Aula 8 - EE - Capacitores

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<ul><li> 1. Eletricidade e Eletrnica </li></ul> <p> 2. Prof. Guilherme Nonino Rosa - Tcnico em Informtica pela ETESP Escola Tcnica de So Paulo - Graduado em Cincias da Computao pela Unifran Universidade de Franca no ano de 2000. - Licenciado em Informtica pela Fatec Faculdade de Tecnologia de Franca no ano de 2011. - Ps-Graduado em Tecnologia da Informao aplicada aos Negcios pela Unip-Universidade Paulista no ano de 2012. - Ps-Graduando em Docncia no Ensino Superior pelo Centro Universitrio Senac. 3. Atuao: - Docente da Faculdade Anhanguera desde Fevereiro / 2013 - Tutor EAD Anhanguera Educacional desde Maio / 2014 - Docente do Senac Ribeiro Preto desde fevereiro/2012. - Docente do Centro de Educao Tecnolgica Paula Souza, na Etec Prof. Jos Martimiano da Silva e Etec Prof. Alcdio de Souza Prado desde fevereiro/2010. 4. Contatos: Prof. Guilherme Nonino Rosa guinonino@gmail.com guilhermerosa@aedu.com http://guilhermenonino.blogspot.com 5. PEA Plano de Ensino e Aprendizagem 6. PLANO DE ENSINO E APRENDIZAGEM 7. EMENTA Eletrizao e cargas eltricas. Quantizao de cargas. Campo, potencial e diferena de potencial. Corrente eltrica. Componentes eltricos bsicos: capacitor, resistor e indutor. Carga e descarga de um capacitor - circuito RC. Dispositivos semicondutores: diodos e transistores. 8. Objetivos Conhecer os conceitos bsicos de eletricidade e eletrnica, seus componentes bsicos: capacitor, resistor, indutor, diodos e transistores. 9. Procedimentos Metodolgicos Aula expositiva Exerccio em classe Aula prtica. 10. Sistema de Avaliao 1 Avaliao - PESO 4,0 Atividades Avaliativas a Critrio do Professor Prticas: 03 Tericas: 07 Total: 10 2 Avaliao - PESO 6,0 Prova Escrita Oficial Prticas: 03 Tericas: 07 Total: 10 11. Bibliografia Padro 1) BOYLESTAD, Robert L.. Introduo Anlise de Circuitos.. 10 ed. So Paulo: Pearson, 2006. 12. Bibliografia Bsica Unidade Faculdade Anhanguera de Ribeiro Preto (FRP) 1) RAMALHO JR, F. Os Fundamentos da Fsica. 9 ed. So Paulo: Moderna, 2007. 2) HALLIDAY, David. Fsica 3. 5 ed. Rio de Janeiro: LTC - Livros Tcnicos e Cientficos, 2004. 13. Semana n. Tema 1 Apresentao da Disciplina e Metodologia de Trabalho. Conceitos bsicos de Eletricidade e Eletrnica. 2 Eletrizao e Cargas Eltricas. 3 Quantizao de Cargas. 4 Campo, Potencial e Diferena de Potencial. 5 Campo, Potencial e Diferena de Potencial. 6 Corrente Eltrica. 7 Componentes Eltricos Bsicos: Capacitor, Resistor e Indutor. 8 Componentes Eltricos Bsicos: Capacitor, Resistor e Indutor. Cronograma de Aulas 14. Semana n. Tema 9 Atividades de Avaliao. 10 Laboratrio - Instrumentao. 11 Laboratrio - Instrumentao. 12 Carga e Descarga de um Capacitor - Circuito RC. 13 Circuito RC. 14 Circuito RC. 15 Dispositivos Semicondutores: Diodos e Transistores. 16 Dispositivos Semicondutores: Diodos e Transistores. Cronograma de Aulas 15. Semana n. Tema 17 Dispositivos Semicondutores: Diodos e Transistores. 18 Prova Escrita Oficial 19 Exerccios de Reviso. 20 Prova Substitutiva. Cronograma de Aulas 16. Capacitor so componentes que em um circuito armazenam energia e sua tenso se torna igual da fonte de alimentao a qual esta conectado . Capacitor 17. FUNES DO CAPACITOR NO CIRCUITO ELETRNICO Os capacitores podem ser usados com filtro de fonte de alimentao, transformando corrente pulsante em contnua e tambm servem para bloquear C.C. e deixar passar apenas C.A. Quanto maior o valor do capacitor ou a frequncia da C.A., mais fcil para passar pelo capacitor. Tambm so usados para sintonizar determinados circuitos. 