430 MATERIAIS ELTRICOS: COMPNDIO DE TRABALHOS VOLUME 5 SUMRIO RESISTORES - Isabela Aguiar Dias.......................................................................431 UTILIZAODEINDUTORESNORAMODAENGENHARIAELTRICA-Kauana Palma Silva .............................................................................................................452 CAPACITORES - Camila da Silva Limons..............................................................472 CAPACITORES:DIFERENTESTIPOSEDIFERENTESMATERIAIS EMPREGADOS NA FABRICAO - Maurcio Romani ..........................................494 CAPACITOR DE TNTALO - Diego Raphael de Oliveira.......................................519 TIRISTORSCR:RETIFICADORCONTROLADODESILICIO-FernandoWinter Filho ........................................................................................................................535 431 RESISTORES Isabela Aguiar Dias 1. INTRODUO Osresistoressocomponentesbsicosusadosnoscircuitoseltricose eletrnicosparacontrolaraintensidadedecorrentequepassapelosdiversos componentes bem com controlar a tenso aplicada em cada parte do circuito. Ofuncionamentodosresistoresestbaseadonaresistnciaeltricaque todososmateriais,comexceodossupercondutores,possuemdedificultarema passagemdacorrenteeltrica.Quandoumresistorpercorridoporumacorrente eltrica,eletendeaaquecerporcausadoefeitoJoule.Apotnciadissipadapelo resistor igual ao produto da intensidade da corrente pela tenso aplicada no resistor, portanto, resistores de baixa resistncia permitem a passagem de correntes grandes e portanto so eles quem mais dissipam calor. Para evitaroaquecimentoexcessivodosresistoreselesdevemtertamanhosos apropriados,quantomaiororesistor,maissuperfcieexpostaelepossui,isso significaqueelepodeirradiarmelhorocalorparaomeioambiente.Existem resistores pirolticos de diferentes tamanhos, 1W, W, W ... conforme a aplicao que tero. A identificao do valor de resistncia dos resistores feita por um cdigo de 4 faixas de cores.As duas primeiras faixas informam uma medida de resistncia, a terceira faixa informa a potncia de dez que multiplica esta medida.Quantoaosprocessosdefabricaoosresistorespodemserclassificados emresistoresdepelculadecarvo,resistoresbobinadoseresistoresdefita metlica.Existeumgrupoespecialderesistoresquesomuitosensveisafatores externos,soosresistorestermosensveisNTC(Coeficientetrmiconegativo)e PTC(Coeficientetrmicopositivo),osresistoressensveisatenso,VDR(resistor dependente de voltagem) e os resistores sensveis a luz, LDR (Resistor dependente da luz). 2. RESISTORES Osresistoresfazempartedeumcircuitoeltricoeincorporadosdentrode dispositivos microelectrnicos ou semicondutores. A medio crtica de um resistor 432 aresistncia,queservecomorelaodevoltagemparacorrentemedidaem ohms,umaunidadeSI.Umcomponentetemumaresistnciade1ohmseuma voltagemde1voltnocomponentefazercomquepercorra,pelomesmo,uma correntede1ampre,oqueequivalentecirculaode1coulombdecarga eltrica,aproximadamente6.241506x1018eltronsporsegundo.Qualquerobjeto fsico, de qualquer material um tipo de resistor. A maioria dos metais so materiais condutores, e ope baixa resistncia ao fluxo de corrente eltrica. O corpo humano, umpedaodeplstico,oumesmoovcuotmumaresistnciaquepodeser mensurada. Materiaisquepossuemresistnciamuitoaltasochamadosisolantesou isoladores.Arelaoentretenso,correnteeresistncia,atravsdeumobjeto dada por uma simples equao, Lei de Ohm: Onde V a tenso em volts, I a corrente que circula atravs de um objeto em ampres, e R a resistncia em ohms. Se V e I tiverem uma relao linear -- isto ,Rconstante--aolongodeumagamadevalores,omaterialdoobjeto chamado de ohmico. Um resistor ideal tem uma resistncia fixa ao longo de todas as frequncias e amplitudes de tenso e corrente. Materiais supercondutores em temperaturas muito baixastmresistnciazero.Isolantes(taiscomoar,diamante,ououtrosmateriais no-condutores)podemterresistnciaextremamentealta(masnoinfinita),mas falhameadmitemqueocorraumgrandefluxodecorrentesobvoltagens suficientementealtas.Aresistnciadeumcomponentepodesercalculadapelas suas caractersticas fsicas. A resistncia proporcional ao comprimento do resistor eresistividadedomaterial(umapropriedadedomaterial),einversamente proporcional rea da seco transversal. A equao para determinar a resistncia de uma seo do material : Onde a resistividade do material, l o comprimento, eAareadasecotransversal.Issopodeserestendidoaumaintegralpara reasmaiscomplexas,masessafrmulasimplesaplicvelafioscilndricose maioria dos condutores comuns. 433 TABELA 1 Resistividade a 20C de alguns materiais Material Resistividade (nC.m) Cobre17,7 Alumnio28,3 Bismuto1190 Prata16,3 Nquel77,7 Nicromel995 Essevalorestsujeitoamudanasemaltasfreqnciasdevidoaoefeito skin,quediminuiasuperfciedisponveldarea.Resistorespadressovendidos comcapacidadesvariandodesdeunspoucosmiliohmsatcercadeumgigaohm; apenasumasrielimitadadevalores,chamadosvalorespreferenciais,esto disponveis.Naprtica,ocomponentediscretovendidocomoresistornoum resistor perfeito como definido acima. Umresistortemumavoltagemecorrentemximasdetrabalho,acimadas quais a resistncia pode mudar (drasticamente, em alguns casos) ou o resistor pode sedanificarfisicamente(queimar,porexemplo).Emboraalgunsresistorestenham astaxasdevoltagemecorrenteespecificadas,amaioriadelessotaxadasem funodesuapotnciamxima,quedeterminadapelotamanhofsico.Astaxas maiscomunspararesistoresdecomposiodecarbonoefilmedemetalso1/8 watt,wattewatt.Resistoresdefilmedemetalsomaisestveisqueosde carbonoquantoamudanasdetemperaturaeaidade.Resistoresmaioresso capazesdedissiparmaiscalorporcausadesuareadesuperfciemaior. Resistoresdostiposwire-woundesand-filledsousadosquandosenecessitade taxas grandes de potncia, como 20 Watts. Alm disso, todos os os resistores reais tambm introduzem alguma indutncia e capacitncia, que mudam o comportamento dinmico do resistor da equao ideal. A representao do resistor pode ser dada de duas formas, tanto como um retngulo ou um zig-zag . 434 (a)

(b)(c) FIGURA 1 (a) representao de resistor, (b) e (c) exemplos de aplicao de resistor em chuveiros e filamentos de lmpadas respectivamente. 2.1 CLASSIFICAO DOS MATERIAIS QUANTO RESISTNCIA A resistncia prpria de cada material (resistncia especfica) est associada ao nmero de eltrons na camada de valncia. Quanto maior o nmero de eltrons devalncia,maioradificuldadedeseobterportadoresdecarga(eltronslivres)e portanto maior a resistncia (menor a conduo de corrente). Condutores,soosmateriaisqueapresentamat3eltronsdevalnciae apresentammuitoseltronslivrestemperaturaambientee,portanto,possuem baixa resistncia eltrica. Isolantes, so os materiais que apresentam muitos eltrons de valncia, com estacamadapraticamentecompletaeestvel.Assim,apresentampoucoseltrons livres temperatura ambiente e, portanto, possuem alta resistncia eltrica. Supercondutoressoosmateriaisque,sobdeterminadascondiescomo baixas temperaturas, apresentam resistncia eltrica nula. Tm a grande vantagem de no apresentarem perdas trmicas na conduo de corrente eltrica. 435 Ofenmenodasupercondutividadefoiapresentadopelaprimeiravezem 1911 pelo fsico holands Kammerlingh Onnes. Ele utilizou mercrio resfriado at a temperaturadogsHliolquido,ouseja,algunsgrausacimadozeroabsoluto(-273,15oC).OfsicosuoKarlAlexanderMullerobteveasupercondutividade utilizandoumacermicacomxidodecobreaumatemperaturamaisalta,35K (aproximadamente238oC).Asupercondutividadetemsidomuitopesquisada atualmente e j se tem notcia de se obter o fenmeno em cermicas a temperaturas de 123K (-150oC). Semicondutores,algunscristais,comooSilcio,oGermnio,oArsenetode Glio,entreoutros,possuemacaractersticadeapresentaremaltaresistnciasob determinadascondiesebaixaresistnciaemoutras.Aspropriedadesdesses cristais so utilizadas para a fabricao de componentes eletrnicos como os diodos, os transistores, os circuitos integrados e os microprocessadores. 2.2 ESPECIFICAES TCNICAS DE RESISTORES Caractersticas fundamentais : Valor nominal da resistncia [Ohm]Potncia de dissipao nominal [W]Caractersticas secundrias : Tolerncia [%] (indica a diferena mxima em percentagem de variao do valor da resistncia)Coeficiente de temperaturaCoeficiente de tensoTenso mxima nominal [V]Tenso de rudoDiagrama de potncia-temperaturaCaracterstica resistncia-freqnciaPotnciadedissipaonominal[W]*Tolerncia[%](indicaadiferena mxima(+/-)entreovalornominaleovalorrealdaresistncia)Ostrsprimeiros sosempreindicados.Asucessodevaloresnominaisderesistnciaseajustaa uma progresso geomtrica: 436 ondeovalornominaldaresistncianaposioeumcoeficiente relacionado com a tolerncia: TABELA 2 Tolerncia da resistncia Tolerncia [%]k Nome da Srie 206E6 1012E12 524E24 248E48 196E96 0.5192E192 0.25192E192 0.1192E192 2.3 CLASSIFICAO DE RESISTORES 2.3.1 RESISTOR DE VALOR ALTERVEL FIGURA 2 Resistor de valor altervel um resistor que possui um controle para alterao de sua resistncia por ao diretamente manual ou atravs de chave de fenda. 2.3.2 RESISTOR VARIVEL Oresistorvarivelutilizadoparacontrolarovolumesonoroemrdio, televisor etc. 2.3.3 RESISTOR AJUSTVEL Oresistorajustvelutilizadoparaproporcionarajustesdefinitivosnos circuitos. 2.3.4 RESITOR ESPECIAL Resistor Especial um resistor cuja resistncia estabelecida por fenmenos fsicos, como a luz, temperatura, tenso eltrica, presso e outros. 437 2.3.5 RESITOR FIXO FIGURA 3 Resistor fixo Resistor fixo um resistor que possibilita um nico valor de resistncia. 2.3.6 RESISTORES DE POTNCIA So resistores de fio, geralmente de nquel-cromo, para valores de potncia acima de 5W. 2.3.7 RESISTOR USO GERAL Soresistoresdepotnciadepelculadecarbonoparavaloresdepotncia de 1/8W 2.5W. Ovalordaresistnciadestesresistoresfornecidoporaniscoloridos, impressosnocorpodoresistor(cdigodecorescomum),ovalordapotncia fornecido na ltima faixa. 2.3.8 RESISTOR DE PRECISO Soresistoresdepelculadecarbonofabricadosporprocessoespeciais.A tolerncia do valor da resistncia deste resistor quase nula. 3. RESISTORES DE VALORES FIXOS O valor de um resistor de carbono pode ser facilmente determinado de acordo comascoresqueapresentanacpsulaqueenvolveomaterialresistivo,ouento usando um ohmmetro. Aprimeirafaixainterpretadacomooprimeirodgitodovalorhmicoda resistnciadoresistor.Asegundafaixadosegundodgito.Aterceirafaixa chamadademultiplicadorenointerpretadadomesmomodo.Onmero associadocordomultiplicadornosinformaquantos "zeros"devemsercolocados aps os dgitos que j temos. Sehouveraexistnciadeumaquartafaixa,umpoucomaisafastadadas outrastrs,afaixadetolerncia.Elanosinformaaprecisodovalorrealda resistncia em relao ao valor lido pelo cdigo de cores. Isso expresso em termos 438 de porcentagem. A maioria dos resistores obtidos nas lojas apresentam uma faixa de corprata,indicandoqueovalorrealdaresistnciaestdentrodatolernciados 10% do valor nominal. FIGURA 4 Diagrama de cores na capa de um resistor. Nastabelasaseguirsomostradososvaloresnormalizadosderesistores entre 1 e 10. Os outros valores padronizados podem ser obtidos multiplicando esses valores por potncias de 10. TABELA 3 Valores normalizados de resistores de 1 e 10. Srie E61.01.52.23.34.76.8 Srie E121.01.21.51.82.22.73.33.94.75.66.88.2 Srie E241.0 1.1 1.2 1.3 1.5 1.6 1.8 2.0 2.2 2.4 2.7 3.0 3.3 3.6 3.9 4.3 4.7 5.1 5.6 6.2 6.8 7.5 8.2 9.1 439 4. RESISTORES DE VALORES VARIVEIS FIGURA 5 Resistores de valores variveis. Oresistorvarivelumresistorcujosvalorespodemserajustadosporum movimentomecnico,porexemplo,rodandomanualmente.Osresistoresvariveis podemserdosbaratos,devoltasimples,oudemltiplasvoltascomumelemento helicoidal. Alguns tm um display mecnico para contar as voltas. Tradicionalmente, resistores variveis so no-confiveis, porque o fio ou o metal podem se corroer ou sedesgastar.Algunsresistoresvariveismodernosusammateriaisplsticosque no corroem. Outro mtodo de controle, que no exatamente um resistor, mas se comporta como um, envolve um sistema sensor fotoeltrico que mede a densidade ticadeumpedaodefilme.Desdequeosensornotoqueofilme,impossvel haver desgaste. 