ldquochamineacuterdquo Dissipadores pretos satildeo melhores irradiadores de calor que aqueles com superfiacutecie brilhante
Comportamento em regime transitoacuterio potecircncia de pico Quando a potecircncia dissipada no semicondutor consiste de pulsos de potecircncia eacute preciso verificar a proteccedilatildeo do componente em relaccedilatildeo aos picos de dissipaccedilatildeo Durante a ocorrecircncia do pico de potecircncia ocorre a elevaccedilatildeo da temperatura da junccedilatildeo embora natildeo ocorra variaccedilatildeo nas temperaturas do encapsulamento e do dissipador (que dependem da potecircncia meacutedia) devido agrave maior capacidade teacutermica da caacutepsula e especialmente do dissipador Tal capacidade teacutermica relaciona-se com o tipo de material utilizado e seu volume Na analogia eleacutetrica utilizada anteriormente ela se comporta como uma capacitacircncia O caacutelculo da temperatura da junccedilatildeo em tal regime transitoacuterio eacute feito utilizando uma grandeza chamada ldquoimpedacircncia teacutermicardquo Ztjc que leva em consideraccedilatildeo a capacidade teacutermica da junccedilatildeo Exemplo 2 Rtjc = 2deg CW Rtca = 5deg CW Rtcd = 2deg CW Rtda = 3deg CW Ztjc = 005deg CW Tjmax = 150deg C Ta = 40deg C P = 20W Pp = 1000W
Tj = 130 oC (o componente estaacute protegido em relaccedilatildeo agrave potecircncia meacutedia) Tc = 90 oC Tj = Tc + Pp Ztjc = 140 oC
Caacutelculo dos Dissipadores
bull A temperatura de trabalho da junccedilatildeo deve ser 20 a 30 menor que seu valor maacuteximo para permitir a proteccedilatildeo do componente sem super-dimensionar o dissipador middot Para ambientes nos quais natildeo se faccedila um controle riacutegido da temperatura deve-se usar uma temperatura ambiente de 40oC
bull Caso o dissipador fique dentro de algum bastidor ou caixa na qual a temperatura possa se elevar acima dos 40oC deve-se considerar sempre a maacutexima temperatura do ar com o qual o dissipador troca calor Eacute conveniente agrave falta de maiores informaccedilotildees utilizar o valor de 40oC e verificar apoacutes a entrada em operaccedilatildeo do protoacutetipo a verdadeira temperatura ambiente
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bull Deve-se verificar a necessidade do uso de isoladores (mica teflon ou mylar) e natildeo desconsiderar suas resistecircncias teacutermicas middot O emprego de pastas teacutermicas eacute sempre recomendado e se deve considerar tambeacutem sua resistecircncia teacutermica
b) No transitoacuterio
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Apecircndice A
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Laboratoacuterio 1
Diodo Ache os componentes em sucatas e monte o circuito abaixo em placa de circuito impresso corroiacuteda Lista de material
4 Diodos 1N4007 2 Capacitores 330uF200V 2 Resistores 150K 18W 1 Suporte p lacircmpada 1 Lacircmpada 40W220V 1 Conector p placa de 2 bornes 6 Chaves HH 1 Rabicho com plugue Placa p circuito impresso virgem (fibra fenolite perfurada) Caneta retro projetor ou esmalte p unhas Palha de accedilo ou acetona e pedaccedilo de pano Soluccedilatildeo de percloreto de ferro Estanho em fio
Obs Colocar o seu nome no lado do cobre a caneta ou esmalte antes da corrosatildeo
Montado na placa o circuito acima e testado fazer os seguintes exerciacutecios 1 ndash Com o interruptor Ch7 ligado os interruptores Ch3 Ch4 Ch5 e Ch6 desligados e os interruptores Ch1 e Ch2 na posiccedilatildeo 1 faccedila a seguinte medida meccedila com o osciloscoacutepio colocando a garra jacareacute onde aparece o GND e o pinccedila no ponto 1 de forma que apareccedila somente o semi-ciclo positivo na tela tambeacutem reproduza abaixo a forma de onda encontrada e registre onde a posiccedilatildeo do zero O aparelho ajustado da seguinte forma O botatildeo de tempodivisatildeo em 5mS O botatildeo tensatildeodivisatildeo ajustado em 5V A ponteira ajustada em X10
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2 ndash Permanecendo o interruptor Ch7 ligado Ch5 e Ch6 desligados poreacutem Ch1 e Ch2 na posiccedilatildeo 2 e Ch3 e Ch4 ligados faccedila novamente a medida e reproduza na tela abaixo a forma de onda
3 - Permanecendo o interruptor Ch7 ligado Ch3 Ch4 Ch5 e Ch6 agora ligados e Ch1 e Ch2 na posiccedilatildeo 2 faccedila novamente a medida e reproduza na tela abaixo a forma de onda
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4 ndash O que aconteceu com a potecircncia (brilho) da lacircmpada Com circuito configurado como no exerciacutecio 1 e exerciacutecio 3 (aumentou ou diminuiu) Porque ocorreu isto _____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
5 ndash Qual eacute a nova potecircncia da lacircmpada Provar por meio de caacutelculos 6 ndash Por fim com o circuito configurado como no exerciacutecio 3 coloque uma lacircmpada de maior potecircncia e visualize o ripple novamente com o osciloscoacutepio explique o que ocorreu _____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
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Laboratoacuterio 2 TRANSISTOR BIPOLAR (BJT)
Os transistores de potecircncia apresentam caracteriacutesticas de chaveamento controlado Os transistores utilizados como elementos de chaveamento operam na regiatildeo de saturaccedilatildeo apresentando uma baixa queda de tensatildeo de conduccedilatildeo (VCE=0V) (VBE=13V)
Este laboratoacuterio tem o objetivo de fazer um retificador e filtro diretamente da rede alternada com componentes retirados de fontes chaveadas de computadores apoacutes o estaacutegio de retificaccedilatildeo e filtro faremos funcionar uma lacircmpada incandescente de 220 volts corrente alternada em corrente contiacutenua com o auxiacutelio de um transistor de potencia tambeacutem retirado das mesmas fontes
Calcule o R1 e monte o circuito e apoacutes responda as questotildees
Pinos 1 ndash Base 2 ndash Coletor 3 ndash Emissor
Alguns transistores encontrados em fontes chaveadas de computador Transistor VCE (V) Ic (A) β MJE13007 400 8 5
2SC4106 400 7 10
2SC5027 800 3 8
2SC5353 800 3 15
2SC2335 400 7 10
2SC4242 400 7 10
2SC5763 400 7 10
1 ndash Escolha o transistor e faccedila o calculo para descobrir R1 e depois monte o circuito Transistor escolhido ______________
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2 ndash Meccedila a corrente no ponto 1 e compare com o calculado Faccedila as observaccedilotildees necessaacuterias
Corrente no ponto (1)
Calculado
Medido _____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
3 ndash Por que existem os resistores em paralelo com os capacitores
_____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
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Laboratoacuterio 3
TRANSISTOR EFEITO DE CAMPO (FET) O transistor de potecircncia MOSFET eacute um dispositivo de tensatildeo controlada e necessita apenas de tensatildeo no gatilho A velocidade de chaveamento eacute muito alta (nanosegundos) MOSFETrsquos de potecircncia satildeo utilizados em conversores de baixa potecircncia e alta frequumlecircncia Estes transistores apresentam problemas de descargas eletrostaacuteticas necessitando de cuidados especiais Este experimento tem como objetivo mostrar o funcionamento de Mosfets em uma aplicaccedilatildeo pratica para tanto montaremos o circuito abaixo
Pinagem 1 ndash GATE 2 ndash DRAIN 3 ndash SOURCE
Alguns transistores encontrados no comeacutercio
Transistor Tensatildeo Vds(V) Corrente Id (A)
IRF840 500 85 IRF740 400 10
1 ndash Meccedila a corrente no ponto 1 Corrente no ponto 1 ______________ No ponto 2 coloque 1deg o multiacutemetro antes de ligar o circuito Meccedila a corrente no ponto 2 Corrente no ponto 2 ______________ Por que isto ocorre 2 ndash Calcule a corrente que passa entre os resistores E compare com os valores medidos e faccedila as observaccedilotildees necessaacuterias
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Laboratoacuterio 4
SCR E TRIAC
Este laboratoacuterio tem o objetivo de comprovar o funcionamento do componente SCR e TRIAC e diferenciaacute-los 1
A - Primeiramente ligue a chave 1 mantendo a chave 2 desligada o que ocorre _____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
B ndash Mantendo ligada a chave 1 ligue a chave 2 por um breve intervalo de tempo e desligue-a O que acontece Justifique sua resposta _____________________________________________________________________________________ _____________________________________________________________________________________ 2
C ndash Faccedila a mesma sequumlecircncia usada nas questotildees A e B Sequumlecircncia da questatildeo A________________________________________________________________
Sequumlecircncia da questatildeo B_________________________________________________________________
D - Faccedila as consideraccedilotildees comparando os circuitos 1 e 2
_____________________________________________________________________________________ _____________________________________________________________________________________
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3
E ndash Faccedila um comentaacuterio sobre a omissatildeo das chaves _____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
4
F - Comente os circuitos 3 e 4 haacute alguma diferenccedila no brilho da lacircmpada
_____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
Pinos do SCR e BTA 1 ndash Catodo A2 2 ndash Anodo A1 3 ndash Gatilho
Alguns SCRs encontrados no comeacutercio
Tiristor
Tensatildeo Vds(V)
Corrente Id (A)
BT151 500 85 TIC106 400 10
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Laboratoacuterio 5
DIAC E TRIAC O objetivo eacute montar o circuito abaixo e visualizar com o osciloscoacutepio a forma de onda em cima da carga no nosso caso a lacircmpada enquanto varia o potenciocircmetro
Pinagem 1 ndash A1 2 ndash A2 3 ndash G Alguns triacs encontrado no comeacutercio BTA08 ndash 8A BTA26 ndash 26A MAC224 ndash 40A TIC226 ndash 8A
Coloque a ponteira em cima da carga e deixe o potenciocircmetro no meio do curso e reproduza na tela abaixo Registre o ajuste que foi feito no osciloscoacutepio para aparecer o meio ciclo superior na tela
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Laboratoacuterio 6
PWM Este circuito eacute simples com o famoso CI 555 para gerar o sinal PWM Controlando uma carga que conseguimos observar o estaacute acontecendo
1 ndash Qual a frequumlecircncia gerada do sinal PWM _______________________________________________________________________________
_______________________________________________________________________________
2 ndash O que acontece com a lacircmpada quando varia o potenciocircmetro
_______________________________________________________________________________
_______________________________________________________________________________
3 ndash Trocando o capacitor de 100nF por um de 10nF qual seraacute a nova frequumlecircncia
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_______________________________________________________________________________
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Laboratoacuterio 7
INVERSOR Este circuito eacute o conceito baacutesico do princiacutepio de funcionamento de um inversor que eacute capaz de gerar uma tensatildeo alternada a partir de uma tensatildeo contiacutenua
1 ndash O motor estaacute girando _____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
2 ndash Caso afirmativo na primeira pergunta coloque a ponteira do osciloscoacutepio em um dos terminais do motor e a garra jacareacute no terra e meccedila a frequumlecircncia _____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
3 ndash O que estaacute acontecendo com o motor em suas caracteriacutesticas fiacutesicas Mudou a velocidade estaacute aquecendo estaacute trepidando etc _____________________________________________________________________________________
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Apendice B
Coacutedigo de resistores
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Capacitores ceracircmicos
O valor do capacitorB eacute de 3300 pF (picofarad = 10-12 F) ou 33 nF (nanofarad = 10-9 F) ou 00033 microF (microfarad =
10-6 F) No capacitor A devemos acrescentar mais 4 zeros apoacutes os dois primeiros algarismos O valor do capacitor que se lecirc 104 eacute de 100000 pF ou 100 nF ou 01microF
O aparecimento de uma letra maiuacutescula ao lado dos nuacutemeros Esta letra refere-se a toleracircncia do capacitor ou seja o quanto que o capacitor pode variar de seu valor em uma temperatura padratildeo de 25deg C A letra J significa que este capacitor pode variar ateacute plusmn5 de seu valor a letra K = plusmn10 ou M = plusmn20 Segue na tabela abaixo os coacutedigos de toleracircncias de capacitacircncia
Ateacute 10pF Coacutedigo Acima de 10pF
plusmn01pF B
plusmn025pF C
plusmn05pF D
plusmn10pF F plusmn1
G plusmn2
H plusmn3
J plusmn5
K plusmn10
M plusmn20
S -50 -20
Z +80 -20
ou +100 -20
P +100 -0
O coeficiente de temperatura TC que define a variaccedilatildeo da capacitacircncia dentro de uma determinada faixa de temperatura O TC eacute normalmente expresso em ou ppmdegC ( partes por milhatildeo degC ) Eacute usado uma sequumlecircncia de letras ou letras e nuacutemeros para representar os coeficientes Observe o desenho abaixo
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Na tabela abaixo estatildeo mais alguns coeficientes de temperatura e as toleracircncias que satildeo muito utilizadas por diversos fabricantes de capacitores
Coacutedigo Coeficiente de temperatura NPO -0plusmn 30ppmdegC N075 -75plusmn 30ppmdegC N150 -150plusmn 30ppmdegC N220 -220plusmn 60ppmdegC N330 -330plusmn 60ppmdegC N470 -470plusmn 60ppmdegC N750 -750plusmn 120ppmdegC N1500 -1500plusmn 250ppmdegC N2200 -2200plusmn 500ppmdegC N3300 -3300plusmn 500ppmdegC N4700 -4700plusmn 1000ppmdegC N5250 -5250plusmn 1000ppmdegC P100 +100plusmn 30ppmdegC
Outra forma de representar coeficientes de temperatura eacute mostrado abaixo Eacute usada em capacitores que se caracterizam
pela alta capacitacircncia por unidade de volume (dimensotildees reduzidas) devido a alta constante dieleacutetrica sendo recomendados para aplicaccedilatildeo em desacoplamentos acoplamentos e supressatildeo de interferecircncias em baixas tensotildees
Os coeficientes satildeo tambeacutem representados exibindo sequumlecircncias de letras e nuacutemeros como por exemplo X7R Y5F e Z5U Para um capacitor Z5U a faixa de operaccedilatildeo eacute de +10degC que significa Temperatura Miacutenima seguido de +85degC que significa Temperatura Maacutexima e uma variaccedilatildeo Maacutexima de capacitacircncia dentro desses limites de temperatura que natildeo ultrapassa -56 +22
Veja as trecircs tabelas abaixo para compreender este exemplo e entender outros coeficientes
Temperatura Miacutenima
Temperatura Maacutexima
Variaccedilatildeo Maacutexima de Capacitacircncia
X -55degC Y -30degC Z +10degC
2 +45degC 4 +65degC 5 +85degC 6 +105degC 7 +125degC
A plusmn10 B plusmn15 C plusmn22 D plusmn33 E plusmn47 F plusmn75 P plusmn10 R plusmn15 S plusmn22 T -33 +22 U -56 +22 V -82 +22
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Capacitores de filme plaacutestico
O desenho ao lado mostra capacitores que tem os seus valores impressos em nanofarad (nF) = 10-9F Quando aparece no capacitor uma letra n minuacutescula como um dos tipos apresentados ao lado por exemplo 3n3 significa que este capacitor eacute de 33nF No exemplo o n minuacutesculo eacute colocado ao meio dos nuacutemeros apenas para economizar uma viacutergula e evitar erro de interpretaccedilatildeo de seu valor
Capacitores de Ceracircmica Multicamada
Capacitores de Polieacutester Metalizado usando coacutedigo de cores
A tabela abaixo mostra como interpretar o coacutedigo de cores dos capacitores abaixo No capacitor A as 3 primeiras cores satildeo laranja laranja e laranja correspondem a 33000 equivalendo a 33 nF A cor branca logo adiante eacute referente a plusmn10 de toleracircncia E o vermelho representa a tensatildeo nominal que eacute de 250 volts
1ordf Algarismo 2ordf Algarismo 3ordf Ndeg de zeros 4ordf Toleracircncia 5ordf Tensatildeo
PRETO 0 0 - plusmn 20 -
MARROM 1 1 0 - -
VERMELHO 2 2 00 - 250V
LARANJA 3 3 000 - -
AMARELO 4 4 0000 - 400V
VERDE 5 5 00000 - -
AZUL 6 6 - - 630V
VIOLETA 7 7 - - -
CINZA 8 8 - - -
BRANCO 9 9 - plusmn 10 -
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Apecircndice C
Osciloscoacutepio Geralmente os osciloscoacutepios tecircm os controles e entradas que podem ser divididos em cinco grupos
1 ndash Controle da fonte de alimentaccedilatildeo 2 ndash Controles de ajuste do traccedilo ou ponto na tela 3 ndash Controles e entrada de atuaccedilatildeo vertical 4 ndash Controles e entrada de atuaccedilatildeo horizontal 5 ndash Controles de entrada de sincronismo
1 - CONTROLE DA FONTE DE ALIMENTACcedilAtildeO 11 - INTERRUPTOR Sua funccedilatildeo eacute interromper ou estabelecer a corrente no primaacuterio do transformador de fora Sua atuaccedilatildeo normalmente eacute acompanhada por uma lacircmpada piloto que serve de aviso visual sobre a situaccedilatildeo do circuito (ligado ou desligado) Normalmente este interruptor se encontra acoplado junto do potenciocircmetro de controle de brilho 12 - COMUTADOR DE TENSAtildeO Sua funccedilatildeo eacute selecionar a tensatildeo de funcionamento do osciloscoacutepio (127 220V) Permite utilizar o instrumento sem a necessidade de recorrer a um transformador abaixador ou elevador de tensatildeo (geralmente o acesso deste comutador eacute visto na parte de traz do aparelho) 2 - CONTROLES DE AJUSTE DO TRACcedilO OU PONTO NA TELA 21 - BRILHO OU LUMINOSIDADE Eacute o controle que ajusta a luminosidade do ponto ou do traccedilo O controle do brilho eacute feito por meio de um potenciocircmetro situado no circuito da grade de controle do TRC mediante o qual se regula o potencial desta grade (deve-se evitar o uso de brilho excessivo sob pena de se danificar a tela) 22 - FOCO Eacute o controle que ajusta a nitidez do ponto ou traccedilo luminoso O ajuste do foco eacute conseguido mediante a regulagem de um potenciocircmetro que regula a polarizaccedilatildeo do eletrodo de enfoque O foco deve ser ajustado de forma a se obter um traccedilo fino e niacutetido na tela (estes ajustes de brilho e de foco satildeo ajustes baacutesicos que devem ser feitos sempre que se for usar o osciloscoacutepio)
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23 - ILUMINACcedilAtildeO DA RETIacuteCULA Permite que se ilumine o quadriculado ou as divisotildees na tela 3 - CONTROLES E ENTRADA DE ATUACcedilAtildeO VERTICAL 31 - ENTRADA DE SINAL VERTICAL Nesta entrada eacute conectada a ponta de prova do osciloscoacutepio As variaccedilotildees de tensatildeo aplicadas nesta entrada aparecem sob forma de figura na tela 32 - CHAVE DE SELECcedilAtildeO DE MODO DE ENTRADA (CA-CC) Esta chave eacute selecionada de acordo com o tipo de forma de onda a ser observada Em alguns osciloscoacutepios esta chave possui trecircs posiccedilotildees (CA-0-CC ou AC-GND-DC) Esta posiccedilatildeo adicional eacute usada para a realizaccedilatildeo de ajustes do traccedilo do osciloscoacutepio em algumas situaccedilotildees Por exemplo quando se deseja Uma referecircncia na tela 33 - CHAVE SELETORA DE GANHO (VDiv) Esta chave permite que se aumente ou que se diminua a amplitude de projeccedilatildeo na tela do osciloscoacutepio (altura da imagem) 34 - POSICcedilAtildeO VERTICAL Permite movimentar a imagem para cima ou para baixo na tela A movimentaccedilatildeo natildeo interfere na forma da figura projetada na tela 4 - CONTROLES DE ATUACcedilAO HORIZONTAL 41 - CHAVE SELETORA DE BASE DE TEMPO Eacute o controle que permite variar o tempo de deslocamento horizontal do ponto na tela Atraveacutes deste controle eacute possiacutevel reduzir ou ampliar horizontalmente na tela a figura nela projetada Em alguns osciloscoacutepios esta chave seletora tem uma posiccedilatildeo identificada como EXT (externa) o que possibilita que o deslocamento horizontal pode ser controlado por circuito externo ao osciloscoacutepio atraveacutes de uma entrada especiacutefica Quando a posiccedilatildeo externa eacute selecionada natildeo haacute formaccedilatildeo do traccedilo na tela obtendo-se apenas um ponto 42 - POSICcedilAtildeO HORIZONTAL Eacute o ajuste que permite controlar horizontalmente a forma de onda na tela Girando o controle de posiccedilatildeo horizontal para a direita o traccedilo move-se horizontalmente para a direita e vice-versa Assim como o controle de posiccedilatildeo vertical o controle de posiccedilatildeo horizontal natildeo interfere na forma da figura projetada na tela
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5 - CONTROLES E ENTRADA DE SINCRONISMO (TRIGGER) Satildeo controles que se destinam a fixar a imagem na tela Estes controles satildeo utilizados principalmente na observaccedilatildeo de sinais alternados Os controles de sincronismo satildeo Chave seletora de fonte de sincronismo Chave de modo de sincronismo Controle de niacutevel de sincronismo 51 - CHAVE SELETORA DE FONTE DE SINCRONISMO Seleciona onde seraacute tomada o sinal de sincronismo para fixar a imagem na tela do osciloscoacutepio Normalmente esta chave possui trecircs posiccedilotildees pelo menos POSICcedilAtildeO CH1 O sincronismo eacute controlado pelo sinal aplicado ao canal 1 POSICcedilAtildeO REDE Realiza o sincronismo com base na frequecircncia da rede de alimentaccedilatildeo do osciloscoacutepio (60Hz) Nesta posiccedilatildeo consegue-se facilmente sincronizar na tela sinais aplicados na entrada vertical que sejam obtidos a partir da rede eleacutetrica POSICcedilAtildeO EXTERNO Na posiccedilatildeo externo o sincronismo da figura eacute obtido agrave partir de outro equipamento externo conectado ao osciloscoacutepio O sinal que controla o sincronismo na posiccedilatildeo externo eacute aplicado a entrada de sincronismo 52 - CHAVE DE MODO DE SINCRONISMO Normalmente esta chave tem duas ou trecircs posiccedilotildees AUTO Nesta posiccedilatildeo o osciloscoacutepio realiza o sincronismo automaticamente com base no sinal selecionado pela chave seletora de fonte de sincronismo NORMAL + O sincronismo eacute positivo ajustado manualmente pelo controle de niacutevel de sincronismo (TRIGGER) de modo que o primeiro pico que apareccedila na tela seja o positivo NORMAL - O sincronismo eacute negativo tambeacutem ajustado manualmente entretanto o primeiro pico a aparecer eacute o negativo 53 - CONTROLE DE NIacuteVEL DE SINCRONISMO (TRIGGER) Eacute um controle manual que permite o ajuste do sincronismo quando natildeo se consegue um sincronismo automaacutetico Tem atuaccedilatildeo nas posiccedilotildees NORMAL + e NORMAL - OBSERVACcedilAtildeO Para se realizar leituras eacute necessaacuterio sincronizar a figura na tela II - ENTRADA E CONTROLE DO OSCILOSCOacutePIO DUPLO TRACcedilO O osciloscoacutepio de duplo traccedilo possui alguns controles que satildeo comuns aos dois traccedilos e outros que satildeo individuais Os controles de brilho foco base de tempo e de posiccedilatildeo horizontal satildeo controles que satildeo comuns aos dois traccedilos Basicamente os controles individuais situam-se nas entradas e controles do vertical nos controles e entrada de sincronismo ENTRADAS E CONTROLES DO VERTICAL Para que se possa observar dois sinais simultaneamente eacute necessaacuterio que se aplique uma tensatildeo em cada uma das entradas verticais O osciloscoacutepio duplo traccedilo dispotildee de dois grupos de controles verticais Um grupo para o canal A ou canal 1 (CH1) Um grupo para o canal B ou canal 2 (CH2) Cada grupo controla um dos sinais na tela (amplitude posiccedilatildeo vertical etc) Geralmente satildeo iguais Cada canal dispotildee de Entrada Vertical Chave Seletora CA-O-CC Chave Seletora de ganho vertical (DDiv) Posiccedilatildeo vertical Um osciloscoacutepio de duplo traccedilo pode ainda ser utilizado como sendo um osciloscoacutepio de traccedilo simples Uma chave seletora permite que se possa selecionar cada canal individualmente ou os dois simultaneamente Esta chave possui pelo menos trecircs posiccedilotildees CH1
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CH2 DUAL Na posiccedilatildeo CH1 apareceraacute apenas a imagem na tela que estiver sendo aplicada na entrada vertical do canal 1 Na posiccedilatildeo CH2 apareceraacute apenas a imagem na tela que estiver sendo aplicada na entrada vertical do canal 2 Na posiccedilatildeo DUAL aparecem as duas imagens Em osciloscoacutepios mais sofisticados esta chave pode possuir mais posiccedilotildees de modo a permitir outras alternativas de uso CONTROLES DE SINCRONISMO Realizam as mesmas funccedilotildees do osciloscoacutepio traccedilo simples que eacute a de fixar a imagem na tela O que diferencia eacute o fato de que na chave seletora de fonte existe uma posiccedilatildeo adicional de modo a poder sincronizar a figura PONTAS DE PROVA As pontas de prova satildeo utilizadas para interligar o osciloscoacutepio aos pontos de medida
Uma das extremidades da ponta de prova eacute conectada a uma das entradas do osciloscoacutepio atraveacutes de um conector e a extremidade livre serve para conexatildeo aos pontos de medida A extremidade livre possui uma garra jacareacute denominada de terra da ponta de prova que deve ser conectada ao terra do circuito e uma ponta de entrada de sinal que deve ser conectada no ponto que se deseja medir Existem dois tipos de ponta de prova ponta de prova 11 ponta de prova 101 A ponta de prova 11 se caracteriza por aplicar agrave entrada do osciloscoacutepio a mesma tensatildeo ou forma de onda que eacute aplicada a ponta de mediccedilatildeo A ponta de prova 101 entrega ao osciloscoacutepio apenas a deacutecima parte da tensatildeo aplicada a ponta de mediccedilatildeo As pontas de prova 101 permitem que o osciloscoacutepio consiga observar tensotildees dez vezes maior que a sua capacidade Por exemplo Um osciloscoacutepio que permite a leitura de tensotildees de 50V com ponta de prova 11 com ponta de prova 101 poderaacute medir tensotildees de ateacute 500V (10x50V) Existem pontas de prova que dispotildee de um botatildeo onde se pode selecionar 101 ou 11 Obs Quando natildeo se tem total certeza da grandeza da tensatildeo envolvida eacute aconselhaacutevel iniciar a mediccedilatildeo com o posiccedilatildeo 101
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Bibliografia
1 Dispositivos semicondutores tiristores controle de potecircncia em CC e CA 1996 - ALMEIDA Joseacute Luiz Antunes de Satildeo Paulo Eacuterica 1996 150 p
2 Dispositivos semicondutores diodos e transistores 1996 MARQUES Angelo Eduardo B
CHOUERI JUacuteNIOR Salomatildeo CRUZ Eduardo Cesar Alves Satildeo Paulo Eacuterica 1996 389 p
3 Anaacutelise e projeto de fontes chaveadas MELLO Luiz Fernando P de Satildeo Paulo Eacuterica 1996 487 p
4 Eletrocircnica de potecircncia circuitos dispositivos e aplicaccedilotildees 1999 RASHID Muhammad H Satildeo Paulo Makron Books 1999 828 p
5 Eletrocircnica de potecircncia 1994 - PALMA Guilherme Rebouccedilas da Satildeo Paulo Eacuterica 1994 259 p
6 Dispositivos eletrocircnicos e teoria de circuitos - 8 ed 2004 -
BOYLESTAD Robert L NASHELSKY Louis CAMARGO Joseacute Bueno de NASCIMENTO Joseacute Lucimar do PERTENCE JUNIOR Antonio (Coord) Satildeo Paulo Pearson Prentice Hall 2004 672 p
7 Rodrigues Isac Zilli Notas de aula da disciplina de Eletrocircnica II do Curso de Engenharia
Eleacutetrica da UPF Passo Fundo RS 2000
8 Ghirardello Ariovaldo Apostila sobre Modulaccedilatildeo PWM Coleacutegio Politec
9 Electronics Workbench Versatildeo 512
10 LabcenterElectronics 1989-2008 Release 75 SP3
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Etapas de funcionamento do inversor em ponte alimentando carga indutiva
Inversor Monofaacutesico em Ponto Meacutedio Este circuito representado na figura abaixo emprega apenas um braccedilo sendo desse modo mais
simples de ser comandado que o inversor em ponte porem a sua desvantagem eacute a tensatildeo de saiacuteda ser a metade
Inversor Monofaacutesico em Ponte
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13 - Dissipadores
A circulaccedilatildeo de corrente eleacutetrica por qualquer elemento provoca uma dissipaccedilatildeo de potecircncia igual ao produto do quadrado da corrente pela resistecircncia do circuito O objetivo eacute estabelecer criteacuterios para o dimensionamento de sistemas de dissipaccedilatildeo do calor produzido por componentes eletrocircnicos especialmente semicondutores de potecircncia (diodostransistores tiristores etc) buscando a proteccedilatildeo de tais componentes tendo como meta fundamental a elevada confiabilidade dos equipamentos nos quais os dispositivos satildeo empregados Deve-se buscar reduccedilatildeo de volume peso e custos
Caacutelculo da Potecircncia Dissipada
O caacutelculo da potecircncia dissipada deve ser feito via de regra pelo produto da tensatildeo pela corrente sobre o dispositivo em questatildeo
Comportamento em regime permanente potecircncia meacutedia
Nos dispositivos semicondutores de potecircncia o calor decorrente do efeito Joule eacute produzido na pastilha semicondutora fluindo daiacute para ambientes mais frios como o encapsulamento do dispositivo e o ambiente Este fluxo de calor depende de fatores como o gradiente de temperatura e as caracteriacutesticas teacutermicas dos meios e materiais envolvidos Define-se a grandeza ldquoresistecircncia teacutermicardquo como uma medida da dificuldade do fluxo de calor entre 2 meios ∆T diferenccedila de temperatura entre regiotildees de transferecircncia de calor P potecircncia meacutedia dissipada h coeficiente de transferecircncia de calor A aacuterea envolvida na transferecircncia de calor
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ANALOGIA COM CIRCUITO ELEacuteTRICO Em geral se faz uma analogia com um circuito eleacutetrico sendo a potecircncia meacutedia representada por uma fonte de corrente As temperaturas nos ambientes indicados (junccedilatildeo caacutepsula ambiente) satildeo anaacutelogas agraves tensotildees nos respectivos noacutes enquanto as resistecircncias teacutermicas satildeo as proacuteprias resistecircncias do modelo
Tj=Temperatura da junccedilatildeo Rtjc=Resistecircncia teacutermica entre junccedilatildeo e encapsulamento Tc=temperatura do encapsulamento Rtca=Resist Term Entre encapsulamento e ambiente Rtcd=Resist Entre encapsulament e dissipador Rtda=Resist Teacutermica entre dissipador e ambiente Partindo do anaacutelogo eleacutetrico chegamos a seguinte equaccedilatildeo tiacutepica Tj = Ta + P (Rtjc + Rtca) Exemplo 1 P = 20 W Rtjc = 2degCW Rtca = 10degCW Ta = 40degC Tjmax = 120degC Tc = Ta + P Rtca = 240degC Tj = Tc + P Rtjc = 280degC
Dissipadores de calor Considerando que natildeo seja possiacutevel reduzir a potecircncia meacutedia dissipada a alternativa para a proteccedilatildeo do semicondutor eacute colocar um dispositivo de baixa resistecircncia teacutermica entre o encapsulamento e o ambiente A este elemento colocado junto ao encapsulamento se diz ldquodissipador de calorrdquo Caracteriacutesticas dos dissipadores As principais caracteriacutesticas estatildeo relacionadas com dimensotildees e especialmente agrave sua superfiacutecie de contato com o ambiente Em geral estes dispositivos satildeo construiacutedos em alumiacutenio dada sua boa condutividade teacutermica (condiccedilatildeo indispensaacutevel) baixo custo e peso A figura mostra perfis tiacutepicos de dissipadores A utilizaccedilatildeo de grande nuacutemero de aletas eacute para aumentar a aacuterea de troca de calor A resistecircncia teacutermica para uma placa plana quadrada pode ser aproximadamente dada por
λ condutacircncia teacutermica (a 77o C) [W(oCcm)] W espessura do dissipador [mm]
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A aacuterea do dissipador [cm2] Cf fator de correccedilatildeo devido agrave posiccedilatildeo e tipo de superfiacutecie Na tabela abaixo satildeo dados alguns valores para os coeficientes da foacutermula O fator Cf varia com a posiccedilatildeo do dissipador sendo preferiacutevel uma montagem vertical agrave horizontal por criar um efeito ldquochamineacuterdquo Dissipadores pretos satildeo melhores irradiadores de calor que aqueles com superfiacutecie brilhante
Comportamento em regime transitoacuterio potecircncia de pico Quando a potecircncia dissipada no semicondutor consiste de pulsos de potecircncia eacute preciso verificar a proteccedilatildeo do componente em relaccedilatildeo aos picos de dissipaccedilatildeo Durante a ocorrecircncia do pico de potecircncia ocorre a elevaccedilatildeo da temperatura da junccedilatildeo embora natildeo ocorra variaccedilatildeo nas temperaturas do encapsulamento e do dissipador (que dependem da potecircncia meacutedia) devido agrave maior capacidade teacutermica da caacutepsula e especialmente do dissipador Tal capacidade teacutermica relaciona-se com o tipo de material utilizado e seu volume Na analogia eleacutetrica utilizada anteriormente ela se comporta como uma capacitacircncia O caacutelculo da temperatura da junccedilatildeo em tal regime transitoacuterio eacute feito utilizando uma grandeza chamada ldquoimpedacircncia teacutermicardquo Ztjc que leva em consideraccedilatildeo a capacidade teacutermica da junccedilatildeo Exemplo 2 Rtjc = 2deg CW Rtca = 5deg CW Rtcd = 2deg CW Rtda = 3deg CW Ztjc = 005deg CW Tjmax = 150deg C Ta = 40deg C P = 20W Pp = 1000W
Tj = 130 oC (o componente estaacute protegido em relaccedilatildeo agrave potecircncia meacutedia) Tc = 90 oC Tj = Tc + Pp Ztjc = 140 oC
Caacutelculo dos Dissipadores
bull A temperatura de trabalho da junccedilatildeo deve ser 20 a 30 menor que seu valor maacuteximo para permitir a proteccedilatildeo do componente sem super-dimensionar o dissipador middot Para ambientes nos quais natildeo se faccedila um controle riacutegido da temperatura deve-se usar uma temperatura ambiente de 40oC
bull Caso o dissipador fique dentro de algum bastidor ou caixa na qual a temperatura possa se elevar acima dos 40oC deve-se considerar sempre a maacutexima temperatura do ar com o qual o dissipador troca calor Eacute conveniente agrave falta de maiores informaccedilotildees utilizar o valor de 40oC e verificar apoacutes a entrada em operaccedilatildeo do protoacutetipo a verdadeira temperatura ambiente
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bull Deve-se verificar a necessidade do uso de isoladores (mica teflon ou mylar) e natildeo desconsiderar suas resistecircncias teacutermicas middot O emprego de pastas teacutermicas eacute sempre recomendado e se deve considerar tambeacutem sua resistecircncia teacutermica
b) No transitoacuterio
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Apecircndice A
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Laboratoacuterio 1
Diodo Ache os componentes em sucatas e monte o circuito abaixo em placa de circuito impresso corroiacuteda Lista de material
4 Diodos 1N4007 2 Capacitores 330uF200V 2 Resistores 150K 18W 1 Suporte p lacircmpada 1 Lacircmpada 40W220V 1 Conector p placa de 2 bornes 6 Chaves HH 1 Rabicho com plugue Placa p circuito impresso virgem (fibra fenolite perfurada) Caneta retro projetor ou esmalte p unhas Palha de accedilo ou acetona e pedaccedilo de pano Soluccedilatildeo de percloreto de ferro Estanho em fio
Obs Colocar o seu nome no lado do cobre a caneta ou esmalte antes da corrosatildeo
Montado na placa o circuito acima e testado fazer os seguintes exerciacutecios 1 ndash Com o interruptor Ch7 ligado os interruptores Ch3 Ch4 Ch5 e Ch6 desligados e os interruptores Ch1 e Ch2 na posiccedilatildeo 1 faccedila a seguinte medida meccedila com o osciloscoacutepio colocando a garra jacareacute onde aparece o GND e o pinccedila no ponto 1 de forma que apareccedila somente o semi-ciclo positivo na tela tambeacutem reproduza abaixo a forma de onda encontrada e registre onde a posiccedilatildeo do zero O aparelho ajustado da seguinte forma O botatildeo de tempodivisatildeo em 5mS O botatildeo tensatildeodivisatildeo ajustado em 5V A ponteira ajustada em X10
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2 ndash Permanecendo o interruptor Ch7 ligado Ch5 e Ch6 desligados poreacutem Ch1 e Ch2 na posiccedilatildeo 2 e Ch3 e Ch4 ligados faccedila novamente a medida e reproduza na tela abaixo a forma de onda
3 - Permanecendo o interruptor Ch7 ligado Ch3 Ch4 Ch5 e Ch6 agora ligados e Ch1 e Ch2 na posiccedilatildeo 2 faccedila novamente a medida e reproduza na tela abaixo a forma de onda
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4 ndash O que aconteceu com a potecircncia (brilho) da lacircmpada Com circuito configurado como no exerciacutecio 1 e exerciacutecio 3 (aumentou ou diminuiu) Porque ocorreu isto _____________________________________________________________________________________
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5 ndash Qual eacute a nova potecircncia da lacircmpada Provar por meio de caacutelculos 6 ndash Por fim com o circuito configurado como no exerciacutecio 3 coloque uma lacircmpada de maior potecircncia e visualize o ripple novamente com o osciloscoacutepio explique o que ocorreu _____________________________________________________________________________________
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Laboratoacuterio 2 TRANSISTOR BIPOLAR (BJT)
Os transistores de potecircncia apresentam caracteriacutesticas de chaveamento controlado Os transistores utilizados como elementos de chaveamento operam na regiatildeo de saturaccedilatildeo apresentando uma baixa queda de tensatildeo de conduccedilatildeo (VCE=0V) (VBE=13V)
Este laboratoacuterio tem o objetivo de fazer um retificador e filtro diretamente da rede alternada com componentes retirados de fontes chaveadas de computadores apoacutes o estaacutegio de retificaccedilatildeo e filtro faremos funcionar uma lacircmpada incandescente de 220 volts corrente alternada em corrente contiacutenua com o auxiacutelio de um transistor de potencia tambeacutem retirado das mesmas fontes
Calcule o R1 e monte o circuito e apoacutes responda as questotildees
Pinos 1 ndash Base 2 ndash Coletor 3 ndash Emissor
Alguns transistores encontrados em fontes chaveadas de computador Transistor VCE (V) Ic (A) β MJE13007 400 8 5
2SC4106 400 7 10
2SC5027 800 3 8
2SC5353 800 3 15
2SC2335 400 7 10
2SC4242 400 7 10
2SC5763 400 7 10
1 ndash Escolha o transistor e faccedila o calculo para descobrir R1 e depois monte o circuito Transistor escolhido ______________
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2 ndash Meccedila a corrente no ponto 1 e compare com o calculado Faccedila as observaccedilotildees necessaacuterias
Corrente no ponto (1)
Calculado
Medido _____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
3 ndash Por que existem os resistores em paralelo com os capacitores
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_____________________________________________________________________________________
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Laboratoacuterio 3
TRANSISTOR EFEITO DE CAMPO (FET) O transistor de potecircncia MOSFET eacute um dispositivo de tensatildeo controlada e necessita apenas de tensatildeo no gatilho A velocidade de chaveamento eacute muito alta (nanosegundos) MOSFETrsquos de potecircncia satildeo utilizados em conversores de baixa potecircncia e alta frequumlecircncia Estes transistores apresentam problemas de descargas eletrostaacuteticas necessitando de cuidados especiais Este experimento tem como objetivo mostrar o funcionamento de Mosfets em uma aplicaccedilatildeo pratica para tanto montaremos o circuito abaixo
Pinagem 1 ndash GATE 2 ndash DRAIN 3 ndash SOURCE
Alguns transistores encontrados no comeacutercio
Transistor Tensatildeo Vds(V) Corrente Id (A)
IRF840 500 85 IRF740 400 10
1 ndash Meccedila a corrente no ponto 1 Corrente no ponto 1 ______________ No ponto 2 coloque 1deg o multiacutemetro antes de ligar o circuito Meccedila a corrente no ponto 2 Corrente no ponto 2 ______________ Por que isto ocorre 2 ndash Calcule a corrente que passa entre os resistores E compare com os valores medidos e faccedila as observaccedilotildees necessaacuterias
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Laboratoacuterio 4
SCR E TRIAC
Este laboratoacuterio tem o objetivo de comprovar o funcionamento do componente SCR e TRIAC e diferenciaacute-los 1
A - Primeiramente ligue a chave 1 mantendo a chave 2 desligada o que ocorre _____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
B ndash Mantendo ligada a chave 1 ligue a chave 2 por um breve intervalo de tempo e desligue-a O que acontece Justifique sua resposta _____________________________________________________________________________________ _____________________________________________________________________________________ 2
C ndash Faccedila a mesma sequumlecircncia usada nas questotildees A e B Sequumlecircncia da questatildeo A________________________________________________________________
Sequumlecircncia da questatildeo B_________________________________________________________________
D - Faccedila as consideraccedilotildees comparando os circuitos 1 e 2
_____________________________________________________________________________________ _____________________________________________________________________________________
45
3
E ndash Faccedila um comentaacuterio sobre a omissatildeo das chaves _____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
4
F - Comente os circuitos 3 e 4 haacute alguma diferenccedila no brilho da lacircmpada
_____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
Pinos do SCR e BTA 1 ndash Catodo A2 2 ndash Anodo A1 3 ndash Gatilho
Alguns SCRs encontrados no comeacutercio
Tiristor
Tensatildeo Vds(V)
Corrente Id (A)
BT151 500 85 TIC106 400 10
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Laboratoacuterio 5
DIAC E TRIAC O objetivo eacute montar o circuito abaixo e visualizar com o osciloscoacutepio a forma de onda em cima da carga no nosso caso a lacircmpada enquanto varia o potenciocircmetro
Pinagem 1 ndash A1 2 ndash A2 3 ndash G Alguns triacs encontrado no comeacutercio BTA08 ndash 8A BTA26 ndash 26A MAC224 ndash 40A TIC226 ndash 8A
Coloque a ponteira em cima da carga e deixe o potenciocircmetro no meio do curso e reproduza na tela abaixo Registre o ajuste que foi feito no osciloscoacutepio para aparecer o meio ciclo superior na tela
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Laboratoacuterio 6
PWM Este circuito eacute simples com o famoso CI 555 para gerar o sinal PWM Controlando uma carga que conseguimos observar o estaacute acontecendo
1 ndash Qual a frequumlecircncia gerada do sinal PWM _______________________________________________________________________________
_______________________________________________________________________________
2 ndash O que acontece com a lacircmpada quando varia o potenciocircmetro
_______________________________________________________________________________
_______________________________________________________________________________
3 ndash Trocando o capacitor de 100nF por um de 10nF qual seraacute a nova frequumlecircncia
_______________________________________________________________________________
_______________________________________________________________________________
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Laboratoacuterio 7
INVERSOR Este circuito eacute o conceito baacutesico do princiacutepio de funcionamento de um inversor que eacute capaz de gerar uma tensatildeo alternada a partir de uma tensatildeo contiacutenua
1 ndash O motor estaacute girando _____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
2 ndash Caso afirmativo na primeira pergunta coloque a ponteira do osciloscoacutepio em um dos terminais do motor e a garra jacareacute no terra e meccedila a frequumlecircncia _____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
3 ndash O que estaacute acontecendo com o motor em suas caracteriacutesticas fiacutesicas Mudou a velocidade estaacute aquecendo estaacute trepidando etc _____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
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Apendice B
Coacutedigo de resistores
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Capacitores ceracircmicos
O valor do capacitorB eacute de 3300 pF (picofarad = 10-12 F) ou 33 nF (nanofarad = 10-9 F) ou 00033 microF (microfarad =
10-6 F) No capacitor A devemos acrescentar mais 4 zeros apoacutes os dois primeiros algarismos O valor do capacitor que se lecirc 104 eacute de 100000 pF ou 100 nF ou 01microF
O aparecimento de uma letra maiuacutescula ao lado dos nuacutemeros Esta letra refere-se a toleracircncia do capacitor ou seja o quanto que o capacitor pode variar de seu valor em uma temperatura padratildeo de 25deg C A letra J significa que este capacitor pode variar ateacute plusmn5 de seu valor a letra K = plusmn10 ou M = plusmn20 Segue na tabela abaixo os coacutedigos de toleracircncias de capacitacircncia
Ateacute 10pF Coacutedigo Acima de 10pF
plusmn01pF B
plusmn025pF C
plusmn05pF D
plusmn10pF F plusmn1
G plusmn2
H plusmn3
J plusmn5
K plusmn10
M plusmn20
S -50 -20
Z +80 -20
ou +100 -20
P +100 -0
O coeficiente de temperatura TC que define a variaccedilatildeo da capacitacircncia dentro de uma determinada faixa de temperatura O TC eacute normalmente expresso em ou ppmdegC ( partes por milhatildeo degC ) Eacute usado uma sequumlecircncia de letras ou letras e nuacutemeros para representar os coeficientes Observe o desenho abaixo
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Na tabela abaixo estatildeo mais alguns coeficientes de temperatura e as toleracircncias que satildeo muito utilizadas por diversos fabricantes de capacitores
Coacutedigo Coeficiente de temperatura NPO -0plusmn 30ppmdegC N075 -75plusmn 30ppmdegC N150 -150plusmn 30ppmdegC N220 -220plusmn 60ppmdegC N330 -330plusmn 60ppmdegC N470 -470plusmn 60ppmdegC N750 -750plusmn 120ppmdegC N1500 -1500plusmn 250ppmdegC N2200 -2200plusmn 500ppmdegC N3300 -3300plusmn 500ppmdegC N4700 -4700plusmn 1000ppmdegC N5250 -5250plusmn 1000ppmdegC P100 +100plusmn 30ppmdegC
Outra forma de representar coeficientes de temperatura eacute mostrado abaixo Eacute usada em capacitores que se caracterizam
pela alta capacitacircncia por unidade de volume (dimensotildees reduzidas) devido a alta constante dieleacutetrica sendo recomendados para aplicaccedilatildeo em desacoplamentos acoplamentos e supressatildeo de interferecircncias em baixas tensotildees
Os coeficientes satildeo tambeacutem representados exibindo sequumlecircncias de letras e nuacutemeros como por exemplo X7R Y5F e Z5U Para um capacitor Z5U a faixa de operaccedilatildeo eacute de +10degC que significa Temperatura Miacutenima seguido de +85degC que significa Temperatura Maacutexima e uma variaccedilatildeo Maacutexima de capacitacircncia dentro desses limites de temperatura que natildeo ultrapassa -56 +22
Veja as trecircs tabelas abaixo para compreender este exemplo e entender outros coeficientes
Temperatura Miacutenima
Temperatura Maacutexima
Variaccedilatildeo Maacutexima de Capacitacircncia
X -55degC Y -30degC Z +10degC
2 +45degC 4 +65degC 5 +85degC 6 +105degC 7 +125degC
A plusmn10 B plusmn15 C plusmn22 D plusmn33 E plusmn47 F plusmn75 P plusmn10 R plusmn15 S plusmn22 T -33 +22 U -56 +22 V -82 +22
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Capacitores de filme plaacutestico
O desenho ao lado mostra capacitores que tem os seus valores impressos em nanofarad (nF) = 10-9F Quando aparece no capacitor uma letra n minuacutescula como um dos tipos apresentados ao lado por exemplo 3n3 significa que este capacitor eacute de 33nF No exemplo o n minuacutesculo eacute colocado ao meio dos nuacutemeros apenas para economizar uma viacutergula e evitar erro de interpretaccedilatildeo de seu valor
Capacitores de Ceracircmica Multicamada
Capacitores de Polieacutester Metalizado usando coacutedigo de cores
A tabela abaixo mostra como interpretar o coacutedigo de cores dos capacitores abaixo No capacitor A as 3 primeiras cores satildeo laranja laranja e laranja correspondem a 33000 equivalendo a 33 nF A cor branca logo adiante eacute referente a plusmn10 de toleracircncia E o vermelho representa a tensatildeo nominal que eacute de 250 volts
1ordf Algarismo 2ordf Algarismo 3ordf Ndeg de zeros 4ordf Toleracircncia 5ordf Tensatildeo
PRETO 0 0 - plusmn 20 -
MARROM 1 1 0 - -
VERMELHO 2 2 00 - 250V
LARANJA 3 3 000 - -
AMARELO 4 4 0000 - 400V
VERDE 5 5 00000 - -
AZUL 6 6 - - 630V
VIOLETA 7 7 - - -
CINZA 8 8 - - -
BRANCO 9 9 - plusmn 10 -
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Apecircndice C
Osciloscoacutepio Geralmente os osciloscoacutepios tecircm os controles e entradas que podem ser divididos em cinco grupos
1 ndash Controle da fonte de alimentaccedilatildeo 2 ndash Controles de ajuste do traccedilo ou ponto na tela 3 ndash Controles e entrada de atuaccedilatildeo vertical 4 ndash Controles e entrada de atuaccedilatildeo horizontal 5 ndash Controles de entrada de sincronismo
1 - CONTROLE DA FONTE DE ALIMENTACcedilAtildeO 11 - INTERRUPTOR Sua funccedilatildeo eacute interromper ou estabelecer a corrente no primaacuterio do transformador de fora Sua atuaccedilatildeo normalmente eacute acompanhada por uma lacircmpada piloto que serve de aviso visual sobre a situaccedilatildeo do circuito (ligado ou desligado) Normalmente este interruptor se encontra acoplado junto do potenciocircmetro de controle de brilho 12 - COMUTADOR DE TENSAtildeO Sua funccedilatildeo eacute selecionar a tensatildeo de funcionamento do osciloscoacutepio (127 220V) Permite utilizar o instrumento sem a necessidade de recorrer a um transformador abaixador ou elevador de tensatildeo (geralmente o acesso deste comutador eacute visto na parte de traz do aparelho) 2 - CONTROLES DE AJUSTE DO TRACcedilO OU PONTO NA TELA 21 - BRILHO OU LUMINOSIDADE Eacute o controle que ajusta a luminosidade do ponto ou do traccedilo O controle do brilho eacute feito por meio de um potenciocircmetro situado no circuito da grade de controle do TRC mediante o qual se regula o potencial desta grade (deve-se evitar o uso de brilho excessivo sob pena de se danificar a tela) 22 - FOCO Eacute o controle que ajusta a nitidez do ponto ou traccedilo luminoso O ajuste do foco eacute conseguido mediante a regulagem de um potenciocircmetro que regula a polarizaccedilatildeo do eletrodo de enfoque O foco deve ser ajustado de forma a se obter um traccedilo fino e niacutetido na tela (estes ajustes de brilho e de foco satildeo ajustes baacutesicos que devem ser feitos sempre que se for usar o osciloscoacutepio)
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23 - ILUMINACcedilAtildeO DA RETIacuteCULA Permite que se ilumine o quadriculado ou as divisotildees na tela 3 - CONTROLES E ENTRADA DE ATUACcedilAtildeO VERTICAL 31 - ENTRADA DE SINAL VERTICAL Nesta entrada eacute conectada a ponta de prova do osciloscoacutepio As variaccedilotildees de tensatildeo aplicadas nesta entrada aparecem sob forma de figura na tela 32 - CHAVE DE SELECcedilAtildeO DE MODO DE ENTRADA (CA-CC) Esta chave eacute selecionada de acordo com o tipo de forma de onda a ser observada Em alguns osciloscoacutepios esta chave possui trecircs posiccedilotildees (CA-0-CC ou AC-GND-DC) Esta posiccedilatildeo adicional eacute usada para a realizaccedilatildeo de ajustes do traccedilo do osciloscoacutepio em algumas situaccedilotildees Por exemplo quando se deseja Uma referecircncia na tela 33 - CHAVE SELETORA DE GANHO (VDiv) Esta chave permite que se aumente ou que se diminua a amplitude de projeccedilatildeo na tela do osciloscoacutepio (altura da imagem) 34 - POSICcedilAtildeO VERTICAL Permite movimentar a imagem para cima ou para baixo na tela A movimentaccedilatildeo natildeo interfere na forma da figura projetada na tela 4 - CONTROLES DE ATUACcedilAO HORIZONTAL 41 - CHAVE SELETORA DE BASE DE TEMPO Eacute o controle que permite variar o tempo de deslocamento horizontal do ponto na tela Atraveacutes deste controle eacute possiacutevel reduzir ou ampliar horizontalmente na tela a figura nela projetada Em alguns osciloscoacutepios esta chave seletora tem uma posiccedilatildeo identificada como EXT (externa) o que possibilita que o deslocamento horizontal pode ser controlado por circuito externo ao osciloscoacutepio atraveacutes de uma entrada especiacutefica Quando a posiccedilatildeo externa eacute selecionada natildeo haacute formaccedilatildeo do traccedilo na tela obtendo-se apenas um ponto 42 - POSICcedilAtildeO HORIZONTAL Eacute o ajuste que permite controlar horizontalmente a forma de onda na tela Girando o controle de posiccedilatildeo horizontal para a direita o traccedilo move-se horizontalmente para a direita e vice-versa Assim como o controle de posiccedilatildeo vertical o controle de posiccedilatildeo horizontal natildeo interfere na forma da figura projetada na tela
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5 - CONTROLES E ENTRADA DE SINCRONISMO (TRIGGER) Satildeo controles que se destinam a fixar a imagem na tela Estes controles satildeo utilizados principalmente na observaccedilatildeo de sinais alternados Os controles de sincronismo satildeo Chave seletora de fonte de sincronismo Chave de modo de sincronismo Controle de niacutevel de sincronismo 51 - CHAVE SELETORA DE FONTE DE SINCRONISMO Seleciona onde seraacute tomada o sinal de sincronismo para fixar a imagem na tela do osciloscoacutepio Normalmente esta chave possui trecircs posiccedilotildees pelo menos POSICcedilAtildeO CH1 O sincronismo eacute controlado pelo sinal aplicado ao canal 1 POSICcedilAtildeO REDE Realiza o sincronismo com base na frequecircncia da rede de alimentaccedilatildeo do osciloscoacutepio (60Hz) Nesta posiccedilatildeo consegue-se facilmente sincronizar na tela sinais aplicados na entrada vertical que sejam obtidos a partir da rede eleacutetrica POSICcedilAtildeO EXTERNO Na posiccedilatildeo externo o sincronismo da figura eacute obtido agrave partir de outro equipamento externo conectado ao osciloscoacutepio O sinal que controla o sincronismo na posiccedilatildeo externo eacute aplicado a entrada de sincronismo 52 - CHAVE DE MODO DE SINCRONISMO Normalmente esta chave tem duas ou trecircs posiccedilotildees AUTO Nesta posiccedilatildeo o osciloscoacutepio realiza o sincronismo automaticamente com base no sinal selecionado pela chave seletora de fonte de sincronismo NORMAL + O sincronismo eacute positivo ajustado manualmente pelo controle de niacutevel de sincronismo (TRIGGER) de modo que o primeiro pico que apareccedila na tela seja o positivo NORMAL - O sincronismo eacute negativo tambeacutem ajustado manualmente entretanto o primeiro pico a aparecer eacute o negativo 53 - CONTROLE DE NIacuteVEL DE SINCRONISMO (TRIGGER) Eacute um controle manual que permite o ajuste do sincronismo quando natildeo se consegue um sincronismo automaacutetico Tem atuaccedilatildeo nas posiccedilotildees NORMAL + e NORMAL - OBSERVACcedilAtildeO Para se realizar leituras eacute necessaacuterio sincronizar a figura na tela II - ENTRADA E CONTROLE DO OSCILOSCOacutePIO DUPLO TRACcedilO O osciloscoacutepio de duplo traccedilo possui alguns controles que satildeo comuns aos dois traccedilos e outros que satildeo individuais Os controles de brilho foco base de tempo e de posiccedilatildeo horizontal satildeo controles que satildeo comuns aos dois traccedilos Basicamente os controles individuais situam-se nas entradas e controles do vertical nos controles e entrada de sincronismo ENTRADAS E CONTROLES DO VERTICAL Para que se possa observar dois sinais simultaneamente eacute necessaacuterio que se aplique uma tensatildeo em cada uma das entradas verticais O osciloscoacutepio duplo traccedilo dispotildee de dois grupos de controles verticais Um grupo para o canal A ou canal 1 (CH1) Um grupo para o canal B ou canal 2 (CH2) Cada grupo controla um dos sinais na tela (amplitude posiccedilatildeo vertical etc) Geralmente satildeo iguais Cada canal dispotildee de Entrada Vertical Chave Seletora CA-O-CC Chave Seletora de ganho vertical (DDiv) Posiccedilatildeo vertical Um osciloscoacutepio de duplo traccedilo pode ainda ser utilizado como sendo um osciloscoacutepio de traccedilo simples Uma chave seletora permite que se possa selecionar cada canal individualmente ou os dois simultaneamente Esta chave possui pelo menos trecircs posiccedilotildees CH1
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CH2 DUAL Na posiccedilatildeo CH1 apareceraacute apenas a imagem na tela que estiver sendo aplicada na entrada vertical do canal 1 Na posiccedilatildeo CH2 apareceraacute apenas a imagem na tela que estiver sendo aplicada na entrada vertical do canal 2 Na posiccedilatildeo DUAL aparecem as duas imagens Em osciloscoacutepios mais sofisticados esta chave pode possuir mais posiccedilotildees de modo a permitir outras alternativas de uso CONTROLES DE SINCRONISMO Realizam as mesmas funccedilotildees do osciloscoacutepio traccedilo simples que eacute a de fixar a imagem na tela O que diferencia eacute o fato de que na chave seletora de fonte existe uma posiccedilatildeo adicional de modo a poder sincronizar a figura PONTAS DE PROVA As pontas de prova satildeo utilizadas para interligar o osciloscoacutepio aos pontos de medida
Uma das extremidades da ponta de prova eacute conectada a uma das entradas do osciloscoacutepio atraveacutes de um conector e a extremidade livre serve para conexatildeo aos pontos de medida A extremidade livre possui uma garra jacareacute denominada de terra da ponta de prova que deve ser conectada ao terra do circuito e uma ponta de entrada de sinal que deve ser conectada no ponto que se deseja medir Existem dois tipos de ponta de prova ponta de prova 11 ponta de prova 101 A ponta de prova 11 se caracteriza por aplicar agrave entrada do osciloscoacutepio a mesma tensatildeo ou forma de onda que eacute aplicada a ponta de mediccedilatildeo A ponta de prova 101 entrega ao osciloscoacutepio apenas a deacutecima parte da tensatildeo aplicada a ponta de mediccedilatildeo As pontas de prova 101 permitem que o osciloscoacutepio consiga observar tensotildees dez vezes maior que a sua capacidade Por exemplo Um osciloscoacutepio que permite a leitura de tensotildees de 50V com ponta de prova 11 com ponta de prova 101 poderaacute medir tensotildees de ateacute 500V (10x50V) Existem pontas de prova que dispotildee de um botatildeo onde se pode selecionar 101 ou 11 Obs Quando natildeo se tem total certeza da grandeza da tensatildeo envolvida eacute aconselhaacutevel iniciar a mediccedilatildeo com o posiccedilatildeo 101
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Bibliografia
1 Dispositivos semicondutores tiristores controle de potecircncia em CC e CA 1996 - ALMEIDA Joseacute Luiz Antunes de Satildeo Paulo Eacuterica 1996 150 p
2 Dispositivos semicondutores diodos e transistores 1996 MARQUES Angelo Eduardo B
CHOUERI JUacuteNIOR Salomatildeo CRUZ Eduardo Cesar Alves Satildeo Paulo Eacuterica 1996 389 p
3 Anaacutelise e projeto de fontes chaveadas MELLO Luiz Fernando P de Satildeo Paulo Eacuterica 1996 487 p
4 Eletrocircnica de potecircncia circuitos dispositivos e aplicaccedilotildees 1999 RASHID Muhammad H Satildeo Paulo Makron Books 1999 828 p
5 Eletrocircnica de potecircncia 1994 - PALMA Guilherme Rebouccedilas da Satildeo Paulo Eacuterica 1994 259 p
6 Dispositivos eletrocircnicos e teoria de circuitos - 8 ed 2004 -
BOYLESTAD Robert L NASHELSKY Louis CAMARGO Joseacute Bueno de NASCIMENTO Joseacute Lucimar do PERTENCE JUNIOR Antonio (Coord) Satildeo Paulo Pearson Prentice Hall 2004 672 p
7 Rodrigues Isac Zilli Notas de aula da disciplina de Eletrocircnica II do Curso de Engenharia
Eleacutetrica da UPF Passo Fundo RS 2000
8 Ghirardello Ariovaldo Apostila sobre Modulaccedilatildeo PWM Coleacutegio Politec
9 Electronics Workbench Versatildeo 512
10 LabcenterElectronics 1989-2008 Release 75 SP3
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13 - Dissipadores
A circulaccedilatildeo de corrente eleacutetrica por qualquer elemento provoca uma dissipaccedilatildeo de potecircncia igual ao produto do quadrado da corrente pela resistecircncia do circuito O objetivo eacute estabelecer criteacuterios para o dimensionamento de sistemas de dissipaccedilatildeo do calor produzido por componentes eletrocircnicos especialmente semicondutores de potecircncia (diodostransistores tiristores etc) buscando a proteccedilatildeo de tais componentes tendo como meta fundamental a elevada confiabilidade dos equipamentos nos quais os dispositivos satildeo empregados Deve-se buscar reduccedilatildeo de volume peso e custos
Caacutelculo da Potecircncia Dissipada
O caacutelculo da potecircncia dissipada deve ser feito via de regra pelo produto da tensatildeo pela corrente sobre o dispositivo em questatildeo
Comportamento em regime permanente potecircncia meacutedia
Nos dispositivos semicondutores de potecircncia o calor decorrente do efeito Joule eacute produzido na pastilha semicondutora fluindo daiacute para ambientes mais frios como o encapsulamento do dispositivo e o ambiente Este fluxo de calor depende de fatores como o gradiente de temperatura e as caracteriacutesticas teacutermicas dos meios e materiais envolvidos Define-se a grandeza ldquoresistecircncia teacutermicardquo como uma medida da dificuldade do fluxo de calor entre 2 meios ∆T diferenccedila de temperatura entre regiotildees de transferecircncia de calor P potecircncia meacutedia dissipada h coeficiente de transferecircncia de calor A aacuterea envolvida na transferecircncia de calor
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ANALOGIA COM CIRCUITO ELEacuteTRICO Em geral se faz uma analogia com um circuito eleacutetrico sendo a potecircncia meacutedia representada por uma fonte de corrente As temperaturas nos ambientes indicados (junccedilatildeo caacutepsula ambiente) satildeo anaacutelogas agraves tensotildees nos respectivos noacutes enquanto as resistecircncias teacutermicas satildeo as proacuteprias resistecircncias do modelo
Tj=Temperatura da junccedilatildeo Rtjc=Resistecircncia teacutermica entre junccedilatildeo e encapsulamento Tc=temperatura do encapsulamento Rtca=Resist Term Entre encapsulamento e ambiente Rtcd=Resist Entre encapsulament e dissipador Rtda=Resist Teacutermica entre dissipador e ambiente Partindo do anaacutelogo eleacutetrico chegamos a seguinte equaccedilatildeo tiacutepica Tj = Ta + P (Rtjc + Rtca) Exemplo 1 P = 20 W Rtjc = 2degCW Rtca = 10degCW Ta = 40degC Tjmax = 120degC Tc = Ta + P Rtca = 240degC Tj = Tc + P Rtjc = 280degC
Dissipadores de calor Considerando que natildeo seja possiacutevel reduzir a potecircncia meacutedia dissipada a alternativa para a proteccedilatildeo do semicondutor eacute colocar um dispositivo de baixa resistecircncia teacutermica entre o encapsulamento e o ambiente A este elemento colocado junto ao encapsulamento se diz ldquodissipador de calorrdquo Caracteriacutesticas dos dissipadores As principais caracteriacutesticas estatildeo relacionadas com dimensotildees e especialmente agrave sua superfiacutecie de contato com o ambiente Em geral estes dispositivos satildeo construiacutedos em alumiacutenio dada sua boa condutividade teacutermica (condiccedilatildeo indispensaacutevel) baixo custo e peso A figura mostra perfis tiacutepicos de dissipadores A utilizaccedilatildeo de grande nuacutemero de aletas eacute para aumentar a aacuterea de troca de calor A resistecircncia teacutermica para uma placa plana quadrada pode ser aproximadamente dada por
λ condutacircncia teacutermica (a 77o C) [W(oCcm)] W espessura do dissipador [mm]
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A aacuterea do dissipador [cm2] Cf fator de correccedilatildeo devido agrave posiccedilatildeo e tipo de superfiacutecie Na tabela abaixo satildeo dados alguns valores para os coeficientes da foacutermula O fator Cf varia com a posiccedilatildeo do dissipador sendo preferiacutevel uma montagem vertical agrave horizontal por criar um efeito ldquochamineacuterdquo Dissipadores pretos satildeo melhores irradiadores de calor que aqueles com superfiacutecie brilhante
Comportamento em regime transitoacuterio potecircncia de pico Quando a potecircncia dissipada no semicondutor consiste de pulsos de potecircncia eacute preciso verificar a proteccedilatildeo do componente em relaccedilatildeo aos picos de dissipaccedilatildeo Durante a ocorrecircncia do pico de potecircncia ocorre a elevaccedilatildeo da temperatura da junccedilatildeo embora natildeo ocorra variaccedilatildeo nas temperaturas do encapsulamento e do dissipador (que dependem da potecircncia meacutedia) devido agrave maior capacidade teacutermica da caacutepsula e especialmente do dissipador Tal capacidade teacutermica relaciona-se com o tipo de material utilizado e seu volume Na analogia eleacutetrica utilizada anteriormente ela se comporta como uma capacitacircncia O caacutelculo da temperatura da junccedilatildeo em tal regime transitoacuterio eacute feito utilizando uma grandeza chamada ldquoimpedacircncia teacutermicardquo Ztjc que leva em consideraccedilatildeo a capacidade teacutermica da junccedilatildeo Exemplo 2 Rtjc = 2deg CW Rtca = 5deg CW Rtcd = 2deg CW Rtda = 3deg CW Ztjc = 005deg CW Tjmax = 150deg C Ta = 40deg C P = 20W Pp = 1000W