18. FIGURA 10.3 Circuito simples com duas placas. Este element constitudo apenas por duas placas condutoras paralelas separada pelo vcuo ou por um material isolante (dieltrico). Capacitncia uma medida de quantidade de carga que o capacitor pode armazenar em suas placas. onde A a rea das placas em metros quadrados; d a distncia entre as placas em metros e o comprimento do ncleo em metros e r a permissividade relativa (depende do isolante ou dieltrico). Capacitncia: (em Farad, F) d A =C r 12- 8,85x10 Capacitncia 19. FIGURA 10.4 Michael Faraday. Um grande cientista experimental, que nunca recebeu educao formal, comeou sua carreira como tcnico de laboratrio do Royal Institute, em Londres. Interessado no estudo da interao entre campos eltricos e magnticos descobriu a lei da induo, a partir da observao de que campos magnticos variveis no tempo produzem campos eltricos (princpio em que se baseiam os geradores eltricos, utilizados at hoje). Descobriu tambm as correntes auto-induzidas e introduziu os conceitos de linhas e campos de fora magntica. Recebeu mais de cem prmios acadmicos e cientficos, tendo se tornado um Fellow da Royal Society ainda muito jovem, aos 32 anos. 20. CAPACITNCIA (VALOR DOS CAPACITORES) a propriedade do capacitor em armazenar cargas eltricas, quando aplicamos uma tenso nos seus terminais. medida em Farad (F). Porm esta unidade muito grande e na prtica apenas so usadas as subunidades abaixo: 1 - Microfarad (F) a maior unidade, sendo usada nos capacitores de alto valor (eletrolticos) 2 - Nanofarad (nF ) ou (KpF) mil vezes menor que o F, sendo usada nos capacitores comuns de mdio valor. 3 - Picofarad (pF) um milho de vezes menor que o F, sendo usada nos capacitores comuns de baixo valor. Como a relao entre elas mil, basta levar a vrgula trs casas para a esquerda ou para a direita: Ex: 0,033 F = 33 nF ; 1.500 pF = 1,5 nF ; 100 nF = 0,1 F 21. Capacitor 22. FIGURA 10.10 Estrutura bsica de um capacitor de mica. Tipos de Capacitores Mica Construdo basicamente por placas de micas separadas por lminas metlicas, que constituem as placas. Estas so conectadas a dois terminais, como vemos na figura ao lado. A rea total a rea de uma das lminas multiplicada pelo nmero de lminas do dieltrico. 23. FIGURA 10.11 Capacitores de mica. (Cortesia da Custom Electronics Inc.) O processo de enrolar a mica, obtendo um formato de capacitor cilndrico, se deve ao processo pelo qual as impurezas solveis que contaminam a mica natural so removidas, resultando em uma estrutura semelhante ao papel. Tipos de Capacitores 24. FIGURA 10.12 Capacitores de disco de cermica: (a) fotografia; (b) estrutura interna. Tipos de Capacitores Cermica Possuem internamente um lmina de cermica. So usados em circuitos que trabalham com altas frequncias. A maioria dos capacitores de cermica usados nos aparelhos eletrnicos possuem baixa capacitncia, de alguns picofarads at cerca de 2F e com tenses altas de 5000V ou mais. 25. FIGURA 10.17 Capacitor de filme de polister. Tipos de Capacitores Filme de Polister formado internamente por uma tirinha de polister enrolada com duas tirinhas de papel metlico. Estes capacitores possuem valor mdio, geralmente entre 1 nanofaraf (nF ou kpF) a 2,2 microfarad (F). No tem polaridade e so usados nos circuitos que trabalham em frequncias mais altas. Antigamente estes capacitores possuam anis coloridos no corpo, sendo chamados de "zebrinha". Hoje em dia este tipo no mais usado. 26. Estes tipos possuem alta capacitncia (valor) e so polarizados. Eles vm com o valor indicado em microfarad (F). So usados em filtros ou acoplamento em circuitos de baixa frequncia ou em circuitos temporizadores. De acordo com a posio dos terminais do capacitor eletroltico, podemos classific-lo em radial ou axial. Possuem uma faixa no corpo que na maioria dos casos indica o plo negativo dele. Eletroltico Tipos de Capacitores 27. TENSO DE TRABALHO a mxima tenso que o capacitor pode receber nos seus terminais sem estourar. No circuito o capacitor sempre trabalha com uma tenso menor que a indicada no corpo dele. Na troca de um capacitor, sempre o faa por outro com a mesma tenso ou com tenso superior. 28. FIGURE 10.14 MONOLITHIC CHIP CAPACITORS. (COURTESY OF VITRAMON, INC.) Robert L. Boylestad Introductory Circuit Analysis, 10ed. Copyright 2003 by Pearson Education, Inc. Upper Saddle River, New Jersey 07458 All rights reserved. Tipos de Capacitores Monoltico So capacitores com estruturas de um nico mdulo, utilizado em circuitos hbridos(CIs). 