4.1 REOSTATO um resistor varivel com dois terminais, sendo um fixo e o outro deslizante. Geralmente so utilizados com altas correntes. 4.2 POTENCIMETROumtipoderesistorvarivelcomum,sendocomumenteutilizadopara controlar o volume em amplificadores de udio. 4.3 METAL XIDO VARISTOR OU M.O.V. / VARISTORESumtipoespecialderesistorquetemdoisvaloresderesistnciamuito diferentes,umvalormuitoaltoembaixasvoltagens(abaixodeumavoltagem especfica), e outro valor baixo de resistncia se submetido a altas voltagens (acima davoltagemespecficadovaristor).Eleusadogeralmenteparaproteocontra 440 curtos-circuitosemextensesoupra-raiosusadosnospostesderuas,oucomo "trava"emcircuitoseletromotores..utilizadanoprojetodeVCOs(Voltage Controlled Oscilators), VCFs (Voltage Controlled Filters), etc. 4.4 LDREminglsLightDependentResistorouemportugusResistorVarivel Conforme Incidncia De Luz um tipo de resistor cuja resistncia varia conforme a intensidade de radiao eletromagntica do espectro visvel que incide sobre ele.Um LDRumtransdutordeentrada(sensor)queconvertea(luz)emvaloresde resistncia. feito de sulfeto de cdmio (CdS) ou seleneto de cdmio (CdSe). Sua resistncia diminuiquandoaluzmuitoalta,equando aluzbaixa,aresistncia noLDRaumenta.Ummultmetropodeserusadoparaencontrararesistnciana escuridoounapresenadeluzintensa.Estessoosresultadostpicosparaum LDRpadro:escurido,resistnciamxima,geralmenteacimade1Mohmsouluz muito brilhante , resistncia mnima, aproximadamente 100 ohms. PormuitosanosoLDRmaiscomumfoioORP12,masnosltimosanos,o modelo NORP12 tem se tornado muito comum. O NORP12 possui um dimetro de aproximadamente13mm.LDRsmenoresestotambmdisponvesnomercado, existem tipos onde o dimetro de aproximadamente 5mm. Um LDR sensivel das faixas:Infravermelho(IR),LuzviziveleUltravioleta(UV)UmLDRpodesersoldado demaneirasimples,nenhumaprecauoespecialrequeridaaofaz-lo.Apenas deve-seficaratentocomaquecimentoexcessivo,comocomqualqueroutro componente. O LDR muito frequentemente utilizado nas chamadas fotoclulas que controlam o acendimento de poste de iluminao e luzes em residencias. Tambem utilizado em sensores foto-eletricos assim como foto-diodos. FIGURA 6 LDR 441 4.5 TERMSTOR (OU TERMISTOR) So semicondutores sensveis temperatura. Existem basicamente dois tipos de termstores: NTC(doinglsNegativeTemperatureCoefficient)-termstorescujo coeficientedevariaoderesistnciacomatemperaturanegativo:aresistncia diminui com o aumento da temperatura. So freqentemente usados em detectores simples de temperaturas, e instrumentos de medidas.PTC (do ingls Positive Temperature Coefficient) - termstores cujo coeficiente de variao de resistncia com a temperatura positivo: a resistncia aumenta com o aumento da temperatura.Conforme a curva caracterstica do termstor, o seu valor de resistncia pode diminuirouaumentaremmaioroumenorgrauemumadeterminadafaixade temperatura. Assim alguns podem servir de proteo contra sobreaquecimento, limitando a corrente elctrica quando determinada temperatura ultrapassada. Outra aplicao corrente,nocasoanvelindustrial,amediodetemperatura(emmotorespor exemplo),poispodemoscomotermstorobterumavariaodeumagrandeza elctrica funo da temperatura a que este se encontra. UmaversoespecializadadePTCopolyswitchqueagecomoumfusvel auto-rearmvel. FIGURA 7 Termstor (ou termistor) 5. CURVA CARACTERSTICA DE RESISTORES Aoaplicar-seumadiferenadepotencial(tenso)V,sobreumcondutorde resistncia R , circular sobre este condutor uma corrente eltrica i, sendo o valor da resistncia dada pela equao V = R.i onde V medida em volts (V), i medida em 442 ampres (A) e R, em ohms. Esta equao uma definio geral de resistncia. Ela podeserutilizadaparaqualquertipoderesistor.Umaresistnciaditahmica quando o seu valor numrico independe da tenso aplicada. Se o valor numrico da resistncia depender da tenso aplicada, ela dita no-hmica. Quando um resistor obedece Lei de Ohm, o grfico i x V uma linha reta, sendo, por isso, chamado de resistorlinear.Emdeterminadostiposderesistoresmetlicos,aresistncia constante e independente da tenso aplicada apenas se a temperatura permanecer constante. Umexemploderesistorno-linearovaristorouVDR(VoltageDependent Resistor). Sua resistncia altamente dependente da tenso aplicada, por causa da resistnciadecontatovarivelentreoscristaismisturadosqueocompem.Sua caracterstica eltrica determinada por complicadas redes em srie e em paralelo de cristais de carbeto de silcio pressionados entre si. Para o VDR a dependncia de V com a corrente i dada pela equao: V=Ci ondedependedacomposiodomaterialutilizadoedoprocessodefabricao, tendo valores que variam de 0,05 a 0,40. A constante C depende da temperatura e decaractersticasgeomtricasdoVDR,comvaloresentre15e1000W.As constantesCe so determinadas diretamentedeumgrficologVem funo de logi,comlogVrepresentadonoeixodasordenadaseloginodasabcissas. Aplicando logaritmos decimais aos dois termos da equao V = Ci tem-se: log V = log C + log i A equao acima anloga equao da reta y = A + Bx. FIGURA 8 Grficos de corrente por tenso para um resistor VDR 443 Os dois grficos da figura representam a curva i em funo de V e log V em funo de log i para o mesmo varistor. Existemmateriais,conhecidoscomosemicondutores,queapresentamuma variaoderesistnciacomatemperaturadecaractersticasincomuns.Eles apresentamumcoeficientedevariaodaresistnciacomatemperaturaque grandeenegativo,NTC(NegativeTemperatureCoefficient),denominados termistores(resistoressensveistemperatura).Asuaresistnciasereduz acentuadamente com o aumento de temperatura e, por este motivo, so comumente utilizados como sensores de temperatura. Ostermistoressofabricadoscomvriasmisturasdexidos,taiscomo: mangans,nquel,cobalto,ferro,zinco,titnioemagnsio.Podemteraformade contas,cilindrosoudiscos.Estesxidossomisturadosemproporesdevidas, paraapresentararesistividadeeocoeficientedevariaodaresistnciacoma temperatura desejados. As medidas de tenso e corrente dos termistores so interessantes quando a suatemperaturaformaiorqueadoambiente.Seacorrentepequena,ocalor produzidonoresistordesprezvelenohdecrscimonaresistncia.Sea correnteforproporcionaltensoaplicada,aresistnciaconstante(embora dependa da temperatura ambiente). Com o posterior acrscimo da corrente, h um aumentonatemperaturadotermistoremrelaotemperaturaambiente.A resistnciadiminui,emboraacorrentecontinueaumentando.Quandoacorrente estabiliza,atensotambmestabilizaeatemperaturadoresistoralta,podendo queim-lo se no houver dissipao eficiente de calor. Hresistoresqueapresentamelevadocoeficientepositivodevariaoda resistncia com a temperatura (figura 2), denominados PTC ( Positive Temperature Coefficient). So conhecidos como condutores frios, sendo sua condutividade muito maiorembaixasqueemaltastemperaturas.OsresistoresPTCsofeitosde BaTiO3 ou solues slidas de BaTiO3 e SrTiO3. 444 FIGURA 9 grfico da tenso por corrente para um resisteor PTC OgrficocorrentextensodeumPTCmostranitidamentesuapropriedade limitadoradecorrente,daasuautilidadeemmuitoscircuitosdeproteo.Ele obedeceLeideOhmparatensesrazoavelmentebaixas(at8V aproximadamente), porm, com o aumento gradativo da tenso, a corrente decresce devidoaoaumentodaresistnciacausadapeloaquecimentodovaristor.A resistnciadeumPTCtambmdependedatemperaturaambienteedesua dissipao trmica no meio que o envolve. Ofilamentodeumalmpadaincandescenteapresentatambmuma resistncia no - linear. Para correntes pequenas, a resistncia menor do que para correntes elevadas. O aumento da resistncia, neste caso, devido ao efeito Joule produzido pela prpria alimentao da lmpada. 445 6. PROCESSO DE FABRICAO 6.1 POR DEPOSIO DE FILME DE MATERIAL RESISTIVO Resistncia de carbono aglomerado; Resistncia de pelcula de carbono; Resistncia de pelcula metlica; 6.1.1 RESISTNCIA DE CARBONO AGLOMERADO Estes resistores so fabricados utilizando uma mistura de p de grafite com um material neutro (talco, argila, areia ou resina acrlica). A resistncia dada pela densidade de p de grafite na mistura.O acabamento deste componente feito com camadas de verniz, esmalte ou resina. FIGURA 10 Resistncia de Carbono aglomerado Apresenta baixa preciso.Tolerncias de 5%, 10 e 20 %. Aoxidaodocarbonopodeprovocaraalteraodovalornominalda resistncia. Apresenta altos nveis de tenso de rudo. baixo custo de 3 a 6 vezes menor que os de pelcula metlica. 6.1.2 RESISTNCIA DE PELCULA DE CARBONO Estecomponente fabricado pela deposioemvcuodeuma finapelcula decarbonocristalinoepurosobreumbastocermico,pararesistoresdevalor elevado, o valor ajustado pela abertura de um suco espiralado sobre sua superfcie , quanto mais prxima estiver uma volta da outra na estria maior ser a resistncia doresistor,finalmenteoresistorserrecobertoporumacamadaprotetorade esmalte. 446 FIGURA 11 Resistncia de Pelcula de carbono Vantagens: Estes resistores so bastante precisos. Apresentam baixos nveis de rudo. Apresentam grande estabilidade nos circuitos. So fabricados com tolerncia de 1% Alcanam valores de 100 M W. 6.1.3 RESISTNCIA DE PELCULA METLICA Este componente fabricado de um modo muito semelhante ao do resistor de carbonoondeografitesubstitudoporumaligametlicaqueapresentaalta resistividadeouporumxidometlico. Apelculanormalmente inoxidvel,oque impedeavariaodovalordaresistnciacomopassardotempo.Podeser fabricado em espiral o que aumenta a resistncia. Vantagens:Apresentamgrande precisoTolerncias entre 0,1% e 2%.Desvantagensalto custobaixa potncia de dissipao. 6.2 FIO RESISTIVO ENROLADO Resistncia bobinada; Resistncia bobinada vitrificada; 447 6.2.1 RESISTOR BOBINADO Estecomponentepodeserfabricadocomummaterialderesistncia especficaoupelauniodevriosmateriais,oupelousodeligasmetlicas.Ofio condutorenroladoemumtubocermicoeparaevitarcurto-circuitoentreas espiras, feito o recobrimento do fio com esmalte que suporta altas temperaturas. Vantagens:Baixo custo. Alta dissipao de potncia. Desvantagens:Grandes dimensesBaixa preciso 6.2.2 RESISTENCIA BOBINADA VITRIFICADA Oprocessodefabricaoomesmodoresistorbobinado,tendocomo diferenas que o tubo onde enrolado o condutor vitrificado e a isolaco entre as espirasfeitacomumacamadadematerialvtreodegrandeespessura.Isto permiteummelhorisolamentotrmicodaresistnciadeoutroscomponentesque podem interferir em suas caractersticas eltricas. 7. RESISTORES VARIVEIS Estescomponentessobastanteempregadosemcontroledevolume, controledefontesdealimentaoeemfiltros,soconhecidosporTrimpots, potencimetrosoureostatosepodemserfabricadostantocompelculasde carbono,metlicasouporfioenrolado,eavariaodaresistnciaobtidapela variao comprimento do condutor ou pela rea da pelcula metlica definida entre o cursor e os terminais do componente. 