Tj = 130 oC (o componente estaacute protegido em relaccedilatildeo agrave potecircncia meacutedia) Tc = 90 oC Tj = Tc + Pp Ztjc = 140 oC
Caacutelculo dos Dissipadores
bull A temperatura de trabalho da junccedilatildeo deve ser 20 a 30 menor que seu valor maacuteximo para permitir a proteccedilatildeo do componente sem super-dimensionar o dissipador middot Para ambientes nos quais natildeo se faccedila um controle riacutegido da temperatura deve-se usar uma temperatura ambiente de 40oC
bull Caso o dissipador fique dentro de algum bastidor ou caixa na qual a temperatura possa se elevar acima dos 40oC deve-se considerar sempre a maacutexima temperatura do ar com o qual o dissipador troca calor Eacute conveniente agrave falta de maiores informaccedilotildees utilizar o valor de 40oC e verificar apoacutes a entrada em operaccedilatildeo do protoacutetipo a verdadeira temperatura ambiente
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bull Deve-se verificar a necessidade do uso de isoladores (mica teflon ou mylar) e natildeo desconsiderar suas resistecircncias teacutermicas middot O emprego de pastas teacutermicas eacute sempre recomendado e se deve considerar tambeacutem sua resistecircncia teacutermica
b) No transitoacuterio
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Apecircndice A
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Laboratoacuterio 1
Diodo Ache os componentes em sucatas e monte o circuito abaixo em placa de circuito impresso corroiacuteda Lista de material
4 Diodos 1N4007 2 Capacitores 330uF200V 2 Resistores 150K 18W 1 Suporte p lacircmpada 1 Lacircmpada 40W220V 1 Conector p placa de 2 bornes 6 Chaves HH 1 Rabicho com plugue Placa p circuito impresso virgem (fibra fenolite perfurada) Caneta retro projetor ou esmalte p unhas Palha de accedilo ou acetona e pedaccedilo de pano Soluccedilatildeo de percloreto de ferro Estanho em fio
Obs Colocar o seu nome no lado do cobre a caneta ou esmalte antes da corrosatildeo
Montado na placa o circuito acima e testado fazer os seguintes exerciacutecios 1 ndash Com o interruptor Ch7 ligado os interruptores Ch3 Ch4 Ch5 e Ch6 desligados e os interruptores Ch1 e Ch2 na posiccedilatildeo 1 faccedila a seguinte medida meccedila com o osciloscoacutepio colocando a garra jacareacute onde aparece o GND e o pinccedila no ponto 1 de forma que apareccedila somente o semi-ciclo positivo na tela tambeacutem reproduza abaixo a forma de onda encontrada e registre onde a posiccedilatildeo do zero O aparelho ajustado da seguinte forma O botatildeo de tempodivisatildeo em 5mS O botatildeo tensatildeodivisatildeo ajustado em 5V A ponteira ajustada em X10
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2 ndash Permanecendo o interruptor Ch7 ligado Ch5 e Ch6 desligados poreacutem Ch1 e Ch2 na posiccedilatildeo 2 e Ch3 e Ch4 ligados faccedila novamente a medida e reproduza na tela abaixo a forma de onda
3 - Permanecendo o interruptor Ch7 ligado Ch3 Ch4 Ch5 e Ch6 agora ligados e Ch1 e Ch2 na posiccedilatildeo 2 faccedila novamente a medida e reproduza na tela abaixo a forma de onda
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4 ndash O que aconteceu com a potecircncia (brilho) da lacircmpada Com circuito configurado como no exerciacutecio 1 e exerciacutecio 3 (aumentou ou diminuiu) Porque ocorreu isto _____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
5 ndash Qual eacute a nova potecircncia da lacircmpada Provar por meio de caacutelculos 6 ndash Por fim com o circuito configurado como no exerciacutecio 3 coloque uma lacircmpada de maior potecircncia e visualize o ripple novamente com o osciloscoacutepio explique o que ocorreu _____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
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Laboratoacuterio 2 TRANSISTOR BIPOLAR (BJT)
Os transistores de potecircncia apresentam caracteriacutesticas de chaveamento controlado Os transistores utilizados como elementos de chaveamento operam na regiatildeo de saturaccedilatildeo apresentando uma baixa queda de tensatildeo de conduccedilatildeo (VCE=0V) (VBE=13V)
Este laboratoacuterio tem o objetivo de fazer um retificador e filtro diretamente da rede alternada com componentes retirados de fontes chaveadas de computadores apoacutes o estaacutegio de retificaccedilatildeo e filtro faremos funcionar uma lacircmpada incandescente de 220 volts corrente alternada em corrente contiacutenua com o auxiacutelio de um transistor de potencia tambeacutem retirado das mesmas fontes
Calcule o R1 e monte o circuito e apoacutes responda as questotildees
Pinos 1 ndash Base 2 ndash Coletor 3 ndash Emissor
Alguns transistores encontrados em fontes chaveadas de computador Transistor VCE (V) Ic (A) β MJE13007 400 8 5
2SC4106 400 7 10
2SC5027 800 3 8
2SC5353 800 3 15
2SC2335 400 7 10
2SC4242 400 7 10
2SC5763 400 7 10
1 ndash Escolha o transistor e faccedila o calculo para descobrir R1 e depois monte o circuito Transistor escolhido ______________
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2 ndash Meccedila a corrente no ponto 1 e compare com o calculado Faccedila as observaccedilotildees necessaacuterias
Corrente no ponto (1)
Calculado
Medido _____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
3 ndash Por que existem os resistores em paralelo com os capacitores
_____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
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Laboratoacuterio 3
TRANSISTOR EFEITO DE CAMPO (FET) O transistor de potecircncia MOSFET eacute um dispositivo de tensatildeo controlada e necessita apenas de tensatildeo no gatilho A velocidade de chaveamento eacute muito alta (nanosegundos) MOSFETrsquos de potecircncia satildeo utilizados em conversores de baixa potecircncia e alta frequumlecircncia Estes transistores apresentam problemas de descargas eletrostaacuteticas necessitando de cuidados especiais Este experimento tem como objetivo mostrar o funcionamento de Mosfets em uma aplicaccedilatildeo pratica para tanto montaremos o circuito abaixo
Pinagem 1 ndash GATE 2 ndash DRAIN 3 ndash SOURCE
Alguns transistores encontrados no comeacutercio
Transistor Tensatildeo Vds(V) Corrente Id (A)
IRF840 500 85 IRF740 400 10
1 ndash Meccedila a corrente no ponto 1 Corrente no ponto 1 ______________ No ponto 2 coloque 1deg o multiacutemetro antes de ligar o circuito Meccedila a corrente no ponto 2 Corrente no ponto 2 ______________ Por que isto ocorre 2 ndash Calcule a corrente que passa entre os resistores E compare com os valores medidos e faccedila as observaccedilotildees necessaacuterias
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Laboratoacuterio 4
SCR E TRIAC
Este laboratoacuterio tem o objetivo de comprovar o funcionamento do componente SCR e TRIAC e diferenciaacute-los 1
A - Primeiramente ligue a chave 1 mantendo a chave 2 desligada o que ocorre _____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
B ndash Mantendo ligada a chave 1 ligue a chave 2 por um breve intervalo de tempo e desligue-a O que acontece Justifique sua resposta _____________________________________________________________________________________ _____________________________________________________________________________________ 2
C ndash Faccedila a mesma sequumlecircncia usada nas questotildees A e B Sequumlecircncia da questatildeo A________________________________________________________________
Sequumlecircncia da questatildeo B_________________________________________________________________
D - Faccedila as consideraccedilotildees comparando os circuitos 1 e 2
_____________________________________________________________________________________ _____________________________________________________________________________________
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3
E ndash Faccedila um comentaacuterio sobre a omissatildeo das chaves _____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
4
F - Comente os circuitos 3 e 4 haacute alguma diferenccedila no brilho da lacircmpada
_____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
Pinos do SCR e BTA 1 ndash Catodo A2 2 ndash Anodo A1 3 ndash Gatilho
Alguns SCRs encontrados no comeacutercio
Tiristor
Tensatildeo Vds(V)
Corrente Id (A)
BT151 500 85 TIC106 400 10
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Laboratoacuterio 5
DIAC E TRIAC O objetivo eacute montar o circuito abaixo e visualizar com o osciloscoacutepio a forma de onda em cima da carga no nosso caso a lacircmpada enquanto varia o potenciocircmetro
Pinagem 1 ndash A1 2 ndash A2 3 ndash G Alguns triacs encontrado no comeacutercio BTA08 ndash 8A BTA26 ndash 26A MAC224 ndash 40A TIC226 ndash 8A
Coloque a ponteira em cima da carga e deixe o potenciocircmetro no meio do curso e reproduza na tela abaixo Registre o ajuste que foi feito no osciloscoacutepio para aparecer o meio ciclo superior na tela
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Laboratoacuterio 6
PWM Este circuito eacute simples com o famoso CI 555 para gerar o sinal PWM Controlando uma carga que conseguimos observar o estaacute acontecendo
1 ndash Qual a frequumlecircncia gerada do sinal PWM _______________________________________________________________________________
_______________________________________________________________________________
2 ndash O que acontece com a lacircmpada quando varia o potenciocircmetro
_______________________________________________________________________________
_______________________________________________________________________________
3 ndash Trocando o capacitor de 100nF por um de 10nF qual seraacute a nova frequumlecircncia
_______________________________________________________________________________
_______________________________________________________________________________
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Laboratoacuterio 7
INVERSOR Este circuito eacute o conceito baacutesico do princiacutepio de funcionamento de um inversor que eacute capaz de gerar uma tensatildeo alternada a partir de uma tensatildeo contiacutenua
1 ndash O motor estaacute girando _____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
2 ndash Caso afirmativo na primeira pergunta coloque a ponteira do osciloscoacutepio em um dos terminais do motor e a garra jacareacute no terra e meccedila a frequumlecircncia _____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
3 ndash O que estaacute acontecendo com o motor em suas caracteriacutesticas fiacutesicas Mudou a velocidade estaacute aquecendo estaacute trepidando etc _____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
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Apendice B
Coacutedigo de resistores
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Capacitores ceracircmicos
O valor do capacitorB eacute de 3300 pF (picofarad = 10-12 F) ou 33 nF (nanofarad = 10-9 F) ou 00033 microF (microfarad =
10-6 F) No capacitor A devemos acrescentar mais 4 zeros apoacutes os dois primeiros algarismos O valor do capacitor que se lecirc 104 eacute de 100000 pF ou 100 nF ou 01microF
O aparecimento de uma letra maiuacutescula ao lado dos nuacutemeros Esta letra refere-se a toleracircncia do capacitor ou seja o quanto que o capacitor pode variar de seu valor em uma temperatura padratildeo de 25deg C A letra J significa que este capacitor pode variar ateacute plusmn5 de seu valor a letra K = plusmn10 ou M = plusmn20 Segue na tabela abaixo os coacutedigos de toleracircncias de capacitacircncia
Ateacute 10pF Coacutedigo Acima de 10pF
plusmn01pF B
plusmn025pF C
plusmn05pF D
plusmn10pF F plusmn1
G plusmn2
H plusmn3
J plusmn5
K plusmn10
M plusmn20
S -50 -20
Z +80 -20
ou +100 -20
P +100 -0
O coeficiente de temperatura TC que define a variaccedilatildeo da capacitacircncia dentro de uma determinada faixa de temperatura O TC eacute normalmente expresso em ou ppmdegC ( partes por milhatildeo degC ) Eacute usado uma sequumlecircncia de letras ou letras e nuacutemeros para representar os coeficientes Observe o desenho abaixo
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Na tabela abaixo estatildeo mais alguns coeficientes de temperatura e as toleracircncias que satildeo muito utilizadas por diversos fabricantes de capacitores
Coacutedigo Coeficiente de temperatura NPO -0plusmn 30ppmdegC N075 -75plusmn 30ppmdegC N150 -150plusmn 30ppmdegC N220 -220plusmn 60ppmdegC N330 -330plusmn 60ppmdegC N470 -470plusmn 60ppmdegC N750 -750plusmn 120ppmdegC N1500 -1500plusmn 250ppmdegC N2200 -2200plusmn 500ppmdegC N3300 -3300plusmn 500ppmdegC N4700 -4700plusmn 1000ppmdegC N5250 -5250plusmn 1000ppmdegC P100 +100plusmn 30ppmdegC
Outra forma de representar coeficientes de temperatura eacute mostrado abaixo Eacute usada em capacitores que se caracterizam
pela alta capacitacircncia por unidade de volume (dimensotildees reduzidas) devido a alta constante dieleacutetrica sendo recomendados para aplicaccedilatildeo em desacoplamentos acoplamentos e supressatildeo de interferecircncias em baixas tensotildees
Os coeficientes satildeo tambeacutem representados exibindo sequumlecircncias de letras e nuacutemeros como por exemplo X7R Y5F e Z5U Para um capacitor Z5U a faixa de operaccedilatildeo eacute de +10degC que significa Temperatura Miacutenima seguido de +85degC que significa Temperatura Maacutexima e uma variaccedilatildeo Maacutexima de capacitacircncia dentro desses limites de temperatura que natildeo ultrapassa -56 +22
Veja as trecircs tabelas abaixo para compreender este exemplo e entender outros coeficientes
Temperatura Miacutenima
Temperatura Maacutexima
Variaccedilatildeo Maacutexima de Capacitacircncia
X -55degC Y -30degC Z +10degC
2 +45degC 4 +65degC 5 +85degC 6 +105degC 7 +125degC
A plusmn10 B plusmn15 C plusmn22 D plusmn33 E plusmn47 F plusmn75 P plusmn10 R plusmn15 S plusmn22 T -33 +22 U -56 +22 V -82 +22
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Capacitores de filme plaacutestico
O desenho ao lado mostra capacitores que tem os seus valores impressos em nanofarad (nF) = 10-9F Quando aparece no capacitor uma letra n minuacutescula como um dos tipos apresentados ao lado por exemplo 3n3 significa que este capacitor eacute de 33nF No exemplo o n minuacutesculo eacute colocado ao meio dos nuacutemeros apenas para economizar uma viacutergula e evitar erro de interpretaccedilatildeo de seu valor
Capacitores de Ceracircmica Multicamada
Capacitores de Polieacutester Metalizado usando coacutedigo de cores
A tabela abaixo mostra como interpretar o coacutedigo de cores dos capacitores abaixo No capacitor A as 3 primeiras cores satildeo laranja laranja e laranja correspondem a 33000 equivalendo a 33 nF A cor branca logo adiante eacute referente a plusmn10 de toleracircncia E o vermelho representa a tensatildeo nominal que eacute de 250 volts
1ordf Algarismo 2ordf Algarismo 3ordf Ndeg de zeros 4ordf Toleracircncia 5ordf Tensatildeo
PRETO 0 0 - plusmn 20 -
MARROM 1 1 0 - -
VERMELHO 2 2 00 - 250V
LARANJA 3 3 000 - -
AMARELO 4 4 0000 - 400V
VERDE 5 5 00000 - -
AZUL 6 6 - - 630V
VIOLETA 7 7 - - -
CINZA 8 8 - - -
BRANCO 9 9 - plusmn 10 -
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Apecircndice C
Osciloscoacutepio Geralmente os osciloscoacutepios tecircm os controles e entradas que podem ser divididos em cinco grupos
1 ndash Controle da fonte de alimentaccedilatildeo 2 ndash Controles de ajuste do traccedilo ou ponto na tela 3 ndash Controles e entrada de atuaccedilatildeo vertical 4 ndash Controles e entrada de atuaccedilatildeo horizontal 5 ndash Controles de entrada de sincronismo
1 - CONTROLE DA FONTE DE ALIMENTACcedilAtildeO 11 - INTERRUPTOR Sua funccedilatildeo eacute interromper ou estabelecer a corrente no primaacuterio do transformador de fora Sua atuaccedilatildeo normalmente eacute acompanhada por uma lacircmpada piloto que serve de aviso visual sobre a situaccedilatildeo do circuito (ligado ou desligado) Normalmente este interruptor se encontra acoplado junto do potenciocircmetro de controle de brilho 12 - COMUTADOR DE TENSAtildeO Sua funccedilatildeo eacute selecionar a tensatildeo de funcionamento do osciloscoacutepio (127 220V) Permite utilizar o instrumento sem a necessidade de recorrer a um transformador abaixador ou elevador de tensatildeo (geralmente o acesso deste comutador eacute visto na parte de traz do aparelho) 2 - CONTROLES DE AJUSTE DO TRACcedilO OU PONTO NA TELA 21 - BRILHO OU LUMINOSIDADE Eacute o controle que ajusta a luminosidade do ponto ou do traccedilo O controle do brilho eacute feito por meio de um potenciocircmetro situado no circuito da grade de controle do TRC mediante o qual se regula o potencial desta grade (deve-se evitar o uso de brilho excessivo sob pena de se danificar a tela) 22 - FOCO Eacute o controle que ajusta a nitidez do ponto ou traccedilo luminoso O ajuste do foco eacute conseguido mediante a regulagem de um potenciocircmetro que regula a polarizaccedilatildeo do eletrodo de enfoque O foco deve ser ajustado de forma a se obter um traccedilo fino e niacutetido na tela (estes ajustes de brilho e de foco satildeo ajustes baacutesicos que devem ser feitos sempre que se for usar o osciloscoacutepio)
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23 - ILUMINACcedilAtildeO DA RETIacuteCULA Permite que se ilumine o quadriculado ou as divisotildees na tela 3 - CONTROLES E ENTRADA DE ATUACcedilAtildeO VERTICAL 31 - ENTRADA DE SINAL VERTICAL Nesta entrada eacute conectada a ponta de prova do osciloscoacutepio As variaccedilotildees de tensatildeo aplicadas nesta entrada aparecem sob forma de figura na tela 32 - CHAVE DE SELECcedilAtildeO DE MODO DE ENTRADA (CA-CC) Esta chave eacute selecionada de acordo com o tipo de forma de onda a ser observada Em alguns osciloscoacutepios esta chave possui trecircs posiccedilotildees (CA-0-CC ou AC-GND-DC) Esta posiccedilatildeo adicional eacute usada para a realizaccedilatildeo de ajustes do traccedilo do osciloscoacutepio em algumas situaccedilotildees Por exemplo quando se deseja Uma referecircncia na tela 33 - CHAVE SELETORA DE GANHO (VDiv) Esta chave permite que se aumente ou que se diminua a amplitude de projeccedilatildeo na tela do osciloscoacutepio (altura da imagem) 34 - POSICcedilAtildeO VERTICAL Permite movimentar a imagem para cima ou para baixo na tela A movimentaccedilatildeo natildeo interfere na forma da figura projetada na tela 4 - CONTROLES DE ATUACcedilAO HORIZONTAL 41 - CHAVE SELETORA DE BASE DE TEMPO Eacute o controle que permite variar o tempo de deslocamento horizontal do ponto na tela Atraveacutes deste controle eacute possiacutevel reduzir ou ampliar horizontalmente na tela a figura nela projetada Em alguns osciloscoacutepios esta chave seletora tem uma posiccedilatildeo identificada como EXT (externa) o que possibilita que o deslocamento horizontal pode ser controlado por circuito externo ao osciloscoacutepio atraveacutes de uma entrada especiacutefica Quando a posiccedilatildeo externa eacute selecionada natildeo haacute formaccedilatildeo do traccedilo na tela obtendo-se apenas um ponto 42 - POSICcedilAtildeO HORIZONTAL Eacute o ajuste que permite controlar horizontalmente a forma de onda na tela Girando o controle de posiccedilatildeo horizontal para a direita o traccedilo move-se horizontalmente para a direita e vice-versa Assim como o controle de posiccedilatildeo vertical o controle de posiccedilatildeo horizontal natildeo interfere na forma da figura projetada na tela
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5 - CONTROLES E ENTRADA DE SINCRONISMO (TRIGGER) Satildeo controles que se destinam a fixar a imagem na tela Estes controles satildeo utilizados principalmente na observaccedilatildeo de sinais alternados Os controles de sincronismo satildeo Chave seletora de fonte de sincronismo Chave de modo de sincronismo Controle de niacutevel de sincronismo 51 - CHAVE SELETORA DE FONTE DE SINCRONISMO Seleciona onde seraacute tomada o sinal de sincronismo para fixar a imagem na tela do osciloscoacutepio Normalmente esta chave possui trecircs posiccedilotildees pelo menos POSICcedilAtildeO CH1 O sincronismo eacute controlado pelo sinal aplicado ao canal 1 POSICcedilAtildeO REDE Realiza o sincronismo com base na frequecircncia da rede de alimentaccedilatildeo do osciloscoacutepio (60Hz) Nesta posiccedilatildeo consegue-se facilmente sincronizar na tela sinais aplicados na entrada vertical que sejam obtidos a partir da rede eleacutetrica POSICcedilAtildeO EXTERNO Na posiccedilatildeo externo o sincronismo da figura eacute obtido agrave partir de outro equipamento externo conectado ao osciloscoacutepio O sinal que controla o sincronismo na posiccedilatildeo externo eacute aplicado a entrada de sincronismo 52 - CHAVE DE MODO DE SINCRONISMO Normalmente esta chave tem duas ou trecircs posiccedilotildees AUTO Nesta posiccedilatildeo o osciloscoacutepio realiza o sincronismo automaticamente com base no sinal selecionado pela chave seletora de fonte de sincronismo NORMAL + O sincronismo eacute positivo ajustado manualmente pelo controle de niacutevel de sincronismo (TRIGGER) de modo que o primeiro pico que apareccedila na tela seja o positivo NORMAL - O sincronismo eacute negativo tambeacutem ajustado manualmente entretanto o primeiro pico a aparecer eacute o negativo 53 - CONTROLE DE NIacuteVEL DE SINCRONISMO (TRIGGER) Eacute um controle manual que permite o ajuste do sincronismo quando natildeo se consegue um sincronismo automaacutetico Tem atuaccedilatildeo nas posiccedilotildees NORMAL + e NORMAL - OBSERVACcedilAtildeO Para se realizar leituras eacute necessaacuterio sincronizar a figura na tela II - ENTRADA E CONTROLE DO OSCILOSCOacutePIO DUPLO TRACcedilO O osciloscoacutepio de duplo traccedilo possui alguns controles que satildeo comuns aos dois traccedilos e outros que satildeo individuais Os controles de brilho foco base de tempo e de posiccedilatildeo horizontal satildeo controles que satildeo comuns aos dois traccedilos Basicamente os controles individuais situam-se nas entradas e controles do vertical nos controles e entrada de sincronismo ENTRADAS E CONTROLES DO VERTICAL Para que se possa observar dois sinais simultaneamente eacute necessaacuterio que se aplique uma tensatildeo em cada uma das entradas verticais O osciloscoacutepio duplo traccedilo dispotildee de dois grupos de controles verticais Um grupo para o canal A ou canal 1 (CH1) Um grupo para o canal B ou canal 2 (CH2) Cada grupo controla um dos sinais na tela (amplitude posiccedilatildeo vertical etc) Geralmente satildeo iguais Cada canal dispotildee de Entrada Vertical Chave Seletora CA-O-CC Chave Seletora de ganho vertical (DDiv) Posiccedilatildeo vertical Um osciloscoacutepio de duplo traccedilo pode ainda ser utilizado como sendo um osciloscoacutepio de traccedilo simples Uma chave seletora permite que se possa selecionar cada canal individualmente ou os dois simultaneamente Esta chave possui pelo menos trecircs posiccedilotildees CH1
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CH2 DUAL Na posiccedilatildeo CH1 apareceraacute apenas a imagem na tela que estiver sendo aplicada na entrada vertical do canal 1 Na posiccedilatildeo CH2 apareceraacute apenas a imagem na tela que estiver sendo aplicada na entrada vertical do canal 2 Na posiccedilatildeo DUAL aparecem as duas imagens Em osciloscoacutepios mais sofisticados esta chave pode possuir mais posiccedilotildees de modo a permitir outras alternativas de uso CONTROLES DE SINCRONISMO Realizam as mesmas funccedilotildees do osciloscoacutepio traccedilo simples que eacute a de fixar a imagem na tela O que diferencia eacute o fato de que na chave seletora de fonte existe uma posiccedilatildeo adicional de modo a poder sincronizar a figura PONTAS DE PROVA As pontas de prova satildeo utilizadas para interligar o osciloscoacutepio aos pontos de medida
Uma das extremidades da ponta de prova eacute conectada a uma das entradas do osciloscoacutepio atraveacutes de um conector e a extremidade livre serve para conexatildeo aos pontos de medida A extremidade livre possui uma garra jacareacute denominada de terra da ponta de prova que deve ser conectada ao terra do circuito e uma ponta de entrada de sinal que deve ser conectada no ponto que se deseja medir Existem dois tipos de ponta de prova ponta de prova 11 ponta de prova 101 A ponta de prova 11 se caracteriza por aplicar agrave entrada do osciloscoacutepio a mesma tensatildeo ou forma de onda que eacute aplicada a ponta de mediccedilatildeo A ponta de prova 101 entrega ao osciloscoacutepio apenas a deacutecima parte da tensatildeo aplicada a ponta de mediccedilatildeo As pontas de prova 101 permitem que o osciloscoacutepio consiga observar tensotildees dez vezes maior que a sua capacidade Por exemplo Um osciloscoacutepio que permite a leitura de tensotildees de 50V com ponta de prova 11 com ponta de prova 101 poderaacute medir tensotildees de ateacute 500V (10x50V) Existem pontas de prova que dispotildee de um botatildeo onde se pode selecionar 101 ou 11 Obs Quando natildeo se tem total certeza da grandeza da tensatildeo envolvida eacute aconselhaacutevel iniciar a mediccedilatildeo com o posiccedilatildeo 101
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Bibliografia
1 Dispositivos semicondutores tiristores controle de potecircncia em CC e CA 1996 - ALMEIDA Joseacute Luiz Antunes de Satildeo Paulo Eacuterica 1996 150 p
2 Dispositivos semicondutores diodos e transistores 1996 MARQUES Angelo Eduardo B
CHOUERI JUacuteNIOR Salomatildeo CRUZ Eduardo Cesar Alves Satildeo Paulo Eacuterica 1996 389 p
3 Anaacutelise e projeto de fontes chaveadas MELLO Luiz Fernando P de Satildeo Paulo Eacuterica 1996 487 p
4 Eletrocircnica de potecircncia circuitos dispositivos e aplicaccedilotildees 1999 RASHID Muhammad H Satildeo Paulo Makron Books 1999 828 p
5 Eletrocircnica de potecircncia 1994 - PALMA Guilherme Rebouccedilas da Satildeo Paulo Eacuterica 1994 259 p
6 Dispositivos eletrocircnicos e teoria de circuitos - 8 ed 2004 -
BOYLESTAD Robert L NASHELSKY Louis CAMARGO Joseacute Bueno de NASCIMENTO Joseacute Lucimar do PERTENCE JUNIOR Antonio (Coord) Satildeo Paulo Pearson Prentice Hall 2004 672 p
7 Rodrigues Isac Zilli Notas de aula da disciplina de Eletrocircnica II do Curso de Engenharia
Eleacutetrica da UPF Passo Fundo RS 2000
8 Ghirardello Ariovaldo Apostila sobre Modulaccedilatildeo PWM Coleacutegio Politec
9 Electronics Workbench Versatildeo 512
10 LabcenterElectronics 1989-2008 Release 75 SP3
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ANALOGIA COM CIRCUITO ELEacuteTRICO Em geral se faz uma analogia com um circuito eleacutetrico sendo a potecircncia meacutedia representada por uma fonte de corrente As temperaturas nos ambientes indicados (junccedilatildeo caacutepsula ambiente) satildeo anaacutelogas agraves tensotildees nos respectivos noacutes enquanto as resistecircncias teacutermicas satildeo as proacuteprias resistecircncias do modelo
Tj=Temperatura da junccedilatildeo Rtjc=Resistecircncia teacutermica entre junccedilatildeo e encapsulamento Tc=temperatura do encapsulamento Rtca=Resist Term Entre encapsulamento e ambiente Rtcd=Resist Entre encapsulament e dissipador Rtda=Resist Teacutermica entre dissipador e ambiente Partindo do anaacutelogo eleacutetrico chegamos a seguinte equaccedilatildeo tiacutepica Tj = Ta + P (Rtjc + Rtca) Exemplo 1 P = 20 W Rtjc = 2degCW Rtca = 10degCW Ta = 40degC Tjmax = 120degC Tc = Ta + P Rtca = 240degC Tj = Tc + P Rtjc = 280degC
Dissipadores de calor Considerando que natildeo seja possiacutevel reduzir a potecircncia meacutedia dissipada a alternativa para a proteccedilatildeo do semicondutor eacute colocar um dispositivo de baixa resistecircncia teacutermica entre o encapsulamento e o ambiente A este elemento colocado junto ao encapsulamento se diz ldquodissipador de calorrdquo Caracteriacutesticas dos dissipadores As principais caracteriacutesticas estatildeo relacionadas com dimensotildees e especialmente agrave sua superfiacutecie de contato com o ambiente Em geral estes dispositivos satildeo construiacutedos em alumiacutenio dada sua boa condutividade teacutermica (condiccedilatildeo indispensaacutevel) baixo custo e peso A figura mostra perfis tiacutepicos de dissipadores A utilizaccedilatildeo de grande nuacutemero de aletas eacute para aumentar a aacuterea de troca de calor A resistecircncia teacutermica para uma placa plana quadrada pode ser aproximadamente dada por
λ condutacircncia teacutermica (a 77o C) [W(oCcm)] W espessura do dissipador [mm]
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A aacuterea do dissipador [cm2] Cf fator de correccedilatildeo devido agrave posiccedilatildeo e tipo de superfiacutecie Na tabela abaixo satildeo dados alguns valores para os coeficientes da foacutermula O fator Cf varia com a posiccedilatildeo do dissipador sendo preferiacutevel uma montagem vertical agrave horizontal por criar um efeito ldquochamineacuterdquo Dissipadores pretos satildeo melhores irradiadores de calor que aqueles com superfiacutecie brilhante
Comportamento em regime transitoacuterio potecircncia de pico Quando a potecircncia dissipada no semicondutor consiste de pulsos de potecircncia eacute preciso verificar a proteccedilatildeo do componente em relaccedilatildeo aos picos de dissipaccedilatildeo Durante a ocorrecircncia do pico de potecircncia ocorre a elevaccedilatildeo da temperatura da junccedilatildeo embora natildeo ocorra variaccedilatildeo nas temperaturas do encapsulamento e do dissipador (que dependem da potecircncia meacutedia) devido agrave maior capacidade teacutermica da caacutepsula e especialmente do dissipador Tal capacidade teacutermica relaciona-se com o tipo de material utilizado e seu volume Na analogia eleacutetrica utilizada anteriormente ela se comporta como uma capacitacircncia O caacutelculo da temperatura da junccedilatildeo em tal regime transitoacuterio eacute feito utilizando uma grandeza chamada ldquoimpedacircncia teacutermicardquo Ztjc que leva em consideraccedilatildeo a capacidade teacutermica da junccedilatildeo Exemplo 2 Rtjc = 2deg CW Rtca = 5deg CW Rtcd = 2deg CW Rtda = 3deg CW Ztjc = 005deg CW Tjmax = 150deg C Ta = 40deg C P = 20W Pp = 1000W
Tj = 130 oC (o componente estaacute protegido em relaccedilatildeo agrave potecircncia meacutedia) Tc = 90 oC Tj = Tc + Pp Ztjc = 140 oC
Caacutelculo dos Dissipadores
bull A temperatura de trabalho da junccedilatildeo deve ser 20 a 30 menor que seu valor maacuteximo para permitir a proteccedilatildeo do componente sem super-dimensionar o dissipador middot Para ambientes nos quais natildeo se faccedila um controle riacutegido da temperatura deve-se usar uma temperatura ambiente de 40oC
bull Caso o dissipador fique dentro de algum bastidor ou caixa na qual a temperatura possa se elevar acima dos 40oC deve-se considerar sempre a maacutexima temperatura do ar com o qual o dissipador troca calor Eacute conveniente agrave falta de maiores informaccedilotildees utilizar o valor de 40oC e verificar apoacutes a entrada em operaccedilatildeo do protoacutetipo a verdadeira temperatura ambiente
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bull Deve-se verificar a necessidade do uso de isoladores (mica teflon ou mylar) e natildeo desconsiderar suas resistecircncias teacutermicas middot O emprego de pastas teacutermicas eacute sempre recomendado e se deve considerar tambeacutem sua resistecircncia teacutermica
b) No transitoacuterio
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Apecircndice A
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Laboratoacuterio 1
Diodo Ache os componentes em sucatas e monte o circuito abaixo em placa de circuito impresso corroiacuteda Lista de material
4 Diodos 1N4007 2 Capacitores 330uF200V 2 Resistores 150K 18W 1 Suporte p lacircmpada 1 Lacircmpada 40W220V 1 Conector p placa de 2 bornes 6 Chaves HH 1 Rabicho com plugue Placa p circuito impresso virgem (fibra fenolite perfurada) Caneta retro projetor ou esmalte p unhas Palha de accedilo ou acetona e pedaccedilo de pano Soluccedilatildeo de percloreto de ferro Estanho em fio
Obs Colocar o seu nome no lado do cobre a caneta ou esmalte antes da corrosatildeo
Montado na placa o circuito acima e testado fazer os seguintes exerciacutecios 1 ndash Com o interruptor Ch7 ligado os interruptores Ch3 Ch4 Ch5 e Ch6 desligados e os interruptores Ch1 e Ch2 na posiccedilatildeo 1 faccedila a seguinte medida meccedila com o osciloscoacutepio colocando a garra jacareacute onde aparece o GND e o pinccedila no ponto 1 de forma que apareccedila somente o semi-ciclo positivo na tela tambeacutem reproduza abaixo a forma de onda encontrada e registre onde a posiccedilatildeo do zero O aparelho ajustado da seguinte forma O botatildeo de tempodivisatildeo em 5mS O botatildeo tensatildeodivisatildeo ajustado em 5V A ponteira ajustada em X10
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2 ndash Permanecendo o interruptor Ch7 ligado Ch5 e Ch6 desligados poreacutem Ch1 e Ch2 na posiccedilatildeo 2 e Ch3 e Ch4 ligados faccedila novamente a medida e reproduza na tela abaixo a forma de onda
3 - Permanecendo o interruptor Ch7 ligado Ch3 Ch4 Ch5 e Ch6 agora ligados e Ch1 e Ch2 na posiccedilatildeo 2 faccedila novamente a medida e reproduza na tela abaixo a forma de onda
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4 ndash O que aconteceu com a potecircncia (brilho) da lacircmpada Com circuito configurado como no exerciacutecio 1 e exerciacutecio 3 (aumentou ou diminuiu) Porque ocorreu isto _____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
5 ndash Qual eacute a nova potecircncia da lacircmpada Provar por meio de caacutelculos 6 ndash Por fim com o circuito configurado como no exerciacutecio 3 coloque uma lacircmpada de maior potecircncia e visualize o ripple novamente com o osciloscoacutepio explique o que ocorreu _____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
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Laboratoacuterio 2 TRANSISTOR BIPOLAR (BJT)
Os transistores de potecircncia apresentam caracteriacutesticas de chaveamento controlado Os transistores utilizados como elementos de chaveamento operam na regiatildeo de saturaccedilatildeo apresentando uma baixa queda de tensatildeo de conduccedilatildeo (VCE=0V) (VBE=13V)
Este laboratoacuterio tem o objetivo de fazer um retificador e filtro diretamente da rede alternada com componentes retirados de fontes chaveadas de computadores apoacutes o estaacutegio de retificaccedilatildeo e filtro faremos funcionar uma lacircmpada incandescente de 220 volts corrente alternada em corrente contiacutenua com o auxiacutelio de um transistor de potencia tambeacutem retirado das mesmas fontes
Calcule o R1 e monte o circuito e apoacutes responda as questotildees
Pinos 1 ndash Base 2 ndash Coletor 3 ndash Emissor
Alguns transistores encontrados em fontes chaveadas de computador Transistor VCE (V) Ic (A) β MJE13007 400 8 5
2SC4106 400 7 10
2SC5027 800 3 8
2SC5353 800 3 15
2SC2335 400 7 10
2SC4242 400 7 10
2SC5763 400 7 10
1 ndash Escolha o transistor e faccedila o calculo para descobrir R1 e depois monte o circuito Transistor escolhido ______________
42
2 ndash Meccedila a corrente no ponto 1 e compare com o calculado Faccedila as observaccedilotildees necessaacuterias
Corrente no ponto (1)
Calculado
Medido _____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
3 ndash Por que existem os resistores em paralelo com os capacitores
_____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
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Laboratoacuterio 3
TRANSISTOR EFEITO DE CAMPO (FET) O transistor de potecircncia MOSFET eacute um dispositivo de tensatildeo controlada e necessita apenas de tensatildeo no gatilho A velocidade de chaveamento eacute muito alta (nanosegundos) MOSFETrsquos de potecircncia satildeo utilizados em conversores de baixa potecircncia e alta frequumlecircncia Estes transistores apresentam problemas de descargas eletrostaacuteticas necessitando de cuidados especiais Este experimento tem como objetivo mostrar o funcionamento de Mosfets em uma aplicaccedilatildeo pratica para tanto montaremos o circuito abaixo
Pinagem 1 ndash GATE 2 ndash DRAIN 3 ndash SOURCE
Alguns transistores encontrados no comeacutercio
Transistor Tensatildeo Vds(V) Corrente Id (A)
IRF840 500 85 IRF740 400 10
1 ndash Meccedila a corrente no ponto 1 Corrente no ponto 1 ______________ No ponto 2 coloque 1deg o multiacutemetro antes de ligar o circuito Meccedila a corrente no ponto 2 Corrente no ponto 2 ______________ Por que isto ocorre 2 ndash Calcule a corrente que passa entre os resistores E compare com os valores medidos e faccedila as observaccedilotildees necessaacuterias
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Laboratoacuterio 4
SCR E TRIAC
Este laboratoacuterio tem o objetivo de comprovar o funcionamento do componente SCR e TRIAC e diferenciaacute-los 1
A - Primeiramente ligue a chave 1 mantendo a chave 2 desligada o que ocorre _____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
B ndash Mantendo ligada a chave 1 ligue a chave 2 por um breve intervalo de tempo e desligue-a O que acontece Justifique sua resposta _____________________________________________________________________________________ _____________________________________________________________________________________ 2
C ndash Faccedila a mesma sequumlecircncia usada nas questotildees A e B Sequumlecircncia da questatildeo A________________________________________________________________
Sequumlecircncia da questatildeo B_________________________________________________________________
D - Faccedila as consideraccedilotildees comparando os circuitos 1 e 2
_____________________________________________________________________________________ _____________________________________________________________________________________
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3
E ndash Faccedila um comentaacuterio sobre a omissatildeo das chaves _____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
4
F - Comente os circuitos 3 e 4 haacute alguma diferenccedila no brilho da lacircmpada
_____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
Pinos do SCR e BTA 1 ndash Catodo A2 2 ndash Anodo A1 3 ndash Gatilho
Alguns SCRs encontrados no comeacutercio
Tiristor
Tensatildeo Vds(V)
Corrente Id (A)
BT151 500 85 TIC106 400 10
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Laboratoacuterio 5
DIAC E TRIAC O objetivo eacute montar o circuito abaixo e visualizar com o osciloscoacutepio a forma de onda em cima da carga no nosso caso a lacircmpada enquanto varia o potenciocircmetro
Pinagem 1 ndash A1 2 ndash A2 3 ndash G Alguns triacs encontrado no comeacutercio BTA08 ndash 8A BTA26 ndash 26A MAC224 ndash 40A TIC226 ndash 8A
Coloque a ponteira em cima da carga e deixe o potenciocircmetro no meio do curso e reproduza na tela abaixo Registre o ajuste que foi feito no osciloscoacutepio para aparecer o meio ciclo superior na tela
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Laboratoacuterio 6
PWM Este circuito eacute simples com o famoso CI 555 para gerar o sinal PWM Controlando uma carga que conseguimos observar o estaacute acontecendo
1 ndash Qual a frequumlecircncia gerada do sinal PWM _______________________________________________________________________________
_______________________________________________________________________________
2 ndash O que acontece com a lacircmpada quando varia o potenciocircmetro
_______________________________________________________________________________
_______________________________________________________________________________
3 ndash Trocando o capacitor de 100nF por um de 10nF qual seraacute a nova frequumlecircncia
_______________________________________________________________________________
_______________________________________________________________________________
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Laboratoacuterio 7
INVERSOR Este circuito eacute o conceito baacutesico do princiacutepio de funcionamento de um inversor que eacute capaz de gerar uma tensatildeo alternada a partir de uma tensatildeo contiacutenua
1 ndash O motor estaacute girando _____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
2 ndash Caso afirmativo na primeira pergunta coloque a ponteira do osciloscoacutepio em um dos terminais do motor e a garra jacareacute no terra e meccedila a frequumlecircncia _____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
3 ndash O que estaacute acontecendo com o motor em suas caracteriacutesticas fiacutesicas Mudou a velocidade estaacute aquecendo estaacute trepidando etc _____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
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Apendice B
Coacutedigo de resistores
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Capacitores ceracircmicos
O valor do capacitorB eacute de 3300 pF (picofarad = 10-12 F) ou 33 nF (nanofarad = 10-9 F) ou 00033 microF (microfarad =
10-6 F) No capacitor A devemos acrescentar mais 4 zeros apoacutes os dois primeiros algarismos O valor do capacitor que se lecirc 104 eacute de 100000 pF ou 100 nF ou 01microF
O aparecimento de uma letra maiuacutescula ao lado dos nuacutemeros Esta letra refere-se a toleracircncia do capacitor ou seja o quanto que o capacitor pode variar de seu valor em uma temperatura padratildeo de 25deg C A letra J significa que este capacitor pode variar ateacute plusmn5 de seu valor a letra K = plusmn10 ou M = plusmn20 Segue na tabela abaixo os coacutedigos de toleracircncias de capacitacircncia
Ateacute 10pF Coacutedigo Acima de 10pF
plusmn01pF B
plusmn025pF C
plusmn05pF D
plusmn10pF F plusmn1
G plusmn2
H plusmn3
J plusmn5
K plusmn10
M plusmn20
S -50 -20
Z +80 -20
ou +100 -20
P +100 -0
O coeficiente de temperatura TC que define a variaccedilatildeo da capacitacircncia dentro de uma determinada faixa de temperatura O TC eacute normalmente expresso em ou ppmdegC ( partes por milhatildeo degC ) Eacute usado uma sequumlecircncia de letras ou letras e nuacutemeros para representar os coeficientes Observe o desenho abaixo
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Na tabela abaixo estatildeo mais alguns coeficientes de temperatura e as toleracircncias que satildeo muito utilizadas por diversos fabricantes de capacitores
Coacutedigo Coeficiente de temperatura NPO -0plusmn 30ppmdegC N075 -75plusmn 30ppmdegC N150 -150plusmn 30ppmdegC N220 -220plusmn 60ppmdegC N330 -330plusmn 60ppmdegC N470 -470plusmn 60ppmdegC N750 -750plusmn 120ppmdegC N1500 -1500plusmn 250ppmdegC N2200 -2200plusmn 500ppmdegC N3300 -3300plusmn 500ppmdegC N4700 -4700plusmn 1000ppmdegC N5250 -5250plusmn 1000ppmdegC P100 +100plusmn 30ppmdegC
Outra forma de representar coeficientes de temperatura eacute mostrado abaixo Eacute usada em capacitores que se caracterizam
pela alta capacitacircncia por unidade de volume (dimensotildees reduzidas) devido a alta constante dieleacutetrica sendo recomendados para aplicaccedilatildeo em desacoplamentos acoplamentos e supressatildeo de interferecircncias em baixas tensotildees
Os coeficientes satildeo tambeacutem representados exibindo sequumlecircncias de letras e nuacutemeros como por exemplo X7R Y5F e Z5U Para um capacitor Z5U a faixa de operaccedilatildeo eacute de +10degC que significa Temperatura Miacutenima seguido de +85degC que significa Temperatura Maacutexima e uma variaccedilatildeo Maacutexima de capacitacircncia dentro desses limites de temperatura que natildeo ultrapassa -56 +22
Veja as trecircs tabelas abaixo para compreender este exemplo e entender outros coeficientes
Temperatura Miacutenima
Temperatura Maacutexima
Variaccedilatildeo Maacutexima de Capacitacircncia
X -55degC Y -30degC Z +10degC
2 +45degC 4 +65degC 5 +85degC 6 +105degC 7 +125degC
A plusmn10 B plusmn15 C plusmn22 D plusmn33 E plusmn47 F plusmn75 P plusmn10 R plusmn15 S plusmn22 T -33 +22 U -56 +22 V -82 +22
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Capacitores de filme plaacutestico
O desenho ao lado mostra capacitores que tem os seus valores impressos em nanofarad (nF) = 10-9F Quando aparece no capacitor uma letra n minuacutescula como um dos tipos apresentados ao lado por exemplo 3n3 significa que este capacitor eacute de 33nF No exemplo o n minuacutesculo eacute colocado ao meio dos nuacutemeros apenas para economizar uma viacutergula e evitar erro de interpretaccedilatildeo de seu valor
Capacitores de Ceracircmica Multicamada
Capacitores de Polieacutester Metalizado usando coacutedigo de cores
A tabela abaixo mostra como interpretar o coacutedigo de cores dos capacitores abaixo No capacitor A as 3 primeiras cores satildeo laranja laranja e laranja correspondem a 33000 equivalendo a 33 nF A cor branca logo adiante eacute referente a plusmn10 de toleracircncia E o vermelho representa a tensatildeo nominal que eacute de 250 volts
1ordf Algarismo 2ordf Algarismo 3ordf Ndeg de zeros 4ordf Toleracircncia 5ordf Tensatildeo
PRETO 0 0 - plusmn 20 -
MARROM 1 1 0 - -
VERMELHO 2 2 00 - 250V
LARANJA 3 3 000 - -
AMARELO 4 4 0000 - 400V
VERDE 5 5 00000 - -
AZUL 6 6 - - 630V
VIOLETA 7 7 - - -
CINZA 8 8 - - -
BRANCO 9 9 - plusmn 10 -
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Apecircndice C
Osciloscoacutepio Geralmente os osciloscoacutepios tecircm os controles e entradas que podem ser divididos em cinco grupos
1 ndash Controle da fonte de alimentaccedilatildeo 2 ndash Controles de ajuste do traccedilo ou ponto na tela 3 ndash Controles e entrada de atuaccedilatildeo vertical 4 ndash Controles e entrada de atuaccedilatildeo horizontal 5 ndash Controles de entrada de sincronismo
1 - CONTROLE DA FONTE DE ALIMENTACcedilAtildeO 11 - INTERRUPTOR Sua funccedilatildeo eacute interromper ou estabelecer a corrente no primaacuterio do transformador de fora Sua atuaccedilatildeo normalmente eacute acompanhada por uma lacircmpada piloto que serve de aviso visual sobre a situaccedilatildeo do circuito (ligado ou desligado) Normalmente este interruptor se encontra acoplado junto do potenciocircmetro de controle de brilho 12 - COMUTADOR DE TENSAtildeO Sua funccedilatildeo eacute selecionar a tensatildeo de funcionamento do osciloscoacutepio (127 220V) Permite utilizar o instrumento sem a necessidade de recorrer a um transformador abaixador ou elevador de tensatildeo (geralmente o acesso deste comutador eacute visto na parte de traz do aparelho) 2 - CONTROLES DE AJUSTE DO TRACcedilO OU PONTO NA TELA 21 - BRILHO OU LUMINOSIDADE Eacute o controle que ajusta a luminosidade do ponto ou do traccedilo O controle do brilho eacute feito por meio de um potenciocircmetro situado no circuito da grade de controle do TRC mediante o qual se regula o potencial desta grade (deve-se evitar o uso de brilho excessivo sob pena de se danificar a tela) 22 - FOCO Eacute o controle que ajusta a nitidez do ponto ou traccedilo luminoso O ajuste do foco eacute conseguido mediante a regulagem de um potenciocircmetro que regula a polarizaccedilatildeo do eletrodo de enfoque O foco deve ser ajustado de forma a se obter um traccedilo fino e niacutetido na tela (estes ajustes de brilho e de foco satildeo ajustes baacutesicos que devem ser feitos sempre que se for usar o osciloscoacutepio)
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23 - ILUMINACcedilAtildeO DA RETIacuteCULA Permite que se ilumine o quadriculado ou as divisotildees na tela 3 - CONTROLES E ENTRADA DE ATUACcedilAtildeO VERTICAL 31 - ENTRADA DE SINAL VERTICAL Nesta entrada eacute conectada a ponta de prova do osciloscoacutepio As variaccedilotildees de tensatildeo aplicadas nesta entrada aparecem sob forma de figura na tela 32 - CHAVE DE SELECcedilAtildeO DE MODO DE ENTRADA (CA-CC) Esta chave eacute selecionada de acordo com o tipo de forma de onda a ser observada Em alguns osciloscoacutepios esta chave possui trecircs posiccedilotildees (CA-0-CC ou AC-GND-DC) Esta posiccedilatildeo adicional eacute usada para a realizaccedilatildeo de ajustes do traccedilo do osciloscoacutepio em algumas situaccedilotildees Por exemplo quando se deseja Uma referecircncia na tela 33 - CHAVE SELETORA DE GANHO (VDiv) Esta chave permite que se aumente ou que se diminua a amplitude de projeccedilatildeo na tela do osciloscoacutepio (altura da imagem) 34 - POSICcedilAtildeO VERTICAL Permite movimentar a imagem para cima ou para baixo na tela A movimentaccedilatildeo natildeo interfere na forma da figura projetada na tela 4 - CONTROLES DE ATUACcedilAO HORIZONTAL 41 - CHAVE SELETORA DE BASE DE TEMPO Eacute o controle que permite variar o tempo de deslocamento horizontal do ponto na tela Atraveacutes deste controle eacute possiacutevel reduzir ou ampliar horizontalmente na tela a figura nela projetada Em alguns osciloscoacutepios esta chave seletora tem uma posiccedilatildeo identificada como EXT (externa) o que possibilita que o deslocamento horizontal pode ser controlado por circuito externo ao osciloscoacutepio atraveacutes de uma entrada especiacutefica Quando a posiccedilatildeo externa eacute selecionada natildeo haacute formaccedilatildeo do traccedilo na tela obtendo-se apenas um ponto 42 - POSICcedilAtildeO HORIZONTAL Eacute o ajuste que permite controlar horizontalmente a forma de onda na tela Girando o controle de posiccedilatildeo horizontal para a direita o traccedilo move-se horizontalmente para a direita e vice-versa Assim como o controle de posiccedilatildeo vertical o controle de posiccedilatildeo horizontal natildeo interfere na forma da figura projetada na tela
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5 - CONTROLES E ENTRADA DE SINCRONISMO (TRIGGER) Satildeo controles que se destinam a fixar a imagem na tela Estes controles satildeo utilizados principalmente na observaccedilatildeo de sinais alternados Os controles de sincronismo satildeo Chave seletora de fonte de sincronismo Chave de modo de sincronismo Controle de niacutevel de sincronismo 51 - CHAVE SELETORA DE FONTE DE SINCRONISMO Seleciona onde seraacute tomada o sinal de sincronismo para fixar a imagem na tela do osciloscoacutepio Normalmente esta chave possui trecircs posiccedilotildees pelo menos POSICcedilAtildeO CH1 O sincronismo eacute controlado pelo sinal aplicado ao canal 1 POSICcedilAtildeO REDE Realiza o sincronismo com base na frequecircncia da rede de alimentaccedilatildeo do osciloscoacutepio (60Hz) Nesta posiccedilatildeo consegue-se facilmente sincronizar na tela sinais aplicados na entrada vertical que sejam obtidos a partir da rede eleacutetrica POSICcedilAtildeO EXTERNO Na posiccedilatildeo externo o sincronismo da figura eacute obtido agrave partir de outro equipamento externo conectado ao osciloscoacutepio O sinal que controla o sincronismo na posiccedilatildeo externo eacute aplicado a entrada de sincronismo 52 - CHAVE DE MODO DE SINCRONISMO Normalmente esta chave tem duas ou trecircs posiccedilotildees AUTO Nesta posiccedilatildeo o osciloscoacutepio realiza o sincronismo automaticamente com base no sinal selecionado pela chave seletora de fonte de sincronismo NORMAL + O sincronismo eacute positivo ajustado manualmente pelo controle de niacutevel de sincronismo (TRIGGER) de modo que o primeiro pico que apareccedila na tela seja o positivo NORMAL - O sincronismo eacute negativo tambeacutem ajustado manualmente entretanto o primeiro pico a aparecer eacute o negativo 53 - CONTROLE DE NIacuteVEL DE SINCRONISMO (TRIGGER) Eacute um controle manual que permite o ajuste do sincronismo quando natildeo se consegue um sincronismo automaacutetico Tem atuaccedilatildeo nas posiccedilotildees NORMAL + e NORMAL - OBSERVACcedilAtildeO Para se realizar leituras eacute necessaacuterio sincronizar a figura na tela II - ENTRADA E CONTROLE DO OSCILOSCOacutePIO DUPLO TRACcedilO O osciloscoacutepio de duplo traccedilo possui alguns controles que satildeo comuns aos dois traccedilos e outros que satildeo individuais Os controles de brilho foco base de tempo e de posiccedilatildeo horizontal satildeo controles que satildeo comuns aos dois traccedilos Basicamente os controles individuais situam-se nas entradas e controles do vertical nos controles e entrada de sincronismo ENTRADAS E CONTROLES DO VERTICAL Para que se possa observar dois sinais simultaneamente eacute necessaacuterio que se aplique uma tensatildeo em cada uma das entradas verticais O osciloscoacutepio duplo traccedilo dispotildee de dois grupos de controles verticais Um grupo para o canal A ou canal 1 (CH1) Um grupo para o canal B ou canal 2 (CH2) Cada grupo controla um dos sinais na tela (amplitude posiccedilatildeo vertical etc) Geralmente satildeo iguais Cada canal dispotildee de Entrada Vertical Chave Seletora CA-O-CC Chave Seletora de ganho vertical (DDiv) Posiccedilatildeo vertical Um osciloscoacutepio de duplo traccedilo pode ainda ser utilizado como sendo um osciloscoacutepio de traccedilo simples Uma chave seletora permite que se possa selecionar cada canal individualmente ou os dois simultaneamente Esta chave possui pelo menos trecircs posiccedilotildees CH1
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CH2 DUAL Na posiccedilatildeo CH1 apareceraacute apenas a imagem na tela que estiver sendo aplicada na entrada vertical do canal 1 Na posiccedilatildeo CH2 apareceraacute apenas a imagem na tela que estiver sendo aplicada na entrada vertical do canal 2 Na posiccedilatildeo DUAL aparecem as duas imagens Em osciloscoacutepios mais sofisticados esta chave pode possuir mais posiccedilotildees de modo a permitir outras alternativas de uso CONTROLES DE SINCRONISMO Realizam as mesmas funccedilotildees do osciloscoacutepio traccedilo simples que eacute a de fixar a imagem na tela O que diferencia eacute o fato de que na chave seletora de fonte existe uma posiccedilatildeo adicional de modo a poder sincronizar a figura PONTAS DE PROVA As pontas de prova satildeo utilizadas para interligar o osciloscoacutepio aos pontos de medida
Uma das extremidades da ponta de prova eacute conectada a uma das entradas do osciloscoacutepio atraveacutes de um conector e a extremidade livre serve para conexatildeo aos pontos de medida A extremidade livre possui uma garra jacareacute denominada de terra da ponta de prova que deve ser conectada ao terra do circuito e uma ponta de entrada de sinal que deve ser conectada no ponto que se deseja medir Existem dois tipos de ponta de prova ponta de prova 11 ponta de prova 101 A ponta de prova 11 se caracteriza por aplicar agrave entrada do osciloscoacutepio a mesma tensatildeo ou forma de onda que eacute aplicada a ponta de mediccedilatildeo A ponta de prova 101 entrega ao osciloscoacutepio apenas a deacutecima parte da tensatildeo aplicada a ponta de mediccedilatildeo As pontas de prova 101 permitem que o osciloscoacutepio consiga observar tensotildees dez vezes maior que a sua capacidade Por exemplo Um osciloscoacutepio que permite a leitura de tensotildees de 50V com ponta de prova 11 com ponta de prova 101 poderaacute medir tensotildees de ateacute 500V (10x50V) Existem pontas de prova que dispotildee de um botatildeo onde se pode selecionar 101 ou 11 Obs Quando natildeo se tem total certeza da grandeza da tensatildeo envolvida eacute aconselhaacutevel iniciar a mediccedilatildeo com o posiccedilatildeo 101
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Bibliografia
1 Dispositivos semicondutores tiristores controle de potecircncia em CC e CA 1996 - ALMEIDA Joseacute Luiz Antunes de Satildeo Paulo Eacuterica 1996 150 p
2 Dispositivos semicondutores diodos e transistores 1996 MARQUES Angelo Eduardo B
CHOUERI JUacuteNIOR Salomatildeo CRUZ Eduardo Cesar Alves Satildeo Paulo Eacuterica 1996 389 p
3 Anaacutelise e projeto de fontes chaveadas MELLO Luiz Fernando P de Satildeo Paulo Eacuterica 1996 487 p
4 Eletrocircnica de potecircncia circuitos dispositivos e aplicaccedilotildees 1999 RASHID Muhammad H Satildeo Paulo Makron Books 1999 828 p
5 Eletrocircnica de potecircncia 1994 - PALMA Guilherme Rebouccedilas da Satildeo Paulo Eacuterica 1994 259 p
6 Dispositivos eletrocircnicos e teoria de circuitos - 8 ed 2004 -
BOYLESTAD Robert L NASHELSKY Louis CAMARGO Joseacute Bueno de NASCIMENTO Joseacute Lucimar do PERTENCE JUNIOR Antonio (Coord) Satildeo Paulo Pearson Prentice Hall 2004 672 p
7 Rodrigues Isac Zilli Notas de aula da disciplina de Eletrocircnica II do Curso de Engenharia
Eleacutetrica da UPF Passo Fundo RS 2000
8 Ghirardello Ariovaldo Apostila sobre Modulaccedilatildeo PWM Coleacutegio Politec
9 Electronics Workbench Versatildeo 512
10 LabcenterElectronics 1989-2008 Release 75 SP3
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A aacuterea do dissipador [cm2] Cf fator de correccedilatildeo devido agrave posiccedilatildeo e tipo de superfiacutecie Na tabela abaixo satildeo dados alguns valores para os coeficientes da foacutermula O fator Cf varia com a posiccedilatildeo do dissipador sendo preferiacutevel uma montagem vertical agrave horizontal por criar um efeito ldquochamineacuterdquo Dissipadores pretos satildeo melhores irradiadores de calor que aqueles com superfiacutecie brilhante
Comportamento em regime transitoacuterio potecircncia de pico Quando a potecircncia dissipada no semicondutor consiste de pulsos de potecircncia eacute preciso verificar a proteccedilatildeo do componente em relaccedilatildeo aos picos de dissipaccedilatildeo Durante a ocorrecircncia do pico de potecircncia ocorre a elevaccedilatildeo da temperatura da junccedilatildeo embora natildeo ocorra variaccedilatildeo nas temperaturas do encapsulamento e do dissipador (que dependem da potecircncia meacutedia) devido agrave maior capacidade teacutermica da caacutepsula e especialmente do dissipador Tal capacidade teacutermica relaciona-se com o tipo de material utilizado e seu volume Na analogia eleacutetrica utilizada anteriormente ela se comporta como uma capacitacircncia O caacutelculo da temperatura da junccedilatildeo em tal regime transitoacuterio eacute feito utilizando uma grandeza chamada ldquoimpedacircncia teacutermicardquo Ztjc que leva em consideraccedilatildeo a capacidade teacutermica da junccedilatildeo Exemplo 2 Rtjc = 2deg CW Rtca = 5deg CW Rtcd = 2deg CW Rtda = 3deg CW Ztjc = 005deg CW Tjmax = 150deg C Ta = 40deg C P = 20W Pp = 1000W
Tj = 130 oC (o componente estaacute protegido em relaccedilatildeo agrave potecircncia meacutedia) Tc = 90 oC Tj = Tc + Pp Ztjc = 140 oC
Caacutelculo dos Dissipadores
bull A temperatura de trabalho da junccedilatildeo deve ser 20 a 30 menor que seu valor maacuteximo para permitir a proteccedilatildeo do componente sem super-dimensionar o dissipador middot Para ambientes nos quais natildeo se faccedila um controle riacutegido da temperatura deve-se usar uma temperatura ambiente de 40oC
bull Caso o dissipador fique dentro de algum bastidor ou caixa na qual a temperatura possa se elevar acima dos 40oC deve-se considerar sempre a maacutexima temperatura do ar com o qual o dissipador troca calor Eacute conveniente agrave falta de maiores informaccedilotildees utilizar o valor de 40oC e verificar apoacutes a entrada em operaccedilatildeo do protoacutetipo a verdadeira temperatura ambiente
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bull Deve-se verificar a necessidade do uso de isoladores (mica teflon ou mylar) e natildeo desconsiderar suas resistecircncias teacutermicas middot O emprego de pastas teacutermicas eacute sempre recomendado e se deve considerar tambeacutem sua resistecircncia teacutermica
b) No transitoacuterio
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Apecircndice A
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Laboratoacuterio 1
Diodo Ache os componentes em sucatas e monte o circuito abaixo em placa de circuito impresso corroiacuteda Lista de material
4 Diodos 1N4007 2 Capacitores 330uF200V 2 Resistores 150K 18W 1 Suporte p lacircmpada 1 Lacircmpada 40W220V 1 Conector p placa de 2 bornes 6 Chaves HH 1 Rabicho com plugue Placa p circuito impresso virgem (fibra fenolite perfurada) Caneta retro projetor ou esmalte p unhas Palha de accedilo ou acetona e pedaccedilo de pano Soluccedilatildeo de percloreto de ferro Estanho em fio
Obs Colocar o seu nome no lado do cobre a caneta ou esmalte antes da corrosatildeo
Montado na placa o circuito acima e testado fazer os seguintes exerciacutecios 1 ndash Com o interruptor Ch7 ligado os interruptores Ch3 Ch4 Ch5 e Ch6 desligados e os interruptores Ch1 e Ch2 na posiccedilatildeo 1 faccedila a seguinte medida meccedila com o osciloscoacutepio colocando a garra jacareacute onde aparece o GND e o pinccedila no ponto 1 de forma que apareccedila somente o semi-ciclo positivo na tela tambeacutem reproduza abaixo a forma de onda encontrada e registre onde a posiccedilatildeo do zero O aparelho ajustado da seguinte forma O botatildeo de tempodivisatildeo em 5mS O botatildeo tensatildeodivisatildeo ajustado em 5V A ponteira ajustada em X10
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2 ndash Permanecendo o interruptor Ch7 ligado Ch5 e Ch6 desligados poreacutem Ch1 e Ch2 na posiccedilatildeo 2 e Ch3 e Ch4 ligados faccedila novamente a medida e reproduza na tela abaixo a forma de onda
3 - Permanecendo o interruptor Ch7 ligado Ch3 Ch4 Ch5 e Ch6 agora ligados e Ch1 e Ch2 na posiccedilatildeo 2 faccedila novamente a medida e reproduza na tela abaixo a forma de onda
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4 ndash O que aconteceu com a potecircncia (brilho) da lacircmpada Com circuito configurado como no exerciacutecio 1 e exerciacutecio 3 (aumentou ou diminuiu) Porque ocorreu isto _____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
5 ndash Qual eacute a nova potecircncia da lacircmpada Provar por meio de caacutelculos 6 ndash Por fim com o circuito configurado como no exerciacutecio 3 coloque uma lacircmpada de maior potecircncia e visualize o ripple novamente com o osciloscoacutepio explique o que ocorreu _____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
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Laboratoacuterio 2 TRANSISTOR BIPOLAR (BJT)
Os transistores de potecircncia apresentam caracteriacutesticas de chaveamento controlado Os transistores utilizados como elementos de chaveamento operam na regiatildeo de saturaccedilatildeo apresentando uma baixa queda de tensatildeo de conduccedilatildeo (VCE=0V) (VBE=13V)
Este laboratoacuterio tem o objetivo de fazer um retificador e filtro diretamente da rede alternada com componentes retirados de fontes chaveadas de computadores apoacutes o estaacutegio de retificaccedilatildeo e filtro faremos funcionar uma lacircmpada incandescente de 220 volts corrente alternada em corrente contiacutenua com o auxiacutelio de um transistor de potencia tambeacutem retirado das mesmas fontes
Calcule o R1 e monte o circuito e apoacutes responda as questotildees
Pinos 1 ndash Base 2 ndash Coletor 3 ndash Emissor
Alguns transistores encontrados em fontes chaveadas de computador Transistor VCE (V) Ic (A) β MJE13007 400 8 5
2SC4106 400 7 10
2SC5027 800 3 8
2SC5353 800 3 15
2SC2335 400 7 10
2SC4242 400 7 10
2SC5763 400 7 10
1 ndash Escolha o transistor e faccedila o calculo para descobrir R1 e depois monte o circuito Transistor escolhido ______________
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2 ndash Meccedila a corrente no ponto 1 e compare com o calculado Faccedila as observaccedilotildees necessaacuterias
Corrente no ponto (1)
Calculado
Medido _____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
3 ndash Por que existem os resistores em paralelo com os capacitores
_____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
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Laboratoacuterio 3
TRANSISTOR EFEITO DE CAMPO (FET) O transistor de potecircncia MOSFET eacute um dispositivo de tensatildeo controlada e necessita apenas de tensatildeo no gatilho A velocidade de chaveamento eacute muito alta (nanosegundos) MOSFETrsquos de potecircncia satildeo utilizados em conversores de baixa potecircncia e alta frequumlecircncia Estes transistores apresentam problemas de descargas eletrostaacuteticas necessitando de cuidados especiais Este experimento tem como objetivo mostrar o funcionamento de Mosfets em uma aplicaccedilatildeo pratica para tanto montaremos o circuito abaixo
Pinagem 1 ndash GATE 2 ndash DRAIN 3 ndash SOURCE
Alguns transistores encontrados no comeacutercio
Transistor Tensatildeo Vds(V) Corrente Id (A)
IRF840 500 85 IRF740 400 10