29. FIGURE 10.19 VARIABLE AIR CAPACITORS. [PART (A) COURTESY OF JAMES MILLEN MANUFACTURING CO.; PART (B) COURTESY OF JOHNSON MANUFACTURING CO.] Robert L. Boylestad Introductory Circuit Analysis, 10ed. Copyright 2003 by Pearson Education, Inc. Upper Saddle River, New Jersey 07458 All rights reserved. Tipos de Capacitores Alguns capacitores variveis utilizam como dieltrico o ar. A capacitncia modificada girando o eixo, o que faz variar a rea comum s placas fixas e mveis. Capacitores variveis. 30. FIGURE 10.20 DIGITAL READING CAPACITANCE METER. (COURTESY OF BK PRECISION, MAXTEC INTERNATIONAL CORP.) Robert L. Boylestad Introductory Circuit Analysis, 10ed. Copyright 2003 by Pearson Education, Inc. Upper Saddle River, New Jersey 07458 All rights reserved. Medidas e testes Utilizado para medir a capacitncia, bastando conectar o capacitor aos terminais do aparelho, obedecendo a polaridade correta. Identificamos tambm o estado de um capacitor, efetuando testes de leitura de resistncia, quando a mesma estiver baixa ou zerada, o capacitor estar defeituoso. 31. O valor do capacitor,"B", de 3300 pF (picofarad = 10-12 F) ou 3,3 nF (nanofarad = 10-9 F) ou 0,0033 F (microfarad = 10-6 F). No capacitor "A", devemos acrescentar mais 4 zeros aps os dois primeiros algarismos. O valor do capacitor, que se l 104, de 100000 pF ou 100 nF ou 0,1F. Fazendo leitura de um capacitor 32. Capacitores usando letras em seus valores O desenho ao lado, mostra capacitores que tem os seus valores, impressos em nanofarad (nF) = 10-9F. Quando aparece no capacitor uma letra "n" minscula, como um dos tipos apresentados ao lado por exemplo: 3n3, significa que este capacitor de 3,3nF. No exemplo, o "n" minsculo colocado ao meio dos nmeros, apenas para economizar uma vrgula e evitar erro de interpretao de seu valor. Multiplicando-se 3,3 por 10-9 = ( 0,000.000.001 ), teremos 0,000.000.003.3 F. Para se transformar este valor em microfarad, devemos dividir por 10-6 = ( 0,000.001 ), que ser igual a 0,0033F. Para voltarmos ao valor em nF, devemos pegar 0,000.000.003.3F e dividir por 10-9 = ( 0,000.000.001 ), o resultado 3,3nF ou 3n3F. Para transformar em picofarad, pegamos 0,000.000.003.3F e dividimos por 10-12, resultando 3300pF. Alguns fabricantes fazem capacitores com formatos e valores impressos como os apresentados abaixo. O nosso exemplo, de 3300pF, o primeiro da fila. 33. Note nos capacitores acima, o aparecimento de uma letra maiscula ao lado dos nmeros. Esta letra refere-se a tolerncia do capacitor, ou seja, o quanto que o capacitor pode variar de seu valor em uma temperatura padro de 25 C. A letra "J" significa que este capacitor pode variar at 5% de seu valor, a letra "K" = 10% ou "M" = 20%. 34. Cdigos de tolerncias de capacitncia. 35. Coeficiente de temperatura "TC" Define a variao da capacitncia dentro de uma determinada faixa de temperatura. O "TC" normalmente expresso em % ou ppm/C ( partes por milho / C ). usado uma sequncia de letras ou letras e nmeros para representar os coeficientes. Os capacitores ao lado so de coeficiente de temperatura linear e definido, com alta estabilidade de capacitncia e perdas mnimas, sendo recomendados para aplicao em circuitos ressonantes, filtros, compensao de temperatura e acoplamento e filtragem em circuitos de RF. 36. Na tabela abaixo esto mais alguns coeficientes de temperatura e as tolerncias que so muito utilizadas por diversos fabricantes de capacitores. 37. Outra forma de representar coeficientes de temperatura Os coeficientes so tambm representados exibindo sequncias de letras e nmeros, como por exemplo: X7R, Y5F e Z5U. Para um capacitor Z5U, a faixa de operao de +10C que significa "Temperatura Mnima", seguido de +85C que significa "Temperatura Mxima" e uma variao "Mxima de capacitncia", dentro desses limites de temperatura, que no ultrapassa - 56%, +22%. 38. Capacitores de Polister Metalizado usando cdigo de cores No capacitor "A", as 3 primeiras cores so, laranja, laranja e laranja, correspondem a 33000, equivalendo a 33 nF. A cor branca, logo adiante, referente a 10% de tolerncia. E o vermelho, representa a tenso nominal, que de 250 volts. </p>