7.1 EFEITOS DA TEMPERATURA NA RESISTENCIA Oaumentodatemperaturadeumcondutorpodeserprovocadotantopela correntequecirculaporelecomopelaabsorodecalordoambiente.Namaioria doscondutoresesteaumentocorrespondeaoaumentodaresistncia,conforme mostradonaFigura3.Observamosqueexisteumarelaolinearentrea temperaturaearesistncianafaixadetemperaturanaqualomaterialcondutor normalmente usado. Embora a curva passe a ser no-linear quando a resistncia se aproximadezero,umalinharetapodeserextrapoladacomoumacontinuaoda 448 parte reta da curva. A curva extrapolada intercepta o eixo de temperatura no ponto chamado de temperatura inferida de resistncia zero ou zero absoluto inferido (= -234,5para cobre recozido).Considerandoduasresistnciasestemperaturase, respectivamente,vemosqueaextrapolaolinearforneceumarelaode semelhana de tringulos relacionandoe.Assim, Sendoqueosladosepossuemcomprimentose respectivamente: FIGURA 12 -ResistnciaTemperatura para um metal condutor 7.2 COEFICIENTE DE TEMPERATURA Devidoarelaolinearentrearesistnciaeatemperatura,ainclinao constanteeumavariaoderesultanamesmavariaona resistncia, conforme mostra a Figura 12. A variao de resistncia por unidade por variaoemnatemperatura,referidaaqualquerpontonnacurva 449 R x T, definida como o coeficiente de temperatura da resistncia, representada por , que : Ondicededefineatemperaturadereferncia,oquetornaaparenteque variacomatemperatura.NaFigura4,=e=;sendo, ento. FIGURA 13 - clculo do coeficiente de temperatura. possvelcalcularocoeficientedetemperaturadaresistnciaatravsda temperaturainferidaderesistnciazero.SereferirmosaFigura3esubstituirmos ena Equao 1.7, iremos obter a expresso: Apartirdestaltimaexpresso,vemosquese,ento,o coeficiente de temperatura a, o inverso de. 450 TABELA 4 coeficiente de temperatura e zero absoluto inferido de alguns materiais. Material condutorZero absoluto inferido Coef. De temperatura Alumnio-2360,00424 Lato-4890,00208 Cobre recosido-234,50,00427 Cobre duro-2420,00413 Ouro-2740,00365 Chumbo-2240,00466 Nquel-cromo-22700,00044 Platina-3100,00323 Prata-2430,00412 Estanho-2180,00458 Tungstnio-2020,00495 Zinco-2500,004 OvalordaresistnciadaFigura4podeserexpressoemtermosde como: Assim, se a variao R obtida a partir da Equao 1.7 como substituda na Equao 1.10, resulta: 8. CONCLUSO Os resistores so de importante utilizao nas engenharias, principalmente na engenhariaeltrica,poissoutilizadoscomafinalidadedeofereceroposio passagem de corrente eltrica a algum material. Apsestetrabalhofoipossvelconhecerosdiversostiposderesistores, tantososdevaloresfixos,comoosdevaloresvariveis,eentendercomo funcionam. 9. REFERNCIAS RESISTOR. Disponvel em: Acesso em: 1 jul. 2008. RESISTORES. Disponvel em: Acesso em: 1 jul. 2008. 451 CURVA CARACTERSTICA DE RESISTORES. Disponvel em: Acesso em: 1 jul. 2008. 452 UTILIZAO DE INDUTORES NO RAMO DA ENGENHARIA ELTRICA Kauana Palma Silva 1. INTRODUO Estetrabalhotemcomoobjetivoavaliarautilizao,afabrioeagrande utilizao de indutores no ramo da Engenharia Eltrica.Indutoresapresentamumacaractersticaeltricadominantequesimples. Apresenta uma proporcionalidade entre a variao corrente entre seus terminais e a diferenadepotencialeltriconosmesmos.Possui,portanto,umacaracterstica eltrica dominante com natureza de uma indutncia. Um indutor fundamentalmente um armazenador de energia sob a forma de um campo magntico. Um indutor um dispositivo eltrico passivo que armazena energia na forma decampo magntico, normalmente combinando o efeito de vrios loops da corrente eltrica.Oindutorpodeserutilizadoemcircuitoscomoumfiltropassabaixa, rejeitando as altas freqncias. Umindutorgeralmenteconstrudocomoumabobina dematerialcondutor, porexemplo,fiodecobre.Umncleodematerialferromagnticoaumentaa indutnciaconcentrandoaslinhasdeforadecampomagnticoquefluempelo interiordasespiras.Indutorespodemserconstrudosemcircuitosintegrados utilizando o mesmo processo que usados em chips de computador. Nesses casos, normalmenteoalumnioutilizadocomomaterialcondutor.Porm,raroa construodeindutoresemCI's;elessovolumososemumapequenaescala,e praticamenterestritos,sendomuitomaiscomumousodeumcircuitochamado "gyrator",queutilizaumcapacitorcomportando-secomosefosseumindutor. Pequenosindutoresusadosparafrequnciasmuitoaltassoalgumavezesfeitos com um fio passando atravs de um cilindro de ferrite. Osindutoresoubobinasapresentamncleos(espaointernoentreas extremidades das espiras), que podem ser: ar; ferrite; ferro laminado. O indutor tem como objetivo principal o armazenamento de corrente no esquecendo tambm que ele usado como filtro para determinadas freqncias de um sinal qualquer. Geralmente as bobinas trabalham, na sua grande maioria com dois terminais, isto que dizer que ns podemos Ter bobinas com mais de dois terminais. A espira de 453 umabobina,naverdadecorrespondeaumavoltadefio.Osindutoresapresentam como unidade o Henry (H). Osindutorespodemserligadosemsrie(acorrentequepassanoprimeiro indutor a mesma que passa no ultimo indutor); em paralelo (a tenso aplicada no primeirocomponenteamesmaquepassanoultimocomponente)emista(a mistura da associao em srie e paralela). 2. INDUTORESOs indutores so bastante usados em circuitos de radiofreqncia (RF), como os usados em receptores de rdio, TV, FM. Na sua frma mais simples consistem de um pedao de fio enrolado em uma frma (tubo) de material isolante como plstico, cermicaouferriteoumesmosemfrma(ar).Esseenrolamentosimples conhecido por bobina. Oindutortemfunesdiferentes,dependendodocircuitoondeeleusado. Podeproduzirsinaisdecorrentealternada(CA)derdioeTV,quandousadonos circuitososciladores. Podebloquearuma freqncia alta(CA)e deixarpassaruma freqncia baixa, quando usado nos filtros. FIGURA 1 Indutor 2.1 UM POUCO DE HISTRIA OfsicodinamarqusOersted,em1819,descobriuquecorrenteseltricas, quando circulavam em um condutor, produziam um campo magntico. Na realidade, Oerstedcolocouumabssolaprximaaumfio,peloqualcirculavaumagrande correnteeltrica,edescobriuqueaagulha(ponteiro)dabssolasemoviacoma passagem da corrente. Dai a deduo de que a corrente eltrica circulando pelo fio produziaumcampo magnticoe estecampomagnticopodiaseraumentadoseo fio condutor fosse enrolado em frma de uma bobina, com muitas espiras. 454 DessaexperinciafeitaporOerstedsurgiramosgalvanmetros,queso instrumentos que medem a passagem da corrente eltrica. Tambm esse fenmeno hojeusadoparaaconstruodemotores,dnamos,alternadores,eletro-imse umagrandevariedadedecomponenteseletrnicos.Umdessescomponentesa bobina, usadas em rdio, TV, vdeo, transmissores, etc. AindutnciadeumindutormedidaemHENRY,abreviadoH.Como1H umvalormuitograndedeindutnciaparaoscircuitosnormais,usam-seos submltiplos do Henry: 1 milihenry = 0,001 H = 1 mH 1 microhenry = 0,000001 H = 1 H 2.2 FORMATO DOS INDUTORES Os indutores podem tomar uma grande variedade de formatos e necessria certaprticaparaidentific-losennoconfundi-loscomoutroscomponentes eletrnicos. A figura 2 ilustra alguns dos tipos mais usados de indutores, com e sem ncleo,sendoalgunsfixoseoutrosajustveis.Essestiposserodiscutidosno prximo item. FIGURA 2 diferentes tipos de indutores Otamanhodosindutoresproporcionalasuaindutnciaequantomaioro nmero de espiras de um indutor, maior a sua indutncia em henrys.Como os resistores e capacitores, o indutor tambm pode ser encontrado em trLstiposbsicos:fixos,ajustveisevariveis.Osindutoresvariveissousados em casos especiais e nos circuitos eletrnicos comuns os mais usados sno os fixos e os ajustveis. 455 2.3 DEFINIO FORMAL DE INDUTORES ConsidereabobinadaFigura3(a).Quandoachavefechada,acorrente tendeacrescer,causandooaumentodofluxo.Ocrescimentodacorrenteno instantneo. Em outras palavras, uma fora-contra-eletromotriz, fcem, induzida de forma a se opor ao crescimento da corrente. FIGURA 3 (a)circuito com indutor, (b) smbolo de indutor, (c) grfico fluxo magntico por corrente. Considerando-seoncleodear,ououtrosmateriaisno-magnticos,a caractersticadefluxoporcorrentelinear.PprodutoNpelofluxodenominado fluxoconcatenado(representadopor).Aconstantedeproporcionalidadeque relacionaofluxoconcatenadoeacorrente,isto,ainclinaodareta,definida como indutncia (L): A unidade de indutncia weber por ampre, que definida como um henry. 456 Para o ncleo de material magntico a caractersticax i deixa de ser linear enaprticaestacurvarepresentadaemfunodadensidadedefluxo(B)e intensidade de campo (H). Asgrandezasfluxoecorrenteserelacionamrespectivamentecomas grandezas B e H, conforme as equaes abaixo:

Onde:B = densidade de fluxo em tesla (T)= fluxo em weber (Wb)A = rea da seo reta do ncleo em m2 H = intensidade de campo em ampere-espira por metroi = corrente em ampereN = nmero de espirasl = comprimento mdio do ncleo em mArelaoentreBeHdenominadapermeabilidadeabsoluta,representada por: Substituindo as Equaes acima temos: Rearranjando:ou Apermeabilidadeabsolutadosmateriaismagnticosvariacomadensidade de fluxo, conforme mostra a Figura 4. 457 FIGURA 4 A variao da permeabilidade absoluta dos materiais magnticos com a densidade de fluxo. Apermeabilidadedosmateriaistomadaemrelaopermeabilidadedo vcuo (), que valeH/m.Assim, Apermeabilidaderelativa,,demateriaisno-magnticoscomooar,o cobre, a madeira,ovidroe oplsticoiguala1.Por outrolado,ode materiais magnticoscomoocobalto,onquel,oferro,oaoesuasligasmuitomaiordo que 1.AEquaodaindutnciapodeserreescritaemfunodapermeabilidade relativa: Aindutnciapodeseraumentadavariando-seosfatoresgeomtricos,o nmerodeespirasouaindaescolhendo-sematerialcompermeabilidaderelativa 458 maior. Assim, para uma dada bobina (com fatores geomtricos e nmero de espiras fixos) a permeabilidade relativa atua como um amplificador da indutncia.A Tabela abaixo mostra a permeabilidade relativa para alguns materiais. TABELA 1 Permeabilidade relativa. Material Permeabilidade relativa Ar1 Chapa para geradores (liga de Fe, Si) 5.000 a 8.000 Mumetal (liga de Ni, Fe, Cu, Cr)45.000 Liga 1040 (liga de Ni, Fe, Mo, Cu)100.000

