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Capítulo

3

3. Dispositivos de Processamento Os dispositivos de Processamento são àqueles que permitem adaptar o nível de alguma magnitude dos fenômenos eletromagnéticos. Por exemplo, um resistor nos permite controlar (limitar) uma corrente elétrica ou de reduzir a diferença de potencial em outro componente, provocando uma queda de potencial, pela conversão de energia elétrica em energia térmica. Outros exemplos são os capacitores, indutores, transistores, portas lógicas, flip-flops, etc. Os dispositivos de processamento são usados para adaptar a magnitude dos fenômenos eletromagnéticos à conveniência, e são os dispositivos básicos de qualquer sistema eletroeletrônico.

3.1.

Os Resistores O resistor é um dispositivo elétrico cuja principal característica é a de introduzir

resistência ao fluxo da corrente elétrica. A magnitude de oposição ao fluxo de corrente elétrica é chamado resistência do resistor. Um valor grande de resistência indica uma maior oposição ao fluxo de corrente. A resistência é medida em ohms. Um ohm é a resistência resultante quando uma corrente de um ampère passando através de um resistor submete o mesmo a uma diferença de potencial de um volt entre os seus terminais. Os vários usos dos resistores incluem: Limitação de corrente (proteção). Sensores de temperatura (sensoriamento). Sensores de deformação mecânica (sensoriamento). Sensores indiretos de corrente (sensoriamento). Sensores de luz (sensoriamento) Aquecimento (conversão em energia térmica). Dissipação de energia excedente (frenagem de motores). Amostrador de corrente em sistemas realimentados. Ajuste de freqüência de filtros. Ajuste de nível de sinais (divisor de tensão elétrica).


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Derivador de corrente (proteção). Casamento de impedâncias. Redutor de reflexão de ondas elétricas em redes de comunicação. Polarização de transistores. Controle de Ganho. Ajuste de constantes de tempo. Circuitos de carga.

Figura 3-1 - Resistores de potência

3 .1 .1 .

Características dos Resistores

TENSÃO E CORRENTE A resistência de um resistor é diretamente proporcional à resistividade do material e ao comprimento do resistor e inversamente proporcional à sua área de seção reta transversal perpendicular à direção do fluxo da corrente. A resistência R de um resistor é dada por:

R=ρ

l A

Onde ρ é a resistividade do material resistor (Ω — m), l é o comprimento do resistor ao longo da direção do fluxo de corrente (m), e A é a área da seção reta transversal perpendicular ao fluxo de corrente (m2), como mostra a Figura 3-2. A resistividade é uma propriedade inerente dos materiais. Bons materiais resistivos possuem resistividades típicas entre 2 x 10-6 e 200 x 10-6 Ω — cm.

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Corrente (I)

Área transversal (A)

Comprimento (l)

Figura 3-2 - Resistência de um resistor de seção reta retangular. A resistência pode também ser definida em termos da resistividade de folha. Se for usada a resistividade de folha, é assumida uma espessura padrão e é fatorada em valores de resistividade. Tipicamente os resistores são construídos de forma quadrangular, assim, o comprimento l dividido pela largura w resulta no numero de quadrados dentro do resistor. O numero de quadrados multiplicado pela resistividade resulta na sua resistência.

R folha = ρ folha ⋅

l w

Onde ρfolha é a resistividade da folha padrão (Ω/), l é o comprimento do resistor (m), w é a largura do resistor (m), e Rfolha é a resistência da folha (Ω). A Figura 3-3 mostra um resistor composto por 3,25 quadrados. Se ρ = 100 Ω/, então R = 3,25  x 100 Ω/ = 325 Ω.

1

1

1

1 / 4

Figura 3-3 - Resistor composto por folhas resistivas retangulares. A resistência de um resistor pode ser definida em termos da queda de tensão e da corrente através do mesmo usando a lei de Ohm,

R=

V I

Onde R é a resistência (Ω), V é a tensão sobre o resistor (V), e I é a corrente que o atravessa (A). Quando uma corrente passa através de um resistor, a tensão cai entre os terminais do mesmo. A Figura 3-4 mostra o símbolo de um resistor.

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I V1

V1 - R.I R

Figura 3-4 – Representação técnica de um resistor. Todos os resistores dissipam potência quando uma tensão elétrica for aplicada. A potência dissipada pelo resistor é representada por:

P=

V2 R

Onde P é a potência dissipada (W), V é a tensão entre os terminais do resistor (V), e R é a resistência (Ω). Um resistor ideal dissipa energia elétrica sem armazenamento de energia elétrica ou magnética.

REDES DE RESISTORES Os resistores podem ser interconectados para formar redes. Se os resistores são conectados em série, i.e., um após ou outro, sendo atravessados pela mesma corrente, a resistência efetiva (RT) é a soma das resistências individuais, ou seja: n

RT = ∑ Ri i =1

R1

R2

Ri

R3

Rn

Figura 3-5 - Resistores conectados em série. No caso em que os resistores estão conectados em paralelo, a resistência efetiva (RT) é o recíproco da soma dos recíprocos das resistências individuais, como mostra a Figura 3-6. n 1 1 =∑ RT i =1 Ri

R1

R2

Ri

Rn

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Figura 3-6 – Resistores conectados em paralelo.

