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EElleettrrôônniiccaa IInndduussttrriiaall
EletroeletrônicaOperador de Montagem de Placas Eletrônicas
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Coordenação do ProgramaBeth Callia
Supervisão PedagógicaAlfredo Vrubel
ColaboraçãoZita Porto Pimentel
Autoria deste CadernoAldo Santos Pereira
Revisão de textoNONONON
Produção gráficaMDcomunicaçãototal
R. Heitor Penteado, 10305437-000 São Paulo SP
www.md.com.br
EditoraçãoLASER PRESS
Av. Goethe, 71/80690430-100 Porto Alegre, RS
ApoioMEC - Ministério da Educação
PROEP - Programa de Expansão daEducação Profissional
Realização
Al. Tietê, 618 casa 101417-20 São Paulo SP
www.formare.org.br
Iniciativa
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O Programa Formare tem a missão de desenvolver as
potencialidades de jovens de 15 a 17 anos para integrá-los à
sociedade como profissionais e cidadãos. Constituído por escolas
independentes, localizadas junto às unidades fabris das empresas
parceiras, sob a coordenação geral e técnica da Fundação Iochpe,
oferece oportunidade de formação profissional e de inserção social.
Os alunos Formare, residentes em comunidades vizinhas às
empresas, são encaminhados ao mercado de trabalho e
acompanhados em seu período inicial de atividade.
As primeiras escolas foram criadas pela Iochpe-Maxion S.A., em
1988, no Rio Grande do Sul e em São Paulo. A partir de 1995, o
Programa passou a buscar o aperfeiçoamento dos cursos oferecidos
e o crescimento em âmbito nacional, em um processo comparável à
lapidação de uma pedra bruta para transformá-la em puro
diamante.
Como modelo vitorioso de franquia social, o Formare já se encontra
com mais de duas dezenas de escolas implantadas no Brasil e na
Argentina. Cerca de 85% dos jovens formados empregaram-se em
pequenas, médias e grandes empresas, triplicaram sua renda em
três anos, e muitos prosseguiram seus estudos até o nível superior.
Os cursos e materiais pedagógicos Formare são estruturados de
acordo com as linhas do Programa de Expansão da Educação
Profissional do Ministério de Educação (PROEP/MEC), bem como
dos princípios da educação tecnológica contemporânea. Assim, os
cursos Formare ajudam a desenvolver características essenciais para
um bom desempenho profissional: multifuncionalidade,
flexibilidade, comunicabilidade, responsabilidade e criatividade,
com base em pesquisa para identificar as carências e necessidades
do mundo do trabalho nas regiões em que as escolas são
implantadas.
FFoorrmmaarree -- UUmmaa EEssccoollaa ppaarraa aa VViiddaa
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IInnttrroodduuççããoo
7
Com este caderno, pretende-se introduzir o aluno Formare no mundo
da eletrônica industrial. Para isso, os conceitos básicos são
apresentados da forma mais clara e objetiva possível, incluindo-se
analogias* para facilitar sua compreensão.
Ao contrário de outros ramos da eletrônica, que estão inseridos
corriqueiramente em nossas vidas, a eletrônica industrial se encerra no
interior das fábricas, com equipamentos de automação extremamente
miniaturizados convivendo com grandes máquinas elétricas que fazem
parte desse universo barulhento e produtivo. Só quem transita nesse
meio é capaz de vislumbrar as dimensões envolvidas.
Ao longo do aprendizado, o aluno descobrirá um novo horizonte e,
a cada momento, novidades surgirão à sua frente. Cada nova
descoberta representará um passo no caminho que deverá seguir até
conseguir desbravar totalmente este complexo universo.
A incorporação da eletrônica na indústria representou um grande
avanço tecnológico. Esta ciência ajuda a controlar grandes máquinas
e a automatizar operações extremamente críticas, que poderiam
representar risco ao operador de um equipamento . O controle
eletrônico de mecanismos melhora a produtividade, diminui o stress
dos operadores e aumenta vida útil da máquina em si. Trata-se, assim,
de um imenso campo de trabalho a ser explorado.
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1 SEMICONDUTORES 11
1.1 Condutores, Isolantes e Semicondutores 12
2 DIODOS E TRANSISTORES 21
2.1 Diodos e Transistores 22
3 SENSORES ELETRÔNICOS 35
3.1 Sensores Óticos e Transdutores 36
4 CIRCUITOS INTEGRADOS 49
4.1 Circuitos Integrados 50
5 MOTORES ELÉTRICOS CA 61
5.1 Tipos de Motores E Suas Formas de Acionamento 625.2 Partes e Componentes dos Motores, Procedimentos para a Ligação e Verificação 66
6 DISPOSITIVOS DE COMANDO, PROTEÇÃO E CHAVEAMENTO 77
6.1 Procedimentos e Normas de Segurança para Análise Teste de Circuito de Máquinas 786.2 Identificação e Caracterização de Dispositivos de Comandos, Proteção e Chaveamento 826.3 Confecção de Relatórios 91
7 CIRCUITOS DIGITAIS E CLPs 93
7.1 Lógica de Funcionamento da Eletrônica Analógica e Digital 947.2 Características e Grandezas de Circuitos Digitais e Microprocessadores 967.3 CLP's 987.4 Tendências Futuras da Eletrônica 100
8 BIBLIOGRAFIA 105
9 GLOSSÁRIO 109
10 GABARITOS 113
ÍÍnnddiiccee
10
1SSeemmiiccoonndduuttoorreess1.1 Condutores, Isolantes e Semicondutores
Área de Eletroeletrônica - ELETRÔNICA INDUSTRIAL
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1.1 CONDUTORES, ISOLANTES E SEMICONDUTORES
As substâncias comportam-se de formas diferentes com a passagem
da corrente elétrica. Alguns materiais permitem a passagem da
corrente elétrica e são chamados de condutores. Outros impedem a
passagem da corrente elétrica e são chamados de isolantes.
Para compreender o que ocorre em um condutor ou em um isolante,
é necessário estudá-los em seu modelo atômico.
Observa-se, nesse modelo atômico simples, que os elétrons giram
em torno de um núcleo, em órbitas que se encontram mais próximas
ou afastadas dele. É possível, então, dizer que os elétrons estão
distribuídos em camadas.
Os condutores metálicos possuem os elétrons da última camada livres,
isto é, eles podem facilmente transitar de um átomo para outros. E,
efetivamente, fazem isso o tempo todo – esta é uma característica do
tipo de ligação cristalina que existe nos metais. Os isolantes são
materiais cujos elétrons da última camada encontram-se firmemente
ligados aos seus átomos de origem, o que torna muito difícil o "pulo"
de elétrons de um átomo para outro. Os isolantes, sob condições
extremas, podem se comportar como condutores, geralmente quando
são expostos a diferenças de potencial muito grandes.
1SSeemmiiccoonndduuttoorreess
Figura 1.1 - Modelo atômico de Bohr.
Figura 1.2 – Rede cristalina metálicaenvolta em uma nuvem eletrônica.
Existem condutores que não são metálicos e também condutores emque os principais elementos de condução não são os elétronspropriamente ditos, mas os íons*, como é o caso das soluçõeseletrolíticas e dos gases ionizados.
Os semicondutores são materiais que, sob baixas temperaturas,próximas do zero absoluto, comportam-se da mesma maneira queos isolantes, isto é, têm seus elétrons na última camada, elétrons devalência*, firmemente ligados aos seus átomos de origem. Devido àestrutura cristalina desses materiais, suas camadas de valência seencontram preenchidas. No entanto, quando a temperatura começaa subir, alguns elétrons "pulam" para a camada seguinte, ficandolivres. E o material, então, passa a conduzir a eletricidade, atravésde dois tipos de portadores: os elétrons livres e as lacunas.
As lacunas são os espaços deixados pelos elétrons que ascenderamde camada. É possível, então, elaborar um modelo mental em que acorrente seja fruto do movimento desses espaços na rede cristalina.
Para entender estes modelos que provêm da física quântica*, é útillançar mão de analogias*, como o modelo da garagem dofísico Shockley. Nele, os elétrons de valência fixos sãorepresentados como carros estacionados no andar de baixode uma garagem, e os elétrons livres da banda decondução como os carros no andar imediatamente superior.A banda de valência de um semicondutor ou isolante,submetido a temperatura muito baixa, é representada porum andar inferior totalmente ocupado por automóveis, e umandar superior vazio, que corresponde à banda decondução. No andar de baixo não há nenhum movimentoporque está lotado e, no andar de cima, também não hámovimento pela ausência de automóveis.
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Figura 1.4 - Estrutura cristalina dosilício (semicondutor). As esferasgrandes são as carcaças atômicas*,enquanto as esferas pequenasrepresentam os elétrons de valência.
Figura 1.5 - Estrutura do silício à baixa temperaturaem uma representação bidimensional.
Figura 1.3 – À esquerda soluções eletrolíticas onde os elementos de condução sãoos íons. À direita pode-se observar uma lâmpada em que um gás é percorrido porcorrente elétrica e os importadores livres são íons positivos e elétrons.
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Quando um carro é elevado ao andar de cima, através de um
aumento de temperatura, torna-se possível o movimento de carros
em cima e embaixo.
Figura 1.6 -Modelo da garagem para isolantes e semicondutores a temperaturasmuito baixas.
Figura 1.8 - Modelo da garagem para um semicondutor que sofreu elevação detemperatura.
Figura 1.7 - Estrutura cristalina do silício sofrendo odesprendimento de um elétron para a banda decondução devido à variação de temperatura.
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Além da condutividade intrínseca* do semicondutor, devido à excitação
térmica, há também a condutividade provocada pela introdução de
substâncias estranhas em sua rede cristalina. O acréscimo proposital de
impurezas denomina-se dopagem. Para a dopagem dos cristais de
silício e germânio são especialmente adequados os elementos químicos
dos grupos III e V da Tabela Periódica*.
Podem, então, ser acrescidos elementos doadores ou aceitadores.
Os doadores são do grupo V e os aceitadores são do grupo III.
Quando um cristal semicondutor é dopado com fósforo, por
exemplo, que é do grupo V, os elétrons de valência, que no fósforo
são cinco, participam como antes da ligação dupla com os átomos
de silício vizinhos. Porém, para essa ligação, só são necessários
quatro elétrons, de tal forma que sobra um. Nesse caso, porém, não
se origina lacuna alguma, porque não falta elétron algum nas
ligações de valência com os átomos de silício. Somente o número de
elétrons livres se eleva. Como os elétrons são responsáveis pela
condutividade, diz-se que o silício, assim dopado, é do tipo N.
Figura 1.9 - Introdução de um átomo de fósforo na rede cristalina do silício e nomodelo da garagem.
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Quando é introduzido um elemento do grupo III, como o alumínio, por
exemplo, que possui apenas três elétrons na camada externa, uma
ligação de valência fica necessariamente incompleta. Faltam elétrons
numa ligação dupla ou, em outras palavras, origina-se uma lacuna.
Uma ligação dupla incompleta, provocada por um átomo de apenas
três elétrons de valência, só pode ser completada por um elétron de
uma ligação vizinha se esse elétron receber energia. Portanto, a
falha da ligação dupla (lacuna) estará sempre mudando de lugar no
cristal silício. É possível, então, raciocinar da mesma forma que no
caso do elétron excedente. A lacuna está fracamente ligada ao
átomo de alumínio, tornando-se livre, isto é, podendo se mover
livremente na estrutura do silício. Convém salientar que a lacuna
representa a falta de um elétron. Portanto, na rede cristalina existirá
um excesso de cargas positivas, podendo-se comparar o movimento
da lacuna com o movimento de uma carga positiva. Sendo assim,
este tipo de dopagem origina um semicondutor do tipo P.
Figura 1.10 - Introdução de um átomo de alumínio na rede de silício, representadocomo ausência de elétron ou presença de lacuna, e o modelo da garagem.
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Da junção física de semicondutores do tipo P e do tipo N, surgem os
diferentes tipos de componentes semicondutores, que são a base da
eletrônica contemporânea. Convém, portanto, observar o que
ocorre exatamente no ponto de junção.
Constrói-se, então, um semicondutor com duas metades de tipos
diferentes, uma N e a outra P. Se de um lado existe a mesma
quantidade de elétrons livres que de lacunas do outro lado,
imediatamente o semicondutor como um todo ficará neutro, pois os
elétrons livres e as lacunas inverterão suas posições em torno do
limite PN. Essa região é chamada de zona de carga espacial, região
de transição, região de barreira de potencial, região de cargas
descobertas. Possui um potencial próprio da ordem de 0,6V para o
silício e 0,2V para o germânio. A junção terá uma propriedade
elétrica bastante interessante: permitirá a passagem da corrente
elétrica em um sentido e a bloqueará no sentido oposto. É bom
salientar que é necessária uma fonte de tensão de potencial maior
do que o potencial da zona de carga espacial, para que exista a
passagem de corrente no sentido direto.
Os semicondutores representam um avanço na área de eletrônica.
Antes deles existiam as válvulas eletrônicas*, que eram dispositivos
com uma vida útil bastante reduzida.
Figura 1.11 – À esquerda, junção com polarização direta. À direita, junção compolarização inversa.
Figura 1.12 – Válvulas eletrônicas.
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Os semicondutores são dispositivos em estado sólido, isto é, não têmpeças móveis e nem filamentos que devam ser aquecidos. Sãobastante resistentes a impactos, funcionam relativamente bem nasdiversas temperaturas possíveis na terra, são muito pequenos,utilizam na sua fabricação muito pouca matéria-prima e, quandosão produzidos em larga escala, têm um custo bastante reduzido.
