Fundamentos de Eletrônica: Filtros, Capacitores e Indutores

Tipos de Filtros Utilizados em Eletrônica

Os principais tipos de filtros utilizados em eletrônica são:

• Passa-Baixas: Filtros que deixam passar corrente contínua (CC) e bloqueiam corrente alternada (CA). São usados na construção de rádios e televisões.
• Passa-Altas: Permitem a passagem de CA e bloqueiam CC.
• Passa-Faixas: Permitem a passagem de apenas uma determinada faixa de frequência.

Capacitores: Características e Tipos

Características para Especificação de um Capacitor

As características que devem ser consideradas para especificar um capacitor são:

• Capacitância
• Tensão Nominal
• Tolerância
• Corrente de Fuga
• Coeficiente de Temperatura

Tipos de Capacitores

Os capacitores podem ser classificados quanto:

• Ao Dielétrico: Cerâmica, de filme, plástico, eletrolítico.
• À Variação da Capacitância: Fixos, ajustáveis e variáveis.
• À Polaridade: Polarizados e apolares.

Vantagem dos Capacitores Eletrolíticos

A grande vantagem dos capacitores eletrolíticos em relação aos outros é a sua alta capacitância específica com um preço razoável em comparação ao valor da sua capacitância.

Diferença entre Capacitores Variáveis e Ajustáveis

• Ajustáveis: A capacitância pode ser alterada mediante o uso de alguma ferramenta.
• Variáveis: A capacitância pode ser alterada pelo usuário ou técnico sem o uso de ferramentas específicas.

Conexão de Capacitores Polarizados em Corrente Contínua (CC)

Capacitores polarizados possuem polaridade definida (polo negativo e polo positivo marcados no invólucro). O polo positivo deve ser ligado ao terminal positivo do circuito e o polo negativo ao terminal negativo.

Se a ligação for feita invertida, o capacitor poderá ser danificado. Isso é indicado pelo inchaço de sua borracha de vedação ou pela explosão do capacitor.

Símbolos de Capacitores

Desenhe os símbolos normalmente utilizados para representar os capacitores polarizados, indicando os terminais positivo e negativo do capacitor.

Desenhe os símbolos normalmente utilizados para representar os capacitores apolares.

Comportamento do Capacitor em Circuitos

A Tensão no Capacitor Pode Variar Bruscamente?

Não, pois a corrente fornecida pela fonte teria que ser infinita, o que é impossível.

Comportamento em Corrente Contínua (CC) e Regime Permanente

Em regime permanente, o capacitor se comportará como um circuito aberto para a fonte, pois em corrente contínua ΔV/ΔT = 0.

Se o capacitor for alimentado em corrente alternada (CA), ele permanecerá carregando e descarregando periodicamente, com uma rapidez que dependerá da frequência.

Comportamento ao ser Conectado a um Circuito Energizado (Descarregado)

Comporta-se como um curto-circuito.

Oposição à Corrente Alternada (Reatância Capacitiva)

A oposição que o capacitor oferece à passagem de corrente alternada diminui à medida que aumentamos a frequência da fonte. A equação da corrente média do capacitor mostra que, para haver corrente de carga ou descarga, é preciso haver uma variação de tensão nos seus terminais.

Polaridade e Corrente durante Carga e Descarga

Quando o capacitor passa do estado de carga para o estado de descarga, a polaridade da tensão nos seus terminais se mantém constante, mas o sentido da corrente é invertido.

Faça o desenho do capacitor mostrando as duas situações (carga e descarga) com a polaridade da tensão e o sentido da corrente em cada um.

Análise de Circuitos RC Série

• Capacitor Totalmente Carregado (Vc=0 inicialmente): Consideramos o capacitor totalmente carregado no instante em que a diferença de potencial entre suas placas é praticamente igual à VCC. A partir desse instante, ele se comporta como um circuito aberto.
• Capacitor Totalmente Descarregado (VC ≠ 0 inicialmente): Consideramos o capacitor totalmente descarregado quando a tensão e a corrente no circuito caírem a zero.

Definição de Capacitância

É a propriedade de um dispositivo de se opor à variação de tensão.

Definições de "Constante de Tempo" (τ) de um Circuito RC Série

Define-se constante de tempo (τ) como:

1. O tempo necessário para que a tensão no capacitor, inicialmente descarregado, atinja 63,2% do valor da tensão da fonte.
2. O produto da resistência pela capacitância (τ = R * C).

Indutores: Características e Circuitos RL

Características para Especificação de um Indutor

As características que devem ser consideradas para especificar um indutor são:

• Indutância
• Corrente Nominal
• Tolerância
• Fator de Qualidade (Q)

Tipos de Indutores

Os indutores podem ser classificados quanto:

• Ao Tipo de Núcleo: Indutores com núcleo de ar, indutores com núcleos ferromagnéticos.
• À Variação da Indutância: Fixos, ajustáveis e variáveis.