1 ndash Meccedila a corrente no ponto 1 Corrente no ponto 1 ______________ No ponto 2 coloque 1deg o multiacutemetro antes de ligar o circuito Meccedila a corrente no ponto 2 Corrente no ponto 2 ______________ Por que isto ocorre 2 ndash Calcule a corrente que passa entre os resistores E compare com os valores medidos e faccedila as observaccedilotildees necessaacuterias
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Laboratoacuterio 4
SCR E TRIAC
Este laboratoacuterio tem o objetivo de comprovar o funcionamento do componente SCR e TRIAC e diferenciaacute-los 1
A - Primeiramente ligue a chave 1 mantendo a chave 2 desligada o que ocorre _____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
B ndash Mantendo ligada a chave 1 ligue a chave 2 por um breve intervalo de tempo e desligue-a O que acontece Justifique sua resposta _____________________________________________________________________________________ _____________________________________________________________________________________ 2
C ndash Faccedila a mesma sequumlecircncia usada nas questotildees A e B Sequumlecircncia da questatildeo A________________________________________________________________
Sequumlecircncia da questatildeo B_________________________________________________________________
D - Faccedila as consideraccedilotildees comparando os circuitos 1 e 2
_____________________________________________________________________________________ _____________________________________________________________________________________
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3
E ndash Faccedila um comentaacuterio sobre a omissatildeo das chaves _____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
4
F - Comente os circuitos 3 e 4 haacute alguma diferenccedila no brilho da lacircmpada
_____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
Pinos do SCR e BTA 1 ndash Catodo A2 2 ndash Anodo A1 3 ndash Gatilho
Alguns SCRs encontrados no comeacutercio
Tiristor
Tensatildeo Vds(V)
Corrente Id (A)
BT151 500 85 TIC106 400 10
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Laboratoacuterio 5
DIAC E TRIAC O objetivo eacute montar o circuito abaixo e visualizar com o osciloscoacutepio a forma de onda em cima da carga no nosso caso a lacircmpada enquanto varia o potenciocircmetro
Pinagem 1 ndash A1 2 ndash A2 3 ndash G Alguns triacs encontrado no comeacutercio BTA08 ndash 8A BTA26 ndash 26A MAC224 ndash 40A TIC226 ndash 8A
Coloque a ponteira em cima da carga e deixe o potenciocircmetro no meio do curso e reproduza na tela abaixo Registre o ajuste que foi feito no osciloscoacutepio para aparecer o meio ciclo superior na tela
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Laboratoacuterio 6
PWM Este circuito eacute simples com o famoso CI 555 para gerar o sinal PWM Controlando uma carga que conseguimos observar o estaacute acontecendo
1 ndash Qual a frequumlecircncia gerada do sinal PWM _______________________________________________________________________________
_______________________________________________________________________________
2 ndash O que acontece com a lacircmpada quando varia o potenciocircmetro
_______________________________________________________________________________
_______________________________________________________________________________
3 ndash Trocando o capacitor de 100nF por um de 10nF qual seraacute a nova frequumlecircncia
_______________________________________________________________________________
_______________________________________________________________________________
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Laboratoacuterio 7
INVERSOR Este circuito eacute o conceito baacutesico do princiacutepio de funcionamento de um inversor que eacute capaz de gerar uma tensatildeo alternada a partir de uma tensatildeo contiacutenua
1 ndash O motor estaacute girando _____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
2 ndash Caso afirmativo na primeira pergunta coloque a ponteira do osciloscoacutepio em um dos terminais do motor e a garra jacareacute no terra e meccedila a frequumlecircncia _____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
3 ndash O que estaacute acontecendo com o motor em suas caracteriacutesticas fiacutesicas Mudou a velocidade estaacute aquecendo estaacute trepidando etc _____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
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Apendice B
Coacutedigo de resistores
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Capacitores ceracircmicos
O valor do capacitorB eacute de 3300 pF (picofarad = 10-12 F) ou 33 nF (nanofarad = 10-9 F) ou 00033 microF (microfarad =
10-6 F) No capacitor A devemos acrescentar mais 4 zeros apoacutes os dois primeiros algarismos O valor do capacitor que se lecirc 104 eacute de 100000 pF ou 100 nF ou 01microF
O aparecimento de uma letra maiuacutescula ao lado dos nuacutemeros Esta letra refere-se a toleracircncia do capacitor ou seja o quanto que o capacitor pode variar de seu valor em uma temperatura padratildeo de 25deg C A letra J significa que este capacitor pode variar ateacute plusmn5 de seu valor a letra K = plusmn10 ou M = plusmn20 Segue na tabela abaixo os coacutedigos de toleracircncias de capacitacircncia
Ateacute 10pF Coacutedigo Acima de 10pF
plusmn01pF B
plusmn025pF C
plusmn05pF D
plusmn10pF F plusmn1
G plusmn2
H plusmn3
J plusmn5
K plusmn10
M plusmn20
S -50 -20
Z +80 -20
ou +100 -20
P +100 -0
O coeficiente de temperatura TC que define a variaccedilatildeo da capacitacircncia dentro de uma determinada faixa de temperatura O TC eacute normalmente expresso em ou ppmdegC ( partes por milhatildeo degC ) Eacute usado uma sequumlecircncia de letras ou letras e nuacutemeros para representar os coeficientes Observe o desenho abaixo
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Na tabela abaixo estatildeo mais alguns coeficientes de temperatura e as toleracircncias que satildeo muito utilizadas por diversos fabricantes de capacitores
Coacutedigo Coeficiente de temperatura NPO -0plusmn 30ppmdegC N075 -75plusmn 30ppmdegC N150 -150plusmn 30ppmdegC N220 -220plusmn 60ppmdegC N330 -330plusmn 60ppmdegC N470 -470plusmn 60ppmdegC N750 -750plusmn 120ppmdegC N1500 -1500plusmn 250ppmdegC N2200 -2200plusmn 500ppmdegC N3300 -3300plusmn 500ppmdegC N4700 -4700plusmn 1000ppmdegC N5250 -5250plusmn 1000ppmdegC P100 +100plusmn 30ppmdegC
Outra forma de representar coeficientes de temperatura eacute mostrado abaixo Eacute usada em capacitores que se caracterizam
pela alta capacitacircncia por unidade de volume (dimensotildees reduzidas) devido a alta constante dieleacutetrica sendo recomendados para aplicaccedilatildeo em desacoplamentos acoplamentos e supressatildeo de interferecircncias em baixas tensotildees
Os coeficientes satildeo tambeacutem representados exibindo sequumlecircncias de letras e nuacutemeros como por exemplo X7R Y5F e Z5U Para um capacitor Z5U a faixa de operaccedilatildeo eacute de +10degC que significa Temperatura Miacutenima seguido de +85degC que significa Temperatura Maacutexima e uma variaccedilatildeo Maacutexima de capacitacircncia dentro desses limites de temperatura que natildeo ultrapassa -56 +22
Veja as trecircs tabelas abaixo para compreender este exemplo e entender outros coeficientes
Temperatura Miacutenima
Temperatura Maacutexima
Variaccedilatildeo Maacutexima de Capacitacircncia
X -55degC Y -30degC Z +10degC
2 +45degC 4 +65degC 5 +85degC 6 +105degC 7 +125degC
A plusmn10 B plusmn15 C plusmn22 D plusmn33 E plusmn47 F plusmn75 P plusmn10 R plusmn15 S plusmn22 T -33 +22 U -56 +22 V -82 +22
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Capacitores de filme plaacutestico
O desenho ao lado mostra capacitores que tem os seus valores impressos em nanofarad (nF) = 10-9F Quando aparece no capacitor uma letra n minuacutescula como um dos tipos apresentados ao lado por exemplo 3n3 significa que este capacitor eacute de 33nF No exemplo o n minuacutesculo eacute colocado ao meio dos nuacutemeros apenas para economizar uma viacutergula e evitar erro de interpretaccedilatildeo de seu valor
Capacitores de Ceracircmica Multicamada
Capacitores de Polieacutester Metalizado usando coacutedigo de cores
A tabela abaixo mostra como interpretar o coacutedigo de cores dos capacitores abaixo No capacitor A as 3 primeiras cores satildeo laranja laranja e laranja correspondem a 33000 equivalendo a 33 nF A cor branca logo adiante eacute referente a plusmn10 de toleracircncia E o vermelho representa a tensatildeo nominal que eacute de 250 volts
1ordf Algarismo 2ordf Algarismo 3ordf Ndeg de zeros 4ordf Toleracircncia 5ordf Tensatildeo
PRETO 0 0 - plusmn 20 -
MARROM 1 1 0 - -
VERMELHO 2 2 00 - 250V
LARANJA 3 3 000 - -
AMARELO 4 4 0000 - 400V
VERDE 5 5 00000 - -
AZUL 6 6 - - 630V
VIOLETA 7 7 - - -
CINZA 8 8 - - -
BRANCO 9 9 - plusmn 10 -
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Apecircndice C
Osciloscoacutepio Geralmente os osciloscoacutepios tecircm os controles e entradas que podem ser divididos em cinco grupos
1 ndash Controle da fonte de alimentaccedilatildeo 2 ndash Controles de ajuste do traccedilo ou ponto na tela 3 ndash Controles e entrada de atuaccedilatildeo vertical 4 ndash Controles e entrada de atuaccedilatildeo horizontal 5 ndash Controles de entrada de sincronismo
1 - CONTROLE DA FONTE DE ALIMENTACcedilAtildeO 11 - INTERRUPTOR Sua funccedilatildeo eacute interromper ou estabelecer a corrente no primaacuterio do transformador de fora Sua atuaccedilatildeo normalmente eacute acompanhada por uma lacircmpada piloto que serve de aviso visual sobre a situaccedilatildeo do circuito (ligado ou desligado) Normalmente este interruptor se encontra acoplado junto do potenciocircmetro de controle de brilho 12 - COMUTADOR DE TENSAtildeO Sua funccedilatildeo eacute selecionar a tensatildeo de funcionamento do osciloscoacutepio (127 220V) Permite utilizar o instrumento sem a necessidade de recorrer a um transformador abaixador ou elevador de tensatildeo (geralmente o acesso deste comutador eacute visto na parte de traz do aparelho) 2 - CONTROLES DE AJUSTE DO TRACcedilO OU PONTO NA TELA 21 - BRILHO OU LUMINOSIDADE Eacute o controle que ajusta a luminosidade do ponto ou do traccedilo O controle do brilho eacute feito por meio de um potenciocircmetro situado no circuito da grade de controle do TRC mediante o qual se regula o potencial desta grade (deve-se evitar o uso de brilho excessivo sob pena de se danificar a tela) 22 - FOCO Eacute o controle que ajusta a nitidez do ponto ou traccedilo luminoso O ajuste do foco eacute conseguido mediante a regulagem de um potenciocircmetro que regula a polarizaccedilatildeo do eletrodo de enfoque O foco deve ser ajustado de forma a se obter um traccedilo fino e niacutetido na tela (estes ajustes de brilho e de foco satildeo ajustes baacutesicos que devem ser feitos sempre que se for usar o osciloscoacutepio)
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23 - ILUMINACcedilAtildeO DA RETIacuteCULA Permite que se ilumine o quadriculado ou as divisotildees na tela 3 - CONTROLES E ENTRADA DE ATUACcedilAtildeO VERTICAL 31 - ENTRADA DE SINAL VERTICAL Nesta entrada eacute conectada a ponta de prova do osciloscoacutepio As variaccedilotildees de tensatildeo aplicadas nesta entrada aparecem sob forma de figura na tela 32 - CHAVE DE SELECcedilAtildeO DE MODO DE ENTRADA (CA-CC) Esta chave eacute selecionada de acordo com o tipo de forma de onda a ser observada Em alguns osciloscoacutepios esta chave possui trecircs posiccedilotildees (CA-0-CC ou AC-GND-DC) Esta posiccedilatildeo adicional eacute usada para a realizaccedilatildeo de ajustes do traccedilo do osciloscoacutepio em algumas situaccedilotildees Por exemplo quando se deseja Uma referecircncia na tela 33 - CHAVE SELETORA DE GANHO (VDiv) Esta chave permite que se aumente ou que se diminua a amplitude de projeccedilatildeo na tela do osciloscoacutepio (altura da imagem) 34 - POSICcedilAtildeO VERTICAL Permite movimentar a imagem para cima ou para baixo na tela A movimentaccedilatildeo natildeo interfere na forma da figura projetada na tela 4 - CONTROLES DE ATUACcedilAO HORIZONTAL 41 - CHAVE SELETORA DE BASE DE TEMPO Eacute o controle que permite variar o tempo de deslocamento horizontal do ponto na tela Atraveacutes deste controle eacute possiacutevel reduzir ou ampliar horizontalmente na tela a figura nela projetada Em alguns osciloscoacutepios esta chave seletora tem uma posiccedilatildeo identificada como EXT (externa) o que possibilita que o deslocamento horizontal pode ser controlado por circuito externo ao osciloscoacutepio atraveacutes de uma entrada especiacutefica Quando a posiccedilatildeo externa eacute selecionada natildeo haacute formaccedilatildeo do traccedilo na tela obtendo-se apenas um ponto 42 - POSICcedilAtildeO HORIZONTAL Eacute o ajuste que permite controlar horizontalmente a forma de onda na tela Girando o controle de posiccedilatildeo horizontal para a direita o traccedilo move-se horizontalmente para a direita e vice-versa Assim como o controle de posiccedilatildeo vertical o controle de posiccedilatildeo horizontal natildeo interfere na forma da figura projetada na tela
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5 - CONTROLES E ENTRADA DE SINCRONISMO (TRIGGER) Satildeo controles que se destinam a fixar a imagem na tela Estes controles satildeo utilizados principalmente na observaccedilatildeo de sinais alternados Os controles de sincronismo satildeo Chave seletora de fonte de sincronismo Chave de modo de sincronismo Controle de niacutevel de sincronismo 51 - CHAVE SELETORA DE FONTE DE SINCRONISMO Seleciona onde seraacute tomada o sinal de sincronismo para fixar a imagem na tela do osciloscoacutepio Normalmente esta chave possui trecircs posiccedilotildees pelo menos POSICcedilAtildeO CH1 O sincronismo eacute controlado pelo sinal aplicado ao canal 1 POSICcedilAtildeO REDE Realiza o sincronismo com base na frequecircncia da rede de alimentaccedilatildeo do osciloscoacutepio (60Hz) Nesta posiccedilatildeo consegue-se facilmente sincronizar na tela sinais aplicados na entrada vertical que sejam obtidos a partir da rede eleacutetrica POSICcedilAtildeO EXTERNO Na posiccedilatildeo externo o sincronismo da figura eacute obtido agrave partir de outro equipamento externo conectado ao osciloscoacutepio O sinal que controla o sincronismo na posiccedilatildeo externo eacute aplicado a entrada de sincronismo 52 - CHAVE DE MODO DE SINCRONISMO Normalmente esta chave tem duas ou trecircs posiccedilotildees AUTO Nesta posiccedilatildeo o osciloscoacutepio realiza o sincronismo automaticamente com base no sinal selecionado pela chave seletora de fonte de sincronismo NORMAL + O sincronismo eacute positivo ajustado manualmente pelo controle de niacutevel de sincronismo (TRIGGER) de modo que o primeiro pico que apareccedila na tela seja o positivo NORMAL - O sincronismo eacute negativo tambeacutem ajustado manualmente entretanto o primeiro pico a aparecer eacute o negativo 53 - CONTROLE DE NIacuteVEL DE SINCRONISMO (TRIGGER) Eacute um controle manual que permite o ajuste do sincronismo quando natildeo se consegue um sincronismo automaacutetico Tem atuaccedilatildeo nas posiccedilotildees NORMAL + e NORMAL - OBSERVACcedilAtildeO Para se realizar leituras eacute necessaacuterio sincronizar a figura na tela II - ENTRADA E CONTROLE DO OSCILOSCOacutePIO DUPLO TRACcedilO O osciloscoacutepio de duplo traccedilo possui alguns controles que satildeo comuns aos dois traccedilos e outros que satildeo individuais Os controles de brilho foco base de tempo e de posiccedilatildeo horizontal satildeo controles que satildeo comuns aos dois traccedilos Basicamente os controles individuais situam-se nas entradas e controles do vertical nos controles e entrada de sincronismo ENTRADAS E CONTROLES DO VERTICAL Para que se possa observar dois sinais simultaneamente eacute necessaacuterio que se aplique uma tensatildeo em cada uma das entradas verticais O osciloscoacutepio duplo traccedilo dispotildee de dois grupos de controles verticais Um grupo para o canal A ou canal 1 (CH1) Um grupo para o canal B ou canal 2 (CH2) Cada grupo controla um dos sinais na tela (amplitude posiccedilatildeo vertical etc) Geralmente satildeo iguais Cada canal dispotildee de Entrada Vertical Chave Seletora CA-O-CC Chave Seletora de ganho vertical (DDiv) Posiccedilatildeo vertical Um osciloscoacutepio de duplo traccedilo pode ainda ser utilizado como sendo um osciloscoacutepio de traccedilo simples Uma chave seletora permite que se possa selecionar cada canal individualmente ou os dois simultaneamente Esta chave possui pelo menos trecircs posiccedilotildees CH1
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CH2 DUAL Na posiccedilatildeo CH1 apareceraacute apenas a imagem na tela que estiver sendo aplicada na entrada vertical do canal 1 Na posiccedilatildeo CH2 apareceraacute apenas a imagem na tela que estiver sendo aplicada na entrada vertical do canal 2 Na posiccedilatildeo DUAL aparecem as duas imagens Em osciloscoacutepios mais sofisticados esta chave pode possuir mais posiccedilotildees de modo a permitir outras alternativas de uso CONTROLES DE SINCRONISMO Realizam as mesmas funccedilotildees do osciloscoacutepio traccedilo simples que eacute a de fixar a imagem na tela O que diferencia eacute o fato de que na chave seletora de fonte existe uma posiccedilatildeo adicional de modo a poder sincronizar a figura PONTAS DE PROVA As pontas de prova satildeo utilizadas para interligar o osciloscoacutepio aos pontos de medida
Uma das extremidades da ponta de prova eacute conectada a uma das entradas do osciloscoacutepio atraveacutes de um conector e a extremidade livre serve para conexatildeo aos pontos de medida A extremidade livre possui uma garra jacareacute denominada de terra da ponta de prova que deve ser conectada ao terra do circuito e uma ponta de entrada de sinal que deve ser conectada no ponto que se deseja medir Existem dois tipos de ponta de prova ponta de prova 11 ponta de prova 101 A ponta de prova 11 se caracteriza por aplicar agrave entrada do osciloscoacutepio a mesma tensatildeo ou forma de onda que eacute aplicada a ponta de mediccedilatildeo A ponta de prova 101 entrega ao osciloscoacutepio apenas a deacutecima parte da tensatildeo aplicada a ponta de mediccedilatildeo As pontas de prova 101 permitem que o osciloscoacutepio consiga observar tensotildees dez vezes maior que a sua capacidade Por exemplo Um osciloscoacutepio que permite a leitura de tensotildees de 50V com ponta de prova 11 com ponta de prova 101 poderaacute medir tensotildees de ateacute 500V (10x50V) Existem pontas de prova que dispotildee de um botatildeo onde se pode selecionar 101 ou 11 Obs Quando natildeo se tem total certeza da grandeza da tensatildeo envolvida eacute aconselhaacutevel iniciar a mediccedilatildeo com o posiccedilatildeo 101
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Bibliografia
1 Dispositivos semicondutores tiristores controle de potecircncia em CC e CA 1996 - ALMEIDA Joseacute Luiz Antunes de Satildeo Paulo Eacuterica 1996 150 p
2 Dispositivos semicondutores diodos e transistores 1996 MARQUES Angelo Eduardo B
CHOUERI JUacuteNIOR Salomatildeo CRUZ Eduardo Cesar Alves Satildeo Paulo Eacuterica 1996 389 p
3 Anaacutelise e projeto de fontes chaveadas MELLO Luiz Fernando P de Satildeo Paulo Eacuterica 1996 487 p
4 Eletrocircnica de potecircncia circuitos dispositivos e aplicaccedilotildees 1999 RASHID Muhammad H Satildeo Paulo Makron Books 1999 828 p
5 Eletrocircnica de potecircncia 1994 - PALMA Guilherme Rebouccedilas da Satildeo Paulo Eacuterica 1994 259 p
6 Dispositivos eletrocircnicos e teoria de circuitos - 8 ed 2004 -
BOYLESTAD Robert L NASHELSKY Louis CAMARGO Joseacute Bueno de NASCIMENTO Joseacute Lucimar do PERTENCE JUNIOR Antonio (Coord) Satildeo Paulo Pearson Prentice Hall 2004 672 p
7 Rodrigues Isac Zilli Notas de aula da disciplina de Eletrocircnica II do Curso de Engenharia
Eleacutetrica da UPF Passo Fundo RS 2000
8 Ghirardello Ariovaldo Apostila sobre Modulaccedilatildeo PWM Coleacutegio Politec
9 Electronics Workbench Versatildeo 512
10 LabcenterElectronics 1989-2008 Release 75 SP3
36
bull Deve-se verificar a necessidade do uso de isoladores (mica teflon ou mylar) e natildeo desconsiderar suas resistecircncias teacutermicas middot O emprego de pastas teacutermicas eacute sempre recomendado e se deve considerar tambeacutem sua resistecircncia teacutermica
b) No transitoacuterio
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Apecircndice A
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Laboratoacuterio 1
Diodo Ache os componentes em sucatas e monte o circuito abaixo em placa de circuito impresso corroiacuteda Lista de material
4 Diodos 1N4007 2 Capacitores 330uF200V 2 Resistores 150K 18W 1 Suporte p lacircmpada 1 Lacircmpada 40W220V 1 Conector p placa de 2 bornes 6 Chaves HH 1 Rabicho com plugue Placa p circuito impresso virgem (fibra fenolite perfurada) Caneta retro projetor ou esmalte p unhas Palha de accedilo ou acetona e pedaccedilo de pano Soluccedilatildeo de percloreto de ferro Estanho em fio
Obs Colocar o seu nome no lado do cobre a caneta ou esmalte antes da corrosatildeo
Montado na placa o circuito acima e testado fazer os seguintes exerciacutecios 1 ndash Com o interruptor Ch7 ligado os interruptores Ch3 Ch4 Ch5 e Ch6 desligados e os interruptores Ch1 e Ch2 na posiccedilatildeo 1 faccedila a seguinte medida meccedila com o osciloscoacutepio colocando a garra jacareacute onde aparece o GND e o pinccedila no ponto 1 de forma que apareccedila somente o semi-ciclo positivo na tela tambeacutem reproduza abaixo a forma de onda encontrada e registre onde a posiccedilatildeo do zero O aparelho ajustado da seguinte forma O botatildeo de tempodivisatildeo em 5mS O botatildeo tensatildeodivisatildeo ajustado em 5V A ponteira ajustada em X10
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2 ndash Permanecendo o interruptor Ch7 ligado Ch5 e Ch6 desligados poreacutem Ch1 e Ch2 na posiccedilatildeo 2 e Ch3 e Ch4 ligados faccedila novamente a medida e reproduza na tela abaixo a forma de onda
3 - Permanecendo o interruptor Ch7 ligado Ch3 Ch4 Ch5 e Ch6 agora ligados e Ch1 e Ch2 na posiccedilatildeo 2 faccedila novamente a medida e reproduza na tela abaixo a forma de onda
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4 ndash O que aconteceu com a potecircncia (brilho) da lacircmpada Com circuito configurado como no exerciacutecio 1 e exerciacutecio 3 (aumentou ou diminuiu) Porque ocorreu isto _____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
5 ndash Qual eacute a nova potecircncia da lacircmpada Provar por meio de caacutelculos 6 ndash Por fim com o circuito configurado como no exerciacutecio 3 coloque uma lacircmpada de maior potecircncia e visualize o ripple novamente com o osciloscoacutepio explique o que ocorreu _____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
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Laboratoacuterio 2 TRANSISTOR BIPOLAR (BJT)
Os transistores de potecircncia apresentam caracteriacutesticas de chaveamento controlado Os transistores utilizados como elementos de chaveamento operam na regiatildeo de saturaccedilatildeo apresentando uma baixa queda de tensatildeo de conduccedilatildeo (VCE=0V) (VBE=13V)
Este laboratoacuterio tem o objetivo de fazer um retificador e filtro diretamente da rede alternada com componentes retirados de fontes chaveadas de computadores apoacutes o estaacutegio de retificaccedilatildeo e filtro faremos funcionar uma lacircmpada incandescente de 220 volts corrente alternada em corrente contiacutenua com o auxiacutelio de um transistor de potencia tambeacutem retirado das mesmas fontes
Calcule o R1 e monte o circuito e apoacutes responda as questotildees
Pinos 1 ndash Base 2 ndash Coletor 3 ndash Emissor
Alguns transistores encontrados em fontes chaveadas de computador Transistor VCE (V) Ic (A) β MJE13007 400 8 5
2SC4106 400 7 10
2SC5027 800 3 8
2SC5353 800 3 15
2SC2335 400 7 10
2SC4242 400 7 10
2SC5763 400 7 10
1 ndash Escolha o transistor e faccedila o calculo para descobrir R1 e depois monte o circuito Transistor escolhido ______________
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2 ndash Meccedila a corrente no ponto 1 e compare com o calculado Faccedila as observaccedilotildees necessaacuterias
Corrente no ponto (1)
Calculado
Medido _____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
3 ndash Por que existem os resistores em paralelo com os capacitores
_____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
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Laboratoacuterio 3
TRANSISTOR EFEITO DE CAMPO (FET) O transistor de potecircncia MOSFET eacute um dispositivo de tensatildeo controlada e necessita apenas de tensatildeo no gatilho A velocidade de chaveamento eacute muito alta (nanosegundos) MOSFETrsquos de potecircncia satildeo utilizados em conversores de baixa potecircncia e alta frequumlecircncia Estes transistores apresentam problemas de descargas eletrostaacuteticas necessitando de cuidados especiais Este experimento tem como objetivo mostrar o funcionamento de Mosfets em uma aplicaccedilatildeo pratica para tanto montaremos o circuito abaixo
Pinagem 1 ndash GATE 2 ndash DRAIN 3 ndash SOURCE
Alguns transistores encontrados no comeacutercio
Transistor Tensatildeo Vds(V) Corrente Id (A)
IRF840 500 85 IRF740 400 10
1 ndash Meccedila a corrente no ponto 1 Corrente no ponto 1 ______________ No ponto 2 coloque 1deg o multiacutemetro antes de ligar o circuito Meccedila a corrente no ponto 2 Corrente no ponto 2 ______________ Por que isto ocorre 2 ndash Calcule a corrente que passa entre os resistores E compare com os valores medidos e faccedila as observaccedilotildees necessaacuterias
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Laboratoacuterio 4
SCR E TRIAC
Este laboratoacuterio tem o objetivo de comprovar o funcionamento do componente SCR e TRIAC e diferenciaacute-los 1
A - Primeiramente ligue a chave 1 mantendo a chave 2 desligada o que ocorre _____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
B ndash Mantendo ligada a chave 1 ligue a chave 2 por um breve intervalo de tempo e desligue-a O que acontece Justifique sua resposta _____________________________________________________________________________________ _____________________________________________________________________________________ 2
C ndash Faccedila a mesma sequumlecircncia usada nas questotildees A e B Sequumlecircncia da questatildeo A________________________________________________________________
Sequumlecircncia da questatildeo B_________________________________________________________________
D - Faccedila as consideraccedilotildees comparando os circuitos 1 e 2
_____________________________________________________________________________________ _____________________________________________________________________________________
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3
E ndash Faccedila um comentaacuterio sobre a omissatildeo das chaves _____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
4
F - Comente os circuitos 3 e 4 haacute alguma diferenccedila no brilho da lacircmpada
_____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
Pinos do SCR e BTA 1 ndash Catodo A2 2 ndash Anodo A1 3 ndash Gatilho
Alguns SCRs encontrados no comeacutercio
Tiristor
Tensatildeo Vds(V)
Corrente Id (A)
BT151 500 85 TIC106 400 10
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Laboratoacuterio 5
DIAC E TRIAC O objetivo eacute montar o circuito abaixo e visualizar com o osciloscoacutepio a forma de onda em cima da carga no nosso caso a lacircmpada enquanto varia o potenciocircmetro
Pinagem 1 ndash A1 2 ndash A2 3 ndash G Alguns triacs encontrado no comeacutercio BTA08 ndash 8A BTA26 ndash 26A MAC224 ndash 40A TIC226 ndash 8A
Coloque a ponteira em cima da carga e deixe o potenciocircmetro no meio do curso e reproduza na tela abaixo Registre o ajuste que foi feito no osciloscoacutepio para aparecer o meio ciclo superior na tela
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Laboratoacuterio 6
PWM Este circuito eacute simples com o famoso CI 555 para gerar o sinal PWM Controlando uma carga que conseguimos observar o estaacute acontecendo
1 ndash Qual a frequumlecircncia gerada do sinal PWM _______________________________________________________________________________
_______________________________________________________________________________
2 ndash O que acontece com a lacircmpada quando varia o potenciocircmetro
_______________________________________________________________________________
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3 ndash Trocando o capacitor de 100nF por um de 10nF qual seraacute a nova frequumlecircncia
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Laboratoacuterio 7
INVERSOR Este circuito eacute o conceito baacutesico do princiacutepio de funcionamento de um inversor que eacute capaz de gerar uma tensatildeo alternada a partir de uma tensatildeo contiacutenua
1 ndash O motor estaacute girando _____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
2 ndash Caso afirmativo na primeira pergunta coloque a ponteira do osciloscoacutepio em um dos terminais do motor e a garra jacareacute no terra e meccedila a frequumlecircncia _____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
3 ndash O que estaacute acontecendo com o motor em suas caracteriacutesticas fiacutesicas Mudou a velocidade estaacute aquecendo estaacute trepidando etc _____________________________________________________________________________________
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Apendice B
Coacutedigo de resistores
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Capacitores ceracircmicos
O valor do capacitorB eacute de 3300 pF (picofarad = 10-12 F) ou 33 nF (nanofarad = 10-9 F) ou 00033 microF (microfarad =
10-6 F) No capacitor A devemos acrescentar mais 4 zeros apoacutes os dois primeiros algarismos O valor do capacitor que se lecirc 104 eacute de 100000 pF ou 100 nF ou 01microF
O aparecimento de uma letra maiuacutescula ao lado dos nuacutemeros Esta letra refere-se a toleracircncia do capacitor ou seja o quanto que o capacitor pode variar de seu valor em uma temperatura padratildeo de 25deg C A letra J significa que este capacitor pode variar ateacute plusmn5 de seu valor a letra K = plusmn10 ou M = plusmn20 Segue na tabela abaixo os coacutedigos de toleracircncias de capacitacircncia
Ateacute 10pF Coacutedigo Acima de 10pF
plusmn01pF B
plusmn025pF C
plusmn05pF D
plusmn10pF F plusmn1
G plusmn2
H plusmn3
J plusmn5
K plusmn10
M plusmn20
S -50 -20
Z +80 -20
ou +100 -20
P +100 -0
O coeficiente de temperatura TC que define a variaccedilatildeo da capacitacircncia dentro de uma determinada faixa de temperatura O TC eacute normalmente expresso em ou ppmdegC ( partes por milhatildeo degC ) Eacute usado uma sequumlecircncia de letras ou letras e nuacutemeros para representar os coeficientes Observe o desenho abaixo
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Na tabela abaixo estatildeo mais alguns coeficientes de temperatura e as toleracircncias que satildeo muito utilizadas por diversos fabricantes de capacitores
Coacutedigo Coeficiente de temperatura NPO -0plusmn 30ppmdegC N075 -75plusmn 30ppmdegC N150 -150plusmn 30ppmdegC N220 -220plusmn 60ppmdegC N330 -330plusmn 60ppmdegC N470 -470plusmn 60ppmdegC N750 -750plusmn 120ppmdegC N1500 -1500plusmn 250ppmdegC N2200 -2200plusmn 500ppmdegC N3300 -3300plusmn 500ppmdegC N4700 -4700plusmn 1000ppmdegC N5250 -5250plusmn 1000ppmdegC P100 +100plusmn 30ppmdegC
Outra forma de representar coeficientes de temperatura eacute mostrado abaixo Eacute usada em capacitores que se caracterizam
pela alta capacitacircncia por unidade de volume (dimensotildees reduzidas) devido a alta constante dieleacutetrica sendo recomendados para aplicaccedilatildeo em desacoplamentos acoplamentos e supressatildeo de interferecircncias em baixas tensotildees
Os coeficientes satildeo tambeacutem representados exibindo sequumlecircncias de letras e nuacutemeros como por exemplo X7R Y5F e Z5U Para um capacitor Z5U a faixa de operaccedilatildeo eacute de +10degC que significa Temperatura Miacutenima seguido de +85degC que significa Temperatura Maacutexima e uma variaccedilatildeo Maacutexima de capacitacircncia dentro desses limites de temperatura que natildeo ultrapassa -56 +22
Veja as trecircs tabelas abaixo para compreender este exemplo e entender outros coeficientes
Temperatura Miacutenima
Temperatura Maacutexima
Variaccedilatildeo Maacutexima de Capacitacircncia
X -55degC Y -30degC Z +10degC
2 +45degC 4 +65degC 5 +85degC 6 +105degC 7 +125degC
A plusmn10 B plusmn15 C plusmn22 D plusmn33 E plusmn47 F plusmn75 P plusmn10 R plusmn15 S plusmn22 T -33 +22 U -56 +22 V -82 +22
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Capacitores de filme plaacutestico
O desenho ao lado mostra capacitores que tem os seus valores impressos em nanofarad (nF) = 10-9F Quando aparece no capacitor uma letra n minuacutescula como um dos tipos apresentados ao lado por exemplo 3n3 significa que este capacitor eacute de 33nF No exemplo o n minuacutesculo eacute colocado ao meio dos nuacutemeros apenas para economizar uma viacutergula e evitar erro de interpretaccedilatildeo de seu valor
Capacitores de Ceracircmica Multicamada
Capacitores de Polieacutester Metalizado usando coacutedigo de cores
A tabela abaixo mostra como interpretar o coacutedigo de cores dos capacitores abaixo No capacitor A as 3 primeiras cores satildeo laranja laranja e laranja correspondem a 33000 equivalendo a 33 nF A cor branca logo adiante eacute referente a plusmn10 de toleracircncia E o vermelho representa a tensatildeo nominal que eacute de 250 volts
1ordf Algarismo 2ordf Algarismo 3ordf Ndeg de zeros 4ordf Toleracircncia 5ordf Tensatildeo
PRETO 0 0 - plusmn 20 -
MARROM 1 1 0 - -
VERMELHO 2 2 00 - 250V
LARANJA 3 3 000 - -
AMARELO 4 4 0000 - 400V
VERDE 5 5 00000 - -
AZUL 6 6 - - 630V
VIOLETA 7 7 - - -
CINZA 8 8 - - -
BRANCO 9 9 - plusmn 10 -
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Apecircndice C
Osciloscoacutepio Geralmente os osciloscoacutepios tecircm os controles e entradas que podem ser divididos em cinco grupos
1 ndash Controle da fonte de alimentaccedilatildeo 2 ndash Controles de ajuste do traccedilo ou ponto na tela 3 ndash Controles e entrada de atuaccedilatildeo vertical 4 ndash Controles e entrada de atuaccedilatildeo horizontal 5 ndash Controles de entrada de sincronismo
1 - CONTROLE DA FONTE DE ALIMENTACcedilAtildeO 11 - INTERRUPTOR Sua funccedilatildeo eacute interromper ou estabelecer a corrente no primaacuterio do transformador de fora Sua atuaccedilatildeo normalmente eacute acompanhada por uma lacircmpada piloto que serve de aviso visual sobre a situaccedilatildeo do circuito (ligado ou desligado) Normalmente este interruptor se encontra acoplado junto do potenciocircmetro de controle de brilho 12 - COMUTADOR DE TENSAtildeO Sua funccedilatildeo eacute selecionar a tensatildeo de funcionamento do osciloscoacutepio (127 220V) Permite utilizar o instrumento sem a necessidade de recorrer a um transformador abaixador ou elevador de tensatildeo (geralmente o acesso deste comutador eacute visto na parte de traz do aparelho) 2 - CONTROLES DE AJUSTE DO TRACcedilO OU PONTO NA TELA 21 - BRILHO OU LUMINOSIDADE Eacute o controle que ajusta a luminosidade do ponto ou do traccedilo O controle do brilho eacute feito por meio de um potenciocircmetro situado no circuito da grade de controle do TRC mediante o qual se regula o potencial desta grade (deve-se evitar o uso de brilho excessivo sob pena de se danificar a tela) 22 - FOCO Eacute o controle que ajusta a nitidez do ponto ou traccedilo luminoso O ajuste do foco eacute conseguido mediante a regulagem de um potenciocircmetro que regula a polarizaccedilatildeo do eletrodo de enfoque O foco deve ser ajustado de forma a se obter um traccedilo fino e niacutetido na tela (estes ajustes de brilho e de foco satildeo ajustes baacutesicos que devem ser feitos sempre que se for usar o osciloscoacutepio)
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23 - ILUMINACcedilAtildeO DA RETIacuteCULA Permite que se ilumine o quadriculado ou as divisotildees na tela 3 - CONTROLES E ENTRADA DE ATUACcedilAtildeO VERTICAL 31 - ENTRADA DE SINAL VERTICAL Nesta entrada eacute conectada a ponta de prova do osciloscoacutepio As variaccedilotildees de tensatildeo aplicadas nesta entrada aparecem sob forma de figura na tela 32 - CHAVE DE SELECcedilAtildeO DE MODO DE ENTRADA (CA-CC) Esta chave eacute selecionada de acordo com o tipo de forma de onda a ser observada Em alguns osciloscoacutepios esta chave possui trecircs posiccedilotildees (CA-0-CC ou AC-GND-DC) Esta posiccedilatildeo adicional eacute usada para a realizaccedilatildeo de ajustes do traccedilo do osciloscoacutepio em algumas situaccedilotildees Por exemplo quando se deseja Uma referecircncia na tela 33 - CHAVE SELETORA DE GANHO (VDiv) Esta chave permite que se aumente ou que se diminua a amplitude de projeccedilatildeo na tela do osciloscoacutepio (altura da imagem) 34 - POSICcedilAtildeO VERTICAL Permite movimentar a imagem para cima ou para baixo na tela A movimentaccedilatildeo natildeo interfere na forma da figura projetada na tela 4 - CONTROLES DE ATUACcedilAO HORIZONTAL 41 - CHAVE SELETORA DE BASE DE TEMPO Eacute o controle que permite variar o tempo de deslocamento horizontal do ponto na tela Atraveacutes deste controle eacute possiacutevel reduzir ou ampliar horizontalmente na tela a figura nela projetada Em alguns osciloscoacutepios esta chave seletora tem uma posiccedilatildeo identificada como EXT (externa) o que possibilita que o deslocamento horizontal pode ser controlado por circuito externo ao osciloscoacutepio atraveacutes de uma entrada especiacutefica Quando a posiccedilatildeo externa eacute selecionada natildeo haacute formaccedilatildeo do traccedilo na tela obtendo-se apenas um ponto 42 - POSICcedilAtildeO HORIZONTAL Eacute o ajuste que permite controlar horizontalmente a forma de onda na tela Girando o controle de posiccedilatildeo horizontal para a direita o traccedilo move-se horizontalmente para a direita e vice-versa Assim como o controle de posiccedilatildeo vertical o controle de posiccedilatildeo horizontal natildeo interfere na forma da figura projetada na tela
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5 - CONTROLES E ENTRADA DE SINCRONISMO (TRIGGER) Satildeo controles que se destinam a fixar a imagem na tela Estes controles satildeo utilizados principalmente na observaccedilatildeo de sinais alternados Os controles de sincronismo satildeo Chave seletora de fonte de sincronismo Chave de modo de sincronismo Controle de niacutevel de sincronismo 51 - CHAVE SELETORA DE FONTE DE SINCRONISMO Seleciona onde seraacute tomada o sinal de sincronismo para fixar a imagem na tela do osciloscoacutepio Normalmente esta chave possui trecircs posiccedilotildees pelo menos POSICcedilAtildeO CH1 O sincronismo eacute controlado pelo sinal aplicado ao canal 1 POSICcedilAtildeO REDE Realiza o sincronismo com base na frequecircncia da rede de alimentaccedilatildeo do osciloscoacutepio (60Hz) Nesta posiccedilatildeo consegue-se facilmente sincronizar na tela sinais aplicados na entrada vertical que sejam obtidos a partir da rede eleacutetrica POSICcedilAtildeO EXTERNO Na posiccedilatildeo externo o sincronismo da figura eacute obtido agrave partir de outro equipamento externo conectado ao osciloscoacutepio O sinal que controla o sincronismo na posiccedilatildeo externo eacute aplicado a entrada de sincronismo 52 - CHAVE DE MODO DE SINCRONISMO Normalmente esta chave tem duas ou trecircs posiccedilotildees AUTO Nesta posiccedilatildeo o osciloscoacutepio realiza o sincronismo automaticamente com base no sinal selecionado pela chave seletora de fonte de sincronismo NORMAL + O sincronismo eacute positivo ajustado manualmente pelo controle de niacutevel de sincronismo (TRIGGER) de modo que o primeiro pico que apareccedila na tela seja o positivo NORMAL - O sincronismo eacute negativo tambeacutem ajustado manualmente entretanto o primeiro pico a aparecer eacute o negativo 53 - CONTROLE DE NIacuteVEL DE SINCRONISMO (TRIGGER) Eacute um controle manual que permite o ajuste do sincronismo quando natildeo se consegue um sincronismo automaacutetico Tem atuaccedilatildeo nas posiccedilotildees NORMAL + e NORMAL - OBSERVACcedilAtildeO Para se realizar leituras eacute necessaacuterio sincronizar a figura na tela II - ENTRADA E CONTROLE DO OSCILOSCOacutePIO DUPLO TRACcedilO O osciloscoacutepio de duplo traccedilo possui alguns controles que satildeo comuns aos dois traccedilos e outros que satildeo individuais Os controles de brilho foco base de tempo e de posiccedilatildeo horizontal satildeo controles que satildeo comuns aos dois traccedilos Basicamente os controles individuais situam-se nas entradas e controles do vertical nos controles e entrada de sincronismo ENTRADAS E CONTROLES DO VERTICAL Para que se possa observar dois sinais simultaneamente eacute necessaacuterio que se aplique uma tensatildeo em cada uma das entradas verticais O osciloscoacutepio duplo traccedilo dispotildee de dois grupos de controles verticais Um grupo para o canal A ou canal 1 (CH1) Um grupo para o canal B ou canal 2 (CH2) Cada grupo controla um dos sinais na tela (amplitude posiccedilatildeo vertical etc) Geralmente satildeo iguais Cada canal dispotildee de Entrada Vertical Chave Seletora CA-O-CC Chave Seletora de ganho vertical (DDiv) Posiccedilatildeo vertical Um osciloscoacutepio de duplo traccedilo pode ainda ser utilizado como sendo um osciloscoacutepio de traccedilo simples Uma chave seletora permite que se possa selecionar cada canal individualmente ou os dois simultaneamente Esta chave possui pelo menos trecircs posiccedilotildees CH1
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CH2 DUAL Na posiccedilatildeo CH1 apareceraacute apenas a imagem na tela que estiver sendo aplicada na entrada vertical do canal 1 Na posiccedilatildeo CH2 apareceraacute apenas a imagem na tela que estiver sendo aplicada na entrada vertical do canal 2 Na posiccedilatildeo DUAL aparecem as duas imagens Em osciloscoacutepios mais sofisticados esta chave pode possuir mais posiccedilotildees de modo a permitir outras alternativas de uso CONTROLES DE SINCRONISMO Realizam as mesmas funccedilotildees do osciloscoacutepio traccedilo simples que eacute a de fixar a imagem na tela O que diferencia eacute o fato de que na chave seletora de fonte existe uma posiccedilatildeo adicional de modo a poder sincronizar a figura PONTAS DE PROVA As pontas de prova satildeo utilizadas para interligar o osciloscoacutepio aos pontos de medida
Uma das extremidades da ponta de prova eacute conectada a uma das entradas do osciloscoacutepio atraveacutes de um conector e a extremidade livre serve para conexatildeo aos pontos de medida A extremidade livre possui uma garra jacareacute denominada de terra da ponta de prova que deve ser conectada ao terra do circuito e uma ponta de entrada de sinal que deve ser conectada no ponto que se deseja medir Existem dois tipos de ponta de prova ponta de prova 11 ponta de prova 101 A ponta de prova 11 se caracteriza por aplicar agrave entrada do osciloscoacutepio a mesma tensatildeo ou forma de onda que eacute aplicada a ponta de mediccedilatildeo A ponta de prova 101 entrega ao osciloscoacutepio apenas a deacutecima parte da tensatildeo aplicada a ponta de mediccedilatildeo As pontas de prova 101 permitem que o osciloscoacutepio consiga observar tensotildees dez vezes maior que a sua capacidade Por exemplo Um osciloscoacutepio que permite a leitura de tensotildees de 50V com ponta de prova 11 com ponta de prova 101 poderaacute medir tensotildees de ateacute 500V (10x50V) Existem pontas de prova que dispotildee de um botatildeo onde se pode selecionar 101 ou 11 Obs Quando natildeo se tem total certeza da grandeza da tensatildeo envolvida eacute aconselhaacutevel iniciar a mediccedilatildeo com o posiccedilatildeo 101
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Bibliografia
1 Dispositivos semicondutores tiristores controle de potecircncia em CC e CA 1996 - ALMEIDA Joseacute Luiz Antunes de Satildeo Paulo Eacuterica 1996 150 p
2 Dispositivos semicondutores diodos e transistores 1996 MARQUES Angelo Eduardo B
CHOUERI JUacuteNIOR Salomatildeo CRUZ Eduardo Cesar Alves Satildeo Paulo Eacuterica 1996 389 p
3 Anaacutelise e projeto de fontes chaveadas MELLO Luiz Fernando P de Satildeo Paulo Eacuterica 1996 487 p
4 Eletrocircnica de potecircncia circuitos dispositivos e aplicaccedilotildees 1999 RASHID Muhammad H Satildeo Paulo Makron Books 1999 828 p
5 Eletrocircnica de potecircncia 1994 - PALMA Guilherme Rebouccedilas da Satildeo Paulo Eacuterica 1994 259 p
6 Dispositivos eletrocircnicos e teoria de circuitos - 8 ed 2004 -
BOYLESTAD Robert L NASHELSKY Louis CAMARGO Joseacute Bueno de NASCIMENTO Joseacute Lucimar do PERTENCE JUNIOR Antonio (Coord) Satildeo Paulo Pearson Prentice Hall 2004 672 p
7 Rodrigues Isac Zilli Notas de aula da disciplina de Eletrocircnica II do Curso de Engenharia
Eleacutetrica da UPF Passo Fundo RS 2000
8 Ghirardello Ariovaldo Apostila sobre Modulaccedilatildeo PWM Coleacutegio Politec
9 Electronics Workbench Versatildeo 512
10 LabcenterElectronics 1989-2008 Release 75 SP3
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Apecircndice A
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Laboratoacuterio 1
Diodo Ache os componentes em sucatas e monte o circuito abaixo em placa de circuito impresso corroiacuteda Lista de material
4 Diodos 1N4007 2 Capacitores 330uF200V 2 Resistores 150K 18W 1 Suporte p lacircmpada 1 Lacircmpada 40W220V 1 Conector p placa de 2 bornes 6 Chaves HH 1 Rabicho com plugue Placa p circuito impresso virgem (fibra fenolite perfurada) Caneta retro projetor ou esmalte p unhas Palha de accedilo ou acetona e pedaccedilo de pano Soluccedilatildeo de percloreto de ferro Estanho em fio
Obs Colocar o seu nome no lado do cobre a caneta ou esmalte antes da corrosatildeo
Montado na placa o circuito acima e testado fazer os seguintes exerciacutecios 1 ndash Com o interruptor Ch7 ligado os interruptores Ch3 Ch4 Ch5 e Ch6 desligados e os interruptores Ch1 e Ch2 na posiccedilatildeo 1 faccedila a seguinte medida meccedila com o osciloscoacutepio colocando a garra jacareacute onde aparece o GND e o pinccedila no ponto 1 de forma que apareccedila somente o semi-ciclo positivo na tela tambeacutem reproduza abaixo a forma de onda encontrada e registre onde a posiccedilatildeo do zero O aparelho ajustado da seguinte forma O botatildeo de tempodivisatildeo em 5mS O botatildeo tensatildeodivisatildeo ajustado em 5V A ponteira ajustada em X10
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2 ndash Permanecendo o interruptor Ch7 ligado Ch5 e Ch6 desligados poreacutem Ch1 e Ch2 na posiccedilatildeo 2 e Ch3 e Ch4 ligados faccedila novamente a medida e reproduza na tela abaixo a forma de onda
3 - Permanecendo o interruptor Ch7 ligado Ch3 Ch4 Ch5 e Ch6 agora ligados e Ch1 e Ch2 na posiccedilatildeo 2 faccedila novamente a medida e reproduza na tela abaixo a forma de onda
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4 ndash O que aconteceu com a potecircncia (brilho) da lacircmpada Com circuito configurado como no exerciacutecio 1 e exerciacutecio 3 (aumentou ou diminuiu) Porque ocorreu isto _____________________________________________________________________________________
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5 ndash Qual eacute a nova potecircncia da lacircmpada Provar por meio de caacutelculos 6 ndash Por fim com o circuito configurado como no exerciacutecio 3 coloque uma lacircmpada de maior potecircncia e visualize o ripple novamente com o osciloscoacutepio explique o que ocorreu _____________________________________________________________________________________
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Laboratoacuterio 2 TRANSISTOR BIPOLAR (BJT)
Os transistores de potecircncia apresentam caracteriacutesticas de chaveamento controlado Os transistores utilizados como elementos de chaveamento operam na regiatildeo de saturaccedilatildeo apresentando uma baixa queda de tensatildeo de conduccedilatildeo (VCE=0V) (VBE=13V)
Este laboratoacuterio tem o objetivo de fazer um retificador e filtro diretamente da rede alternada com componentes retirados de fontes chaveadas de computadores apoacutes o estaacutegio de retificaccedilatildeo e filtro faremos funcionar uma lacircmpada incandescente de 220 volts corrente alternada em corrente contiacutenua com o auxiacutelio de um transistor de potencia tambeacutem retirado das mesmas fontes
Calcule o R1 e monte o circuito e apoacutes responda as questotildees
Pinos 1 ndash Base 2 ndash Coletor 3 ndash Emissor
Alguns transistores encontrados em fontes chaveadas de computador Transistor VCE (V) Ic (A) β MJE13007 400 8 5
2SC4106 400 7 10
2SC5027 800 3 8
2SC5353 800 3 15
2SC2335 400 7 10
2SC4242 400 7 10
2SC5763 400 7 10
1 ndash Escolha o transistor e faccedila o calculo para descobrir R1 e depois monte o circuito Transistor escolhido ______________
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2 ndash Meccedila a corrente no ponto 1 e compare com o calculado Faccedila as observaccedilotildees necessaacuterias
Corrente no ponto (1)
Calculado
Medido _____________________________________________________________________________________
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3 ndash Por que existem os resistores em paralelo com os capacitores
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Laboratoacuterio 3
TRANSISTOR EFEITO DE CAMPO (FET) O transistor de potecircncia MOSFET eacute um dispositivo de tensatildeo controlada e necessita apenas de tensatildeo no gatilho A velocidade de chaveamento eacute muito alta (nanosegundos) MOSFETrsquos de potecircncia satildeo utilizados em conversores de baixa potecircncia e alta frequumlecircncia Estes transistores apresentam problemas de descargas eletrostaacuteticas necessitando de cuidados especiais Este experimento tem como objetivo mostrar o funcionamento de Mosfets em uma aplicaccedilatildeo pratica para tanto montaremos o circuito abaixo
Pinagem 1 ndash GATE 2 ndash DRAIN 3 ndash SOURCE
Alguns transistores encontrados no comeacutercio
Transistor Tensatildeo Vds(V) Corrente Id (A)
IRF840 500 85 IRF740 400 10
1 ndash Meccedila a corrente no ponto 1 Corrente no ponto 1 ______________ No ponto 2 coloque 1deg o multiacutemetro antes de ligar o circuito Meccedila a corrente no ponto 2 Corrente no ponto 2 ______________ Por que isto ocorre 2 ndash Calcule a corrente que passa entre os resistores E compare com os valores medidos e faccedila as observaccedilotildees necessaacuterias
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Laboratoacuterio 4
SCR E TRIAC
Este laboratoacuterio tem o objetivo de comprovar o funcionamento do componente SCR e TRIAC e diferenciaacute-los 1
A - Primeiramente ligue a chave 1 mantendo a chave 2 desligada o que ocorre _____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
B ndash Mantendo ligada a chave 1 ligue a chave 2 por um breve intervalo de tempo e desligue-a O que acontece Justifique sua resposta _____________________________________________________________________________________ _____________________________________________________________________________________ 2
C ndash Faccedila a mesma sequumlecircncia usada nas questotildees A e B Sequumlecircncia da questatildeo A________________________________________________________________
Sequumlecircncia da questatildeo B_________________________________________________________________
D - Faccedila as consideraccedilotildees comparando os circuitos 1 e 2
_____________________________________________________________________________________ _____________________________________________________________________________________
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3
E ndash Faccedila um comentaacuterio sobre a omissatildeo das chaves _____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
4
F - Comente os circuitos 3 e 4 haacute alguma diferenccedila no brilho da lacircmpada
_____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
Pinos do SCR e BTA 1 ndash Catodo A2 2 ndash Anodo A1 3 ndash Gatilho
Alguns SCRs encontrados no comeacutercio
Tiristor
Tensatildeo Vds(V)
Corrente Id (A)
BT151 500 85 TIC106 400 10
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Laboratoacuterio 5
DIAC E TRIAC O objetivo eacute montar o circuito abaixo e visualizar com o osciloscoacutepio a forma de onda em cima da carga no nosso caso a lacircmpada enquanto varia o potenciocircmetro
Pinagem 1 ndash A1 2 ndash A2 3 ndash G Alguns triacs encontrado no comeacutercio BTA08 ndash 8A BTA26 ndash 26A MAC224 ndash 40A TIC226 ndash 8A
Coloque a ponteira em cima da carga e deixe o potenciocircmetro no meio do curso e reproduza na tela abaixo Registre o ajuste que foi feito no osciloscoacutepio para aparecer o meio ciclo superior na tela
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Laboratoacuterio 6
PWM Este circuito eacute simples com o famoso CI 555 para gerar o sinal PWM Controlando uma carga que conseguimos observar o estaacute acontecendo
1 ndash Qual a frequumlecircncia gerada do sinal PWM _______________________________________________________________________________
_______________________________________________________________________________
2 ndash O que acontece com a lacircmpada quando varia o potenciocircmetro
_______________________________________________________________________________
_______________________________________________________________________________
3 ndash Trocando o capacitor de 100nF por um de 10nF qual seraacute a nova frequumlecircncia
_______________________________________________________________________________
_______________________________________________________________________________
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Laboratoacuterio 7
INVERSOR Este circuito eacute o conceito baacutesico do princiacutepio de funcionamento de um inversor que eacute capaz de gerar uma tensatildeo alternada a partir de uma tensatildeo contiacutenua
1 ndash O motor estaacute girando _____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
2 ndash Caso afirmativo na primeira pergunta coloque a ponteira do osciloscoacutepio em um dos terminais do motor e a garra jacareacute no terra e meccedila a frequumlecircncia _____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
3 ndash O que estaacute acontecendo com o motor em suas caracteriacutesticas fiacutesicas Mudou a velocidade estaacute aquecendo estaacute trepidando etc _____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
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Apendice B
Coacutedigo de resistores
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Capacitores ceracircmicos
O valor do capacitorB eacute de 3300 pF (picofarad = 10-12 F) ou 33 nF (nanofarad = 10-9 F) ou 00033 microF (microfarad =
10-6 F) No capacitor A devemos acrescentar mais 4 zeros apoacutes os dois primeiros algarismos O valor do capacitor que se lecirc 104 eacute de 100000 pF ou 100 nF ou 01microF
O aparecimento de uma letra maiuacutescula ao lado dos nuacutemeros Esta letra refere-se a toleracircncia do capacitor ou seja o quanto que o capacitor pode variar de seu valor em uma temperatura padratildeo de 25deg C A letra J significa que este capacitor pode variar ateacute plusmn5 de seu valor a letra K = plusmn10 ou M = plusmn20 Segue na tabela abaixo os coacutedigos de toleracircncias de capacitacircncia
Ateacute 10pF Coacutedigo Acima de 10pF
plusmn01pF B
plusmn025pF C
plusmn05pF D
plusmn10pF F plusmn1
G plusmn2
H plusmn3
J plusmn5
K plusmn10
M plusmn20
S -50 -20
Z +80 -20
ou +100 -20
P +100 -0
O coeficiente de temperatura TC que define a variaccedilatildeo da capacitacircncia dentro de uma determinada faixa de temperatura O TC eacute normalmente expresso em ou ppmdegC ( partes por milhatildeo degC ) Eacute usado uma sequumlecircncia de letras ou letras e nuacutemeros para representar os coeficientes Observe o desenho abaixo
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Na tabela abaixo estatildeo mais alguns coeficientes de temperatura e as toleracircncias que satildeo muito utilizadas por diversos fabricantes de capacitores
Coacutedigo Coeficiente de temperatura NPO -0plusmn 30ppmdegC N075 -75plusmn 30ppmdegC N150 -150plusmn 30ppmdegC N220 -220plusmn 60ppmdegC N330 -330plusmn 60ppmdegC N470 -470plusmn 60ppmdegC N750 -750plusmn 120ppmdegC N1500 -1500plusmn 250ppmdegC N2200 -2200plusmn 500ppmdegC N3300 -3300plusmn 500ppmdegC N4700 -4700plusmn 1000ppmdegC N5250 -5250plusmn 1000ppmdegC P100 +100plusmn 30ppmdegC
Outra forma de representar coeficientes de temperatura eacute mostrado abaixo Eacute usada em capacitores que se caracterizam
pela alta capacitacircncia por unidade de volume (dimensotildees reduzidas) devido a alta constante dieleacutetrica sendo recomendados para aplicaccedilatildeo em desacoplamentos acoplamentos e supressatildeo de interferecircncias em baixas tensotildees
Os coeficientes satildeo tambeacutem representados exibindo sequumlecircncias de letras e nuacutemeros como por exemplo X7R Y5F e Z5U Para um capacitor Z5U a faixa de operaccedilatildeo eacute de +10degC que significa Temperatura Miacutenima seguido de +85degC que significa Temperatura Maacutexima e uma variaccedilatildeo Maacutexima de capacitacircncia dentro desses limites de temperatura que natildeo ultrapassa -56 +22
Veja as trecircs tabelas abaixo para compreender este exemplo e entender outros coeficientes
Temperatura Miacutenima
Temperatura Maacutexima
Variaccedilatildeo Maacutexima de Capacitacircncia
X -55degC Y -30degC Z +10degC
2 +45degC 4 +65degC 5 +85degC 6 +105degC 7 +125degC
A plusmn10 B plusmn15 C plusmn22 D plusmn33 E plusmn47 F plusmn75 P plusmn10 R plusmn15 S plusmn22 T -33 +22 U -56 +22 V -82 +22
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Capacitores de filme plaacutestico
O desenho ao lado mostra capacitores que tem os seus valores impressos em nanofarad (nF) = 10-9F Quando aparece no capacitor uma letra n minuacutescula como um dos tipos apresentados ao lado por exemplo 3n3 significa que este capacitor eacute de 33nF No exemplo o n minuacutesculo eacute colocado ao meio dos nuacutemeros apenas para economizar uma viacutergula e evitar erro de interpretaccedilatildeo de seu valor
Capacitores de Ceracircmica Multicamada
Capacitores de Polieacutester Metalizado usando coacutedigo de cores
A tabela abaixo mostra como interpretar o coacutedigo de cores dos capacitores abaixo No capacitor A as 3 primeiras cores satildeo laranja laranja e laranja correspondem a 33000 equivalendo a 33 nF A cor branca logo adiante eacute referente a plusmn10 de toleracircncia E o vermelho representa a tensatildeo nominal que eacute de 250 volts
1ordf Algarismo 2ordf Algarismo 3ordf Ndeg de zeros 4ordf Toleracircncia 5ordf Tensatildeo
PRETO 0 0 - plusmn 20 -
MARROM 1 1 0 - -
VERMELHO 2 2 00 - 250V
LARANJA 3 3 000 - -
AMARELO 4 4 0000 - 400V
VERDE 5 5 00000 - -
AZUL 6 6 - - 630V
VIOLETA 7 7 - - -
CINZA 8 8 - - -
BRANCO 9 9 - plusmn 10 -
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Apecircndice C
Osciloscoacutepio Geralmente os osciloscoacutepios tecircm os controles e entradas que podem ser divididos em cinco grupos
1 ndash Controle da fonte de alimentaccedilatildeo 2 ndash Controles de ajuste do traccedilo ou ponto na tela 3 ndash Controles e entrada de atuaccedilatildeo vertical 4 ndash Controles e entrada de atuaccedilatildeo horizontal 5 ndash Controles de entrada de sincronismo
1 - CONTROLE DA FONTE DE ALIMENTACcedilAtildeO 11 - INTERRUPTOR Sua funccedilatildeo eacute interromper ou estabelecer a corrente no primaacuterio do transformador de fora Sua atuaccedilatildeo normalmente eacute acompanhada por uma lacircmpada piloto que serve de aviso visual sobre a situaccedilatildeo do circuito (ligado ou desligado) Normalmente este interruptor se encontra acoplado junto do potenciocircmetro de controle de brilho 12 - COMUTADOR DE TENSAtildeO Sua funccedilatildeo eacute selecionar a tensatildeo de funcionamento do osciloscoacutepio (127 220V) Permite utilizar o instrumento sem a necessidade de recorrer a um transformador abaixador ou elevador de tensatildeo (geralmente o acesso deste comutador eacute visto na parte de traz do aparelho) 2 - CONTROLES DE AJUSTE DO TRACcedilO OU PONTO NA TELA 21 - BRILHO OU LUMINOSIDADE Eacute o controle que ajusta a luminosidade do ponto ou do traccedilo O controle do brilho eacute feito por meio de um potenciocircmetro situado no circuito da grade de controle do TRC mediante o qual se regula o potencial desta grade (deve-se evitar o uso de brilho excessivo sob pena de se danificar a tela) 22 - FOCO Eacute o controle que ajusta a nitidez do ponto ou traccedilo luminoso O ajuste do foco eacute conseguido mediante a regulagem de um potenciocircmetro que regula a polarizaccedilatildeo do eletrodo de enfoque O foco deve ser ajustado de forma a se obter um traccedilo fino e niacutetido na tela (estes ajustes de brilho e de foco satildeo ajustes baacutesicos que devem ser feitos sempre que se for usar o osciloscoacutepio)
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23 - ILUMINACcedilAtildeO DA RETIacuteCULA Permite que se ilumine o quadriculado ou as divisotildees na tela 3 - CONTROLES E ENTRADA DE ATUACcedilAtildeO VERTICAL 31 - ENTRADA DE SINAL VERTICAL Nesta entrada eacute conectada a ponta de prova do osciloscoacutepio As variaccedilotildees de tensatildeo aplicadas nesta entrada aparecem sob forma de figura na tela 32 - CHAVE DE SELECcedilAtildeO DE MODO DE ENTRADA (CA-CC) Esta chave eacute selecionada de acordo com o tipo de forma de onda a ser observada Em alguns osciloscoacutepios esta chave possui trecircs posiccedilotildees (CA-0-CC ou AC-GND-DC) Esta posiccedilatildeo adicional eacute usada para a realizaccedilatildeo de ajustes do traccedilo do osciloscoacutepio em algumas situaccedilotildees Por exemplo quando se deseja Uma referecircncia na tela 33 - CHAVE SELETORA DE GANHO (VDiv) Esta chave permite que se aumente ou que se diminua a amplitude de projeccedilatildeo na tela do osciloscoacutepio (altura da imagem) 34 - POSICcedilAtildeO VERTICAL Permite movimentar a imagem para cima ou para baixo na tela A movimentaccedilatildeo natildeo interfere na forma da figura projetada na tela 4 - CONTROLES DE ATUACcedilAO HORIZONTAL 41 - CHAVE SELETORA DE BASE DE TEMPO Eacute o controle que permite variar o tempo de deslocamento horizontal do ponto na tela Atraveacutes deste controle eacute possiacutevel reduzir ou ampliar horizontalmente na tela a figura nela projetada Em alguns osciloscoacutepios esta chave seletora tem uma posiccedilatildeo identificada como EXT (externa) o que possibilita que o deslocamento horizontal pode ser controlado por circuito externo ao osciloscoacutepio atraveacutes de uma entrada especiacutefica Quando a posiccedilatildeo externa eacute selecionada natildeo haacute formaccedilatildeo do traccedilo na tela obtendo-se apenas um ponto 42 - POSICcedilAtildeO HORIZONTAL Eacute o ajuste que permite controlar horizontalmente a forma de onda na tela Girando o controle de posiccedilatildeo horizontal para a direita o traccedilo move-se horizontalmente para a direita e vice-versa Assim como o controle de posiccedilatildeo vertical o controle de posiccedilatildeo horizontal natildeo interfere na forma da figura projetada na tela
