Esquemas Eletrônicos

Os transistores bipolares diferem dos transistores a válvula e de efeito-de-campo em muitos aspectos importantes. Tanto as válvulas quanto os efeitos-de-campo são mecanismos acionados a voltagem. Isso significa que a energia aplicada deve ter uma oltagem que controle a placa ou a cotrente condutora. Além disso, no funcionamento normal das válvulas e efeitos-de-campo não é comum haver fluxo corrente na placa ou na entrada.

A corrente básica de emissão deve fluir em um circuito transistor bipolar a fim de que a corrente coletora também o faça. Em outras palavras, o transistor funciona de tal maneira que a corrente ociosa não assinalada no circuito coletor é obtida somente se houver um fluxo corrente no circuito básico de emissão.

Figura 1

Um simples Circuito de polarização de base para um transistor bipolar está indicado na Figura 1. Apesar de um transistor NPN ser indicado na ilustração, o mesmo circuito básico é usado para transistores PNP. A única diferença está na polaridade das tensões aplicadas (negativas, tanto na base como no coletor). (O mesmo vale para todos os circuitos de transistores bipolares discutidos neste capítulo; isto é, transistores NPN são indicados apesar de que transistores PNP podem também ser usados se as polaridades da tensão forem invertidas.)

A base do transistor na Figura 1 está ligada à tensão positiva de alimentação através de R1. O coletor está ligado à tensão positiva de alimentação atravésde R2. Existe um caminho completo para a corrente através de R3, dentro do emissor do transistor e, em seguida, através de R1 e R2. Em operação normal, a corrente de base que flui através de R1 deve ser muito menor que a corrente do coletor em vazio. Aqui a polarização direta é fornecida pela corrente emissor-base, através de R3 e R1.

O sinal de entrada através do capacitor de acoplamento C aumenta e diminui a tensão da base. Isto, por sua vez, causa um aumento e uma diminuição da corrente de base. Variando a corrente de base causa também uma variação da corrente de coletor, porém por uma quantia amplificada.

O resistor R, não polariza o circuito transistorizado. Ele é chamado resistor de estabilização do emissor. Sua finalidade é proteger o transistor de uma corrente excessiva no circuito do coletor. Se, por alguma razão, a temperatura do transistor aumentasse acima de um certo limite, a resistência do transistor iria diminuir. Isto iria fazer a corrente do coletor aumentar para um valor muito elevado. Aumentando-se a corrente do coletor, iria causar maior aquecimento do transistor provocando uma queda adicional de sua resistência. Muito rapidamente, o transistor seria danificado pela alta corrente do coletor.

Quando R3 está ligado no circuito do emissor, qualquer aumento importante na corrente contínua irá causar um aumento na tensão do emissor. No transistor NPN indicado, ele torna o emissor mais positivo, com relação à terra. Num transistor NPN, o emissor deve ser negativo, com relação à base, para permitir um fluxo de corrente de coletor. Tornar o emissor mais positivo tem o mesmo efeito que tornar a base menos positiva. Isto reduz a corrente do coletor e impede a sobrecarga térmica.

Alguns dos dispositivos amplificadores exigem uma tensão de polarização positiva no eletrodo de controle, enquanto outros exigem uma tensão de polarização negativa.

Quando você estiver procurando defeitos num circuito eletrônico, um dos métodos importantes que irá usar consiste em medir a tensão de polarização. Será necessário que você saiba se esta tensão deveria ser positiva ou negativa, antes de medi-la.

Você deve esforçar-se para memorizar as polaridades das tensões sobre os vários eletrodos dos dispositivos amplificadores. Para tornar isto mais fácil, resumimos as tensões típicas na Figura 1. Todos os dispositivos amplificadores que exigem uma tensão positiva no eletrodo de controle são indicados na primeira coluna e aqueles que exigem uma tensão negativa sobre o eletrodo de controle são indicados na segunda coluna. Na mesma ilustração indicamos a polaridade da tensão sobre os eletrodos de controle, de saída e de entrada (catodo, emissor, fonte).