Os semicondutores são utilizados de maneira intensiva no mundomoderno, seja em equipamentos de uso doméstico, na educação, naindústria, na informação, nas artes, na medicina, na engenharia,nos esportes. Nos dias de hoje é impensável a existência de circuitoseletrônicos não baseados em semicondutores. Os semicondutores,inclusive, podem ser utilizados para a geração de energia a partirda luz solar, e também servem como elemento de refrigeração,permitindo a construção de refrigeradores em estado sólido.
O processo de fabricação dos semicondutores consiste na deposiçãodas impurezas que transformaram um cristal do silício puro em umcristal do tipo N ou P. A quantidade de impurezas colocadas é muitopequena, da ordem de um átomo de impureza para cada milhãode átomos de silício.
Um dos processos mais sofisticados de fabricação consiste napurificação do silício, onde ele é refinado por zonas. Após apurificação e o silício derretido, provoca-se, a seguir, a formação(crescimento) que resulta em um Monocristal *. A fusão do silício éfeita em um cadinho especial, sendo, nesta fase, adicionadas asquantidades precisas da impureza desejada. Com a introdução deuma "Semente" cristalina, um pequeno cristal do semicondutor,forma-se o Monocristal. Tem lugar, a seguir, a retirada doMonocristal, conforme figura seguinte, o que é feito lentamente. Ocristal já crescido pode ser cortado, então, em fatias (discos) e polido.
Figura 1.13 - Discos de silício puro dentro de umtubo de quartzo.
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EXERCÍCIOS RESOLVIDOS
1.1 O que são elétrons livres em uma rede cristalina de silício?
Os elétrons livres em uma rede cristalina de silício são elétrons da
camada de valência que, por algum motivo, conseguiram se
desprender da ligação com átomo vizinho e passaram para a
banda de condução, podendo se movimentar livremente pelo cristal.
1.2 Qual a diferença entre um semicondutor e um isolante?
Com um aumento de temperatura, o semicondutor pode começar a
conduzir, enquanto que o material isolante precisa de muito mais
energia para isso.
1.3 O que é uma junção PN?
Quando um cristal do tipo P é unido a um cristal do tipo N.
EXERCÍCIOS PROPOSTOS
1.4 O que é polarização inversa?
1.5 Qual a característica mais "interessante" de umajunção PN?
1.6 Quais os elementos químicos mais utilizados comosemicondutores?
1.7 O que significa dopar um semicondutor?
1.8 Citar algumas vantagens dos semicondutores sobreas válvulas.
1.9 Uma lacuna é a mesma coisa que um próton livre?
EExxeerrccíícciiooss
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1.10 Utilizar duas pilhas ligadas em série, um resistor de100 Ω, um multímetro (na escala de 200 mA), um condutormetálico, um isolante e um dispositivo semicondutor(diodo). Realizar o seguinte procedimento: a) montar ocircuito da figura abaixo; b) colocar, respectivamente, ocondutor, o isolante e o semicondutor (em polarizaçãodireta e inversa) na região de teste. Anotar os resultados eas conclusões obtidas.
2DDiiooddooss ee TTrraannssiissttoorreess
2.1 Diodos e Transistores
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22
2.1 DIODOS E TRANSISTORES
Os diodos e transistores são aplicações diretas da tecnologia dos
semicondutores, utilizando as junções PN.
Os diodos
Os diodos são compostos por uma única junção PN, devidamente
acondicionada em um invólucro resinoso, vítreo ou metálico. São
chamados de diodos por possuírem dois terminais ou eletrodos. Podem
ser de vários tipos: diodo Retificador, diodo Zener, diodo emissor de luz
(led), diodo de contato de ponta (diodo sinal), entre outros .
A polarização direta permite que o diodo conduza a corrente elétrica
facilmente, oferecendo uma resistência baixa. No caso de uma
polarização inversa, o diodo oferece alta resistência à passagem da
corrente elétrica.
2DDiiooddooss ee TTrraannssiissttoorreess
Figura 2.1 - Invólucros típicos de diodos comerciais.
Figura 2.2 - À esquerda, diodo polarizado diretamente; à direita diodo polarizadoinversamente.
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No caso da polarização direta, variando-se a tensão aplicada ao
diodo e medindo-se no circuito, ao mesmo tempo, em um voltímetro
e em um amperímetro conectados, conforme o item (a) da figura
2.3, podem ser medidas a tensão nele aplicada e a corrente que
circula. Também é possível levantar experimentalmente a curva que
traduz a corrente i em função da tensão v, como mostra o item (b)
da figura 2.3.
A curva mostrada no item (b) da figura anterior é peculiar ao diodo
junção, variando de um tipo para outro nos seus valores de tensão
e corrente, embora sua forma básica se mantenha sempre a mesma.
Na mesma experiência com a polarização inversa, surgem curvas
onde os valores negativos da corrente e da tensão indicam a
polarização inversa, isto é, uma tensão maior no terminal N do que
no terminal P e uma corrente circulando no sentido contrário do
primeiro caso. A intensidade dessa corrente é, inicialmente, muito
baixa, por isso é utilizado um microamperímetro para a medição. A
curva característica levantada estará traçada no terceiro quadrante
*. O aspecto da curva é mais ou menos o mesmo para todos os tipos
de diodo, variando os valores para cada diodo especificamente.
Figura 2.3 – À esquerda, circuito para levantar a curva característica de um diodo.À direita, a curva característica de um diodo de silício (polarização direta).
Figura 2.4 - Circuito para levantar acurva característica de um diodo(polarização inversa).
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Nas curvas a seguir, observa-se que, inicialmente, a corrente inversa é
praticamente nula. Porém, a partir de um dado valor de tensão, a
corrente se intensifica abruptamente. Este valor marcado como VZ é
chamado de tensão Zener, ou tensão de ruptura, onde inicia o efeito
chamado avalanche, que provoca a destruição da maioria dos diodos.
A reunião das curvas de polarização direta e polarização inversa
resulta na curva característica completa de um diodo, como na
figura a seguir.
Figura 2.5 - Curvas características de um diodo de Germânio (à esquerda) e umdiodo de Silício (à direita).
Figura 2.6 - Curva característica completa de um diodo de Silício. Observe que agrandeza tensão elétrica está representada em volts à esquerda e em milivolts àdireita.
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O diodo retificador
O diodo retificador é um dispositivo semicondutor que possui uma
única junção PN. É construído para suportar uma razoável corrente
direta e resistir a uma considerável tensão reversa.
O diodo retificador é utilizado para retificar a tensão alternada, isto
é, torná-la contínua, fazendo com que a tensão alternada fique
somente com semiciclos positivos.
A seguir é apresentado um circuito retificador elementar,
constituído apenas de um transformador, um diodo retificador e
um resistor de carga.
Figura 2.7 - Símbolo de um diodo retificador.
Figura 2.8 - Circuito retificador de meia onda
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Na figura a seguir são representados os níveis de tensão na entrada
do circuito, sobre o diodo e a sobre a carga, ao longo do tempo.
Observa-se que, enquanto a carga recebe todo o potencial,
praticamente nada é aplicado sobre o diodo e vice-versa.
O diodo Zener
Quando uma junção PN é exposta a uma diferença de potencial
muito grande, de maneira inversa, a barreira de potencial que
impede a condução de corrente elétrica se rompe, fenômeno
chamado de avalanche. Pois o diodo Zener é constituído de tal
forma que opera sem problemas por avalanche, com níveis de
tensão inversa definidos pelo fabricante.
Figura 2.9 - Tensão nos diversos pontos do circuito.
Figura 2.10 – Símbolos do diodo Zener.
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Uma característica importante do diodo Zener é que a tensão
inversa aplicada sobre seus terminais se mantém constante no valor
Zener, possibilitando, assim, a sua aplicabilidade na regulação de
níveis de tensão.
A curva característica de um diodo Zener é semelhante à curva
genérica do diodo. Este, normalmente, opera com tensão inversa
nas proximidades da tensão Zener, que o fabricante define com
tolerâncias de fabricação e que podem ser de 10%,5%,1% ou ainda
menores, dependendo do tipo de aplicação e da tecnologia
empregada em sua fabricação.
No circuito a seguir, o diodo Zener é utilizado como proteção de
sobrecarga, especialmente nos casos em que é difícil dimensionar o
fusível para interromper o circuito, no caso de uma sobrecarga e, ao
mesmo tempo, não se romper quando operado, continuamente, no
valor máximo de corrente. No circuito abaixo, foi escolhido um
fusível que está afastado do ponto de fusão, quando o circuito opera
no valor máximo de corrente. E foi colocado em paralelo com a
carga um diodo Zener com tensão um pouco superior à tensão
máxima permitida para carga. Havendo um surto* de voltagem,
essa tensão é ultrapassada, atingindo a tensão Zener, e o diodo
Zener oferece uma resistência muito menor que a carga. Com isso,
a corrente aumenta muito e funde o fusível que abre o circuito.
Figura 2.11 – Alguns tipos diversos de diodos Zener.
Figura 2.12 - Diodo Zener em proteçãode circuitos.
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Diodo de contato de ponta (diodo sinal)
O diodo sinal é um semicondutor que não se baseia no princípio da
formação de uma junção PN, mas na utilização de um contato de
material condutor, que pode ser Ouro ou Platina sobre uma fatia de
material semicondutor (Germânio ou Silício). O contato acima
descrito tem propriedades de um retificador, como se no ponto de
contato houvesse a formação de uma pequeníssima junção PN,
embora o mecanismo real do fenômeno ainda não esteja bem
esclarecido. O diodo de contato de ponta é mais antigo que o diodo
de junção, mas foi suplantado devido às qualidades superiores do
último. Entre elas, maior capacidade de corrente, maior tensão
inversa, maior reprodutibilidade e maior robustez. Entretanto, o
diodo sinal possui um melhor desempenho nas altas freqüências,
razão pela qual ainda é usado largamente.
O símbolo deste diodo é o mesmo do diodo retificador e sua curva
característica é bastante parecida também.
Figura 2.13 - Vista em corte de um diodo sinal.
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Diodo emissor de luz (led)
O led (light emissor diode) é um diodo que emite luz quandopolarizado diretamente, ou seja, quando o anodo* está positivo emrelação ao catodo*. A luz emitida por um diodo pode ser verde,amarela, vermelha, azul, dependendo da construção. Existemtambém leds de luz infravermelha* e laser*. Os leds devem serprotegidos com uma resistência em série que limite a corrente quecircula sobre eles.
As fontes de luz de estado sólido (LED’s) apresentam algumasvantagens quando comparadas com as lâmpadas incandescentes:
a) São resistentes às vibrações;
b) Não apresentam corrente de “surge”( pico de corrente quando alâmpada é ligada à primeira vez, por apresentar o filamento frio);
c) Apresentam alta eficiência e baixo consumo de corrente;
d) Apresentam baixa dissipação de potência, podendo ser usadasem atmosfera explosiva;
e) Têm vida mais longa.
O transistor
Da inserção de um semicondutor do tipo P entre dois semicondutoresdo tipo N, como se fosse um sanduíche, resulta um transistor do tipoNPN. O cristal do meio precisa ter uma espessura muito pequena,da ordem de 1 milésimo de cm, e é chamado base. Os outros doissão o emissor e o coletor.
Figura 2.15 - O esquema resultou em um transistor NPN.
Figura 2.14 diodo sinal.
Coletor
Junção PNPN
baseP
Emissor
Baixofluxo decorrente
Lacunas MajoritáriasElétrons Majoritários
Invólucro mais comum
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No esquema acima, da forma como se encontra polarizado otransistor, a corrente pode fluir normalmente no lado esquerdoporque o potencial na base é superior ao potencial do emissor.Nessa situação, a junção permite que a maior parte dos elétrons quechegou à base, através do emissor, prossiga através dela por inérciae penetre no coletor, onde passam a ser atraídos pelo eletrodopositivo. Essa migração de elétrons é possível porque a espessura dabase é muito pequena. Na figura abaixo, podemos observar que avariação da corrente de base provoca uma proporcional variaçãona corrente, muito maior, entre emissor e coletor.
Na figura a seguir são visíveis as curvas características de umtransistor. Nesse diagrama, as curvas em vermelho referem-se àsdiferentes intensidades da corrente da base (ib). Fixando um valorpara a diferença de potencial entre o emissor e o coletor, (VCE) eescolhendo um valor para corrente da base (ib), isto é, definindouma das curvas do diagrama, encontra-se o valor da corrente docoletor (ic). Por exemplo, se VCE é 1,4 V e ib é igual a 0,2 mA, icserá aproximadamente igual a 50 mA. Observe que um pequenoaumento da corrente da base, o que é o mesmo que passar de umacurva para a outra acima, provocará um aumento considerável dacorrente do coletor.
Figura 2.16 - Esquema de condução de um transistor.
Figura 2.17 – Curva característica de um transistor NPN.
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O transistor comporta-se, portanto, como amplificador de corrente.
Através de pequeníssimas variações de corrente na base, pode-se
controlar o fluxo de corrente entre emissor e coletor, que é muito
mais intensa. Quando a corrente de base for muito pequena, a
corrente entre emissor e coletor se tornará quase igual a zero. O
transistor, nessas condições, atuará como se fosse um interruptor.
Resumindo, um transistor em funcionamento pode amplificar ou
interromper uma corrente, conforme a intensidade da corrente
fornecida à sua base.
Também é bastante utilizado o transistor PNP, que tem o mesmo princípio
do funcionamento e os mesmos processos de construção do NPN.
Os transistores emoldurados apresentam dissipadores de calor
instalados, enquanto que, nos circulados, esse procedimento não se
faz necessário. Os dissipadores de calor servem para reduzir a
temperatura do transistor evitando o colapso térmico.