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5 - CONTROLES E ENTRADA DE SINCRONISMO (TRIGGER) Satildeo controles que se destinam a fixar a imagem na tela Estes controles satildeo utilizados principalmente na observaccedilatildeo de sinais alternados Os controles de sincronismo satildeo Chave seletora de fonte de sincronismo Chave de modo de sincronismo Controle de niacutevel de sincronismo 51 - CHAVE SELETORA DE FONTE DE SINCRONISMO Seleciona onde seraacute tomada o sinal de sincronismo para fixar a imagem na tela do osciloscoacutepio Normalmente esta chave possui trecircs posiccedilotildees pelo menos POSICcedilAtildeO CH1 O sincronismo eacute controlado pelo sinal aplicado ao canal 1 POSICcedilAtildeO REDE Realiza o sincronismo com base na frequecircncia da rede de alimentaccedilatildeo do osciloscoacutepio (60Hz) Nesta posiccedilatildeo consegue-se facilmente sincronizar na tela sinais aplicados na entrada vertical que sejam obtidos a partir da rede eleacutetrica POSICcedilAtildeO EXTERNO Na posiccedilatildeo externo o sincronismo da figura eacute obtido agrave partir de outro equipamento externo conectado ao osciloscoacutepio O sinal que controla o sincronismo na posiccedilatildeo externo eacute aplicado a entrada de sincronismo 52 - CHAVE DE MODO DE SINCRONISMO Normalmente esta chave tem duas ou trecircs posiccedilotildees AUTO Nesta posiccedilatildeo o osciloscoacutepio realiza o sincronismo automaticamente com base no sinal selecionado pela chave seletora de fonte de sincronismo NORMAL + O sincronismo eacute positivo ajustado manualmente pelo controle de niacutevel de sincronismo (TRIGGER) de modo que o primeiro pico que apareccedila na tela seja o positivo NORMAL - O sincronismo eacute negativo tambeacutem ajustado manualmente entretanto o primeiro pico a aparecer eacute o negativo 53 - CONTROLE DE NIacuteVEL DE SINCRONISMO (TRIGGER) Eacute um controle manual que permite o ajuste do sincronismo quando natildeo se consegue um sincronismo automaacutetico Tem atuaccedilatildeo nas posiccedilotildees NORMAL + e NORMAL - OBSERVACcedilAtildeO Para se realizar leituras eacute necessaacuterio sincronizar a figura na tela II - ENTRADA E CONTROLE DO OSCILOSCOacutePIO DUPLO TRACcedilO O osciloscoacutepio de duplo traccedilo possui alguns controles que satildeo comuns aos dois traccedilos e outros que satildeo individuais Os controles de brilho foco base de tempo e de posiccedilatildeo horizontal satildeo controles que satildeo comuns aos dois traccedilos Basicamente os controles individuais situam-se nas entradas e controles do vertical nos controles e entrada de sincronismo ENTRADAS E CONTROLES DO VERTICAL Para que se possa observar dois sinais simultaneamente eacute necessaacuterio que se aplique uma tensatildeo em cada uma das entradas verticais O osciloscoacutepio duplo traccedilo dispotildee de dois grupos de controles verticais Um grupo para o canal A ou canal 1 (CH1) Um grupo para o canal B ou canal 2 (CH2) Cada grupo controla um dos sinais na tela (amplitude posiccedilatildeo vertical etc) Geralmente satildeo iguais Cada canal dispotildee de Entrada Vertical Chave Seletora CA-O-CC Chave Seletora de ganho vertical (DDiv) Posiccedilatildeo vertical Um osciloscoacutepio de duplo traccedilo pode ainda ser utilizado como sendo um osciloscoacutepio de traccedilo simples Uma chave seletora permite que se possa selecionar cada canal individualmente ou os dois simultaneamente Esta chave possui pelo menos trecircs posiccedilotildees CH1
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CH2 DUAL Na posiccedilatildeo CH1 apareceraacute apenas a imagem na tela que estiver sendo aplicada na entrada vertical do canal 1 Na posiccedilatildeo CH2 apareceraacute apenas a imagem na tela que estiver sendo aplicada na entrada vertical do canal 2 Na posiccedilatildeo DUAL aparecem as duas imagens Em osciloscoacutepios mais sofisticados esta chave pode possuir mais posiccedilotildees de modo a permitir outras alternativas de uso CONTROLES DE SINCRONISMO Realizam as mesmas funccedilotildees do osciloscoacutepio traccedilo simples que eacute a de fixar a imagem na tela O que diferencia eacute o fato de que na chave seletora de fonte existe uma posiccedilatildeo adicional de modo a poder sincronizar a figura PONTAS DE PROVA As pontas de prova satildeo utilizadas para interligar o osciloscoacutepio aos pontos de medida
Uma das extremidades da ponta de prova eacute conectada a uma das entradas do osciloscoacutepio atraveacutes de um conector e a extremidade livre serve para conexatildeo aos pontos de medida A extremidade livre possui uma garra jacareacute denominada de terra da ponta de prova que deve ser conectada ao terra do circuito e uma ponta de entrada de sinal que deve ser conectada no ponto que se deseja medir Existem dois tipos de ponta de prova ponta de prova 11 ponta de prova 101 A ponta de prova 11 se caracteriza por aplicar agrave entrada do osciloscoacutepio a mesma tensatildeo ou forma de onda que eacute aplicada a ponta de mediccedilatildeo A ponta de prova 101 entrega ao osciloscoacutepio apenas a deacutecima parte da tensatildeo aplicada a ponta de mediccedilatildeo As pontas de prova 101 permitem que o osciloscoacutepio consiga observar tensotildees dez vezes maior que a sua capacidade Por exemplo Um osciloscoacutepio que permite a leitura de tensotildees de 50V com ponta de prova 11 com ponta de prova 101 poderaacute medir tensotildees de ateacute 500V (10x50V) Existem pontas de prova que dispotildee de um botatildeo onde se pode selecionar 101 ou 11 Obs Quando natildeo se tem total certeza da grandeza da tensatildeo envolvida eacute aconselhaacutevel iniciar a mediccedilatildeo com o posiccedilatildeo 101
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Bibliografia
1 Dispositivos semicondutores tiristores controle de potecircncia em CC e CA 1996 - ALMEIDA Joseacute Luiz Antunes de Satildeo Paulo Eacuterica 1996 150 p
2 Dispositivos semicondutores diodos e transistores 1996 MARQUES Angelo Eduardo B
CHOUERI JUacuteNIOR Salomatildeo CRUZ Eduardo Cesar Alves Satildeo Paulo Eacuterica 1996 389 p
3 Anaacutelise e projeto de fontes chaveadas MELLO Luiz Fernando P de Satildeo Paulo Eacuterica 1996 487 p
4 Eletrocircnica de potecircncia circuitos dispositivos e aplicaccedilotildees 1999 RASHID Muhammad H Satildeo Paulo Makron Books 1999 828 p
5 Eletrocircnica de potecircncia 1994 - PALMA Guilherme Rebouccedilas da Satildeo Paulo Eacuterica 1994 259 p
6 Dispositivos eletrocircnicos e teoria de circuitos - 8 ed 2004 -
BOYLESTAD Robert L NASHELSKY Louis CAMARGO Joseacute Bueno de NASCIMENTO Joseacute Lucimar do PERTENCE JUNIOR Antonio (Coord) Satildeo Paulo Pearson Prentice Hall 2004 672 p
7 Rodrigues Isac Zilli Notas de aula da disciplina de Eletrocircnica II do Curso de Engenharia
Eleacutetrica da UPF Passo Fundo RS 2000
8 Ghirardello Ariovaldo Apostila sobre Modulaccedilatildeo PWM Coleacutegio Politec
9 Electronics Workbench Versatildeo 512
10 LabcenterElectronics 1989-2008 Release 75 SP3
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Laboratoacuterio 1
Diodo Ache os componentes em sucatas e monte o circuito abaixo em placa de circuito impresso corroiacuteda Lista de material
4 Diodos 1N4007 2 Capacitores 330uF200V 2 Resistores 150K 18W 1 Suporte p lacircmpada 1 Lacircmpada 40W220V 1 Conector p placa de 2 bornes 6 Chaves HH 1 Rabicho com plugue Placa p circuito impresso virgem (fibra fenolite perfurada) Caneta retro projetor ou esmalte p unhas Palha de accedilo ou acetona e pedaccedilo de pano Soluccedilatildeo de percloreto de ferro Estanho em fio
Obs Colocar o seu nome no lado do cobre a caneta ou esmalte antes da corrosatildeo
Montado na placa o circuito acima e testado fazer os seguintes exerciacutecios 1 ndash Com o interruptor Ch7 ligado os interruptores Ch3 Ch4 Ch5 e Ch6 desligados e os interruptores Ch1 e Ch2 na posiccedilatildeo 1 faccedila a seguinte medida meccedila com o osciloscoacutepio colocando a garra jacareacute onde aparece o GND e o pinccedila no ponto 1 de forma que apareccedila somente o semi-ciclo positivo na tela tambeacutem reproduza abaixo a forma de onda encontrada e registre onde a posiccedilatildeo do zero O aparelho ajustado da seguinte forma O botatildeo de tempodivisatildeo em 5mS O botatildeo tensatildeodivisatildeo ajustado em 5V A ponteira ajustada em X10
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2 ndash Permanecendo o interruptor Ch7 ligado Ch5 e Ch6 desligados poreacutem Ch1 e Ch2 na posiccedilatildeo 2 e Ch3 e Ch4 ligados faccedila novamente a medida e reproduza na tela abaixo a forma de onda
3 - Permanecendo o interruptor Ch7 ligado Ch3 Ch4 Ch5 e Ch6 agora ligados e Ch1 e Ch2 na posiccedilatildeo 2 faccedila novamente a medida e reproduza na tela abaixo a forma de onda
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4 ndash O que aconteceu com a potecircncia (brilho) da lacircmpada Com circuito configurado como no exerciacutecio 1 e exerciacutecio 3 (aumentou ou diminuiu) Porque ocorreu isto _____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
5 ndash Qual eacute a nova potecircncia da lacircmpada Provar por meio de caacutelculos 6 ndash Por fim com o circuito configurado como no exerciacutecio 3 coloque uma lacircmpada de maior potecircncia e visualize o ripple novamente com o osciloscoacutepio explique o que ocorreu _____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
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Laboratoacuterio 2 TRANSISTOR BIPOLAR (BJT)
Os transistores de potecircncia apresentam caracteriacutesticas de chaveamento controlado Os transistores utilizados como elementos de chaveamento operam na regiatildeo de saturaccedilatildeo apresentando uma baixa queda de tensatildeo de conduccedilatildeo (VCE=0V) (VBE=13V)
Este laboratoacuterio tem o objetivo de fazer um retificador e filtro diretamente da rede alternada com componentes retirados de fontes chaveadas de computadores apoacutes o estaacutegio de retificaccedilatildeo e filtro faremos funcionar uma lacircmpada incandescente de 220 volts corrente alternada em corrente contiacutenua com o auxiacutelio de um transistor de potencia tambeacutem retirado das mesmas fontes
Calcule o R1 e monte o circuito e apoacutes responda as questotildees
Pinos 1 ndash Base 2 ndash Coletor 3 ndash Emissor
Alguns transistores encontrados em fontes chaveadas de computador Transistor VCE (V) Ic (A) β MJE13007 400 8 5
2SC4106 400 7 10
2SC5027 800 3 8
2SC5353 800 3 15
2SC2335 400 7 10
2SC4242 400 7 10
2SC5763 400 7 10
1 ndash Escolha o transistor e faccedila o calculo para descobrir R1 e depois monte o circuito Transistor escolhido ______________
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2 ndash Meccedila a corrente no ponto 1 e compare com o calculado Faccedila as observaccedilotildees necessaacuterias
Corrente no ponto (1)
Calculado
Medido _____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
3 ndash Por que existem os resistores em paralelo com os capacitores
_____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
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Laboratoacuterio 3
TRANSISTOR EFEITO DE CAMPO (FET) O transistor de potecircncia MOSFET eacute um dispositivo de tensatildeo controlada e necessita apenas de tensatildeo no gatilho A velocidade de chaveamento eacute muito alta (nanosegundos) MOSFETrsquos de potecircncia satildeo utilizados em conversores de baixa potecircncia e alta frequumlecircncia Estes transistores apresentam problemas de descargas eletrostaacuteticas necessitando de cuidados especiais Este experimento tem como objetivo mostrar o funcionamento de Mosfets em uma aplicaccedilatildeo pratica para tanto montaremos o circuito abaixo
Pinagem 1 ndash GATE 2 ndash DRAIN 3 ndash SOURCE
Alguns transistores encontrados no comeacutercio
Transistor Tensatildeo Vds(V) Corrente Id (A)
IRF840 500 85 IRF740 400 10
1 ndash Meccedila a corrente no ponto 1 Corrente no ponto 1 ______________ No ponto 2 coloque 1deg o multiacutemetro antes de ligar o circuito Meccedila a corrente no ponto 2 Corrente no ponto 2 ______________ Por que isto ocorre 2 ndash Calcule a corrente que passa entre os resistores E compare com os valores medidos e faccedila as observaccedilotildees necessaacuterias
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Laboratoacuterio 4
SCR E TRIAC
Este laboratoacuterio tem o objetivo de comprovar o funcionamento do componente SCR e TRIAC e diferenciaacute-los 1
A - Primeiramente ligue a chave 1 mantendo a chave 2 desligada o que ocorre _____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
B ndash Mantendo ligada a chave 1 ligue a chave 2 por um breve intervalo de tempo e desligue-a O que acontece Justifique sua resposta _____________________________________________________________________________________ _____________________________________________________________________________________ 2
C ndash Faccedila a mesma sequumlecircncia usada nas questotildees A e B Sequumlecircncia da questatildeo A________________________________________________________________
Sequumlecircncia da questatildeo B_________________________________________________________________
D - Faccedila as consideraccedilotildees comparando os circuitos 1 e 2
_____________________________________________________________________________________ _____________________________________________________________________________________
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3
E ndash Faccedila um comentaacuterio sobre a omissatildeo das chaves _____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
4
F - Comente os circuitos 3 e 4 haacute alguma diferenccedila no brilho da lacircmpada
_____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
Pinos do SCR e BTA 1 ndash Catodo A2 2 ndash Anodo A1 3 ndash Gatilho
Alguns SCRs encontrados no comeacutercio
Tiristor
Tensatildeo Vds(V)
Corrente Id (A)
BT151 500 85 TIC106 400 10
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Laboratoacuterio 5
DIAC E TRIAC O objetivo eacute montar o circuito abaixo e visualizar com o osciloscoacutepio a forma de onda em cima da carga no nosso caso a lacircmpada enquanto varia o potenciocircmetro
Pinagem 1 ndash A1 2 ndash A2 3 ndash G Alguns triacs encontrado no comeacutercio BTA08 ndash 8A BTA26 ndash 26A MAC224 ndash 40A TIC226 ndash 8A
Coloque a ponteira em cima da carga e deixe o potenciocircmetro no meio do curso e reproduza na tela abaixo Registre o ajuste que foi feito no osciloscoacutepio para aparecer o meio ciclo superior na tela
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Laboratoacuterio 6
PWM Este circuito eacute simples com o famoso CI 555 para gerar o sinal PWM Controlando uma carga que conseguimos observar o estaacute acontecendo
1 ndash Qual a frequumlecircncia gerada do sinal PWM _______________________________________________________________________________
_______________________________________________________________________________
2 ndash O que acontece com a lacircmpada quando varia o potenciocircmetro
_______________________________________________________________________________
_______________________________________________________________________________
3 ndash Trocando o capacitor de 100nF por um de 10nF qual seraacute a nova frequumlecircncia
_______________________________________________________________________________
_______________________________________________________________________________
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Laboratoacuterio 7
INVERSOR Este circuito eacute o conceito baacutesico do princiacutepio de funcionamento de um inversor que eacute capaz de gerar uma tensatildeo alternada a partir de uma tensatildeo contiacutenua
1 ndash O motor estaacute girando _____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
2 ndash Caso afirmativo na primeira pergunta coloque a ponteira do osciloscoacutepio em um dos terminais do motor e a garra jacareacute no terra e meccedila a frequumlecircncia _____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
3 ndash O que estaacute acontecendo com o motor em suas caracteriacutesticas fiacutesicas Mudou a velocidade estaacute aquecendo estaacute trepidando etc _____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
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Apendice B
Coacutedigo de resistores
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Capacitores ceracircmicos
O valor do capacitorB eacute de 3300 pF (picofarad = 10-12 F) ou 33 nF (nanofarad = 10-9 F) ou 00033 microF (microfarad =
10-6 F) No capacitor A devemos acrescentar mais 4 zeros apoacutes os dois primeiros algarismos O valor do capacitor que se lecirc 104 eacute de 100000 pF ou 100 nF ou 01microF
O aparecimento de uma letra maiuacutescula ao lado dos nuacutemeros Esta letra refere-se a toleracircncia do capacitor ou seja o quanto que o capacitor pode variar de seu valor em uma temperatura padratildeo de 25deg C A letra J significa que este capacitor pode variar ateacute plusmn5 de seu valor a letra K = plusmn10 ou M = plusmn20 Segue na tabela abaixo os coacutedigos de toleracircncias de capacitacircncia
Ateacute 10pF Coacutedigo Acima de 10pF
plusmn01pF B
plusmn025pF C
plusmn05pF D
plusmn10pF F plusmn1
G plusmn2
H plusmn3
J plusmn5
K plusmn10
M plusmn20
S -50 -20
Z +80 -20
ou +100 -20
P +100 -0
O coeficiente de temperatura TC que define a variaccedilatildeo da capacitacircncia dentro de uma determinada faixa de temperatura O TC eacute normalmente expresso em ou ppmdegC ( partes por milhatildeo degC ) Eacute usado uma sequumlecircncia de letras ou letras e nuacutemeros para representar os coeficientes Observe o desenho abaixo
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Na tabela abaixo estatildeo mais alguns coeficientes de temperatura e as toleracircncias que satildeo muito utilizadas por diversos fabricantes de capacitores
Coacutedigo Coeficiente de temperatura NPO -0plusmn 30ppmdegC N075 -75plusmn 30ppmdegC N150 -150plusmn 30ppmdegC N220 -220plusmn 60ppmdegC N330 -330plusmn 60ppmdegC N470 -470plusmn 60ppmdegC N750 -750plusmn 120ppmdegC N1500 -1500plusmn 250ppmdegC N2200 -2200plusmn 500ppmdegC N3300 -3300plusmn 500ppmdegC N4700 -4700plusmn 1000ppmdegC N5250 -5250plusmn 1000ppmdegC P100 +100plusmn 30ppmdegC
Outra forma de representar coeficientes de temperatura eacute mostrado abaixo Eacute usada em capacitores que se caracterizam
pela alta capacitacircncia por unidade de volume (dimensotildees reduzidas) devido a alta constante dieleacutetrica sendo recomendados para aplicaccedilatildeo em desacoplamentos acoplamentos e supressatildeo de interferecircncias em baixas tensotildees
Os coeficientes satildeo tambeacutem representados exibindo sequumlecircncias de letras e nuacutemeros como por exemplo X7R Y5F e Z5U Para um capacitor Z5U a faixa de operaccedilatildeo eacute de +10degC que significa Temperatura Miacutenima seguido de +85degC que significa Temperatura Maacutexima e uma variaccedilatildeo Maacutexima de capacitacircncia dentro desses limites de temperatura que natildeo ultrapassa -56 +22
Veja as trecircs tabelas abaixo para compreender este exemplo e entender outros coeficientes
Temperatura Miacutenima
Temperatura Maacutexima
Variaccedilatildeo Maacutexima de Capacitacircncia
X -55degC Y -30degC Z +10degC
2 +45degC 4 +65degC 5 +85degC 6 +105degC 7 +125degC
A plusmn10 B plusmn15 C plusmn22 D plusmn33 E plusmn47 F plusmn75 P plusmn10 R plusmn15 S plusmn22 T -33 +22 U -56 +22 V -82 +22
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Capacitores de filme plaacutestico
O desenho ao lado mostra capacitores que tem os seus valores impressos em nanofarad (nF) = 10-9F Quando aparece no capacitor uma letra n minuacutescula como um dos tipos apresentados ao lado por exemplo 3n3 significa que este capacitor eacute de 33nF No exemplo o n minuacutesculo eacute colocado ao meio dos nuacutemeros apenas para economizar uma viacutergula e evitar erro de interpretaccedilatildeo de seu valor
Capacitores de Ceracircmica Multicamada
Capacitores de Polieacutester Metalizado usando coacutedigo de cores
A tabela abaixo mostra como interpretar o coacutedigo de cores dos capacitores abaixo No capacitor A as 3 primeiras cores satildeo laranja laranja e laranja correspondem a 33000 equivalendo a 33 nF A cor branca logo adiante eacute referente a plusmn10 de toleracircncia E o vermelho representa a tensatildeo nominal que eacute de 250 volts
1ordf Algarismo 2ordf Algarismo 3ordf Ndeg de zeros 4ordf Toleracircncia 5ordf Tensatildeo
PRETO 0 0 - plusmn 20 -
MARROM 1 1 0 - -
VERMELHO 2 2 00 - 250V
LARANJA 3 3 000 - -
AMARELO 4 4 0000 - 400V
VERDE 5 5 00000 - -
AZUL 6 6 - - 630V
VIOLETA 7 7 - - -
CINZA 8 8 - - -
BRANCO 9 9 - plusmn 10 -
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Apecircndice C
Osciloscoacutepio Geralmente os osciloscoacutepios tecircm os controles e entradas que podem ser divididos em cinco grupos
1 ndash Controle da fonte de alimentaccedilatildeo 2 ndash Controles de ajuste do traccedilo ou ponto na tela 3 ndash Controles e entrada de atuaccedilatildeo vertical 4 ndash Controles e entrada de atuaccedilatildeo horizontal 5 ndash Controles de entrada de sincronismo
1 - CONTROLE DA FONTE DE ALIMENTACcedilAtildeO 11 - INTERRUPTOR Sua funccedilatildeo eacute interromper ou estabelecer a corrente no primaacuterio do transformador de fora Sua atuaccedilatildeo normalmente eacute acompanhada por uma lacircmpada piloto que serve de aviso visual sobre a situaccedilatildeo do circuito (ligado ou desligado) Normalmente este interruptor se encontra acoplado junto do potenciocircmetro de controle de brilho 12 - COMUTADOR DE TENSAtildeO Sua funccedilatildeo eacute selecionar a tensatildeo de funcionamento do osciloscoacutepio (127 220V) Permite utilizar o instrumento sem a necessidade de recorrer a um transformador abaixador ou elevador de tensatildeo (geralmente o acesso deste comutador eacute visto na parte de traz do aparelho) 2 - CONTROLES DE AJUSTE DO TRACcedilO OU PONTO NA TELA 21 - BRILHO OU LUMINOSIDADE Eacute o controle que ajusta a luminosidade do ponto ou do traccedilo O controle do brilho eacute feito por meio de um potenciocircmetro situado no circuito da grade de controle do TRC mediante o qual se regula o potencial desta grade (deve-se evitar o uso de brilho excessivo sob pena de se danificar a tela) 22 - FOCO Eacute o controle que ajusta a nitidez do ponto ou traccedilo luminoso O ajuste do foco eacute conseguido mediante a regulagem de um potenciocircmetro que regula a polarizaccedilatildeo do eletrodo de enfoque O foco deve ser ajustado de forma a se obter um traccedilo fino e niacutetido na tela (estes ajustes de brilho e de foco satildeo ajustes baacutesicos que devem ser feitos sempre que se for usar o osciloscoacutepio)
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23 - ILUMINACcedilAtildeO DA RETIacuteCULA Permite que se ilumine o quadriculado ou as divisotildees na tela 3 - CONTROLES E ENTRADA DE ATUACcedilAtildeO VERTICAL 31 - ENTRADA DE SINAL VERTICAL Nesta entrada eacute conectada a ponta de prova do osciloscoacutepio As variaccedilotildees de tensatildeo aplicadas nesta entrada aparecem sob forma de figura na tela 32 - CHAVE DE SELECcedilAtildeO DE MODO DE ENTRADA (CA-CC) Esta chave eacute selecionada de acordo com o tipo de forma de onda a ser observada Em alguns osciloscoacutepios esta chave possui trecircs posiccedilotildees (CA-0-CC ou AC-GND-DC) Esta posiccedilatildeo adicional eacute usada para a realizaccedilatildeo de ajustes do traccedilo do osciloscoacutepio em algumas situaccedilotildees Por exemplo quando se deseja Uma referecircncia na tela 33 - CHAVE SELETORA DE GANHO (VDiv) Esta chave permite que se aumente ou que se diminua a amplitude de projeccedilatildeo na tela do osciloscoacutepio (altura da imagem) 34 - POSICcedilAtildeO VERTICAL Permite movimentar a imagem para cima ou para baixo na tela A movimentaccedilatildeo natildeo interfere na forma da figura projetada na tela 4 - CONTROLES DE ATUACcedilAO HORIZONTAL 41 - CHAVE SELETORA DE BASE DE TEMPO Eacute o controle que permite variar o tempo de deslocamento horizontal do ponto na tela Atraveacutes deste controle eacute possiacutevel reduzir ou ampliar horizontalmente na tela a figura nela projetada Em alguns osciloscoacutepios esta chave seletora tem uma posiccedilatildeo identificada como EXT (externa) o que possibilita que o deslocamento horizontal pode ser controlado por circuito externo ao osciloscoacutepio atraveacutes de uma entrada especiacutefica Quando a posiccedilatildeo externa eacute selecionada natildeo haacute formaccedilatildeo do traccedilo na tela obtendo-se apenas um ponto 42 - POSICcedilAtildeO HORIZONTAL Eacute o ajuste que permite controlar horizontalmente a forma de onda na tela Girando o controle de posiccedilatildeo horizontal para a direita o traccedilo move-se horizontalmente para a direita e vice-versa Assim como o controle de posiccedilatildeo vertical o controle de posiccedilatildeo horizontal natildeo interfere na forma da figura projetada na tela
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5 - CONTROLES E ENTRADA DE SINCRONISMO (TRIGGER) Satildeo controles que se destinam a fixar a imagem na tela Estes controles satildeo utilizados principalmente na observaccedilatildeo de sinais alternados Os controles de sincronismo satildeo Chave seletora de fonte de sincronismo Chave de modo de sincronismo Controle de niacutevel de sincronismo 51 - CHAVE SELETORA DE FONTE DE SINCRONISMO Seleciona onde seraacute tomada o sinal de sincronismo para fixar a imagem na tela do osciloscoacutepio Normalmente esta chave possui trecircs posiccedilotildees pelo menos POSICcedilAtildeO CH1 O sincronismo eacute controlado pelo sinal aplicado ao canal 1 POSICcedilAtildeO REDE Realiza o sincronismo com base na frequecircncia da rede de alimentaccedilatildeo do osciloscoacutepio (60Hz) Nesta posiccedilatildeo consegue-se facilmente sincronizar na tela sinais aplicados na entrada vertical que sejam obtidos a partir da rede eleacutetrica POSICcedilAtildeO EXTERNO Na posiccedilatildeo externo o sincronismo da figura eacute obtido agrave partir de outro equipamento externo conectado ao osciloscoacutepio O sinal que controla o sincronismo na posiccedilatildeo externo eacute aplicado a entrada de sincronismo 52 - CHAVE DE MODO DE SINCRONISMO Normalmente esta chave tem duas ou trecircs posiccedilotildees AUTO Nesta posiccedilatildeo o osciloscoacutepio realiza o sincronismo automaticamente com base no sinal selecionado pela chave seletora de fonte de sincronismo NORMAL + O sincronismo eacute positivo ajustado manualmente pelo controle de niacutevel de sincronismo (TRIGGER) de modo que o primeiro pico que apareccedila na tela seja o positivo NORMAL - O sincronismo eacute negativo tambeacutem ajustado manualmente entretanto o primeiro pico a aparecer eacute o negativo 53 - CONTROLE DE NIacuteVEL DE SINCRONISMO (TRIGGER) Eacute um controle manual que permite o ajuste do sincronismo quando natildeo se consegue um sincronismo automaacutetico Tem atuaccedilatildeo nas posiccedilotildees NORMAL + e NORMAL - OBSERVACcedilAtildeO Para se realizar leituras eacute necessaacuterio sincronizar a figura na tela II - ENTRADA E CONTROLE DO OSCILOSCOacutePIO DUPLO TRACcedilO O osciloscoacutepio de duplo traccedilo possui alguns controles que satildeo comuns aos dois traccedilos e outros que satildeo individuais Os controles de brilho foco base de tempo e de posiccedilatildeo horizontal satildeo controles que satildeo comuns aos dois traccedilos Basicamente os controles individuais situam-se nas entradas e controles do vertical nos controles e entrada de sincronismo ENTRADAS E CONTROLES DO VERTICAL Para que se possa observar dois sinais simultaneamente eacute necessaacuterio que se aplique uma tensatildeo em cada uma das entradas verticais O osciloscoacutepio duplo traccedilo dispotildee de dois grupos de controles verticais Um grupo para o canal A ou canal 1 (CH1) Um grupo para o canal B ou canal 2 (CH2) Cada grupo controla um dos sinais na tela (amplitude posiccedilatildeo vertical etc) Geralmente satildeo iguais Cada canal dispotildee de Entrada Vertical Chave Seletora CA-O-CC Chave Seletora de ganho vertical (DDiv) Posiccedilatildeo vertical Um osciloscoacutepio de duplo traccedilo pode ainda ser utilizado como sendo um osciloscoacutepio de traccedilo simples Uma chave seletora permite que se possa selecionar cada canal individualmente ou os dois simultaneamente Esta chave possui pelo menos trecircs posiccedilotildees CH1
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CH2 DUAL Na posiccedilatildeo CH1 apareceraacute apenas a imagem na tela que estiver sendo aplicada na entrada vertical do canal 1 Na posiccedilatildeo CH2 apareceraacute apenas a imagem na tela que estiver sendo aplicada na entrada vertical do canal 2 Na posiccedilatildeo DUAL aparecem as duas imagens Em osciloscoacutepios mais sofisticados esta chave pode possuir mais posiccedilotildees de modo a permitir outras alternativas de uso CONTROLES DE SINCRONISMO Realizam as mesmas funccedilotildees do osciloscoacutepio traccedilo simples que eacute a de fixar a imagem na tela O que diferencia eacute o fato de que na chave seletora de fonte existe uma posiccedilatildeo adicional de modo a poder sincronizar a figura PONTAS DE PROVA As pontas de prova satildeo utilizadas para interligar o osciloscoacutepio aos pontos de medida
Uma das extremidades da ponta de prova eacute conectada a uma das entradas do osciloscoacutepio atraveacutes de um conector e a extremidade livre serve para conexatildeo aos pontos de medida A extremidade livre possui uma garra jacareacute denominada de terra da ponta de prova que deve ser conectada ao terra do circuito e uma ponta de entrada de sinal que deve ser conectada no ponto que se deseja medir Existem dois tipos de ponta de prova ponta de prova 11 ponta de prova 101 A ponta de prova 11 se caracteriza por aplicar agrave entrada do osciloscoacutepio a mesma tensatildeo ou forma de onda que eacute aplicada a ponta de mediccedilatildeo A ponta de prova 101 entrega ao osciloscoacutepio apenas a deacutecima parte da tensatildeo aplicada a ponta de mediccedilatildeo As pontas de prova 101 permitem que o osciloscoacutepio consiga observar tensotildees dez vezes maior que a sua capacidade Por exemplo Um osciloscoacutepio que permite a leitura de tensotildees de 50V com ponta de prova 11 com ponta de prova 101 poderaacute medir tensotildees de ateacute 500V (10x50V) Existem pontas de prova que dispotildee de um botatildeo onde se pode selecionar 101 ou 11 Obs Quando natildeo se tem total certeza da grandeza da tensatildeo envolvida eacute aconselhaacutevel iniciar a mediccedilatildeo com o posiccedilatildeo 101
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Bibliografia
1 Dispositivos semicondutores tiristores controle de potecircncia em CC e CA 1996 - ALMEIDA Joseacute Luiz Antunes de Satildeo Paulo Eacuterica 1996 150 p
2 Dispositivos semicondutores diodos e transistores 1996 MARQUES Angelo Eduardo B
CHOUERI JUacuteNIOR Salomatildeo CRUZ Eduardo Cesar Alves Satildeo Paulo Eacuterica 1996 389 p
3 Anaacutelise e projeto de fontes chaveadas MELLO Luiz Fernando P de Satildeo Paulo Eacuterica 1996 487 p
4 Eletrocircnica de potecircncia circuitos dispositivos e aplicaccedilotildees 1999 RASHID Muhammad H Satildeo Paulo Makron Books 1999 828 p
5 Eletrocircnica de potecircncia 1994 - PALMA Guilherme Rebouccedilas da Satildeo Paulo Eacuterica 1994 259 p
6 Dispositivos eletrocircnicos e teoria de circuitos - 8 ed 2004 -
BOYLESTAD Robert L NASHELSKY Louis CAMARGO Joseacute Bueno de NASCIMENTO Joseacute Lucimar do PERTENCE JUNIOR Antonio (Coord) Satildeo Paulo Pearson Prentice Hall 2004 672 p
7 Rodrigues Isac Zilli Notas de aula da disciplina de Eletrocircnica II do Curso de Engenharia
Eleacutetrica da UPF Passo Fundo RS 2000
8 Ghirardello Ariovaldo Apostila sobre Modulaccedilatildeo PWM Coleacutegio Politec
9 Electronics Workbench Versatildeo 512
10 LabcenterElectronics 1989-2008 Release 75 SP3
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2 ndash Permanecendo o interruptor Ch7 ligado Ch5 e Ch6 desligados poreacutem Ch1 e Ch2 na posiccedilatildeo 2 e Ch3 e Ch4 ligados faccedila novamente a medida e reproduza na tela abaixo a forma de onda
3 - Permanecendo o interruptor Ch7 ligado Ch3 Ch4 Ch5 e Ch6 agora ligados e Ch1 e Ch2 na posiccedilatildeo 2 faccedila novamente a medida e reproduza na tela abaixo a forma de onda
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4 ndash O que aconteceu com a potecircncia (brilho) da lacircmpada Com circuito configurado como no exerciacutecio 1 e exerciacutecio 3 (aumentou ou diminuiu) Porque ocorreu isto _____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
5 ndash Qual eacute a nova potecircncia da lacircmpada Provar por meio de caacutelculos 6 ndash Por fim com o circuito configurado como no exerciacutecio 3 coloque uma lacircmpada de maior potecircncia e visualize o ripple novamente com o osciloscoacutepio explique o que ocorreu _____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
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Laboratoacuterio 2 TRANSISTOR BIPOLAR (BJT)
Os transistores de potecircncia apresentam caracteriacutesticas de chaveamento controlado Os transistores utilizados como elementos de chaveamento operam na regiatildeo de saturaccedilatildeo apresentando uma baixa queda de tensatildeo de conduccedilatildeo (VCE=0V) (VBE=13V)
Este laboratoacuterio tem o objetivo de fazer um retificador e filtro diretamente da rede alternada com componentes retirados de fontes chaveadas de computadores apoacutes o estaacutegio de retificaccedilatildeo e filtro faremos funcionar uma lacircmpada incandescente de 220 volts corrente alternada em corrente contiacutenua com o auxiacutelio de um transistor de potencia tambeacutem retirado das mesmas fontes
Calcule o R1 e monte o circuito e apoacutes responda as questotildees
Pinos 1 ndash Base 2 ndash Coletor 3 ndash Emissor
Alguns transistores encontrados em fontes chaveadas de computador Transistor VCE (V) Ic (A) β MJE13007 400 8 5
2SC4106 400 7 10
2SC5027 800 3 8
2SC5353 800 3 15
2SC2335 400 7 10
2SC4242 400 7 10
2SC5763 400 7 10
1 ndash Escolha o transistor e faccedila o calculo para descobrir R1 e depois monte o circuito Transistor escolhido ______________
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2 ndash Meccedila a corrente no ponto 1 e compare com o calculado Faccedila as observaccedilotildees necessaacuterias
Corrente no ponto (1)
Calculado
Medido _____________________________________________________________________________________
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_____________________________________________________________________________________
3 ndash Por que existem os resistores em paralelo com os capacitores
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Laboratoacuterio 3
TRANSISTOR EFEITO DE CAMPO (FET) O transistor de potecircncia MOSFET eacute um dispositivo de tensatildeo controlada e necessita apenas de tensatildeo no gatilho A velocidade de chaveamento eacute muito alta (nanosegundos) MOSFETrsquos de potecircncia satildeo utilizados em conversores de baixa potecircncia e alta frequumlecircncia Estes transistores apresentam problemas de descargas eletrostaacuteticas necessitando de cuidados especiais Este experimento tem como objetivo mostrar o funcionamento de Mosfets em uma aplicaccedilatildeo pratica para tanto montaremos o circuito abaixo
Pinagem 1 ndash GATE 2 ndash DRAIN 3 ndash SOURCE
Alguns transistores encontrados no comeacutercio
Transistor Tensatildeo Vds(V) Corrente Id (A)
IRF840 500 85 IRF740 400 10
1 ndash Meccedila a corrente no ponto 1 Corrente no ponto 1 ______________ No ponto 2 coloque 1deg o multiacutemetro antes de ligar o circuito Meccedila a corrente no ponto 2 Corrente no ponto 2 ______________ Por que isto ocorre 2 ndash Calcule a corrente que passa entre os resistores E compare com os valores medidos e faccedila as observaccedilotildees necessaacuterias
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Laboratoacuterio 4
SCR E TRIAC
Este laboratoacuterio tem o objetivo de comprovar o funcionamento do componente SCR e TRIAC e diferenciaacute-los 1
A - Primeiramente ligue a chave 1 mantendo a chave 2 desligada o que ocorre _____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
B ndash Mantendo ligada a chave 1 ligue a chave 2 por um breve intervalo de tempo e desligue-a O que acontece Justifique sua resposta _____________________________________________________________________________________ _____________________________________________________________________________________ 2
C ndash Faccedila a mesma sequumlecircncia usada nas questotildees A e B Sequumlecircncia da questatildeo A________________________________________________________________
Sequumlecircncia da questatildeo B_________________________________________________________________
D - Faccedila as consideraccedilotildees comparando os circuitos 1 e 2
_____________________________________________________________________________________ _____________________________________________________________________________________
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3
E ndash Faccedila um comentaacuterio sobre a omissatildeo das chaves _____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
4
F - Comente os circuitos 3 e 4 haacute alguma diferenccedila no brilho da lacircmpada
_____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
Pinos do SCR e BTA 1 ndash Catodo A2 2 ndash Anodo A1 3 ndash Gatilho
Alguns SCRs encontrados no comeacutercio
Tiristor
Tensatildeo Vds(V)
Corrente Id (A)
BT151 500 85 TIC106 400 10
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Laboratoacuterio 5
DIAC E TRIAC O objetivo eacute montar o circuito abaixo e visualizar com o osciloscoacutepio a forma de onda em cima da carga no nosso caso a lacircmpada enquanto varia o potenciocircmetro
Pinagem 1 ndash A1 2 ndash A2 3 ndash G Alguns triacs encontrado no comeacutercio BTA08 ndash 8A BTA26 ndash 26A MAC224 ndash 40A TIC226 ndash 8A
Coloque a ponteira em cima da carga e deixe o potenciocircmetro no meio do curso e reproduza na tela abaixo Registre o ajuste que foi feito no osciloscoacutepio para aparecer o meio ciclo superior na tela
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Laboratoacuterio 6
PWM Este circuito eacute simples com o famoso CI 555 para gerar o sinal PWM Controlando uma carga que conseguimos observar o estaacute acontecendo
1 ndash Qual a frequumlecircncia gerada do sinal PWM _______________________________________________________________________________
_______________________________________________________________________________
2 ndash O que acontece com a lacircmpada quando varia o potenciocircmetro
_______________________________________________________________________________
_______________________________________________________________________________
3 ndash Trocando o capacitor de 100nF por um de 10nF qual seraacute a nova frequumlecircncia
_______________________________________________________________________________
_______________________________________________________________________________
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Laboratoacuterio 7
INVERSOR Este circuito eacute o conceito baacutesico do princiacutepio de funcionamento de um inversor que eacute capaz de gerar uma tensatildeo alternada a partir de uma tensatildeo contiacutenua
1 ndash O motor estaacute girando _____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
2 ndash Caso afirmativo na primeira pergunta coloque a ponteira do osciloscoacutepio em um dos terminais do motor e a garra jacareacute no terra e meccedila a frequumlecircncia _____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
3 ndash O que estaacute acontecendo com o motor em suas caracteriacutesticas fiacutesicas Mudou a velocidade estaacute aquecendo estaacute trepidando etc _____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
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Apendice B
Coacutedigo de resistores
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Capacitores ceracircmicos
O valor do capacitorB eacute de 3300 pF (picofarad = 10-12 F) ou 33 nF (nanofarad = 10-9 F) ou 00033 microF (microfarad =
10-6 F) No capacitor A devemos acrescentar mais 4 zeros apoacutes os dois primeiros algarismos O valor do capacitor que se lecirc 104 eacute de 100000 pF ou 100 nF ou 01microF
O aparecimento de uma letra maiuacutescula ao lado dos nuacutemeros Esta letra refere-se a toleracircncia do capacitor ou seja o quanto que o capacitor pode variar de seu valor em uma temperatura padratildeo de 25deg C A letra J significa que este capacitor pode variar ateacute plusmn5 de seu valor a letra K = plusmn10 ou M = plusmn20 Segue na tabela abaixo os coacutedigos de toleracircncias de capacitacircncia
Ateacute 10pF Coacutedigo Acima de 10pF
plusmn01pF B
plusmn025pF C
plusmn05pF D
plusmn10pF F plusmn1
G plusmn2
H plusmn3
J plusmn5
K plusmn10
M plusmn20
S -50 -20
Z +80 -20
ou +100 -20
P +100 -0
O coeficiente de temperatura TC que define a variaccedilatildeo da capacitacircncia dentro de uma determinada faixa de temperatura O TC eacute normalmente expresso em ou ppmdegC ( partes por milhatildeo degC ) Eacute usado uma sequumlecircncia de letras ou letras e nuacutemeros para representar os coeficientes Observe o desenho abaixo
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Na tabela abaixo estatildeo mais alguns coeficientes de temperatura e as toleracircncias que satildeo muito utilizadas por diversos fabricantes de capacitores
Coacutedigo Coeficiente de temperatura NPO -0plusmn 30ppmdegC N075 -75plusmn 30ppmdegC N150 -150plusmn 30ppmdegC N220 -220plusmn 60ppmdegC N330 -330plusmn 60ppmdegC N470 -470plusmn 60ppmdegC N750 -750plusmn 120ppmdegC N1500 -1500plusmn 250ppmdegC N2200 -2200plusmn 500ppmdegC N3300 -3300plusmn 500ppmdegC N4700 -4700plusmn 1000ppmdegC N5250 -5250plusmn 1000ppmdegC P100 +100plusmn 30ppmdegC
Outra forma de representar coeficientes de temperatura eacute mostrado abaixo Eacute usada em capacitores que se caracterizam
pela alta capacitacircncia por unidade de volume (dimensotildees reduzidas) devido a alta constante dieleacutetrica sendo recomendados para aplicaccedilatildeo em desacoplamentos acoplamentos e supressatildeo de interferecircncias em baixas tensotildees
Os coeficientes satildeo tambeacutem representados exibindo sequumlecircncias de letras e nuacutemeros como por exemplo X7R Y5F e Z5U Para um capacitor Z5U a faixa de operaccedilatildeo eacute de +10degC que significa Temperatura Miacutenima seguido de +85degC que significa Temperatura Maacutexima e uma variaccedilatildeo Maacutexima de capacitacircncia dentro desses limites de temperatura que natildeo ultrapassa -56 +22
Veja as trecircs tabelas abaixo para compreender este exemplo e entender outros coeficientes
Temperatura Miacutenima
Temperatura Maacutexima
Variaccedilatildeo Maacutexima de Capacitacircncia
X -55degC Y -30degC Z +10degC
2 +45degC 4 +65degC 5 +85degC 6 +105degC 7 +125degC
A plusmn10 B plusmn15 C plusmn22 D plusmn33 E plusmn47 F plusmn75 P plusmn10 R plusmn15 S plusmn22 T -33 +22 U -56 +22 V -82 +22
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Capacitores de filme plaacutestico
O desenho ao lado mostra capacitores que tem os seus valores impressos em nanofarad (nF) = 10-9F Quando aparece no capacitor uma letra n minuacutescula como um dos tipos apresentados ao lado por exemplo 3n3 significa que este capacitor eacute de 33nF No exemplo o n minuacutesculo eacute colocado ao meio dos nuacutemeros apenas para economizar uma viacutergula e evitar erro de interpretaccedilatildeo de seu valor
Capacitores de Ceracircmica Multicamada
Capacitores de Polieacutester Metalizado usando coacutedigo de cores
A tabela abaixo mostra como interpretar o coacutedigo de cores dos capacitores abaixo No capacitor A as 3 primeiras cores satildeo laranja laranja e laranja correspondem a 33000 equivalendo a 33 nF A cor branca logo adiante eacute referente a plusmn10 de toleracircncia E o vermelho representa a tensatildeo nominal que eacute de 250 volts
1ordf Algarismo 2ordf Algarismo 3ordf Ndeg de zeros 4ordf Toleracircncia 5ordf Tensatildeo
PRETO 0 0 - plusmn 20 -
MARROM 1 1 0 - -
VERMELHO 2 2 00 - 250V
LARANJA 3 3 000 - -
AMARELO 4 4 0000 - 400V
VERDE 5 5 00000 - -
AZUL 6 6 - - 630V
VIOLETA 7 7 - - -
CINZA 8 8 - - -
BRANCO 9 9 - plusmn 10 -
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Apecircndice C
Osciloscoacutepio Geralmente os osciloscoacutepios tecircm os controles e entradas que podem ser divididos em cinco grupos
1 ndash Controle da fonte de alimentaccedilatildeo 2 ndash Controles de ajuste do traccedilo ou ponto na tela 3 ndash Controles e entrada de atuaccedilatildeo vertical 4 ndash Controles e entrada de atuaccedilatildeo horizontal 5 ndash Controles de entrada de sincronismo
1 - CONTROLE DA FONTE DE ALIMENTACcedilAtildeO 11 - INTERRUPTOR Sua funccedilatildeo eacute interromper ou estabelecer a corrente no primaacuterio do transformador de fora Sua atuaccedilatildeo normalmente eacute acompanhada por uma lacircmpada piloto que serve de aviso visual sobre a situaccedilatildeo do circuito (ligado ou desligado) Normalmente este interruptor se encontra acoplado junto do potenciocircmetro de controle de brilho 12 - COMUTADOR DE TENSAtildeO Sua funccedilatildeo eacute selecionar a tensatildeo de funcionamento do osciloscoacutepio (127 220V) Permite utilizar o instrumento sem a necessidade de recorrer a um transformador abaixador ou elevador de tensatildeo (geralmente o acesso deste comutador eacute visto na parte de traz do aparelho) 2 - CONTROLES DE AJUSTE DO TRACcedilO OU PONTO NA TELA 21 - BRILHO OU LUMINOSIDADE Eacute o controle que ajusta a luminosidade do ponto ou do traccedilo O controle do brilho eacute feito por meio de um potenciocircmetro situado no circuito da grade de controle do TRC mediante o qual se regula o potencial desta grade (deve-se evitar o uso de brilho excessivo sob pena de se danificar a tela) 22 - FOCO Eacute o controle que ajusta a nitidez do ponto ou traccedilo luminoso O ajuste do foco eacute conseguido mediante a regulagem de um potenciocircmetro que regula a polarizaccedilatildeo do eletrodo de enfoque O foco deve ser ajustado de forma a se obter um traccedilo fino e niacutetido na tela (estes ajustes de brilho e de foco satildeo ajustes baacutesicos que devem ser feitos sempre que se for usar o osciloscoacutepio)
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23 - ILUMINACcedilAtildeO DA RETIacuteCULA Permite que se ilumine o quadriculado ou as divisotildees na tela 3 - CONTROLES E ENTRADA DE ATUACcedilAtildeO VERTICAL 31 - ENTRADA DE SINAL VERTICAL Nesta entrada eacute conectada a ponta de prova do osciloscoacutepio As variaccedilotildees de tensatildeo aplicadas nesta entrada aparecem sob forma de figura na tela 32 - CHAVE DE SELECcedilAtildeO DE MODO DE ENTRADA (CA-CC) Esta chave eacute selecionada de acordo com o tipo de forma de onda a ser observada Em alguns osciloscoacutepios esta chave possui trecircs posiccedilotildees (CA-0-CC ou AC-GND-DC) Esta posiccedilatildeo adicional eacute usada para a realizaccedilatildeo de ajustes do traccedilo do osciloscoacutepio em algumas situaccedilotildees Por exemplo quando se deseja Uma referecircncia na tela 33 - CHAVE SELETORA DE GANHO (VDiv) Esta chave permite que se aumente ou que se diminua a amplitude de projeccedilatildeo na tela do osciloscoacutepio (altura da imagem) 34 - POSICcedilAtildeO VERTICAL Permite movimentar a imagem para cima ou para baixo na tela A movimentaccedilatildeo natildeo interfere na forma da figura projetada na tela 4 - CONTROLES DE ATUACcedilAO HORIZONTAL 41 - CHAVE SELETORA DE BASE DE TEMPO Eacute o controle que permite variar o tempo de deslocamento horizontal do ponto na tela Atraveacutes deste controle eacute possiacutevel reduzir ou ampliar horizontalmente na tela a figura nela projetada Em alguns osciloscoacutepios esta chave seletora tem uma posiccedilatildeo identificada como EXT (externa) o que possibilita que o deslocamento horizontal pode ser controlado por circuito externo ao osciloscoacutepio atraveacutes de uma entrada especiacutefica Quando a posiccedilatildeo externa eacute selecionada natildeo haacute formaccedilatildeo do traccedilo na tela obtendo-se apenas um ponto 42 - POSICcedilAtildeO HORIZONTAL Eacute o ajuste que permite controlar horizontalmente a forma de onda na tela Girando o controle de posiccedilatildeo horizontal para a direita o traccedilo move-se horizontalmente para a direita e vice-versa Assim como o controle de posiccedilatildeo vertical o controle de posiccedilatildeo horizontal natildeo interfere na forma da figura projetada na tela
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5 - CONTROLES E ENTRADA DE SINCRONISMO (TRIGGER) Satildeo controles que se destinam a fixar a imagem na tela Estes controles satildeo utilizados principalmente na observaccedilatildeo de sinais alternados Os controles de sincronismo satildeo Chave seletora de fonte de sincronismo Chave de modo de sincronismo Controle de niacutevel de sincronismo 51 - CHAVE SELETORA DE FONTE DE SINCRONISMO Seleciona onde seraacute tomada o sinal de sincronismo para fixar a imagem na tela do osciloscoacutepio Normalmente esta chave possui trecircs posiccedilotildees pelo menos POSICcedilAtildeO CH1 O sincronismo eacute controlado pelo sinal aplicado ao canal 1 POSICcedilAtildeO REDE Realiza o sincronismo com base na frequecircncia da rede de alimentaccedilatildeo do osciloscoacutepio (60Hz) Nesta posiccedilatildeo consegue-se facilmente sincronizar na tela sinais aplicados na entrada vertical que sejam obtidos a partir da rede eleacutetrica POSICcedilAtildeO EXTERNO Na posiccedilatildeo externo o sincronismo da figura eacute obtido agrave partir de outro equipamento externo conectado ao osciloscoacutepio O sinal que controla o sincronismo na posiccedilatildeo externo eacute aplicado a entrada de sincronismo 52 - CHAVE DE MODO DE SINCRONISMO Normalmente esta chave tem duas ou trecircs posiccedilotildees AUTO Nesta posiccedilatildeo o osciloscoacutepio realiza o sincronismo automaticamente com base no sinal selecionado pela chave seletora de fonte de sincronismo NORMAL + O sincronismo eacute positivo ajustado manualmente pelo controle de niacutevel de sincronismo (TRIGGER) de modo que o primeiro pico que apareccedila na tela seja o positivo NORMAL - O sincronismo eacute negativo tambeacutem ajustado manualmente entretanto o primeiro pico a aparecer eacute o negativo 53 - CONTROLE DE NIacuteVEL DE SINCRONISMO (TRIGGER) Eacute um controle manual que permite o ajuste do sincronismo quando natildeo se consegue um sincronismo automaacutetico Tem atuaccedilatildeo nas posiccedilotildees NORMAL + e NORMAL - OBSERVACcedilAtildeO Para se realizar leituras eacute necessaacuterio sincronizar a figura na tela II - ENTRADA E CONTROLE DO OSCILOSCOacutePIO DUPLO TRACcedilO O osciloscoacutepio de duplo traccedilo possui alguns controles que satildeo comuns aos dois traccedilos e outros que satildeo individuais Os controles de brilho foco base de tempo e de posiccedilatildeo horizontal satildeo controles que satildeo comuns aos dois traccedilos Basicamente os controles individuais situam-se nas entradas e controles do vertical nos controles e entrada de sincronismo ENTRADAS E CONTROLES DO VERTICAL Para que se possa observar dois sinais simultaneamente eacute necessaacuterio que se aplique uma tensatildeo em cada uma das entradas verticais O osciloscoacutepio duplo traccedilo dispotildee de dois grupos de controles verticais Um grupo para o canal A ou canal 1 (CH1) Um grupo para o canal B ou canal 2 (CH2) Cada grupo controla um dos sinais na tela (amplitude posiccedilatildeo vertical etc) Geralmente satildeo iguais Cada canal dispotildee de Entrada Vertical Chave Seletora CA-O-CC Chave Seletora de ganho vertical (DDiv) Posiccedilatildeo vertical Um osciloscoacutepio de duplo traccedilo pode ainda ser utilizado como sendo um osciloscoacutepio de traccedilo simples Uma chave seletora permite que se possa selecionar cada canal individualmente ou os dois simultaneamente Esta chave possui pelo menos trecircs posiccedilotildees CH1
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CH2 DUAL Na posiccedilatildeo CH1 apareceraacute apenas a imagem na tela que estiver sendo aplicada na entrada vertical do canal 1 Na posiccedilatildeo CH2 apareceraacute apenas a imagem na tela que estiver sendo aplicada na entrada vertical do canal 2 Na posiccedilatildeo DUAL aparecem as duas imagens Em osciloscoacutepios mais sofisticados esta chave pode possuir mais posiccedilotildees de modo a permitir outras alternativas de uso CONTROLES DE SINCRONISMO Realizam as mesmas funccedilotildees do osciloscoacutepio traccedilo simples que eacute a de fixar a imagem na tela O que diferencia eacute o fato de que na chave seletora de fonte existe uma posiccedilatildeo adicional de modo a poder sincronizar a figura PONTAS DE PROVA As pontas de prova satildeo utilizadas para interligar o osciloscoacutepio aos pontos de medida
Uma das extremidades da ponta de prova eacute conectada a uma das entradas do osciloscoacutepio atraveacutes de um conector e a extremidade livre serve para conexatildeo aos pontos de medida A extremidade livre possui uma garra jacareacute denominada de terra da ponta de prova que deve ser conectada ao terra do circuito e uma ponta de entrada de sinal que deve ser conectada no ponto que se deseja medir Existem dois tipos de ponta de prova ponta de prova 11 ponta de prova 101 A ponta de prova 11 se caracteriza por aplicar agrave entrada do osciloscoacutepio a mesma tensatildeo ou forma de onda que eacute aplicada a ponta de mediccedilatildeo A ponta de prova 101 entrega ao osciloscoacutepio apenas a deacutecima parte da tensatildeo aplicada a ponta de mediccedilatildeo As pontas de prova 101 permitem que o osciloscoacutepio consiga observar tensotildees dez vezes maior que a sua capacidade Por exemplo Um osciloscoacutepio que permite a leitura de tensotildees de 50V com ponta de prova 11 com ponta de prova 101 poderaacute medir tensotildees de ateacute 500V (10x50V) Existem pontas de prova que dispotildee de um botatildeo onde se pode selecionar 101 ou 11 Obs Quando natildeo se tem total certeza da grandeza da tensatildeo envolvida eacute aconselhaacutevel iniciar a mediccedilatildeo com o posiccedilatildeo 101
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Bibliografia
1 Dispositivos semicondutores tiristores controle de potecircncia em CC e CA 1996 - ALMEIDA Joseacute Luiz Antunes de Satildeo Paulo Eacuterica 1996 150 p
2 Dispositivos semicondutores diodos e transistores 1996 MARQUES Angelo Eduardo B
CHOUERI JUacuteNIOR Salomatildeo CRUZ Eduardo Cesar Alves Satildeo Paulo Eacuterica 1996 389 p
3 Anaacutelise e projeto de fontes chaveadas MELLO Luiz Fernando P de Satildeo Paulo Eacuterica 1996 487 p
4 Eletrocircnica de potecircncia circuitos dispositivos e aplicaccedilotildees 1999 RASHID Muhammad H Satildeo Paulo Makron Books 1999 828 p
5 Eletrocircnica de potecircncia 1994 - PALMA Guilherme Rebouccedilas da Satildeo Paulo Eacuterica 1994 259 p
6 Dispositivos eletrocircnicos e teoria de circuitos - 8 ed 2004 -
BOYLESTAD Robert L NASHELSKY Louis CAMARGO Joseacute Bueno de NASCIMENTO Joseacute Lucimar do PERTENCE JUNIOR Antonio (Coord) Satildeo Paulo Pearson Prentice Hall 2004 672 p
7 Rodrigues Isac Zilli Notas de aula da disciplina de Eletrocircnica II do Curso de Engenharia
Eleacutetrica da UPF Passo Fundo RS 2000
8 Ghirardello Ariovaldo Apostila sobre Modulaccedilatildeo PWM Coleacutegio Politec
9 Electronics Workbench Versatildeo 512
10 LabcenterElectronics 1989-2008 Release 75 SP3
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4 ndash O que aconteceu com a potecircncia (brilho) da lacircmpada Com circuito configurado como no exerciacutecio 1 e exerciacutecio 3 (aumentou ou diminuiu) Porque ocorreu isto _____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
5 ndash Qual eacute a nova potecircncia da lacircmpada Provar por meio de caacutelculos 6 ndash Por fim com o circuito configurado como no exerciacutecio 3 coloque uma lacircmpada de maior potecircncia e visualize o ripple novamente com o osciloscoacutepio explique o que ocorreu _____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
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Laboratoacuterio 2 TRANSISTOR BIPOLAR (BJT)
Os transistores de potecircncia apresentam caracteriacutesticas de chaveamento controlado Os transistores utilizados como elementos de chaveamento operam na regiatildeo de saturaccedilatildeo apresentando uma baixa queda de tensatildeo de conduccedilatildeo (VCE=0V) (VBE=13V)
Este laboratoacuterio tem o objetivo de fazer um retificador e filtro diretamente da rede alternada com componentes retirados de fontes chaveadas de computadores apoacutes o estaacutegio de retificaccedilatildeo e filtro faremos funcionar uma lacircmpada incandescente de 220 volts corrente alternada em corrente contiacutenua com o auxiacutelio de um transistor de potencia tambeacutem retirado das mesmas fontes
Calcule o R1 e monte o circuito e apoacutes responda as questotildees
Pinos 1 ndash Base 2 ndash Coletor 3 ndash Emissor
Alguns transistores encontrados em fontes chaveadas de computador Transistor VCE (V) Ic (A) β MJE13007 400 8 5
2SC4106 400 7 10
2SC5027 800 3 8
2SC5353 800 3 15
2SC2335 400 7 10
2SC4242 400 7 10
2SC5763 400 7 10
1 ndash Escolha o transistor e faccedila o calculo para descobrir R1 e depois monte o circuito Transistor escolhido ______________
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2 ndash Meccedila a corrente no ponto 1 e compare com o calculado Faccedila as observaccedilotildees necessaacuterias
Corrente no ponto (1)
Calculado
Medido _____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
3 ndash Por que existem os resistores em paralelo com os capacitores
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_____________________________________________________________________________________
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Laboratoacuterio 3
TRANSISTOR EFEITO DE CAMPO (FET) O transistor de potecircncia MOSFET eacute um dispositivo de tensatildeo controlada e necessita apenas de tensatildeo no gatilho A velocidade de chaveamento eacute muito alta (nanosegundos) MOSFETrsquos de potecircncia satildeo utilizados em conversores de baixa potecircncia e alta frequumlecircncia Estes transistores apresentam problemas de descargas eletrostaacuteticas necessitando de cuidados especiais Este experimento tem como objetivo mostrar o funcionamento de Mosfets em uma aplicaccedilatildeo pratica para tanto montaremos o circuito abaixo
Pinagem 1 ndash GATE 2 ndash DRAIN 3 ndash SOURCE
Alguns transistores encontrados no comeacutercio
Transistor Tensatildeo Vds(V) Corrente Id (A)
IRF840 500 85 IRF740 400 10
1 ndash Meccedila a corrente no ponto 1 Corrente no ponto 1 ______________ No ponto 2 coloque 1deg o multiacutemetro antes de ligar o circuito Meccedila a corrente no ponto 2 Corrente no ponto 2 ______________ Por que isto ocorre 2 ndash Calcule a corrente que passa entre os resistores E compare com os valores medidos e faccedila as observaccedilotildees necessaacuterias
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Laboratoacuterio 4
SCR E TRIAC
Este laboratoacuterio tem o objetivo de comprovar o funcionamento do componente SCR e TRIAC e diferenciaacute-los 1
A - Primeiramente ligue a chave 1 mantendo a chave 2 desligada o que ocorre _____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
B ndash Mantendo ligada a chave 1 ligue a chave 2 por um breve intervalo de tempo e desligue-a O que acontece Justifique sua resposta _____________________________________________________________________________________ _____________________________________________________________________________________ 2
C ndash Faccedila a mesma sequumlecircncia usada nas questotildees A e B Sequumlecircncia da questatildeo A________________________________________________________________
Sequumlecircncia da questatildeo B_________________________________________________________________
D - Faccedila as consideraccedilotildees comparando os circuitos 1 e 2
_____________________________________________________________________________________ _____________________________________________________________________________________
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3
E ndash Faccedila um comentaacuterio sobre a omissatildeo das chaves _____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
4
F - Comente os circuitos 3 e 4 haacute alguma diferenccedila no brilho da lacircmpada
_____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
Pinos do SCR e BTA 1 ndash Catodo A2 2 ndash Anodo A1 3 ndash Gatilho
Alguns SCRs encontrados no comeacutercio
Tiristor
Tensatildeo Vds(V)
Corrente Id (A)
BT151 500 85 TIC106 400 10
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Laboratoacuterio 5
DIAC E TRIAC O objetivo eacute montar o circuito abaixo e visualizar com o osciloscoacutepio a forma de onda em cima da carga no nosso caso a lacircmpada enquanto varia o potenciocircmetro
Pinagem 1 ndash A1 2 ndash A2 3 ndash G Alguns triacs encontrado no comeacutercio BTA08 ndash 8A BTA26 ndash 26A MAC224 ndash 40A TIC226 ndash 8A
Coloque a ponteira em cima da carga e deixe o potenciocircmetro no meio do curso e reproduza na tela abaixo Registre o ajuste que foi feito no osciloscoacutepio para aparecer o meio ciclo superior na tela
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Laboratoacuterio 6
PWM Este circuito eacute simples com o famoso CI 555 para gerar o sinal PWM Controlando uma carga que conseguimos observar o estaacute acontecendo
1 ndash Qual a frequumlecircncia gerada do sinal PWM _______________________________________________________________________________
_______________________________________________________________________________
2 ndash O que acontece com a lacircmpada quando varia o potenciocircmetro
_______________________________________________________________________________
_______________________________________________________________________________
3 ndash Trocando o capacitor de 100nF por um de 10nF qual seraacute a nova frequumlecircncia
_______________________________________________________________________________
_______________________________________________________________________________
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Laboratoacuterio 7
INVERSOR Este circuito eacute o conceito baacutesico do princiacutepio de funcionamento de um inversor que eacute capaz de gerar uma tensatildeo alternada a partir de uma tensatildeo contiacutenua
1 ndash O motor estaacute girando _____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
2 ndash Caso afirmativo na primeira pergunta coloque a ponteira do osciloscoacutepio em um dos terminais do motor e a garra jacareacute no terra e meccedila a frequumlecircncia _____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
3 ndash O que estaacute acontecendo com o motor em suas caracteriacutesticas fiacutesicas Mudou a velocidade estaacute aquecendo estaacute trepidando etc _____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
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Apendice B
Coacutedigo de resistores
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Capacitores ceracircmicos
O valor do capacitorB eacute de 3300 pF (picofarad = 10-12 F) ou 33 nF (nanofarad = 10-9 F) ou 00033 microF (microfarad =
10-6 F) No capacitor A devemos acrescentar mais 4 zeros apoacutes os dois primeiros algarismos O valor do capacitor que se lecirc 104 eacute de 100000 pF ou 100 nF ou 01microF
O aparecimento de uma letra maiuacutescula ao lado dos nuacutemeros Esta letra refere-se a toleracircncia do capacitor ou seja o quanto que o capacitor pode variar de seu valor em uma temperatura padratildeo de 25deg C A letra J significa que este capacitor pode variar ateacute plusmn5 de seu valor a letra K = plusmn10 ou M = plusmn20 Segue na tabela abaixo os coacutedigos de toleracircncias de capacitacircncia
Ateacute 10pF Coacutedigo Acima de 10pF
plusmn01pF B
plusmn025pF C
plusmn05pF D
plusmn10pF F plusmn1
G plusmn2
H plusmn3
J plusmn5
K plusmn10
M plusmn20
S -50 -20
Z +80 -20
ou +100 -20
P +100 -0
O coeficiente de temperatura TC que define a variaccedilatildeo da capacitacircncia dentro de uma determinada faixa de temperatura O TC eacute normalmente expresso em ou ppmdegC ( partes por milhatildeo degC ) Eacute usado uma sequumlecircncia de letras ou letras e nuacutemeros para representar os coeficientes Observe o desenho abaixo
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Na tabela abaixo estatildeo mais alguns coeficientes de temperatura e as toleracircncias que satildeo muito utilizadas por diversos fabricantes de capacitores
Coacutedigo Coeficiente de temperatura NPO -0plusmn 30ppmdegC N075 -75plusmn 30ppmdegC N150 -150plusmn 30ppmdegC N220 -220plusmn 60ppmdegC N330 -330plusmn 60ppmdegC N470 -470plusmn 60ppmdegC N750 -750plusmn 120ppmdegC N1500 -1500plusmn 250ppmdegC N2200 -2200plusmn 500ppmdegC N3300 -3300plusmn 500ppmdegC N4700 -4700plusmn 1000ppmdegC N5250 -5250plusmn 1000ppmdegC P100 +100plusmn 30ppmdegC
Outra forma de representar coeficientes de temperatura eacute mostrado abaixo Eacute usada em capacitores que se caracterizam
pela alta capacitacircncia por unidade de volume (dimensotildees reduzidas) devido a alta constante dieleacutetrica sendo recomendados para aplicaccedilatildeo em desacoplamentos acoplamentos e supressatildeo de interferecircncias em baixas tensotildees