Figura 1

A tensão sobre o eletrodo de entrada é sempre considerada zero com referência às outras tensões sobre os eletrodos. Para alguns dispositivos como os transistores bipolares NPN, você irá notar um sinal positivo sobre a base e um sinal positivo duplo sobre o coletor.

Isto significa que as tensões do coletor e da base são positivas. Porém, o coletor é mais positivo que a base. A mesma relação existe para os transistores com efeito de campo do tipo aumento.

Resumo

1. Válvulas e transistores não são operados continuamente à corrente contínua máxima de saída.
2. A tensão contínua de polarização na grade de uma válvula a vácuo determina o valor da corrente contínua de placa.
3. A corrente contínua de placa será menor que o valor máximo possível quando existe uma polarização contínua da grade.
4. A corrente contínua de polarização que flui no circuito da base de um transistor bipolar determina o valor da corrente contínua do coletor.
5. A corrente contínua do coletor será menor que o valor máximo possível quando há uma corrente continua normal de polarização da base.
6. A tensão contínua de polarização de um transistor FET será menor que o valor da corrente contínua de dreno.
7. A corrente contínua de dreno de um transistor FET será menor que o valor máximo possível quando há uma tensão contínua normal de polarização da porta.
8. Uma vez que a corrente contínua de saída é menor que o valor máximo possível, a mesma pode ser aumentada ou diminuída por um sinal.

A Figura 1 mostra dois tipos de alto-falantes usados em sistemas eletrônicos.
A Figura 1a mostra como opera um alto-falante dinâmico. Seu funcionamento é baseado no fato de que, quando uma corrente flui através de um condutor ou uma bobina, produz-se um campo magnético. Se fluir uma corrente de áudio através da bobina, o campo magnético variável da bobina reagirá com o campo do ímã permanente. Isso faz com que o cone do alto-falante se desloque para trás e para frente produzindo alterações na pressão do ar. As mudanças resultantes na pressão do ar são as ondas sonoras que produzem o som em seu ouvido.

Figura 1a

A Figura 1b mostra os componentes de um alto-falante eletrostático. Este alto-falante é formado por duas placas semelhantes às placas de um capacitor. Uma das placas é fixa e a outra está livre. Quando for aplicada uma tensão de áudio aos terminais do alto-falante, as duas placas são carregadas com polaridades diferentes. A placa móvel é atraída para a placa fixa, já que cargas opostas se atraem. As linhas pontilhadas mostram a posição da placa móvel durante os valores de picos da tensão. O cone volta para a posição original quando a tensão estiver em seu valor mínimo.

Figura 1b

Quando for aplicada uma tensão de áudio, o cone se desloca para trás e para frente e produz as ondas sonoras.

Resumo

1. Os transdutores piezoelétricos convertem uma força ou uma pressão em tensão.
2. Os transdutores fotoelétricos convertem a intensidade luminosa em tensão.
3. Os transdutores eletromagnéticos convertem o movimento em tensão.
4. Os transdutores termoelétricos convertem o calor em tensão.
5. Um microfone pode ser um transdutor passivo ou ativo.
6. Um alto-falante é um transdutor passivo.

Um microfone é um transdutor que converte ondas sonoras em ondas elétricas. As ondas elétricas podem ser amplificadas em sistemas eletrônicos e ouvidas usando um alto-falante.

Um alto-falante é um transdutor que converte impulsos elétricos em ondas sonoras. Já que o microfone produz uma tensão relacionada com um som, é possível ao transdutor ser tanto transdutor passivo quanto ativo. Os alto-falantes devem ser transdutores passivos, já que sua saída destina-se a produzir ondas sonoras. Lembre-se de que um transdutor ativo deve produzir uma tensão de saída relacionada a alguma entrada.