Abaixo, vêem-se os símbolos dos transistores.
Figura 2.19 - Símbolos do transistor: estão indicados, abreviadamente, os nomesdos terminais.
Figura 2.18 – Transistores em uma placa decircuito impresso. Fonte link 15
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EXERCÍCIOS RESOLVIDOS
2.1 Do que se constitui um diodo semicondutor de junção?
Constitui-se de dois cristais semicondutores unidos, um do tipo P eoutro do tipo N.
2.2 Em um diodo polarizado inversamente, circula umacorrente? Por quê?
Sim. Circula uma corrente que pode ser considerada nula, de tãopequena. Esta corrente ocorre devido às impurezas indesejáveis queexistem na constituição do cristal, mesmo antes dele ser dopado.
2.3 O que acontece com um diodo retificador se ele forsubmetido a uma tensão inversa maior que sua tensãoZener? Por quê?
Ele se danifica porque é fabricado para operar entre o valor Zenere um valor máximo de tensão direta.
EXERCÍCIOS PROPOSTOS
2.4 Fazer o esboço da curva característica da tensão-corrente de um diodo de junção, indicando as regiões depolarização direta em inversa.
2.5 Montar um roteiro de teste de diodos utilizando omultímetro. E, efetivamente, fazer os testes nos diodosfornecidos pelo educador voluntário.
2.6 É possível fazer funcionar um diodo Zener na regiãodireta? Por quê?
2.7 Com o auxílio do educador voluntário e em grupos,montar o circuito da figura 2.3 e levantar a curvacaracterística do diodo fornecido.2.8 Como resumir a utilidade dos transistores?
EExxeerrccíícciiooss
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33
2.9 Completar o quadro abaixo tendo como base a curvacaracterística do transistor mostrado na figura:
2.10 Com o auxílio do educador voluntário e em grupos,montar o circuito da figura 2.8. Com o uso de osciloscópio,fazer a confirmação visual das formas de ondas previstasna figura 2.9. Se o osciloscópio for de duplo traço, observaras tensões sobre a carga e o diodo, simultaneamente.
3SSeennssoorreess EElleettrrôônniiccooss
3.1 Sensores Óticos e Transdutores
Área de Eletroeletrônica - ELETRÔNICA INDUSTRIAL
36
3.1 SENSORES ÓTICOS E TRANSDUTORES
São dispositivos que mudam seu comportamento sob a ação de uma
grandeza física, podendo fornecer, diretamente ou indiretamente,
um sinal que indica esta grandeza. Os de operação indireta alteram
suas propriedades, como a resistência, a capacitância ou a
indutância, sob ação de uma grandeza física, de forma mais ou
menos proporcional. Quando operam diretamente, convertem uma
forma de energia em outra e são chamados de transdutores.
O sinal de um sensor pode ser usado para detectar e corrigir desvios
em sistemas de controle (automáticos). Nos instrumentos de
medição, são usados como elemento sensível. Os instrumentos de
medição freqüentemente estão associados aos sistemas de controle
( não automáticos), orientando o usuário. A figura abaixo mostra o
esquema de operação de um sensor ótico para contagem de
produto acabado, em uma linha de produção.
3SSeennssoorreess EElleettrrôônniiccooss
Figura 3.1 – Exemplo de aplicação de sensores: contagem de produto.
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37
Características
√ Linearidade: é o grau de proporcionalidade entre o sinal
gerado e a grandeza física. Quanto maior, mais fiel é a resposta
do sensor ao estímulo. Os sensores mais usados são os lineares,
conferindo mais precisão ao sistema de controle . Os sensores
não lineares são usados em faixas limitadas, em que os desvios
são aceitáveis, ou com adaptadores especiais, que corrigem o sinal.
√ Faixa de atuação: é o intervalo de valores da grandeza em
que pode ser usado o sensor, sem destruição ou imprecisão.
Elementos Sensores de Luz
Além de seu uso em fotometria* (incluindo analisadores de
radiações e químicos), são utilizados em sistemas de controle de
luminosidade, como os relés fotoelétricos de iluminação pública e
sensores indiretos de outras grandezas, como velocidade e posição
(fim de curso).
Figura 3.2 - kit de sensores com controlador e relé fotoelétrico.
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38
LDR
O LDR, (light dependent resistor, resistor dependente da luz) tem sua
resistência diminuída ao ser iluminado. É composto de um material
semicondutor, o Sulfeto de Cádmio, CdS. A energia luminosa desloca
elétrons da camada de valência para a de condução (mais longe do
núcleo), aumentando o número destes, diminuindo a resistência. A
resistência varia de alguns MΩ, quando o sensor está no escuro, até
centenas de MΩ, quando é iluminado com luz solar direta.
Os usos mais comuns do LDR são em relés fotoelétricos, fotômetros e
alarmes. Sua desvantagem está na lentidão de resposta, que limita
sua operação.
Figura 3.3 – Símbolo e exemplo de curva característica de um fotorresistor (LDR).
Figura 3.4 – Exemplos de fotorresistores.
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39
Fotodiodo
É um diodo semicondutor em que a junção está exposta à luz. A
energia luminosa desloca elétrons para a banda de condução,
reduzindo a barreira de potencial pelo aumento do número de
elétrons, que podem circular se aplicada polarização reversa.
A corrente, nos fotodiodos, é da ordem de dezenas de mA quando
sujeita à alta luminosidade, e a resposta é rápida. Há fotodiodos
para todas as faixas de comprimentos de onda* , do infravermelho
ao ultravioleta, dependendo do material.
O fotodiodo é usado como sensor em controles remotos, em sistemas
de fibra óptica, leitoras de código de barras, scanners
(digitalizadores de imagens, para computador), canetas ópticas
(que permitem escrever na tela do computador), toca-discos CD,
fotômetros e ainda como sensor indireto de posição e velocidade.
igura 3.5 – Um dos tipos de fotodiodo.curva característica de um fotorresistor(LDR).
Figura 3.6 – Símbolo, circuito e curva característica de um fotodiodo.
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40
Fototransistor
É um transistor cuja junção coletor-base fica exposta à luz e atua
como um fotodiodo. O transistor amplifica a corrente e fornece
alguns mA com alta luminosidade. Sua velocidade é menor que a
do fotodiodo.
Suas aplicações são as mesmas do fotodiodo, exceto sistemas de
fibra óptica, pela operação em alta freqüência.
Figura 3.7 - Símbolo e exemplo de circuito básico com fototransistor.
Figura 3.8 – Exemplo de curva característica de um fototransistor.
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41
Células fotovoltaicas
São dispositivos que convertem energia luminosa em elétrica,
portanto, consistem em transdutores.
Uma junção intensamente iluminada pode reverter a barreira de
potencial em fonte de elétrons, produzindo energia. A eficiência do
processo é baixa devido à pouca transparência da junção (somente
as camadas superficiais são iluminadas), apenas alguns _ ( microns
).A explicação desse efeito foi elaborada por Albert Einsten, o que
lhe valeu o prêmio Nobel de Física, em 1921.
Seu uso principal está na geração de energia em painéis solares.
Outro dispositivo é a fotocélula de Selênio (um semicondutor), de
operação similar. Utilizados em medidores de luminosidade e
aparelhos de análise química (como fotocolorímetros).
Foto 3.9 – Painéis fotovoltaicos para utilização daenergia solar.
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42
Sensoriamento ótico de velocidade de rotação.
Emprega-se fotodiodos ou fototransistores e uma fonte luminosa,
lâmpada, LED ou laser. Existem dois tipos básicos:
√ Sensor de reflexão: um feixe luminoso atinge um disco
com um furo ou marca de cor contrastante, que gira. O sensor
recebe o feixe refletido, mas na passagem do furo a reflexão é
interrompida (no caso de marca de cor clara a reflexão é maior),
e é gerado um pulso pelo sensor.
√ Sensor de interrupção de luz: usa também um disco com
furo, a fonte de luz e o sensor ficam em lados opostos. Na
passagem pelo furo, o feixe atinge o sensor, gerando um pulso.
A freqüência destes pulsos permite o cálculo da velocidade,
nos dois tipos.
As vantagens destes sensores são o menor tamanho e custo, a maior
durabilidade e a leitura à distância. São usados em sistemas de
controle e tacômetros portáteis. Na indústria, servem para monitorar
a velocidade de motores, máquinas e da própria linha de produção.
Figura 3.10 - Esquema de funcionamento dos sensores de velocidade ópticos.
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43
Transdutores
São todos os dispositivos que transformam um tipo de energia em
outro, para sensoriamento*. Os mais utilizados são os microfones, os
sensores piezelétricos*, os termopares e tacogeradores, entre outros.
Termopares
Quando dois metais encostados são submetidos a uma temperatura,
surge nos extremos deles uma tensão proporcional à mesma. Este é
o efeito Seebeck.
V=KT
K é uma constante para cada par de metais, que é utilizável até seu
limite térmico.
O custo dos termopares é elevado. São empregados em aplicações
profissionais, onde são requeridas alta confiabilidade e precisão.
Figura 3.11 - Diversos termopares com finalidades aplicativas diferentes.
Metal Temperatura Máxima Constante K
Cobre-constantán 375ºC 0.1mV/ ºC
Ferro-constantán 750ºC 0.0514mV/ ºC
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44
Sensor piezelétrico
Transformam pressão sobre um cristal em energia elétrica, através
do efeito piezelétrico, que é um fenômeno físico pelo qual aparece
uma diferença de potencial elétrico entre as faces de um cristal,
quando este se submete a uma pressão mecânica. Pierre Curie e seu
irmão Jacques descobriram este fenômeno no quartzo e no sal de
Rochelle, em 1880, e o denominaram ‘efeito piezelétrico’ (do grego
piezein, ‘pressionar’).
Os cristais piezelétricos são utilizados em dispositivos como os
transdutores, empregados na reprodução de discos, nos microfones
e nos equipamentos de medição, como rugosímetros*.
Figura 3.12 - Diagrama de um manômetro com sensor piezelétrico.
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45
Tacogerador:
O rugosímertro é um pequeno gerador elétrico de CC (correntecontínua), com campo fornecido por ímã. A tensão gerada, pela Leide Faraday, é proporcional à velocidade com que o fluxo magnéticoé cortado pelo enrolamento do rotor. Assim, o Tacogerador é umtransdutor mecânico elétrico linear.
V = K n
K é uma constante que depende do campo do ímã, do número deespiras e pólos e das dimensões do rotor; n é a rotação do eixo (porminuto, rpm, ou segundo, rps).
A polaridade da tensão gerada depende do sentido de rotação.
Sensores fim-de-curso magnético
Quando se aplica um campo magnético num condutor, as cargaselétricas se distribuem de modo que as positivas ficam de um lado eas negativas do lado oposto da borda do condutor. No caso de umsemicondutor, o efeito é mais pronunciado. Surge, então, umapequena tensão nas bordas do material. É o Efeito Hall.
Ele é a base do sensor magnético Hall. Atualmente são construídossensores em circuito integrado, os quais tem o encapsulamento igualao de um transistor.
Este pode ser usado como sensor de posição, se usado junto a umpequeno ímã, colocado na peça. Quando esta é aproximada, osensor atua, saturando o transistor Hall, fazendo a tensão entrecoletor e emissor próxima de 0V.
Na indústria, são utilizados para definir o posicionamento demecanismos de movimentação linear, seja em fim de curso ou emposição intermediária.
Figura 3.13 – Sensores baseados no efeito hall
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46
EXERCÍCIOS RESOLVIDOS
3.1 O que são sensores?
São dispositivos que alteram suas características através da
variação de alguma grandeza física.
3.2 O que são transdutores?
São dispositivos que transformam um tipo de energia em outro.
3.3 O que é linearidade?
É o grau de proporcionalidade entre o sinal gerado e a grandeza
física medida.
EXERCÍCIOS PROPOSTOS
3.4 O que é faixa de atuação?
3.5 Com o multímetro na escala de medição de resistência,medir a resistência de um LDR, em diferentes condições deluminosidade. Tomar cuidado para que o LDR tenha tempopara se adequar a cada condição de luminosidade.
3.6 Para medir uma temperatura de 600 °C, qual seria otermopar escolhido? E por quê?
3.7 Onde é utilizado o fotodiodo?
3.8 Qual o tipo de troca energética ocorre em umsensor Piezelétrico?
3.9 Em grupos, identificar, no ambiente de fábrica, osdiversos tipos de sensores. Montar uma tabela indicando
EExxeerrccíícciiooss
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47
o sensor, a máquina onde é aplicado, o tipo de aplicaçãona máquina. Se não for possível identificar por meio deobservação qual o tipo exato de sensor, formularhipóteses e, junto com o educador voluntário, confirmarou não essas hipóteses.
3.10 Ler atentamente o Capítulo 3 e, após, propor novautilização de sensor ou transdutor para uma atividade desensoriamento, que ainda não tenha sido proposta.
4CCiirrccuuiittooss IInntteeggrraaddooss
4.1 Circuitos Integrados
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50
4.1 CIRCUITOS INTEGRADOS
O advento da microeletrônica* foi um dos mais notáveis avanços
tecnológicos no campo da eletrônica, sendo, fundamentalmente,
oriundo das necessidades inerentes ao programa espacial
americano com relação a peso, dimensões, potência consumida e
confiabilidade dos equipamentos. As restrições impostas nestes
casos eram impossíveis de serem satisfeitas com circuitos
convencionais, usando-se componentes discretos*. Assim, na
década de 1960, uma nova técnica eletrônica começou a ser usada
em equipamentos eletrônicos complexos. Era o circuito integrado
(CI). Embora feito como uma unidade única, um circuito integrado
incorpora numerosos componentes, incluindo transistores, resistores,
capacitores e indutores, combinando-se com outros componentes
para formar um sistema mais complexo.