Os coeficientes satildeo tambeacutem representados exibindo sequumlecircncias de letras e nuacutemeros como por exemplo X7R Y5F e Z5U Para um capacitor Z5U a faixa de operaccedilatildeo eacute de +10degC que significa Temperatura Miacutenima seguido de +85degC que significa Temperatura Maacutexima e uma variaccedilatildeo Maacutexima de capacitacircncia dentro desses limites de temperatura que natildeo ultrapassa -56 +22
Veja as trecircs tabelas abaixo para compreender este exemplo e entender outros coeficientes
Temperatura Miacutenima
Temperatura Maacutexima
Variaccedilatildeo Maacutexima de Capacitacircncia
X -55degC Y -30degC Z +10degC
2 +45degC 4 +65degC 5 +85degC 6 +105degC 7 +125degC
A plusmn10 B plusmn15 C plusmn22 D plusmn33 E plusmn47 F plusmn75 P plusmn10 R plusmn15 S plusmn22 T -33 +22 U -56 +22 V -82 +22
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Capacitores de filme plaacutestico
O desenho ao lado mostra capacitores que tem os seus valores impressos em nanofarad (nF) = 10-9F Quando aparece no capacitor uma letra n minuacutescula como um dos tipos apresentados ao lado por exemplo 3n3 significa que este capacitor eacute de 33nF No exemplo o n minuacutesculo eacute colocado ao meio dos nuacutemeros apenas para economizar uma viacutergula e evitar erro de interpretaccedilatildeo de seu valor
Capacitores de Ceracircmica Multicamada
Capacitores de Polieacutester Metalizado usando coacutedigo de cores
A tabela abaixo mostra como interpretar o coacutedigo de cores dos capacitores abaixo No capacitor A as 3 primeiras cores satildeo laranja laranja e laranja correspondem a 33000 equivalendo a 33 nF A cor branca logo adiante eacute referente a plusmn10 de toleracircncia E o vermelho representa a tensatildeo nominal que eacute de 250 volts
1ordf Algarismo 2ordf Algarismo 3ordf Ndeg de zeros 4ordf Toleracircncia 5ordf Tensatildeo
PRETO 0 0 - plusmn 20 -
MARROM 1 1 0 - -
VERMELHO 2 2 00 - 250V
LARANJA 3 3 000 - -
AMARELO 4 4 0000 - 400V
VERDE 5 5 00000 - -
AZUL 6 6 - - 630V
VIOLETA 7 7 - - -
CINZA 8 8 - - -
BRANCO 9 9 - plusmn 10 -
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Apecircndice C
Osciloscoacutepio Geralmente os osciloscoacutepios tecircm os controles e entradas que podem ser divididos em cinco grupos
1 ndash Controle da fonte de alimentaccedilatildeo 2 ndash Controles de ajuste do traccedilo ou ponto na tela 3 ndash Controles e entrada de atuaccedilatildeo vertical 4 ndash Controles e entrada de atuaccedilatildeo horizontal 5 ndash Controles de entrada de sincronismo
1 - CONTROLE DA FONTE DE ALIMENTACcedilAtildeO 11 - INTERRUPTOR Sua funccedilatildeo eacute interromper ou estabelecer a corrente no primaacuterio do transformador de fora Sua atuaccedilatildeo normalmente eacute acompanhada por uma lacircmpada piloto que serve de aviso visual sobre a situaccedilatildeo do circuito (ligado ou desligado) Normalmente este interruptor se encontra acoplado junto do potenciocircmetro de controle de brilho 12 - COMUTADOR DE TENSAtildeO Sua funccedilatildeo eacute selecionar a tensatildeo de funcionamento do osciloscoacutepio (127 220V) Permite utilizar o instrumento sem a necessidade de recorrer a um transformador abaixador ou elevador de tensatildeo (geralmente o acesso deste comutador eacute visto na parte de traz do aparelho) 2 - CONTROLES DE AJUSTE DO TRACcedilO OU PONTO NA TELA 21 - BRILHO OU LUMINOSIDADE Eacute o controle que ajusta a luminosidade do ponto ou do traccedilo O controle do brilho eacute feito por meio de um potenciocircmetro situado no circuito da grade de controle do TRC mediante o qual se regula o potencial desta grade (deve-se evitar o uso de brilho excessivo sob pena de se danificar a tela) 22 - FOCO Eacute o controle que ajusta a nitidez do ponto ou traccedilo luminoso O ajuste do foco eacute conseguido mediante a regulagem de um potenciocircmetro que regula a polarizaccedilatildeo do eletrodo de enfoque O foco deve ser ajustado de forma a se obter um traccedilo fino e niacutetido na tela (estes ajustes de brilho e de foco satildeo ajustes baacutesicos que devem ser feitos sempre que se for usar o osciloscoacutepio)
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23 - ILUMINACcedilAtildeO DA RETIacuteCULA Permite que se ilumine o quadriculado ou as divisotildees na tela 3 - CONTROLES E ENTRADA DE ATUACcedilAtildeO VERTICAL 31 - ENTRADA DE SINAL VERTICAL Nesta entrada eacute conectada a ponta de prova do osciloscoacutepio As variaccedilotildees de tensatildeo aplicadas nesta entrada aparecem sob forma de figura na tela 32 - CHAVE DE SELECcedilAtildeO DE MODO DE ENTRADA (CA-CC) Esta chave eacute selecionada de acordo com o tipo de forma de onda a ser observada Em alguns osciloscoacutepios esta chave possui trecircs posiccedilotildees (CA-0-CC ou AC-GND-DC) Esta posiccedilatildeo adicional eacute usada para a realizaccedilatildeo de ajustes do traccedilo do osciloscoacutepio em algumas situaccedilotildees Por exemplo quando se deseja Uma referecircncia na tela 33 - CHAVE SELETORA DE GANHO (VDiv) Esta chave permite que se aumente ou que se diminua a amplitude de projeccedilatildeo na tela do osciloscoacutepio (altura da imagem) 34 - POSICcedilAtildeO VERTICAL Permite movimentar a imagem para cima ou para baixo na tela A movimentaccedilatildeo natildeo interfere na forma da figura projetada na tela 4 - CONTROLES DE ATUACcedilAO HORIZONTAL 41 - CHAVE SELETORA DE BASE DE TEMPO Eacute o controle que permite variar o tempo de deslocamento horizontal do ponto na tela Atraveacutes deste controle eacute possiacutevel reduzir ou ampliar horizontalmente na tela a figura nela projetada Em alguns osciloscoacutepios esta chave seletora tem uma posiccedilatildeo identificada como EXT (externa) o que possibilita que o deslocamento horizontal pode ser controlado por circuito externo ao osciloscoacutepio atraveacutes de uma entrada especiacutefica Quando a posiccedilatildeo externa eacute selecionada natildeo haacute formaccedilatildeo do traccedilo na tela obtendo-se apenas um ponto 42 - POSICcedilAtildeO HORIZONTAL Eacute o ajuste que permite controlar horizontalmente a forma de onda na tela Girando o controle de posiccedilatildeo horizontal para a direita o traccedilo move-se horizontalmente para a direita e vice-versa Assim como o controle de posiccedilatildeo vertical o controle de posiccedilatildeo horizontal natildeo interfere na forma da figura projetada na tela
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5 - CONTROLES E ENTRADA DE SINCRONISMO (TRIGGER) Satildeo controles que se destinam a fixar a imagem na tela Estes controles satildeo utilizados principalmente na observaccedilatildeo de sinais alternados Os controles de sincronismo satildeo Chave seletora de fonte de sincronismo Chave de modo de sincronismo Controle de niacutevel de sincronismo 51 - CHAVE SELETORA DE FONTE DE SINCRONISMO Seleciona onde seraacute tomada o sinal de sincronismo para fixar a imagem na tela do osciloscoacutepio Normalmente esta chave possui trecircs posiccedilotildees pelo menos POSICcedilAtildeO CH1 O sincronismo eacute controlado pelo sinal aplicado ao canal 1 POSICcedilAtildeO REDE Realiza o sincronismo com base na frequecircncia da rede de alimentaccedilatildeo do osciloscoacutepio (60Hz) Nesta posiccedilatildeo consegue-se facilmente sincronizar na tela sinais aplicados na entrada vertical que sejam obtidos a partir da rede eleacutetrica POSICcedilAtildeO EXTERNO Na posiccedilatildeo externo o sincronismo da figura eacute obtido agrave partir de outro equipamento externo conectado ao osciloscoacutepio O sinal que controla o sincronismo na posiccedilatildeo externo eacute aplicado a entrada de sincronismo 52 - CHAVE DE MODO DE SINCRONISMO Normalmente esta chave tem duas ou trecircs posiccedilotildees AUTO Nesta posiccedilatildeo o osciloscoacutepio realiza o sincronismo automaticamente com base no sinal selecionado pela chave seletora de fonte de sincronismo NORMAL + O sincronismo eacute positivo ajustado manualmente pelo controle de niacutevel de sincronismo (TRIGGER) de modo que o primeiro pico que apareccedila na tela seja o positivo NORMAL - O sincronismo eacute negativo tambeacutem ajustado manualmente entretanto o primeiro pico a aparecer eacute o negativo 53 - CONTROLE DE NIacuteVEL DE SINCRONISMO (TRIGGER) Eacute um controle manual que permite o ajuste do sincronismo quando natildeo se consegue um sincronismo automaacutetico Tem atuaccedilatildeo nas posiccedilotildees NORMAL + e NORMAL - OBSERVACcedilAtildeO Para se realizar leituras eacute necessaacuterio sincronizar a figura na tela II - ENTRADA E CONTROLE DO OSCILOSCOacutePIO DUPLO TRACcedilO O osciloscoacutepio de duplo traccedilo possui alguns controles que satildeo comuns aos dois traccedilos e outros que satildeo individuais Os controles de brilho foco base de tempo e de posiccedilatildeo horizontal satildeo controles que satildeo comuns aos dois traccedilos Basicamente os controles individuais situam-se nas entradas e controles do vertical nos controles e entrada de sincronismo ENTRADAS E CONTROLES DO VERTICAL Para que se possa observar dois sinais simultaneamente eacute necessaacuterio que se aplique uma tensatildeo em cada uma das entradas verticais O osciloscoacutepio duplo traccedilo dispotildee de dois grupos de controles verticais Um grupo para o canal A ou canal 1 (CH1) Um grupo para o canal B ou canal 2 (CH2) Cada grupo controla um dos sinais na tela (amplitude posiccedilatildeo vertical etc) Geralmente satildeo iguais Cada canal dispotildee de Entrada Vertical Chave Seletora CA-O-CC Chave Seletora de ganho vertical (DDiv) Posiccedilatildeo vertical Um osciloscoacutepio de duplo traccedilo pode ainda ser utilizado como sendo um osciloscoacutepio de traccedilo simples Uma chave seletora permite que se possa selecionar cada canal individualmente ou os dois simultaneamente Esta chave possui pelo menos trecircs posiccedilotildees CH1
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CH2 DUAL Na posiccedilatildeo CH1 apareceraacute apenas a imagem na tela que estiver sendo aplicada na entrada vertical do canal 1 Na posiccedilatildeo CH2 apareceraacute apenas a imagem na tela que estiver sendo aplicada na entrada vertical do canal 2 Na posiccedilatildeo DUAL aparecem as duas imagens Em osciloscoacutepios mais sofisticados esta chave pode possuir mais posiccedilotildees de modo a permitir outras alternativas de uso CONTROLES DE SINCRONISMO Realizam as mesmas funccedilotildees do osciloscoacutepio traccedilo simples que eacute a de fixar a imagem na tela O que diferencia eacute o fato de que na chave seletora de fonte existe uma posiccedilatildeo adicional de modo a poder sincronizar a figura PONTAS DE PROVA As pontas de prova satildeo utilizadas para interligar o osciloscoacutepio aos pontos de medida
Uma das extremidades da ponta de prova eacute conectada a uma das entradas do osciloscoacutepio atraveacutes de um conector e a extremidade livre serve para conexatildeo aos pontos de medida A extremidade livre possui uma garra jacareacute denominada de terra da ponta de prova que deve ser conectada ao terra do circuito e uma ponta de entrada de sinal que deve ser conectada no ponto que se deseja medir Existem dois tipos de ponta de prova ponta de prova 11 ponta de prova 101 A ponta de prova 11 se caracteriza por aplicar agrave entrada do osciloscoacutepio a mesma tensatildeo ou forma de onda que eacute aplicada a ponta de mediccedilatildeo A ponta de prova 101 entrega ao osciloscoacutepio apenas a deacutecima parte da tensatildeo aplicada a ponta de mediccedilatildeo As pontas de prova 101 permitem que o osciloscoacutepio consiga observar tensotildees dez vezes maior que a sua capacidade Por exemplo Um osciloscoacutepio que permite a leitura de tensotildees de 50V com ponta de prova 11 com ponta de prova 101 poderaacute medir tensotildees de ateacute 500V (10x50V) Existem pontas de prova que dispotildee de um botatildeo onde se pode selecionar 101 ou 11 Obs Quando natildeo se tem total certeza da grandeza da tensatildeo envolvida eacute aconselhaacutevel iniciar a mediccedilatildeo com o posiccedilatildeo 101
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Bibliografia
1 Dispositivos semicondutores tiristores controle de potecircncia em CC e CA 1996 - ALMEIDA Joseacute Luiz Antunes de Satildeo Paulo Eacuterica 1996 150 p
2 Dispositivos semicondutores diodos e transistores 1996 MARQUES Angelo Eduardo B
CHOUERI JUacuteNIOR Salomatildeo CRUZ Eduardo Cesar Alves Satildeo Paulo Eacuterica 1996 389 p
3 Anaacutelise e projeto de fontes chaveadas MELLO Luiz Fernando P de Satildeo Paulo Eacuterica 1996 487 p
4 Eletrocircnica de potecircncia circuitos dispositivos e aplicaccedilotildees 1999 RASHID Muhammad H Satildeo Paulo Makron Books 1999 828 p
5 Eletrocircnica de potecircncia 1994 - PALMA Guilherme Rebouccedilas da Satildeo Paulo Eacuterica 1994 259 p
6 Dispositivos eletrocircnicos e teoria de circuitos - 8 ed 2004 -
BOYLESTAD Robert L NASHELSKY Louis CAMARGO Joseacute Bueno de NASCIMENTO Joseacute Lucimar do PERTENCE JUNIOR Antonio (Coord) Satildeo Paulo Pearson Prentice Hall 2004 672 p
7 Rodrigues Isac Zilli Notas de aula da disciplina de Eletrocircnica II do Curso de Engenharia
Eleacutetrica da UPF Passo Fundo RS 2000
8 Ghirardello Ariovaldo Apostila sobre Modulaccedilatildeo PWM Coleacutegio Politec
9 Electronics Workbench Versatildeo 512
10 LabcenterElectronics 1989-2008 Release 75 SP3
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Laboratoacuterio 2 TRANSISTOR BIPOLAR (BJT)
Os transistores de potecircncia apresentam caracteriacutesticas de chaveamento controlado Os transistores utilizados como elementos de chaveamento operam na regiatildeo de saturaccedilatildeo apresentando uma baixa queda de tensatildeo de conduccedilatildeo (VCE=0V) (VBE=13V)
Este laboratoacuterio tem o objetivo de fazer um retificador e filtro diretamente da rede alternada com componentes retirados de fontes chaveadas de computadores apoacutes o estaacutegio de retificaccedilatildeo e filtro faremos funcionar uma lacircmpada incandescente de 220 volts corrente alternada em corrente contiacutenua com o auxiacutelio de um transistor de potencia tambeacutem retirado das mesmas fontes
Calcule o R1 e monte o circuito e apoacutes responda as questotildees
Pinos 1 ndash Base 2 ndash Coletor 3 ndash Emissor
Alguns transistores encontrados em fontes chaveadas de computador Transistor VCE (V) Ic (A) β MJE13007 400 8 5
2SC4106 400 7 10
2SC5027 800 3 8
2SC5353 800 3 15
2SC2335 400 7 10
2SC4242 400 7 10
2SC5763 400 7 10
1 ndash Escolha o transistor e faccedila o calculo para descobrir R1 e depois monte o circuito Transistor escolhido ______________
42
2 ndash Meccedila a corrente no ponto 1 e compare com o calculado Faccedila as observaccedilotildees necessaacuterias
Corrente no ponto (1)
Calculado
Medido _____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
3 ndash Por que existem os resistores em paralelo com os capacitores
_____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
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Laboratoacuterio 3
TRANSISTOR EFEITO DE CAMPO (FET) O transistor de potecircncia MOSFET eacute um dispositivo de tensatildeo controlada e necessita apenas de tensatildeo no gatilho A velocidade de chaveamento eacute muito alta (nanosegundos) MOSFETrsquos de potecircncia satildeo utilizados em conversores de baixa potecircncia e alta frequumlecircncia Estes transistores apresentam problemas de descargas eletrostaacuteticas necessitando de cuidados especiais Este experimento tem como objetivo mostrar o funcionamento de Mosfets em uma aplicaccedilatildeo pratica para tanto montaremos o circuito abaixo
Pinagem 1 ndash GATE 2 ndash DRAIN 3 ndash SOURCE
Alguns transistores encontrados no comeacutercio
Transistor Tensatildeo Vds(V) Corrente Id (A)
IRF840 500 85 IRF740 400 10
1 ndash Meccedila a corrente no ponto 1 Corrente no ponto 1 ______________ No ponto 2 coloque 1deg o multiacutemetro antes de ligar o circuito Meccedila a corrente no ponto 2 Corrente no ponto 2 ______________ Por que isto ocorre 2 ndash Calcule a corrente que passa entre os resistores E compare com os valores medidos e faccedila as observaccedilotildees necessaacuterias
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Laboratoacuterio 4
SCR E TRIAC
Este laboratoacuterio tem o objetivo de comprovar o funcionamento do componente SCR e TRIAC e diferenciaacute-los 1
A - Primeiramente ligue a chave 1 mantendo a chave 2 desligada o que ocorre _____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
B ndash Mantendo ligada a chave 1 ligue a chave 2 por um breve intervalo de tempo e desligue-a O que acontece Justifique sua resposta _____________________________________________________________________________________ _____________________________________________________________________________________ 2
C ndash Faccedila a mesma sequumlecircncia usada nas questotildees A e B Sequumlecircncia da questatildeo A________________________________________________________________
Sequumlecircncia da questatildeo B_________________________________________________________________
D - Faccedila as consideraccedilotildees comparando os circuitos 1 e 2
_____________________________________________________________________________________ _____________________________________________________________________________________
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3
E ndash Faccedila um comentaacuterio sobre a omissatildeo das chaves _____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
4
F - Comente os circuitos 3 e 4 haacute alguma diferenccedila no brilho da lacircmpada
_____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
Pinos do SCR e BTA 1 ndash Catodo A2 2 ndash Anodo A1 3 ndash Gatilho
Alguns SCRs encontrados no comeacutercio
Tiristor
Tensatildeo Vds(V)
Corrente Id (A)
BT151 500 85 TIC106 400 10
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Laboratoacuterio 5
DIAC E TRIAC O objetivo eacute montar o circuito abaixo e visualizar com o osciloscoacutepio a forma de onda em cima da carga no nosso caso a lacircmpada enquanto varia o potenciocircmetro
Pinagem 1 ndash A1 2 ndash A2 3 ndash G Alguns triacs encontrado no comeacutercio BTA08 ndash 8A BTA26 ndash 26A MAC224 ndash 40A TIC226 ndash 8A
Coloque a ponteira em cima da carga e deixe o potenciocircmetro no meio do curso e reproduza na tela abaixo Registre o ajuste que foi feito no osciloscoacutepio para aparecer o meio ciclo superior na tela
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Laboratoacuterio 6
PWM Este circuito eacute simples com o famoso CI 555 para gerar o sinal PWM Controlando uma carga que conseguimos observar o estaacute acontecendo
1 ndash Qual a frequumlecircncia gerada do sinal PWM _______________________________________________________________________________
_______________________________________________________________________________
2 ndash O que acontece com a lacircmpada quando varia o potenciocircmetro
_______________________________________________________________________________
_______________________________________________________________________________
3 ndash Trocando o capacitor de 100nF por um de 10nF qual seraacute a nova frequumlecircncia
_______________________________________________________________________________
_______________________________________________________________________________
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Laboratoacuterio 7
INVERSOR Este circuito eacute o conceito baacutesico do princiacutepio de funcionamento de um inversor que eacute capaz de gerar uma tensatildeo alternada a partir de uma tensatildeo contiacutenua
1 ndash O motor estaacute girando _____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
2 ndash Caso afirmativo na primeira pergunta coloque a ponteira do osciloscoacutepio em um dos terminais do motor e a garra jacareacute no terra e meccedila a frequumlecircncia _____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
3 ndash O que estaacute acontecendo com o motor em suas caracteriacutesticas fiacutesicas Mudou a velocidade estaacute aquecendo estaacute trepidando etc _____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
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Apendice B
Coacutedigo de resistores
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Capacitores ceracircmicos
O valor do capacitorB eacute de 3300 pF (picofarad = 10-12 F) ou 33 nF (nanofarad = 10-9 F) ou 00033 microF (microfarad =
10-6 F) No capacitor A devemos acrescentar mais 4 zeros apoacutes os dois primeiros algarismos O valor do capacitor que se lecirc 104 eacute de 100000 pF ou 100 nF ou 01microF
O aparecimento de uma letra maiuacutescula ao lado dos nuacutemeros Esta letra refere-se a toleracircncia do capacitor ou seja o quanto que o capacitor pode variar de seu valor em uma temperatura padratildeo de 25deg C A letra J significa que este capacitor pode variar ateacute plusmn5 de seu valor a letra K = plusmn10 ou M = plusmn20 Segue na tabela abaixo os coacutedigos de toleracircncias de capacitacircncia
Ateacute 10pF Coacutedigo Acima de 10pF
plusmn01pF B
plusmn025pF C
plusmn05pF D
plusmn10pF F plusmn1
G plusmn2
H plusmn3
J plusmn5
K plusmn10
M plusmn20
S -50 -20
Z +80 -20
ou +100 -20
P +100 -0
O coeficiente de temperatura TC que define a variaccedilatildeo da capacitacircncia dentro de uma determinada faixa de temperatura O TC eacute normalmente expresso em ou ppmdegC ( partes por milhatildeo degC ) Eacute usado uma sequumlecircncia de letras ou letras e nuacutemeros para representar os coeficientes Observe o desenho abaixo
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Na tabela abaixo estatildeo mais alguns coeficientes de temperatura e as toleracircncias que satildeo muito utilizadas por diversos fabricantes de capacitores
Coacutedigo Coeficiente de temperatura NPO -0plusmn 30ppmdegC N075 -75plusmn 30ppmdegC N150 -150plusmn 30ppmdegC N220 -220plusmn 60ppmdegC N330 -330plusmn 60ppmdegC N470 -470plusmn 60ppmdegC N750 -750plusmn 120ppmdegC N1500 -1500plusmn 250ppmdegC N2200 -2200plusmn 500ppmdegC N3300 -3300plusmn 500ppmdegC N4700 -4700plusmn 1000ppmdegC N5250 -5250plusmn 1000ppmdegC P100 +100plusmn 30ppmdegC
Outra forma de representar coeficientes de temperatura eacute mostrado abaixo Eacute usada em capacitores que se caracterizam
pela alta capacitacircncia por unidade de volume (dimensotildees reduzidas) devido a alta constante dieleacutetrica sendo recomendados para aplicaccedilatildeo em desacoplamentos acoplamentos e supressatildeo de interferecircncias em baixas tensotildees
Os coeficientes satildeo tambeacutem representados exibindo sequumlecircncias de letras e nuacutemeros como por exemplo X7R Y5F e Z5U Para um capacitor Z5U a faixa de operaccedilatildeo eacute de +10degC que significa Temperatura Miacutenima seguido de +85degC que significa Temperatura Maacutexima e uma variaccedilatildeo Maacutexima de capacitacircncia dentro desses limites de temperatura que natildeo ultrapassa -56 +22
Veja as trecircs tabelas abaixo para compreender este exemplo e entender outros coeficientes
Temperatura Miacutenima
Temperatura Maacutexima
Variaccedilatildeo Maacutexima de Capacitacircncia
X -55degC Y -30degC Z +10degC
2 +45degC 4 +65degC 5 +85degC 6 +105degC 7 +125degC
A plusmn10 B plusmn15 C plusmn22 D plusmn33 E plusmn47 F plusmn75 P plusmn10 R plusmn15 S plusmn22 T -33 +22 U -56 +22 V -82 +22
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Capacitores de filme plaacutestico
O desenho ao lado mostra capacitores que tem os seus valores impressos em nanofarad (nF) = 10-9F Quando aparece no capacitor uma letra n minuacutescula como um dos tipos apresentados ao lado por exemplo 3n3 significa que este capacitor eacute de 33nF No exemplo o n minuacutesculo eacute colocado ao meio dos nuacutemeros apenas para economizar uma viacutergula e evitar erro de interpretaccedilatildeo de seu valor
Capacitores de Ceracircmica Multicamada
Capacitores de Polieacutester Metalizado usando coacutedigo de cores
A tabela abaixo mostra como interpretar o coacutedigo de cores dos capacitores abaixo No capacitor A as 3 primeiras cores satildeo laranja laranja e laranja correspondem a 33000 equivalendo a 33 nF A cor branca logo adiante eacute referente a plusmn10 de toleracircncia E o vermelho representa a tensatildeo nominal que eacute de 250 volts
1ordf Algarismo 2ordf Algarismo 3ordf Ndeg de zeros 4ordf Toleracircncia 5ordf Tensatildeo
PRETO 0 0 - plusmn 20 -
MARROM 1 1 0 - -
VERMELHO 2 2 00 - 250V
LARANJA 3 3 000 - -
AMARELO 4 4 0000 - 400V
VERDE 5 5 00000 - -
AZUL 6 6 - - 630V
VIOLETA 7 7 - - -
CINZA 8 8 - - -
BRANCO 9 9 - plusmn 10 -
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Apecircndice C
Osciloscoacutepio Geralmente os osciloscoacutepios tecircm os controles e entradas que podem ser divididos em cinco grupos
1 ndash Controle da fonte de alimentaccedilatildeo 2 ndash Controles de ajuste do traccedilo ou ponto na tela 3 ndash Controles e entrada de atuaccedilatildeo vertical 4 ndash Controles e entrada de atuaccedilatildeo horizontal 5 ndash Controles de entrada de sincronismo
1 - CONTROLE DA FONTE DE ALIMENTACcedilAtildeO 11 - INTERRUPTOR Sua funccedilatildeo eacute interromper ou estabelecer a corrente no primaacuterio do transformador de fora Sua atuaccedilatildeo normalmente eacute acompanhada por uma lacircmpada piloto que serve de aviso visual sobre a situaccedilatildeo do circuito (ligado ou desligado) Normalmente este interruptor se encontra acoplado junto do potenciocircmetro de controle de brilho 12 - COMUTADOR DE TENSAtildeO Sua funccedilatildeo eacute selecionar a tensatildeo de funcionamento do osciloscoacutepio (127 220V) Permite utilizar o instrumento sem a necessidade de recorrer a um transformador abaixador ou elevador de tensatildeo (geralmente o acesso deste comutador eacute visto na parte de traz do aparelho) 2 - CONTROLES DE AJUSTE DO TRACcedilO OU PONTO NA TELA 21 - BRILHO OU LUMINOSIDADE Eacute o controle que ajusta a luminosidade do ponto ou do traccedilo O controle do brilho eacute feito por meio de um potenciocircmetro situado no circuito da grade de controle do TRC mediante o qual se regula o potencial desta grade (deve-se evitar o uso de brilho excessivo sob pena de se danificar a tela) 22 - FOCO Eacute o controle que ajusta a nitidez do ponto ou traccedilo luminoso O ajuste do foco eacute conseguido mediante a regulagem de um potenciocircmetro que regula a polarizaccedilatildeo do eletrodo de enfoque O foco deve ser ajustado de forma a se obter um traccedilo fino e niacutetido na tela (estes ajustes de brilho e de foco satildeo ajustes baacutesicos que devem ser feitos sempre que se for usar o osciloscoacutepio)
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23 - ILUMINACcedilAtildeO DA RETIacuteCULA Permite que se ilumine o quadriculado ou as divisotildees na tela 3 - CONTROLES E ENTRADA DE ATUACcedilAtildeO VERTICAL 31 - ENTRADA DE SINAL VERTICAL Nesta entrada eacute conectada a ponta de prova do osciloscoacutepio As variaccedilotildees de tensatildeo aplicadas nesta entrada aparecem sob forma de figura na tela 32 - CHAVE DE SELECcedilAtildeO DE MODO DE ENTRADA (CA-CC) Esta chave eacute selecionada de acordo com o tipo de forma de onda a ser observada Em alguns osciloscoacutepios esta chave possui trecircs posiccedilotildees (CA-0-CC ou AC-GND-DC) Esta posiccedilatildeo adicional eacute usada para a realizaccedilatildeo de ajustes do traccedilo do osciloscoacutepio em algumas situaccedilotildees Por exemplo quando se deseja Uma referecircncia na tela 33 - CHAVE SELETORA DE GANHO (VDiv) Esta chave permite que se aumente ou que se diminua a amplitude de projeccedilatildeo na tela do osciloscoacutepio (altura da imagem) 34 - POSICcedilAtildeO VERTICAL Permite movimentar a imagem para cima ou para baixo na tela A movimentaccedilatildeo natildeo interfere na forma da figura projetada na tela 4 - CONTROLES DE ATUACcedilAO HORIZONTAL 41 - CHAVE SELETORA DE BASE DE TEMPO Eacute o controle que permite variar o tempo de deslocamento horizontal do ponto na tela Atraveacutes deste controle eacute possiacutevel reduzir ou ampliar horizontalmente na tela a figura nela projetada Em alguns osciloscoacutepios esta chave seletora tem uma posiccedilatildeo identificada como EXT (externa) o que possibilita que o deslocamento horizontal pode ser controlado por circuito externo ao osciloscoacutepio atraveacutes de uma entrada especiacutefica Quando a posiccedilatildeo externa eacute selecionada natildeo haacute formaccedilatildeo do traccedilo na tela obtendo-se apenas um ponto 42 - POSICcedilAtildeO HORIZONTAL Eacute o ajuste que permite controlar horizontalmente a forma de onda na tela Girando o controle de posiccedilatildeo horizontal para a direita o traccedilo move-se horizontalmente para a direita e vice-versa Assim como o controle de posiccedilatildeo vertical o controle de posiccedilatildeo horizontal natildeo interfere na forma da figura projetada na tela
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5 - CONTROLES E ENTRADA DE SINCRONISMO (TRIGGER) Satildeo controles que se destinam a fixar a imagem na tela Estes controles satildeo utilizados principalmente na observaccedilatildeo de sinais alternados Os controles de sincronismo satildeo Chave seletora de fonte de sincronismo Chave de modo de sincronismo Controle de niacutevel de sincronismo 51 - CHAVE SELETORA DE FONTE DE SINCRONISMO Seleciona onde seraacute tomada o sinal de sincronismo para fixar a imagem na tela do osciloscoacutepio Normalmente esta chave possui trecircs posiccedilotildees pelo menos POSICcedilAtildeO CH1 O sincronismo eacute controlado pelo sinal aplicado ao canal 1 POSICcedilAtildeO REDE Realiza o sincronismo com base na frequecircncia da rede de alimentaccedilatildeo do osciloscoacutepio (60Hz) Nesta posiccedilatildeo consegue-se facilmente sincronizar na tela sinais aplicados na entrada vertical que sejam obtidos a partir da rede eleacutetrica POSICcedilAtildeO EXTERNO Na posiccedilatildeo externo o sincronismo da figura eacute obtido agrave partir de outro equipamento externo conectado ao osciloscoacutepio O sinal que controla o sincronismo na posiccedilatildeo externo eacute aplicado a entrada de sincronismo 52 - CHAVE DE MODO DE SINCRONISMO Normalmente esta chave tem duas ou trecircs posiccedilotildees AUTO Nesta posiccedilatildeo o osciloscoacutepio realiza o sincronismo automaticamente com base no sinal selecionado pela chave seletora de fonte de sincronismo NORMAL + O sincronismo eacute positivo ajustado manualmente pelo controle de niacutevel de sincronismo (TRIGGER) de modo que o primeiro pico que apareccedila na tela seja o positivo NORMAL - O sincronismo eacute negativo tambeacutem ajustado manualmente entretanto o primeiro pico a aparecer eacute o negativo 53 - CONTROLE DE NIacuteVEL DE SINCRONISMO (TRIGGER) Eacute um controle manual que permite o ajuste do sincronismo quando natildeo se consegue um sincronismo automaacutetico Tem atuaccedilatildeo nas posiccedilotildees NORMAL + e NORMAL - OBSERVACcedilAtildeO Para se realizar leituras eacute necessaacuterio sincronizar a figura na tela II - ENTRADA E CONTROLE DO OSCILOSCOacutePIO DUPLO TRACcedilO O osciloscoacutepio de duplo traccedilo possui alguns controles que satildeo comuns aos dois traccedilos e outros que satildeo individuais Os controles de brilho foco base de tempo e de posiccedilatildeo horizontal satildeo controles que satildeo comuns aos dois traccedilos Basicamente os controles individuais situam-se nas entradas e controles do vertical nos controles e entrada de sincronismo ENTRADAS E CONTROLES DO VERTICAL Para que se possa observar dois sinais simultaneamente eacute necessaacuterio que se aplique uma tensatildeo em cada uma das entradas verticais O osciloscoacutepio duplo traccedilo dispotildee de dois grupos de controles verticais Um grupo para o canal A ou canal 1 (CH1) Um grupo para o canal B ou canal 2 (CH2) Cada grupo controla um dos sinais na tela (amplitude posiccedilatildeo vertical etc) Geralmente satildeo iguais Cada canal dispotildee de Entrada Vertical Chave Seletora CA-O-CC Chave Seletora de ganho vertical (DDiv) Posiccedilatildeo vertical Um osciloscoacutepio de duplo traccedilo pode ainda ser utilizado como sendo um osciloscoacutepio de traccedilo simples Uma chave seletora permite que se possa selecionar cada canal individualmente ou os dois simultaneamente Esta chave possui pelo menos trecircs posiccedilotildees CH1
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CH2 DUAL Na posiccedilatildeo CH1 apareceraacute apenas a imagem na tela que estiver sendo aplicada na entrada vertical do canal 1 Na posiccedilatildeo CH2 apareceraacute apenas a imagem na tela que estiver sendo aplicada na entrada vertical do canal 2 Na posiccedilatildeo DUAL aparecem as duas imagens Em osciloscoacutepios mais sofisticados esta chave pode possuir mais posiccedilotildees de modo a permitir outras alternativas de uso CONTROLES DE SINCRONISMO Realizam as mesmas funccedilotildees do osciloscoacutepio traccedilo simples que eacute a de fixar a imagem na tela O que diferencia eacute o fato de que na chave seletora de fonte existe uma posiccedilatildeo adicional de modo a poder sincronizar a figura PONTAS DE PROVA As pontas de prova satildeo utilizadas para interligar o osciloscoacutepio aos pontos de medida
Uma das extremidades da ponta de prova eacute conectada a uma das entradas do osciloscoacutepio atraveacutes de um conector e a extremidade livre serve para conexatildeo aos pontos de medida A extremidade livre possui uma garra jacareacute denominada de terra da ponta de prova que deve ser conectada ao terra do circuito e uma ponta de entrada de sinal que deve ser conectada no ponto que se deseja medir Existem dois tipos de ponta de prova ponta de prova 11 ponta de prova 101 A ponta de prova 11 se caracteriza por aplicar agrave entrada do osciloscoacutepio a mesma tensatildeo ou forma de onda que eacute aplicada a ponta de mediccedilatildeo A ponta de prova 101 entrega ao osciloscoacutepio apenas a deacutecima parte da tensatildeo aplicada a ponta de mediccedilatildeo As pontas de prova 101 permitem que o osciloscoacutepio consiga observar tensotildees dez vezes maior que a sua capacidade Por exemplo Um osciloscoacutepio que permite a leitura de tensotildees de 50V com ponta de prova 11 com ponta de prova 101 poderaacute medir tensotildees de ateacute 500V (10x50V) Existem pontas de prova que dispotildee de um botatildeo onde se pode selecionar 101 ou 11 Obs Quando natildeo se tem total certeza da grandeza da tensatildeo envolvida eacute aconselhaacutevel iniciar a mediccedilatildeo com o posiccedilatildeo 101
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Bibliografia
1 Dispositivos semicondutores tiristores controle de potecircncia em CC e CA 1996 - ALMEIDA Joseacute Luiz Antunes de Satildeo Paulo Eacuterica 1996 150 p
2 Dispositivos semicondutores diodos e transistores 1996 MARQUES Angelo Eduardo B
CHOUERI JUacuteNIOR Salomatildeo CRUZ Eduardo Cesar Alves Satildeo Paulo Eacuterica 1996 389 p
3 Anaacutelise e projeto de fontes chaveadas MELLO Luiz Fernando P de Satildeo Paulo Eacuterica 1996 487 p
4 Eletrocircnica de potecircncia circuitos dispositivos e aplicaccedilotildees 1999 RASHID Muhammad H Satildeo Paulo Makron Books 1999 828 p
5 Eletrocircnica de potecircncia 1994 - PALMA Guilherme Rebouccedilas da Satildeo Paulo Eacuterica 1994 259 p
6 Dispositivos eletrocircnicos e teoria de circuitos - 8 ed 2004 -
BOYLESTAD Robert L NASHELSKY Louis CAMARGO Joseacute Bueno de NASCIMENTO Joseacute Lucimar do PERTENCE JUNIOR Antonio (Coord) Satildeo Paulo Pearson Prentice Hall 2004 672 p
7 Rodrigues Isac Zilli Notas de aula da disciplina de Eletrocircnica II do Curso de Engenharia
Eleacutetrica da UPF Passo Fundo RS 2000
8 Ghirardello Ariovaldo Apostila sobre Modulaccedilatildeo PWM Coleacutegio Politec
9 Electronics Workbench Versatildeo 512
10 LabcenterElectronics 1989-2008 Release 75 SP3
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2 ndash Meccedila a corrente no ponto 1 e compare com o calculado Faccedila as observaccedilotildees necessaacuterias
Corrente no ponto (1)
Calculado
Medido _____________________________________________________________________________________
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3 ndash Por que existem os resistores em paralelo com os capacitores
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Laboratoacuterio 3
TRANSISTOR EFEITO DE CAMPO (FET) O transistor de potecircncia MOSFET eacute um dispositivo de tensatildeo controlada e necessita apenas de tensatildeo no gatilho A velocidade de chaveamento eacute muito alta (nanosegundos) MOSFETrsquos de potecircncia satildeo utilizados em conversores de baixa potecircncia e alta frequumlecircncia Estes transistores apresentam problemas de descargas eletrostaacuteticas necessitando de cuidados especiais Este experimento tem como objetivo mostrar o funcionamento de Mosfets em uma aplicaccedilatildeo pratica para tanto montaremos o circuito abaixo
Pinagem 1 ndash GATE 2 ndash DRAIN 3 ndash SOURCE
Alguns transistores encontrados no comeacutercio
Transistor Tensatildeo Vds(V) Corrente Id (A)
IRF840 500 85 IRF740 400 10
1 ndash Meccedila a corrente no ponto 1 Corrente no ponto 1 ______________ No ponto 2 coloque 1deg o multiacutemetro antes de ligar o circuito Meccedila a corrente no ponto 2 Corrente no ponto 2 ______________ Por que isto ocorre 2 ndash Calcule a corrente que passa entre os resistores E compare com os valores medidos e faccedila as observaccedilotildees necessaacuterias
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Laboratoacuterio 4
SCR E TRIAC
Este laboratoacuterio tem o objetivo de comprovar o funcionamento do componente SCR e TRIAC e diferenciaacute-los 1
A - Primeiramente ligue a chave 1 mantendo a chave 2 desligada o que ocorre _____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
B ndash Mantendo ligada a chave 1 ligue a chave 2 por um breve intervalo de tempo e desligue-a O que acontece Justifique sua resposta _____________________________________________________________________________________ _____________________________________________________________________________________ 2
C ndash Faccedila a mesma sequumlecircncia usada nas questotildees A e B Sequumlecircncia da questatildeo A________________________________________________________________
Sequumlecircncia da questatildeo B_________________________________________________________________
D - Faccedila as consideraccedilotildees comparando os circuitos 1 e 2
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3
E ndash Faccedila um comentaacuterio sobre a omissatildeo das chaves _____________________________________________________________________________________
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4
F - Comente os circuitos 3 e 4 haacute alguma diferenccedila no brilho da lacircmpada
_____________________________________________________________________________________
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Pinos do SCR e BTA 1 ndash Catodo A2 2 ndash Anodo A1 3 ndash Gatilho
Alguns SCRs encontrados no comeacutercio
Tiristor
Tensatildeo Vds(V)
Corrente Id (A)
BT151 500 85 TIC106 400 10
46
Laboratoacuterio 5
DIAC E TRIAC O objetivo eacute montar o circuito abaixo e visualizar com o osciloscoacutepio a forma de onda em cima da carga no nosso caso a lacircmpada enquanto varia o potenciocircmetro
Pinagem 1 ndash A1 2 ndash A2 3 ndash G Alguns triacs encontrado no comeacutercio BTA08 ndash 8A BTA26 ndash 26A MAC224 ndash 40A TIC226 ndash 8A
Coloque a ponteira em cima da carga e deixe o potenciocircmetro no meio do curso e reproduza na tela abaixo Registre o ajuste que foi feito no osciloscoacutepio para aparecer o meio ciclo superior na tela
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Laboratoacuterio 6
PWM Este circuito eacute simples com o famoso CI 555 para gerar o sinal PWM Controlando uma carga que conseguimos observar o estaacute acontecendo
1 ndash Qual a frequumlecircncia gerada do sinal PWM _______________________________________________________________________________
_______________________________________________________________________________
2 ndash O que acontece com a lacircmpada quando varia o potenciocircmetro
_______________________________________________________________________________
_______________________________________________________________________________
3 ndash Trocando o capacitor de 100nF por um de 10nF qual seraacute a nova frequumlecircncia
_______________________________________________________________________________
_______________________________________________________________________________
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Laboratoacuterio 7
INVERSOR Este circuito eacute o conceito baacutesico do princiacutepio de funcionamento de um inversor que eacute capaz de gerar uma tensatildeo alternada a partir de uma tensatildeo contiacutenua
1 ndash O motor estaacute girando _____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
2 ndash Caso afirmativo na primeira pergunta coloque a ponteira do osciloscoacutepio em um dos terminais do motor e a garra jacareacute no terra e meccedila a frequumlecircncia _____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
3 ndash O que estaacute acontecendo com o motor em suas caracteriacutesticas fiacutesicas Mudou a velocidade estaacute aquecendo estaacute trepidando etc _____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
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Apendice B
Coacutedigo de resistores
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Capacitores ceracircmicos
O valor do capacitorB eacute de 3300 pF (picofarad = 10-12 F) ou 33 nF (nanofarad = 10-9 F) ou 00033 microF (microfarad =
10-6 F) No capacitor A devemos acrescentar mais 4 zeros apoacutes os dois primeiros algarismos O valor do capacitor que se lecirc 104 eacute de 100000 pF ou 100 nF ou 01microF
O aparecimento de uma letra maiuacutescula ao lado dos nuacutemeros Esta letra refere-se a toleracircncia do capacitor ou seja o quanto que o capacitor pode variar de seu valor em uma temperatura padratildeo de 25deg C A letra J significa que este capacitor pode variar ateacute plusmn5 de seu valor a letra K = plusmn10 ou M = plusmn20 Segue na tabela abaixo os coacutedigos de toleracircncias de capacitacircncia
Ateacute 10pF Coacutedigo Acima de 10pF
plusmn01pF B
plusmn025pF C
plusmn05pF D
plusmn10pF F plusmn1
G plusmn2
H plusmn3
J plusmn5
K plusmn10
M plusmn20
S -50 -20
Z +80 -20
ou +100 -20
P +100 -0
O coeficiente de temperatura TC que define a variaccedilatildeo da capacitacircncia dentro de uma determinada faixa de temperatura O TC eacute normalmente expresso em ou ppmdegC ( partes por milhatildeo degC ) Eacute usado uma sequumlecircncia de letras ou letras e nuacutemeros para representar os coeficientes Observe o desenho abaixo
51
Na tabela abaixo estatildeo mais alguns coeficientes de temperatura e as toleracircncias que satildeo muito utilizadas por diversos fabricantes de capacitores
Coacutedigo Coeficiente de temperatura NPO -0plusmn 30ppmdegC N075 -75plusmn 30ppmdegC N150 -150plusmn 30ppmdegC N220 -220plusmn 60ppmdegC N330 -330plusmn 60ppmdegC N470 -470plusmn 60ppmdegC N750 -750plusmn 120ppmdegC N1500 -1500plusmn 250ppmdegC N2200 -2200plusmn 500ppmdegC N3300 -3300plusmn 500ppmdegC N4700 -4700plusmn 1000ppmdegC N5250 -5250plusmn 1000ppmdegC P100 +100plusmn 30ppmdegC
Outra forma de representar coeficientes de temperatura eacute mostrado abaixo Eacute usada em capacitores que se caracterizam
pela alta capacitacircncia por unidade de volume (dimensotildees reduzidas) devido a alta constante dieleacutetrica sendo recomendados para aplicaccedilatildeo em desacoplamentos acoplamentos e supressatildeo de interferecircncias em baixas tensotildees
Os coeficientes satildeo tambeacutem representados exibindo sequumlecircncias de letras e nuacutemeros como por exemplo X7R Y5F e Z5U Para um capacitor Z5U a faixa de operaccedilatildeo eacute de +10degC que significa Temperatura Miacutenima seguido de +85degC que significa Temperatura Maacutexima e uma variaccedilatildeo Maacutexima de capacitacircncia dentro desses limites de temperatura que natildeo ultrapassa -56 +22
Veja as trecircs tabelas abaixo para compreender este exemplo e entender outros coeficientes
Temperatura Miacutenima
Temperatura Maacutexima
Variaccedilatildeo Maacutexima de Capacitacircncia
X -55degC Y -30degC Z +10degC
2 +45degC 4 +65degC 5 +85degC 6 +105degC 7 +125degC
A plusmn10 B plusmn15 C plusmn22 D plusmn33 E plusmn47 F plusmn75 P plusmn10 R plusmn15 S plusmn22 T -33 +22 U -56 +22 V -82 +22
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Capacitores de filme plaacutestico
O desenho ao lado mostra capacitores que tem os seus valores impressos em nanofarad (nF) = 10-9F Quando aparece no capacitor uma letra n minuacutescula como um dos tipos apresentados ao lado por exemplo 3n3 significa que este capacitor eacute de 33nF No exemplo o n minuacutesculo eacute colocado ao meio dos nuacutemeros apenas para economizar uma viacutergula e evitar erro de interpretaccedilatildeo de seu valor
Capacitores de Ceracircmica Multicamada
Capacitores de Polieacutester Metalizado usando coacutedigo de cores
A tabela abaixo mostra como interpretar o coacutedigo de cores dos capacitores abaixo No capacitor A as 3 primeiras cores satildeo laranja laranja e laranja correspondem a 33000 equivalendo a 33 nF A cor branca logo adiante eacute referente a plusmn10 de toleracircncia E o vermelho representa a tensatildeo nominal que eacute de 250 volts
1ordf Algarismo 2ordf Algarismo 3ordf Ndeg de zeros 4ordf Toleracircncia 5ordf Tensatildeo
PRETO 0 0 - plusmn 20 -
MARROM 1 1 0 - -
VERMELHO 2 2 00 - 250V
LARANJA 3 3 000 - -
AMARELO 4 4 0000 - 400V
VERDE 5 5 00000 - -
AZUL 6 6 - - 630V
VIOLETA 7 7 - - -
CINZA 8 8 - - -
BRANCO 9 9 - plusmn 10 -
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Apecircndice C
Osciloscoacutepio Geralmente os osciloscoacutepios tecircm os controles e entradas que podem ser divididos em cinco grupos
1 ndash Controle da fonte de alimentaccedilatildeo 2 ndash Controles de ajuste do traccedilo ou ponto na tela 3 ndash Controles e entrada de atuaccedilatildeo vertical 4 ndash Controles e entrada de atuaccedilatildeo horizontal 5 ndash Controles de entrada de sincronismo
1 - CONTROLE DA FONTE DE ALIMENTACcedilAtildeO 11 - INTERRUPTOR Sua funccedilatildeo eacute interromper ou estabelecer a corrente no primaacuterio do transformador de fora Sua atuaccedilatildeo normalmente eacute acompanhada por uma lacircmpada piloto que serve de aviso visual sobre a situaccedilatildeo do circuito (ligado ou desligado) Normalmente este interruptor se encontra acoplado junto do potenciocircmetro de controle de brilho 12 - COMUTADOR DE TENSAtildeO Sua funccedilatildeo eacute selecionar a tensatildeo de funcionamento do osciloscoacutepio (127 220V) Permite utilizar o instrumento sem a necessidade de recorrer a um transformador abaixador ou elevador de tensatildeo (geralmente o acesso deste comutador eacute visto na parte de traz do aparelho) 2 - CONTROLES DE AJUSTE DO TRACcedilO OU PONTO NA TELA 21 - BRILHO OU LUMINOSIDADE Eacute o controle que ajusta a luminosidade do ponto ou do traccedilo O controle do brilho eacute feito por meio de um potenciocircmetro situado no circuito da grade de controle do TRC mediante o qual se regula o potencial desta grade (deve-se evitar o uso de brilho excessivo sob pena de se danificar a tela) 22 - FOCO Eacute o controle que ajusta a nitidez do ponto ou traccedilo luminoso O ajuste do foco eacute conseguido mediante a regulagem de um potenciocircmetro que regula a polarizaccedilatildeo do eletrodo de enfoque O foco deve ser ajustado de forma a se obter um traccedilo fino e niacutetido na tela (estes ajustes de brilho e de foco satildeo ajustes baacutesicos que devem ser feitos sempre que se for usar o osciloscoacutepio)
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23 - ILUMINACcedilAtildeO DA RETIacuteCULA Permite que se ilumine o quadriculado ou as divisotildees na tela 3 - CONTROLES E ENTRADA DE ATUACcedilAtildeO VERTICAL 31 - ENTRADA DE SINAL VERTICAL Nesta entrada eacute conectada a ponta de prova do osciloscoacutepio As variaccedilotildees de tensatildeo aplicadas nesta entrada aparecem sob forma de figura na tela 32 - CHAVE DE SELECcedilAtildeO DE MODO DE ENTRADA (CA-CC) Esta chave eacute selecionada de acordo com o tipo de forma de onda a ser observada Em alguns osciloscoacutepios esta chave possui trecircs posiccedilotildees (CA-0-CC ou AC-GND-DC) Esta posiccedilatildeo adicional eacute usada para a realizaccedilatildeo de ajustes do traccedilo do osciloscoacutepio em algumas situaccedilotildees Por exemplo quando se deseja Uma referecircncia na tela 33 - CHAVE SELETORA DE GANHO (VDiv) Esta chave permite que se aumente ou que se diminua a amplitude de projeccedilatildeo na tela do osciloscoacutepio (altura da imagem) 34 - POSICcedilAtildeO VERTICAL Permite movimentar a imagem para cima ou para baixo na tela A movimentaccedilatildeo natildeo interfere na forma da figura projetada na tela 4 - CONTROLES DE ATUACcedilAO HORIZONTAL 41 - CHAVE SELETORA DE BASE DE TEMPO Eacute o controle que permite variar o tempo de deslocamento horizontal do ponto na tela Atraveacutes deste controle eacute possiacutevel reduzir ou ampliar horizontalmente na tela a figura nela projetada Em alguns osciloscoacutepios esta chave seletora tem uma posiccedilatildeo identificada como EXT (externa) o que possibilita que o deslocamento horizontal pode ser controlado por circuito externo ao osciloscoacutepio atraveacutes de uma entrada especiacutefica Quando a posiccedilatildeo externa eacute selecionada natildeo haacute formaccedilatildeo do traccedilo na tela obtendo-se apenas um ponto 42 - POSICcedilAtildeO HORIZONTAL Eacute o ajuste que permite controlar horizontalmente a forma de onda na tela Girando o controle de posiccedilatildeo horizontal para a direita o traccedilo move-se horizontalmente para a direita e vice-versa Assim como o controle de posiccedilatildeo vertical o controle de posiccedilatildeo horizontal natildeo interfere na forma da figura projetada na tela
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5 - CONTROLES E ENTRADA DE SINCRONISMO (TRIGGER) Satildeo controles que se destinam a fixar a imagem na tela Estes controles satildeo utilizados principalmente na observaccedilatildeo de sinais alternados Os controles de sincronismo satildeo Chave seletora de fonte de sincronismo Chave de modo de sincronismo Controle de niacutevel de sincronismo 51 - CHAVE SELETORA DE FONTE DE SINCRONISMO Seleciona onde seraacute tomada o sinal de sincronismo para fixar a imagem na tela do osciloscoacutepio Normalmente esta chave possui trecircs posiccedilotildees pelo menos POSICcedilAtildeO CH1 O sincronismo eacute controlado pelo sinal aplicado ao canal 1 POSICcedilAtildeO REDE Realiza o sincronismo com base na frequecircncia da rede de alimentaccedilatildeo do osciloscoacutepio (60Hz) Nesta posiccedilatildeo consegue-se facilmente sincronizar na tela sinais aplicados na entrada vertical que sejam obtidos a partir da rede eleacutetrica POSICcedilAtildeO EXTERNO Na posiccedilatildeo externo o sincronismo da figura eacute obtido agrave partir de outro equipamento externo conectado ao osciloscoacutepio O sinal que controla o sincronismo na posiccedilatildeo externo eacute aplicado a entrada de sincronismo 52 - CHAVE DE MODO DE SINCRONISMO Normalmente esta chave tem duas ou trecircs posiccedilotildees AUTO Nesta posiccedilatildeo o osciloscoacutepio realiza o sincronismo automaticamente com base no sinal selecionado pela chave seletora de fonte de sincronismo NORMAL + O sincronismo eacute positivo ajustado manualmente pelo controle de niacutevel de sincronismo (TRIGGER) de modo que o primeiro pico que apareccedila na tela seja o positivo NORMAL - O sincronismo eacute negativo tambeacutem ajustado manualmente entretanto o primeiro pico a aparecer eacute o negativo 53 - CONTROLE DE NIacuteVEL DE SINCRONISMO (TRIGGER) Eacute um controle manual que permite o ajuste do sincronismo quando natildeo se consegue um sincronismo automaacutetico Tem atuaccedilatildeo nas posiccedilotildees NORMAL + e NORMAL - OBSERVACcedilAtildeO Para se realizar leituras eacute necessaacuterio sincronizar a figura na tela II - ENTRADA E CONTROLE DO OSCILOSCOacutePIO DUPLO TRACcedilO O osciloscoacutepio de duplo traccedilo possui alguns controles que satildeo comuns aos dois traccedilos e outros que satildeo individuais Os controles de brilho foco base de tempo e de posiccedilatildeo horizontal satildeo controles que satildeo comuns aos dois traccedilos Basicamente os controles individuais situam-se nas entradas e controles do vertical nos controles e entrada de sincronismo ENTRADAS E CONTROLES DO VERTICAL Para que se possa observar dois sinais simultaneamente eacute necessaacuterio que se aplique uma tensatildeo em cada uma das entradas verticais O osciloscoacutepio duplo traccedilo dispotildee de dois grupos de controles verticais Um grupo para o canal A ou canal 1 (CH1) Um grupo para o canal B ou canal 2 (CH2) Cada grupo controla um dos sinais na tela (amplitude posiccedilatildeo vertical etc) Geralmente satildeo iguais Cada canal dispotildee de Entrada Vertical Chave Seletora CA-O-CC Chave Seletora de ganho vertical (DDiv) Posiccedilatildeo vertical Um osciloscoacutepio de duplo traccedilo pode ainda ser utilizado como sendo um osciloscoacutepio de traccedilo simples Uma chave seletora permite que se possa selecionar cada canal individualmente ou os dois simultaneamente Esta chave possui pelo menos trecircs posiccedilotildees CH1
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CH2 DUAL Na posiccedilatildeo CH1 apareceraacute apenas a imagem na tela que estiver sendo aplicada na entrada vertical do canal 1 Na posiccedilatildeo CH2 apareceraacute apenas a imagem na tela que estiver sendo aplicada na entrada vertical do canal 2 Na posiccedilatildeo DUAL aparecem as duas imagens Em osciloscoacutepios mais sofisticados esta chave pode possuir mais posiccedilotildees de modo a permitir outras alternativas de uso CONTROLES DE SINCRONISMO Realizam as mesmas funccedilotildees do osciloscoacutepio traccedilo simples que eacute a de fixar a imagem na tela O que diferencia eacute o fato de que na chave seletora de fonte existe uma posiccedilatildeo adicional de modo a poder sincronizar a figura PONTAS DE PROVA As pontas de prova satildeo utilizadas para interligar o osciloscoacutepio aos pontos de medida
Uma das extremidades da ponta de prova eacute conectada a uma das entradas do osciloscoacutepio atraveacutes de um conector e a extremidade livre serve para conexatildeo aos pontos de medida A extremidade livre possui uma garra jacareacute denominada de terra da ponta de prova que deve ser conectada ao terra do circuito e uma ponta de entrada de sinal que deve ser conectada no ponto que se deseja medir Existem dois tipos de ponta de prova ponta de prova 11 ponta de prova 101 A ponta de prova 11 se caracteriza por aplicar agrave entrada do osciloscoacutepio a mesma tensatildeo ou forma de onda que eacute aplicada a ponta de mediccedilatildeo A ponta de prova 101 entrega ao osciloscoacutepio apenas a deacutecima parte da tensatildeo aplicada a ponta de mediccedilatildeo As pontas de prova 101 permitem que o osciloscoacutepio consiga observar tensotildees dez vezes maior que a sua capacidade Por exemplo Um osciloscoacutepio que permite a leitura de tensotildees de 50V com ponta de prova 11 com ponta de prova 101 poderaacute medir tensotildees de ateacute 500V (10x50V) Existem pontas de prova que dispotildee de um botatildeo onde se pode selecionar 101 ou 11 Obs Quando natildeo se tem total certeza da grandeza da tensatildeo envolvida eacute aconselhaacutevel iniciar a mediccedilatildeo com o posiccedilatildeo 101
57
Bibliografia
1 Dispositivos semicondutores tiristores controle de potecircncia em CC e CA 1996 - ALMEIDA Joseacute Luiz Antunes de Satildeo Paulo Eacuterica 1996 150 p
2 Dispositivos semicondutores diodos e transistores 1996 MARQUES Angelo Eduardo B
CHOUERI JUacuteNIOR Salomatildeo CRUZ Eduardo Cesar Alves Satildeo Paulo Eacuterica 1996 389 p
3 Anaacutelise e projeto de fontes chaveadas MELLO Luiz Fernando P de Satildeo Paulo Eacuterica 1996 487 p
4 Eletrocircnica de potecircncia circuitos dispositivos e aplicaccedilotildees 1999 RASHID Muhammad H Satildeo Paulo Makron Books 1999 828 p
5 Eletrocircnica de potecircncia 1994 - PALMA Guilherme Rebouccedilas da Satildeo Paulo Eacuterica 1994 259 p
6 Dispositivos eletrocircnicos e teoria de circuitos - 8 ed 2004 -
BOYLESTAD Robert L NASHELSKY Louis CAMARGO Joseacute Bueno de NASCIMENTO Joseacute Lucimar do PERTENCE JUNIOR Antonio (Coord) Satildeo Paulo Pearson Prentice Hall 2004 672 p
7 Rodrigues Isac Zilli Notas de aula da disciplina de Eletrocircnica II do Curso de Engenharia
Eleacutetrica da UPF Passo Fundo RS 2000
8 Ghirardello Ariovaldo Apostila sobre Modulaccedilatildeo PWM Coleacutegio Politec
9 Electronics Workbench Versatildeo 512
10 LabcenterElectronics 1989-2008 Release 75 SP3
43
Laboratoacuterio 3
TRANSISTOR EFEITO DE CAMPO (FET) O transistor de potecircncia MOSFET eacute um dispositivo de tensatildeo controlada e necessita apenas de tensatildeo no gatilho A velocidade de chaveamento eacute muito alta (nanosegundos) MOSFETrsquos de potecircncia satildeo utilizados em conversores de baixa potecircncia e alta frequumlecircncia Estes transistores apresentam problemas de descargas eletrostaacuteticas necessitando de cuidados especiais Este experimento tem como objetivo mostrar o funcionamento de Mosfets em uma aplicaccedilatildeo pratica para tanto montaremos o circuito abaixo
Pinagem 1 ndash GATE 2 ndash DRAIN 3 ndash SOURCE
Alguns transistores encontrados no comeacutercio
Transistor Tensatildeo Vds(V) Corrente Id (A)
IRF840 500 85 IRF740 400 10
1 ndash Meccedila a corrente no ponto 1 Corrente no ponto 1 ______________ No ponto 2 coloque 1deg o multiacutemetro antes de ligar o circuito Meccedila a corrente no ponto 2 Corrente no ponto 2 ______________ Por que isto ocorre 2 ndash Calcule a corrente que passa entre os resistores E compare com os valores medidos e faccedila as observaccedilotildees necessaacuterias
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Laboratoacuterio 4
SCR E TRIAC
Este laboratoacuterio tem o objetivo de comprovar o funcionamento do componente SCR e TRIAC e diferenciaacute-los 1
A - Primeiramente ligue a chave 1 mantendo a chave 2 desligada o que ocorre _____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
B ndash Mantendo ligada a chave 1 ligue a chave 2 por um breve intervalo de tempo e desligue-a O que acontece Justifique sua resposta _____________________________________________________________________________________ _____________________________________________________________________________________ 2
C ndash Faccedila a mesma sequumlecircncia usada nas questotildees A e B Sequumlecircncia da questatildeo A________________________________________________________________
Sequumlecircncia da questatildeo B_________________________________________________________________
D - Faccedila as consideraccedilotildees comparando os circuitos 1 e 2
_____________________________________________________________________________________ _____________________________________________________________________________________
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3
E ndash Faccedila um comentaacuterio sobre a omissatildeo das chaves _____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
4
F - Comente os circuitos 3 e 4 haacute alguma diferenccedila no brilho da lacircmpada
_____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
Pinos do SCR e BTA 1 ndash Catodo A2 2 ndash Anodo A1 3 ndash Gatilho
Alguns SCRs encontrados no comeacutercio
Tiristor
Tensatildeo Vds(V)
Corrente Id (A)
BT151 500 85 TIC106 400 10
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Laboratoacuterio 5
DIAC E TRIAC O objetivo eacute montar o circuito abaixo e visualizar com o osciloscoacutepio a forma de onda em cima da carga no nosso caso a lacircmpada enquanto varia o potenciocircmetro
Pinagem 1 ndash A1 2 ndash A2 3 ndash G Alguns triacs encontrado no comeacutercio BTA08 ndash 8A BTA26 ndash 26A MAC224 ndash 40A TIC226 ndash 8A
Coloque a ponteira em cima da carga e deixe o potenciocircmetro no meio do curso e reproduza na tela abaixo Registre o ajuste que foi feito no osciloscoacutepio para aparecer o meio ciclo superior na tela
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Laboratoacuterio 6
PWM Este circuito eacute simples com o famoso CI 555 para gerar o sinal PWM Controlando uma carga que conseguimos observar o estaacute acontecendo
1 ndash Qual a frequumlecircncia gerada do sinal PWM _______________________________________________________________________________
_______________________________________________________________________________
2 ndash O que acontece com a lacircmpada quando varia o potenciocircmetro
_______________________________________________________________________________
_______________________________________________________________________________
3 ndash Trocando o capacitor de 100nF por um de 10nF qual seraacute a nova frequumlecircncia
_______________________________________________________________________________
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Laboratoacuterio 7
INVERSOR Este circuito eacute o conceito baacutesico do princiacutepio de funcionamento de um inversor que eacute capaz de gerar uma tensatildeo alternada a partir de uma tensatildeo contiacutenua
1 ndash O motor estaacute girando _____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
2 ndash Caso afirmativo na primeira pergunta coloque a ponteira do osciloscoacutepio em um dos terminais do motor e a garra jacareacute no terra e meccedila a frequumlecircncia _____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
3 ndash O que estaacute acontecendo com o motor em suas caracteriacutesticas fiacutesicas Mudou a velocidade estaacute aquecendo estaacute trepidando etc _____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
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Apendice B
Coacutedigo de resistores
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Capacitores ceracircmicos
O valor do capacitorB eacute de 3300 pF (picofarad = 10-12 F) ou 33 nF (nanofarad = 10-9 F) ou 00033 microF (microfarad =
10-6 F) No capacitor A devemos acrescentar mais 4 zeros apoacutes os dois primeiros algarismos O valor do capacitor que se lecirc 104 eacute de 100000 pF ou 100 nF ou 01microF
O aparecimento de uma letra maiuacutescula ao lado dos nuacutemeros Esta letra refere-se a toleracircncia do capacitor ou seja o quanto que o capacitor pode variar de seu valor em uma temperatura padratildeo de 25deg C A letra J significa que este capacitor pode variar ateacute plusmn5 de seu valor a letra K = plusmn10 ou M = plusmn20 Segue na tabela abaixo os coacutedigos de toleracircncias de capacitacircncia
Ateacute 10pF Coacutedigo Acima de 10pF
plusmn01pF B
plusmn025pF C
plusmn05pF D
plusmn10pF F plusmn1
G plusmn2
H plusmn3
J plusmn5
K plusmn10
M plusmn20
S -50 -20
Z +80 -20
ou +100 -20
P +100 -0
O coeficiente de temperatura TC que define a variaccedilatildeo da capacitacircncia dentro de uma determinada faixa de temperatura O TC eacute normalmente expresso em ou ppmdegC ( partes por milhatildeo degC ) Eacute usado uma sequumlecircncia de letras ou letras e nuacutemeros para representar os coeficientes Observe o desenho abaixo
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Na tabela abaixo estatildeo mais alguns coeficientes de temperatura e as toleracircncias que satildeo muito utilizadas por diversos fabricantes de capacitores
Coacutedigo Coeficiente de temperatura NPO -0plusmn 30ppmdegC N075 -75plusmn 30ppmdegC N150 -150plusmn 30ppmdegC N220 -220plusmn 60ppmdegC N330 -330plusmn 60ppmdegC N470 -470plusmn 60ppmdegC N750 -750plusmn 120ppmdegC N1500 -1500plusmn 250ppmdegC N2200 -2200plusmn 500ppmdegC N3300 -3300plusmn 500ppmdegC N4700 -4700plusmn 1000ppmdegC N5250 -5250plusmn 1000ppmdegC P100 +100plusmn 30ppmdegC
Outra forma de representar coeficientes de temperatura eacute mostrado abaixo Eacute usada em capacitores que se caracterizam
pela alta capacitacircncia por unidade de volume (dimensotildees reduzidas) devido a alta constante dieleacutetrica sendo recomendados para aplicaccedilatildeo em desacoplamentos acoplamentos e supressatildeo de interferecircncias em baixas tensotildees