3. FABRICAO DE INDUTORES Indutoressoproduzidosenrolandoumfiocondutor,emgeralsobreuma frmadematerialisolantequelhedsuportemecnico.Existemindutores construdos sem qualquer frma, por exemplo quando o prprio fio suficientemente rgido, ou quando so enrolados diretamente sobre um ncleo magntico. 3.1 PROCESSO PARA FABRICAO DE INDUTORES Trata-se de um indutor de enrolamento de fio que inclui um ncleo dieltrico, terminaisincluindogramposdefioquesogrampeadosemtornodoncleo,eum enrolamento de fio disposto em torno do permetro do ncleo e ligado aos terminais. Um revestimento tal como um revestimento adesivo disposto sobre o enrolamento de fio e entre os terminais.O processo de fabricao dos indutores um processo contnuo. Tendo incio comummaterialbobinado,quepodeserestudado,osindutoressoformados seqencialmentesobreummaterialdencleo.Osindutoresnosofisicamente separados at os estgios finais de fabricao, o que contrasta com o processo da tcnica anterior em que cada indutor construdo individualmente sobre um ncleo individual que foi fabricado com tolerncias rigorosas e enrolado individualmente. Emvirtudedascaractersticasdoscomponentesdoindutor,podemser obtidas tolerncias extremamente rigorosas (tipicamente cerca de 0,005" ou 0,0127 mm), resultando em valores de indutncia altamente controlados. 459 4. OS FUNDAMENTOS Em um esquema eltrico, um indutor mostrado da seguinte maneira: Para entender como um indutor se comporta em um circuito, a figura til: FIGURA 5 Esquema de circuito com um indutor Oquevocobservanailustrao umabateria,umalmpada,umabobina de fio em volta de um ncleo de ferro (amarelo) e um interruptor. A bobina de fio umindutor.Sevocleusabecomofuncionaumeletrom,talvezpercebaqueo indutorumeletrom.Setirasseoindutordocircuito,teriaumalanternacomum. Voc fecha o interruptor e a lmpada se acende. Com o indutor, o comportamento completamente diferente. Almpadaumresistor-aresistnciacriacalorparafazerofilamentona lmpada brilhar. Ento, o que voc espera quando liga o interruptor que a lmpada brilhe muitofracamente.Acorrentedeveriaseguirocaminhodebaixaresistncia, atravsdoindutor.Mas oqueacontecequequandovocligaointerruptor,a lmpadabrilhaintensamentee,naseqncia,ficamaisfraca.Quandodesligao interruptor, a lmpada brilha com intensidade e, ento, desliga rapidamente.Arazoparaessecomportamentoestranhooindutor.Quandoacorrente comeaafluirpelabobina,estatendeaestabelecer umcampomagntico. Enquanto o campo estabelecido, a bobina inibe o fluxo da corrente. Uma vez que o campo esteja estabelecido, a corrente pode fluir normalmente atravs do fio. Quando 460 ointerruptordesligado,ocampomagnticodabobinamantmacorrentefluindo at que o campo seja nulo. Essa corrente mantm a lmpada acesa por um perodo de tempo, mesmo que o interruptor esteja desligado. Em outras palavras, um indutor podearmazenarenergianoseucampomagnticoetendearesistiraqualquer mudana na quantidade de corrente que flui atravs dele. 4.1 SIMULAO Umadasmaneirasdevisualizaraaodeumindutorimaginarumcanal estreitocomguafluindoporeleeumarodahidrulicapesadacom suasps imergindo no canal. Imagine que, inicialmente, a gua no est fluindo.Agora tente iniciar o fluxo. As ps da roda tendero impedir o fluxo, at elas alcanarem a velocidade da gua. No entanto, se tentar impedir o fluxo de gua, a roda tentar manter a gua se movendo at a sua velocidade de rotao diminuir e atingir a velocidade da gua. Um indutor faz a mesma coisa com o fluxo de eltrons em um fio: resiste mudana no fluxo dos eltrons. 3.2 A UNIDADE HENRYA capacidade de um indutor controlada por quatro fatores: o nmero de espiras (mais espiras significam maior indutncia)o material em que as bobinas so enroladas (o ncleo)a readaseotransversaldabobina(maisreasignificamaior indutncia)o comprimento da bobina (uma bobina curta significa espiras mais estreitas -ou sobreposio - que significa maior indutncia). Umncleodeferroofereceao indutormuitomaisindutncia doqueoarou do que qualquer outro material ofereceria. A unidade padro da indutncia o henry. A equao para calcular o nmero de henries em um indutor :H = (4 * Pi * nmero de espiras * nmero de espiras * rea da bobina * mu) / (comprimento da bobina * 10.000.000)A rea e o comprimento da bobina so definidos em metros. O termo mu a permeabilidade do ncleo.O artem permeabilidadede1,enquanto oaopodeter uma permeabilidade de 2 mil. 461 4.3 APLICAES Suponha quevocpegueumabobina,comtalvez2metrosdedimetro, contendo cinco ou seis espiras. Voc faz algumas caneletas na estrada e coloca as bobinasnelas. Vocfixou ummedidordeinduobobinaeverificouquala induo dela.Agora, estacione um carro sobre a bobina e confira a indutncia novamente. Ela sermuitomaior,devidoao grandeobjetodeaoposicionadonocampo magnticodabobina.Ocarroestacionadosobreabobinaestagindocomoo ncleodoindutorea suapresenamudaaindutncia.Amaioriadossensoresde semforosusaumabobinacomoessa.Osensor,constantemente,testaa indutncia da bobina na rua e quando essa aumenta, ele sabe que existe um carro esperando.Normalmentevocusaumabobinamuitomenor.Umintensousopara indutores junt-los com capacitores para criar osciladores. 4.3.1 INDUTORES COM NUCLEO DE AR Socomponentesusadosemfreqnciasaltas(rdio-freqncias)ouem equipamentoespecial,emquesedesejaevitarno-linearidadesouefeitosde temperatura associados com os ncleos magnticos; 462 FIGURA 6 Indutores com ncleo de ar 4.3.2 INDUTORES COM NCLEO DE FERRITE Socomponentesadequadosquandosequerindutnciaelevada,em freqnciasnomuitoaltas.Parafreqnciasdeudiooumenoresusam-se normalmentencleoslaminadosdeferro-silcioouanlogos;parafreqncias acima dessa faixa recorre-se a ncleos sinterizados de ferrite.

463 FIGURA 7 Indutores com ncleo de ferrite 4.3.3 INDUTORES COM NCLEO DE FERRITE TOROIDAL FIGURA 8 torides com ncleo de ferrite 464 4.3.4 INDUTORES AJUSTVEIS FIGURA 9 Indutores ajustveis 4.3.5 INDUTORES REAIS Osindutoresperfeitosseriamdispositivoscapazesdearmazenarenergia exclusivamentesobformamagntica,semnenhumaperdaoudissipaode energia.Nosindutoresreais,partedaenergiafornecidadissipada,pr transformaoemcalor,sejaprefeitodaresistnciadosfioscondutoresoudas vriasperdasnomaterialdoncleo.Almdisso,partedaenergiapodeser armazenada sob forma eletrosttica, nas capacitncias associadas com a bobina.Assimsendo, o modelodeumindutorrealincluirumaoumaisresistncias deperdas,quedocontadaenergiadissipada,eumacapacitnciaparasita,que leva em conta o armazenamento da energia sob forma eletrosttica. Em geral mede-seaqualidadedoindutorrealpralgumndicedemrito,associadocomas energias, armazenada e dissipada. 5. PERDAS E CAPACITNCAS PARASITAS NOS INDUTORES Osindutoresreaisnosoperfeitos,poispartedaenergiaquelhes fornecidadissipada(transformadaemcalor)ouarmazenadasobforma eletrosttica.As perdasnoindutorocorrem nos fiosdoenrolamentoou no material do ncleo. As perdas no fio decorrem do efeito Joule (RI2) nos fios.A resistncia a ser considerada aqui maior que a resistncia hmica do fio medida em CC (ou em freqncias muito baixas, ver Tabela de Fios no Apndice I ) prcausadoefeitopelicular.Defato,demonstra-seemEletromagnetismoque 465 medida que sobe a freqncia, a corrente tende a concentrar-se cada vez mais nas bordas do fio. ocasionando assim um aumento da resistncia efetiva. Para reduzir este efeito pode-se fazer o enrolamento com fio "litz", que no senoumcabocompostocomfiosextremamentefinos.Asperdasnoncleoda bobinadecorremdevriosefeitos:perdasFoucault(ouprcorrentesinduzidas), perdashisterticaseperdasdieltricas.Asduasprimeirassoespecialmente importantes em ncleos ferromagnticos. Pararepresentartodasestasperdascostumam-seincluirnomodelodo indutor uma resistncia de perdas. A resistncia de perdas pode ser considerada em srieouemparalelocomaindutncia.Levandoaosdoismodelosindicadosna figura12.Ambasasresistnciassofunodafreqncia,sendoqueparao modelo srie, o valor da resistncia varia lentamente com a freqncia, na faixa de utilizaodabobina.Paraomodeloparalelo,avariaocomafreqnciamais significante. Para comparar o desempenho das bobinas com perdas costuma-se definir um ndice de mrito Q este ndice depende da freqncia e do modelo; as definies empregadas so: 6. MAGNETIZAO DE UM MATERIAL Sabe-sequeocampomagntico(H)estrelacionadocomacirculaode corrente eltrica por um condutor e que a induo magntica ou densidade de fluxo magntico(B)estrelacionadacomatenso.Destaforma,aoinvsdetraara curva B versus H, pode-se desenhar a curva V versus I e obter uma imagem do que seria a curva de magnetizao do material. Osmateriaispodemserclassificadosemdiamagnticos,paramagnticose ferromagnticosconformesuapermeabilidademagntica.Materiais diamagnticoseparamagnticospossuemumapermeabilidadeprximadeum , sendo que os diamagnticos possueme os paramagnticos. Os materiaisdemaiorinteressenaengenhariaparaconstruodedispositivos 466 eletromagnticossoosferromagnticos,osquaispossuemumapermeabilidade elevada, muito maior que um. Lembrandoqueapermeabilidadepodeserassociadacomafacilidade passagemdofluxomagntico,portantoquantomaior,maiscondutordefluxo magntico o material ser. Na figura 10 so mostradas duas curvas, a primeira delas acurvatpicademagnetizaodeumferrite,enquantoasegundamostraa variao da permeabilidade com a temperatura. Pelafigurapode-severificarqueexisteumaregiodecomportamento praticamente linear, ou seja, para aumentos da intensidade de campo magntico (H) omaterialsofreumainduoproporcional(B).Noentanto,paraintensidadesde campomuitoaltasomaterialsatura,chegandoaolimitedeinduopossvelea partirdanoocorremmaisaumentossignificativosnainduo(B)paraaumentos no campo magntico (H). Aregiodeoperaodependedaaplicaodesejada.Paraumindutor, normalmente se evita trabalhar prximo da regio de saturao, pois nesse caso, em termosdecircuitoseltricos,oefeitoaquedadaindutncia(L)econseqente alteraes no funcionamento do circuito. importanteobservarqueatemperaturaafetamuitoapermeabilidade magntica do material, da ser importante especificar com cuidado a temperatura de operao do componente e do circuito onde o mesmo ser aplicado. Nafigura11mostram-seocomportamentodosmomentos(dipolos) magnticossubmetidosadiferentestemperaturas.Nota-seque,comoomaterial ferromagntico, com baixas temperaturas os dipolos esto alinhados, caracterizando umaaltapermeabilidade.Jcomaumentodatemperaturacomeaaocorrerum desalinhamentodosdipolos,oquecaracterizadocomoumadiminuioda permeabilidade.AcimadatemperaturadeCurie(Tc),omaterialcomeaater comportamento de paramagntico. 467 FIGURA 10 Curvas de magnetizao e variao da permeabilidade com a temperatura. FIGURA 10 Momentos magnticos para diferentes temperaturas. 468 7. A FSICA DO INDUTOR 7.1 CONSTRUO Umindutorgeralmenteconstrudocomoumabobina dematerialcondutor, porexemplo,fiodecobre.Umncleodematerialferromagnticoaumentaa indutnciaconcentrandoaslinhasdeforadecampomagnticoquefluempelo interiordasespiras.Indutorespodemserconstrudosemcircuitosintegrados utilizando o mesmo processo que usados em chips de computador.Nessescasos,normalmenteoalumnioutilizadocomomaterialcondutor. Porm,raroaconstruodeindutoresemCI's;elessovolumososemuma pequenaescala,epraticamenterestritos,sendomuitomaiscomumousodeum circuito chamado "gyrator", que utiliza um capacitor comportando-se como se fosse umindutor.Pequenosindutoresusadosparafreqnciasmuitoaltassoalgumas vezes feitos com um fio passando atravs de um cilindro de ferrite. 7.2 INDUTNCIA Indutnciaagrandezafsicaassociadaaosindutores,simbolizadapela letra L, medida em Henry (H), e representada graficamente por um fio helicoidal. Em outraspalavrasumparmetrodoscircuitoslinearesquerelacionaatenso induzidaporumcampomagnticovarivelcorrenteresponsvelpelocampo.A tensoentreosterminaisdeumindutorproporcionaltaxadevariaoda corrente que o atravessa.Matematicamente temos: Onde u(t) a tenso instntanea, sua unidade de medida o volt (V), L a indutncia,suaunidadedemedidaoHenry(H),iacorrente,suaunidadede medida o ampere (A) e t o tempo (s). 7.3 EM CIRCUITOS ELTRICOS Umindutorresistesomenteamudanasdecorrente.Umindutoridealno ofereceresistnciaparacorrentedireta,excetoquandoacorrenteligadae desligada,casoemquefazamudanademodomaisgradual.Porm,todosos 469 indutoresdomundorealsoconstrudosapartirdemateriaiscomresistncia eltrica finita, que se ope at mesmo corrente direta. Nogeral,arelaoentreavariaodatensodeacordocomotempou(t) atravsdeumindutorcomindutnciaLeavariaodacorrentedeacordocomo tempo i(t) que passa por ele descrita pela equao diferencial: Quando uma corrente alternada (CA) senoidal flui por um indutor, uma tenso alternada senoidal (ou fora eletromotriz, Fem) induzida. A amplitude da Fem est relacionadacomaamplitudedacorrenteecomafreqnciadasenidepela seguinte equao: Onde o a freqncia angular da senide definida em termos da freqncia f por: A reatncia indutiva definida por: Onde XL a reatncia indutiva medida em Ohms (medida de resistncia), o a freqncia angular, f a freqncia em hertz, e L a indutncia. A reatncia indutiva o componente positivo imaginrio da impedncia. A impedncia complexa de um indutor dada por: Onde j a unidade imaginria. 