Eletrónica 7.ª Parte
7.3.2 Circuito capacitivo em corrente alternada Na realidade não existe um circuito capacitivo puro mas sim um circuito série entre a resistência e um condensador, denominado de circuito RC. Iniciaremos a análise por considerar o condensador puro, de forma a perceber o comportamento deste componente na presença de uma corrente alternada. Neste tipo de circuitos, e devido à influência da frequência, teremos de considerar a grandeza reatância, neste caso reatância capacitiva (XC). Consideremos o circuito da Figura 55, composto por uma lâmpada e por um condensador.
O condensador descarrega-se quando as armaduras têm igual número de eletrões, atingindo nesta altura a corrente o seu máximo negativo. A Figura 56 apresenta o desfasamento da onda da tensão e da corrente num circuito puramente capacitivo onde poderemos analisar que a corrente está avançada 90° em relação à tensão. u, i Umáx. Imáx. i
robótica
16
φ = 90º u
t
C Paulo Peixoto paulo.peixoto@atec.pt ATEC – Academia de Formação
ELETRÓNICA INDUSTRIAL
i
u
~
L Figura 56. Representação vetorial e cartesiana da tensão e respetiva corrente num circuito puramente capacitivo.
Figura 55. Circuito capacitivo alimentado por uma corrente alternada.
Na edição anterior foi analisado o funcionamento do condensador em corrente contínua e o efeito de carga e descarga deste componente. O comportamento do condensador em corrente alternada é um pouco diferente. A lâmpada integrada no circuito irá brilhar de forma constante, uma vez que efetuará o efeito de carga e descarga em cada um dos ciclos, não perdendo totalmente a energia armazenada. A corrente média no circuito dependerá da frequência, que será tanto maior quanto maior for a frequência da tensão aplicada, e da capacidade do condensador, cujo valor médio será tanto maior quanto maior for o valor da capacidade do condensador. Será fundamental definir a grandeza reatância capacitiva (XC) que é a oposição do condensador à passagem da corrente elétrica: XC =
7.3.3 Circuito capacitivo real – Circuito RC Como analisado anteriormente, nos circuitos não encontramos condensadores puros ou ideais, mas condensadores reais que é equivalente à série de um condensador ideal e de uma resistência. Para a análise deste tipo de circuito consideremos a Figura 57 onde iremos calcular: • A reatância capacitiva; • A frequência da tensão; • A tensão aos terminais da resistência; • A tensão aplicada ao circuito; • A impedância do circuito; • O ângulo de desfasamento entre a tensão e a corrente. 22 μF
330 Ω
u
1
~
R
C
UR
UC = 32 V
160 mA
2π f C
onde: f é a frequência do sinal de alimentação em Hertz (Hz) C é a capacidade do condensador em Farad (F) Para desenharmos as curvas da tensão e da corrente iremos analisar o funcionamento do circuito. Ao iniciar-se a carga do condensador, a tensão aos seus terminais é nula, tendo, ao contrário, a corrente o seu valor máximo. À medida que a carga vai aumentando, aumenta a tensão nos seus terminais, diminuindo consequentemente a corrente, até se anular, o que sucede quando a tensão aos terminais do condensador atinge o valor máximo. Na descarga, as curvas decrescem simultaneamente. No instante em que se inicia a descarga, a tensão parte do seu máximo positivo e a corrente do seu mínimo valor (nulo).
Figura 57. Circuito RC.
A tensão de alimentação é uma onda alternada sinusoidal. Iremos começar por calcular a reatância capacitiva do circuito utilizando a Lei de Ohm generalizada: Xc =
Uc
=
I
32 160 × 10-3
= 200 Ω
A frequência da tensão alternada de alimentação será calculada da seguinte forma: XC =
1 2π f C
f=
1 2π Xc C
=
1 2π 200 22 × 10-6
= 36,2 Hz