O circuito integrado é produzido mediante a difusão de impurezas
em Silício monocristalino, que serve como material semicondutor, ou
mediante a soldadura do Silício com um raio de fluxo de elétrons.
Centenas de circuitos integrados idênticos são fabricados
simultaneamente sobre uma área de poucos centímetros de diâmetro.
4CCiirrccuuiittooss IInntteeggrraaddooss
Figura 4.1 – Diversos circuitos integrados.
Figura 4.2 – Chips antes da separação.
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51
Em seguida, essa peça é dividida em circuitos integradosindividuais, denominados chips. A integração em maior escala podeproduzir um chip de Silício com milhões de elementos. Parainterconectá-los com outros circuitos ou componentes, os chips sãomontados em cápsulas que contêm condutores elétricos externos.
Desta forma fica facilitada sua inserção em placas.
Durante os últimos anos, a capacidade funcional dos circuitosintegrados tem aumentado muito, e o custo das funções querealizam tem diminuído. Isto tem produzido mudançasrevolucionárias na fabricação de equipamentos eletrônicos, que vêmganhando em capacidade funcional e em confiabilidade. Também otamanho dos equipamentos tem sido reduzido, além da diminuiçãode sua complexidade física econsumo de energia. Atecnologia dos computadoresbeneficiou-se especialmentede tudo isso. Um computadorda década de sessentaocupava o espaço de váriassalas e tinha um custo tão altoque só podia ser adquiridopor empresas. Atualmente,computadores centenas devezes mais poderosos queaqueles são do tamanho deum caderno e podem seradquiridos por usuáriosdomésticos.
Figura 4.4 – Diagrama de um único chip linear simples.
Figura 4.3 – Chip separado e soldado e aparência do externa do circuito integrado.
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52
Os circuitos integrados têm sido muito úteis para o desenvolvimento
de novos produtos, como calculadoras pessoais, relógios digitais e
videogames. São utilizados também para melhorar e baixar o custo
de produtos existentes, como os televisores, os receptores de rádio e
os equipamentos de som.
Um desenvolvimento natural do circuito integrado foi a produção,
na década de 1970, de circuitos integrados de média, larga e muito
larga escala (MSI – Midi Scale Integration, LSI Large Scale
Integration e VLSI – Very Large Scale Integration ), que permitiu a
construção de computadores compactos.
O microprocessador, que começou a ser utilizado em meados da
década de 1970, é um refinamento da LSI. Como resultado da
miniaturização, o microprocessador incorpora, em um único chip,
todos os circuitos necessários para o processamento. Ligado às
memórias, entradas e saídas, constitui um microcomputador. Um
microcomputador alimentado por bateria pode desenvolver a
mesma potência da unidade de processamento central de um
computador muito maior.
Figura 4.5 – Este microchip possui milhões de transistores.
Área de Eletroeletrônica - ELETRÔNICA INDUSTRIAL
53
Sem os circuitos integrados, os circuitos individuais e seus
componentes ocupariam muito espaço, o que tornaria impossível
conseguir um desenho compacto. Nos menores, os elementos do
circuito podem ter um tamanho de apenas umas centenas de
átomos. Uma placa de circuitos de um computador típica inclui
numerosos circuitos integrados interconectados entre si.
A maioria dos circuitos integrados são pequenas pastilhas de Silício,
conhecidas como chips, com áreas tão pequenas como 2 mm2,
dentro das quais são fabricados os transistores, através de dopagem
de impurezas no semicondutor.
Os microprocessadores, que também são circuitos integrados, são
conhecidos como microchips ou chips. São circuitos eletrônicos
complexos formados por componentes extremamente pequenos. A
tecnologia dos microprocessadores e da fabricação de circuitos
integrados está mudando rapidamente.
Atualmente, os microprocessadores mais complexos contêm uns 10
milhões de transistores. Prevê-se que, ainda na primeira década do
século XXI, os microprocessadores avançados contenham mais de
50 milhões de transistores e uns 800 milhões na segunda década.
Figura 4.6 – exemplo de placa com circuitos integrados.
Área de Eletroeletrônica - ELETRÔNICA INDUSTRIAL
54
O microprocessador Pentium 4, lançado em novembro de 2000,contém 42 milhões de transistores, quatro vezes mais que o Pentium3, com 9,5 milhões.
O microprocessador Pentium é fabricado pela Intel Corporation epode fazer que algumas partes de seus circuitos sejam mais lentas ouse desliguem quando não são necessárias, com economia de energia.
Circuitos integrados comerciais
Comercialmente, existem vários tipos de circuitos integrados, milharese, até mesmo, dezenas de milhares de componentes diversos, cada umpossuindo pelo menos dois tipos de encapsulamento diferentes.
Figura 4.5 – Este microchip possui milhões de transistores.
Figura 4.8 - Encapsulamento típico de CI’s digitais. Ummesmo chip com três encapsulamentos diferentes .
Área de Eletroeletrônica - ELETRÔNICA INDUSTRIAL
55
Os chips mais utilizados são aqueles que apresentam melhor relação
custo/benefício para a empresa que os utiliza, levando em
consideração a tecnologia da fábrica em questão. As fábricas de
pequeno porte optam por componentes para inserção manual através
de orifício. As companhias de alta tecnologia optam por componentes
de montagem de superfície. Dependendo das quantidades envolvidas
os custos são favoráveis para uma ou outra tecnologia.
Basicamente, existem duas famílias de circuitos integrados: os circuitos
digitais e os circuitos lineares. Cada família, por sua vez, se divide em
outras duas. Os circuitos integrados digitais podem ser TTL (Transistor
Transistor Logic ou lógica transistor-transistor) ou CMOS (Complementary
Metal Oxide Semiconductor ou semicondutor metal óxido
complementar), enquanto que os lineares podem ser simples ou de
potência. Todos eles podem ser utilizados na indústria ou para uso militar.
Até o momento da elaboração deste Caderno, o encapsulamento mais
comum era o DIP * (Dual In-Line Package,pacote dual em linha), que,
certamente, será superado pelos padrões SMD *. As maiores empresas
de tecnologia mundial já não montam mais nada que não use a
tecnologia SMD.
Figura 4.9 – Encapsulamento típico de chips lineares.
Figura 4.10 – Chips SMD junto a alguns componentes discretos.
Área de Eletroeletrônica - ELETRÔNICA INDUSTRIAL
56
Testes de verificação
Ao contrário dos outros semicondutores, como diodos, fotodiodos,
transistores, etc, os circuitos integrados não podem ser testados
apenas com o uso do multímetro. Dependendo do CI, felizmente em
poucos casos, ele pode até ser danificado se for testado assim.
Os circuitos integrados necessitam de todo um aparato de teste.
Normalmente são testados de maneira dinâmica, operando dentro do
próprio circuito de que fazem parte. Ou então são retirados e colocados
em ambientes de testes onde, normalmente, são empregados
equipamentos de alta tecnologia, que executam uma grande
quantidade de avaliações em um espaço de tempo muito pequeno.
Figura 4.11 – Equipamento para testes dinâmicos.
Área de Eletroeletrônica - ELETRÔNICA INDUSTRIAL
57
Os equipamentos de teste de alta tecnologia são muito caros e seuspreços são proibitivos para quem não atua em larga escala. Issosignifica que o profissional não encontrará este tipo de equipamentoem pequenas oficinas.
Porém, existem algumas técnicas simples de teste, que podem serutilizadas neste caso, embora não sejam muito ortodoxas *.
O primeiro passo é observar se algum chip possui um aquecimentofora do normal em uma placa que apresenta problema. Casopositivo, deve ser substituído.
O segundo passo é observar, de preferência com o uso de uma lentede aumento, se existe alguma solda fria nas ligações do circuitointegrado. Se houver, ressoldá-lo.
Em situações de problemas intermitentes é comum provocar-se umavariação brusca de temperatura sobre o chip suspeito, sejaaquecendo com ferro de solda ou esfriando com um spray congelante.
Com o chip conectado à placa, utilizando um multímetro, é possívelverificar a alimentação do mesmo. Se ele estiver em curto provocaráuma forte queda de tensão de alimentação, indicando estar danificado.
Com uso de um osciloscópio, é viável verificar os pinos de entradae saída de um circuito integrado durante o seu funcionamento,permitindo observar se o chip "mata" algum sinal, indicando quepossa ter algum problema de funcionamento.
Figura 4.12 - Detalhe de uma placa de circuito impresso danificada. Visualmente nadapode ser detectado neste caso.
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58
EXERCÍCIOS RESOLVIDOS
4.1 Qual foi o grande impulsionador da tecnologia demicroeletrônica? Por qual motivo?
O programa espacial americano, que necessitava de equipamentos
leves e pequenos, de baixo consumo, além de confiáveis.
4.2 Que área de aplicação da eletrônica teve maior ganhocom os circuitos integrados?
A área dos computadores, pois a integração dos componentes
reduziu em muito o tamanho dos equipamentos.
4.3 Uma das principais características dos circuitosintegrados é a diminuição de custos. Como é possível oemprego de tecnologia tão avançada provocar adiminuição de preço?
Resposta: Devido à produção em larga escala.
EXERCÍCIOS PROPOSTOS
4.4 Em grupos de dois alunos, observar um lote decircuitos integrados quanto aos seus invólucros. Procurardefinir quais deles poderão ser lineares e quais poderãoser lineares ou digitais. Separar os SMD dos PTH*.
4.5 Identificar, através dos códigos, os CIs que foramanalisados na questão anterior, usando os manuais dosfabricantes.
4.6 Em placas de circuito impresso fornecidas, com oauxílio dos manuais dos fabricantes, definir as funçõesaproximadas de cada chip encontrado.4.7 Quais são os componentes que podem estar
EExxeerrccíícciiooss
Área de Eletroeletrônica - ELETRÔNICA INDUSTRIAL
59
integrados em um só chip?
4.8 Supondo que um transistor ocupe uma área de 4mm2,determinar qual a área de uma placa de circuito impressoque é necessária para construir um microprocessadorPentium 4, somente com transistores discretos.
4.9 Um mesmo chip pode se apresentar emencapsulamentos diferentes? Por quê?
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60
5MMoottoorreess EEllééttrriiccooss CCAA
5.1 Tipos de Motores e Suas Formas de Acionamento
5.2 Partes e Componentes dos Motores, Procedimentos para a Ligação e Verificação
Área de Eletroeletrônica - ELETRÔNICA INDUSTRIAL
62
5.1 TIPOS DE MOTORES E SUAS FORMAS DEACIONAMENTO
Tipos de motores CA
O acionamento de máquinas e equipamentos mecânicos por
motores elétricos é um assunto de extraordinária importância
econômica. No campo de acionamentos industriais, avalia-se que
70 a 80% da energia elétrica consumida pelo conjunto de todas as
indústrias seja transformada em energia mecânica, através de
motores elétricos. O diagrama a seguir permite a visualização das
diversas aplicações dos motores na indústria.
5MMoottoorreess EEllééttrriiccooss CCAA
Figura 5.1- Aplicação dos motores na indústria.
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63
O motor de corrente alternada converteu-se no tipo mais usado naindústria. Isso deve-se ao fato de que a maioria dos sistemas atuaisde distribuição de energia elétrica são de corrente alternada.
Comparando com o motor de corrente contínua, o motor de correntealternada apresenta como vantagem a sua simplicidade, que setraduz em baixo custo, máxima eficácia e manutenção mínima.
Como desvantagem, apresenta a dificuldade em ajustar avelocidade de rotação, que depende de circuitos de controle decusto elevado e grande complexidade.
Dois tipos básicos de motores funcionam com corrente alternadatrifásica: os motores síncronos e os de indução. No síncrono, avelocidade de giro é constante, está diretamente relacionada com afreqüência da rede de alimentação e o número de pólos do motor.
No motor de indução, a rotação também depende da carga.
Devido à conexão em corrente alternada, os enrolamentos dosmotores estão sujeitos às variações de corrente. Dependendo damaneira como estão distribuídos esses enrolamentos ocorre ummovimento de campos magnéticos, que servem de base defuncionamento para todos tipos de motores de CA.
Os motores síncronos
Os motores síncronos possuem, como principais características, avelocidade de rotação definida pela freqüência da rede dealimentação e a rotação sincronizada de seu rotor*, em relação aomovimento dos campos magnéticos no estator*. Isto é devido aosaspectos construtivos deste tipo de motor, à forma como sãodistribuídos os enrolamentos em seu estator, e à posição das bobinasdo seu rotor. A figura seguinte representa o movimento do campomagnético ao longo do tempo no interior do motor. Nessa figuranão é representado o rotor, somente o estator.
Figura 5.2 - À esquerda, os picos de corrente estão em A; no momento seguinte, àdireita, os picos de corrente mudaram para C. O campo magnético girou 30 ° nosentido horário.
Área de Eletroeletrônica - ELETRÔNICA INDUSTRIAL
64
Na figura seguinte, vê-se o mesmo diagrama já com o rotor instalado.
Os motores síncronos podem ser por histerese, cujo princípio defuncionamento foi apresentado acima, por relutância, que diferebasicamente na geometria do rotor, e por ímã permanente.
Os motores síncronos são os menos usados na indústria. Sãoaplicados nos casos em que a velocidade de rotação deve serconstante, independentemente da carga aplicada. A desvantagem domotor síncrono é não dar a partida sozinho. É preciso levar avelocidade do rotor até bem próximo da velocidade sincronismo paraque ele possa operar. Por isso o motor síncrono é mais usado comogerador síncrono nas usinas geradoras de eletricidade.