Um transdutor piezoelérico gera uma tensão que é diretamente relacionada com
o valor da força ou da pressão de entrada num cristal. A Figura 1ostra como uni transdutor pode ser usado como sensor para aceleração.

Um acelerômetro é uru transdutor projetado para operar como sensor de aceleração. No sentido científico da palavra, aceleração é a taxa de mudança de velocidade.

Figura 1

 No acelerômetro da Figura 1, um cristal piezoelétrico é usado como elemento sensor. Um peso importante apóia-se contra o cristal. Conforme pode ser visto na Figura 12 a, não há tensão de saida porque nào há esforço sobre o cristal. Quando ocorre uma aceleração conforme indicado na Figura 1b, o cristal é submetido a uma pressão. Isso ocorre porque o peso não pode ter aceleração instantânea. A tensão produzida pelo cristal depende do valor da pressão exercida pelo peso. Esta pressão, por sua vez, depende do valor da aceleração.

Ao invés de usar uma tensão contínua para operar um circuito de ponte, você pode usar uma tensão em corrente alternada, conforme indicado na Figura 1. Quando urna tensão em corrente alternada for usada, os braços das pontes podem ser resistências, capacitâncias ou impedâncias. Na Figura 1, um transdutor capacitivo é usado para medir o nível de um líquido. Este transdutor é semelhante ao indicado na Figura 1b.

 Ele é ligado num dos braços da ponte de corrente alternada. O capacitor variável C2 é ligado em outro braço. A teoria básica de operação continua a mesma. Se a ponte estiver balanceada, não haverá tensão alternada de saída e. Vamos supor que essa é a condição quando o tanque estiver cheio. Conforme o tanque começa a esvaziar-se, a capacitância de C1 muda. Isso faz com que a ponte se torne desbalanceada e produza uma alteração na tensão de saída e.

Figura 1

A tensão de saída pode ser usada no circuito de controle para enchimento do tanque, ou com um medidor calibrado para mostrar qual a quantidade de líquido no tanque.

Resumo

1. Uma ponte de Wheatstone pode ser usada para medir um valor desconhecido de resistência.
2. O circuito da ponte de Wheatstone pode também ser usado como um circuito de saída de um transdutor.
3. Uma das vantagens de usar a ponte de Wheatsione para um transdutor é que a tensão de saída não está afetada por mudanças na tensão de alimentação.
4. Com o circuito da ponte de Wheatstone pode ser usada uma tensão de alimentação contínua ou alternada.
5. Se transdutores capacitivos ou indutivos forem usados corno um dos braços da ponte, a tensão da alimentação deve ser alternada.

(Refira-se à Figura 1). É prática comum ligar transdutores passivos a um braço de um circuito em ponte conforme mostrado na Figura 1a. Esse circuito é chamado Ponte de Wheatstone. Uma de suas mais importantes aplicações consiste na medição de um valor desconhecido de resistência. Quando a corrente entre os pontos a e b estiver em zero, diz-se que a ponte de Wheatstone está balanceada. Nesta condição a seguinte equação é aplicada:

                                                              Rx = R1x R3
                                                                          R2
onde R,, R2 R3 e R = valores de resistências nas mesmas unidades, tais como: ohrns, kilohms ou megohms.
R = um valor desconhecido da resistência.

O procedimento para usar a ponte de Wheatstone para medir resistência é simples. O resistor desconhecido R é ligado dentro do circuito. Em seguida R3 é ajustado até que a corrente indicada pelo medidor esteja igual a zero, Isso significa que a ponte é balanceada. O valor da resistência R3 é lido na escala do medidor. Os valores de R1 e R2 são também conhecidos. Portanto, quando a ponte está balanceada, a equação acima pode ser usada para encontrar a resistência de R.

A ponte de Wheatstone é as vezes usada no lugar de um ohmímetro para medir valores de resistência em vista de sua maior precisão.