470 7.4 APLICAES Osindutoresestorelacionadosaoseletromagnetosemestrutura,masso usados para um propsito diferente: armazenar energia em um campo magntico. PorsuahabilidadedealterarsinaisCA,osindutoressousados extensivamenteemcircuitosanalgicoseprocessamentodesinais,incluindo recepesetransmissesderdio.ComoareatnciaindutivaXLmudacoma freqncia,umfiltroeletrnicopodeusarindutoresemconjuntocomcapacitorese outros componentes para filtrar partes especficas da freqncia do espectro. Dois(oumais)indutoresacopladosformamumtransformador,queum componente fundamental de qualquer rede eltrica nacional. Umindutornormalmenteusadocomosadadeumafontechaveadade alimentao.Oindutorcarregadoparaumafraoespecficadafreqnciade trocadoreguladoredescarregadopelorestantedociclo.Estarelaode carrega/descarregaoquereduz(ouimpulsiona)atensodeentradaparaseu novo nvel. 8. APLICAES Comessetrabalhopodemosverificarasgrandesdiferenasentreos indutoresconstrudoscomncleodearedeferro,almdeverificarmostambm influncia dos indutores. Um indutor um dispositivo eltrico passivo que armazena energia na forma decampo magntico, normalmente combinando o efeito de vrios loops da corrente eltrica.Oindutorpodeserutilizadoemcircuitoscomoumfiltropassabaixa, rejeitando as altas freqncias. Os indutores com ncleo de ar (no magntico), usados em freqncias altas (radiofreqncias)ouemequipamentoespecial,emquesedesejaevitarno-linearidades ou efeitos de temperatura associados com os ncleos magnticos; Osindutorescomncleoferromagntico,adequadosquandosequer indutnciaelevada,emfreqnciasnomuitoaltas.Parafreqnciasdeudioou menores usam-se normalmente ncleos laminados de ferro-silcio ou anlogos; para frequncias acima dessa faixa recorre-se a ncleos sintetizados de ferrite. 9. REFERNCIAS CLOSE, Charles M. Circuitos lineares. 2 edio. Rio de Janeiro: LTC, 1975 471 BOYLESTAD, Robert L; NASHELSKY, Louis. Dispositivos Eletrnicos e teoria de circuitos. 8 edio. So Paulo: Pearson Prentice Hall, 2004. BOYLESTAD,RobertL;NASHELSKY,Louis.CircuitosEltricos.10edio.So Paulo: Pearson Prentice Hall, 2004. SCHMIDT, Walfredo. Materiais Eltricos. Ed Edgar Blucher. INDUTORES com ncleo de ferrite. Disponvel em: Acesso em: 1 jul. 2008. INDUTORES.Disponvelem.Acessoem2jul. 2008. 472 CAPACITORESCamila da Silva Limons 1. INTRODUO Ocapacitorumcomponenteeletrnicoquedesdeapocadasvlvulasj estavafazendoseupapeldefiltrarsinaiseemboraapresentassecaractersticas construtivas diferentes das atuais, a funcionalidade era a mesma. Existemmuitostiposdecapacitoresetalvezestesejaocomponente eletrnico que mais apresentou diversificao at hoje. Capacitores eletrolticos, de tntalo,cermicos,depolister,umavariedadesemfim.Comtantotipos,sem dvidaestescomponentesapresentamumcertograudecomplexidadenahora de identificar as suas caractersticas e seus valores. Umcapacitorapresentaumacaractersticaeltricadominantequemuito simples.Apresentaumaproporcionalidadeentrecorrenteentreseusterminaisea variaodadiferenadepotencialeltriconosterminais.Ouseja,possuiuma caracterstica eltrica dominante com a natureza de uma capacitncia. Um capacitor fundamentalmenteumarmazenadordeenergiasobaformadeumcampo eletrosttico. Soutilizadoscomofimdeeliminarsinaisindesejados,oferecendoum caminhomais fcilpeloqualaenergiaassociadaaessessinaisespriospodeser escoada,impedindo-adeinvadirocircuitoprotegido.Nestasaplicaes, normalmente quanto maior a capacitncia melhor o efeito obtido e podem apresentar grandes tolerncias. J capacitores empregados em aplicaes que requerem maior preciso, tais comooscapacitoresquedeterminamfreqnciadeoscilaodeumcircuito, possuemtolerncias menores. Construtivamente,oscapacitoressoobtidossemprequedoismateriais condutores (placas ou armaduras) so mantidos separados por um material isolante (dieltrico). Considerando a forma de fixao na placa de circuito impresso, dizemos que existem os capacitores axiais e os radiais. O primeiro possui os terminais em lados diametralmenteopostos,enquantoqueosradiaispossuemosterminaisdomesmo lado e so utilizados em montagem em p. 473 Oscapacitoressocomponentesquefreqentementeapresentam degradao ao longo da utilizao e precisam ser substitudos.Oscapacitores,porexemplo,tmtendnciaaaumentarsuaresistncia interna de acordo com sua idade. Esta resistncia nem sempre acusada atravs do velho teste de carga e descarga do capacitor no ohmmetro analgico nem em muitos dos medidores atualmente existentes, pois esta resistncia srie equivalente semanifestamaisfortementenasrelativamentealtasfreqncias(acimade15 KHz). Para testar um capacitor com este tipo de problema existem instrumentos que excitam o componente com um sinal de relativa alta freqncia (em torno de 10 KHz) e mede suas caractersticas. Os capacitores que normalmente so mais afetados so os que trabalham em regiesquentesdoscircuitosouemetapasderelativaaltasfreqncias, principalmentedentrodefonteschaveadasesadashorizontaisdetelevisoresou emoutroscircuitosquefuncionemdentrodestascaractersticas,comoalguns equipamentos mdicos. O trabalho apresentado a seguir, visa a enunciar as principais caractersticas dos capacitores; e para cada tipo de capacitor, mostrar os materiais utilizados e os processos de fabricao. 2. CAPACITORES Capacitoresoucondensadoressoelementoseltricoscapazesde armazenarcargaeltricae,conseqentemente,energiapotencialeltrica.Podem ser esfricos, cilndricos ou planos, constituindo-se de dois condutores denominados armadurasque,aoseremeletrizados,numprocessodeinduototal,armazenam cargas eltricas de mesmo valor absoluto, porm de sinais contrrios. Osformatostpicosconsistememdoiseletrodosouplacasquearmazenam cargas opostas. Estas duas placas so condutoras e so separadas por um isolante ou por um dieltrico. A carga armazenada na superfcie das placas, no limite com o dieltrico. Devido ao fato de cada placa armazenar cargas iguais, porm opostas, a carga total no dispositivo sempre zero. 474 FIGURA 1 Construo bsica de um capacitor Capacitoressofreqentementeclassificadosdeacordocomomaterial usados como dieltrico. Os seguintes tipos de dieltricos so usados: Cermica (valores baixos at cerca de 1 F)Poliestireno (geralmente na escala de picofarads) Polister (de aproximadamente 1 nF at 1000000 F) Polipropileno(baixa perda. alta tenso, resistente a variaes) Tntalo(compacto,dispositivodebaixatenso,deat100F aproximadamente) Eletroltico(de alta potncia, compacto mas com muita perda, na escala de 1 F a 1000 F) 475 TABELA 1 Tipos de capacitores e algumas se suas caractersticas TipoDieltricoArmaduraFixa de Valor Faixa de Tenso PapelPapel Parafinado Folhas de alumnio1qF - 10F150 - 1000 V MicaFolhas de Mica Folhas de alumnio1pF - 22qF200 - 5000 V StyroflexTiras de Polister Folhas de alumnio4,7pF - 22qF25 - 630 V Folha de polisterFolhas de Polister Folhas de alumnio1qF - 1F100 - 1000 V Polister metalizadoFolhas de Polister Alumnio Depositado10qF - 2,2F63 - 1000 V Policarbonato Metalizado Folhas de Policarbonato Alumnio Depositado10qF - 2,2F63 - 1000 V Cermico Tipo 1Disco Cermico Prata depositada0,5pF - 330pF63 - 1000 V Cermico Tipo 2 Disco de Titanato de Brio Prata depositada100pF - 470pF15 - 1000 V Eletroltico de alumnioxido de Alumnio Folhas de alumnio 0,47pF - 220000F4 - 500 V eletroltico de Tntaloxido de Tntalo Tntalo metalizado2,2F - 220F3 - 100 V Ocapacitorteminmerasaplicaesnaeletrnica,podendoservirpara armazenarenergiaeltrica,carregando-seedescarregando-semuitasvezespor segundo.Naeletrnica,parapequenasvariaesdadiferenadepotencial,o capacitorpodefornecerouabsorvercargaseltricas,podeaindagerarcampos eltricos de diferentes intensidades ou muito intensos em pequenos volumes. A propriedade que estes dispositivos tm de armazenar energia eltrica sob a forma de um campo eletrosttico chamada de capacitncia ou capacidade (C) e medidapeloquocientedaquantidadedecarga(Q)armazenadapeladiferenade potencial ou tenso (V) que existe entre as placas: 476 Pelo Sistema Internacional de Unidades (SI), um capacitor tem a capacitncia de um farad (F) quando um coulomb de carga causa uma diferena de potencial de um volt (V) entre as placas. FIGURA 2 Esquema bsico de um capacitor de placas planas paralelas Acapacitnciadeumcapacitorumaconstantecaractersticado componente, assim, ela vai depender de certos fatores prprios do capacitor. A rea das armaduras, por exemplo, influi na capacitncia, que tanto maior quanto maior for o valor desta rea. Em outras palavras, a capacitncia C proporcional rea A de cada armadura.Aespessuradodieltricoumoutrofatorqueinfluina capacitncia.Verifica-sequequantomenorforadistnciadentreasarmaduras maiorseracapacitnciaCdocomponente.Estefatotambmutilizadonos capacitoresmodernos,nosquaisseusamdieltricosdegrandepoderde isolamento, com espessura bastante reduzida, de modo a obter grande capacitncia. Acapacitnciadeumcapacitordeplacasparalelasconstitudodedois eletrodosplanosidnticosdereaAseparadosdistnciaconstanted aproximadamente igual a: onde C a capacitncia em farads s0 a permissividade eletrosttica do vcuo ou espao livre sr a constante dieltrica ou permissividade relativa do isolante utilizado. 477 FIGURA 3 Parmetros utilizados para clculo da capacitncia Apresenadascargaseltricasarmazenadasnasplacasinduz(eletrizao porinduo)cargasnodieltricocausandoasuapolarizao.Estascargas induzidaseaconseqentepolarizaododieltricodeterminamachamada permissividadeeltricas.Cadamaterialdieltricotemseuprpriovalorde permissividade, que nos d uma noo da sua capacidade de se polarizar. Umamedidamaisprticaemaisconhecidaachamadapermissividade relativaouconstantedieltrica,conhecidacomoKousr.Aconstantedieltricaa relaoentrea permissividadedodieltricodomaterialemusoe apermissividade do vcuo. 478 TABELA 2 Constante dieltrica para diversos materiais. Material Constante Dieltrica KK Usual Vcuo11 Ar1,00011 gua7878 xido de Alumnio7 a 8 Cermica. Acesso em: 8 jun. 2008 CAPACITORES. Disponvel em .Acesso em: 7 jun. 2008 494 CAPACITORES: DIFERENTES TIPOS E DIFERENTES MATERIAIS EMPREGADOS NA FABRICAOMaurcio Romani 1. INTRODUO Capacitor,antigamentechamadocondensador,umcomponenteque armazenaenergianumcampoeltrico,acumulandoumdesequilbriointernode cargaeltrica.Desdeapocadasvlvulas,oscapacitoresjfaziamseupapelde filtrarsinaiseemboraapresentassecaractersticasconstrutivasdiferentesdas atuais, a funcionalidade era a mesma. Existemmuitostiposdecapacitoresetalvezestesejaocomponente eletrnico que mais apresentou diversificao at hoje. Capacitores eletrolticos, de tntalo,cermicos,depolister,umavariedadesemfim.Comtantotipos,sem dvidaestescomponentesapresentamumcertograudecomplexidadenahora de identificar as suas caractersticas e seus valores. Umcapacitorapresentaumacaractersticaeltricadominantequemuito simples.Apresentaumaproporcionalidadeentrecorrenteentreseusterminaisea variaodadiferenadepotencialeltriconosterminais.Ouseja,possuiuma caracterstica eltrica dominante com a natureza de uma capacitncia. Um capacitor fundamentalmenteumarmazenadordeenergiasobaformadeumcampo eletrosttico. Soutilizadoscomofimdeeliminarsinaisindesejados,oferecendoum caminhomais fcilpeloqualaenergiaassociadaaessessinaisespriospodeser escoada,impedindo-adeinvadirocircuitoprotegido.Nestasaplicaes, normalmente quanto maior a capacitncia melhor o efeito obtido e podem apresentar grandes tolerncias. J capacitores empregados em aplicaes que requerem maior preciso, tais comooscapacitoresquedeterminamfreqnciadeoscilaodeumcircuito, possuemtolerncias menores. Construtivamente,oscapacitoressoobtidossemprequedoismateriais condutores (placas ou armaduras) so mantidos separados por um material isolante (dieltrico). 