Os motores de indução ou assíncronos
Caracterizam-se por girar a uma velocidade menor que a dos camposno estator. Diz-se, então, que existe um escorregamento do rotor emrelação aos campos no estator, e é justamente esta diferença que permiteao motor realizar trabalho. Isto se deve às características construtivasdeste motor, que são bem mais simplificadas que as do motor síncrono,razão pela qual o motor de indução é muito mais empregado.
Figura 5.3 - Rotação do rotor em relação ao estator devido ao movimento do campomagnético.
Figura 5.4 – Motor de indução.
Área de Eletroeletrônica - ELETRÔNICA INDUSTRIAL
65
A partir do momento que os enrolamentos localizados nas fendas do
estator são sujeitos a uma corrente alternada, gera-se um campo
magnético no estator. Conseqüentemente, no rotor, surge uma força
eletromotriz induzida devido ao fluxo magnético variável que o
atravessa. A f.e.m. (força eletromotriz) induzida dá origem a uma
corrente induzida no rotor, que tende a opor-se à causa que lhe deu
origem, criando, assim, um movimento giratório.
Como podemos constatar, o princípio de funcionamento do motor de
indução (bem como o síncrono) baseia-se em duas leis do
Eletromagnetismo: a Lei de Lenz e a Lei de Faraday.
Faraday: "Sempre que através da superfície abraçada por um
circuito tiver lugar uma variação de fluxo, gera-se nesse circuito uma
força eletromotriz induzida. Se o circuito é fechado será percorrido
por uma corrente induzida".
Lenz: "O sentido da corrente induzida é tal que esta pelas suas ações
magnéticas tende sempre a opor-se à causa que lhe deu origem".
Na figura a seguir, observa-se o diagrama simplificado de um
motor assíncrono.
Figura 5.5 - Diagrama simplificado de um estator com rotor instalado, de um motorassíncrono
Área de Eletroeletrônica - ELETRÔNICA INDUSTRIAL
66
5.2 PARTES E COMPONENTES DOS MOTORES,PROCEDIMENTOS PARA A LIGAÇÃO E VERIFICAÇÃO.
Os componentes dos motores
Os motores de corrente alternada são constituídos, basicamente,
pelos seguintes elementos:
√ um circuito magnético estático, constituído por chapas
ferromagnéticas empilhadas e isoladas entre si, ao qual se dá o
nome de estator;
√ por bobinas (cujo número de grupos diferem nos motores
monofásicos ou polifásicos) localizadas em escavações abertas
no estator e alimentadas pela rede de corrente alternada;
√ por um rotor constituído por um núcleo ferromagnético,
também laminado, sobre o qual se encontra um enrolamento
ou um conjunto de condutores paralelos, nos quais são
induzidas correntes provocadas pela corrente alternada das
bobinas do estator.
Figura 5.6 – Estator com bobinas instaladas.
Área de Eletroeletrônica - ELETRÔNICA INDUSTRIAL
67
√ o rotor é apoiado num eixo, que, por sua vez, transmite à
carga a energia mecânica produzida. O entreferro (distância
entre o rotor e o estator) é bastante reduzido, de forma a
diminuir a corrente em vazio e, portanto, as perdas, mas também
para aumentar o fator de potência* em vazio.
√ também são importantes a “carcaça”, que consiste em uma
estrutura externa que contém e protege os elementos internos do
motor e o “sistema de ventilação”, que consiste num sistema de
hélices que forçam a passagem do ar, baixando a temperatura
interna do motor.
Figura 5.7 – Em cima, rotores de gaiola de esquilo já apoiados nos eixos; abaixo rotorde motor síncrono.
Figura 5.8 – Carcaça e sistema de ventilação.
Área de Eletroeletrônica - ELETRÔNICA INDUSTRIAL
68
Como exemplo é apresentada a “vista explodida” dos diversos
elementos de um motor assíncrono de rotor em gaiola de esquilo.
Procedimentos para ligação e rotinas de verificação
√ Motores monofásicos: são empregados com freqüência em instalações domésticas de pequenas oficinas. Não é recomendada a utilização de motores monofásicos maiores que3cv (cavalo-vapor*), porque estão carregando apenas uma faseda rede e trazem, assim, um considerável desbalanceamento decarga para a mesma. O emprego de motores monofásicos economiza custos de ligação, pois não é preciso ligar todas as três fases. Porém, esta é a única vantagem desse tipo de motor, em relação aos motores trifásicos. Os monofásicos são mais caros, têm maior desgaste mecânico, menor potência líquida, fator de potência menor, e não possibilitam a inversão direta dosentido de rotação.
Figura 5.9 - Vista explodida de um motor assíncrono
Área de Eletroeletrônica - ELETRÔNICA INDUSTRIAL
69
√ Motor monofásicos de dois terminais: este tipo de
motor é destinado a apenas um valor de tensão. Isto é, não pode
ser adaptado a diferentes valores de tensão. Também não é
possível inverter o sentido de rotação deste tipo de motor.
A ligação é feita diretamente, ligando-se num fio a fase e, no outro,
o neutro.
√ Motor monofásico com quatro terminais: este tipo de
motor tem um enrolamento dividido em duas partes iguais. Isto
torna possível sua adaptação a dois valores de tensão,
denominados de tensão maior e tensão menor.
Normalmente, estas tensões são de 220 e 110 volts. Não é
possível inverter o sentido de rotação desse tipo de motor.
Figura 5.10 – Representação de um motormonofásico de dois terminais.
Figura 5.11 - Símbolo e ligações.
Área de Eletroeletrônica - ELETRÔNICA INDUSTRIAL
70
√ Motor monofásico com seis terminais: oferece a
possibilidade de adaptação de dois valores de tensão, como o
anterior. Além disso, existe a opção de inverter o sentido de
rotação deste motor. Deve-se salientar que não é possível inverter
o sentido de rotação quando o motor já estiver em
funcionamento. É preciso desligar o motor e esperar sua parada.
Só então será possível dar partida em outra direção. Para isso
basta inverter a ligação dos terminais 5 e 6.
√ Motores assíncronos trifásicos: este tipo de motor é o mais
utilizado na indústria, pois é o mais barato e mais robusto. Seu
sentido de rotação pode ser invertido mais facilmente. Também
são conhecidos pela denominação de motores trifásicos de indução.
Há dois tipos de rotores nesse tipo de motor. O mais comum é o rotor
tipo gaiola de esquilo, conhecido também como rotor em curto-
circuito, ou rotor de gaiola. O segundo tipo é o rotor bobinado.
Figura 5.12 – símbolo e ligação do motor monofásico de seis terminais.
Figura 5.13 – Rotor tipo gaiola de esquilo.
Área de Eletroeletrônica - ELETRÔNICA INDUSTRIAL
71
Rotor tipo gaiola de esquilo é o mais robusto entre todos os tipos de
rotores. Sua corrente de partida pode ser até dez vezes maior que
a corrente nominal de trabalho.
O rotor bobinado tem um enrolamento composto de três bobinas
ligadas normalmente em estrela, com três terminais livres conectados
em anéis deslizantes no eixo do rotor. Estes anéis permitem, por
meio de escovas, a conexão de reostatos para manipular as
características de partida, como, por exemplo, diminuir o pico de
corrente na partida.
Além de diferentes tipos de rotores, existem, ainda, vários tipos de
enrolamentos nos estatores dos motores, com a finalidade de obter
mais uma velocidade em regime de operação para o mesmo motor.
Sentido de rotação
A mudança do sentido de rotação dos motores trifásicos é extremamente
simples. Basta inverter duas das fases conectadas ao motor.
É melhor testar os motores desacoplados das máquinas para
verificar o sentido de rotação, evitando danos provocados por erros.
Figura 5.14 - Esquema de inversão de sentido de rotação em motores trifásicos deindução.
Área de Eletroeletrônica - ELETRÔNICA INDUSTRIAL
72
Esquema de ligação
Os enrolamentos de motores para um único número de pólos
consistem de três bobinas. Conseqüentemente, há seis terminais de
ligação. A figura seguinte mostra como são simbolizadas as
bobinas e como é a denominação dos terminais.
Nas placas de identificação dos motores estão impressos,
normalmente, dois valores de tensão. O valor menor indica a tensão
nominal entre fases que pode ser aplicada, diretamente, às bobinas do
motor. Isto corresponde ao esquema de ligação em triângulo. O valor
maior indica a tensão entre fases, para a ligação em esquema estrela.
Figura 5.15 - Bobinas dos motores trifásicos.
Figura 5.16 – Exemplo dos dados da placa de identificação.
Área de Eletroeletrônica - ELETRÔNICA INDUSTRIAL
73
A ligação em estrela é realizada ao ligar os terminais e quatro,
cinco e seis entre si. Este ponto não deve ser ligado a nenhum outro
dispositivo condutor da rede alimentadora. Assim, as três bobinas
formam uma estrela, cujas pontas são ligadas às três fases da rede
alimentadora. A figura a seguir mostra o símbolo e as duas formas
de apresentar o esquema da ligação em estrela.
A ligação em triângulo é realizada com a ligação dos terminais 1
com 6, 2 com 4 e 3 com 5. Assim, as três bobinas formam um
triângulo, cujas pontas são ligadas às três fases da rede
alimentadora. Conseqüentemente, cada uma das bobinas será
ligada diretamente entre duas fases da rede. A figura abaixo mostra
duas formas de apresentar o esquema de ligação em triângulo.
Figura 5.17 - Símbolo e esquemas da ligação estrela.
Figura 5.18 - Símbolo e esquemas da ligação triângulo.
Área de Eletroeletrônica - ELETRÔNICA INDUSTRIAL
74
Para que se igualem as potências, é necessário que a tensão
aplicada sobre a ligação estrela seja vezes maior que na ligação
triângulo. A partir dessa constatação, é possível imaginar uma forma
de reduzir o pico de corrente inicial de um motor trifásico, mudando
a sua configuração de triângulo para estrela, durante a partida.
Cuidado extra deve ser tomado durante a instalação ou a religação
de motores trifásicos, principalmente quanto ao seu sentido de
rotação e a forma inicial de ligação, se estrela ou triângulo. Todas
as variações que o motor apresenta devem ser observadas, pois
sempre representam o sintoma de algum problema que esteja
ocorrendo. Na tabela abaixo, vêem-se alguns desses casos.
Área de Eletroeletrônica - ELETRÔNICA INDUSTRIAL
75
EXERCÍCIOS RESOLVIDOS
5.1 Quais são os principais tipos de motores de correntealternada?
O motor assíncrono e o motor síncrono.
5.2 O que justifica o estudo dos motores industriais?
O emprego de 70 a 80% da energia elétrica consumida pelo
conjunto de todas as indústrias, que é transformada em energia
mecânica pelos motores elétricos.
5.3 Qual o tipo de motor mais utilizado na indústria? Por quê?
O motor assíncrono trifásico. Por sua robustez, baixo custo e bom
rendimento.
EXERCÍCIOS PROPOSTOS
5.4 É possível inverter o sentido de rotação de um motormonofásico? Como?
5.5 Quais são os dois componentes básicos de ummotor indutivo?
5.6 Identificar, em um motor desmontado, as diversaspeças que o compõem.
5.7 Fazer conexão de um motor monofásico de quatroterminais para 110 e 220 volts.
5.8 Com o uso de um catálogo de fabricante, identificaras características dos motores apresentados peloeducador voluntário.
EExxeerrccíícciiooss
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76
5.9 Qual o cuidado necessário ao instalar um motor trifásicoem máquinas em que ele só pode girar em um sentido?
5.10 Pesquisar, na fábrica, dois tipos de motores usados,suas características e preço.
5.11 Procurar, nas placas de identificação dos motores: astensões de operação, potência e tipos de ligação possíveisde todos os motores elétricos encontrados comidentificação visível, na fábrica. Discutir com os colegas osresultados obtidos.
5.12 Pesquisar, junto aos operadores, quais os problemasmais comuns com os motores, suas causas e soluções.Comparar com a tabela 5.1. Se necessário, ampliar a tabelae incluir os defeitos, causas e soluções relatados.
6DDiissppoossiittiivvooss ddee CCoommaannddoo,,PPrrootteeççããoo && CChhaavveeaammeennttoo
6.1 Procedimentos e Normas de Segurança para Análise e Teste de Circuito
de Máquinas
6.2 Identificação e Caracterização de Dispositivos de Comandos, Proteção e Chaveamento
6.3 Confecção de Relatórios
Área de Eletroeletrônica - ELETRÔNICA INDUSTRIAL
78
6.1 PROCEDIMENTOS E NORMAS DE SEGURANÇA PARAANÁLISE E TESTE DE CIRCUITO DE MÁQUINAS
Em comandos elétricos, são utilizadas sinalização acústica (buzinas)
e ótica (lâmpadas) para avisar de ocorrências e alertar aos
operadores de máquinas sobre eventuais problemas.
6 DDiissppoossiittiivvooss ddee CCoommaannddoo,, PPrrootteeççããoo && CChhaavveeaammeennttoo
Figura 6.1 – Pequeno quadro de comando.
Área de Eletroeletrônica - ELETRÔNICA INDUSTRIAL
79
Há lâmpadas de cores diferentes à disposição. Para
determinadas ocorrências e estados de função, existem cores de
lâmpadas padronizadas.
√ Lâmpada vermelha: condição anormal, acidente, sobrecarga.
√ Lâmpada amarela: atenção ou precaução, chegou ao
limite admissível.
√ Lâmpada verde: a máquina está pronta, ligada.
√ Lâmpada transparente (incolor): circuito sob
tensão, serviço normal.
√ Lâmpada azul: todas as funções que não correspondem
às cores anteriores.
Da mesma forma, existem cores padronizadas para determinadas
funções de botões.