Os coeficientes satildeo tambeacutem representados exibindo sequumlecircncias de letras e nuacutemeros como por exemplo X7R Y5F e Z5U Para um capacitor Z5U a faixa de operaccedilatildeo eacute de +10degC que significa Temperatura Miacutenima seguido de +85degC que significa Temperatura Maacutexima e uma variaccedilatildeo Maacutexima de capacitacircncia dentro desses limites de temperatura que natildeo ultrapassa -56 +22
Veja as trecircs tabelas abaixo para compreender este exemplo e entender outros coeficientes
Temperatura Miacutenima
Temperatura Maacutexima
Variaccedilatildeo Maacutexima de Capacitacircncia
X -55degC Y -30degC Z +10degC
2 +45degC 4 +65degC 5 +85degC 6 +105degC 7 +125degC
A plusmn10 B plusmn15 C plusmn22 D plusmn33 E plusmn47 F plusmn75 P plusmn10 R plusmn15 S plusmn22 T -33 +22 U -56 +22 V -82 +22
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Capacitores de filme plaacutestico
O desenho ao lado mostra capacitores que tem os seus valores impressos em nanofarad (nF) = 10-9F Quando aparece no capacitor uma letra n minuacutescula como um dos tipos apresentados ao lado por exemplo 3n3 significa que este capacitor eacute de 33nF No exemplo o n minuacutesculo eacute colocado ao meio dos nuacutemeros apenas para economizar uma viacutergula e evitar erro de interpretaccedilatildeo de seu valor
Capacitores de Ceracircmica Multicamada
Capacitores de Polieacutester Metalizado usando coacutedigo de cores
A tabela abaixo mostra como interpretar o coacutedigo de cores dos capacitores abaixo No capacitor A as 3 primeiras cores satildeo laranja laranja e laranja correspondem a 33000 equivalendo a 33 nF A cor branca logo adiante eacute referente a plusmn10 de toleracircncia E o vermelho representa a tensatildeo nominal que eacute de 250 volts
1ordf Algarismo 2ordf Algarismo 3ordf Ndeg de zeros 4ordf Toleracircncia 5ordf Tensatildeo
PRETO 0 0 - plusmn 20 -
MARROM 1 1 0 - -
VERMELHO 2 2 00 - 250V
LARANJA 3 3 000 - -
AMARELO 4 4 0000 - 400V
VERDE 5 5 00000 - -
AZUL 6 6 - - 630V
VIOLETA 7 7 - - -
CINZA 8 8 - - -
BRANCO 9 9 - plusmn 10 -
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Apecircndice C
Osciloscoacutepio Geralmente os osciloscoacutepios tecircm os controles e entradas que podem ser divididos em cinco grupos
1 ndash Controle da fonte de alimentaccedilatildeo 2 ndash Controles de ajuste do traccedilo ou ponto na tela 3 ndash Controles e entrada de atuaccedilatildeo vertical 4 ndash Controles e entrada de atuaccedilatildeo horizontal 5 ndash Controles de entrada de sincronismo
1 - CONTROLE DA FONTE DE ALIMENTACcedilAtildeO 11 - INTERRUPTOR Sua funccedilatildeo eacute interromper ou estabelecer a corrente no primaacuterio do transformador de fora Sua atuaccedilatildeo normalmente eacute acompanhada por uma lacircmpada piloto que serve de aviso visual sobre a situaccedilatildeo do circuito (ligado ou desligado) Normalmente este interruptor se encontra acoplado junto do potenciocircmetro de controle de brilho 12 - COMUTADOR DE TENSAtildeO Sua funccedilatildeo eacute selecionar a tensatildeo de funcionamento do osciloscoacutepio (127 220V) Permite utilizar o instrumento sem a necessidade de recorrer a um transformador abaixador ou elevador de tensatildeo (geralmente o acesso deste comutador eacute visto na parte de traz do aparelho) 2 - CONTROLES DE AJUSTE DO TRACcedilO OU PONTO NA TELA 21 - BRILHO OU LUMINOSIDADE Eacute o controle que ajusta a luminosidade do ponto ou do traccedilo O controle do brilho eacute feito por meio de um potenciocircmetro situado no circuito da grade de controle do TRC mediante o qual se regula o potencial desta grade (deve-se evitar o uso de brilho excessivo sob pena de se danificar a tela) 22 - FOCO Eacute o controle que ajusta a nitidez do ponto ou traccedilo luminoso O ajuste do foco eacute conseguido mediante a regulagem de um potenciocircmetro que regula a polarizaccedilatildeo do eletrodo de enfoque O foco deve ser ajustado de forma a se obter um traccedilo fino e niacutetido na tela (estes ajustes de brilho e de foco satildeo ajustes baacutesicos que devem ser feitos sempre que se for usar o osciloscoacutepio)
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23 - ILUMINACcedilAtildeO DA RETIacuteCULA Permite que se ilumine o quadriculado ou as divisotildees na tela 3 - CONTROLES E ENTRADA DE ATUACcedilAtildeO VERTICAL 31 - ENTRADA DE SINAL VERTICAL Nesta entrada eacute conectada a ponta de prova do osciloscoacutepio As variaccedilotildees de tensatildeo aplicadas nesta entrada aparecem sob forma de figura na tela 32 - CHAVE DE SELECcedilAtildeO DE MODO DE ENTRADA (CA-CC) Esta chave eacute selecionada de acordo com o tipo de forma de onda a ser observada Em alguns osciloscoacutepios esta chave possui trecircs posiccedilotildees (CA-0-CC ou AC-GND-DC) Esta posiccedilatildeo adicional eacute usada para a realizaccedilatildeo de ajustes do traccedilo do osciloscoacutepio em algumas situaccedilotildees Por exemplo quando se deseja Uma referecircncia na tela 33 - CHAVE SELETORA DE GANHO (VDiv) Esta chave permite que se aumente ou que se diminua a amplitude de projeccedilatildeo na tela do osciloscoacutepio (altura da imagem) 34 - POSICcedilAtildeO VERTICAL Permite movimentar a imagem para cima ou para baixo na tela A movimentaccedilatildeo natildeo interfere na forma da figura projetada na tela 4 - CONTROLES DE ATUACcedilAO HORIZONTAL 41 - CHAVE SELETORA DE BASE DE TEMPO Eacute o controle que permite variar o tempo de deslocamento horizontal do ponto na tela Atraveacutes deste controle eacute possiacutevel reduzir ou ampliar horizontalmente na tela a figura nela projetada Em alguns osciloscoacutepios esta chave seletora tem uma posiccedilatildeo identificada como EXT (externa) o que possibilita que o deslocamento horizontal pode ser controlado por circuito externo ao osciloscoacutepio atraveacutes de uma entrada especiacutefica Quando a posiccedilatildeo externa eacute selecionada natildeo haacute formaccedilatildeo do traccedilo na tela obtendo-se apenas um ponto 42 - POSICcedilAtildeO HORIZONTAL Eacute o ajuste que permite controlar horizontalmente a forma de onda na tela Girando o controle de posiccedilatildeo horizontal para a direita o traccedilo move-se horizontalmente para a direita e vice-versa Assim como o controle de posiccedilatildeo vertical o controle de posiccedilatildeo horizontal natildeo interfere na forma da figura projetada na tela
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5 - CONTROLES E ENTRADA DE SINCRONISMO (TRIGGER) Satildeo controles que se destinam a fixar a imagem na tela Estes controles satildeo utilizados principalmente na observaccedilatildeo de sinais alternados Os controles de sincronismo satildeo Chave seletora de fonte de sincronismo Chave de modo de sincronismo Controle de niacutevel de sincronismo 51 - CHAVE SELETORA DE FONTE DE SINCRONISMO Seleciona onde seraacute tomada o sinal de sincronismo para fixar a imagem na tela do osciloscoacutepio Normalmente esta chave possui trecircs posiccedilotildees pelo menos POSICcedilAtildeO CH1 O sincronismo eacute controlado pelo sinal aplicado ao canal 1 POSICcedilAtildeO REDE Realiza o sincronismo com base na frequecircncia da rede de alimentaccedilatildeo do osciloscoacutepio (60Hz) Nesta posiccedilatildeo consegue-se facilmente sincronizar na tela sinais aplicados na entrada vertical que sejam obtidos a partir da rede eleacutetrica POSICcedilAtildeO EXTERNO Na posiccedilatildeo externo o sincronismo da figura eacute obtido agrave partir de outro equipamento externo conectado ao osciloscoacutepio O sinal que controla o sincronismo na posiccedilatildeo externo eacute aplicado a entrada de sincronismo 52 - CHAVE DE MODO DE SINCRONISMO Normalmente esta chave tem duas ou trecircs posiccedilotildees AUTO Nesta posiccedilatildeo o osciloscoacutepio realiza o sincronismo automaticamente com base no sinal selecionado pela chave seletora de fonte de sincronismo NORMAL + O sincronismo eacute positivo ajustado manualmente pelo controle de niacutevel de sincronismo (TRIGGER) de modo que o primeiro pico que apareccedila na tela seja o positivo NORMAL - O sincronismo eacute negativo tambeacutem ajustado manualmente entretanto o primeiro pico a aparecer eacute o negativo 53 - CONTROLE DE NIacuteVEL DE SINCRONISMO (TRIGGER) Eacute um controle manual que permite o ajuste do sincronismo quando natildeo se consegue um sincronismo automaacutetico Tem atuaccedilatildeo nas posiccedilotildees NORMAL + e NORMAL - OBSERVACcedilAtildeO Para se realizar leituras eacute necessaacuterio sincronizar a figura na tela II - ENTRADA E CONTROLE DO OSCILOSCOacutePIO DUPLO TRACcedilO O osciloscoacutepio de duplo traccedilo possui alguns controles que satildeo comuns aos dois traccedilos e outros que satildeo individuais Os controles de brilho foco base de tempo e de posiccedilatildeo horizontal satildeo controles que satildeo comuns aos dois traccedilos Basicamente os controles individuais situam-se nas entradas e controles do vertical nos controles e entrada de sincronismo ENTRADAS E CONTROLES DO VERTICAL Para que se possa observar dois sinais simultaneamente eacute necessaacuterio que se aplique uma tensatildeo em cada uma das entradas verticais O osciloscoacutepio duplo traccedilo dispotildee de dois grupos de controles verticais Um grupo para o canal A ou canal 1 (CH1) Um grupo para o canal B ou canal 2 (CH2) Cada grupo controla um dos sinais na tela (amplitude posiccedilatildeo vertical etc) Geralmente satildeo iguais Cada canal dispotildee de Entrada Vertical Chave Seletora CA-O-CC Chave Seletora de ganho vertical (DDiv) Posiccedilatildeo vertical Um osciloscoacutepio de duplo traccedilo pode ainda ser utilizado como sendo um osciloscoacutepio de traccedilo simples Uma chave seletora permite que se possa selecionar cada canal individualmente ou os dois simultaneamente Esta chave possui pelo menos trecircs posiccedilotildees CH1
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CH2 DUAL Na posiccedilatildeo CH1 apareceraacute apenas a imagem na tela que estiver sendo aplicada na entrada vertical do canal 1 Na posiccedilatildeo CH2 apareceraacute apenas a imagem na tela que estiver sendo aplicada na entrada vertical do canal 2 Na posiccedilatildeo DUAL aparecem as duas imagens Em osciloscoacutepios mais sofisticados esta chave pode possuir mais posiccedilotildees de modo a permitir outras alternativas de uso CONTROLES DE SINCRONISMO Realizam as mesmas funccedilotildees do osciloscoacutepio traccedilo simples que eacute a de fixar a imagem na tela O que diferencia eacute o fato de que na chave seletora de fonte existe uma posiccedilatildeo adicional de modo a poder sincronizar a figura PONTAS DE PROVA As pontas de prova satildeo utilizadas para interligar o osciloscoacutepio aos pontos de medida
Uma das extremidades da ponta de prova eacute conectada a uma das entradas do osciloscoacutepio atraveacutes de um conector e a extremidade livre serve para conexatildeo aos pontos de medida A extremidade livre possui uma garra jacareacute denominada de terra da ponta de prova que deve ser conectada ao terra do circuito e uma ponta de entrada de sinal que deve ser conectada no ponto que se deseja medir Existem dois tipos de ponta de prova ponta de prova 11 ponta de prova 101 A ponta de prova 11 se caracteriza por aplicar agrave entrada do osciloscoacutepio a mesma tensatildeo ou forma de onda que eacute aplicada a ponta de mediccedilatildeo A ponta de prova 101 entrega ao osciloscoacutepio apenas a deacutecima parte da tensatildeo aplicada a ponta de mediccedilatildeo As pontas de prova 101 permitem que o osciloscoacutepio consiga observar tensotildees dez vezes maior que a sua capacidade Por exemplo Um osciloscoacutepio que permite a leitura de tensotildees de 50V com ponta de prova 11 com ponta de prova 101 poderaacute medir tensotildees de ateacute 500V (10x50V) Existem pontas de prova que dispotildee de um botatildeo onde se pode selecionar 101 ou 11 Obs Quando natildeo se tem total certeza da grandeza da tensatildeo envolvida eacute aconselhaacutevel iniciar a mediccedilatildeo com o posiccedilatildeo 101
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Bibliografia
1 Dispositivos semicondutores tiristores controle de potecircncia em CC e CA 1996 - ALMEIDA Joseacute Luiz Antunes de Satildeo Paulo Eacuterica 1996 150 p
2 Dispositivos semicondutores diodos e transistores 1996 MARQUES Angelo Eduardo B
CHOUERI JUacuteNIOR Salomatildeo CRUZ Eduardo Cesar Alves Satildeo Paulo Eacuterica 1996 389 p
3 Anaacutelise e projeto de fontes chaveadas MELLO Luiz Fernando P de Satildeo Paulo Eacuterica 1996 487 p
4 Eletrocircnica de potecircncia circuitos dispositivos e aplicaccedilotildees 1999 RASHID Muhammad H Satildeo Paulo Makron Books 1999 828 p
5 Eletrocircnica de potecircncia 1994 - PALMA Guilherme Rebouccedilas da Satildeo Paulo Eacuterica 1994 259 p
6 Dispositivos eletrocircnicos e teoria de circuitos - 8 ed 2004 -
BOYLESTAD Robert L NASHELSKY Louis CAMARGO Joseacute Bueno de NASCIMENTO Joseacute Lucimar do PERTENCE JUNIOR Antonio (Coord) Satildeo Paulo Pearson Prentice Hall 2004 672 p
7 Rodrigues Isac Zilli Notas de aula da disciplina de Eletrocircnica II do Curso de Engenharia
Eleacutetrica da UPF Passo Fundo RS 2000
8 Ghirardello Ariovaldo Apostila sobre Modulaccedilatildeo PWM Coleacutegio Politec
9 Electronics Workbench Versatildeo 512
10 LabcenterElectronics 1989-2008 Release 75 SP3
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Laboratoacuterio 4
SCR E TRIAC
Este laboratoacuterio tem o objetivo de comprovar o funcionamento do componente SCR e TRIAC e diferenciaacute-los 1
A - Primeiramente ligue a chave 1 mantendo a chave 2 desligada o que ocorre _____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
B ndash Mantendo ligada a chave 1 ligue a chave 2 por um breve intervalo de tempo e desligue-a O que acontece Justifique sua resposta _____________________________________________________________________________________ _____________________________________________________________________________________ 2
C ndash Faccedila a mesma sequumlecircncia usada nas questotildees A e B Sequumlecircncia da questatildeo A________________________________________________________________
Sequumlecircncia da questatildeo B_________________________________________________________________
D - Faccedila as consideraccedilotildees comparando os circuitos 1 e 2
_____________________________________________________________________________________ _____________________________________________________________________________________
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3
E ndash Faccedila um comentaacuterio sobre a omissatildeo das chaves _____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
4
F - Comente os circuitos 3 e 4 haacute alguma diferenccedila no brilho da lacircmpada
_____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
Pinos do SCR e BTA 1 ndash Catodo A2 2 ndash Anodo A1 3 ndash Gatilho
Alguns SCRs encontrados no comeacutercio
Tiristor
Tensatildeo Vds(V)
Corrente Id (A)
BT151 500 85 TIC106 400 10
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Laboratoacuterio 5
DIAC E TRIAC O objetivo eacute montar o circuito abaixo e visualizar com o osciloscoacutepio a forma de onda em cima da carga no nosso caso a lacircmpada enquanto varia o potenciocircmetro
Pinagem 1 ndash A1 2 ndash A2 3 ndash G Alguns triacs encontrado no comeacutercio BTA08 ndash 8A BTA26 ndash 26A MAC224 ndash 40A TIC226 ndash 8A
Coloque a ponteira em cima da carga e deixe o potenciocircmetro no meio do curso e reproduza na tela abaixo Registre o ajuste que foi feito no osciloscoacutepio para aparecer o meio ciclo superior na tela
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Laboratoacuterio 6
PWM Este circuito eacute simples com o famoso CI 555 para gerar o sinal PWM Controlando uma carga que conseguimos observar o estaacute acontecendo
1 ndash Qual a frequumlecircncia gerada do sinal PWM _______________________________________________________________________________
_______________________________________________________________________________
2 ndash O que acontece com a lacircmpada quando varia o potenciocircmetro
_______________________________________________________________________________
_______________________________________________________________________________
3 ndash Trocando o capacitor de 100nF por um de 10nF qual seraacute a nova frequumlecircncia
_______________________________________________________________________________
_______________________________________________________________________________
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Laboratoacuterio 7
INVERSOR Este circuito eacute o conceito baacutesico do princiacutepio de funcionamento de um inversor que eacute capaz de gerar uma tensatildeo alternada a partir de uma tensatildeo contiacutenua
1 ndash O motor estaacute girando _____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
2 ndash Caso afirmativo na primeira pergunta coloque a ponteira do osciloscoacutepio em um dos terminais do motor e a garra jacareacute no terra e meccedila a frequumlecircncia _____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
3 ndash O que estaacute acontecendo com o motor em suas caracteriacutesticas fiacutesicas Mudou a velocidade estaacute aquecendo estaacute trepidando etc _____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
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Apendice B
Coacutedigo de resistores
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Capacitores ceracircmicos
O valor do capacitorB eacute de 3300 pF (picofarad = 10-12 F) ou 33 nF (nanofarad = 10-9 F) ou 00033 microF (microfarad =
10-6 F) No capacitor A devemos acrescentar mais 4 zeros apoacutes os dois primeiros algarismos O valor do capacitor que se lecirc 104 eacute de 100000 pF ou 100 nF ou 01microF
O aparecimento de uma letra maiuacutescula ao lado dos nuacutemeros Esta letra refere-se a toleracircncia do capacitor ou seja o quanto que o capacitor pode variar de seu valor em uma temperatura padratildeo de 25deg C A letra J significa que este capacitor pode variar ateacute plusmn5 de seu valor a letra K = plusmn10 ou M = plusmn20 Segue na tabela abaixo os coacutedigos de toleracircncias de capacitacircncia
Ateacute 10pF Coacutedigo Acima de 10pF
plusmn01pF B
plusmn025pF C
plusmn05pF D
plusmn10pF F plusmn1
G plusmn2
H plusmn3
J plusmn5
K plusmn10
M plusmn20
S -50 -20
Z +80 -20
ou +100 -20
P +100 -0
O coeficiente de temperatura TC que define a variaccedilatildeo da capacitacircncia dentro de uma determinada faixa de temperatura O TC eacute normalmente expresso em ou ppmdegC ( partes por milhatildeo degC ) Eacute usado uma sequumlecircncia de letras ou letras e nuacutemeros para representar os coeficientes Observe o desenho abaixo
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Na tabela abaixo estatildeo mais alguns coeficientes de temperatura e as toleracircncias que satildeo muito utilizadas por diversos fabricantes de capacitores
Coacutedigo Coeficiente de temperatura NPO -0plusmn 30ppmdegC N075 -75plusmn 30ppmdegC N150 -150plusmn 30ppmdegC N220 -220plusmn 60ppmdegC N330 -330plusmn 60ppmdegC N470 -470plusmn 60ppmdegC N750 -750plusmn 120ppmdegC N1500 -1500plusmn 250ppmdegC N2200 -2200plusmn 500ppmdegC N3300 -3300plusmn 500ppmdegC N4700 -4700plusmn 1000ppmdegC N5250 -5250plusmn 1000ppmdegC P100 +100plusmn 30ppmdegC
Outra forma de representar coeficientes de temperatura eacute mostrado abaixo Eacute usada em capacitores que se caracterizam
pela alta capacitacircncia por unidade de volume (dimensotildees reduzidas) devido a alta constante dieleacutetrica sendo recomendados para aplicaccedilatildeo em desacoplamentos acoplamentos e supressatildeo de interferecircncias em baixas tensotildees
Os coeficientes satildeo tambeacutem representados exibindo sequumlecircncias de letras e nuacutemeros como por exemplo X7R Y5F e Z5U Para um capacitor Z5U a faixa de operaccedilatildeo eacute de +10degC que significa Temperatura Miacutenima seguido de +85degC que significa Temperatura Maacutexima e uma variaccedilatildeo Maacutexima de capacitacircncia dentro desses limites de temperatura que natildeo ultrapassa -56 +22
Veja as trecircs tabelas abaixo para compreender este exemplo e entender outros coeficientes
Temperatura Miacutenima
Temperatura Maacutexima
Variaccedilatildeo Maacutexima de Capacitacircncia
X -55degC Y -30degC Z +10degC
2 +45degC 4 +65degC 5 +85degC 6 +105degC 7 +125degC
A plusmn10 B plusmn15 C plusmn22 D plusmn33 E plusmn47 F plusmn75 P plusmn10 R plusmn15 S plusmn22 T -33 +22 U -56 +22 V -82 +22
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Capacitores de filme plaacutestico
O desenho ao lado mostra capacitores que tem os seus valores impressos em nanofarad (nF) = 10-9F Quando aparece no capacitor uma letra n minuacutescula como um dos tipos apresentados ao lado por exemplo 3n3 significa que este capacitor eacute de 33nF No exemplo o n minuacutesculo eacute colocado ao meio dos nuacutemeros apenas para economizar uma viacutergula e evitar erro de interpretaccedilatildeo de seu valor
Capacitores de Ceracircmica Multicamada
Capacitores de Polieacutester Metalizado usando coacutedigo de cores
A tabela abaixo mostra como interpretar o coacutedigo de cores dos capacitores abaixo No capacitor A as 3 primeiras cores satildeo laranja laranja e laranja correspondem a 33000 equivalendo a 33 nF A cor branca logo adiante eacute referente a plusmn10 de toleracircncia E o vermelho representa a tensatildeo nominal que eacute de 250 volts
1ordf Algarismo 2ordf Algarismo 3ordf Ndeg de zeros 4ordf Toleracircncia 5ordf Tensatildeo
PRETO 0 0 - plusmn 20 -
MARROM 1 1 0 - -
VERMELHO 2 2 00 - 250V
LARANJA 3 3 000 - -
AMARELO 4 4 0000 - 400V
VERDE 5 5 00000 - -
AZUL 6 6 - - 630V
VIOLETA 7 7 - - -
CINZA 8 8 - - -
BRANCO 9 9 - plusmn 10 -
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Apecircndice C
Osciloscoacutepio Geralmente os osciloscoacutepios tecircm os controles e entradas que podem ser divididos em cinco grupos
1 ndash Controle da fonte de alimentaccedilatildeo 2 ndash Controles de ajuste do traccedilo ou ponto na tela 3 ndash Controles e entrada de atuaccedilatildeo vertical 4 ndash Controles e entrada de atuaccedilatildeo horizontal 5 ndash Controles de entrada de sincronismo
1 - CONTROLE DA FONTE DE ALIMENTACcedilAtildeO 11 - INTERRUPTOR Sua funccedilatildeo eacute interromper ou estabelecer a corrente no primaacuterio do transformador de fora Sua atuaccedilatildeo normalmente eacute acompanhada por uma lacircmpada piloto que serve de aviso visual sobre a situaccedilatildeo do circuito (ligado ou desligado) Normalmente este interruptor se encontra acoplado junto do potenciocircmetro de controle de brilho 12 - COMUTADOR DE TENSAtildeO Sua funccedilatildeo eacute selecionar a tensatildeo de funcionamento do osciloscoacutepio (127 220V) Permite utilizar o instrumento sem a necessidade de recorrer a um transformador abaixador ou elevador de tensatildeo (geralmente o acesso deste comutador eacute visto na parte de traz do aparelho) 2 - CONTROLES DE AJUSTE DO TRACcedilO OU PONTO NA TELA 21 - BRILHO OU LUMINOSIDADE Eacute o controle que ajusta a luminosidade do ponto ou do traccedilo O controle do brilho eacute feito por meio de um potenciocircmetro situado no circuito da grade de controle do TRC mediante o qual se regula o potencial desta grade (deve-se evitar o uso de brilho excessivo sob pena de se danificar a tela) 22 - FOCO Eacute o controle que ajusta a nitidez do ponto ou traccedilo luminoso O ajuste do foco eacute conseguido mediante a regulagem de um potenciocircmetro que regula a polarizaccedilatildeo do eletrodo de enfoque O foco deve ser ajustado de forma a se obter um traccedilo fino e niacutetido na tela (estes ajustes de brilho e de foco satildeo ajustes baacutesicos que devem ser feitos sempre que se for usar o osciloscoacutepio)
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23 - ILUMINACcedilAtildeO DA RETIacuteCULA Permite que se ilumine o quadriculado ou as divisotildees na tela 3 - CONTROLES E ENTRADA DE ATUACcedilAtildeO VERTICAL 31 - ENTRADA DE SINAL VERTICAL Nesta entrada eacute conectada a ponta de prova do osciloscoacutepio As variaccedilotildees de tensatildeo aplicadas nesta entrada aparecem sob forma de figura na tela 32 - CHAVE DE SELECcedilAtildeO DE MODO DE ENTRADA (CA-CC) Esta chave eacute selecionada de acordo com o tipo de forma de onda a ser observada Em alguns osciloscoacutepios esta chave possui trecircs posiccedilotildees (CA-0-CC ou AC-GND-DC) Esta posiccedilatildeo adicional eacute usada para a realizaccedilatildeo de ajustes do traccedilo do osciloscoacutepio em algumas situaccedilotildees Por exemplo quando se deseja Uma referecircncia na tela 33 - CHAVE SELETORA DE GANHO (VDiv) Esta chave permite que se aumente ou que se diminua a amplitude de projeccedilatildeo na tela do osciloscoacutepio (altura da imagem) 34 - POSICcedilAtildeO VERTICAL Permite movimentar a imagem para cima ou para baixo na tela A movimentaccedilatildeo natildeo interfere na forma da figura projetada na tela 4 - CONTROLES DE ATUACcedilAO HORIZONTAL 41 - CHAVE SELETORA DE BASE DE TEMPO Eacute o controle que permite variar o tempo de deslocamento horizontal do ponto na tela Atraveacutes deste controle eacute possiacutevel reduzir ou ampliar horizontalmente na tela a figura nela projetada Em alguns osciloscoacutepios esta chave seletora tem uma posiccedilatildeo identificada como EXT (externa) o que possibilita que o deslocamento horizontal pode ser controlado por circuito externo ao osciloscoacutepio atraveacutes de uma entrada especiacutefica Quando a posiccedilatildeo externa eacute selecionada natildeo haacute formaccedilatildeo do traccedilo na tela obtendo-se apenas um ponto 42 - POSICcedilAtildeO HORIZONTAL Eacute o ajuste que permite controlar horizontalmente a forma de onda na tela Girando o controle de posiccedilatildeo horizontal para a direita o traccedilo move-se horizontalmente para a direita e vice-versa Assim como o controle de posiccedilatildeo vertical o controle de posiccedilatildeo horizontal natildeo interfere na forma da figura projetada na tela
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5 - CONTROLES E ENTRADA DE SINCRONISMO (TRIGGER) Satildeo controles que se destinam a fixar a imagem na tela Estes controles satildeo utilizados principalmente na observaccedilatildeo de sinais alternados Os controles de sincronismo satildeo Chave seletora de fonte de sincronismo Chave de modo de sincronismo Controle de niacutevel de sincronismo 51 - CHAVE SELETORA DE FONTE DE SINCRONISMO Seleciona onde seraacute tomada o sinal de sincronismo para fixar a imagem na tela do osciloscoacutepio Normalmente esta chave possui trecircs posiccedilotildees pelo menos POSICcedilAtildeO CH1 O sincronismo eacute controlado pelo sinal aplicado ao canal 1 POSICcedilAtildeO REDE Realiza o sincronismo com base na frequecircncia da rede de alimentaccedilatildeo do osciloscoacutepio (60Hz) Nesta posiccedilatildeo consegue-se facilmente sincronizar na tela sinais aplicados na entrada vertical que sejam obtidos a partir da rede eleacutetrica POSICcedilAtildeO EXTERNO Na posiccedilatildeo externo o sincronismo da figura eacute obtido agrave partir de outro equipamento externo conectado ao osciloscoacutepio O sinal que controla o sincronismo na posiccedilatildeo externo eacute aplicado a entrada de sincronismo 52 - CHAVE DE MODO DE SINCRONISMO Normalmente esta chave tem duas ou trecircs posiccedilotildees AUTO Nesta posiccedilatildeo o osciloscoacutepio realiza o sincronismo automaticamente com base no sinal selecionado pela chave seletora de fonte de sincronismo NORMAL + O sincronismo eacute positivo ajustado manualmente pelo controle de niacutevel de sincronismo (TRIGGER) de modo que o primeiro pico que apareccedila na tela seja o positivo NORMAL - O sincronismo eacute negativo tambeacutem ajustado manualmente entretanto o primeiro pico a aparecer eacute o negativo 53 - CONTROLE DE NIacuteVEL DE SINCRONISMO (TRIGGER) Eacute um controle manual que permite o ajuste do sincronismo quando natildeo se consegue um sincronismo automaacutetico Tem atuaccedilatildeo nas posiccedilotildees NORMAL + e NORMAL - OBSERVACcedilAtildeO Para se realizar leituras eacute necessaacuterio sincronizar a figura na tela II - ENTRADA E CONTROLE DO OSCILOSCOacutePIO DUPLO TRACcedilO O osciloscoacutepio de duplo traccedilo possui alguns controles que satildeo comuns aos dois traccedilos e outros que satildeo individuais Os controles de brilho foco base de tempo e de posiccedilatildeo horizontal satildeo controles que satildeo comuns aos dois traccedilos Basicamente os controles individuais situam-se nas entradas e controles do vertical nos controles e entrada de sincronismo ENTRADAS E CONTROLES DO VERTICAL Para que se possa observar dois sinais simultaneamente eacute necessaacuterio que se aplique uma tensatildeo em cada uma das entradas verticais O osciloscoacutepio duplo traccedilo dispotildee de dois grupos de controles verticais Um grupo para o canal A ou canal 1 (CH1) Um grupo para o canal B ou canal 2 (CH2) Cada grupo controla um dos sinais na tela (amplitude posiccedilatildeo vertical etc) Geralmente satildeo iguais Cada canal dispotildee de Entrada Vertical Chave Seletora CA-O-CC Chave Seletora de ganho vertical (DDiv) Posiccedilatildeo vertical Um osciloscoacutepio de duplo traccedilo pode ainda ser utilizado como sendo um osciloscoacutepio de traccedilo simples Uma chave seletora permite que se possa selecionar cada canal individualmente ou os dois simultaneamente Esta chave possui pelo menos trecircs posiccedilotildees CH1
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CH2 DUAL Na posiccedilatildeo CH1 apareceraacute apenas a imagem na tela que estiver sendo aplicada na entrada vertical do canal 1 Na posiccedilatildeo CH2 apareceraacute apenas a imagem na tela que estiver sendo aplicada na entrada vertical do canal 2 Na posiccedilatildeo DUAL aparecem as duas imagens Em osciloscoacutepios mais sofisticados esta chave pode possuir mais posiccedilotildees de modo a permitir outras alternativas de uso CONTROLES DE SINCRONISMO Realizam as mesmas funccedilotildees do osciloscoacutepio traccedilo simples que eacute a de fixar a imagem na tela O que diferencia eacute o fato de que na chave seletora de fonte existe uma posiccedilatildeo adicional de modo a poder sincronizar a figura PONTAS DE PROVA As pontas de prova satildeo utilizadas para interligar o osciloscoacutepio aos pontos de medida
Uma das extremidades da ponta de prova eacute conectada a uma das entradas do osciloscoacutepio atraveacutes de um conector e a extremidade livre serve para conexatildeo aos pontos de medida A extremidade livre possui uma garra jacareacute denominada de terra da ponta de prova que deve ser conectada ao terra do circuito e uma ponta de entrada de sinal que deve ser conectada no ponto que se deseja medir Existem dois tipos de ponta de prova ponta de prova 11 ponta de prova 101 A ponta de prova 11 se caracteriza por aplicar agrave entrada do osciloscoacutepio a mesma tensatildeo ou forma de onda que eacute aplicada a ponta de mediccedilatildeo A ponta de prova 101 entrega ao osciloscoacutepio apenas a deacutecima parte da tensatildeo aplicada a ponta de mediccedilatildeo As pontas de prova 101 permitem que o osciloscoacutepio consiga observar tensotildees dez vezes maior que a sua capacidade Por exemplo Um osciloscoacutepio que permite a leitura de tensotildees de 50V com ponta de prova 11 com ponta de prova 101 poderaacute medir tensotildees de ateacute 500V (10x50V) Existem pontas de prova que dispotildee de um botatildeo onde se pode selecionar 101 ou 11 Obs Quando natildeo se tem total certeza da grandeza da tensatildeo envolvida eacute aconselhaacutevel iniciar a mediccedilatildeo com o posiccedilatildeo 101
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Bibliografia
1 Dispositivos semicondutores tiristores controle de potecircncia em CC e CA 1996 - ALMEIDA Joseacute Luiz Antunes de Satildeo Paulo Eacuterica 1996 150 p
2 Dispositivos semicondutores diodos e transistores 1996 MARQUES Angelo Eduardo B
CHOUERI JUacuteNIOR Salomatildeo CRUZ Eduardo Cesar Alves Satildeo Paulo Eacuterica 1996 389 p
3 Anaacutelise e projeto de fontes chaveadas MELLO Luiz Fernando P de Satildeo Paulo Eacuterica 1996 487 p
4 Eletrocircnica de potecircncia circuitos dispositivos e aplicaccedilotildees 1999 RASHID Muhammad H Satildeo Paulo Makron Books 1999 828 p
5 Eletrocircnica de potecircncia 1994 - PALMA Guilherme Rebouccedilas da Satildeo Paulo Eacuterica 1994 259 p
6 Dispositivos eletrocircnicos e teoria de circuitos - 8 ed 2004 -
BOYLESTAD Robert L NASHELSKY Louis CAMARGO Joseacute Bueno de NASCIMENTO Joseacute Lucimar do PERTENCE JUNIOR Antonio (Coord) Satildeo Paulo Pearson Prentice Hall 2004 672 p
7 Rodrigues Isac Zilli Notas de aula da disciplina de Eletrocircnica II do Curso de Engenharia
Eleacutetrica da UPF Passo Fundo RS 2000
8 Ghirardello Ariovaldo Apostila sobre Modulaccedilatildeo PWM Coleacutegio Politec
9 Electronics Workbench Versatildeo 512
10 LabcenterElectronics 1989-2008 Release 75 SP3
45
3
E ndash Faccedila um comentaacuterio sobre a omissatildeo das chaves _____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
4
F - Comente os circuitos 3 e 4 haacute alguma diferenccedila no brilho da lacircmpada
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Pinos do SCR e BTA 1 ndash Catodo A2 2 ndash Anodo A1 3 ndash Gatilho
Alguns SCRs encontrados no comeacutercio
Tiristor
Tensatildeo Vds(V)
Corrente Id (A)
BT151 500 85 TIC106 400 10
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Laboratoacuterio 5
DIAC E TRIAC O objetivo eacute montar o circuito abaixo e visualizar com o osciloscoacutepio a forma de onda em cima da carga no nosso caso a lacircmpada enquanto varia o potenciocircmetro
Pinagem 1 ndash A1 2 ndash A2 3 ndash G Alguns triacs encontrado no comeacutercio BTA08 ndash 8A BTA26 ndash 26A MAC224 ndash 40A TIC226 ndash 8A
Coloque a ponteira em cima da carga e deixe o potenciocircmetro no meio do curso e reproduza na tela abaixo Registre o ajuste que foi feito no osciloscoacutepio para aparecer o meio ciclo superior na tela
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Laboratoacuterio 6
PWM Este circuito eacute simples com o famoso CI 555 para gerar o sinal PWM Controlando uma carga que conseguimos observar o estaacute acontecendo
1 ndash Qual a frequumlecircncia gerada do sinal PWM _______________________________________________________________________________
_______________________________________________________________________________
2 ndash O que acontece com a lacircmpada quando varia o potenciocircmetro
_______________________________________________________________________________
_______________________________________________________________________________
3 ndash Trocando o capacitor de 100nF por um de 10nF qual seraacute a nova frequumlecircncia
_______________________________________________________________________________
_______________________________________________________________________________
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Laboratoacuterio 7
INVERSOR Este circuito eacute o conceito baacutesico do princiacutepio de funcionamento de um inversor que eacute capaz de gerar uma tensatildeo alternada a partir de uma tensatildeo contiacutenua
1 ndash O motor estaacute girando _____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
2 ndash Caso afirmativo na primeira pergunta coloque a ponteira do osciloscoacutepio em um dos terminais do motor e a garra jacareacute no terra e meccedila a frequumlecircncia _____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
3 ndash O que estaacute acontecendo com o motor em suas caracteriacutesticas fiacutesicas Mudou a velocidade estaacute aquecendo estaacute trepidando etc _____________________________________________________________________________________
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Apendice B
Coacutedigo de resistores
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Capacitores ceracircmicos
O valor do capacitorB eacute de 3300 pF (picofarad = 10-12 F) ou 33 nF (nanofarad = 10-9 F) ou 00033 microF (microfarad =
10-6 F) No capacitor A devemos acrescentar mais 4 zeros apoacutes os dois primeiros algarismos O valor do capacitor que se lecirc 104 eacute de 100000 pF ou 100 nF ou 01microF
O aparecimento de uma letra maiuacutescula ao lado dos nuacutemeros Esta letra refere-se a toleracircncia do capacitor ou seja o quanto que o capacitor pode variar de seu valor em uma temperatura padratildeo de 25deg C A letra J significa que este capacitor pode variar ateacute plusmn5 de seu valor a letra K = plusmn10 ou M = plusmn20 Segue na tabela abaixo os coacutedigos de toleracircncias de capacitacircncia
Ateacute 10pF Coacutedigo Acima de 10pF
plusmn01pF B
plusmn025pF C
plusmn05pF D
plusmn10pF F plusmn1
G plusmn2
H plusmn3
J plusmn5
K plusmn10
M plusmn20
S -50 -20
Z +80 -20
ou +100 -20
P +100 -0
O coeficiente de temperatura TC que define a variaccedilatildeo da capacitacircncia dentro de uma determinada faixa de temperatura O TC eacute normalmente expresso em ou ppmdegC ( partes por milhatildeo degC ) Eacute usado uma sequumlecircncia de letras ou letras e nuacutemeros para representar os coeficientes Observe o desenho abaixo
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Na tabela abaixo estatildeo mais alguns coeficientes de temperatura e as toleracircncias que satildeo muito utilizadas por diversos fabricantes de capacitores
Coacutedigo Coeficiente de temperatura NPO -0plusmn 30ppmdegC N075 -75plusmn 30ppmdegC N150 -150plusmn 30ppmdegC N220 -220plusmn 60ppmdegC N330 -330plusmn 60ppmdegC N470 -470plusmn 60ppmdegC N750 -750plusmn 120ppmdegC N1500 -1500plusmn 250ppmdegC N2200 -2200plusmn 500ppmdegC N3300 -3300plusmn 500ppmdegC N4700 -4700plusmn 1000ppmdegC N5250 -5250plusmn 1000ppmdegC P100 +100plusmn 30ppmdegC
Outra forma de representar coeficientes de temperatura eacute mostrado abaixo Eacute usada em capacitores que se caracterizam
pela alta capacitacircncia por unidade de volume (dimensotildees reduzidas) devido a alta constante dieleacutetrica sendo recomendados para aplicaccedilatildeo em desacoplamentos acoplamentos e supressatildeo de interferecircncias em baixas tensotildees
Os coeficientes satildeo tambeacutem representados exibindo sequumlecircncias de letras e nuacutemeros como por exemplo X7R Y5F e Z5U Para um capacitor Z5U a faixa de operaccedilatildeo eacute de +10degC que significa Temperatura Miacutenima seguido de +85degC que significa Temperatura Maacutexima e uma variaccedilatildeo Maacutexima de capacitacircncia dentro desses limites de temperatura que natildeo ultrapassa -56 +22
Veja as trecircs tabelas abaixo para compreender este exemplo e entender outros coeficientes
Temperatura Miacutenima
Temperatura Maacutexima
Variaccedilatildeo Maacutexima de Capacitacircncia
X -55degC Y -30degC Z +10degC
2 +45degC 4 +65degC 5 +85degC 6 +105degC 7 +125degC
A plusmn10 B plusmn15 C plusmn22 D plusmn33 E plusmn47 F plusmn75 P plusmn10 R plusmn15 S plusmn22 T -33 +22 U -56 +22 V -82 +22
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Capacitores de filme plaacutestico
O desenho ao lado mostra capacitores que tem os seus valores impressos em nanofarad (nF) = 10-9F Quando aparece no capacitor uma letra n minuacutescula como um dos tipos apresentados ao lado por exemplo 3n3 significa que este capacitor eacute de 33nF No exemplo o n minuacutesculo eacute colocado ao meio dos nuacutemeros apenas para economizar uma viacutergula e evitar erro de interpretaccedilatildeo de seu valor
Capacitores de Ceracircmica Multicamada
Capacitores de Polieacutester Metalizado usando coacutedigo de cores
A tabela abaixo mostra como interpretar o coacutedigo de cores dos capacitores abaixo No capacitor A as 3 primeiras cores satildeo laranja laranja e laranja correspondem a 33000 equivalendo a 33 nF A cor branca logo adiante eacute referente a plusmn10 de toleracircncia E o vermelho representa a tensatildeo nominal que eacute de 250 volts
1ordf Algarismo 2ordf Algarismo 3ordf Ndeg de zeros 4ordf Toleracircncia 5ordf Tensatildeo
PRETO 0 0 - plusmn 20 -
MARROM 1 1 0 - -
VERMELHO 2 2 00 - 250V
LARANJA 3 3 000 - -
AMARELO 4 4 0000 - 400V
VERDE 5 5 00000 - -
AZUL 6 6 - - 630V
VIOLETA 7 7 - - -
CINZA 8 8 - - -
BRANCO 9 9 - plusmn 10 -
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Apecircndice C
Osciloscoacutepio Geralmente os osciloscoacutepios tecircm os controles e entradas que podem ser divididos em cinco grupos
1 ndash Controle da fonte de alimentaccedilatildeo 2 ndash Controles de ajuste do traccedilo ou ponto na tela 3 ndash Controles e entrada de atuaccedilatildeo vertical 4 ndash Controles e entrada de atuaccedilatildeo horizontal 5 ndash Controles de entrada de sincronismo
1 - CONTROLE DA FONTE DE ALIMENTACcedilAtildeO 11 - INTERRUPTOR Sua funccedilatildeo eacute interromper ou estabelecer a corrente no primaacuterio do transformador de fora Sua atuaccedilatildeo normalmente eacute acompanhada por uma lacircmpada piloto que serve de aviso visual sobre a situaccedilatildeo do circuito (ligado ou desligado) Normalmente este interruptor se encontra acoplado junto do potenciocircmetro de controle de brilho 12 - COMUTADOR DE TENSAtildeO Sua funccedilatildeo eacute selecionar a tensatildeo de funcionamento do osciloscoacutepio (127 220V) Permite utilizar o instrumento sem a necessidade de recorrer a um transformador abaixador ou elevador de tensatildeo (geralmente o acesso deste comutador eacute visto na parte de traz do aparelho) 2 - CONTROLES DE AJUSTE DO TRACcedilO OU PONTO NA TELA 21 - BRILHO OU LUMINOSIDADE Eacute o controle que ajusta a luminosidade do ponto ou do traccedilo O controle do brilho eacute feito por meio de um potenciocircmetro situado no circuito da grade de controle do TRC mediante o qual se regula o potencial desta grade (deve-se evitar o uso de brilho excessivo sob pena de se danificar a tela) 22 - FOCO Eacute o controle que ajusta a nitidez do ponto ou traccedilo luminoso O ajuste do foco eacute conseguido mediante a regulagem de um potenciocircmetro que regula a polarizaccedilatildeo do eletrodo de enfoque O foco deve ser ajustado de forma a se obter um traccedilo fino e niacutetido na tela (estes ajustes de brilho e de foco satildeo ajustes baacutesicos que devem ser feitos sempre que se for usar o osciloscoacutepio)
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23 - ILUMINACcedilAtildeO DA RETIacuteCULA Permite que se ilumine o quadriculado ou as divisotildees na tela 3 - CONTROLES E ENTRADA DE ATUACcedilAtildeO VERTICAL 31 - ENTRADA DE SINAL VERTICAL Nesta entrada eacute conectada a ponta de prova do osciloscoacutepio As variaccedilotildees de tensatildeo aplicadas nesta entrada aparecem sob forma de figura na tela 32 - CHAVE DE SELECcedilAtildeO DE MODO DE ENTRADA (CA-CC) Esta chave eacute selecionada de acordo com o tipo de forma de onda a ser observada Em alguns osciloscoacutepios esta chave possui trecircs posiccedilotildees (CA-0-CC ou AC-GND-DC) Esta posiccedilatildeo adicional eacute usada para a realizaccedilatildeo de ajustes do traccedilo do osciloscoacutepio em algumas situaccedilotildees Por exemplo quando se deseja Uma referecircncia na tela 33 - CHAVE SELETORA DE GANHO (VDiv) Esta chave permite que se aumente ou que se diminua a amplitude de projeccedilatildeo na tela do osciloscoacutepio (altura da imagem) 34 - POSICcedilAtildeO VERTICAL Permite movimentar a imagem para cima ou para baixo na tela A movimentaccedilatildeo natildeo interfere na forma da figura projetada na tela 4 - CONTROLES DE ATUACcedilAO HORIZONTAL 41 - CHAVE SELETORA DE BASE DE TEMPO Eacute o controle que permite variar o tempo de deslocamento horizontal do ponto na tela Atraveacutes deste controle eacute possiacutevel reduzir ou ampliar horizontalmente na tela a figura nela projetada Em alguns osciloscoacutepios esta chave seletora tem uma posiccedilatildeo identificada como EXT (externa) o que possibilita que o deslocamento horizontal pode ser controlado por circuito externo ao osciloscoacutepio atraveacutes de uma entrada especiacutefica Quando a posiccedilatildeo externa eacute selecionada natildeo haacute formaccedilatildeo do traccedilo na tela obtendo-se apenas um ponto 42 - POSICcedilAtildeO HORIZONTAL Eacute o ajuste que permite controlar horizontalmente a forma de onda na tela Girando o controle de posiccedilatildeo horizontal para a direita o traccedilo move-se horizontalmente para a direita e vice-versa Assim como o controle de posiccedilatildeo vertical o controle de posiccedilatildeo horizontal natildeo interfere na forma da figura projetada na tela
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5 - CONTROLES E ENTRADA DE SINCRONISMO (TRIGGER) Satildeo controles que se destinam a fixar a imagem na tela Estes controles satildeo utilizados principalmente na observaccedilatildeo de sinais alternados Os controles de sincronismo satildeo Chave seletora de fonte de sincronismo Chave de modo de sincronismo Controle de niacutevel de sincronismo 51 - CHAVE SELETORA DE FONTE DE SINCRONISMO Seleciona onde seraacute tomada o sinal de sincronismo para fixar a imagem na tela do osciloscoacutepio Normalmente esta chave possui trecircs posiccedilotildees pelo menos POSICcedilAtildeO CH1 O sincronismo eacute controlado pelo sinal aplicado ao canal 1 POSICcedilAtildeO REDE Realiza o sincronismo com base na frequecircncia da rede de alimentaccedilatildeo do osciloscoacutepio (60Hz) Nesta posiccedilatildeo consegue-se facilmente sincronizar na tela sinais aplicados na entrada vertical que sejam obtidos a partir da rede eleacutetrica POSICcedilAtildeO EXTERNO Na posiccedilatildeo externo o sincronismo da figura eacute obtido agrave partir de outro equipamento externo conectado ao osciloscoacutepio O sinal que controla o sincronismo na posiccedilatildeo externo eacute aplicado a entrada de sincronismo 52 - CHAVE DE MODO DE SINCRONISMO Normalmente esta chave tem duas ou trecircs posiccedilotildees AUTO Nesta posiccedilatildeo o osciloscoacutepio realiza o sincronismo automaticamente com base no sinal selecionado pela chave seletora de fonte de sincronismo NORMAL + O sincronismo eacute positivo ajustado manualmente pelo controle de niacutevel de sincronismo (TRIGGER) de modo que o primeiro pico que apareccedila na tela seja o positivo NORMAL - O sincronismo eacute negativo tambeacutem ajustado manualmente entretanto o primeiro pico a aparecer eacute o negativo 53 - CONTROLE DE NIacuteVEL DE SINCRONISMO (TRIGGER) Eacute um controle manual que permite o ajuste do sincronismo quando natildeo se consegue um sincronismo automaacutetico Tem atuaccedilatildeo nas posiccedilotildees NORMAL + e NORMAL - OBSERVACcedilAtildeO Para se realizar leituras eacute necessaacuterio sincronizar a figura na tela II - ENTRADA E CONTROLE DO OSCILOSCOacutePIO DUPLO TRACcedilO O osciloscoacutepio de duplo traccedilo possui alguns controles que satildeo comuns aos dois traccedilos e outros que satildeo individuais Os controles de brilho foco base de tempo e de posiccedilatildeo horizontal satildeo controles que satildeo comuns aos dois traccedilos Basicamente os controles individuais situam-se nas entradas e controles do vertical nos controles e entrada de sincronismo ENTRADAS E CONTROLES DO VERTICAL Para que se possa observar dois sinais simultaneamente eacute necessaacuterio que se aplique uma tensatildeo em cada uma das entradas verticais O osciloscoacutepio duplo traccedilo dispotildee de dois grupos de controles verticais Um grupo para o canal A ou canal 1 (CH1) Um grupo para o canal B ou canal 2 (CH2) Cada grupo controla um dos sinais na tela (amplitude posiccedilatildeo vertical etc) Geralmente satildeo iguais Cada canal dispotildee de Entrada Vertical Chave Seletora CA-O-CC Chave Seletora de ganho vertical (DDiv) Posiccedilatildeo vertical Um osciloscoacutepio de duplo traccedilo pode ainda ser utilizado como sendo um osciloscoacutepio de traccedilo simples Uma chave seletora permite que se possa selecionar cada canal individualmente ou os dois simultaneamente Esta chave possui pelo menos trecircs posiccedilotildees CH1
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CH2 DUAL Na posiccedilatildeo CH1 apareceraacute apenas a imagem na tela que estiver sendo aplicada na entrada vertical do canal 1 Na posiccedilatildeo CH2 apareceraacute apenas a imagem na tela que estiver sendo aplicada na entrada vertical do canal 2 Na posiccedilatildeo DUAL aparecem as duas imagens Em osciloscoacutepios mais sofisticados esta chave pode possuir mais posiccedilotildees de modo a permitir outras alternativas de uso CONTROLES DE SINCRONISMO Realizam as mesmas funccedilotildees do osciloscoacutepio traccedilo simples que eacute a de fixar a imagem na tela O que diferencia eacute o fato de que na chave seletora de fonte existe uma posiccedilatildeo adicional de modo a poder sincronizar a figura PONTAS DE PROVA As pontas de prova satildeo utilizadas para interligar o osciloscoacutepio aos pontos de medida
Uma das extremidades da ponta de prova eacute conectada a uma das entradas do osciloscoacutepio atraveacutes de um conector e a extremidade livre serve para conexatildeo aos pontos de medida A extremidade livre possui uma garra jacareacute denominada de terra da ponta de prova que deve ser conectada ao terra do circuito e uma ponta de entrada de sinal que deve ser conectada no ponto que se deseja medir Existem dois tipos de ponta de prova ponta de prova 11 ponta de prova 101 A ponta de prova 11 se caracteriza por aplicar agrave entrada do osciloscoacutepio a mesma tensatildeo ou forma de onda que eacute aplicada a ponta de mediccedilatildeo A ponta de prova 101 entrega ao osciloscoacutepio apenas a deacutecima parte da tensatildeo aplicada a ponta de mediccedilatildeo As pontas de prova 101 permitem que o osciloscoacutepio consiga observar tensotildees dez vezes maior que a sua capacidade Por exemplo Um osciloscoacutepio que permite a leitura de tensotildees de 50V com ponta de prova 11 com ponta de prova 101 poderaacute medir tensotildees de ateacute 500V (10x50V) Existem pontas de prova que dispotildee de um botatildeo onde se pode selecionar 101 ou 11 Obs Quando natildeo se tem total certeza da grandeza da tensatildeo envolvida eacute aconselhaacutevel iniciar a mediccedilatildeo com o posiccedilatildeo 101
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Bibliografia
1 Dispositivos semicondutores tiristores controle de potecircncia em CC e CA 1996 - ALMEIDA Joseacute Luiz Antunes de Satildeo Paulo Eacuterica 1996 150 p
2 Dispositivos semicondutores diodos e transistores 1996 MARQUES Angelo Eduardo B
CHOUERI JUacuteNIOR Salomatildeo CRUZ Eduardo Cesar Alves Satildeo Paulo Eacuterica 1996 389 p
3 Anaacutelise e projeto de fontes chaveadas MELLO Luiz Fernando P de Satildeo Paulo Eacuterica 1996 487 p
4 Eletrocircnica de potecircncia circuitos dispositivos e aplicaccedilotildees 1999 RASHID Muhammad H Satildeo Paulo Makron Books 1999 828 p
5 Eletrocircnica de potecircncia 1994 - PALMA Guilherme Rebouccedilas da Satildeo Paulo Eacuterica 1994 259 p
6 Dispositivos eletrocircnicos e teoria de circuitos - 8 ed 2004 -
BOYLESTAD Robert L NASHELSKY Louis CAMARGO Joseacute Bueno de NASCIMENTO Joseacute Lucimar do PERTENCE JUNIOR Antonio (Coord) Satildeo Paulo Pearson Prentice Hall 2004 672 p
7 Rodrigues Isac Zilli Notas de aula da disciplina de Eletrocircnica II do Curso de Engenharia
Eleacutetrica da UPF Passo Fundo RS 2000
8 Ghirardello Ariovaldo Apostila sobre Modulaccedilatildeo PWM Coleacutegio Politec
9 Electronics Workbench Versatildeo 512
10 LabcenterElectronics 1989-2008 Release 75 SP3
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Laboratoacuterio 5
DIAC E TRIAC O objetivo eacute montar o circuito abaixo e visualizar com o osciloscoacutepio a forma de onda em cima da carga no nosso caso a lacircmpada enquanto varia o potenciocircmetro
Pinagem 1 ndash A1 2 ndash A2 3 ndash G Alguns triacs encontrado no comeacutercio BTA08 ndash 8A BTA26 ndash 26A MAC224 ndash 40A TIC226 ndash 8A
Coloque a ponteira em cima da carga e deixe o potenciocircmetro no meio do curso e reproduza na tela abaixo Registre o ajuste que foi feito no osciloscoacutepio para aparecer o meio ciclo superior na tela
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Laboratoacuterio 6
PWM Este circuito eacute simples com o famoso CI 555 para gerar o sinal PWM Controlando uma carga que conseguimos observar o estaacute acontecendo
1 ndash Qual a frequumlecircncia gerada do sinal PWM _______________________________________________________________________________
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2 ndash O que acontece com a lacircmpada quando varia o potenciocircmetro
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3 ndash Trocando o capacitor de 100nF por um de 10nF qual seraacute a nova frequumlecircncia
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Laboratoacuterio 7
INVERSOR Este circuito eacute o conceito baacutesico do princiacutepio de funcionamento de um inversor que eacute capaz de gerar uma tensatildeo alternada a partir de uma tensatildeo contiacutenua
1 ndash O motor estaacute girando _____________________________________________________________________________________
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2 ndash Caso afirmativo na primeira pergunta coloque a ponteira do osciloscoacutepio em um dos terminais do motor e a garra jacareacute no terra e meccedila a frequumlecircncia _____________________________________________________________________________________
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3 ndash O que estaacute acontecendo com o motor em suas caracteriacutesticas fiacutesicas Mudou a velocidade estaacute aquecendo estaacute trepidando etc _____________________________________________________________________________________
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Apendice B
Coacutedigo de resistores
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Capacitores ceracircmicos
O valor do capacitorB eacute de 3300 pF (picofarad = 10-12 F) ou 33 nF (nanofarad = 10-9 F) ou 00033 microF (microfarad =
10-6 F) No capacitor A devemos acrescentar mais 4 zeros apoacutes os dois primeiros algarismos O valor do capacitor que se lecirc 104 eacute de 100000 pF ou 100 nF ou 01microF
O aparecimento de uma letra maiuacutescula ao lado dos nuacutemeros Esta letra refere-se a toleracircncia do capacitor ou seja o quanto que o capacitor pode variar de seu valor em uma temperatura padratildeo de 25deg C A letra J significa que este capacitor pode variar ateacute plusmn5 de seu valor a letra K = plusmn10 ou M = plusmn20 Segue na tabela abaixo os coacutedigos de toleracircncias de capacitacircncia
Ateacute 10pF Coacutedigo Acima de 10pF
plusmn01pF B
plusmn025pF C
plusmn05pF D
plusmn10pF F plusmn1
G plusmn2
H plusmn3
J plusmn5
K plusmn10
M plusmn20
S -50 -20
Z +80 -20
ou +100 -20
P +100 -0
O coeficiente de temperatura TC que define a variaccedilatildeo da capacitacircncia dentro de uma determinada faixa de temperatura O TC eacute normalmente expresso em ou ppmdegC ( partes por milhatildeo degC ) Eacute usado uma sequumlecircncia de letras ou letras e nuacutemeros para representar os coeficientes Observe o desenho abaixo
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Na tabela abaixo estatildeo mais alguns coeficientes de temperatura e as toleracircncias que satildeo muito utilizadas por diversos fabricantes de capacitores
Coacutedigo Coeficiente de temperatura NPO -0plusmn 30ppmdegC N075 -75plusmn 30ppmdegC N150 -150plusmn 30ppmdegC N220 -220plusmn 60ppmdegC N330 -330plusmn 60ppmdegC N470 -470plusmn 60ppmdegC N750 -750plusmn 120ppmdegC N1500 -1500plusmn 250ppmdegC N2200 -2200plusmn 500ppmdegC N3300 -3300plusmn 500ppmdegC N4700 -4700plusmn 1000ppmdegC N5250 -5250plusmn 1000ppmdegC P100 +100plusmn 30ppmdegC
Outra forma de representar coeficientes de temperatura eacute mostrado abaixo Eacute usada em capacitores que se caracterizam
pela alta capacitacircncia por unidade de volume (dimensotildees reduzidas) devido a alta constante dieleacutetrica sendo recomendados para aplicaccedilatildeo em desacoplamentos acoplamentos e supressatildeo de interferecircncias em baixas tensotildees
Os coeficientes satildeo tambeacutem representados exibindo sequumlecircncias de letras e nuacutemeros como por exemplo X7R Y5F e Z5U Para um capacitor Z5U a faixa de operaccedilatildeo eacute de +10degC que significa Temperatura Miacutenima seguido de +85degC que significa Temperatura Maacutexima e uma variaccedilatildeo Maacutexima de capacitacircncia dentro desses limites de temperatura que natildeo ultrapassa -56 +22
Veja as trecircs tabelas abaixo para compreender este exemplo e entender outros coeficientes
Temperatura Miacutenima
Temperatura Maacutexima
Variaccedilatildeo Maacutexima de Capacitacircncia
X -55degC Y -30degC Z +10degC
2 +45degC 4 +65degC 5 +85degC 6 +105degC 7 +125degC
A plusmn10 B plusmn15 C plusmn22 D plusmn33 E plusmn47 F plusmn75 P plusmn10 R plusmn15 S plusmn22 T -33 +22 U -56 +22 V -82 +22
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Capacitores de filme plaacutestico
O desenho ao lado mostra capacitores que tem os seus valores impressos em nanofarad (nF) = 10-9F Quando aparece no capacitor uma letra n minuacutescula como um dos tipos apresentados ao lado por exemplo 3n3 significa que este capacitor eacute de 33nF No exemplo o n minuacutesculo eacute colocado ao meio dos nuacutemeros apenas para economizar uma viacutergula e evitar erro de interpretaccedilatildeo de seu valor
Capacitores de Ceracircmica Multicamada
Capacitores de Polieacutester Metalizado usando coacutedigo de cores
A tabela abaixo mostra como interpretar o coacutedigo de cores dos capacitores abaixo No capacitor A as 3 primeiras cores satildeo laranja laranja e laranja correspondem a 33000 equivalendo a 33 nF A cor branca logo adiante eacute referente a plusmn10 de toleracircncia E o vermelho representa a tensatildeo nominal que eacute de 250 volts
1ordf Algarismo 2ordf Algarismo 3ordf Ndeg de zeros 4ordf Toleracircncia 5ordf Tensatildeo
PRETO 0 0 - plusmn 20 -
MARROM 1 1 0 - -
VERMELHO 2 2 00 - 250V
LARANJA 3 3 000 - -
AMARELO 4 4 0000 - 400V
VERDE 5 5 00000 - -
AZUL 6 6 - - 630V
VIOLETA 7 7 - - -
CINZA 8 8 - - -
BRANCO 9 9 - plusmn 10 -
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Apecircndice C
Osciloscoacutepio Geralmente os osciloscoacutepios tecircm os controles e entradas que podem ser divididos em cinco grupos
1 ndash Controle da fonte de alimentaccedilatildeo 2 ndash Controles de ajuste do traccedilo ou ponto na tela 3 ndash Controles e entrada de atuaccedilatildeo vertical 4 ndash Controles e entrada de atuaccedilatildeo horizontal 5 ndash Controles de entrada de sincronismo
1 - CONTROLE DA FONTE DE ALIMENTACcedilAtildeO 11 - INTERRUPTOR Sua funccedilatildeo eacute interromper ou estabelecer a corrente no primaacuterio do transformador de fora Sua atuaccedilatildeo normalmente eacute acompanhada por uma lacircmpada piloto que serve de aviso visual sobre a situaccedilatildeo do circuito (ligado ou desligado) Normalmente este interruptor se encontra acoplado junto do potenciocircmetro de controle de brilho 12 - COMUTADOR DE TENSAtildeO Sua funccedilatildeo eacute selecionar a tensatildeo de funcionamento do osciloscoacutepio (127 220V) Permite utilizar o instrumento sem a necessidade de recorrer a um transformador abaixador ou elevador de tensatildeo (geralmente o acesso deste comutador eacute visto na parte de traz do aparelho) 2 - CONTROLES DE AJUSTE DO TRACcedilO OU PONTO NA TELA 21 - BRILHO OU LUMINOSIDADE Eacute o controle que ajusta a luminosidade do ponto ou do traccedilo O controle do brilho eacute feito por meio de um potenciocircmetro situado no circuito da grade de controle do TRC mediante o qual se regula o potencial desta grade (deve-se evitar o uso de brilho excessivo sob pena de se danificar a tela) 22 - FOCO Eacute o controle que ajusta a nitidez do ponto ou traccedilo luminoso O ajuste do foco eacute conseguido mediante a regulagem de um potenciocircmetro que regula a polarizaccedilatildeo do eletrodo de enfoque O foco deve ser ajustado de forma a se obter um traccedilo fino e niacutetido na tela (estes ajustes de brilho e de foco satildeo ajustes baacutesicos que devem ser feitos sempre que se for usar o osciloscoacutepio)
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23 - ILUMINACcedilAtildeO DA RETIacuteCULA Permite que se ilumine o quadriculado ou as divisotildees na tela 3 - CONTROLES E ENTRADA DE ATUACcedilAtildeO VERTICAL 31 - ENTRADA DE SINAL VERTICAL Nesta entrada eacute conectada a ponta de prova do osciloscoacutepio As variaccedilotildees de tensatildeo aplicadas nesta entrada aparecem sob forma de figura na tela 32 - CHAVE DE SELECcedilAtildeO DE MODO DE ENTRADA (CA-CC) Esta chave eacute selecionada de acordo com o tipo de forma de onda a ser observada Em alguns osciloscoacutepios esta chave possui trecircs posiccedilotildees (CA-0-CC ou AC-GND-DC) Esta posiccedilatildeo adicional eacute usada para a realizaccedilatildeo de ajustes do traccedilo do osciloscoacutepio em algumas situaccedilotildees Por exemplo quando se deseja Uma referecircncia na tela 33 - CHAVE SELETORA DE GANHO (VDiv) Esta chave permite que se aumente ou que se diminua a amplitude de projeccedilatildeo na tela do osciloscoacutepio (altura da imagem) 34 - POSICcedilAtildeO VERTICAL Permite movimentar a imagem para cima ou para baixo na tela A movimentaccedilatildeo natildeo interfere na forma da figura projetada na tela 4 - CONTROLES DE ATUACcedilAO HORIZONTAL 41 - CHAVE SELETORA DE BASE DE TEMPO Eacute o controle que permite variar o tempo de deslocamento horizontal do ponto na tela Atraveacutes deste controle eacute possiacutevel reduzir ou ampliar horizontalmente na tela a figura nela projetada Em alguns osciloscoacutepios esta chave seletora tem uma posiccedilatildeo identificada como EXT (externa) o que possibilita que o deslocamento horizontal pode ser controlado por circuito externo ao osciloscoacutepio atraveacutes de uma entrada especiacutefica Quando a posiccedilatildeo externa eacute selecionada natildeo haacute formaccedilatildeo do traccedilo na tela obtendo-se apenas um ponto 42 - POSICcedilAtildeO HORIZONTAL Eacute o ajuste que permite controlar horizontalmente a forma de onda na tela Girando o controle de posiccedilatildeo horizontal para a direita o traccedilo move-se horizontalmente para a direita e vice-versa Assim como o controle de posiccedilatildeo vertical o controle de posiccedilatildeo horizontal natildeo interfere na forma da figura projetada na tela
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5 - CONTROLES E ENTRADA DE SINCRONISMO (TRIGGER) Satildeo controles que se destinam a fixar a imagem na tela Estes controles satildeo utilizados principalmente na observaccedilatildeo de sinais alternados Os controles de sincronismo satildeo Chave seletora de fonte de sincronismo Chave de modo de sincronismo Controle de niacutevel de sincronismo 51 - CHAVE SELETORA DE FONTE DE SINCRONISMO Seleciona onde seraacute tomada o sinal de sincronismo para fixar a imagem na tela do osciloscoacutepio Normalmente esta chave possui trecircs posiccedilotildees pelo menos POSICcedilAtildeO CH1 O sincronismo eacute controlado pelo sinal aplicado ao canal 1 POSICcedilAtildeO REDE Realiza o sincronismo com base na frequecircncia da rede de alimentaccedilatildeo do osciloscoacutepio (60Hz) Nesta posiccedilatildeo consegue-se facilmente sincronizar na tela sinais aplicados na entrada vertical que sejam obtidos a partir da rede eleacutetrica POSICcedilAtildeO EXTERNO Na posiccedilatildeo externo o sincronismo da figura eacute obtido agrave partir de outro equipamento externo conectado ao osciloscoacutepio O sinal que controla o sincronismo na posiccedilatildeo externo eacute aplicado a entrada de sincronismo 52 - CHAVE DE MODO DE SINCRONISMO Normalmente esta chave tem duas ou trecircs posiccedilotildees AUTO Nesta posiccedilatildeo o osciloscoacutepio realiza o sincronismo automaticamente com base no sinal selecionado pela chave seletora de fonte de sincronismo NORMAL + O sincronismo eacute positivo ajustado manualmente pelo controle de niacutevel de sincronismo (TRIGGER) de modo que o primeiro pico que apareccedila na tela seja o positivo NORMAL - O sincronismo eacute negativo tambeacutem ajustado manualmente entretanto o primeiro pico a aparecer eacute o negativo 53 - CONTROLE DE NIacuteVEL DE SINCRONISMO (TRIGGER) Eacute um controle manual que permite o ajuste do sincronismo quando natildeo se consegue um sincronismo automaacutetico Tem atuaccedilatildeo nas posiccedilotildees NORMAL + e NORMAL - OBSERVACcedilAtildeO Para se realizar leituras eacute necessaacuterio sincronizar a figura na tela II - ENTRADA E CONTROLE DO OSCILOSCOacutePIO DUPLO TRACcedilO O osciloscoacutepio de duplo traccedilo possui alguns controles que satildeo comuns aos dois traccedilos e outros que satildeo individuais Os controles de brilho foco base de tempo e de posiccedilatildeo horizontal satildeo controles que satildeo comuns aos dois traccedilos Basicamente os controles individuais situam-se nas entradas e controles do vertical nos controles e entrada de sincronismo ENTRADAS E CONTROLES DO VERTICAL Para que se possa observar dois sinais simultaneamente eacute necessaacuterio que se aplique uma tensatildeo em cada uma das entradas verticais O osciloscoacutepio duplo traccedilo dispotildee de dois grupos de controles verticais Um grupo para o canal A ou canal 1 (CH1) Um grupo para o canal B ou canal 2 (CH2) Cada grupo controla um dos sinais na tela (amplitude posiccedilatildeo vertical etc) Geralmente satildeo iguais Cada canal dispotildee de Entrada Vertical Chave Seletora CA-O-CC Chave Seletora de ganho vertical (DDiv) Posiccedilatildeo vertical Um osciloscoacutepio de duplo traccedilo pode ainda ser utilizado como sendo um osciloscoacutepio de traccedilo simples Uma chave seletora permite que se possa selecionar cada canal individualmente ou os dois simultaneamente Esta chave possui pelo menos trecircs posiccedilotildees CH1