495 Considerando a forma de fixao na placa de circuito impresso, dizemos que existem os capacitores axiais e os radiais. O primeiro possui os terminais em lados diametralmenteopostos,enquantoqueosradiaispossuemosterminaisdomesmo lado e so utilizados em montagem em p. Oscapacitoressocomponentesquefreqentementeapresentam degradao ao longo da utilizao e precisam ser substitudos.Oscapacitores,porexemplo,tmtendnciaaaumentarsuaresistncia interna de acordo com sua idade. Esta resistncia nem sempre acusada atravs do velho teste de carga e descarga do capacitor no ohmmetro analgico nem em muitos dos medidores atualmente existentes, pois esta resistncia srie equivalente semanifestamaisfortementenasrelativamentealtasfreqncias(acimade15 KHz). Para testar um capacitor com este tipo de problema existem instrumentos que excitam o componente com um sinal de relativa alta freqncia (em torno de 10 KHz) e mede suas caractersticas. Os capacitores que normalmente so mais afetados so os que trabalham em regiesquentesdoscircuitosouemetapasderelativaaltafreqncia, principalmentedentrodefonteschaveadasesadashorizontaisdetelevisoresou emoutroscircuitosquefuncionemdentrodestascaractersticas,comoalguns equipamentos mdicos. O trabalho apresentado a seguir, visa a enunciar as principais caractersticas dos capacitores; e para cada tipo de capacitor, mostrar os materiais utilizados e os processos de fabricao. 2. CAPACITORES Capacitoresoucondensadoressoelementoseltricoscapazesde armazenarcargaeltricae,conseqentemente,energiapotencialeltrica.Podem ser esfricos, cilndricos ou planos, constituindo-se de dois condutores denominados armadurasque,aoseremeletrizados,numprocessodeinduototal,armazenam cargas eltricas de mesmo valor absoluto, porm de sinais contrrios. Osformatostpicosconsistememdoiseletrodosouplacasquearmazenam cargas opostas. Estas duas placas so condutoras e so separadas por um isolante ou por um dieltrico. A carga armazenada na superfcie das placas, no limite com o dieltrico. Devido ao fato de cada placa armazenar cargas iguais, porm opostas, a carga total no dispositivo sempre zero. 496 FIGURA 1 Construo bsica de um capacitor Capacitores so freqentemente classificados de acordo com o material usados como dieltrico. Os seguintes tipos de dieltricos so usados: Cermica (valores baixos at cerca de 1 F)Poliestireno (geralmente na escala de picofarads) Polister (de aproximadamente 1 nF at 1000000 F) Polipropileno(baixa perda. alta tenso, resistente a variaes) Tntalo(compacto,dispositivodebaixatenso,deat100F aproximadamente) Eletroltico(de alta potncia, compacto mas com muita perda, na escala de 1 F a 1000 F). 497 TABELA 1 Tipos de capacitores e algumas se suas caractersticas TipoDieltricoArmaduraFixa de Valor Faixa de Tenso PapelPapel Parafinado Folhas de alumnio1qF - 10F150 - 1000 V MicaFolhas de Mica Folhas de alumnio1pF - 22qF200 - 5000 V StyroflexTiras de Polister Folhas de alumnio4,7pF - 22qF25 - 630 V Folha de polisterFolhas de Polister Folhas de alumnio1qF - 1F100 - 1000 V Polister metalizadoFolhas de Polister Alumnio Depositado10qF - 2,2F63 - 1000 V Policarbonato Metalizado Folhas de Policarbonato Alumnio Depositado10qF - 2,2F63 - 1000 V Cermico Tipo 1Disco Cermico Prata depositada0,5pF - 330pF63 - 1000 V Cermico Tipo 2 Disco de Titanato de Brio Prata depositada100pF - 470pF15 - 1000 V Eletroltico de alumnioxido de Alumnio Folhas de alumnio 0,47pF - 220000F4 - 500 V eletroltico de Tntaloxido de Tntalo Tntalo metalizado2,2F - 220F3 - 100 V Ocapacitorteminmerasaplicaesnaeletrnica,podendoservirpara armazenarenergiaeltrica,carregando-seedescarregando-semuitasvezespor segundo.Naeletrnica,parapequenasvariaesdadiferenadepotencial,o capacitorpodefornecerouabsorvercargaseltricas,podeaindagerarcampos eltricos de diferentes intensidades ou muito intensos em pequenos volumes. A propriedade que estes dispositivos tm de armazenar energia eltrica sob a forma de um campo eletrosttico chamada de capacitncia ou capacidade (C) e medidapeloquocientedaquantidadedecarga(Q)armazenadapeladiferenade potencial ou tenso (V) que existe entre as placas: 498 Pelo Sistema Internacional de Unidades (SI), um capacitor tem a capacitncia de um farad (F) quando um coulomb de carga causa uma diferena de potencial de um volt (V) entre as placas. FIGURA 2 Esquema bsico de um capacitor de placas planas paralelas Acapacitnciadeumcapacitorumaconstantecaractersticado componente, assim, ela vai depender de certos fatores prprios do capacitor. A rea das armaduras, por exemplo, influi na capacitncia, que tanto maior quanto maior for o valor desta rea. Em outras palavras, a capacitncia C proporcional rea A de cada armadura.A espessura do dieltrico um outro fator que influi na capacitncia. Verifica-se que quanto menor for a distncia d entre as armaduras maior ser a capacitncia Cdocomponente.Estefatotambmutilizadonoscapacitoresmodernos,nos quaisseusamdieltricosdegrandepoderdeisolamento,comespessura bastante reduzida, de modo a obter grande capacitncia. Acapacitnciadeumcapacitordeplacasparalelasconstitudodedois eletrodosplanosidnticosdereaAseparadosdistnciaconstanted aproximadamente igual a: onde C a capacitncia em farads s0 a permissividade eletrosttica do vcuo ou espao livre sr a constante dieltrica ou permissividade relativa do isolante utilizado. 499 FIGURA 3 Parmetro utilizados para clculo da capacitncia Apresenadascargaseltricasarmazenadasnasplacasinduz(eletrizao porinduo)cargasnodieltricocausandoasuapolarizao.Estascargas induzidaseaconseqentepolarizaododieltricodeterminamachamada permissividadeeltricas.Cadamaterialdieltricotemseuprpriovalorde permissividade, que nos d uma noo da sua capacidade de se polarizar. Umamedidamaisprticaemaisconhecidaachamadapermissividade relativaouconstantedieltrica,conhecidacomoKousr.Aconstantedieltricaa relaoentrea permissividadedodieltricodomaterialemusoe apermissividade do vcuo. 500 TABELA 2 Constante dieltrica para diversos materiais. Material Constante Dieltrica KK Usual Vcuo11 Ar1,00011 gua7878 xido de Alumnio7 a 8 Cermica. Acesso em: 8 jun. 2008 CAPACITORES. Disponvel em . Acesso em: 27 jun. 2009. NOVAS TECNOLOGIAS. Disponvel em . Acesso em: 27 jun 2009. 519 CAPACITOR DE TNTALO Diego Raphael de Oliveira 1. INTRODUO Esse trabalho tem por objetivo principal a descrio do capacitor de tntalo e o material do qual feito. Descrevem-se tambm os capacitores de um modo geral, paraoentendimentodesuafuncionalidadeecaractersticasprincipaisemum circuito eltrico. 2. CAPACITORES Para um bom entendimento do assunto, daremos uma descrio do que um capacitor e suas caractersticas principais. Capacitoressoelementoseltricoscapazesdearmazenarcargaeltricae, consequentemente, energia potencial eltrica. Podem ser esfricos, cilndricos e planos, constituindo-se de dois condutores denominados armaduras que, ao serem eletrizados, num processo de induo total, armazenam cargas eltricas de mesmo valor absolto, porm sinais contrrios.Ocapacitorteminmerasaplicaesnaeletrnica,podendoservirpara armazenarenergiaeltrica,carregando-seedescarregando-semuitasvezespor segundo.Naeletrnica,parapequenasvariaesdadiferenadepotencial,o capacitorpodefornecerouabsorvercargaseltricas,podeaindagerarcampos eltricos de diferentes intensidades ou muito intensos em pequenos volumes. 520 FIGURA 1 -Capacitores 2.1 HISTRIA AJarradeLeyden,primeiraformadecapacitor,forainventadana UniversidadedeLeiden,naHolanda.Eraumajarradevidrocobertacommetal.A coberturainternaeraconectadaaumavaretaquesaiadajarraeterminavanuma bola de metal. 2.2VISO GERAL Osformatostpicosconsistememdoiseletrodosouplacasquearmazenam cargas opostas. Estas duas placas so condutoras e so separadas por um isolante ou por um dieltrico. A carga armazenada na superfcie das placas, no limite com o dieltrico. Devido ao fato de cada carga armazenar cargas iguais, porm opostas, a carga total no dispositivo sempre zero. 521 FIGURA 2 Modelo esquemtico de um capacitor de placas paralelas 2.3 CAPACITNCIA Acargaeltricaarmazenadaemumcapacitordiretamenteproporcional diferena de potencial eltrico ao qual foi submetido. Assim sendo, definimos capacidade eletrosttica C de uma capacidade como arazoentreovalorabsolutodacargaeltricaQquefoimovimentadadeuma armadura para outra e a ddp U nos seus terminais. Essa carga eltrica corresponde carga de sua armadura positiva. FIGURA 3 - Diferena de potencial nos terminais de um capacitor UQC =Acapacidadeeletrostticadeumcapacitordependedaformaedimenses de suas armaduras e do dieltrico entre as mesmas. A unidade de capacitncia no SI o farad (F). Acapacitnciadeumcapacitordeplacasparalelasconstitudodedois eletrodos planos idnticos de rea A separados distncia constante d (ver figura 2) aproximadamente igual a: dACr o = 522 Onde -C a capacitncia em farads -o a permissividade eletrosttica do vcuo ou espao livre -r a constante dieltrica ou permissividade relativa do isolante utilizado. 2.4 ENERGIA ARMAZENADA Aenergiaarmazenada(J)emumcapacitorigualaotrabalhofeitopara carreg-lo.ConsidereumcapacitorcomcapacitnciaC,umacarga+qemuma placaeqnaoutra(verfigura3).Movendoumpequenoelementodecargadqde umaplacaparaaoutracontraadiferenadepotencialV=q/Cnecessitadeum trabalho dw: dqCqdW =Nspodemosdescobriraenergiaarmazenadaintegrandoessaequao. Comeando com um capacitor descarregado (q=0) e movendo carga de uma placa para a outra at que as placas tenham carga +Q e Q, necessita de um trabalho W. armazenadaQcarregandoE CVCQdqCqW = = = =