√ Botão vermelho: parar, desligar, botão de emergência.
√ Botão amarelo: iniciar um retorno, eliminar uma
condição perigosa.
√ Botão verde ou preto: arranque, ligar, partida
√ Botão branco ou azul: qualquer função que não
corresponda a uma das cores anteriores.
Figura 6.2 – Lâmpadas de indicação.
Figura 6.3 – Botões coloridos.
Figura 6.4 – Botões iluminados. FonteLink 23
Área de Eletroeletrônica - ELETRÔNICA INDUSTRIAL
80
Existe a possibilidade de combinar o botão e a lâmpada em um só
dispositivo, chamado de botão luminoso. Neste, existe uma ligação
elétrica entre a lâmpada e os contatos.
√ Botão luminoso vermelho: parar, desligar.
√ Botão luminoso amarelo: atenção, precaução, as
funções previamente selecionadas podem falhar durante o processo.
√ Botão luminoso verde: arranque, ligar, partida.
√ Botão luminoso branco ou azul: qualquer função que
não corresponda a uma das cores anteriores.
As máquinas em uma fábrica, especialmente as que têm motores
associados a elas, representam um risco muito grande quando
normas simples de segurança são esquecidas. Por isso é importante
lembrar que o profissional deve, sempre que possível, realizar testes
e intervenções em máquinas não energizadas.
Sendo necessária a visualização do problema com a máquina em
funcionamento, nenhum equipamento de segurança deve ser
desprezado. Óculos são fundamentais, lembrando que máquinas
rotacionais tendem a lançar objetos ou partículas a grandes
distâncias, com muita força. No caso de cabelos longos, estes devem
estar presos. As mãos do operador devem estar protegidas por
luvas, tanto em função de partes superaquecidas quanto em função
dos comandos elétricos, que estão em operação.
Em um ambiente de fábrica, para cada trabalho, existe uma
ferramenta adequada. Não devem ser utilizadas ferramentas
inadequadas, sob pena de provocar acidentes.
Seguidas estas normas mínimas de segurança, o operador pode
iniciar o processo de verificação das máquinas.
Área de Eletroeletrônica - ELETRÔNICA INDUSTRIAL
81
A primeira etapa consiste na observação visual do equipamento, de
partes frouxas, derramamentos de óleo, fios soltos, correias
folgadas, e esteiras mal posicionadas, sinais claros de que máquina
necessita de manutenção.
Nos quadros de comando, é muito importante a verificação da
existência do "mau contato", que é um fator de risco para a própria
máquina, para a empresa e funcionários. O mau contato ocorre em
função da oxidação dos contatos elétricos, um processo
eminentemente químico. Sabe-se que os processos químicos são
acelerados, em sua maioria, por aumento de temperatura. O mau
contato provoca o aumento da resistência elétrica das conexões e,
por efeito joule*, provoca aumento de temperatura, que, por sua
vez, aumenta a velocidade da oxidação, que faz a resistência
crescer mais ainda. Note-se que este é um círculo vicioso* que faz
com que a temperatura das conexões afetadas tenda sempre a um
aumento. Isso provoca um consumo de energia maior e pode até
provocar um incêndio.
Figura 6.5 – Exemplos de quadro de comando.
Área de Eletroeletrônica - ELETRÔNICA INDUSTRIAL
82
Como fazer então para detectar este problema? Desliga-se oequipamento da energia e verifica-se a temperatura aproximadadas conexões. Estas não devem apresentar temperatura maior doque a dos próprios fios. Em alguns casos, podem estar realmentesuperaquecidas, com temperaturas que representam riscos dequeimaduras para o operador. Nessa situação, o profissional deveaguardar o resfriamento da conexão, e só então desfazê-la, limpá-la ou substituí-la, conforme o seu estado.
Outras medidas de manutenção preventiva podem ser tomadas,de acordo com o manual de cada máquina da indústria, comotestes de posicionamento de sensores, reset (reset) da máquina,testes de continuidade. Tais ações devem ser executadas com amáquina desenergizada.
6.2 IDENTIFICAÇÃO E CARACTERIZAÇÃO DE DISPOSITIVOSDE COMANDOS, PROTEÇÃO E CHAVEAMENTO
Dispositivos de comando
Comandos elétricos são dispositivos elétricos ou eletrônicos usadospara acionar motores elétricos, como também outros equipamentoselétricos. São compostos de uma variedade de peças e elementos,como contatores, botões, relés térmicos e fusíveis.
Botoeiras
Cada meio de atuação de contatos possibilita uma certa variedadede formas para acioná-lo. Por exemplo, o operador pode atuar nocontato manualmente, pressionando, torcendo, socando ouchaveando, como também por meio de uma pisada no pedal.Interruptores e botões são dispositivos com contatos acionadosmanualmente. Existe um símbolo para cada tipo de acionamento etambém um símbolo único que representa todos os demais, que éapresentado a seguir.
Figura 6.6 – Símbolo genérico de botoeiras e diversos tipos de botoeiras.
Área de Eletroeletrônica - ELETRÔNICA INDUSTRIAL
83
Contatores
Os contatores são elementos principais de comandos elétricos
(eletromecânicos). Permitem a comutação de correntes elevadas com
o acionamento simples de botões e até por controle remoto.
Aumentam o conforto de manejo e permitem, ao mesmo tempo,
incluir funções mais sofisticadas, como tempo de retardo.
Possibilitam grau de segurança e proteção maior do que os
comandos manuais (chaves manuais). Contatores são conjuntos de
contatos acionados por eletroímã. Os contatos podem ser NA
(normalmente abertos), NF (normalmente fechados) ou contatos
comutadores. Contatos comutadores de múltiplas posições não
existem como contatores porque há apenas dois estados possíveis
para contatores: ativado e em repouso.
Figura 6.7 – Exemplo de contatora e contatoras aplicadas em painel de controle.
Figura 6.8 – Esboço da estrutura de umacontatora.
Área de Eletroeletrônica - ELETRÔNICA INDUSTRIAL
84
A bobina representa entrada de controle do contator. Ligada a uma
fonte de tensão, a corrente elétrica que a atravessa cria um campo
magnético, envolvendo o núcleo de ferro.
O núcleo de ferro, atraído para dentro da bobina pelo campo
magnético, está acoplado mecanicamente ao contato, e,
conseqüentemente, o movimento no núcleo aciona o contato.
O contato acionado pelo núcleo de ferro está também acoplado a
uma mola, que tenta levá-lo à posição de repouso, mas a força do
campo magnético é maior do que a da mola.
A mola tensa poderá levar o contato de volta à posição de repouso
quando a bobina for desconectada da fonte de energia. O campo
magnético decai e a mola torna-se mais forte do que o núcleo.
A figura seguinte apresenta o símbolo da contatora. Observar que
contém o símbolo da atuação eletromecânica, a linha de
acoplamento direto e um jogo de contatos. A denominação dos
terminais das bobinas é sempre (A1/A2), a dos contatos depende
de suas finalidades. Neste caso, há três contatos de carga (1/2),
(3/4) e (5/6), mais um contato auxiliar (13/14).
As contatoras são equipadas com uma variedade de pares de
contatos de carga e auxiliares, conforme suas características. Os
contatos de carga têm especificações precisas de carga máxima
permitida, que, naturalmente, devem ser seguidas.
Figura 6.9 – Símbolo da contatora.
Área de Eletroeletrônica - ELETRÔNICA INDUSTRIAL
85
Relés
O relé é um aparelho eletromecânico que efetua comutação (abertura
e fechamento) de seus contatos, quando a sua bobina é excitada.
O relé pode assumir formas construtivas e dimensões muito diversas.
Essencialmente, podemos considerá-lo composto de três partes:
circuito magnético, bobina e contatos. A figura acima esquematiza
uma das soluções construtivas mais freqüentemente usadas para
execução dos relés.
Dispositivos de proteção
As máquinas elétricas são equipamentos que podem ser
sobrecarregados e destruídos facilmente. Como eles apresentam
custos consideráveis, compensa investir em dispositivos de proteção
para eliminar o perigo de danificá-los ou perdê-los. Os dispositivos
de proteção têm como finalidade a detecção de condições de
sobrecarga e, em conseqüência disso, a garantia da desativação da
máquina supervisionada.
Figura 6.10 – Relé industrial, pequeno relé aplicado em circuito eletrônico nodetalhe e diversos relés.
Figura 6.11 – Relé esquematicamente representado.
Área de Eletroeletrônica - ELETRÔNICA INDUSTRIAL
86
Fusíveis
Os fusíveis são empregados em comandos de motores como
dispositivos de proteção contra curto-circuito. Além de proteger as
linhas alimentadoras, protegem os próprios dispositivos de
comandos em caso de curto-circuito interno. Os fusíveis devem ser
direcionados para não reagir em caso partida difícil, isto é, o valor
nominal dos fusíveis deve ser entre 150% e 300% da corrente
nominal do motor. As figuras seguintes mostram a simbologia de
fusíveis em sistemas monofásicos e trifásicos.
Figura 6.12 - Fusíveis de diversos tipos
Figura 6.13 - Simbologia dos fusíveis.
Área de Eletroeletrônica - ELETRÔNICA INDUSTRIAL
87
Há três tipos de fusíveis usados para proteção de motores: Diazed,
Neozed e NH. O tipo Diazed é o mais usado para cargas de
potências baixas até médias. Componentes particulares dos sistemas
Diazed e Neozed são: a base de fusível, o cartucho de fusível, o
porta fusível (tampa roscada) e o dispositivo de inconfundibilidade
(parafuso de ajuste). As próximas figuras representam os diversos
tipos de fusíveis.
Os valores nominais de corrente dos fusíveis dos sistemas de Diazed
e Neozed são identificados por cores no fundo dos cartuchos e nos
parafusos de ajuste, cujos padrões são informados nos manuais de
fabricante. Quando o fusível se rompe, o ponto colorido no fundo
tende a cair para o interior do cartucho, sinalizando com mais
facilidade o fusível queimado.
Disjuntores
Os disjuntores são equipamentos de proteção capazes de protegero circuito tanto de sobrecargas quanto de curtos-circuitos. Sãosuperiores aos fusíveis em capacidade e durabilidade, uma vez quenão se destróem, apenas desarmam. Eles podem ser rearmadosnovamente, depois de cessadas as condições de erro.
Possuem, em seu interior, um sistema de desarme eletromagnético,que atua em picos de corrente, e um sistema de desarme térmico,que atua no caso de sobrecarga.
Figura 6.14 – Tipos de Fusíveis.
Figura 6.15 - Alguns tipos de disjuntores industriais.
Área de Eletroeletrônica - ELETRÔNICA INDUSTRIAL
88
Relé Térmico
Em conjunto com o comando elétrico simples, ele possibilita aproteção dos motores contra sobrecarga, falta de fase, partidaslongas e bloqueios prolongados do motor.
Relés térmicos não protegem a linha de alimentação da ocorrênciado curto-circuito. Conseqüentemente, é necessário empregar fusíveiscomo proteção.
O relé térmico é intercalado nas três fases do motor para detectar aintensidade de corrente solicitada pelo motor. As correntes do motoratravessam um dos três elementos térmicos dentro do relé, que seaquecem na medida da corrente solicitada pelo motor. Ao aquecer,devido à corrente, os elementos térmicos acionam um contatoauxiliar para sinalizar a sobrecarga do motor. Isto significa que umrelé térmico deve trabalhar em conjunto com uma contatora ou umcomando elétrico.
Dispositivos de chaveamento
Transistor
Em eletrônica industrial, é comum o uso de transistores de potência, emsituação de saturação ou corte. Ou seja, o transistor funciona como umaespécie de chave eletrônica. Também é utilizado, em menor grau, paracontroles lineares de corrente. Os transistores compõem os chamadosrelés de estado sólido. São utilizados tanto para acionamento comopara controle de velocidade de motores de indução.
Figura 6.16 - O relé térmico (dispositivoinferior) opera em conjunto com umacontatora (dispositivo superior)
Figura 6.17 - Diagrama de um relé térmico.
Figura 6.18 - Transistores de potência.
Área de Eletroeletrônica - ELETRÔNICA INDUSTRIAL
89
Diodo
Esse dispositivo semicondutor é utilizado, basicamente, para a
retificação de corrente alternada e para evitar forças contra
eletromotriz em circuitos de corrente contínua.
Ponte retificadora
Consiste num banco de diodos, construído, geralmente, em um único
invólucro. Tem como única função a retificação de corrente
alternada, em onda completa. Como grande vantagem, apresenta a
compactação e simplificação de circuitos retificadores lineares.
Figura 6.19 - Diodos de alta potência.
Figura 6.20 - Ponte retificadorainstalada em uma fonte linear.
Figura 6.21 - Símbolo da ponte retificadora.
Área de Eletroeletrônica - ELETRÔNICA INDUSTRIAL
90
Tiristores
São, basicamente, de dois tipos os SCR’s – Sillicon Controlled
Rectifier (diodos controlados de silício) e os TRIAC's – Triode to
Alternate Current (podem ser considerados a união de dois SCR’s).
Utilizados como chaves eletrônicas, são empregados, também, em
controles de velocidade e potência.
Flip-Flop
É um circuito biestável, ou seja, possui dois estados estáveis. Com o
aparecimento de um estímulo, passa de um primeiro estado a um
segundo e permanece, indefinidamente, nesse segundo estado,
mesmo após a cessação do estímulo. Na figura a seguir é
apresentado o diagrama esquemático do flip-flop mais simples, que
é o tipo RS (Reset-Start), e sua tabela verdade. É destinado a
circuitos eletrônicos de controle.
Figura 6.22 – Encapsulamento típico deSCR’s e TRIAC’s.