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CH2 DUAL Na posiccedilatildeo CH1 apareceraacute apenas a imagem na tela que estiver sendo aplicada na entrada vertical do canal 1 Na posiccedilatildeo CH2 apareceraacute apenas a imagem na tela que estiver sendo aplicada na entrada vertical do canal 2 Na posiccedilatildeo DUAL aparecem as duas imagens Em osciloscoacutepios mais sofisticados esta chave pode possuir mais posiccedilotildees de modo a permitir outras alternativas de uso CONTROLES DE SINCRONISMO Realizam as mesmas funccedilotildees do osciloscoacutepio traccedilo simples que eacute a de fixar a imagem na tela O que diferencia eacute o fato de que na chave seletora de fonte existe uma posiccedilatildeo adicional de modo a poder sincronizar a figura PONTAS DE PROVA As pontas de prova satildeo utilizadas para interligar o osciloscoacutepio aos pontos de medida
Uma das extremidades da ponta de prova eacute conectada a uma das entradas do osciloscoacutepio atraveacutes de um conector e a extremidade livre serve para conexatildeo aos pontos de medida A extremidade livre possui uma garra jacareacute denominada de terra da ponta de prova que deve ser conectada ao terra do circuito e uma ponta de entrada de sinal que deve ser conectada no ponto que se deseja medir Existem dois tipos de ponta de prova ponta de prova 11 ponta de prova 101 A ponta de prova 11 se caracteriza por aplicar agrave entrada do osciloscoacutepio a mesma tensatildeo ou forma de onda que eacute aplicada a ponta de mediccedilatildeo A ponta de prova 101 entrega ao osciloscoacutepio apenas a deacutecima parte da tensatildeo aplicada a ponta de mediccedilatildeo As pontas de prova 101 permitem que o osciloscoacutepio consiga observar tensotildees dez vezes maior que a sua capacidade Por exemplo Um osciloscoacutepio que permite a leitura de tensotildees de 50V com ponta de prova 11 com ponta de prova 101 poderaacute medir tensotildees de ateacute 500V (10x50V) Existem pontas de prova que dispotildee de um botatildeo onde se pode selecionar 101 ou 11 Obs Quando natildeo se tem total certeza da grandeza da tensatildeo envolvida eacute aconselhaacutevel iniciar a mediccedilatildeo com o posiccedilatildeo 101
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Bibliografia
1 Dispositivos semicondutores tiristores controle de potecircncia em CC e CA 1996 - ALMEIDA Joseacute Luiz Antunes de Satildeo Paulo Eacuterica 1996 150 p
2 Dispositivos semicondutores diodos e transistores 1996 MARQUES Angelo Eduardo B
CHOUERI JUacuteNIOR Salomatildeo CRUZ Eduardo Cesar Alves Satildeo Paulo Eacuterica 1996 389 p
3 Anaacutelise e projeto de fontes chaveadas MELLO Luiz Fernando P de Satildeo Paulo Eacuterica 1996 487 p
4 Eletrocircnica de potecircncia circuitos dispositivos e aplicaccedilotildees 1999 RASHID Muhammad H Satildeo Paulo Makron Books 1999 828 p
5 Eletrocircnica de potecircncia 1994 - PALMA Guilherme Rebouccedilas da Satildeo Paulo Eacuterica 1994 259 p
6 Dispositivos eletrocircnicos e teoria de circuitos - 8 ed 2004 -
BOYLESTAD Robert L NASHELSKY Louis CAMARGO Joseacute Bueno de NASCIMENTO Joseacute Lucimar do PERTENCE JUNIOR Antonio (Coord) Satildeo Paulo Pearson Prentice Hall 2004 672 p
7 Rodrigues Isac Zilli Notas de aula da disciplina de Eletrocircnica II do Curso de Engenharia
Eleacutetrica da UPF Passo Fundo RS 2000
8 Ghirardello Ariovaldo Apostila sobre Modulaccedilatildeo PWM Coleacutegio Politec
9 Electronics Workbench Versatildeo 512
10 LabcenterElectronics 1989-2008 Release 75 SP3
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Laboratoacuterio 6
PWM Este circuito eacute simples com o famoso CI 555 para gerar o sinal PWM Controlando uma carga que conseguimos observar o estaacute acontecendo
1 ndash Qual a frequumlecircncia gerada do sinal PWM _______________________________________________________________________________
_______________________________________________________________________________
2 ndash O que acontece com a lacircmpada quando varia o potenciocircmetro
_______________________________________________________________________________
_______________________________________________________________________________
3 ndash Trocando o capacitor de 100nF por um de 10nF qual seraacute a nova frequumlecircncia
_______________________________________________________________________________
_______________________________________________________________________________
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Laboratoacuterio 7
INVERSOR Este circuito eacute o conceito baacutesico do princiacutepio de funcionamento de um inversor que eacute capaz de gerar uma tensatildeo alternada a partir de uma tensatildeo contiacutenua
1 ndash O motor estaacute girando _____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
2 ndash Caso afirmativo na primeira pergunta coloque a ponteira do osciloscoacutepio em um dos terminais do motor e a garra jacareacute no terra e meccedila a frequumlecircncia _____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
3 ndash O que estaacute acontecendo com o motor em suas caracteriacutesticas fiacutesicas Mudou a velocidade estaacute aquecendo estaacute trepidando etc _____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
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Apendice B
Coacutedigo de resistores
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Capacitores ceracircmicos
O valor do capacitorB eacute de 3300 pF (picofarad = 10-12 F) ou 33 nF (nanofarad = 10-9 F) ou 00033 microF (microfarad =
10-6 F) No capacitor A devemos acrescentar mais 4 zeros apoacutes os dois primeiros algarismos O valor do capacitor que se lecirc 104 eacute de 100000 pF ou 100 nF ou 01microF
O aparecimento de uma letra maiuacutescula ao lado dos nuacutemeros Esta letra refere-se a toleracircncia do capacitor ou seja o quanto que o capacitor pode variar de seu valor em uma temperatura padratildeo de 25deg C A letra J significa que este capacitor pode variar ateacute plusmn5 de seu valor a letra K = plusmn10 ou M = plusmn20 Segue na tabela abaixo os coacutedigos de toleracircncias de capacitacircncia
Ateacute 10pF Coacutedigo Acima de 10pF
plusmn01pF B
plusmn025pF C
plusmn05pF D
plusmn10pF F plusmn1
G plusmn2
H plusmn3
J plusmn5
K plusmn10
M plusmn20
S -50 -20
Z +80 -20
ou +100 -20
P +100 -0
O coeficiente de temperatura TC que define a variaccedilatildeo da capacitacircncia dentro de uma determinada faixa de temperatura O TC eacute normalmente expresso em ou ppmdegC ( partes por milhatildeo degC ) Eacute usado uma sequumlecircncia de letras ou letras e nuacutemeros para representar os coeficientes Observe o desenho abaixo
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Na tabela abaixo estatildeo mais alguns coeficientes de temperatura e as toleracircncias que satildeo muito utilizadas por diversos fabricantes de capacitores
Coacutedigo Coeficiente de temperatura NPO -0plusmn 30ppmdegC N075 -75plusmn 30ppmdegC N150 -150plusmn 30ppmdegC N220 -220plusmn 60ppmdegC N330 -330plusmn 60ppmdegC N470 -470plusmn 60ppmdegC N750 -750plusmn 120ppmdegC N1500 -1500plusmn 250ppmdegC N2200 -2200plusmn 500ppmdegC N3300 -3300plusmn 500ppmdegC N4700 -4700plusmn 1000ppmdegC N5250 -5250plusmn 1000ppmdegC P100 +100plusmn 30ppmdegC
Outra forma de representar coeficientes de temperatura eacute mostrado abaixo Eacute usada em capacitores que se caracterizam
pela alta capacitacircncia por unidade de volume (dimensotildees reduzidas) devido a alta constante dieleacutetrica sendo recomendados para aplicaccedilatildeo em desacoplamentos acoplamentos e supressatildeo de interferecircncias em baixas tensotildees
Os coeficientes satildeo tambeacutem representados exibindo sequumlecircncias de letras e nuacutemeros como por exemplo X7R Y5F e Z5U Para um capacitor Z5U a faixa de operaccedilatildeo eacute de +10degC que significa Temperatura Miacutenima seguido de +85degC que significa Temperatura Maacutexima e uma variaccedilatildeo Maacutexima de capacitacircncia dentro desses limites de temperatura que natildeo ultrapassa -56 +22
Veja as trecircs tabelas abaixo para compreender este exemplo e entender outros coeficientes
Temperatura Miacutenima
Temperatura Maacutexima
Variaccedilatildeo Maacutexima de Capacitacircncia
X -55degC Y -30degC Z +10degC
2 +45degC 4 +65degC 5 +85degC 6 +105degC 7 +125degC
A plusmn10 B plusmn15 C plusmn22 D plusmn33 E plusmn47 F plusmn75 P plusmn10 R plusmn15 S plusmn22 T -33 +22 U -56 +22 V -82 +22
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Capacitores de filme plaacutestico
O desenho ao lado mostra capacitores que tem os seus valores impressos em nanofarad (nF) = 10-9F Quando aparece no capacitor uma letra n minuacutescula como um dos tipos apresentados ao lado por exemplo 3n3 significa que este capacitor eacute de 33nF No exemplo o n minuacutesculo eacute colocado ao meio dos nuacutemeros apenas para economizar uma viacutergula e evitar erro de interpretaccedilatildeo de seu valor
Capacitores de Ceracircmica Multicamada
Capacitores de Polieacutester Metalizado usando coacutedigo de cores
A tabela abaixo mostra como interpretar o coacutedigo de cores dos capacitores abaixo No capacitor A as 3 primeiras cores satildeo laranja laranja e laranja correspondem a 33000 equivalendo a 33 nF A cor branca logo adiante eacute referente a plusmn10 de toleracircncia E o vermelho representa a tensatildeo nominal que eacute de 250 volts
1ordf Algarismo 2ordf Algarismo 3ordf Ndeg de zeros 4ordf Toleracircncia 5ordf Tensatildeo
PRETO 0 0 - plusmn 20 -
MARROM 1 1 0 - -
VERMELHO 2 2 00 - 250V
LARANJA 3 3 000 - -
AMARELO 4 4 0000 - 400V
VERDE 5 5 00000 - -
AZUL 6 6 - - 630V
VIOLETA 7 7 - - -
CINZA 8 8 - - -
BRANCO 9 9 - plusmn 10 -
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Apecircndice C
Osciloscoacutepio Geralmente os osciloscoacutepios tecircm os controles e entradas que podem ser divididos em cinco grupos
1 ndash Controle da fonte de alimentaccedilatildeo 2 ndash Controles de ajuste do traccedilo ou ponto na tela 3 ndash Controles e entrada de atuaccedilatildeo vertical 4 ndash Controles e entrada de atuaccedilatildeo horizontal 5 ndash Controles de entrada de sincronismo
1 - CONTROLE DA FONTE DE ALIMENTACcedilAtildeO 11 - INTERRUPTOR Sua funccedilatildeo eacute interromper ou estabelecer a corrente no primaacuterio do transformador de fora Sua atuaccedilatildeo normalmente eacute acompanhada por uma lacircmpada piloto que serve de aviso visual sobre a situaccedilatildeo do circuito (ligado ou desligado) Normalmente este interruptor se encontra acoplado junto do potenciocircmetro de controle de brilho 12 - COMUTADOR DE TENSAtildeO Sua funccedilatildeo eacute selecionar a tensatildeo de funcionamento do osciloscoacutepio (127 220V) Permite utilizar o instrumento sem a necessidade de recorrer a um transformador abaixador ou elevador de tensatildeo (geralmente o acesso deste comutador eacute visto na parte de traz do aparelho) 2 - CONTROLES DE AJUSTE DO TRACcedilO OU PONTO NA TELA 21 - BRILHO OU LUMINOSIDADE Eacute o controle que ajusta a luminosidade do ponto ou do traccedilo O controle do brilho eacute feito por meio de um potenciocircmetro situado no circuito da grade de controle do TRC mediante o qual se regula o potencial desta grade (deve-se evitar o uso de brilho excessivo sob pena de se danificar a tela) 22 - FOCO Eacute o controle que ajusta a nitidez do ponto ou traccedilo luminoso O ajuste do foco eacute conseguido mediante a regulagem de um potenciocircmetro que regula a polarizaccedilatildeo do eletrodo de enfoque O foco deve ser ajustado de forma a se obter um traccedilo fino e niacutetido na tela (estes ajustes de brilho e de foco satildeo ajustes baacutesicos que devem ser feitos sempre que se for usar o osciloscoacutepio)
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23 - ILUMINACcedilAtildeO DA RETIacuteCULA Permite que se ilumine o quadriculado ou as divisotildees na tela 3 - CONTROLES E ENTRADA DE ATUACcedilAtildeO VERTICAL 31 - ENTRADA DE SINAL VERTICAL Nesta entrada eacute conectada a ponta de prova do osciloscoacutepio As variaccedilotildees de tensatildeo aplicadas nesta entrada aparecem sob forma de figura na tela 32 - CHAVE DE SELECcedilAtildeO DE MODO DE ENTRADA (CA-CC) Esta chave eacute selecionada de acordo com o tipo de forma de onda a ser observada Em alguns osciloscoacutepios esta chave possui trecircs posiccedilotildees (CA-0-CC ou AC-GND-DC) Esta posiccedilatildeo adicional eacute usada para a realizaccedilatildeo de ajustes do traccedilo do osciloscoacutepio em algumas situaccedilotildees Por exemplo quando se deseja Uma referecircncia na tela 33 - CHAVE SELETORA DE GANHO (VDiv) Esta chave permite que se aumente ou que se diminua a amplitude de projeccedilatildeo na tela do osciloscoacutepio (altura da imagem) 34 - POSICcedilAtildeO VERTICAL Permite movimentar a imagem para cima ou para baixo na tela A movimentaccedilatildeo natildeo interfere na forma da figura projetada na tela 4 - CONTROLES DE ATUACcedilAO HORIZONTAL 41 - CHAVE SELETORA DE BASE DE TEMPO Eacute o controle que permite variar o tempo de deslocamento horizontal do ponto na tela Atraveacutes deste controle eacute possiacutevel reduzir ou ampliar horizontalmente na tela a figura nela projetada Em alguns osciloscoacutepios esta chave seletora tem uma posiccedilatildeo identificada como EXT (externa) o que possibilita que o deslocamento horizontal pode ser controlado por circuito externo ao osciloscoacutepio atraveacutes de uma entrada especiacutefica Quando a posiccedilatildeo externa eacute selecionada natildeo haacute formaccedilatildeo do traccedilo na tela obtendo-se apenas um ponto 42 - POSICcedilAtildeO HORIZONTAL Eacute o ajuste que permite controlar horizontalmente a forma de onda na tela Girando o controle de posiccedilatildeo horizontal para a direita o traccedilo move-se horizontalmente para a direita e vice-versa Assim como o controle de posiccedilatildeo vertical o controle de posiccedilatildeo horizontal natildeo interfere na forma da figura projetada na tela
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5 - CONTROLES E ENTRADA DE SINCRONISMO (TRIGGER) Satildeo controles que se destinam a fixar a imagem na tela Estes controles satildeo utilizados principalmente na observaccedilatildeo de sinais alternados Os controles de sincronismo satildeo Chave seletora de fonte de sincronismo Chave de modo de sincronismo Controle de niacutevel de sincronismo 51 - CHAVE SELETORA DE FONTE DE SINCRONISMO Seleciona onde seraacute tomada o sinal de sincronismo para fixar a imagem na tela do osciloscoacutepio Normalmente esta chave possui trecircs posiccedilotildees pelo menos POSICcedilAtildeO CH1 O sincronismo eacute controlado pelo sinal aplicado ao canal 1 POSICcedilAtildeO REDE Realiza o sincronismo com base na frequecircncia da rede de alimentaccedilatildeo do osciloscoacutepio (60Hz) Nesta posiccedilatildeo consegue-se facilmente sincronizar na tela sinais aplicados na entrada vertical que sejam obtidos a partir da rede eleacutetrica POSICcedilAtildeO EXTERNO Na posiccedilatildeo externo o sincronismo da figura eacute obtido agrave partir de outro equipamento externo conectado ao osciloscoacutepio O sinal que controla o sincronismo na posiccedilatildeo externo eacute aplicado a entrada de sincronismo 52 - CHAVE DE MODO DE SINCRONISMO Normalmente esta chave tem duas ou trecircs posiccedilotildees AUTO Nesta posiccedilatildeo o osciloscoacutepio realiza o sincronismo automaticamente com base no sinal selecionado pela chave seletora de fonte de sincronismo NORMAL + O sincronismo eacute positivo ajustado manualmente pelo controle de niacutevel de sincronismo (TRIGGER) de modo que o primeiro pico que apareccedila na tela seja o positivo NORMAL - O sincronismo eacute negativo tambeacutem ajustado manualmente entretanto o primeiro pico a aparecer eacute o negativo 53 - CONTROLE DE NIacuteVEL DE SINCRONISMO (TRIGGER) Eacute um controle manual que permite o ajuste do sincronismo quando natildeo se consegue um sincronismo automaacutetico Tem atuaccedilatildeo nas posiccedilotildees NORMAL + e NORMAL - OBSERVACcedilAtildeO Para se realizar leituras eacute necessaacuterio sincronizar a figura na tela II - ENTRADA E CONTROLE DO OSCILOSCOacutePIO DUPLO TRACcedilO O osciloscoacutepio de duplo traccedilo possui alguns controles que satildeo comuns aos dois traccedilos e outros que satildeo individuais Os controles de brilho foco base de tempo e de posiccedilatildeo horizontal satildeo controles que satildeo comuns aos dois traccedilos Basicamente os controles individuais situam-se nas entradas e controles do vertical nos controles e entrada de sincronismo ENTRADAS E CONTROLES DO VERTICAL Para que se possa observar dois sinais simultaneamente eacute necessaacuterio que se aplique uma tensatildeo em cada uma das entradas verticais O osciloscoacutepio duplo traccedilo dispotildee de dois grupos de controles verticais Um grupo para o canal A ou canal 1 (CH1) Um grupo para o canal B ou canal 2 (CH2) Cada grupo controla um dos sinais na tela (amplitude posiccedilatildeo vertical etc) Geralmente satildeo iguais Cada canal dispotildee de Entrada Vertical Chave Seletora CA-O-CC Chave Seletora de ganho vertical (DDiv) Posiccedilatildeo vertical Um osciloscoacutepio de duplo traccedilo pode ainda ser utilizado como sendo um osciloscoacutepio de traccedilo simples Uma chave seletora permite que se possa selecionar cada canal individualmente ou os dois simultaneamente Esta chave possui pelo menos trecircs posiccedilotildees CH1
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CH2 DUAL Na posiccedilatildeo CH1 apareceraacute apenas a imagem na tela que estiver sendo aplicada na entrada vertical do canal 1 Na posiccedilatildeo CH2 apareceraacute apenas a imagem na tela que estiver sendo aplicada na entrada vertical do canal 2 Na posiccedilatildeo DUAL aparecem as duas imagens Em osciloscoacutepios mais sofisticados esta chave pode possuir mais posiccedilotildees de modo a permitir outras alternativas de uso CONTROLES DE SINCRONISMO Realizam as mesmas funccedilotildees do osciloscoacutepio traccedilo simples que eacute a de fixar a imagem na tela O que diferencia eacute o fato de que na chave seletora de fonte existe uma posiccedilatildeo adicional de modo a poder sincronizar a figura PONTAS DE PROVA As pontas de prova satildeo utilizadas para interligar o osciloscoacutepio aos pontos de medida
Uma das extremidades da ponta de prova eacute conectada a uma das entradas do osciloscoacutepio atraveacutes de um conector e a extremidade livre serve para conexatildeo aos pontos de medida A extremidade livre possui uma garra jacareacute denominada de terra da ponta de prova que deve ser conectada ao terra do circuito e uma ponta de entrada de sinal que deve ser conectada no ponto que se deseja medir Existem dois tipos de ponta de prova ponta de prova 11 ponta de prova 101 A ponta de prova 11 se caracteriza por aplicar agrave entrada do osciloscoacutepio a mesma tensatildeo ou forma de onda que eacute aplicada a ponta de mediccedilatildeo A ponta de prova 101 entrega ao osciloscoacutepio apenas a deacutecima parte da tensatildeo aplicada a ponta de mediccedilatildeo As pontas de prova 101 permitem que o osciloscoacutepio consiga observar tensotildees dez vezes maior que a sua capacidade Por exemplo Um osciloscoacutepio que permite a leitura de tensotildees de 50V com ponta de prova 11 com ponta de prova 101 poderaacute medir tensotildees de ateacute 500V (10x50V) Existem pontas de prova que dispotildee de um botatildeo onde se pode selecionar 101 ou 11 Obs Quando natildeo se tem total certeza da grandeza da tensatildeo envolvida eacute aconselhaacutevel iniciar a mediccedilatildeo com o posiccedilatildeo 101
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Bibliografia
1 Dispositivos semicondutores tiristores controle de potecircncia em CC e CA 1996 - ALMEIDA Joseacute Luiz Antunes de Satildeo Paulo Eacuterica 1996 150 p
2 Dispositivos semicondutores diodos e transistores 1996 MARQUES Angelo Eduardo B
CHOUERI JUacuteNIOR Salomatildeo CRUZ Eduardo Cesar Alves Satildeo Paulo Eacuterica 1996 389 p
3 Anaacutelise e projeto de fontes chaveadas MELLO Luiz Fernando P de Satildeo Paulo Eacuterica 1996 487 p
4 Eletrocircnica de potecircncia circuitos dispositivos e aplicaccedilotildees 1999 RASHID Muhammad H Satildeo Paulo Makron Books 1999 828 p
5 Eletrocircnica de potecircncia 1994 - PALMA Guilherme Rebouccedilas da Satildeo Paulo Eacuterica 1994 259 p
6 Dispositivos eletrocircnicos e teoria de circuitos - 8 ed 2004 -
BOYLESTAD Robert L NASHELSKY Louis CAMARGO Joseacute Bueno de NASCIMENTO Joseacute Lucimar do PERTENCE JUNIOR Antonio (Coord) Satildeo Paulo Pearson Prentice Hall 2004 672 p
7 Rodrigues Isac Zilli Notas de aula da disciplina de Eletrocircnica II do Curso de Engenharia
Eleacutetrica da UPF Passo Fundo RS 2000
8 Ghirardello Ariovaldo Apostila sobre Modulaccedilatildeo PWM Coleacutegio Politec
9 Electronics Workbench Versatildeo 512
10 LabcenterElectronics 1989-2008 Release 75 SP3
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Laboratoacuterio 7
INVERSOR Este circuito eacute o conceito baacutesico do princiacutepio de funcionamento de um inversor que eacute capaz de gerar uma tensatildeo alternada a partir de uma tensatildeo contiacutenua
1 ndash O motor estaacute girando _____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
2 ndash Caso afirmativo na primeira pergunta coloque a ponteira do osciloscoacutepio em um dos terminais do motor e a garra jacareacute no terra e meccedila a frequumlecircncia _____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
3 ndash O que estaacute acontecendo com o motor em suas caracteriacutesticas fiacutesicas Mudou a velocidade estaacute aquecendo estaacute trepidando etc _____________________________________________________________________________________
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Apendice B
Coacutedigo de resistores
50
Capacitores ceracircmicos
O valor do capacitorB eacute de 3300 pF (picofarad = 10-12 F) ou 33 nF (nanofarad = 10-9 F) ou 00033 microF (microfarad =
10-6 F) No capacitor A devemos acrescentar mais 4 zeros apoacutes os dois primeiros algarismos O valor do capacitor que se lecirc 104 eacute de 100000 pF ou 100 nF ou 01microF
O aparecimento de uma letra maiuacutescula ao lado dos nuacutemeros Esta letra refere-se a toleracircncia do capacitor ou seja o quanto que o capacitor pode variar de seu valor em uma temperatura padratildeo de 25deg C A letra J significa que este capacitor pode variar ateacute plusmn5 de seu valor a letra K = plusmn10 ou M = plusmn20 Segue na tabela abaixo os coacutedigos de toleracircncias de capacitacircncia
Ateacute 10pF Coacutedigo Acima de 10pF
plusmn01pF B
plusmn025pF C
plusmn05pF D
plusmn10pF F plusmn1
G plusmn2
H plusmn3
J plusmn5
K plusmn10
M plusmn20
S -50 -20
Z +80 -20
ou +100 -20
P +100 -0
O coeficiente de temperatura TC que define a variaccedilatildeo da capacitacircncia dentro de uma determinada faixa de temperatura O TC eacute normalmente expresso em ou ppmdegC ( partes por milhatildeo degC ) Eacute usado uma sequumlecircncia de letras ou letras e nuacutemeros para representar os coeficientes Observe o desenho abaixo
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Na tabela abaixo estatildeo mais alguns coeficientes de temperatura e as toleracircncias que satildeo muito utilizadas por diversos fabricantes de capacitores
Coacutedigo Coeficiente de temperatura NPO -0plusmn 30ppmdegC N075 -75plusmn 30ppmdegC N150 -150plusmn 30ppmdegC N220 -220plusmn 60ppmdegC N330 -330plusmn 60ppmdegC N470 -470plusmn 60ppmdegC N750 -750plusmn 120ppmdegC N1500 -1500plusmn 250ppmdegC N2200 -2200plusmn 500ppmdegC N3300 -3300plusmn 500ppmdegC N4700 -4700plusmn 1000ppmdegC N5250 -5250plusmn 1000ppmdegC P100 +100plusmn 30ppmdegC
Outra forma de representar coeficientes de temperatura eacute mostrado abaixo Eacute usada em capacitores que se caracterizam
pela alta capacitacircncia por unidade de volume (dimensotildees reduzidas) devido a alta constante dieleacutetrica sendo recomendados para aplicaccedilatildeo em desacoplamentos acoplamentos e supressatildeo de interferecircncias em baixas tensotildees
Os coeficientes satildeo tambeacutem representados exibindo sequumlecircncias de letras e nuacutemeros como por exemplo X7R Y5F e Z5U Para um capacitor Z5U a faixa de operaccedilatildeo eacute de +10degC que significa Temperatura Miacutenima seguido de +85degC que significa Temperatura Maacutexima e uma variaccedilatildeo Maacutexima de capacitacircncia dentro desses limites de temperatura que natildeo ultrapassa -56 +22
Veja as trecircs tabelas abaixo para compreender este exemplo e entender outros coeficientes
Temperatura Miacutenima
Temperatura Maacutexima
Variaccedilatildeo Maacutexima de Capacitacircncia
X -55degC Y -30degC Z +10degC
2 +45degC 4 +65degC 5 +85degC 6 +105degC 7 +125degC
A plusmn10 B plusmn15 C plusmn22 D plusmn33 E plusmn47 F plusmn75 P plusmn10 R plusmn15 S plusmn22 T -33 +22 U -56 +22 V -82 +22
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Capacitores de filme plaacutestico
O desenho ao lado mostra capacitores que tem os seus valores impressos em nanofarad (nF) = 10-9F Quando aparece no capacitor uma letra n minuacutescula como um dos tipos apresentados ao lado por exemplo 3n3 significa que este capacitor eacute de 33nF No exemplo o n minuacutesculo eacute colocado ao meio dos nuacutemeros apenas para economizar uma viacutergula e evitar erro de interpretaccedilatildeo de seu valor
Capacitores de Ceracircmica Multicamada
Capacitores de Polieacutester Metalizado usando coacutedigo de cores
A tabela abaixo mostra como interpretar o coacutedigo de cores dos capacitores abaixo No capacitor A as 3 primeiras cores satildeo laranja laranja e laranja correspondem a 33000 equivalendo a 33 nF A cor branca logo adiante eacute referente a plusmn10 de toleracircncia E o vermelho representa a tensatildeo nominal que eacute de 250 volts
1ordf Algarismo 2ordf Algarismo 3ordf Ndeg de zeros 4ordf Toleracircncia 5ordf Tensatildeo
PRETO 0 0 - plusmn 20 -
MARROM 1 1 0 - -
VERMELHO 2 2 00 - 250V
LARANJA 3 3 000 - -
AMARELO 4 4 0000 - 400V
VERDE 5 5 00000 - -
AZUL 6 6 - - 630V
VIOLETA 7 7 - - -
CINZA 8 8 - - -
BRANCO 9 9 - plusmn 10 -
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Apecircndice C
Osciloscoacutepio Geralmente os osciloscoacutepios tecircm os controles e entradas que podem ser divididos em cinco grupos
1 ndash Controle da fonte de alimentaccedilatildeo 2 ndash Controles de ajuste do traccedilo ou ponto na tela 3 ndash Controles e entrada de atuaccedilatildeo vertical 4 ndash Controles e entrada de atuaccedilatildeo horizontal 5 ndash Controles de entrada de sincronismo
1 - CONTROLE DA FONTE DE ALIMENTACcedilAtildeO 11 - INTERRUPTOR Sua funccedilatildeo eacute interromper ou estabelecer a corrente no primaacuterio do transformador de fora Sua atuaccedilatildeo normalmente eacute acompanhada por uma lacircmpada piloto que serve de aviso visual sobre a situaccedilatildeo do circuito (ligado ou desligado) Normalmente este interruptor se encontra acoplado junto do potenciocircmetro de controle de brilho 12 - COMUTADOR DE TENSAtildeO Sua funccedilatildeo eacute selecionar a tensatildeo de funcionamento do osciloscoacutepio (127 220V) Permite utilizar o instrumento sem a necessidade de recorrer a um transformador abaixador ou elevador de tensatildeo (geralmente o acesso deste comutador eacute visto na parte de traz do aparelho) 2 - CONTROLES DE AJUSTE DO TRACcedilO OU PONTO NA TELA 21 - BRILHO OU LUMINOSIDADE Eacute o controle que ajusta a luminosidade do ponto ou do traccedilo O controle do brilho eacute feito por meio de um potenciocircmetro situado no circuito da grade de controle do TRC mediante o qual se regula o potencial desta grade (deve-se evitar o uso de brilho excessivo sob pena de se danificar a tela) 22 - FOCO Eacute o controle que ajusta a nitidez do ponto ou traccedilo luminoso O ajuste do foco eacute conseguido mediante a regulagem de um potenciocircmetro que regula a polarizaccedilatildeo do eletrodo de enfoque O foco deve ser ajustado de forma a se obter um traccedilo fino e niacutetido na tela (estes ajustes de brilho e de foco satildeo ajustes baacutesicos que devem ser feitos sempre que se for usar o osciloscoacutepio)
54
23 - ILUMINACcedilAtildeO DA RETIacuteCULA Permite que se ilumine o quadriculado ou as divisotildees na tela 3 - CONTROLES E ENTRADA DE ATUACcedilAtildeO VERTICAL 31 - ENTRADA DE SINAL VERTICAL Nesta entrada eacute conectada a ponta de prova do osciloscoacutepio As variaccedilotildees de tensatildeo aplicadas nesta entrada aparecem sob forma de figura na tela 32 - CHAVE DE SELECcedilAtildeO DE MODO DE ENTRADA (CA-CC) Esta chave eacute selecionada de acordo com o tipo de forma de onda a ser observada Em alguns osciloscoacutepios esta chave possui trecircs posiccedilotildees (CA-0-CC ou AC-GND-DC) Esta posiccedilatildeo adicional eacute usada para a realizaccedilatildeo de ajustes do traccedilo do osciloscoacutepio em algumas situaccedilotildees Por exemplo quando se deseja Uma referecircncia na tela 33 - CHAVE SELETORA DE GANHO (VDiv) Esta chave permite que se aumente ou que se diminua a amplitude de projeccedilatildeo na tela do osciloscoacutepio (altura da imagem) 34 - POSICcedilAtildeO VERTICAL Permite movimentar a imagem para cima ou para baixo na tela A movimentaccedilatildeo natildeo interfere na forma da figura projetada na tela 4 - CONTROLES DE ATUACcedilAO HORIZONTAL 41 - CHAVE SELETORA DE BASE DE TEMPO Eacute o controle que permite variar o tempo de deslocamento horizontal do ponto na tela Atraveacutes deste controle eacute possiacutevel reduzir ou ampliar horizontalmente na tela a figura nela projetada Em alguns osciloscoacutepios esta chave seletora tem uma posiccedilatildeo identificada como EXT (externa) o que possibilita que o deslocamento horizontal pode ser controlado por circuito externo ao osciloscoacutepio atraveacutes de uma entrada especiacutefica Quando a posiccedilatildeo externa eacute selecionada natildeo haacute formaccedilatildeo do traccedilo na tela obtendo-se apenas um ponto 42 - POSICcedilAtildeO HORIZONTAL Eacute o ajuste que permite controlar horizontalmente a forma de onda na tela Girando o controle de posiccedilatildeo horizontal para a direita o traccedilo move-se horizontalmente para a direita e vice-versa Assim como o controle de posiccedilatildeo vertical o controle de posiccedilatildeo horizontal natildeo interfere na forma da figura projetada na tela
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5 - CONTROLES E ENTRADA DE SINCRONISMO (TRIGGER) Satildeo controles que se destinam a fixar a imagem na tela Estes controles satildeo utilizados principalmente na observaccedilatildeo de sinais alternados Os controles de sincronismo satildeo Chave seletora de fonte de sincronismo Chave de modo de sincronismo Controle de niacutevel de sincronismo 51 - CHAVE SELETORA DE FONTE DE SINCRONISMO Seleciona onde seraacute tomada o sinal de sincronismo para fixar a imagem na tela do osciloscoacutepio Normalmente esta chave possui trecircs posiccedilotildees pelo menos POSICcedilAtildeO CH1 O sincronismo eacute controlado pelo sinal aplicado ao canal 1 POSICcedilAtildeO REDE Realiza o sincronismo com base na frequecircncia da rede de alimentaccedilatildeo do osciloscoacutepio (60Hz) Nesta posiccedilatildeo consegue-se facilmente sincronizar na tela sinais aplicados na entrada vertical que sejam obtidos a partir da rede eleacutetrica POSICcedilAtildeO EXTERNO Na posiccedilatildeo externo o sincronismo da figura eacute obtido agrave partir de outro equipamento externo conectado ao osciloscoacutepio O sinal que controla o sincronismo na posiccedilatildeo externo eacute aplicado a entrada de sincronismo 52 - CHAVE DE MODO DE SINCRONISMO Normalmente esta chave tem duas ou trecircs posiccedilotildees AUTO Nesta posiccedilatildeo o osciloscoacutepio realiza o sincronismo automaticamente com base no sinal selecionado pela chave seletora de fonte de sincronismo NORMAL + O sincronismo eacute positivo ajustado manualmente pelo controle de niacutevel de sincronismo (TRIGGER) de modo que o primeiro pico que apareccedila na tela seja o positivo NORMAL - O sincronismo eacute negativo tambeacutem ajustado manualmente entretanto o primeiro pico a aparecer eacute o negativo 53 - CONTROLE DE NIacuteVEL DE SINCRONISMO (TRIGGER) Eacute um controle manual que permite o ajuste do sincronismo quando natildeo se consegue um sincronismo automaacutetico Tem atuaccedilatildeo nas posiccedilotildees NORMAL + e NORMAL - OBSERVACcedilAtildeO Para se realizar leituras eacute necessaacuterio sincronizar a figura na tela II - ENTRADA E CONTROLE DO OSCILOSCOacutePIO DUPLO TRACcedilO O osciloscoacutepio de duplo traccedilo possui alguns controles que satildeo comuns aos dois traccedilos e outros que satildeo individuais Os controles de brilho foco base de tempo e de posiccedilatildeo horizontal satildeo controles que satildeo comuns aos dois traccedilos Basicamente os controles individuais situam-se nas entradas e controles do vertical nos controles e entrada de sincronismo ENTRADAS E CONTROLES DO VERTICAL Para que se possa observar dois sinais simultaneamente eacute necessaacuterio que se aplique uma tensatildeo em cada uma das entradas verticais O osciloscoacutepio duplo traccedilo dispotildee de dois grupos de controles verticais Um grupo para o canal A ou canal 1 (CH1) Um grupo para o canal B ou canal 2 (CH2) Cada grupo controla um dos sinais na tela (amplitude posiccedilatildeo vertical etc) Geralmente satildeo iguais Cada canal dispotildee de Entrada Vertical Chave Seletora CA-O-CC Chave Seletora de ganho vertical (DDiv) Posiccedilatildeo vertical Um osciloscoacutepio de duplo traccedilo pode ainda ser utilizado como sendo um osciloscoacutepio de traccedilo simples Uma chave seletora permite que se possa selecionar cada canal individualmente ou os dois simultaneamente Esta chave possui pelo menos trecircs posiccedilotildees CH1
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CH2 DUAL Na posiccedilatildeo CH1 apareceraacute apenas a imagem na tela que estiver sendo aplicada na entrada vertical do canal 1 Na posiccedilatildeo CH2 apareceraacute apenas a imagem na tela que estiver sendo aplicada na entrada vertical do canal 2 Na posiccedilatildeo DUAL aparecem as duas imagens Em osciloscoacutepios mais sofisticados esta chave pode possuir mais posiccedilotildees de modo a permitir outras alternativas de uso CONTROLES DE SINCRONISMO Realizam as mesmas funccedilotildees do osciloscoacutepio traccedilo simples que eacute a de fixar a imagem na tela O que diferencia eacute o fato de que na chave seletora de fonte existe uma posiccedilatildeo adicional de modo a poder sincronizar a figura PONTAS DE PROVA As pontas de prova satildeo utilizadas para interligar o osciloscoacutepio aos pontos de medida
Uma das extremidades da ponta de prova eacute conectada a uma das entradas do osciloscoacutepio atraveacutes de um conector e a extremidade livre serve para conexatildeo aos pontos de medida A extremidade livre possui uma garra jacareacute denominada de terra da ponta de prova que deve ser conectada ao terra do circuito e uma ponta de entrada de sinal que deve ser conectada no ponto que se deseja medir Existem dois tipos de ponta de prova ponta de prova 11 ponta de prova 101 A ponta de prova 11 se caracteriza por aplicar agrave entrada do osciloscoacutepio a mesma tensatildeo ou forma de onda que eacute aplicada a ponta de mediccedilatildeo A ponta de prova 101 entrega ao osciloscoacutepio apenas a deacutecima parte da tensatildeo aplicada a ponta de mediccedilatildeo As pontas de prova 101 permitem que o osciloscoacutepio consiga observar tensotildees dez vezes maior que a sua capacidade Por exemplo Um osciloscoacutepio que permite a leitura de tensotildees de 50V com ponta de prova 11 com ponta de prova 101 poderaacute medir tensotildees de ateacute 500V (10x50V) Existem pontas de prova que dispotildee de um botatildeo onde se pode selecionar 101 ou 11 Obs Quando natildeo se tem total certeza da grandeza da tensatildeo envolvida eacute aconselhaacutevel iniciar a mediccedilatildeo com o posiccedilatildeo 101
57
Bibliografia
1 Dispositivos semicondutores tiristores controle de potecircncia em CC e CA 1996 - ALMEIDA Joseacute Luiz Antunes de Satildeo Paulo Eacuterica 1996 150 p
2 Dispositivos semicondutores diodos e transistores 1996 MARQUES Angelo Eduardo B
CHOUERI JUacuteNIOR Salomatildeo CRUZ Eduardo Cesar Alves Satildeo Paulo Eacuterica 1996 389 p
3 Anaacutelise e projeto de fontes chaveadas MELLO Luiz Fernando P de Satildeo Paulo Eacuterica 1996 487 p
4 Eletrocircnica de potecircncia circuitos dispositivos e aplicaccedilotildees 1999 RASHID Muhammad H Satildeo Paulo Makron Books 1999 828 p
5 Eletrocircnica de potecircncia 1994 - PALMA Guilherme Rebouccedilas da Satildeo Paulo Eacuterica 1994 259 p
6 Dispositivos eletrocircnicos e teoria de circuitos - 8 ed 2004 -
BOYLESTAD Robert L NASHELSKY Louis CAMARGO Joseacute Bueno de NASCIMENTO Joseacute Lucimar do PERTENCE JUNIOR Antonio (Coord) Satildeo Paulo Pearson Prentice Hall 2004 672 p
7 Rodrigues Isac Zilli Notas de aula da disciplina de Eletrocircnica II do Curso de Engenharia
Eleacutetrica da UPF Passo Fundo RS 2000
8 Ghirardello Ariovaldo Apostila sobre Modulaccedilatildeo PWM Coleacutegio Politec
9 Electronics Workbench Versatildeo 512
10 LabcenterElectronics 1989-2008 Release 75 SP3
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Apendice B
Coacutedigo de resistores
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Capacitores ceracircmicos
O valor do capacitorB eacute de 3300 pF (picofarad = 10-12 F) ou 33 nF (nanofarad = 10-9 F) ou 00033 microF (microfarad =
10-6 F) No capacitor A devemos acrescentar mais 4 zeros apoacutes os dois primeiros algarismos O valor do capacitor que se lecirc 104 eacute de 100000 pF ou 100 nF ou 01microF
O aparecimento de uma letra maiuacutescula ao lado dos nuacutemeros Esta letra refere-se a toleracircncia do capacitor ou seja o quanto que o capacitor pode variar de seu valor em uma temperatura padratildeo de 25deg C A letra J significa que este capacitor pode variar ateacute plusmn5 de seu valor a letra K = plusmn10 ou M = plusmn20 Segue na tabela abaixo os coacutedigos de toleracircncias de capacitacircncia
Ateacute 10pF Coacutedigo Acima de 10pF
plusmn01pF B
plusmn025pF C
plusmn05pF D
plusmn10pF F plusmn1
G plusmn2
H plusmn3
J plusmn5
K plusmn10
M plusmn20
S -50 -20
Z +80 -20
ou +100 -20
P +100 -0
O coeficiente de temperatura TC que define a variaccedilatildeo da capacitacircncia dentro de uma determinada faixa de temperatura O TC eacute normalmente expresso em ou ppmdegC ( partes por milhatildeo degC ) Eacute usado uma sequumlecircncia de letras ou letras e nuacutemeros para representar os coeficientes Observe o desenho abaixo
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Na tabela abaixo estatildeo mais alguns coeficientes de temperatura e as toleracircncias que satildeo muito utilizadas por diversos fabricantes de capacitores
Coacutedigo Coeficiente de temperatura NPO -0plusmn 30ppmdegC N075 -75plusmn 30ppmdegC N150 -150plusmn 30ppmdegC N220 -220plusmn 60ppmdegC N330 -330plusmn 60ppmdegC N470 -470plusmn 60ppmdegC N750 -750plusmn 120ppmdegC N1500 -1500plusmn 250ppmdegC N2200 -2200plusmn 500ppmdegC N3300 -3300plusmn 500ppmdegC N4700 -4700plusmn 1000ppmdegC N5250 -5250plusmn 1000ppmdegC P100 +100plusmn 30ppmdegC
Outra forma de representar coeficientes de temperatura eacute mostrado abaixo Eacute usada em capacitores que se caracterizam
pela alta capacitacircncia por unidade de volume (dimensotildees reduzidas) devido a alta constante dieleacutetrica sendo recomendados para aplicaccedilatildeo em desacoplamentos acoplamentos e supressatildeo de interferecircncias em baixas tensotildees
Os coeficientes satildeo tambeacutem representados exibindo sequumlecircncias de letras e nuacutemeros como por exemplo X7R Y5F e Z5U Para um capacitor Z5U a faixa de operaccedilatildeo eacute de +10degC que significa Temperatura Miacutenima seguido de +85degC que significa Temperatura Maacutexima e uma variaccedilatildeo Maacutexima de capacitacircncia dentro desses limites de temperatura que natildeo ultrapassa -56 +22
Veja as trecircs tabelas abaixo para compreender este exemplo e entender outros coeficientes
Temperatura Miacutenima
Temperatura Maacutexima
Variaccedilatildeo Maacutexima de Capacitacircncia
X -55degC Y -30degC Z +10degC
2 +45degC 4 +65degC 5 +85degC 6 +105degC 7 +125degC
A plusmn10 B plusmn15 C plusmn22 D plusmn33 E plusmn47 F plusmn75 P plusmn10 R plusmn15 S plusmn22 T -33 +22 U -56 +22 V -82 +22
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Capacitores de filme plaacutestico
O desenho ao lado mostra capacitores que tem os seus valores impressos em nanofarad (nF) = 10-9F Quando aparece no capacitor uma letra n minuacutescula como um dos tipos apresentados ao lado por exemplo 3n3 significa que este capacitor eacute de 33nF No exemplo o n minuacutesculo eacute colocado ao meio dos nuacutemeros apenas para economizar uma viacutergula e evitar erro de interpretaccedilatildeo de seu valor
Capacitores de Ceracircmica Multicamada
Capacitores de Polieacutester Metalizado usando coacutedigo de cores
A tabela abaixo mostra como interpretar o coacutedigo de cores dos capacitores abaixo No capacitor A as 3 primeiras cores satildeo laranja laranja e laranja correspondem a 33000 equivalendo a 33 nF A cor branca logo adiante eacute referente a plusmn10 de toleracircncia E o vermelho representa a tensatildeo nominal que eacute de 250 volts
1ordf Algarismo 2ordf Algarismo 3ordf Ndeg de zeros 4ordf Toleracircncia 5ordf Tensatildeo
PRETO 0 0 - plusmn 20 -
MARROM 1 1 0 - -
VERMELHO 2 2 00 - 250V
LARANJA 3 3 000 - -
AMARELO 4 4 0000 - 400V
VERDE 5 5 00000 - -
AZUL 6 6 - - 630V
VIOLETA 7 7 - - -
CINZA 8 8 - - -
BRANCO 9 9 - plusmn 10 -
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Apecircndice C
Osciloscoacutepio Geralmente os osciloscoacutepios tecircm os controles e entradas que podem ser divididos em cinco grupos
1 ndash Controle da fonte de alimentaccedilatildeo 2 ndash Controles de ajuste do traccedilo ou ponto na tela 3 ndash Controles e entrada de atuaccedilatildeo vertical 4 ndash Controles e entrada de atuaccedilatildeo horizontal 5 ndash Controles de entrada de sincronismo
1 - CONTROLE DA FONTE DE ALIMENTACcedilAtildeO 11 - INTERRUPTOR Sua funccedilatildeo eacute interromper ou estabelecer a corrente no primaacuterio do transformador de fora Sua atuaccedilatildeo normalmente eacute acompanhada por uma lacircmpada piloto que serve de aviso visual sobre a situaccedilatildeo do circuito (ligado ou desligado) Normalmente este interruptor se encontra acoplado junto do potenciocircmetro de controle de brilho 12 - COMUTADOR DE TENSAtildeO Sua funccedilatildeo eacute selecionar a tensatildeo de funcionamento do osciloscoacutepio (127 220V) Permite utilizar o instrumento sem a necessidade de recorrer a um transformador abaixador ou elevador de tensatildeo (geralmente o acesso deste comutador eacute visto na parte de traz do aparelho) 2 - CONTROLES DE AJUSTE DO TRACcedilO OU PONTO NA TELA 21 - BRILHO OU LUMINOSIDADE Eacute o controle que ajusta a luminosidade do ponto ou do traccedilo O controle do brilho eacute feito por meio de um potenciocircmetro situado no circuito da grade de controle do TRC mediante o qual se regula o potencial desta grade (deve-se evitar o uso de brilho excessivo sob pena de se danificar a tela) 22 - FOCO Eacute o controle que ajusta a nitidez do ponto ou traccedilo luminoso O ajuste do foco eacute conseguido mediante a regulagem de um potenciocircmetro que regula a polarizaccedilatildeo do eletrodo de enfoque O foco deve ser ajustado de forma a se obter um traccedilo fino e niacutetido na tela (estes ajustes de brilho e de foco satildeo ajustes baacutesicos que devem ser feitos sempre que se for usar o osciloscoacutepio)
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23 - ILUMINACcedilAtildeO DA RETIacuteCULA Permite que se ilumine o quadriculado ou as divisotildees na tela 3 - CONTROLES E ENTRADA DE ATUACcedilAtildeO VERTICAL 31 - ENTRADA DE SINAL VERTICAL Nesta entrada eacute conectada a ponta de prova do osciloscoacutepio As variaccedilotildees de tensatildeo aplicadas nesta entrada aparecem sob forma de figura na tela 32 - CHAVE DE SELECcedilAtildeO DE MODO DE ENTRADA (CA-CC) Esta chave eacute selecionada de acordo com o tipo de forma de onda a ser observada Em alguns osciloscoacutepios esta chave possui trecircs posiccedilotildees (CA-0-CC ou AC-GND-DC) Esta posiccedilatildeo adicional eacute usada para a realizaccedilatildeo de ajustes do traccedilo do osciloscoacutepio em algumas situaccedilotildees Por exemplo quando se deseja Uma referecircncia na tela 33 - CHAVE SELETORA DE GANHO (VDiv) Esta chave permite que se aumente ou que se diminua a amplitude de projeccedilatildeo na tela do osciloscoacutepio (altura da imagem) 34 - POSICcedilAtildeO VERTICAL Permite movimentar a imagem para cima ou para baixo na tela A movimentaccedilatildeo natildeo interfere na forma da figura projetada na tela 4 - CONTROLES DE ATUACcedilAO HORIZONTAL 41 - CHAVE SELETORA DE BASE DE TEMPO Eacute o controle que permite variar o tempo de deslocamento horizontal do ponto na tela Atraveacutes deste controle eacute possiacutevel reduzir ou ampliar horizontalmente na tela a figura nela projetada Em alguns osciloscoacutepios esta chave seletora tem uma posiccedilatildeo identificada como EXT (externa) o que possibilita que o deslocamento horizontal pode ser controlado por circuito externo ao osciloscoacutepio atraveacutes de uma entrada especiacutefica Quando a posiccedilatildeo externa eacute selecionada natildeo haacute formaccedilatildeo do traccedilo na tela obtendo-se apenas um ponto 42 - POSICcedilAtildeO HORIZONTAL Eacute o ajuste que permite controlar horizontalmente a forma de onda na tela Girando o controle de posiccedilatildeo horizontal para a direita o traccedilo move-se horizontalmente para a direita e vice-versa Assim como o controle de posiccedilatildeo vertical o controle de posiccedilatildeo horizontal natildeo interfere na forma da figura projetada na tela
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5 - CONTROLES E ENTRADA DE SINCRONISMO (TRIGGER) Satildeo controles que se destinam a fixar a imagem na tela Estes controles satildeo utilizados principalmente na observaccedilatildeo de sinais alternados Os controles de sincronismo satildeo Chave seletora de fonte de sincronismo Chave de modo de sincronismo Controle de niacutevel de sincronismo 51 - CHAVE SELETORA DE FONTE DE SINCRONISMO Seleciona onde seraacute tomada o sinal de sincronismo para fixar a imagem na tela do osciloscoacutepio Normalmente esta chave possui trecircs posiccedilotildees pelo menos POSICcedilAtildeO CH1 O sincronismo eacute controlado pelo sinal aplicado ao canal 1 POSICcedilAtildeO REDE Realiza o sincronismo com base na frequecircncia da rede de alimentaccedilatildeo do osciloscoacutepio (60Hz) Nesta posiccedilatildeo consegue-se facilmente sincronizar na tela sinais aplicados na entrada vertical que sejam obtidos a partir da rede eleacutetrica POSICcedilAtildeO EXTERNO Na posiccedilatildeo externo o sincronismo da figura eacute obtido agrave partir de outro equipamento externo conectado ao osciloscoacutepio O sinal que controla o sincronismo na posiccedilatildeo externo eacute aplicado a entrada de sincronismo 52 - CHAVE DE MODO DE SINCRONISMO Normalmente esta chave tem duas ou trecircs posiccedilotildees AUTO Nesta posiccedilatildeo o osciloscoacutepio realiza o sincronismo automaticamente com base no sinal selecionado pela chave seletora de fonte de sincronismo NORMAL + O sincronismo eacute positivo ajustado manualmente pelo controle de niacutevel de sincronismo (TRIGGER) de modo que o primeiro pico que apareccedila na tela seja o positivo NORMAL - O sincronismo eacute negativo tambeacutem ajustado manualmente entretanto o primeiro pico a aparecer eacute o negativo 53 - CONTROLE DE NIacuteVEL DE SINCRONISMO (TRIGGER) Eacute um controle manual que permite o ajuste do sincronismo quando natildeo se consegue um sincronismo automaacutetico Tem atuaccedilatildeo nas posiccedilotildees NORMAL + e NORMAL - OBSERVACcedilAtildeO Para se realizar leituras eacute necessaacuterio sincronizar a figura na tela II - ENTRADA E CONTROLE DO OSCILOSCOacutePIO DUPLO TRACcedilO O osciloscoacutepio de duplo traccedilo possui alguns controles que satildeo comuns aos dois traccedilos e outros que satildeo individuais Os controles de brilho foco base de tempo e de posiccedilatildeo horizontal satildeo controles que satildeo comuns aos dois traccedilos Basicamente os controles individuais situam-se nas entradas e controles do vertical nos controles e entrada de sincronismo ENTRADAS E CONTROLES DO VERTICAL Para que se possa observar dois sinais simultaneamente eacute necessaacuterio que se aplique uma tensatildeo em cada uma das entradas verticais O osciloscoacutepio duplo traccedilo dispotildee de dois grupos de controles verticais Um grupo para o canal A ou canal 1 (CH1) Um grupo para o canal B ou canal 2 (CH2) Cada grupo controla um dos sinais na tela (amplitude posiccedilatildeo vertical etc) Geralmente satildeo iguais Cada canal dispotildee de Entrada Vertical Chave Seletora CA-O-CC Chave Seletora de ganho vertical (DDiv) Posiccedilatildeo vertical Um osciloscoacutepio de duplo traccedilo pode ainda ser utilizado como sendo um osciloscoacutepio de traccedilo simples Uma chave seletora permite que se possa selecionar cada canal individualmente ou os dois simultaneamente Esta chave possui pelo menos trecircs posiccedilotildees CH1
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CH2 DUAL Na posiccedilatildeo CH1 apareceraacute apenas a imagem na tela que estiver sendo aplicada na entrada vertical do canal 1 Na posiccedilatildeo CH2 apareceraacute apenas a imagem na tela que estiver sendo aplicada na entrada vertical do canal 2 Na posiccedilatildeo DUAL aparecem as duas imagens Em osciloscoacutepios mais sofisticados esta chave pode possuir mais posiccedilotildees de modo a permitir outras alternativas de uso CONTROLES DE SINCRONISMO Realizam as mesmas funccedilotildees do osciloscoacutepio traccedilo simples que eacute a de fixar a imagem na tela O que diferencia eacute o fato de que na chave seletora de fonte existe uma posiccedilatildeo adicional de modo a poder sincronizar a figura PONTAS DE PROVA As pontas de prova satildeo utilizadas para interligar o osciloscoacutepio aos pontos de medida
Uma das extremidades da ponta de prova eacute conectada a uma das entradas do osciloscoacutepio atraveacutes de um conector e a extremidade livre serve para conexatildeo aos pontos de medida A extremidade livre possui uma garra jacareacute denominada de terra da ponta de prova que deve ser conectada ao terra do circuito e uma ponta de entrada de sinal que deve ser conectada no ponto que se deseja medir Existem dois tipos de ponta de prova ponta de prova 11 ponta de prova 101 A ponta de prova 11 se caracteriza por aplicar agrave entrada do osciloscoacutepio a mesma tensatildeo ou forma de onda que eacute aplicada a ponta de mediccedilatildeo A ponta de prova 101 entrega ao osciloscoacutepio apenas a deacutecima parte da tensatildeo aplicada a ponta de mediccedilatildeo As pontas de prova 101 permitem que o osciloscoacutepio consiga observar tensotildees dez vezes maior que a sua capacidade Por exemplo Um osciloscoacutepio que permite a leitura de tensotildees de 50V com ponta de prova 11 com ponta de prova 101 poderaacute medir tensotildees de ateacute 500V (10x50V) Existem pontas de prova que dispotildee de um botatildeo onde se pode selecionar 101 ou 11 Obs Quando natildeo se tem total certeza da grandeza da tensatildeo envolvida eacute aconselhaacutevel iniciar a mediccedilatildeo com o posiccedilatildeo 101
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Bibliografia
1 Dispositivos semicondutores tiristores controle de potecircncia em CC e CA 1996 - ALMEIDA Joseacute Luiz Antunes de Satildeo Paulo Eacuterica 1996 150 p
2 Dispositivos semicondutores diodos e transistores 1996 MARQUES Angelo Eduardo B
CHOUERI JUacuteNIOR Salomatildeo CRUZ Eduardo Cesar Alves Satildeo Paulo Eacuterica 1996 389 p
3 Anaacutelise e projeto de fontes chaveadas MELLO Luiz Fernando P de Satildeo Paulo Eacuterica 1996 487 p
4 Eletrocircnica de potecircncia circuitos dispositivos e aplicaccedilotildees 1999 RASHID Muhammad H Satildeo Paulo Makron Books 1999 828 p
5 Eletrocircnica de potecircncia 1994 - PALMA Guilherme Rebouccedilas da Satildeo Paulo Eacuterica 1994 259 p
6 Dispositivos eletrocircnicos e teoria de circuitos - 8 ed 2004 -
BOYLESTAD Robert L NASHELSKY Louis CAMARGO Joseacute Bueno de NASCIMENTO Joseacute Lucimar do PERTENCE JUNIOR Antonio (Coord) Satildeo Paulo Pearson Prentice Hall 2004 672 p
7 Rodrigues Isac Zilli Notas de aula da disciplina de Eletrocircnica II do Curso de Engenharia
Eleacutetrica da UPF Passo Fundo RS 2000
8 Ghirardello Ariovaldo Apostila sobre Modulaccedilatildeo PWM Coleacutegio Politec
9 Electronics Workbench Versatildeo 512
10 LabcenterElectronics 1989-2008 Release 75 SP3
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Capacitores ceracircmicos
O valor do capacitorB eacute de 3300 pF (picofarad = 10-12 F) ou 33 nF (nanofarad = 10-9 F) ou 00033 microF (microfarad =
10-6 F) No capacitor A devemos acrescentar mais 4 zeros apoacutes os dois primeiros algarismos O valor do capacitor que se lecirc 104 eacute de 100000 pF ou 100 nF ou 01microF
O aparecimento de uma letra maiuacutescula ao lado dos nuacutemeros Esta letra refere-se a toleracircncia do capacitor ou seja o quanto que o capacitor pode variar de seu valor em uma temperatura padratildeo de 25deg C A letra J significa que este capacitor pode variar ateacute plusmn5 de seu valor a letra K = plusmn10 ou M = plusmn20 Segue na tabela abaixo os coacutedigos de toleracircncias de capacitacircncia
Ateacute 10pF Coacutedigo Acima de 10pF
plusmn01pF B
plusmn025pF C
plusmn05pF D
plusmn10pF F plusmn1
G plusmn2
H plusmn3
J plusmn5
K plusmn10
M plusmn20
S -50 -20
Z +80 -20
ou +100 -20
P +100 -0
O coeficiente de temperatura TC que define a variaccedilatildeo da capacitacircncia dentro de uma determinada faixa de temperatura O TC eacute normalmente expresso em ou ppmdegC ( partes por milhatildeo degC ) Eacute usado uma sequumlecircncia de letras ou letras e nuacutemeros para representar os coeficientes Observe o desenho abaixo
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Na tabela abaixo estatildeo mais alguns coeficientes de temperatura e as toleracircncias que satildeo muito utilizadas por diversos fabricantes de capacitores
Coacutedigo Coeficiente de temperatura NPO -0plusmn 30ppmdegC N075 -75plusmn 30ppmdegC N150 -150plusmn 30ppmdegC N220 -220plusmn 60ppmdegC N330 -330plusmn 60ppmdegC N470 -470plusmn 60ppmdegC N750 -750plusmn 120ppmdegC N1500 -1500plusmn 250ppmdegC N2200 -2200plusmn 500ppmdegC N3300 -3300plusmn 500ppmdegC N4700 -4700plusmn 1000ppmdegC N5250 -5250plusmn 1000ppmdegC P100 +100plusmn 30ppmdegC
Outra forma de representar coeficientes de temperatura eacute mostrado abaixo Eacute usada em capacitores que se caracterizam
pela alta capacitacircncia por unidade de volume (dimensotildees reduzidas) devido a alta constante dieleacutetrica sendo recomendados para aplicaccedilatildeo em desacoplamentos acoplamentos e supressatildeo de interferecircncias em baixas tensotildees
Os coeficientes satildeo tambeacutem representados exibindo sequumlecircncias de letras e nuacutemeros como por exemplo X7R Y5F e Z5U Para um capacitor Z5U a faixa de operaccedilatildeo eacute de +10degC que significa Temperatura Miacutenima seguido de +85degC que significa Temperatura Maacutexima e uma variaccedilatildeo Maacutexima de capacitacircncia dentro desses limites de temperatura que natildeo ultrapassa -56 +22
Veja as trecircs tabelas abaixo para compreender este exemplo e entender outros coeficientes
Temperatura Miacutenima
Temperatura Maacutexima
Variaccedilatildeo Maacutexima de Capacitacircncia
X -55degC Y -30degC Z +10degC
2 +45degC 4 +65degC 5 +85degC 6 +105degC 7 +125degC
A plusmn10 B plusmn15 C plusmn22 D plusmn33 E plusmn47 F plusmn75 P plusmn10 R plusmn15 S plusmn22 T -33 +22 U -56 +22 V -82 +22
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Capacitores de filme plaacutestico
O desenho ao lado mostra capacitores que tem os seus valores impressos em nanofarad (nF) = 10-9F Quando aparece no capacitor uma letra n minuacutescula como um dos tipos apresentados ao lado por exemplo 3n3 significa que este capacitor eacute de 33nF No exemplo o n minuacutesculo eacute colocado ao meio dos nuacutemeros apenas para economizar uma viacutergula e evitar erro de interpretaccedilatildeo de seu valor
Capacitores de Ceracircmica Multicamada
Capacitores de Polieacutester Metalizado usando coacutedigo de cores
A tabela abaixo mostra como interpretar o coacutedigo de cores dos capacitores abaixo No capacitor A as 3 primeiras cores satildeo laranja laranja e laranja correspondem a 33000 equivalendo a 33 nF A cor branca logo adiante eacute referente a plusmn10 de toleracircncia E o vermelho representa a tensatildeo nominal que eacute de 250 volts
1ordf Algarismo 2ordf Algarismo 3ordf Ndeg de zeros 4ordf Toleracircncia 5ordf Tensatildeo
PRETO 0 0 - plusmn 20 -
MARROM 1 1 0 - -
VERMELHO 2 2 00 - 250V
LARANJA 3 3 000 - -
AMARELO 4 4 0000 - 400V
VERDE 5 5 00000 - -
AZUL 6 6 - - 630V
VIOLETA 7 7 - - -
CINZA 8 8 - - -
BRANCO 9 9 - plusmn 10 -
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Apecircndice C
Osciloscoacutepio Geralmente os osciloscoacutepios tecircm os controles e entradas que podem ser divididos em cinco grupos
1 ndash Controle da fonte de alimentaccedilatildeo 2 ndash Controles de ajuste do traccedilo ou ponto na tela 3 ndash Controles e entrada de atuaccedilatildeo vertical 4 ndash Controles e entrada de atuaccedilatildeo horizontal 5 ndash Controles de entrada de sincronismo
1 - CONTROLE DA FONTE DE ALIMENTACcedilAtildeO 11 - INTERRUPTOR Sua funccedilatildeo eacute interromper ou estabelecer a corrente no primaacuterio do transformador de fora Sua atuaccedilatildeo normalmente eacute acompanhada por uma lacircmpada piloto que serve de aviso visual sobre a situaccedilatildeo do circuito (ligado ou desligado) Normalmente este interruptor se encontra acoplado junto do potenciocircmetro de controle de brilho 12 - COMUTADOR DE TENSAtildeO Sua funccedilatildeo eacute selecionar a tensatildeo de funcionamento do osciloscoacutepio (127 220V) Permite utilizar o instrumento sem a necessidade de recorrer a um transformador abaixador ou elevador de tensatildeo (geralmente o acesso deste comutador eacute visto na parte de traz do aparelho) 2 - CONTROLES DE AJUSTE DO TRACcedilO OU PONTO NA TELA 21 - BRILHO OU LUMINOSIDADE Eacute o controle que ajusta a luminosidade do ponto ou do traccedilo O controle do brilho eacute feito por meio de um potenciocircmetro situado no circuito da grade de controle do TRC mediante o qual se regula o potencial desta grade (deve-se evitar o uso de brilho excessivo sob pena de se danificar a tela) 22 - FOCO Eacute o controle que ajusta a nitidez do ponto ou traccedilo luminoso O ajuste do foco eacute conseguido mediante a regulagem de um potenciocircmetro que regula a polarizaccedilatildeo do eletrodo de enfoque O foco deve ser ajustado de forma a se obter um traccedilo fino e niacutetido na tela (estes ajustes de brilho e de foco satildeo ajustes baacutesicos que devem ser feitos sempre que se for usar o osciloscoacutepio)
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23 - ILUMINACcedilAtildeO DA RETIacuteCULA Permite que se ilumine o quadriculado ou as divisotildees na tela 3 - CONTROLES E ENTRADA DE ATUACcedilAtildeO VERTICAL 31 - ENTRADA DE SINAL VERTICAL Nesta entrada eacute conectada a ponta de prova do osciloscoacutepio As variaccedilotildees de tensatildeo aplicadas nesta entrada aparecem sob forma de figura na tela 32 - CHAVE DE SELECcedilAtildeO DE MODO DE ENTRADA (CA-CC) Esta chave eacute selecionada de acordo com o tipo de forma de onda a ser observada Em alguns osciloscoacutepios esta chave possui trecircs posiccedilotildees (CA-0-CC ou AC-GND-DC) Esta posiccedilatildeo adicional eacute usada para a realizaccedilatildeo de ajustes do traccedilo do osciloscoacutepio em algumas situaccedilotildees Por exemplo quando se deseja Uma referecircncia na tela 33 - CHAVE SELETORA DE GANHO (VDiv) Esta chave permite que se aumente ou que se diminua a amplitude de projeccedilatildeo na tela do osciloscoacutepio (altura da imagem) 34 - POSICcedilAtildeO VERTICAL Permite movimentar a imagem para cima ou para baixo na tela A movimentaccedilatildeo natildeo interfere na forma da figura projetada na tela 4 - CONTROLES DE ATUACcedilAO HORIZONTAL 41 - CHAVE SELETORA DE BASE DE TEMPO Eacute o controle que permite variar o tempo de deslocamento horizontal do ponto na tela Atraveacutes deste controle eacute possiacutevel reduzir ou ampliar horizontalmente na tela a figura nela projetada Em alguns osciloscoacutepios esta chave seletora tem uma posiccedilatildeo identificada como EXT (externa) o que possibilita que o deslocamento horizontal pode ser controlado por circuito externo ao osciloscoacutepio atraveacutes de uma entrada especiacutefica Quando a posiccedilatildeo externa eacute selecionada natildeo haacute formaccedilatildeo do traccedilo na tela obtendo-se apenas um ponto 42 - POSICcedilAtildeO HORIZONTAL Eacute o ajuste que permite controlar horizontalmente a forma de onda na tela Girando o controle de posiccedilatildeo horizontal para a direita o traccedilo move-se horizontalmente para a direita e vice-versa Assim como o controle de posiccedilatildeo vertical o controle de posiccedilatildeo horizontal natildeo interfere na forma da figura projetada na tela