2202121 2.5 TIPOS DE CAPACITOR Capacitorescomercialmentedisponveissoespecificadospelodieltrico utilizado e pela forma como ele construdo (fixo ou varivel). Na prtica quando o capacitorsubmetidoaumcampoeltricocirculaumapequenacorrentepelo dieltrico,conhecidacomocorrentedefuga.Estacorrentegeralmentemuito pequena que pode ser considerada desprezvel. 2.5.1 CAPACITOR DE CERMICA Consiste de um tubo ou disco de cermica de constante dieltrica na faixa de 10a10.000.Umafinacamadadeprataaplicadaacadaladododieltrico.Este tipodecapacitorcaracterizadoporbaixasperdas,pequenotamanhoeuma conhecida caracterstica de variao de capacitncia com a temperatura. 523 FIGURA 4 Capacitores cermicos 2.5.2 CAPACITOR DE PAPELConsisteem folhasdealumnioepapelkraft(normalmenteimpregnadocom graxaouresina)enroladasemoldadasformandoumapeacompacta.Os capacitoresdepapelsodisponveisnafaixade0,0005Faaproximadamente2 F. FIGURA 5 Capacitores de papel 2.5.3 CAPACITOR DE FILME PLSTICO Bastantesimilaraocapacitordepapel,nasuaformaconstrutiva.Dieltricos de filme plstico, com polister e polietileno, separam folhas metlicas usadas como placas. O capacitor enrolado e encapsulado em plstico ou metal. 524 FIGURA 6 Capacitores de filme plstico 2.5.4 CAPACITOR DE MICA Consistedeumconjuntodeplacasdieltricasdemicaalternadasporfolhas metlicascondutoras.Oconjuntoentoencapsuladoemummoldederesina fenlica. FIGURA 7 Capacitores de mica 2.5.5 CAPACITOR DE VIDROCaracterizado por camadas alternadas de folhas de alumnio e tiras de vidro, agrupadasatquesejaobtidaaestruturadocapacitordesejado.Aconstruo entofundidaemumblocomonolticocomamesmacomposiodovidrousado como dieltrico. 525 FIGURA 8 Capacitor de vidro 2.5.6 CAPACITOR ELETROLTICO Consiste de duas placas separadas por um eletrlito e um dieltrico. Este tipo possuialtosvaloresdecapacitncia,nafaixade1FatmilharesdeF.As correntes de fuga so geralmente maiores que aos demais tipos de capacitores. FIGURA 9 Capacitores eletrolticos de alumnio 2.5.7 CAPACITORES DE TNTALO Este capacitor e as caractersticas do material que feito a base do trabalho e ser apresentado separadamente. Os capacitores variveis geralmente utilizam o ar como dieltrico e possuem um conjunto de placas mveis que se encaixam num conjunto de placas fixas. Outro tipodecapacitorvarivelotrimmeroupadder, formado porduasou maisplacas separadasporumdieltricodemica.Umparafusomontadodeformaqueao apert-lo, as placas so comprimidas contra o dieltrico reduzindo sua espessura e, consequentemente, aumentando a capacitncia. 526 FIGURA 10 - Trimmers 2.6CDIGOS DE CAPACITORES Capacitorescermicos:oscapacitorescermicosapresentamimpressosno prpriocorpo,umconjuntode3algarismoseumaletra.Paraseobterovalordo capacitor, os 2 primeiros algarismos, representam os 2 primeiros dgitos do valor do capacitoreoterceiroalgarismorepresentaonmerodezerosdireita,aletra representa a tolerncia do capacitor. usado tambm nos capacitores de tntalo. FIGURA 11 Cdigos de identificao dos capacitores 527 2.6.1 CAPACITORES DE POLISTERParaaidentificaodosvaloresdocapacitordepolisterusadoum conjunto de 5 faixas coloridas, embora seja um mtodo em desuso pelos fabricantes, noqualcadafaixarepresentarrespectivamenteprimeiroalgarismo,segundo algarismo, algarismo multiplicador, tolerncia e tenso. O valor obtido em pF. FIGURA 12 Capacitor de polister e tabela de identificao 3. CAPACITORES DE TNTALO Socapacitores eletrolticosqueusamum materialchamadotntaloparaos eletrodos.Grandesvaloresdecapacitnciasimilaresaodealumniopodemser obtidosCapacitoresdetntalososuperioresaodealumnio,noqueserefere temperaturaefreqnciadeoperao.Usualmenteosmbolo+usadopara indicaroplopositivo.Sousadosemcircuitosqueprecisamqueovalorda capacitncia seja constante com a temperatura e a freqncia. FIGURA 14 capacitores de tntalo 528 Odieltricoutilizadooxidodetntalo(Ta2O5),quereduzadimenso destescapacitoresemrelaoaosoutroseletrolticos.Apresentambaixas tolerncias (20%) e tem mxima operao de 120 V, mas so muito caros. Seu emprego aconselhvel sobretudo como capacitor de acoplamento para estgiosdebaixasfreqncias,graasaoseubaixonvelderudo.Tambm indicadoparaaplicaesquedemandemarmazenagemdecargasdealtaenergia. Alm do tipo tubular, encontrado tambm na forma de gota. FIGURA 15 Formao bsica dos capacitores de tntalo Aseguirserestudadasubstnciatntaloeoseuxido,usadocomo dieltrico no capacitor. 529 4 TNTALO 4.1 Histria O tntalo (do grego Tntalo, pai de Nobe na mitologia grega) foi descoberto em 1802 por Anders G. Ekeberg em minerais provenientes da Sucia e da Finlndia eisoladoem1820JonsBerzelius.At1844muitosqumicosacreditavamqueo nibioeotntaloeramosmesmoselementos.OspesquisadoresRoweeJean CharlesGalissarddeMarignacdemonstraramqueoscidosnibicoeotantlico eramcompostosdiferentes.Posteriormenteosinvestigadorespuderamisolar somenteometalimpuro,eoprimeirometaldctilrelativamentepurofoiproduzido por Werner von Bolton em 1903. Em 1922, um engenheiro de uma usina de Chicago conseguiu obter industrialmente o tntalo com 99,9% de pureza. Os filamentos feitos comometaltntaloeramusadosemlmpadasincandescentesatserem substitudos pelo tungstnio. FIGURA 16 Anders G. Ekeberg FIGURA 17 Jons Berzelius 530 FIGURA 18 Werner von Bolton SeunomederivadodocarterTntalo(filhodeZeusepaideNobe,da mitologia grega) que, por desagradar aos deuses, foi condenado a ficar eternamente com fome e sede mergulhado de joelhos com gua at o pescoo, sob uma rvore carregadadefrutos.Quandosedobravaparabeber,aguadrenavae,quando levantavaasmosparaapanharfrutos,osgalhossemoviamparaforadeseu alcance. Esta similaridade com o comportamento no reativo do tntalo estar entre reagentes e no se afetado por eles - foi a origem do seu nome. 4.2 CARACTERSTICAS PRINCIPAIS Otntaloumelementoqumicodenmeroatmico73(73prtonse73 eltrons),smboloTacommassaatmica181uquesesituanogrupo5da classificao peridica dos elementos. Trata-se de um metal de transio raro, azul grisceo, duro, pesado, muito dctil, bom condutor de calor e eletricidade, apresenta brilhometlicoeresistemuitobemcorroso.Natemperaturaambienteotntalo encontra-senoestadoslido.Apresentaumaestruturacbicadecorpocentrado. Possui um raio atmico de 0,1430 nm. 531 FIGURA 19 Estrutura ccc FIGURA 20 Posio do tntalo na tabela peridica FIGURA 21 - Tntalo encontrado no mineral tantalita. Fisiologicamente inerte, de modo que, entre suasvariasaplicaes,podeserempregadoparaafabricaodeinstrumentos cirrgicos e em implantes. 532 Em temperaturas abaixo de 150C, quase completamente imune ao ataque qumico. Somente atacado pelo cido fluordrico. Tem um ponto de fuso apenas menorqueodotungstnioeornio.Temamaiorcapacitnciaporvolumeentre todasassubstncias.Assemelha-seaonibio,podendoserencontradosnos minerais columbita-tantalita. A tabela 1 relaciona as principais caractersticas do tntalo. TABELA 1 Caractersticas do Tntalo GrandezaValorUnidade Massa especfica do slido16650kg/m3 Ponto de fuso3017C Calor de fuso36kJ/mol Ponto de ebulio5458C Calor de vaporizao735kJ/mol Temperatura crticas/ dadoC Eletronegatividade1,5Pauling Estados de oxidao+5- Resistividade eltrica13108 C m Condutividade trmica57,5W/(mC) Calor especfico140J/(kgC) Coeficiente de expanso trmica0,63105 (1/C) Coeficiente de Poisson0,34- Mdulo de elasticidade186GPa Velocidade do som3400m/s Estrutura cristalinacbica de corpo centrado- 533 4.3 APLICAES Oprincipalusodotntalocomoxido,ummaterialdieltrico,paraa produodecomponenteseletrnicos,principalmentecapacitor,quesomuito pequenosemrelaoasuacapacidade.Porcausadestavantagemdotamanhoe do peso, os principais usos para os capacitores de tntalo incluem telefones, pagers, computadores pessoais e eletrnicos automotivos. Tambm usado para produzir uma srie de ligas que possuem altos pontos de fuso, alta resistncia e boa ductilidade. O tntalo de carbono, um tipo de carbeto muitoduro,usadoparaproduzirferramentasdecortes,furadeirasemquinas trefiladoras. O tntalo em superligas usado para produzir componentes de motores dejatos,equipamentoparaprocessosqumicos,peasdemsseisereatores nucleares.Filamentosdetntalosousadosparaevaporaodeoutrosmetais como o alumnio. Por ser no-irritante e totalmente imune ao dos fluidos corporais, usado extensivamenteparaproduzirequipamentoseimplantescirrgicosemmedicinae odontologia.Oxidodetntalousadoparaelevarondicederefraodevidros especiaisparalentesdecmera.Ometaltambmusadoparaproduzirpeas eletrolticas de fornalhas de vcuo. 4.4 OCORRNCIA Ocorre principalmente no mineral tantalita ((Fe, Mn)Ta2O6), euxenita e outros minerais como a samarskita e a fergunosita. A tantalita encontrada na maior parte misturada a columbita. Na crosta terrestre, o tntalo participa com 8 ppm (parte por milho) em peso. MinriosdetntalosoencontradosnaAustrlia,Brasil,Canad,Congo, Moambique, Nigria, Portugal e Tailndia. O tntalo quase sempre encontrado em minerais associado nibio. Diversas etapascomplicadasestoenvolvidasnaseparaodestesdoiselementos. Comercialmente a produo de tntalo pode seguir um dos diversos mtodos: eletrlise do fluortantalato de potssio fundido; reduo do fluortantalato de potssio com sdio; reagindo o carboneto de tntalo com o xido de tntalo; como subproduto da extrao do estanho. 534 4.5 COMPOSTOS Um dos compostos importantes o pentxido de tntalo (Ta2O5) que por ser ummaterialdieltricousadoparaafabricaodecapacitoresutilizadosem equipamentos eletrnicos e, em vidros especiais para a fabricao de lentes devido ao alto ndice de refrao. 4.6 PRECAUES Compostosquecontmtntaloraramentesoencontrados,eometal normalmentenocausaproblemasquandomanuseadoemlaboratrio,entretanto deveserconsideradocomoaltamentetxico.Halgumaevidnciaqueos compostos de tntalo podem causar tumores, e a poeira do metal explosiva. 5. CONCLUSO No desenvolvimento do trabalho puderam-se ver as caractersticas principais dos capacitores de um modo geral. No capacitor de tntalo observamos a funo do metal neste, diminuindo seu tamanho, podendo ser usado em aparelhos eletrnicos depequenostamanhos.Foiabordadotambmoelementotntaloesuas caractersticasmaisimportantesqueinfluenciamdiretamentenocapacitordo mesmo. 6. REFERNCIAS Capacitores. Disponvel em: http://www.fisica-potierj.pro.br/poligrafos/capacitores.htm Capacitor. Disponvel em: http://pt.wikipedia.org/wiki/Capacitor Tipos de capacitor. Disponvel em:http://www.dsee.fee.unicamp.br/~sato/ET515/node16.html Capacitores. Disponvel em:http://www.eletronica24h.com.br/Curso%20CA/aparte1/aulas/capacitores.html BOYLESTAD, L. Robert. Introduo anlise de circuitos eltricos. Traduo de Jos Lucimar do Nascimento. Reviso tcnica de Antnio Pertence Jnior. 10. ed. So Paulo: Pearson 2006 535 TIRISTOR SCR: RETIFICADOR CONTROLADO DE SILICIO Fernando Winter Filho 1. INTRODUO O tiristor um dispositivo multicamada biestvel, composto de quatro ou mais junes, que permitem o chaveamento do estado de corte para estado de conduo e vice-versa. Como exemplo, podemos citar o SCR e o TRIAC. Umtiristorfuncionalmentediferente deumdiodoporquemesmoquandoo dispositivoestdiretamentepolarizadoelenoirconduzirenquantonoocorrer um pulso na porta. Ao invs de precisar de um sinal continuamente na porta (como nos TBJs e MOSFETs), os tiristores so ligados por um pulso. Para os SCRs, o sinal decontrole umpulsodecorrente,tiristoresDB-GTO usamum pulsodetensoe osLASCRsumpulsodeluz.Umavezligado,otiristorcontinualigadoenquantoo dispositivo estiver diretamente polarizado. OsSCRs(SiliconControlledRectifier)sodispositivossemicondutorescuja condiodesentidodiretocomandvelatravsdaaplicaodeumdeterminado sinalaoeletrododecontrole(Gate).Aconduo,umaveziniciadasemantm, mesmo na ausencia do sinal de comando, at que a corrente que o atravessa caia abaixodeumdeterminadovalor,chamadocorrentedeoperao.Emsentido inverso, o SCR comporta-se como um diodo normal. Os SCR's so empregados em correntealternadacomoretificadores,equandoutilizadosemcorrentecontnua comportam-se como chaves. O SCR apenas um tipo de tiristor, mas devido ao seu disseminadousonaindstria,muitasvezesostermostiristoreSCRso confundidos. Os TRIACs so dispositivos semicondutores comumente utilizados em comutao de corrente alternada. 2.TIRISTOR SCR - RETIFICADOR CONTROLADO DE SILICIO 2.1 CARACTERSTICAS BSICAS O Tiristor SCR (Silicon Controlled Rectifier) foi desenvolvido por um grupo de engenheirosdoBellTelephoneLaboratory(EUA)em1957.omaisconhecidoe aplicado dos Tiristores existentes. 