Figura 6.23 – SCR e TRIAC
Figura 6.24 – Símbolo do flip-flop RS e sua tabela verdade.
Área de Eletroeletrônica - ELETRÔNICA INDUSTRIAL
91
6.3 CONFECÇÃO DE RELATÓRIOS
O relatório de inspeções e análises realizadas é um documento
importante, mas deve ser bastante simples e objetivo, de fácil
compreensão. No relatório devem constar a identificação do
operador, os procedimentos desenvolvidos, os testes realizados, os
defeitos constatados, a forma de identificação (se visual ou
automática), o procedimento de solução e, se possível, hipótese
sobre origem do problema. Convém salientar que, havendo
observação de validades de componentes de reposição, deve ser
estimada, neste relatório, a data da próxima troca.
As empresas costumam ter formulários padrões para esses tipos de
relatório. O operador deve sempre preenchê-lo com extrema
atenção, pois podem servir até mesmo para avaliação profissional
do próprio operador.
Área de Eletroeletrônica - ELETRÔNICA INDUSTRIAL
92
EXERCÍCIOS RESOLVIDOS
6.1 Existe diferença entre um botão amarelo e um botãoluminoso amarelo? Justificar.
Sim, existe diferença. O botão amarelo significa iniciar um retorno,eliminar uma condição perigosa. O botão luminoso amarelo indicaatenção e precaução. As funções previamente selecionadas podemfalhar durante o processo.
6.2 O que significa uma lâmpada transparente (incolor)acesa em uma máquina?
Circuito sob tensão, serviço normal.
6.3 Qual a finalidade dos dispositivos de proteção nasmáquinas?
Os dispositivos de proteção têm como finalidade a detecção decondições sobrecarga e, em conseqüência disso, a garantia dadesativação das máquinas supervisionadas.
EXERCÍCIOS PROPOSTOS
6.4 Qual o procedimento para a eliminação de problemasde mau contato?
6.5 Qual é a primeira etapa no processo de verificação deum equipamento na indústria?
6.6 Pesquisar na fábrica e registrar em relatório ofuncionamento de: a) dois tipos de dispositivos deproteção; b) dois tipos de dispositivo de comando; c) doistipos de dispositivo de chaveamento.
6.7 Quais são os três tipos principais de fusíveis?6.8 Para ligar um motor de corrente nominal igual a 10 A,qual o valor do fusível Diazed de proteção?
6.9 Realizar a inspeção de circuitos de controle e proteção,e elaborar o relatório da atividade prática desenvolvida.
EExxeerrccíícciiooss
7CCiirrccuuiittooss DDiiggiittaaiiss ee CCLLPPss
7.1 Lógica de Funcionamento da Eletrônica Analógica e Digital
7.2 Características e Grandezas de Circuitos Digitais eMicroprocessadores
7.3 CLP's
7.4 Tendências Futuras da Eletrônica
Área de Eletroeletrônica - ELETRÔNICA INDUSTRIAL
94
7.1 LÓGICA DE FUNCIONAMENTO DA ELETRÔNICAANALÓGICA E DIGITAL
Os circuitos analógicos e digitais têm como característica a entradade um sinal, um processo interno, e a saída do sinal, normalmentecom alguma alteração.
Os circuitos analógicos e digitais diferenciam-se no processointerno. No caso do analógico, o sinal é processado da forma comoentra. Por exemplo, imagine um tabuleiro de xadrez, onde vocêmovimenta as peças com a sua mão. Quando uma peça muda decasa, o movimento é suave, analógico. No circuito digital ocorre queo sinal de entrada é transformado em uma seqüência de números.
No mesmo exemplo do tabuleiro de xadrez, todas as casas estariamnumeradas. Para mover uma peça, você diz o número da casa ondeela se encontra, o número pelas quais passará em seqüência e onúmero da casa de chegada. A peça se movimenta aos saltos,digitalmente. Nos dois casos o resultado é idêntico. Os tempos deviagem da peça de xadrez podem ter sido os mesmos, mas a formade movimentação, o processo, foi diferente.
A eletrônica digital é especialmente adequada para a construção decomputadores, máquinas que operam baseadas em números.Dentro de um computador, todas as informações referentes ao som,imagem e escrita são convertidas em números, que podem serprocessados diretamente.
Os circuitos digitais são baseados na utilização de portas lógicas,que consistem em circuitos eletrônicos (ou até mesmo em bancos derelés), onde, para um sinal de entrada de “0” ou “1”, correspondeuma resposta específica, segundo uma tabela verdade. A seguir sãoapresentadas as principais portas lógicas e suas respectivas tabelasverdade. Com elas, podem ser construídas todas as outras.
Tabela 7.1
7 CCiiccuuiittooss DDiiggiittaaiiss ee CCLLPPss
Área de Eletroeletrônica - ELETRÔNICA INDUSTRIAL
95
Por sua "suavidade", a eletrônica analógica é especialmenteadequada para todos os processos que exigem extrema precisão.Durante muito tempo os equipamentos de áudio eramexclusivamente analógicos. Porém, recentemente, a eletrônica digitalse desenvolveu tanto que hoje atinge uma precisão aceitável, aliadaa um baixo custo.
Atualmente, existe um processo de digitalização tanto do áudio,transmitido via rádio, quanto das imagens transmitidas pela TV. OBrasil ainda procura padrão para TV digital, que permite atransmissão com qualidade muito superior a dos atuais aparelhosanalógicos. A seguir é apresentada uma imagem com diferentesníveis de digitalização. Quanto menor a unidade de digitalização(pixel), melhor a imagem. Na figura abaixo, vemos a mesmaimagem com definição de 10, 15, 20 e 30 dpi – dot per inch (pontos por polegada ).
Tabela 7.2
Figura 7.1 – Imagem com vários níveis dedigitalização.
Tabela 7.3
Área de Eletroeletrônica - ELETRÔNICA INDUSTRIAL
96
Com relação à transmissão de voz via telefone, que sempre teve
uma qualidade de áudio bastante precária, a troca do padrão
analógico pelo digital foi muito mais simples. A mudança permitiu a
expansão da rede de telefonia celular sem grandes custos, uma vez
que onde se ligam três aparelhos digitais, antes era ligado apenas
um analógico.
7.2 CARACTERÍSTICAS E GRANDEZAS DE CIRCUITOSDIGITAIS E MICROPROCESSADORES
Os circuitos digitais caracterizam-se por utilizarem uma seqüência
numérica binária, isto é, números cujos algarismos correspondem
ao “0” e “1”. Vem daí a denominação “digital”.
Costumeiramente é utilizado o sistema decimal, onde os algarismos
correspondem aos valores de zero a nove. No sistema binário só
existem dois valores possíveis. Da mesma forma que no sistema
decimal, todos números podem ser assim representados, por
exemplo: o número 1 decimal corresponde ao número 1 binário, o
número 5 decimal corresponde ao número 101 binário.
Nos circuitos digitais os números “0” e “1” são representados por
níveis de tensão, por exemplo, 0 V para o “0” e 5 V para o “1”.
Os microprocessadores implementaram, nos circuitos digitais,
características que os tornaram extremamente versáteis e
competitivos, entre elas a programabilidade e a capacidade de
interação com os sistemas de sensoreamento.
O microprocessador é um circuito digital que opera ciclicamente
através de uma base de tempo, executando operações de leitura e
escrita em um banco de memórias digitais. É capaz de ler e
reconhecer instruções, isto é, dependendo da informação introduzida
em seu barramento, ele desenvolverá ações diferenciadas.
Figura 7.2 – O processador powerPC daIBM. Durante algum tempo foi o maisrápido microprocessador.
Área de Eletroeletrônica - ELETRÔNICA INDUSTRIAL
97
A versatilidade dos circuitos microprocessados é tanta que um
mesmo circuito é capaz de ser utilizado em diversos equipamentos
e executar ações completamente diversas.
Os computadores possuem em um microprocessador CPU – Central
Processing Unit (Unidade Central de Processamento), um conjunto
de memórias, uma entrada (que pode ser um teclado), e uma saída
(que pode ser um monitor de vídeo). Na figura a seguir é
apresentado o conjunto de placas de computador, que incluiu uma
placa mãe, onde está localizada a CPU, e um conjunto de placas
com funções distintas.
Figura 7.3 – Trem de pulsos, formando números binários.
Figura 7.4 – Conjunto de placas de computador.
Área de Eletroeletrônica - ELETRÔNICA INDUSTRIAL
98
Com o surgimento dos computadores, algumas novas unidades de
grandeza foram criadas. Elas servem para definir a quantidade de
informações com as quais os computadores podem trabalhar. A
unidade mínima de memória é o “bit”, que corresponde a uma
unidade binária. A menor palavra digital é o “byte”, que
corresponde a oito bits, mas hoje se usa a “word” que corresponde
a dois bytes. A capacidade de memória dos computadores é medida
em Gigabytes, aproximadamente, um bilhão de bytes.
Outra grandeza também importante no mundo dos computadores é
a freqüência de operação do microprocessador que compõe a parte
principal do equipamento. A medida da ordem de Gigahertz
(bilhões de oscilações por segundo) indica o número de ciclos de
máquina realizados no interior do processador em um único
segundo. É um parâmetro importante para avaliar a performance*
de um computador, muito embora outros fatores como tempo de
acesso às memórias, ao disco rígido, ao vídeo e outros periféricos*
também sejam relevantes.
7.3 CLP's
Os CLP's (controladores lógicos programáveis) são circuitos digitais
que possuem uma interface, que permite ao usuário programar uma
seqüência de acionamentos que ocorrerão em uma máquina.
Figura 7.5 - Controladores programáveis de vários tipos.
Área de Eletroeletrônica - ELETRÔNICA INDUSTRIAL
99
O funcionamento deste equipamento é baseado em sistemas
digitais. Em sua grande maioria, microprocessadores acoplados a
um circuito de saída de potência, que podem ser conectados aos
painéis de controle de máquinas. Este equipamento pode ser
realimentado ou não, isto é, pode receber sinais da máquina
operada, tais como: sinais de fim de curso, de temperatura atingida,
de velocidade de operação alcançada, de fim de processo, entre
outros. A vantagem do recebimento desses sinais é a proteção
contra erros de programação e de processo.
O controlador programável é, na maioria dos casos, um
computador dedicado que possui um certo número de entradas e
saídas e que difere do computador propriamente dito, pela robustez
e maior simplicidade.
Figura 7.6 - Sistema de controle CLP acoplado auma bomba para tambor.
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100
7.4 TENDÊNCIAS FUTURAS DA ELETRÔNICA
Chips quânticos
Em breve, será possível alcançar os limites máximos de integração
nos circuitos integrados, isto é, a atomização dos componentes ou,
até mesmo, vários componentes em um único átomo. O sentido de
rotação de cada elétron representaria um sinal zero ou um e
teríamos, então, um computador quântico. Seria possível criar
computadores centenas ou milhares de vezes mais poderosos, com
mais velocidade e capacidade de memória.
Chip DNA
Existe uma linha de pesquisa que propõe a utilização do DNA –
Desoxirribonucleic Acid (Ácido Desoxirribonucléico) como estrutura de
processamento. Outra investigação pressupõe solucionar problemas
matemáticos a partir da organização natural das bases nas cadeias de
DNA (timina (T), adenina (A), guanina (G) e citosina (C)).
A grande vantagem do computador de DNA será a velocidade.
Porém, será difícil conseguir ler os resultados, já que as seqüências
de DNA precisam ser “pescadas” com ajuda de microscópio.
Figura 7.7 – O sentido de giro doselétrons representaria os estados “1” e“0”. de vários tipos.
Figura 7.8 - O segredo está nos tubos que possuem moléculas sintetizadas emlaboratório a partir do DNA de ratos.
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101
O Chip a partir do neurônio
Células cerebrais serão utilizadas na substituição dos transistores,
pois também transmitem impulsos elétricos com uma eficiência maior.
A partir de uma cola de enzimas, eles são unidos à placa de silício.
Após ser aplicada uma tinta de enzimas que atraem os axônios, a
placa ganha uma cabeleira de neurônios. Para que as células não
morram, a cola deve ser recolocada a cada 72 horas, além de ter
que ser mantida a uma temperatura de15°C a 25°C.
O Chip a partir da Luz
Com o uso cada vez maior das fibras ópticas* e dos CD-ROMs, que
utilizam a luz para ler seus dados, surgiu um problema técnico. É que
o silício é um ótimo condutor de eletricidade, porém um péssimo
condutor de luz. A solução foi descobrir um novo tipo de silício,
chamado III-V, que, além de manter as propriedades conhecidas, é
capaz de brilhar.
Milhares de células feitas com o novo silício e com sensores ópticos
substituem os transistores. A informação circula nas cores preto,
branco, azul e vermelho. Assim a informação deixa de ser binária e
passa a ser quaternária.
Figura 7.9 – Placa de silício recebendo os neurônios de um rato.
Figura 7.10 – Modelos de chips óticos.
Figura 7.11 - Chip quaternário luminoso
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102
EXERCÍCIOS RESOLVIDOS
7.1 Quais são as características semelhantes dos circuitosanalógico e digital?
Os circuitos analógico e digital têm como característica semelhante
a entrada de um sinal, um processo interno e a saída do sinal com
alguma alteração.
7.2 Quais os equipamentos que, na fábrica, operam commicroprocessador?
Os computadores e boa parte dos CLP’s (entre outros).
7.3 Por que os melhores equipamentos de som são digitais, seos equipamentos analógicos são mais adequados para áudio?
Porque os equipamentos digitais de qualidade são muito mais
baratos que os analógicos de qualidade. A construção de um
equipamento analógico melhor do que o melhor aparelho digital é
possível, porém muito dispendiosa.