Símbolos de Indutores

Desenhe os símbolos utilizados para representar os indutores com núcleo de ar e com núcleo ferromagnético.

A Corrente no Indutor Pode Variar Bruscamente?

Não, pois se houver variação brusca de corrente, a tensão da fonte teria que ser infinita. Se a corrente aumenta, o tempo de variação da corrente na bobina irá diminuir.

Comportamento em Corrente Contínua (CC) e Regime Permanente

Se o indutor for ligado a uma fonte CC, ele se comportará, em regime permanente (após carregado), como um curto-circuito para a fonte. Isso ocorre porque em corrente contínua ΔI/ΔT = 0 e, consequentemente, a tensão nos terminais do indutor é nula, não oferecendo nenhuma oposição à passagem de corrente.

Comportamento ao ser Conectado a um Circuito Energizado (Descarregado)

O indutor se comporta praticamente como um circuito aberto, pois não dá tempo de o indutor se carregar.

Oposição à Corrente Alternada (Reatância Indutiva)

A oposição que o indutor oferece à passagem de corrente alternada aumenta à medida que aumentamos a frequência da fonte. Justifique sua resposta utilizando a equação da tensão média do indutor.

Polaridade e Corrente durante Carga e Descarga

A tensão terá polaridade negativa no terminal por onde a corrente estiver entrando, e o sentido da corrente se mantém constante (durante a descarga, a tensão se inverte para tentar manter a corrente). Faça o desenho do indutor mostrando as duas situações (carga e descarga) com a polaridade da tensão e o sentido da corrente em cada um.

Análise de Circuitos RL Série

• Indutor Totalmente Carregado (i=0 inicialmente): No instante em que a tensão no indutor é igual a zero, a velocidade de variação da corrente também é zero. A corrente fica constante em um valor igual a VCC/R. Neste instante, o indutor está totalmente carregado, armazenando energia no seu campo magnético na forma de corrente elétrica (diferente do capacitor, que armazena energia no campo elétrico, na forma de tensão). Ele se comporta como um curto-circuito.
• Indutor Totalmente Descarregado (i ≠ 0 inicialmente): Quando a chave for comutada para a posição de descarga, a corrente começa a diminuir. No instante de tempo t = 5L/R (5 constantes de tempo), a tensão e a corrente caem praticamente a zero.

Definição de Indutância

É a propriedade que uma bobina possui de induzir tensão nela mesma pela variação da corrente que por ela circula.

Definições de "Constante de Tempo" (τ) de um Circuito RL Série

Define-se constante de tempo (τ = L/R) como:

1. O tempo necessário para que a corrente no indutor aumente de 0 até 63,2% da corrente final (dada por V/R).
2. Uma medida da lentidão com que a corrente responde a uma variação da tensão aplicada ao circuito.

Retificadores e Diodos Zener

Efeito do Filtro Capacitivo em Retificadores

Em um circuito retificador com filtro capacitivo, se aumentarmos o valor do capacitor de filtro ou do resistor de carga, a tensão na carga se tornará mais contínua (menor ripple).

• Quanto maior for a capacitância de filtro, mais contínua será a forma de onda na saída do filtro.
• Se mantivermos constante o valor do capacitor e variarmos o resistor de carga, quanto maior for o resistor de carga, mais contínua será a forma de onda da tensão na carga.

Especificação de um Diodo Zener

Para comprar um diodo Zener, devemos especificar:

• O valor da tensão Zener (Vz)
• A potência do diodo (Pz)

(Nota: 78xx = saída positiva; 79xx = saída negativa.)

Comportamento do Diodo Zener Polarizado Diretamente

Comporta-se como um diodo comum.

Comportamento do Diodo Zener Polarizado Inversamente

O diodo Zener apresenta dois comportamentos distintos, dependendo do valor da corrente reversa (Iz):

1. Antes de Izmin: Enquanto o valor da corrente reversa não atingir Izmin, uma variação da tensão reversa não produz variação significativa na corrente do diodo.
2. Após Izmin (Região Zener): Após a corrente atingir Izmin, uma pequena variação reversa aplicada causará uma grande variação da corrente reversa que circula pelo diodo Zener, mantendo a tensão (Vz) praticamente constante.

Função do Circuito Regulador de Tensão

A função do circuito regulador de tensão é compensar as variações de tensão existentes na entrada do circuito de modo a manter a tensão na sua saída constante, ou praticamente constante, mesmo que a corrente de carga varie.

Fontes de Tensão Estabilizadas com Diodos Zener

1. Fonte de tensão regulada com saída negativa que utiliza diodo Zener, retificador de onda completa em ponte e filtro capacitivo.