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5 - CONTROLES E ENTRADA DE SINCRONISMO (TRIGGER) Satildeo controles que se destinam a fixar a imagem na tela Estes controles satildeo utilizados principalmente na observaccedilatildeo de sinais alternados Os controles de sincronismo satildeo Chave seletora de fonte de sincronismo Chave de modo de sincronismo Controle de niacutevel de sincronismo 51 - CHAVE SELETORA DE FONTE DE SINCRONISMO Seleciona onde seraacute tomada o sinal de sincronismo para fixar a imagem na tela do osciloscoacutepio Normalmente esta chave possui trecircs posiccedilotildees pelo menos POSICcedilAtildeO CH1 O sincronismo eacute controlado pelo sinal aplicado ao canal 1 POSICcedilAtildeO REDE Realiza o sincronismo com base na frequecircncia da rede de alimentaccedilatildeo do osciloscoacutepio (60Hz) Nesta posiccedilatildeo consegue-se facilmente sincronizar na tela sinais aplicados na entrada vertical que sejam obtidos a partir da rede eleacutetrica POSICcedilAtildeO EXTERNO Na posiccedilatildeo externo o sincronismo da figura eacute obtido agrave partir de outro equipamento externo conectado ao osciloscoacutepio O sinal que controla o sincronismo na posiccedilatildeo externo eacute aplicado a entrada de sincronismo 52 - CHAVE DE MODO DE SINCRONISMO Normalmente esta chave tem duas ou trecircs posiccedilotildees AUTO Nesta posiccedilatildeo o osciloscoacutepio realiza o sincronismo automaticamente com base no sinal selecionado pela chave seletora de fonte de sincronismo NORMAL + O sincronismo eacute positivo ajustado manualmente pelo controle de niacutevel de sincronismo (TRIGGER) de modo que o primeiro pico que apareccedila na tela seja o positivo NORMAL - O sincronismo eacute negativo tambeacutem ajustado manualmente entretanto o primeiro pico a aparecer eacute o negativo 53 - CONTROLE DE NIacuteVEL DE SINCRONISMO (TRIGGER) Eacute um controle manual que permite o ajuste do sincronismo quando natildeo se consegue um sincronismo automaacutetico Tem atuaccedilatildeo nas posiccedilotildees NORMAL + e NORMAL - OBSERVACcedilAtildeO Para se realizar leituras eacute necessaacuterio sincronizar a figura na tela II - ENTRADA E CONTROLE DO OSCILOSCOacutePIO DUPLO TRACcedilO O osciloscoacutepio de duplo traccedilo possui alguns controles que satildeo comuns aos dois traccedilos e outros que satildeo individuais Os controles de brilho foco base de tempo e de posiccedilatildeo horizontal satildeo controles que satildeo comuns aos dois traccedilos Basicamente os controles individuais situam-se nas entradas e controles do vertical nos controles e entrada de sincronismo ENTRADAS E CONTROLES DO VERTICAL Para que se possa observar dois sinais simultaneamente eacute necessaacuterio que se aplique uma tensatildeo em cada uma das entradas verticais O osciloscoacutepio duplo traccedilo dispotildee de dois grupos de controles verticais Um grupo para o canal A ou canal 1 (CH1) Um grupo para o canal B ou canal 2 (CH2) Cada grupo controla um dos sinais na tela (amplitude posiccedilatildeo vertical etc) Geralmente satildeo iguais Cada canal dispotildee de Entrada Vertical Chave Seletora CA-O-CC Chave Seletora de ganho vertical (DDiv) Posiccedilatildeo vertical Um osciloscoacutepio de duplo traccedilo pode ainda ser utilizado como sendo um osciloscoacutepio de traccedilo simples Uma chave seletora permite que se possa selecionar cada canal individualmente ou os dois simultaneamente Esta chave possui pelo menos trecircs posiccedilotildees CH1
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CH2 DUAL Na posiccedilatildeo CH1 apareceraacute apenas a imagem na tela que estiver sendo aplicada na entrada vertical do canal 1 Na posiccedilatildeo CH2 apareceraacute apenas a imagem na tela que estiver sendo aplicada na entrada vertical do canal 2 Na posiccedilatildeo DUAL aparecem as duas imagens Em osciloscoacutepios mais sofisticados esta chave pode possuir mais posiccedilotildees de modo a permitir outras alternativas de uso CONTROLES DE SINCRONISMO Realizam as mesmas funccedilotildees do osciloscoacutepio traccedilo simples que eacute a de fixar a imagem na tela O que diferencia eacute o fato de que na chave seletora de fonte existe uma posiccedilatildeo adicional de modo a poder sincronizar a figura PONTAS DE PROVA As pontas de prova satildeo utilizadas para interligar o osciloscoacutepio aos pontos de medida
Uma das extremidades da ponta de prova eacute conectada a uma das entradas do osciloscoacutepio atraveacutes de um conector e a extremidade livre serve para conexatildeo aos pontos de medida A extremidade livre possui uma garra jacareacute denominada de terra da ponta de prova que deve ser conectada ao terra do circuito e uma ponta de entrada de sinal que deve ser conectada no ponto que se deseja medir Existem dois tipos de ponta de prova ponta de prova 11 ponta de prova 101 A ponta de prova 11 se caracteriza por aplicar agrave entrada do osciloscoacutepio a mesma tensatildeo ou forma de onda que eacute aplicada a ponta de mediccedilatildeo A ponta de prova 101 entrega ao osciloscoacutepio apenas a deacutecima parte da tensatildeo aplicada a ponta de mediccedilatildeo As pontas de prova 101 permitem que o osciloscoacutepio consiga observar tensotildees dez vezes maior que a sua capacidade Por exemplo Um osciloscoacutepio que permite a leitura de tensotildees de 50V com ponta de prova 11 com ponta de prova 101 poderaacute medir tensotildees de ateacute 500V (10x50V) Existem pontas de prova que dispotildee de um botatildeo onde se pode selecionar 101 ou 11 Obs Quando natildeo se tem total certeza da grandeza da tensatildeo envolvida eacute aconselhaacutevel iniciar a mediccedilatildeo com o posiccedilatildeo 101
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Bibliografia
1 Dispositivos semicondutores tiristores controle de potecircncia em CC e CA 1996 - ALMEIDA Joseacute Luiz Antunes de Satildeo Paulo Eacuterica 1996 150 p
2 Dispositivos semicondutores diodos e transistores 1996 MARQUES Angelo Eduardo B
CHOUERI JUacuteNIOR Salomatildeo CRUZ Eduardo Cesar Alves Satildeo Paulo Eacuterica 1996 389 p
3 Anaacutelise e projeto de fontes chaveadas MELLO Luiz Fernando P de Satildeo Paulo Eacuterica 1996 487 p
4 Eletrocircnica de potecircncia circuitos dispositivos e aplicaccedilotildees 1999 RASHID Muhammad H Satildeo Paulo Makron Books 1999 828 p
5 Eletrocircnica de potecircncia 1994 - PALMA Guilherme Rebouccedilas da Satildeo Paulo Eacuterica 1994 259 p
6 Dispositivos eletrocircnicos e teoria de circuitos - 8 ed 2004 -
BOYLESTAD Robert L NASHELSKY Louis CAMARGO Joseacute Bueno de NASCIMENTO Joseacute Lucimar do PERTENCE JUNIOR Antonio (Coord) Satildeo Paulo Pearson Prentice Hall 2004 672 p
7 Rodrigues Isac Zilli Notas de aula da disciplina de Eletrocircnica II do Curso de Engenharia
Eleacutetrica da UPF Passo Fundo RS 2000
8 Ghirardello Ariovaldo Apostila sobre Modulaccedilatildeo PWM Coleacutegio Politec
9 Electronics Workbench Versatildeo 512
10 LabcenterElectronics 1989-2008 Release 75 SP3
51
Na tabela abaixo estatildeo mais alguns coeficientes de temperatura e as toleracircncias que satildeo muito utilizadas por diversos fabricantes de capacitores
Coacutedigo Coeficiente de temperatura NPO -0plusmn 30ppmdegC N075 -75plusmn 30ppmdegC N150 -150plusmn 30ppmdegC N220 -220plusmn 60ppmdegC N330 -330plusmn 60ppmdegC N470 -470plusmn 60ppmdegC N750 -750plusmn 120ppmdegC N1500 -1500plusmn 250ppmdegC N2200 -2200plusmn 500ppmdegC N3300 -3300plusmn 500ppmdegC N4700 -4700plusmn 1000ppmdegC N5250 -5250plusmn 1000ppmdegC P100 +100plusmn 30ppmdegC
Outra forma de representar coeficientes de temperatura eacute mostrado abaixo Eacute usada em capacitores que se caracterizam
pela alta capacitacircncia por unidade de volume (dimensotildees reduzidas) devido a alta constante dieleacutetrica sendo recomendados para aplicaccedilatildeo em desacoplamentos acoplamentos e supressatildeo de interferecircncias em baixas tensotildees
Os coeficientes satildeo tambeacutem representados exibindo sequumlecircncias de letras e nuacutemeros como por exemplo X7R Y5F e Z5U Para um capacitor Z5U a faixa de operaccedilatildeo eacute de +10degC que significa Temperatura Miacutenima seguido de +85degC que significa Temperatura Maacutexima e uma variaccedilatildeo Maacutexima de capacitacircncia dentro desses limites de temperatura que natildeo ultrapassa -56 +22
Veja as trecircs tabelas abaixo para compreender este exemplo e entender outros coeficientes
Temperatura Miacutenima
Temperatura Maacutexima
Variaccedilatildeo Maacutexima de Capacitacircncia
X -55degC Y -30degC Z +10degC
2 +45degC 4 +65degC 5 +85degC 6 +105degC 7 +125degC
A plusmn10 B plusmn15 C plusmn22 D plusmn33 E plusmn47 F plusmn75 P plusmn10 R plusmn15 S plusmn22 T -33 +22 U -56 +22 V -82 +22
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Capacitores de filme plaacutestico
O desenho ao lado mostra capacitores que tem os seus valores impressos em nanofarad (nF) = 10-9F Quando aparece no capacitor uma letra n minuacutescula como um dos tipos apresentados ao lado por exemplo 3n3 significa que este capacitor eacute de 33nF No exemplo o n minuacutesculo eacute colocado ao meio dos nuacutemeros apenas para economizar uma viacutergula e evitar erro de interpretaccedilatildeo de seu valor
Capacitores de Ceracircmica Multicamada
Capacitores de Polieacutester Metalizado usando coacutedigo de cores
A tabela abaixo mostra como interpretar o coacutedigo de cores dos capacitores abaixo No capacitor A as 3 primeiras cores satildeo laranja laranja e laranja correspondem a 33000 equivalendo a 33 nF A cor branca logo adiante eacute referente a plusmn10 de toleracircncia E o vermelho representa a tensatildeo nominal que eacute de 250 volts
1ordf Algarismo 2ordf Algarismo 3ordf Ndeg de zeros 4ordf Toleracircncia 5ordf Tensatildeo
PRETO 0 0 - plusmn 20 -
MARROM 1 1 0 - -
VERMELHO 2 2 00 - 250V
LARANJA 3 3 000 - -
AMARELO 4 4 0000 - 400V
VERDE 5 5 00000 - -
AZUL 6 6 - - 630V
VIOLETA 7 7 - - -
CINZA 8 8 - - -
BRANCO 9 9 - plusmn 10 -
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Apecircndice C
Osciloscoacutepio Geralmente os osciloscoacutepios tecircm os controles e entradas que podem ser divididos em cinco grupos
1 ndash Controle da fonte de alimentaccedilatildeo 2 ndash Controles de ajuste do traccedilo ou ponto na tela 3 ndash Controles e entrada de atuaccedilatildeo vertical 4 ndash Controles e entrada de atuaccedilatildeo horizontal 5 ndash Controles de entrada de sincronismo
1 - CONTROLE DA FONTE DE ALIMENTACcedilAtildeO 11 - INTERRUPTOR Sua funccedilatildeo eacute interromper ou estabelecer a corrente no primaacuterio do transformador de fora Sua atuaccedilatildeo normalmente eacute acompanhada por uma lacircmpada piloto que serve de aviso visual sobre a situaccedilatildeo do circuito (ligado ou desligado) Normalmente este interruptor se encontra acoplado junto do potenciocircmetro de controle de brilho 12 - COMUTADOR DE TENSAtildeO Sua funccedilatildeo eacute selecionar a tensatildeo de funcionamento do osciloscoacutepio (127 220V) Permite utilizar o instrumento sem a necessidade de recorrer a um transformador abaixador ou elevador de tensatildeo (geralmente o acesso deste comutador eacute visto na parte de traz do aparelho) 2 - CONTROLES DE AJUSTE DO TRACcedilO OU PONTO NA TELA 21 - BRILHO OU LUMINOSIDADE Eacute o controle que ajusta a luminosidade do ponto ou do traccedilo O controle do brilho eacute feito por meio de um potenciocircmetro situado no circuito da grade de controle do TRC mediante o qual se regula o potencial desta grade (deve-se evitar o uso de brilho excessivo sob pena de se danificar a tela) 22 - FOCO Eacute o controle que ajusta a nitidez do ponto ou traccedilo luminoso O ajuste do foco eacute conseguido mediante a regulagem de um potenciocircmetro que regula a polarizaccedilatildeo do eletrodo de enfoque O foco deve ser ajustado de forma a se obter um traccedilo fino e niacutetido na tela (estes ajustes de brilho e de foco satildeo ajustes baacutesicos que devem ser feitos sempre que se for usar o osciloscoacutepio)
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23 - ILUMINACcedilAtildeO DA RETIacuteCULA Permite que se ilumine o quadriculado ou as divisotildees na tela 3 - CONTROLES E ENTRADA DE ATUACcedilAtildeO VERTICAL 31 - ENTRADA DE SINAL VERTICAL Nesta entrada eacute conectada a ponta de prova do osciloscoacutepio As variaccedilotildees de tensatildeo aplicadas nesta entrada aparecem sob forma de figura na tela 32 - CHAVE DE SELECcedilAtildeO DE MODO DE ENTRADA (CA-CC) Esta chave eacute selecionada de acordo com o tipo de forma de onda a ser observada Em alguns osciloscoacutepios esta chave possui trecircs posiccedilotildees (CA-0-CC ou AC-GND-DC) Esta posiccedilatildeo adicional eacute usada para a realizaccedilatildeo de ajustes do traccedilo do osciloscoacutepio em algumas situaccedilotildees Por exemplo quando se deseja Uma referecircncia na tela 33 - CHAVE SELETORA DE GANHO (VDiv) Esta chave permite que se aumente ou que se diminua a amplitude de projeccedilatildeo na tela do osciloscoacutepio (altura da imagem) 34 - POSICcedilAtildeO VERTICAL Permite movimentar a imagem para cima ou para baixo na tela A movimentaccedilatildeo natildeo interfere na forma da figura projetada na tela 4 - CONTROLES DE ATUACcedilAO HORIZONTAL 41 - CHAVE SELETORA DE BASE DE TEMPO Eacute o controle que permite variar o tempo de deslocamento horizontal do ponto na tela Atraveacutes deste controle eacute possiacutevel reduzir ou ampliar horizontalmente na tela a figura nela projetada Em alguns osciloscoacutepios esta chave seletora tem uma posiccedilatildeo identificada como EXT (externa) o que possibilita que o deslocamento horizontal pode ser controlado por circuito externo ao osciloscoacutepio atraveacutes de uma entrada especiacutefica Quando a posiccedilatildeo externa eacute selecionada natildeo haacute formaccedilatildeo do traccedilo na tela obtendo-se apenas um ponto 42 - POSICcedilAtildeO HORIZONTAL Eacute o ajuste que permite controlar horizontalmente a forma de onda na tela Girando o controle de posiccedilatildeo horizontal para a direita o traccedilo move-se horizontalmente para a direita e vice-versa Assim como o controle de posiccedilatildeo vertical o controle de posiccedilatildeo horizontal natildeo interfere na forma da figura projetada na tela
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5 - CONTROLES E ENTRADA DE SINCRONISMO (TRIGGER) Satildeo controles que se destinam a fixar a imagem na tela Estes controles satildeo utilizados principalmente na observaccedilatildeo de sinais alternados Os controles de sincronismo satildeo Chave seletora de fonte de sincronismo Chave de modo de sincronismo Controle de niacutevel de sincronismo 51 - CHAVE SELETORA DE FONTE DE SINCRONISMO Seleciona onde seraacute tomada o sinal de sincronismo para fixar a imagem na tela do osciloscoacutepio Normalmente esta chave possui trecircs posiccedilotildees pelo menos POSICcedilAtildeO CH1 O sincronismo eacute controlado pelo sinal aplicado ao canal 1 POSICcedilAtildeO REDE Realiza o sincronismo com base na frequecircncia da rede de alimentaccedilatildeo do osciloscoacutepio (60Hz) Nesta posiccedilatildeo consegue-se facilmente sincronizar na tela sinais aplicados na entrada vertical que sejam obtidos a partir da rede eleacutetrica POSICcedilAtildeO EXTERNO Na posiccedilatildeo externo o sincronismo da figura eacute obtido agrave partir de outro equipamento externo conectado ao osciloscoacutepio O sinal que controla o sincronismo na posiccedilatildeo externo eacute aplicado a entrada de sincronismo 52 - CHAVE DE MODO DE SINCRONISMO Normalmente esta chave tem duas ou trecircs posiccedilotildees AUTO Nesta posiccedilatildeo o osciloscoacutepio realiza o sincronismo automaticamente com base no sinal selecionado pela chave seletora de fonte de sincronismo NORMAL + O sincronismo eacute positivo ajustado manualmente pelo controle de niacutevel de sincronismo (TRIGGER) de modo que o primeiro pico que apareccedila na tela seja o positivo NORMAL - O sincronismo eacute negativo tambeacutem ajustado manualmente entretanto o primeiro pico a aparecer eacute o negativo 53 - CONTROLE DE NIacuteVEL DE SINCRONISMO (TRIGGER) Eacute um controle manual que permite o ajuste do sincronismo quando natildeo se consegue um sincronismo automaacutetico Tem atuaccedilatildeo nas posiccedilotildees NORMAL + e NORMAL - OBSERVACcedilAtildeO Para se realizar leituras eacute necessaacuterio sincronizar a figura na tela II - ENTRADA E CONTROLE DO OSCILOSCOacutePIO DUPLO TRACcedilO O osciloscoacutepio de duplo traccedilo possui alguns controles que satildeo comuns aos dois traccedilos e outros que satildeo individuais Os controles de brilho foco base de tempo e de posiccedilatildeo horizontal satildeo controles que satildeo comuns aos dois traccedilos Basicamente os controles individuais situam-se nas entradas e controles do vertical nos controles e entrada de sincronismo ENTRADAS E CONTROLES DO VERTICAL Para que se possa observar dois sinais simultaneamente eacute necessaacuterio que se aplique uma tensatildeo em cada uma das entradas verticais O osciloscoacutepio duplo traccedilo dispotildee de dois grupos de controles verticais Um grupo para o canal A ou canal 1 (CH1) Um grupo para o canal B ou canal 2 (CH2) Cada grupo controla um dos sinais na tela (amplitude posiccedilatildeo vertical etc) Geralmente satildeo iguais Cada canal dispotildee de Entrada Vertical Chave Seletora CA-O-CC Chave Seletora de ganho vertical (DDiv) Posiccedilatildeo vertical Um osciloscoacutepio de duplo traccedilo pode ainda ser utilizado como sendo um osciloscoacutepio de traccedilo simples Uma chave seletora permite que se possa selecionar cada canal individualmente ou os dois simultaneamente Esta chave possui pelo menos trecircs posiccedilotildees CH1
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CH2 DUAL Na posiccedilatildeo CH1 apareceraacute apenas a imagem na tela que estiver sendo aplicada na entrada vertical do canal 1 Na posiccedilatildeo CH2 apareceraacute apenas a imagem na tela que estiver sendo aplicada na entrada vertical do canal 2 Na posiccedilatildeo DUAL aparecem as duas imagens Em osciloscoacutepios mais sofisticados esta chave pode possuir mais posiccedilotildees de modo a permitir outras alternativas de uso CONTROLES DE SINCRONISMO Realizam as mesmas funccedilotildees do osciloscoacutepio traccedilo simples que eacute a de fixar a imagem na tela O que diferencia eacute o fato de que na chave seletora de fonte existe uma posiccedilatildeo adicional de modo a poder sincronizar a figura PONTAS DE PROVA As pontas de prova satildeo utilizadas para interligar o osciloscoacutepio aos pontos de medida
Uma das extremidades da ponta de prova eacute conectada a uma das entradas do osciloscoacutepio atraveacutes de um conector e a extremidade livre serve para conexatildeo aos pontos de medida A extremidade livre possui uma garra jacareacute denominada de terra da ponta de prova que deve ser conectada ao terra do circuito e uma ponta de entrada de sinal que deve ser conectada no ponto que se deseja medir Existem dois tipos de ponta de prova ponta de prova 11 ponta de prova 101 A ponta de prova 11 se caracteriza por aplicar agrave entrada do osciloscoacutepio a mesma tensatildeo ou forma de onda que eacute aplicada a ponta de mediccedilatildeo A ponta de prova 101 entrega ao osciloscoacutepio apenas a deacutecima parte da tensatildeo aplicada a ponta de mediccedilatildeo As pontas de prova 101 permitem que o osciloscoacutepio consiga observar tensotildees dez vezes maior que a sua capacidade Por exemplo Um osciloscoacutepio que permite a leitura de tensotildees de 50V com ponta de prova 11 com ponta de prova 101 poderaacute medir tensotildees de ateacute 500V (10x50V) Existem pontas de prova que dispotildee de um botatildeo onde se pode selecionar 101 ou 11 Obs Quando natildeo se tem total certeza da grandeza da tensatildeo envolvida eacute aconselhaacutevel iniciar a mediccedilatildeo com o posiccedilatildeo 101
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Bibliografia
1 Dispositivos semicondutores tiristores controle de potecircncia em CC e CA 1996 - ALMEIDA Joseacute Luiz Antunes de Satildeo Paulo Eacuterica 1996 150 p
2 Dispositivos semicondutores diodos e transistores 1996 MARQUES Angelo Eduardo B
CHOUERI JUacuteNIOR Salomatildeo CRUZ Eduardo Cesar Alves Satildeo Paulo Eacuterica 1996 389 p
3 Anaacutelise e projeto de fontes chaveadas MELLO Luiz Fernando P de Satildeo Paulo Eacuterica 1996 487 p
4 Eletrocircnica de potecircncia circuitos dispositivos e aplicaccedilotildees 1999 RASHID Muhammad H Satildeo Paulo Makron Books 1999 828 p
5 Eletrocircnica de potecircncia 1994 - PALMA Guilherme Rebouccedilas da Satildeo Paulo Eacuterica 1994 259 p
6 Dispositivos eletrocircnicos e teoria de circuitos - 8 ed 2004 -
BOYLESTAD Robert L NASHELSKY Louis CAMARGO Joseacute Bueno de NASCIMENTO Joseacute Lucimar do PERTENCE JUNIOR Antonio (Coord) Satildeo Paulo Pearson Prentice Hall 2004 672 p
7 Rodrigues Isac Zilli Notas de aula da disciplina de Eletrocircnica II do Curso de Engenharia
Eleacutetrica da UPF Passo Fundo RS 2000
8 Ghirardello Ariovaldo Apostila sobre Modulaccedilatildeo PWM Coleacutegio Politec
9 Electronics Workbench Versatildeo 512
10 LabcenterElectronics 1989-2008 Release 75 SP3
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Capacitores de filme plaacutestico
O desenho ao lado mostra capacitores que tem os seus valores impressos em nanofarad (nF) = 10-9F Quando aparece no capacitor uma letra n minuacutescula como um dos tipos apresentados ao lado por exemplo 3n3 significa que este capacitor eacute de 33nF No exemplo o n minuacutesculo eacute colocado ao meio dos nuacutemeros apenas para economizar uma viacutergula e evitar erro de interpretaccedilatildeo de seu valor
Capacitores de Ceracircmica Multicamada
Capacitores de Polieacutester Metalizado usando coacutedigo de cores
A tabela abaixo mostra como interpretar o coacutedigo de cores dos capacitores abaixo No capacitor A as 3 primeiras cores satildeo laranja laranja e laranja correspondem a 33000 equivalendo a 33 nF A cor branca logo adiante eacute referente a plusmn10 de toleracircncia E o vermelho representa a tensatildeo nominal que eacute de 250 volts
1ordf Algarismo 2ordf Algarismo 3ordf Ndeg de zeros 4ordf Toleracircncia 5ordf Tensatildeo
PRETO 0 0 - plusmn 20 -
MARROM 1 1 0 - -
VERMELHO 2 2 00 - 250V
LARANJA 3 3 000 - -
AMARELO 4 4 0000 - 400V
VERDE 5 5 00000 - -
AZUL 6 6 - - 630V
VIOLETA 7 7 - - -
CINZA 8 8 - - -
BRANCO 9 9 - plusmn 10 -
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Apecircndice C
Osciloscoacutepio Geralmente os osciloscoacutepios tecircm os controles e entradas que podem ser divididos em cinco grupos
1 ndash Controle da fonte de alimentaccedilatildeo 2 ndash Controles de ajuste do traccedilo ou ponto na tela 3 ndash Controles e entrada de atuaccedilatildeo vertical 4 ndash Controles e entrada de atuaccedilatildeo horizontal 5 ndash Controles de entrada de sincronismo
1 - CONTROLE DA FONTE DE ALIMENTACcedilAtildeO 11 - INTERRUPTOR Sua funccedilatildeo eacute interromper ou estabelecer a corrente no primaacuterio do transformador de fora Sua atuaccedilatildeo normalmente eacute acompanhada por uma lacircmpada piloto que serve de aviso visual sobre a situaccedilatildeo do circuito (ligado ou desligado) Normalmente este interruptor se encontra acoplado junto do potenciocircmetro de controle de brilho 12 - COMUTADOR DE TENSAtildeO Sua funccedilatildeo eacute selecionar a tensatildeo de funcionamento do osciloscoacutepio (127 220V) Permite utilizar o instrumento sem a necessidade de recorrer a um transformador abaixador ou elevador de tensatildeo (geralmente o acesso deste comutador eacute visto na parte de traz do aparelho) 2 - CONTROLES DE AJUSTE DO TRACcedilO OU PONTO NA TELA 21 - BRILHO OU LUMINOSIDADE Eacute o controle que ajusta a luminosidade do ponto ou do traccedilo O controle do brilho eacute feito por meio de um potenciocircmetro situado no circuito da grade de controle do TRC mediante o qual se regula o potencial desta grade (deve-se evitar o uso de brilho excessivo sob pena de se danificar a tela) 22 - FOCO Eacute o controle que ajusta a nitidez do ponto ou traccedilo luminoso O ajuste do foco eacute conseguido mediante a regulagem de um potenciocircmetro que regula a polarizaccedilatildeo do eletrodo de enfoque O foco deve ser ajustado de forma a se obter um traccedilo fino e niacutetido na tela (estes ajustes de brilho e de foco satildeo ajustes baacutesicos que devem ser feitos sempre que se for usar o osciloscoacutepio)
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23 - ILUMINACcedilAtildeO DA RETIacuteCULA Permite que se ilumine o quadriculado ou as divisotildees na tela 3 - CONTROLES E ENTRADA DE ATUACcedilAtildeO VERTICAL 31 - ENTRADA DE SINAL VERTICAL Nesta entrada eacute conectada a ponta de prova do osciloscoacutepio As variaccedilotildees de tensatildeo aplicadas nesta entrada aparecem sob forma de figura na tela 32 - CHAVE DE SELECcedilAtildeO DE MODO DE ENTRADA (CA-CC) Esta chave eacute selecionada de acordo com o tipo de forma de onda a ser observada Em alguns osciloscoacutepios esta chave possui trecircs posiccedilotildees (CA-0-CC ou AC-GND-DC) Esta posiccedilatildeo adicional eacute usada para a realizaccedilatildeo de ajustes do traccedilo do osciloscoacutepio em algumas situaccedilotildees Por exemplo quando se deseja Uma referecircncia na tela 33 - CHAVE SELETORA DE GANHO (VDiv) Esta chave permite que se aumente ou que se diminua a amplitude de projeccedilatildeo na tela do osciloscoacutepio (altura da imagem) 34 - POSICcedilAtildeO VERTICAL Permite movimentar a imagem para cima ou para baixo na tela A movimentaccedilatildeo natildeo interfere na forma da figura projetada na tela 4 - CONTROLES DE ATUACcedilAO HORIZONTAL 41 - CHAVE SELETORA DE BASE DE TEMPO Eacute o controle que permite variar o tempo de deslocamento horizontal do ponto na tela Atraveacutes deste controle eacute possiacutevel reduzir ou ampliar horizontalmente na tela a figura nela projetada Em alguns osciloscoacutepios esta chave seletora tem uma posiccedilatildeo identificada como EXT (externa) o que possibilita que o deslocamento horizontal pode ser controlado por circuito externo ao osciloscoacutepio atraveacutes de uma entrada especiacutefica Quando a posiccedilatildeo externa eacute selecionada natildeo haacute formaccedilatildeo do traccedilo na tela obtendo-se apenas um ponto 42 - POSICcedilAtildeO HORIZONTAL Eacute o ajuste que permite controlar horizontalmente a forma de onda na tela Girando o controle de posiccedilatildeo horizontal para a direita o traccedilo move-se horizontalmente para a direita e vice-versa Assim como o controle de posiccedilatildeo vertical o controle de posiccedilatildeo horizontal natildeo interfere na forma da figura projetada na tela
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5 - CONTROLES E ENTRADA DE SINCRONISMO (TRIGGER) Satildeo controles que se destinam a fixar a imagem na tela Estes controles satildeo utilizados principalmente na observaccedilatildeo de sinais alternados Os controles de sincronismo satildeo Chave seletora de fonte de sincronismo Chave de modo de sincronismo Controle de niacutevel de sincronismo 51 - CHAVE SELETORA DE FONTE DE SINCRONISMO Seleciona onde seraacute tomada o sinal de sincronismo para fixar a imagem na tela do osciloscoacutepio Normalmente esta chave possui trecircs posiccedilotildees pelo menos POSICcedilAtildeO CH1 O sincronismo eacute controlado pelo sinal aplicado ao canal 1 POSICcedilAtildeO REDE Realiza o sincronismo com base na frequecircncia da rede de alimentaccedilatildeo do osciloscoacutepio (60Hz) Nesta posiccedilatildeo consegue-se facilmente sincronizar na tela sinais aplicados na entrada vertical que sejam obtidos a partir da rede eleacutetrica POSICcedilAtildeO EXTERNO Na posiccedilatildeo externo o sincronismo da figura eacute obtido agrave partir de outro equipamento externo conectado ao osciloscoacutepio O sinal que controla o sincronismo na posiccedilatildeo externo eacute aplicado a entrada de sincronismo 52 - CHAVE DE MODO DE SINCRONISMO Normalmente esta chave tem duas ou trecircs posiccedilotildees AUTO Nesta posiccedilatildeo o osciloscoacutepio realiza o sincronismo automaticamente com base no sinal selecionado pela chave seletora de fonte de sincronismo NORMAL + O sincronismo eacute positivo ajustado manualmente pelo controle de niacutevel de sincronismo (TRIGGER) de modo que o primeiro pico que apareccedila na tela seja o positivo NORMAL - O sincronismo eacute negativo tambeacutem ajustado manualmente entretanto o primeiro pico a aparecer eacute o negativo 53 - CONTROLE DE NIacuteVEL DE SINCRONISMO (TRIGGER) Eacute um controle manual que permite o ajuste do sincronismo quando natildeo se consegue um sincronismo automaacutetico Tem atuaccedilatildeo nas posiccedilotildees NORMAL + e NORMAL - OBSERVACcedilAtildeO Para se realizar leituras eacute necessaacuterio sincronizar a figura na tela II - ENTRADA E CONTROLE DO OSCILOSCOacutePIO DUPLO TRACcedilO O osciloscoacutepio de duplo traccedilo possui alguns controles que satildeo comuns aos dois traccedilos e outros que satildeo individuais Os controles de brilho foco base de tempo e de posiccedilatildeo horizontal satildeo controles que satildeo comuns aos dois traccedilos Basicamente os controles individuais situam-se nas entradas e controles do vertical nos controles e entrada de sincronismo ENTRADAS E CONTROLES DO VERTICAL Para que se possa observar dois sinais simultaneamente eacute necessaacuterio que se aplique uma tensatildeo em cada uma das entradas verticais O osciloscoacutepio duplo traccedilo dispotildee de dois grupos de controles verticais Um grupo para o canal A ou canal 1 (CH1) Um grupo para o canal B ou canal 2 (CH2) Cada grupo controla um dos sinais na tela (amplitude posiccedilatildeo vertical etc) Geralmente satildeo iguais Cada canal dispotildee de Entrada Vertical Chave Seletora CA-O-CC Chave Seletora de ganho vertical (DDiv) Posiccedilatildeo vertical Um osciloscoacutepio de duplo traccedilo pode ainda ser utilizado como sendo um osciloscoacutepio de traccedilo simples Uma chave seletora permite que se possa selecionar cada canal individualmente ou os dois simultaneamente Esta chave possui pelo menos trecircs posiccedilotildees CH1
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CH2 DUAL Na posiccedilatildeo CH1 apareceraacute apenas a imagem na tela que estiver sendo aplicada na entrada vertical do canal 1 Na posiccedilatildeo CH2 apareceraacute apenas a imagem na tela que estiver sendo aplicada na entrada vertical do canal 2 Na posiccedilatildeo DUAL aparecem as duas imagens Em osciloscoacutepios mais sofisticados esta chave pode possuir mais posiccedilotildees de modo a permitir outras alternativas de uso CONTROLES DE SINCRONISMO Realizam as mesmas funccedilotildees do osciloscoacutepio traccedilo simples que eacute a de fixar a imagem na tela O que diferencia eacute o fato de que na chave seletora de fonte existe uma posiccedilatildeo adicional de modo a poder sincronizar a figura PONTAS DE PROVA As pontas de prova satildeo utilizadas para interligar o osciloscoacutepio aos pontos de medida
Uma das extremidades da ponta de prova eacute conectada a uma das entradas do osciloscoacutepio atraveacutes de um conector e a extremidade livre serve para conexatildeo aos pontos de medida A extremidade livre possui uma garra jacareacute denominada de terra da ponta de prova que deve ser conectada ao terra do circuito e uma ponta de entrada de sinal que deve ser conectada no ponto que se deseja medir Existem dois tipos de ponta de prova ponta de prova 11 ponta de prova 101 A ponta de prova 11 se caracteriza por aplicar agrave entrada do osciloscoacutepio a mesma tensatildeo ou forma de onda que eacute aplicada a ponta de mediccedilatildeo A ponta de prova 101 entrega ao osciloscoacutepio apenas a deacutecima parte da tensatildeo aplicada a ponta de mediccedilatildeo As pontas de prova 101 permitem que o osciloscoacutepio consiga observar tensotildees dez vezes maior que a sua capacidade Por exemplo Um osciloscoacutepio que permite a leitura de tensotildees de 50V com ponta de prova 11 com ponta de prova 101 poderaacute medir tensotildees de ateacute 500V (10x50V) Existem pontas de prova que dispotildee de um botatildeo onde se pode selecionar 101 ou 11 Obs Quando natildeo se tem total certeza da grandeza da tensatildeo envolvida eacute aconselhaacutevel iniciar a mediccedilatildeo com o posiccedilatildeo 101
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Bibliografia
1 Dispositivos semicondutores tiristores controle de potecircncia em CC e CA 1996 - ALMEIDA Joseacute Luiz Antunes de Satildeo Paulo Eacuterica 1996 150 p
2 Dispositivos semicondutores diodos e transistores 1996 MARQUES Angelo Eduardo B
CHOUERI JUacuteNIOR Salomatildeo CRUZ Eduardo Cesar Alves Satildeo Paulo Eacuterica 1996 389 p
3 Anaacutelise e projeto de fontes chaveadas MELLO Luiz Fernando P de Satildeo Paulo Eacuterica 1996 487 p
4 Eletrocircnica de potecircncia circuitos dispositivos e aplicaccedilotildees 1999 RASHID Muhammad H Satildeo Paulo Makron Books 1999 828 p
5 Eletrocircnica de potecircncia 1994 - PALMA Guilherme Rebouccedilas da Satildeo Paulo Eacuterica 1994 259 p
6 Dispositivos eletrocircnicos e teoria de circuitos - 8 ed 2004 -
BOYLESTAD Robert L NASHELSKY Louis CAMARGO Joseacute Bueno de NASCIMENTO Joseacute Lucimar do PERTENCE JUNIOR Antonio (Coord) Satildeo Paulo Pearson Prentice Hall 2004 672 p
7 Rodrigues Isac Zilli Notas de aula da disciplina de Eletrocircnica II do Curso de Engenharia
Eleacutetrica da UPF Passo Fundo RS 2000
8 Ghirardello Ariovaldo Apostila sobre Modulaccedilatildeo PWM Coleacutegio Politec
9 Electronics Workbench Versatildeo 512
10 LabcenterElectronics 1989-2008 Release 75 SP3
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Apecircndice C
Osciloscoacutepio Geralmente os osciloscoacutepios tecircm os controles e entradas que podem ser divididos em cinco grupos
1 ndash Controle da fonte de alimentaccedilatildeo 2 ndash Controles de ajuste do traccedilo ou ponto na tela 3 ndash Controles e entrada de atuaccedilatildeo vertical 4 ndash Controles e entrada de atuaccedilatildeo horizontal 5 ndash Controles de entrada de sincronismo
1 - CONTROLE DA FONTE DE ALIMENTACcedilAtildeO 11 - INTERRUPTOR Sua funccedilatildeo eacute interromper ou estabelecer a corrente no primaacuterio do transformador de fora Sua atuaccedilatildeo normalmente eacute acompanhada por uma lacircmpada piloto que serve de aviso visual sobre a situaccedilatildeo do circuito (ligado ou desligado) Normalmente este interruptor se encontra acoplado junto do potenciocircmetro de controle de brilho 12 - COMUTADOR DE TENSAtildeO Sua funccedilatildeo eacute selecionar a tensatildeo de funcionamento do osciloscoacutepio (127 220V) Permite utilizar o instrumento sem a necessidade de recorrer a um transformador abaixador ou elevador de tensatildeo (geralmente o acesso deste comutador eacute visto na parte de traz do aparelho) 2 - CONTROLES DE AJUSTE DO TRACcedilO OU PONTO NA TELA 21 - BRILHO OU LUMINOSIDADE Eacute o controle que ajusta a luminosidade do ponto ou do traccedilo O controle do brilho eacute feito por meio de um potenciocircmetro situado no circuito da grade de controle do TRC mediante o qual se regula o potencial desta grade (deve-se evitar o uso de brilho excessivo sob pena de se danificar a tela) 22 - FOCO Eacute o controle que ajusta a nitidez do ponto ou traccedilo luminoso O ajuste do foco eacute conseguido mediante a regulagem de um potenciocircmetro que regula a polarizaccedilatildeo do eletrodo de enfoque O foco deve ser ajustado de forma a se obter um traccedilo fino e niacutetido na tela (estes ajustes de brilho e de foco satildeo ajustes baacutesicos que devem ser feitos sempre que se for usar o osciloscoacutepio)
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23 - ILUMINACcedilAtildeO DA RETIacuteCULA Permite que se ilumine o quadriculado ou as divisotildees na tela 3 - CONTROLES E ENTRADA DE ATUACcedilAtildeO VERTICAL 31 - ENTRADA DE SINAL VERTICAL Nesta entrada eacute conectada a ponta de prova do osciloscoacutepio As variaccedilotildees de tensatildeo aplicadas nesta entrada aparecem sob forma de figura na tela 32 - CHAVE DE SELECcedilAtildeO DE MODO DE ENTRADA (CA-CC) Esta chave eacute selecionada de acordo com o tipo de forma de onda a ser observada Em alguns osciloscoacutepios esta chave possui trecircs posiccedilotildees (CA-0-CC ou AC-GND-DC) Esta posiccedilatildeo adicional eacute usada para a realizaccedilatildeo de ajustes do traccedilo do osciloscoacutepio em algumas situaccedilotildees Por exemplo quando se deseja Uma referecircncia na tela 33 - CHAVE SELETORA DE GANHO (VDiv) Esta chave permite que se aumente ou que se diminua a amplitude de projeccedilatildeo na tela do osciloscoacutepio (altura da imagem) 34 - POSICcedilAtildeO VERTICAL Permite movimentar a imagem para cima ou para baixo na tela A movimentaccedilatildeo natildeo interfere na forma da figura projetada na tela 4 - CONTROLES DE ATUACcedilAO HORIZONTAL 41 - CHAVE SELETORA DE BASE DE TEMPO Eacute o controle que permite variar o tempo de deslocamento horizontal do ponto na tela Atraveacutes deste controle eacute possiacutevel reduzir ou ampliar horizontalmente na tela a figura nela projetada Em alguns osciloscoacutepios esta chave seletora tem uma posiccedilatildeo identificada como EXT (externa) o que possibilita que o deslocamento horizontal pode ser controlado por circuito externo ao osciloscoacutepio atraveacutes de uma entrada especiacutefica Quando a posiccedilatildeo externa eacute selecionada natildeo haacute formaccedilatildeo do traccedilo na tela obtendo-se apenas um ponto 42 - POSICcedilAtildeO HORIZONTAL Eacute o ajuste que permite controlar horizontalmente a forma de onda na tela Girando o controle de posiccedilatildeo horizontal para a direita o traccedilo move-se horizontalmente para a direita e vice-versa Assim como o controle de posiccedilatildeo vertical o controle de posiccedilatildeo horizontal natildeo interfere na forma da figura projetada na tela
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5 - CONTROLES E ENTRADA DE SINCRONISMO (TRIGGER) Satildeo controles que se destinam a fixar a imagem na tela Estes controles satildeo utilizados principalmente na observaccedilatildeo de sinais alternados Os controles de sincronismo satildeo Chave seletora de fonte de sincronismo Chave de modo de sincronismo Controle de niacutevel de sincronismo 51 - CHAVE SELETORA DE FONTE DE SINCRONISMO Seleciona onde seraacute tomada o sinal de sincronismo para fixar a imagem na tela do osciloscoacutepio Normalmente esta chave possui trecircs posiccedilotildees pelo menos POSICcedilAtildeO CH1 O sincronismo eacute controlado pelo sinal aplicado ao canal 1 POSICcedilAtildeO REDE Realiza o sincronismo com base na frequecircncia da rede de alimentaccedilatildeo do osciloscoacutepio (60Hz) Nesta posiccedilatildeo consegue-se facilmente sincronizar na tela sinais aplicados na entrada vertical que sejam obtidos a partir da rede eleacutetrica POSICcedilAtildeO EXTERNO Na posiccedilatildeo externo o sincronismo da figura eacute obtido agrave partir de outro equipamento externo conectado ao osciloscoacutepio O sinal que controla o sincronismo na posiccedilatildeo externo eacute aplicado a entrada de sincronismo 52 - CHAVE DE MODO DE SINCRONISMO Normalmente esta chave tem duas ou trecircs posiccedilotildees AUTO Nesta posiccedilatildeo o osciloscoacutepio realiza o sincronismo automaticamente com base no sinal selecionado pela chave seletora de fonte de sincronismo NORMAL + O sincronismo eacute positivo ajustado manualmente pelo controle de niacutevel de sincronismo (TRIGGER) de modo que o primeiro pico que apareccedila na tela seja o positivo NORMAL - O sincronismo eacute negativo tambeacutem ajustado manualmente entretanto o primeiro pico a aparecer eacute o negativo 53 - CONTROLE DE NIacuteVEL DE SINCRONISMO (TRIGGER) Eacute um controle manual que permite o ajuste do sincronismo quando natildeo se consegue um sincronismo automaacutetico Tem atuaccedilatildeo nas posiccedilotildees NORMAL + e NORMAL - OBSERVACcedilAtildeO Para se realizar leituras eacute necessaacuterio sincronizar a figura na tela II - ENTRADA E CONTROLE DO OSCILOSCOacutePIO DUPLO TRACcedilO O osciloscoacutepio de duplo traccedilo possui alguns controles que satildeo comuns aos dois traccedilos e outros que satildeo individuais Os controles de brilho foco base de tempo e de posiccedilatildeo horizontal satildeo controles que satildeo comuns aos dois traccedilos Basicamente os controles individuais situam-se nas entradas e controles do vertical nos controles e entrada de sincronismo ENTRADAS E CONTROLES DO VERTICAL Para que se possa observar dois sinais simultaneamente eacute necessaacuterio que se aplique uma tensatildeo em cada uma das entradas verticais O osciloscoacutepio duplo traccedilo dispotildee de dois grupos de controles verticais Um grupo para o canal A ou canal 1 (CH1) Um grupo para o canal B ou canal 2 (CH2) Cada grupo controla um dos sinais na tela (amplitude posiccedilatildeo vertical etc) Geralmente satildeo iguais Cada canal dispotildee de Entrada Vertical Chave Seletora CA-O-CC Chave Seletora de ganho vertical (DDiv) Posiccedilatildeo vertical Um osciloscoacutepio de duplo traccedilo pode ainda ser utilizado como sendo um osciloscoacutepio de traccedilo simples Uma chave seletora permite que se possa selecionar cada canal individualmente ou os dois simultaneamente Esta chave possui pelo menos trecircs posiccedilotildees CH1
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CH2 DUAL Na posiccedilatildeo CH1 apareceraacute apenas a imagem na tela que estiver sendo aplicada na entrada vertical do canal 1 Na posiccedilatildeo CH2 apareceraacute apenas a imagem na tela que estiver sendo aplicada na entrada vertical do canal 2 Na posiccedilatildeo DUAL aparecem as duas imagens Em osciloscoacutepios mais sofisticados esta chave pode possuir mais posiccedilotildees de modo a permitir outras alternativas de uso CONTROLES DE SINCRONISMO Realizam as mesmas funccedilotildees do osciloscoacutepio traccedilo simples que eacute a de fixar a imagem na tela O que diferencia eacute o fato de que na chave seletora de fonte existe uma posiccedilatildeo adicional de modo a poder sincronizar a figura PONTAS DE PROVA As pontas de prova satildeo utilizadas para interligar o osciloscoacutepio aos pontos de medida
Uma das extremidades da ponta de prova eacute conectada a uma das entradas do osciloscoacutepio atraveacutes de um conector e a extremidade livre serve para conexatildeo aos pontos de medida A extremidade livre possui uma garra jacareacute denominada de terra da ponta de prova que deve ser conectada ao terra do circuito e uma ponta de entrada de sinal que deve ser conectada no ponto que se deseja medir Existem dois tipos de ponta de prova ponta de prova 11 ponta de prova 101 A ponta de prova 11 se caracteriza por aplicar agrave entrada do osciloscoacutepio a mesma tensatildeo ou forma de onda que eacute aplicada a ponta de mediccedilatildeo A ponta de prova 101 entrega ao osciloscoacutepio apenas a deacutecima parte da tensatildeo aplicada a ponta de mediccedilatildeo As pontas de prova 101 permitem que o osciloscoacutepio consiga observar tensotildees dez vezes maior que a sua capacidade Por exemplo Um osciloscoacutepio que permite a leitura de tensotildees de 50V com ponta de prova 11 com ponta de prova 101 poderaacute medir tensotildees de ateacute 500V (10x50V) Existem pontas de prova que dispotildee de um botatildeo onde se pode selecionar 101 ou 11 Obs Quando natildeo se tem total certeza da grandeza da tensatildeo envolvida eacute aconselhaacutevel iniciar a mediccedilatildeo com o posiccedilatildeo 101
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Bibliografia
1 Dispositivos semicondutores tiristores controle de potecircncia em CC e CA 1996 - ALMEIDA Joseacute Luiz Antunes de Satildeo Paulo Eacuterica 1996 150 p
2 Dispositivos semicondutores diodos e transistores 1996 MARQUES Angelo Eduardo B
CHOUERI JUacuteNIOR Salomatildeo CRUZ Eduardo Cesar Alves Satildeo Paulo Eacuterica 1996 389 p
3 Anaacutelise e projeto de fontes chaveadas MELLO Luiz Fernando P de Satildeo Paulo Eacuterica 1996 487 p
4 Eletrocircnica de potecircncia circuitos dispositivos e aplicaccedilotildees 1999 RASHID Muhammad H Satildeo Paulo Makron Books 1999 828 p
5 Eletrocircnica de potecircncia 1994 - PALMA Guilherme Rebouccedilas da Satildeo Paulo Eacuterica 1994 259 p
6 Dispositivos eletrocircnicos e teoria de circuitos - 8 ed 2004 -
BOYLESTAD Robert L NASHELSKY Louis CAMARGO Joseacute Bueno de NASCIMENTO Joseacute Lucimar do PERTENCE JUNIOR Antonio (Coord) Satildeo Paulo Pearson Prentice Hall 2004 672 p
7 Rodrigues Isac Zilli Notas de aula da disciplina de Eletrocircnica II do Curso de Engenharia
Eleacutetrica da UPF Passo Fundo RS 2000
8 Ghirardello Ariovaldo Apostila sobre Modulaccedilatildeo PWM Coleacutegio Politec
9 Electronics Workbench Versatildeo 512
10 LabcenterElectronics 1989-2008 Release 75 SP3
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23 - ILUMINACcedilAtildeO DA RETIacuteCULA Permite que se ilumine o quadriculado ou as divisotildees na tela 3 - CONTROLES E ENTRADA DE ATUACcedilAtildeO VERTICAL 31 - ENTRADA DE SINAL VERTICAL Nesta entrada eacute conectada a ponta de prova do osciloscoacutepio As variaccedilotildees de tensatildeo aplicadas nesta entrada aparecem sob forma de figura na tela 32 - CHAVE DE SELECcedilAtildeO DE MODO DE ENTRADA (CA-CC) Esta chave eacute selecionada de acordo com o tipo de forma de onda a ser observada Em alguns osciloscoacutepios esta chave possui trecircs posiccedilotildees (CA-0-CC ou AC-GND-DC) Esta posiccedilatildeo adicional eacute usada para a realizaccedilatildeo de ajustes do traccedilo do osciloscoacutepio em algumas situaccedilotildees Por exemplo quando se deseja Uma referecircncia na tela 33 - CHAVE SELETORA DE GANHO (VDiv) Esta chave permite que se aumente ou que se diminua a amplitude de projeccedilatildeo na tela do osciloscoacutepio (altura da imagem) 34 - POSICcedilAtildeO VERTICAL Permite movimentar a imagem para cima ou para baixo na tela A movimentaccedilatildeo natildeo interfere na forma da figura projetada na tela 4 - CONTROLES DE ATUACcedilAO HORIZONTAL 41 - CHAVE SELETORA DE BASE DE TEMPO Eacute o controle que permite variar o tempo de deslocamento horizontal do ponto na tela Atraveacutes deste controle eacute possiacutevel reduzir ou ampliar horizontalmente na tela a figura nela projetada Em alguns osciloscoacutepios esta chave seletora tem uma posiccedilatildeo identificada como EXT (externa) o que possibilita que o deslocamento horizontal pode ser controlado por circuito externo ao osciloscoacutepio atraveacutes de uma entrada especiacutefica Quando a posiccedilatildeo externa eacute selecionada natildeo haacute formaccedilatildeo do traccedilo na tela obtendo-se apenas um ponto 42 - POSICcedilAtildeO HORIZONTAL Eacute o ajuste que permite controlar horizontalmente a forma de onda na tela Girando o controle de posiccedilatildeo horizontal para a direita o traccedilo move-se horizontalmente para a direita e vice-versa Assim como o controle de posiccedilatildeo vertical o controle de posiccedilatildeo horizontal natildeo interfere na forma da figura projetada na tela
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5 - CONTROLES E ENTRADA DE SINCRONISMO (TRIGGER) Satildeo controles que se destinam a fixar a imagem na tela Estes controles satildeo utilizados principalmente na observaccedilatildeo de sinais alternados Os controles de sincronismo satildeo Chave seletora de fonte de sincronismo Chave de modo de sincronismo Controle de niacutevel de sincronismo 51 - CHAVE SELETORA DE FONTE DE SINCRONISMO Seleciona onde seraacute tomada o sinal de sincronismo para fixar a imagem na tela do osciloscoacutepio Normalmente esta chave possui trecircs posiccedilotildees pelo menos POSICcedilAtildeO CH1 O sincronismo eacute controlado pelo sinal aplicado ao canal 1 POSICcedilAtildeO REDE Realiza o sincronismo com base na frequecircncia da rede de alimentaccedilatildeo do osciloscoacutepio (60Hz) Nesta posiccedilatildeo consegue-se facilmente sincronizar na tela sinais aplicados na entrada vertical que sejam obtidos a partir da rede eleacutetrica POSICcedilAtildeO EXTERNO Na posiccedilatildeo externo o sincronismo da figura eacute obtido agrave partir de outro equipamento externo conectado ao osciloscoacutepio O sinal que controla o sincronismo na posiccedilatildeo externo eacute aplicado a entrada de sincronismo 52 - CHAVE DE MODO DE SINCRONISMO Normalmente esta chave tem duas ou trecircs posiccedilotildees AUTO Nesta posiccedilatildeo o osciloscoacutepio realiza o sincronismo automaticamente com base no sinal selecionado pela chave seletora de fonte de sincronismo NORMAL + O sincronismo eacute positivo ajustado manualmente pelo controle de niacutevel de sincronismo (TRIGGER) de modo que o primeiro pico que apareccedila na tela seja o positivo NORMAL - O sincronismo eacute negativo tambeacutem ajustado manualmente entretanto o primeiro pico a aparecer eacute o negativo 53 - CONTROLE DE NIacuteVEL DE SINCRONISMO (TRIGGER) Eacute um controle manual que permite o ajuste do sincronismo quando natildeo se consegue um sincronismo automaacutetico Tem atuaccedilatildeo nas posiccedilotildees NORMAL + e NORMAL - OBSERVACcedilAtildeO Para se realizar leituras eacute necessaacuterio sincronizar a figura na tela II - ENTRADA E CONTROLE DO OSCILOSCOacutePIO DUPLO TRACcedilO O osciloscoacutepio de duplo traccedilo possui alguns controles que satildeo comuns aos dois traccedilos e outros que satildeo individuais Os controles de brilho foco base de tempo e de posiccedilatildeo horizontal satildeo controles que satildeo comuns aos dois traccedilos Basicamente os controles individuais situam-se nas entradas e controles do vertical nos controles e entrada de sincronismo ENTRADAS E CONTROLES DO VERTICAL Para que se possa observar dois sinais simultaneamente eacute necessaacuterio que se aplique uma tensatildeo em cada uma das entradas verticais O osciloscoacutepio duplo traccedilo dispotildee de dois grupos de controles verticais Um grupo para o canal A ou canal 1 (CH1) Um grupo para o canal B ou canal 2 (CH2) Cada grupo controla um dos sinais na tela (amplitude posiccedilatildeo vertical etc) Geralmente satildeo iguais Cada canal dispotildee de Entrada Vertical Chave Seletora CA-O-CC Chave Seletora de ganho vertical (DDiv) Posiccedilatildeo vertical Um osciloscoacutepio de duplo traccedilo pode ainda ser utilizado como sendo um osciloscoacutepio de traccedilo simples Uma chave seletora permite que se possa selecionar cada canal individualmente ou os dois simultaneamente Esta chave possui pelo menos trecircs posiccedilotildees CH1
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CH2 DUAL Na posiccedilatildeo CH1 apareceraacute apenas a imagem na tela que estiver sendo aplicada na entrada vertical do canal 1 Na posiccedilatildeo CH2 apareceraacute apenas a imagem na tela que estiver sendo aplicada na entrada vertical do canal 2 Na posiccedilatildeo DUAL aparecem as duas imagens Em osciloscoacutepios mais sofisticados esta chave pode possuir mais posiccedilotildees de modo a permitir outras alternativas de uso CONTROLES DE SINCRONISMO Realizam as mesmas funccedilotildees do osciloscoacutepio traccedilo simples que eacute a de fixar a imagem na tela O que diferencia eacute o fato de que na chave seletora de fonte existe uma posiccedilatildeo adicional de modo a poder sincronizar a figura PONTAS DE PROVA As pontas de prova satildeo utilizadas para interligar o osciloscoacutepio aos pontos de medida
Uma das extremidades da ponta de prova eacute conectada a uma das entradas do osciloscoacutepio atraveacutes de um conector e a extremidade livre serve para conexatildeo aos pontos de medida A extremidade livre possui uma garra jacareacute denominada de terra da ponta de prova que deve ser conectada ao terra do circuito e uma ponta de entrada de sinal que deve ser conectada no ponto que se deseja medir Existem dois tipos de ponta de prova ponta de prova 11 ponta de prova 101 A ponta de prova 11 se caracteriza por aplicar agrave entrada do osciloscoacutepio a mesma tensatildeo ou forma de onda que eacute aplicada a ponta de mediccedilatildeo A ponta de prova 101 entrega ao osciloscoacutepio apenas a deacutecima parte da tensatildeo aplicada a ponta de mediccedilatildeo As pontas de prova 101 permitem que o osciloscoacutepio consiga observar tensotildees dez vezes maior que a sua capacidade Por exemplo Um osciloscoacutepio que permite a leitura de tensotildees de 50V com ponta de prova 11 com ponta de prova 101 poderaacute medir tensotildees de ateacute 500V (10x50V) Existem pontas de prova que dispotildee de um botatildeo onde se pode selecionar 101 ou 11 Obs Quando natildeo se tem total certeza da grandeza da tensatildeo envolvida eacute aconselhaacutevel iniciar a mediccedilatildeo com o posiccedilatildeo 101
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Bibliografia
1 Dispositivos semicondutores tiristores controle de potecircncia em CC e CA 1996 - ALMEIDA Joseacute Luiz Antunes de Satildeo Paulo Eacuterica 1996 150 p
2 Dispositivos semicondutores diodos e transistores 1996 MARQUES Angelo Eduardo B
CHOUERI JUacuteNIOR Salomatildeo CRUZ Eduardo Cesar Alves Satildeo Paulo Eacuterica 1996 389 p
3 Anaacutelise e projeto de fontes chaveadas MELLO Luiz Fernando P de Satildeo Paulo Eacuterica 1996 487 p
4 Eletrocircnica de potecircncia circuitos dispositivos e aplicaccedilotildees 1999 RASHID Muhammad H Satildeo Paulo Makron Books 1999 828 p
5 Eletrocircnica de potecircncia 1994 - PALMA Guilherme Rebouccedilas da Satildeo Paulo Eacuterica 1994 259 p
6 Dispositivos eletrocircnicos e teoria de circuitos - 8 ed 2004 -
BOYLESTAD Robert L NASHELSKY Louis CAMARGO Joseacute Bueno de NASCIMENTO Joseacute Lucimar do PERTENCE JUNIOR Antonio (Coord) Satildeo Paulo Pearson Prentice Hall 2004 672 p
7 Rodrigues Isac Zilli Notas de aula da disciplina de Eletrocircnica II do Curso de Engenharia
Eleacutetrica da UPF Passo Fundo RS 2000
8 Ghirardello Ariovaldo Apostila sobre Modulaccedilatildeo PWM Coleacutegio Politec
9 Electronics Workbench Versatildeo 512
10 LabcenterElectronics 1989-2008 Release 75 SP3
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5 - CONTROLES E ENTRADA DE SINCRONISMO (TRIGGER) Satildeo controles que se destinam a fixar a imagem na tela Estes controles satildeo utilizados principalmente na observaccedilatildeo de sinais alternados Os controles de sincronismo satildeo Chave seletora de fonte de sincronismo Chave de modo de sincronismo Controle de niacutevel de sincronismo 51 - CHAVE SELETORA DE FONTE DE SINCRONISMO Seleciona onde seraacute tomada o sinal de sincronismo para fixar a imagem na tela do osciloscoacutepio Normalmente esta chave possui trecircs posiccedilotildees pelo menos POSICcedilAtildeO CH1 O sincronismo eacute controlado pelo sinal aplicado ao canal 1 POSICcedilAtildeO REDE Realiza o sincronismo com base na frequecircncia da rede de alimentaccedilatildeo do osciloscoacutepio (60Hz) Nesta posiccedilatildeo consegue-se facilmente sincronizar na tela sinais aplicados na entrada vertical que sejam obtidos a partir da rede eleacutetrica POSICcedilAtildeO EXTERNO Na posiccedilatildeo externo o sincronismo da figura eacute obtido agrave partir de outro equipamento externo conectado ao osciloscoacutepio O sinal que controla o sincronismo na posiccedilatildeo externo eacute aplicado a entrada de sincronismo 52 - CHAVE DE MODO DE SINCRONISMO Normalmente esta chave tem duas ou trecircs posiccedilotildees AUTO Nesta posiccedilatildeo o osciloscoacutepio realiza o sincronismo automaticamente com base no sinal selecionado pela chave seletora de fonte de sincronismo NORMAL + O sincronismo eacute positivo ajustado manualmente pelo controle de niacutevel de sincronismo (TRIGGER) de modo que o primeiro pico que apareccedila na tela seja o positivo NORMAL - O sincronismo eacute negativo tambeacutem ajustado manualmente entretanto o primeiro pico a aparecer eacute o negativo 53 - CONTROLE DE NIacuteVEL DE SINCRONISMO (TRIGGER) Eacute um controle manual que permite o ajuste do sincronismo quando natildeo se consegue um sincronismo automaacutetico Tem atuaccedilatildeo nas posiccedilotildees NORMAL + e NORMAL - OBSERVACcedilAtildeO Para se realizar leituras eacute necessaacuterio sincronizar a figura na tela II - ENTRADA E CONTROLE DO OSCILOSCOacutePIO DUPLO TRACcedilO O osciloscoacutepio de duplo traccedilo possui alguns controles que satildeo comuns aos dois traccedilos e outros que satildeo individuais Os controles de brilho foco base de tempo e de posiccedilatildeo horizontal satildeo controles que satildeo comuns aos dois traccedilos Basicamente os controles individuais situam-se nas entradas e controles do vertical nos controles e entrada de sincronismo ENTRADAS E CONTROLES DO VERTICAL Para que se possa observar dois sinais simultaneamente eacute necessaacuterio que se aplique uma tensatildeo em cada uma das entradas verticais O osciloscoacutepio duplo traccedilo dispotildee de dois grupos de controles verticais Um grupo para o canal A ou canal 1 (CH1) Um grupo para o canal B ou canal 2 (CH2) Cada grupo controla um dos sinais na tela (amplitude posiccedilatildeo vertical etc) Geralmente satildeo iguais Cada canal dispotildee de Entrada Vertical Chave Seletora CA-O-CC Chave Seletora de ganho vertical (DDiv) Posiccedilatildeo vertical Um osciloscoacutepio de duplo traccedilo pode ainda ser utilizado como sendo um osciloscoacutepio de traccedilo simples Uma chave seletora permite que se possa selecionar cada canal individualmente ou os dois simultaneamente Esta chave possui pelo menos trecircs posiccedilotildees CH1
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CH2 DUAL Na posiccedilatildeo CH1 apareceraacute apenas a imagem na tela que estiver sendo aplicada na entrada vertical do canal 1 Na posiccedilatildeo CH2 apareceraacute apenas a imagem na tela que estiver sendo aplicada na entrada vertical do canal 2 Na posiccedilatildeo DUAL aparecem as duas imagens Em osciloscoacutepios mais sofisticados esta chave pode possuir mais posiccedilotildees de modo a permitir outras alternativas de uso CONTROLES DE SINCRONISMO Realizam as mesmas funccedilotildees do osciloscoacutepio traccedilo simples que eacute a de fixar a imagem na tela O que diferencia eacute o fato de que na chave seletora de fonte existe uma posiccedilatildeo adicional de modo a poder sincronizar a figura PONTAS DE PROVA As pontas de prova satildeo utilizadas para interligar o osciloscoacutepio aos pontos de medida
Uma das extremidades da ponta de prova eacute conectada a uma das entradas do osciloscoacutepio atraveacutes de um conector e a extremidade livre serve para conexatildeo aos pontos de medida A extremidade livre possui uma garra jacareacute denominada de terra da ponta de prova que deve ser conectada ao terra do circuito e uma ponta de entrada de sinal que deve ser conectada no ponto que se deseja medir Existem dois tipos de ponta de prova ponta de prova 11 ponta de prova 101 A ponta de prova 11 se caracteriza por aplicar agrave entrada do osciloscoacutepio a mesma tensatildeo ou forma de onda que eacute aplicada a ponta de mediccedilatildeo A ponta de prova 101 entrega ao osciloscoacutepio apenas a deacutecima parte da tensatildeo aplicada a ponta de mediccedilatildeo As pontas de prova 101 permitem que o osciloscoacutepio consiga observar tensotildees dez vezes maior que a sua capacidade Por exemplo Um osciloscoacutepio que permite a leitura de tensotildees de 50V com ponta de prova 11 com ponta de prova 101 poderaacute medir tensotildees de ateacute 500V (10x50V) Existem pontas de prova que dispotildee de um botatildeo onde se pode selecionar 101 ou 11 Obs Quando natildeo se tem total certeza da grandeza da tensatildeo envolvida eacute aconselhaacutevel iniciar a mediccedilatildeo com o posiccedilatildeo 101
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Bibliografia
1 Dispositivos semicondutores tiristores controle de potecircncia em CC e CA 1996 - ALMEIDA Joseacute Luiz Antunes de Satildeo Paulo Eacuterica 1996 150 p
2 Dispositivos semicondutores diodos e transistores 1996 MARQUES Angelo Eduardo B
CHOUERI JUacuteNIOR Salomatildeo CRUZ Eduardo Cesar Alves Satildeo Paulo Eacuterica 1996 389 p
3 Anaacutelise e projeto de fontes chaveadas MELLO Luiz Fernando P de Satildeo Paulo Eacuterica 1996 487 p
4 Eletrocircnica de potecircncia circuitos dispositivos e aplicaccedilotildees 1999 RASHID Muhammad H Satildeo Paulo Makron Books 1999 828 p
5 Eletrocircnica de potecircncia 1994 - PALMA Guilherme Rebouccedilas da Satildeo Paulo Eacuterica 1994 259 p
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BOYLESTAD Robert L NASHELSKY Louis CAMARGO Joseacute Bueno de NASCIMENTO Joseacute Lucimar do PERTENCE JUNIOR Antonio (Coord) Satildeo Paulo Pearson Prentice Hall 2004 672 p
7 Rodrigues Isac Zilli Notas de aula da disciplina de Eletrocircnica II do Curso de Engenharia
Eleacutetrica da UPF Passo Fundo RS 2000
8 Ghirardello Ariovaldo Apostila sobre Modulaccedilatildeo PWM Coleacutegio Politec
9 Electronics Workbench Versatildeo 512
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CH2 DUAL Na posiccedilatildeo CH1 apareceraacute apenas a imagem na tela que estiver sendo aplicada na entrada vertical do canal 1 Na posiccedilatildeo CH2 apareceraacute apenas a imagem na tela que estiver sendo aplicada na entrada vertical do canal 2 Na posiccedilatildeo DUAL aparecem as duas imagens Em osciloscoacutepios mais sofisticados esta chave pode possuir mais posiccedilotildees de modo a permitir outras alternativas de uso CONTROLES DE SINCRONISMO Realizam as mesmas funccedilotildees do osciloscoacutepio traccedilo simples que eacute a de fixar a imagem na tela O que diferencia eacute o fato de que na chave seletora de fonte existe uma posiccedilatildeo adicional de modo a poder sincronizar a figura PONTAS DE PROVA As pontas de prova satildeo utilizadas para interligar o osciloscoacutepio aos pontos de medida
Uma das extremidades da ponta de prova eacute conectada a uma das entradas do osciloscoacutepio atraveacutes de um conector e a extremidade livre serve para conexatildeo aos pontos de medida A extremidade livre possui uma garra jacareacute denominada de terra da ponta de prova que deve ser conectada ao terra do circuito e uma ponta de entrada de sinal que deve ser conectada no ponto que se deseja medir Existem dois tipos de ponta de prova ponta de prova 11 ponta de prova 101 A ponta de prova 11 se caracteriza por aplicar agrave entrada do osciloscoacutepio a mesma tensatildeo ou forma de onda que eacute aplicada a ponta de mediccedilatildeo A ponta de prova 101 entrega ao osciloscoacutepio apenas a deacutecima parte da tensatildeo aplicada a ponta de mediccedilatildeo As pontas de prova 101 permitem que o osciloscoacutepio consiga observar tensotildees dez vezes maior que a sua capacidade Por exemplo Um osciloscoacutepio que permite a leitura de tensotildees de 50V com ponta de prova 11 com ponta de prova 101 poderaacute medir tensotildees de ateacute 500V (10x50V) Existem pontas de prova que dispotildee de um botatildeo onde se pode selecionar 101 ou 11 Obs Quando natildeo se tem total certeza da grandeza da tensatildeo envolvida eacute aconselhaacutevel iniciar a mediccedilatildeo com o posiccedilatildeo 101
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Bibliografia
1 Dispositivos semicondutores tiristores controle de potecircncia em CC e CA 1996 - ALMEIDA Joseacute Luiz Antunes de Satildeo Paulo Eacuterica 1996 150 p
2 Dispositivos semicondutores diodos e transistores 1996 MARQUES Angelo Eduardo B
CHOUERI JUacuteNIOR Salomatildeo CRUZ Eduardo Cesar Alves Satildeo Paulo Eacuterica 1996 389 p
3 Anaacutelise e projeto de fontes chaveadas MELLO Luiz Fernando P de Satildeo Paulo Eacuterica 1996 487 p
4 Eletrocircnica de potecircncia circuitos dispositivos e aplicaccedilotildees 1999 RASHID Muhammad H Satildeo Paulo Makron Books 1999 828 p
5 Eletrocircnica de potecircncia 1994 - PALMA Guilherme Rebouccedilas da Satildeo Paulo Eacuterica 1994 259 p
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BOYLESTAD Robert L NASHELSKY Louis CAMARGO Joseacute Bueno de NASCIMENTO Joseacute Lucimar do PERTENCE JUNIOR Antonio (Coord) Satildeo Paulo Pearson Prentice Hall 2004 672 p
7 Rodrigues Isac Zilli Notas de aula da disciplina de Eletrocircnica II do Curso de Engenharia
Eleacutetrica da UPF Passo Fundo RS 2000
8 Ghirardello Ariovaldo Apostila sobre Modulaccedilatildeo PWM Coleacutegio Politec
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1 Dispositivos semicondutores tiristores controle de potecircncia em CC e CA 1996 - ALMEIDA Joseacute Luiz Antunes de Satildeo Paulo Eacuterica 1996 150 p
2 Dispositivos semicondutores diodos e transistores 1996 MARQUES Angelo Eduardo B
CHOUERI JUacuteNIOR Salomatildeo CRUZ Eduardo Cesar Alves Satildeo Paulo Eacuterica 1996 389 p
3 Anaacutelise e projeto de fontes chaveadas MELLO Luiz Fernando P de Satildeo Paulo Eacuterica 1996 487 p
4 Eletrocircnica de potecircncia circuitos dispositivos e aplicaccedilotildees 1999 RASHID Muhammad H Satildeo Paulo Makron Books 1999 828 p
5 Eletrocircnica de potecircncia 1994 - PALMA Guilherme Rebouccedilas da Satildeo Paulo Eacuterica 1994 259 p
6 Dispositivos eletrocircnicos e teoria de circuitos - 8 ed 2004 -
BOYLESTAD Robert L NASHELSKY Louis CAMARGO Joseacute Bueno de NASCIMENTO Joseacute Lucimar do PERTENCE JUNIOR Antonio (Coord) Satildeo Paulo Pearson Prentice Hall 2004 672 p
7 Rodrigues Isac Zilli Notas de aula da disciplina de Eletrocircnica II do Curso de Engenharia
Eleacutetrica da UPF Passo Fundo RS 2000
8 Ghirardello Ariovaldo Apostila sobre Modulaccedilatildeo PWM Coleacutegio Politec
9 Electronics Workbench Versatildeo 512
10 LabcenterElectronics 1989-2008 Release 75 SP3