Alterando o valor de qualquer resistência na ponte provoca uma alteração na corrente de a a b na ponte. Isso significa que, quando a ponte estiver fora de balanceamento mento, existe uma tensão entre esses dois pontos. Lembre-se de que uma tensão é necessária para provocar um fluxo de corrente.

Figura 1

A Figura 1b mostra como a ponte de Wheatstone pode produzir uma alteração na tensão de saída quando ocorre uma alteração na temperatura. A alteração na temperatura provoca uma alteração na resistência do termistor. Quando a resistência do termistor altera-se, ocorre uma alteração na tensão de saída E porque a ponte torna-se desbalanceada.

O termistor e a ponte no sistema de controle da Figura 2 trabalham de acordo com este principio. O valor da tensão está diretamente ligado ao valor de desbalanceamento da ponte.

Figura 2

Com um transdutor indutivo a energia sendo controlada provoca uma alteraçào na indutancia de uma bobina. Transdutores indutivos são também chamados transdutores de relutância variável. Em alguns casos, um transdutor indutivo pode ser ati’ço, porem a discussão aqui limitar-se-á a transdutores passivos.

A indutância de uma bobina depende do número de espiras do fio na bobina a forma da bobina e o tipo de circuito magnético em volta do qual a bobina está enrolada. Inserindo um tarugo de ferro-doce no centro de uma bobina, aumenta-se sua indutância. Um transdutor indutivo é mostrado na Figura 1. Aqui uma aplicação de uma força externa faz com que o tarugo de ferro-doce seja deslocado para dentro ou para fora do centro da bobina.

Figura 1

Como no caso de transdutores capacitivos, você pode usar a alteração de indutância para obter urna alteração de tensão num circuito especial de ponte. Pode ser usado também de outra maneira, corno, por exemplo, alterando a leitura de um medidor.

Não existe um isolante perfeito. Se você aplicar uma tensão suficiente sobre qualquer material isolante como vidro ou ar o mesmo irá conduzir eletricidade.

Isto significa que existe um limite ao valor da tensão que se pode aplicar sobre um capacitor. Se a tensão for demais elevada, uma faísca irá pular entre as placas. Em alguns tipos de capacitores, esta faísca irá destruir o dielétrico isto é, o isolamento entre as placas do capacitor.

A tensão nominal de um capacitor é o valor da tensão que pode ser seguramente aplicada sobre o capacitor sem provocar uma faísca.

Você pode substituir um capacitor por outro com tensão nominal mais alta, mas nunca substituir um capacitor por outro de tensão nominal mais baixa.

Uma característica importante do fluxo de corrente de elétrons é que eles deixam a fonte de tensão no terminal negativo e voltam para a fonte no terminal positivo. Isso está indicado na Figura abaixo.

Pode-se considerar o terminal negativo como o local onde ocorre um excedente de elétrons. Estes repelem elétrons num condutor ligado a este terminal. O terminal

sitivo tem um déficit de elétrons e atrai elétrons. Portanto, os elétrons negativos afastam-se do terminal da tensão negativa e são atraídos em direção do terminal positivo.

Quando você acompanhar o caminho da corrente de elétrons, é preciso sempre começar no terminal negativo na fonte de tensão e terminar no terminal positivo. Se você puder completar o caminho, tem um circuito fechado. Se você não puder chegar ao terminal positivo, terá, então, um circuito aberto. O processo de seguimento do caminho de elétrons é chamado de acompanhamento de circuito.

Você deve poder acompanhar um circuito para poder localizar componentes defeituosos.

Na Figura acima, as setas indicam que a corrente deve fluir através dos resistores R e R2, para poder voltar ao terminal positivo. Diz-se que estes resistores estão em série. A corrente divide-se no ponto A e parte desta corrente flui através dos resistores R3 e R4. Diz-se que estes resistores estão em paralelo. No ponto B, as correntes de elétrons se unem e voltam para o terminal positivo. Quando existe um caminho completo para a corrente, temos um circuito fechado.