536 Tiristoronomegenricodadofamliadoscomponentescompostospor quatro camadas semicondutoras (PNPN). OsTiristoresSCRsfuncionamanalogamenteaumdiodo,pormpossuem umterceiroterminalconhecidocomoGatilho(GateouPorta).Esteterminal responsvelpelocontroledaconduo(disparo).Emcondiesnormaisde operao,paraumSCRconduzir,almdepolarizadoadequadamente(tenso positivanonodo),devereceberumsinaldecorrentenogatilho,geralmenteum pulso. A principal aplicao que os SCR tm a converso e o controle de grandes quantidadesdepotnciaemsistemasCCeCA,utilizandoapenasumapequena potnciaparaocontrole.Issosedevesuaaodechaveamentorpido,aoseu pequenoporteeaosaltosvaloresnominaisdecorrenteetensoemquepodem operar. Algumas caractersticas dos SCRs: Sochavesestticasbi-estveis,ouseja,trabalhamemdoisestados:no conduo e conduo, com a possibilidade de controle. Emmuitasaplicaespodemserconsideradoschavesideais,mash limitaes e caractersticas na prtica. So compostos por 4 camadas semicondutoras (P-N-P-N), trs junes (P-N) e 3 terminais (nodo, Ctodo e Gatilho). So semicondutores de silcio. O uso do silcio foi utilizado devido a sua alta capacidade de potncia e capacidade de suportar altas temperaturas. Apresentam alta velocidade de comutao e elevada vida til; Possuemresistnciaeltricavarivelcomatemperatura,portanto, dependem da potncia que estiverem conduzindo. So aplicados em controles de rels, fontes de tenso reguladas, controles demotores,Choppers(variadoresdetensoCC),InversoresCC-CA,Ciclo-conversores(variadoresdefreqncia),carregadoresdebaterias,circuitosde proteo,controlesdeiluminaoedeaquecedoresecontrolesdefase,entre outras. A figura 1 apresenta a simbologia utilizada e as camadas, junes e terminais, enquanto a figura 2 apresenta um tipo de estrutura construtiva para as camadas de umSCR.Afigura3mostraaaparnciadoencapsulamentotipoTOdeumSCR 537 muito utilizado, j acoplado a um dissipador de calor. A figura 4 mostra alguns SCR de alta potncia com encapsulamento tipo rosca e tipo disco. FIGURA 1 SRC: simbologia, camadas e junes FIGURA 2 Um tipo estrutura interna das camadas de um SRC FIGURA 3 Encapsulamento tipo TO para SRC, com dissipador de calor 538 FIGURA 4 SCR com encapsulamento tipo rosca e tipo disco para altas potncias 2.2 SCR IDEAL UmSCRidealsecomportariacomumachaveideal,ouseja,enquantono recebesse um sinal de corrente no gatilho, seria capaz de bloquear tenses de valor infinito,tantocompolarizaodiretacomoreversa.Bloqueado,oSCRidealno conduziria qualquer valor de corrente. Tal caracterstica representada pelas retas 1 e 2 na Figura 5. Quandodisparado,ouseja,quandocomandadoporumacorrente degatilho IGK, o SCR ideal se comportaria como um diodo ideal, como podemos observar nas retas 1 e 3. Nesta condio, o SCR ideal seria capaz de bloquear tenses reversas infinitas e conduzir, quando diretamente polarizado, correntes infinitas sem queda de tenso e perdas de energia por Efeito Joule. Assim como para os diodos, tais caractersticas seriam ideais e no se obtm naprtica.OsSCRreaistm,portanto,limitaesdebloqueiodetensodiretae reversa e apresentam fuga de corrente quando bloqueados. Quando habilitados tm limitaesdeconduodecorrente,poisapresentamumapequenaresistncia circulao de corrente e queda de tenso na barreira de potencial das junes que 539 provocamperdasdeenergiaporEfeitoJouleeconseqenteaquecimentodo componente. FIGURA 5 (a) polarizao direta (b) caractersticas estticas de um SRC ideal 2.3 POLARIZAO DIRETA Afigura6apresentaumcircuitodepolarizaodiretadeumSCRonde podemos verificar: Tenso do nodo positiva em relao ao Ctodo J1 e J3 polarizadas diretamente J2 polarizada reversamente: apresenta maior barreira de potencial FluipequenaCorrentedeFugaDiretadenodoparaCtodo,IF(Forward Current). Bloqueio Direto DESLIGADO 540 FIGURA 6 (a) SCR bloqueado em polarizao direta; (b) analogia com diodos; (c) polarizao nas junes. 2.4 POLARIZAO REVERSA Afigura7apresentaumcircuitodepolarizaodiretadeumSCRonde podemos verificar: Tenso de Ctodo positiva em relao ao nodo. J2 diretamente polarizada J1eJ3reversamentepolarizadas:apresentammaioresbarreirasde potencial. Flui pequena Corrente de Fuga Reversa de Ctodo para nodo, IR (Reverse Current). Bloqueio Reverso DESLIGADO. 541 FIGURA 7 (a) SCR bloqueado em polarizao reversa; (b) analogia com diodos; (c) efeito da polarizao reversa nas junes. 2.5 MODOS DE DISPARO DE UM SCR UmSCRdisparado(entraemconduo)quandoaumentaaCorrentede nodo IA, atravs de uma das seguintes maneiras. 2.5.1 CORRENTE DE GATILHO IGK oprocedimentonormaldedisparodoSCR.Quandoestiverpolarizado diretamente, a injeo de um sinal de corrente de gatilho para o ctodo (IG ou IGK), geralmentenaformadeumpulso,levaoSCRaoestadodeconduo.Amedida que aumenta a corrente de gatilho para ctodo, a tenso de bloqueio direta diminui at que o SCR passa ao estado de conduo. A Figura 8 apresenta um circuito para disparo do SCR. Enquanto diretamente polarizadooSCRscomeaaconduzirsereceberumcomandoatravsdeum 542 sinal de corrente (geralmente um pulso) em seu terminal de gatilho (Gate ou Porta). Essepulsopolarizadiretamenteosegundodiodo formado pelas camadaN eP e possibilitaaconduo.EnquantotivermoscorrenteentrenodoectodooSCR continuaconduzindo, sendoelecortado(bloqueado)somentequandoa mesma for praticamenteextinta.Nestacondio,asbarreirasdepotencialformam-se novamente e o SCR precisar de um novo sinal de corrente no gatilho para voltar ao estado de conduo. PolarizadoreversamenteoSCRfuncionacomoumdiodo,bloqueandoa passagem de corrente, mesmo quando efetuado um pulso em seu Gatilho. Acaractersticagatilho-ctododeumSCRseassemelhaaumajunoPN, variando,portanto,deacordocomatemperaturaecaractersticasindividuaisdo componente, um exemplo de curva de disparo pode ser encontrado no anexo deste documento. FIGURA 8 Disparo de um SCR ComoentreogatilhoeoctodohumajunoPN,temosumatensode aproximadamente0,7V.Destaforma,analisandoocircuitodafigura9.podemos determinar os requisitos para o circuito de disparo do SCR. 543 FIGURA 9 circuito para disparo do SCR Assim,atensoVDISPAROnecessriaparaproporcionaracorrentede disparo IG atravs da resistncia limitadora RG pode ser dada por: Vdisparo=Ig*Rg + 0.7; UmSCRpodedispararporrudodecorrentenogatilho.Paraevitarestes disparosindesejveisdevemosutilizarumresistorRGKentreogatilhoeoctodo quedesviarpartedorudo,comoindicaafigura10.EmalgunstiposdeSCR,a resistnciaRGKjveminternamentenocomponenteparadiminuirsua sensibilidade. FIGURA 10 Resistncia para evitar disparos por rudos no gatilho 2.5.2 CORRENTE DE RETENO E CORRENTE DE MANUTENO Para entrar em conduo o SCR deve conduzir uma corrente suficiente, cujo valor mnimo recebe o nome de Corrente de Reteno IL (Latching Current). O SCR noentraremconduoseaCorrentedeGatilhoIGKforsuprimidaantesquea Corrente de nodo IA atinja o valor da Corrente de Reteno IL. Uma vez retirada a corrente de gatilho, a mnima Corrente de nodo IA para manteroSCRemconduochamadaCorrentedeManutenoIH(Holding Current).SeaCorrentedenodoformenorqueaCorrentedeManuteno,as barreiras de potencial formam-se novamente e o SCR entrar em Bloqueio. 544 A Corrente de Reteno maior que a Corrente de Manuteno (IL > IH). O valordeILemgeraldeduasatrsvezesacorrentedemanutenoIH.Ambas diminuem com o aumento da temperatura e vice-versa. porestemotivoquedizemosqueoSCRumaChavedeReteno(ou Travamento)porqueumavezemconduo,permanecenesteestadoenquantoa CorrentedenodoIAformaiorqueaCorrentedeManuteno(IA>IH),mesmo sem corrente no gatilho (IGK). 2.6 SOBRETEMPERATURA Oaumentobruscodatemperaturaaumentaonmerodepareseltrons-lacunasnosemicondutorprovocandomaiorcorrentedefuga,oquepodelevaro SCRaoestadodeconduo.Odisparoporaumentodetemperaturadeveser evitado. 2.7 SOBRETENSO Seatensodiretanodo-ctodoVAKformaiorqueovalordatensode ruptura direta mxima VDRM (VBO), fluir uma corrente de fuga suficiente para levar o SCR ao estado de conduo. Isto acontece porque o aumento da tenso VAK em polarizao direta acelera osportadoresdecarganajunoJ2queestreversamentepolarizada,podendo atingirenergiasuficienteparaprovocaraavalancheedispararoSCR.Este fenmeno faz com que muitos eltrons choquem-se e saiam das rbitas dos tomos dosemicondutorficandodisponveisparaconduoepermitindooaumentoda corrente de fuga no SCR e levando-o ao estado de conduo. Odisparoporsobretensodiretadiminuiavidatildocomponentee, portanto, deve ser evitado. A aplicao de uma sobretenso reversa, ou seja, uma tenso nodo-ctodo maior que o valor da tenso de ruptura reversa mxima (VRRM ou VBR) danificar o componente. 2.8 LUZ OU RADIAO Seforpermitidaapenetraodeenergialuminosa(luz)ouradiante(ftons, raiosgama,nutrons,prtons,eltronsouraiosX)nasjunesdosemicondutor, haver maior combinao de pares eltrons-lacunas, provocando maior corrente de 545 fuga, o que pode levar o SCR ao estado de conduo. o caso do SCR ativado por luz, chamado foto-SCR ou LASCR (Light-Activated Silicon Controlled Rectifier). 2.9 CARACTERSTICAS ESTTICAS DO SCR Existem limites de tenso e corrente que um SCR pode suportar. Tais limites constituem as caractersticas estticas reais como mostra a Figura 8.1. As curvas 1 e 2 apresentam as caractersticas para o SCR no estado de bloqueio, enquanto as curvas 1 e 3 mostram as caractersticas para o SCR com Corrente de Gatilho IGK, paraambasaspolarizaes.Podemos,ento,verificarnaFigura11,queacurva caracterstica de um SCR real apresenta trs regies distintas: Bloqueio em Polarizao Reversa curva 1 Bloqueio em Polarizao Direta curva 2 Conduo em Polarizao Direta curva 3 FIGURA 11 Caractersticas estticas do SCR 3. SEMICONDUTORES EXTRINSECOS Normalmente,amostrasdeSieGeapresentamcondutividadesmuitomais elevadas daquelas citadas anteriormente. Isto ocorre porque os semicondutores tm condutividadesextremamentesensveispresenadeimpurezas.Duasamostras deummesmomaterialsemicondutor,comgrausdeimpurezasdiferentesentre 546 porcentagenstomnimasquenempossamserdetectadasporanlisequmica convencional, podem apresentar condutividades centenas de vezes diferentes entre si. Por este motivo, a tecnologia de semicondutores muito crtica no que se refere medida e ao controle das concentraes de impurezas. 3.1 SEMICONDUTORES EXTRNSECOS TIPO N Considereporexemplo,umaamostradeSilciocontendoumtomode Fsforo. O Fsforo tem cinco eltrons de valncia enquanto que o Silcio tem quatro. Nafigura7(a),oeltronextraestpresenteindependentementedosparesde eltronsqueservemcomoligaoentretomosvizinhos.Esteeltronpode transportar uma carga no sentido do eletrodo positivo (b). Alternativamente na figura 7(c)oeltronextraoqualnopoderesidirnabandadevalnciaanteriormente preenchidaficalocalizadoproximamenteaotopodadescontinuidadedeenergia. DestaposiodenominadanveldoadorEdoeltronextrapodeserativado facilmenteafimdealcanarabandadeconduo.Independentementedomodelo usado, figura 7 (b) ou 7 (c), podemos ver que tomos do Grupo V (N, P, As e Sb) da classificao peridica, podem fornecer transportadores de carga negativos, ou tipo n, a semicondutores. FIGURA 12 Aumento do nmero de eltrons no semicndutordo tipo n 547 FIGURA 13 contaminante do tipo n no semicondutor de silcio FIGURA 14 Reduo do gap de energia devido aos contaminantes SuponhamostambmqueemumcristaldeGermnioha