EXERCÍCIOS PROPOSTOS
7.4 Qual a vantagem da utilização de um ControladorProgramável em uma máquina?
7.5 A partir de exemplo de um mesmo equipamentoanalógico ou digital existente na empresa, comparar seufuncionamento, resultados e custos. Registrar os resultadosda comparação em relatório.
7.6 De que ordem é o tamanho atual dos componentesintegrados em um chip, e a que ordem espera-se que elesconsigam chegar?
EExxeerrccíícciiooss
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103
7.7 Qual a vantagem da tecnologia digital para telefoniamóvel?Como foi visto neste capítulo, as portas lógicas podem serinterconectadas. Sendo assim, responder aos exercíciosseguintes:
7.8 Se forem conectadas às portas, como indica odiagrama, qual será a tabela verdade?
7.9 Se forem conectadas às portas, como indica odiagrama, qual será a tabela verdade?
7.10 Pesquisar na fábrica, em equipe de no máximoquatro alunos, duas aplicações de CLP. Registrar emrelatório, após contatos com especialistas:
√ Finalidade dos mesmos
√ Funcionamento
√ Ligação e programação
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9GGlloossssáárriioo
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110
Analogias - Pontos de semelhança entre coisas diferentes.
Anodo – Eletrodo positivo terminal pelo qual a corrente de uma
fonte de energia elétrica entra num eletrólito, tubo de gás ou válvula
termoiônica, e ao qual se dirigem os íons negativos ou ânions.
Atômicas, carcaças - São o conjunto núcleo mais elétrons de
camadas inferiores, que não participam das reações químicas que
envolvem o material.
Cátodo – Denominação do pólo negativo de uma pilha ou
gerador. Eletrodo de onde partem elétrons ou íons negativos, ou
para onde se dirigem os íons positivos.
Cavalo-vapor – Unidade de medida de potência que equivale a
75kg.m/s. Também chamado cavalo ou cavalo de força.
DIP - Dual In-Line Package (pacote duplo em linha), uma norma
para o encapsulamento de circuitos integrados.
Discretos, componentes – Diz-se da quantidade que exprime
componentes eletrônicos semelhantes, porém distintos.
Eletrônicas, válvulas – Dispositivo que consiste em dois ou
mais eletrodos, mantido em ambiente fechado, total ou
parcialmente vacuefeito, entre os quais circulam correntes elétricas
controláveis pela excitação externa de um ou mais de um deles.
Estator - Parte estacionária em uma máquina, dentro ou ao redor da
qual revolve um rotor, como, por exemplo, em um motor de indução.
Fator de Potência – Relação entre as potência real resistiva de
um motor e a sua potência reativa.
9 GGlloossssáárriioo
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111
Infravermelha, luz – Região do espectro electromagnético de
comprimento de onda maior que a da luz vermelha. Descoberta
em 1800 pelo astrônomo inglês William Herschel.
Interface - Dispositivo físico ou lógico que faz a adaptação entre
dois sistemas.
Intrínseca – Que está por natureza inseparavelmente ligado a
uma coisa.
Íons – Denominação genérica das partículas atômicas ou grupos
de átomos dotados de carga elétrica não-nula. Abrange os cátions,
de carga positiva, e os ânions, de carga negativa.
Joule, efeito – Quantidade de calor produzida num condutor
pela passagem de corrente elétrica, num intervalo de tempo
determinado. Formulado pelo físico inglês James Prescott Joule.
Microeletrônica – Designação genérica de processos e técnicas de
investigação que envolvem circuitos em estado sólido, miniaturizados.
Onda, comprimento de – A distância entre pontos de mesma
fase em pulsos sucessivos de uma onda denomina-se comprimento
de onda.
Ópticas, Fibras – Conjunto de filamentos flexíveis de espessuras
mínimas, feitos de vidro ou plástico, destinado à transmissão de
dados e imagens por ondas luminosas produzidas por raios laser.
Ortodoxas, pouco – Fora dos princípios tradicionais.
Periféricos – Equipamento auxiliar de um sistema informático,
responsável pelo armazenamento de informação e pela comunicação
do processador de dados central com o exterior. Inclui teclado,
monitor, discos magnéticos e impressora, entre outros dispositivos.
Periódica, tabela – Tabela em que os elementos são
organizados em linhas, que correspondem aos períodos e colunas
que formam os grupos.
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112
Piezelétrico – Que tem a propriedade apresentada por alguns
cristais de desenvolver carga elétrica em suas faces, em situação de
compressão ou tração.
PTH - Placed Through Hole (componente preso por furo)
componente mais comum, possui leads (pernas) que são
introduzidas em orifício para a posterior soldagem.
Quadrante, terceiro – A terceira das quatro partes centradas
em que se pode dividir, igualmente, um círculo.
Quântica, Física – Conjunto de princípios físicos que descrevem
o comportamento das partículas subatômicas, por meio de
interpretações que contrariam os postulados da mecânica clássica.
Rotor – Forma reduzida de rotator, induzido, parte mais interior do
motor que gira.
Rugosímetros – aparelhos para medir a rugosidade de superfícies.
Sensoreamento – Designação genérica de diversas técnicas de
exploração, análise e controle de objetos por meio de instrumentos,
que emitem ou captam informações.
SMD – Surface Montain Device – Componente de montagem em
superfície.
Surto (de tensão) - aumento do nível de tensão que pode
provocar danos a uma carga.
Valência, elétrons de - São os elétrons da última camada, os
que podem participar de reações químicas
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114
CAPÍTULO 1
1.4- É quando é ligado o pólo positivo de uma bateria ao lado tipo
N de uma junção, e o pólo negativo ao lado tipo P na mesma junção.
1.5- A característica mais interessante de uma junção PN é possuir
a capacidade de permitir a passagem da corrente elétrica em um
único sentido.
1.6 - Os elementos químicos mais utilizados como semicondutores
são o silício e o e germânio.
1.7 - É introduzir impurezas no semicondutor, propositalmente, que
o tornaram um do tipo N ou do tipo P.
1.8 - Os semicondutores são menores, mais leves, mais duráveis e
mais baratos.
1.9 - Pode-se dizer que a lacuna se comporta como se fosse um
próton livre, muito embora, nesse nível de reações físicas, jamais
ocorram liberações de prótons.
1.10 – Quando for conectado o condutor, a corrente medida será
de aproximadamente 30mA, para o isolante 0mA, para o
semicondutor em polarização direta será de aproximadamente
25mA e para a polarização inversa de 0mA. Pode-se concluir daí
que os componentes se comportaram conforme o esperado, o
condutor apresentou resistência próxima de zero, o isolante não
permitiu a passagem da corrente elétrica, bem como o semicondutor
em polarização inversa. Para a polarização inversa observa-se a
corrente um pouco diminuída, isso devido à queda de tensão de
aproximadamente 0,6V, na junção.
10GGaabbaarriittooss
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115
CAPÍTULO 2
2.4 - O esboço deve ficar mais ou menos assim:
2.5 - O roteiro de teste deve ficar aproximadamente assim:
Teste de diodos
1) Colocar o multímetro na escala de resistências (na menor)
2) Se o multímetro for analógico fazer o ajuste de zero
3) É importante lembrar que, na maioria dos multímetros analógicos
ao ser colocada a chave na posição para medição de resistência, as
pontas ficam invertidas, ou seja, a vermelha que é a positiva passa
a ser a negativa. E a preta que é a negativa passa a ser a positiva.
4) Encostar a ponta vermelha no anodo e a preta no cátodo. A
resistência deve ser baixa.
5) Encostar a ponta preta no anodo e a vermelha no cátodo. A
resistência deve ser alta.
6) Se a resistência medida for alta dos dois lados é porque o diodo
está aberto. Se for baixa em ambos os lados é porque está em curto.
do fabricante do diodo.
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116
2.6 - Sim. Para a polarização direta o Diodo Zener se comporta
como um diodo normal.
2.7 - Comparar a curva obtida com a curva apresentada no manual
do fabricante do diodo.
2.8 - Servem como amplificadores ou chaves eletrônicas.
2.9 – Resposta (valores aproximados):
2.10 – Comparar os resultados observados com a figura 2.9.
CAPÍTULO 3
3.4 - É o intervalo de valores da grandeza em que pode ser usado
o sensor, sem que se danifique ou fique impreciso.
3.5 - Comparar os resultados obtidos com os dados da tabela
do fabricante.
3.6 - Teria de ser escolhido o termopar de ferro-constantán, pois dos
dois que estão tabelados é o único que suporta a temperatura indicada.
3.7 - O fotodiodo é usado como sensor em controle remoto, em
sistemas de fibra óptica, leitoras de código de barras, scanner
(digitalizador de imagens, para computador), canetas ópticas (que
permitem escrever na tela do computador), toca-discos CD,
fotômetros e como sensor indireto de posição e velocidade.
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117
3.8 - Transformam pressão sobre um cristal em energia elétrica,
através do efeito piezelétrico.
3.9 – Um exemplo de tabela pode ser o seguinte.
Para a solução de dúvidas a consultar manuais do fabricante da
máquina.
3.10 - As possibilidades são muito grandes. É possível propor desde
um sensor ótico no interior de uma geladeira para garantir que a
lâmpada da mesma apagou, até a utilização de um transdutor
termopar implantado em uma pessoa paracertificar a sua
temperatura.
CAPÍTULO 4
4.4 – Usar como base às figuras fornecidas nesse capítulo.
4.5 – Notar que o manual do fabricante possibilita acesso a todas
as características de cada chip.
4.6 – Fala-se em funções aproximadas porque não é possível
precisar a utilização de um chip somente analisando o circuito como
um todo.
4.7 – Não existe limitação. Hoje, praticamente, todos os
componentes podem estar integrados em um único módulo.
4.8 – Aproximadamente 170 m2.
4.9 – Sim. Depende da utilização que vai se fazer dele, as vezes um
tipo de encapsulamento é mais desejável que outro.
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118
CAPÍTULO 5
5.4 – Somente se for um motor monofásico de seis terminais,
invertendo a ligação dos terminais 5 e 6.
5.5 – Rotor e Estator.
5.6 – Usar as figuras apresentadas neste capítulo como base.
5.7 – Seguir as indicações apresentadas nesse capítulo. Utilizar uma
chave de fenda isolada e um alicate apropriado. Seguir as
orientações do educador voluntário.
5.8 – As características são tensão de operação, corrente nominal,
corrente de partida, indicação se monofásico ou trifásico, etc.
5.9 – Testar o sentido de rotação do motor antes de conectá-lo
à máquina.
5.10 – Os motores devem ser pesquisados a fundo com o uso dos
manuais. Questionar operadores, consultar revendas para
obtenção do preço, ou o departamento de compras da empresa.
5.11 – Utilizar a figura 5 como base. Relacionar o maior número
possível de informações possíveis a partir da placa de identificação.
Depois de reunidos os dados, debater a respeito dos motores de
maior número e menor número. Avaliar se é possível traçar algum
paralelo entre as atividades da fábrica visitada e os tipos de motores
que utiliza.
5.12 – Ouça, atentamente, os relatos dos operadores e procure ser
o mais suscinto possível no momento de passar o novo problema,
causa e solução para a tabela.
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119
CAPÍTULO 6
6.4 - Desliga-se o equipamento da energia e verifica-se a
temperatura aproximada das conexões. Elas não devem estar com
temperatura maior do que os próprios fios. Em alguns casos estão
realmente superaquecidas. Nessas situações o profissional deve
desfazer a conexão, limpá-la ou substituí-la, conforme o seu estado.
6.5 - A primeira etapa consiste na observação visual do
equipamento, seja ele qual for, partes frouxas, derramamentos de
óleo, fios soltos, correias folgadas, e esteiras mal posicionados.
Todos são sinais claros de que máquina necessita de manutenção.
6.6 – Fazer as verificações conforme o indicado no capitulo e
elaborar um relatório descritivo.
6.7- São três tipos: Diazed, Neozed e NH.
6.8 - O valor nominal dos fusíveis deve ser entre 150% e 300% da
corrente nominal do motor. Logo será de 15 a 30A.
6.9 - Seguir dicas: O relatório das inspeções e análises realizadas
deve ser bastante simples, objetivo e de fácil compreensão. No
relatório deve constar a identificação do aluno, os procedimentos
desenvolvidos, os testes realizados, o defeitos constatados , a forma
de identificação (se visual ou automática), o possível procedimento
de solução e hipótese de origem do problema. O relatório padrão
da própria empresa visitada também pode ser utilizado.
CAPÍTULO 7
7.4 – A vantagem é que o equipamento funcionará de maneira
autônoma. Basta realizar a programação uma vez, a máquina
realizará funções repetitivas, automaticamente.
7.5 – Em caso de dificuldade para encontrar equipamentos
semelhantes, analógicos e digitais, sugere-se a comparação dos
instrumentos de medição, pois quase sempre existem nas empresas
instrumentos dos dois tipos.
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7.6- Hoje, cada componente tem algumas centenas de átomos.
Espera-se que sejam alcançados os limites máximos, isto é, a
atomização dos componentes ou, até mesmo, vários componentes
em um único átomo. O sentido de rotação de cada elétron
representaria um sinal zero ou um.
7.7 – A vantagem é a possibilidade de expansão da rede de
telefonia celular sem grandes custos, uma vez que onde se ligam três
aparelhos digitais, antes poderiam ser ligados apenas um analógico.
7.8 – Resposta:
7.9 – Resposta:
7.10 – Confrontar os dados obtidos pelos grupos e discuti-los.
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Programa FORMARE /Fundação Iochpe: Fone/Fax: (011) 3060.8388 • E-mail: formare@fiochpe.org.br
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