CONDUTÂNCIA E CONDUTIVIDADE A condutância é o inverso da resistência. Ela identifica o quanto um resistor é condutivo. A unidade da condutância é siemens (S). A relação entre a condutância e a resistência é a seguinte:

G=

1 R

Onde G é a condutância do resistor, S; e R é a resistência, Ω. No caso de resistores conectados em paralelo, pode se provar que a resistência equivalente do conjunto é o recíproco da soma das condutâncias. A condutividade é uma grandeza equivalente ao recíproco da resistividade. Ela identifica o quanto o material em questão é condutor. A unidade de condutividade é siemens por metro, S/m. A relação entre a condutividade e a resistividade é:

σ=

1

ρ

COEFICIENTE DE TEMPERATURA DA RESISTÊNCIA ELÉTRICA E resistência da maioria dos resistores varia com a temperatura. O coeficiente de temperatura da resistência elétrica é a variação da resistência elétrica de um resistor por unidade de variação da temperatura. O coeficiente de temperatura da resistência é medido em Ω/°C. O coeficiente de temperatura dos resistores pode ser tanto positivo quanto negativo. Um coeficiente de temperatura da resistência com valor negativo implica em uma diminuição da resistência com o aumento da temperatura. Os metais puros geralmente possuem um coeficiente de temperatura de resistência positivo, enquanto que algumas ligas metálicas tais como a se constantan19 e a manganina20 possuem coeficientes de temperatura quase zero. O carbono e a grafita misturada com substâncias de ligação geralmente apresentam coeficientes de temperatura negativos, entretanto, as escolhas de certas substâncias de ligação e algumas variações no processo de fabricação podem resultar em coeficientes de temperatura positivos. O coeficiente de temperatura da resistência é dado por:

[

]

R(T2 ) = R(T 1 ) 1 + α T1 (T2 − T1 ) Onde

αT

1

é o coeficiente de temperatura da resistência elétrica na temperatura de

referência T1, R(T2) é a resistência na temperatura T2 (Ω), e R(T1) é a resistência na

19 20

Constantan: 55% de cobre e 45% de níquel Manganina: 82-84 % de cobre, 12-15 % de manganês e 2-4 % de níquel.

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temperatura T1 (Ω). A temperatura de referência é usualmente 20°C. A variação na resistência entre duas temperaturas normalmente é não-linear, diferente da relação colocada anteriormente que representa uma variação linear.

EFEITOS EM ALTAS FREQÜÊNCIAS Os resistores apresentam mudanças no seu valor de resistência quando sujeitas a tensões alternadas. A variação na resistência com a freqüência da tensão é conhecida como efeito Boella. Esse efeito ocorre devido a que todos os resistores possuem alguma indutância e capacitância associadas ao componente resistivo e dessa forma podem ser modelados como mostra a Figura 3-7. Apesar de que a definição da faixa de freqüências de utilização dependa da aplicação, a faixa útil do resistor é a maior freqüência na qual a impedância difere da resistência com valor além da tolerância do resistor. R

L

C

Figura 3-7 - Circuito equivalente para um resistor submetido à tensão alternada. O efeito de freqüência na resistência depende da construção física do resistor. Os resistores de fio enrolado usualmente apresentam um aumento da sua impedância com o aumento da freqüência. Nos resistores de pó compactado as capacitâncias são formadas pelas muitas partículas condutoras que são ligadas através de um elemento de ligação dielétrico. A impedância dos resistores de filme permanece constante até 100 MHz e então diminui para as freqüências maiores (Figura 3-8). Para os resistores de filme, a resistência em CC varia menos em altas freqüências quanto maior for o seu valor. Os resistores de filme são os que apresentam melhor desempenho em altas freqüências.

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Impedância % percentual da resistência em CC

D

Freqüência (MHz)

Figura 3-8 – Variação da resistência com a freqüência. Quando menor o diâmetro de um resistor melhor será a sua resposta em freqüência. A maioria dos resistores possui uma relação entre comprimento e diâmetro entre 4:1 a 10:1. As perdas dielétricas são mantidas num valor mínimo pela escolha dos materiais de base.

COEFICIENTE DE TENSÃO DA RESISTÊNCIA O valor de resistência não é independente do valor da tensão aplicada. O coeficiente de tensão da resistência é a variação na resistência por unidade de variação da tensão, expressa como percentual da resistência a 10% da tensão nominal de operação. O coeficiente de tensão é dado pela seguinte relação:

Coeficiente de Tensão =

100(R 1 − R 2 ) R 2 (V1 − V2 )

Onde R1 é a resistência na tensão V1 e R2 a resistência a 10% da tensão V2.

RUÍDO Os resistores apresentam ruído elétrico na forma de pequenas flutuações de uma tensão alternada quando forem submetidos a uma tensão contínua. O ruído em um resistor é função da tensão aplicada, as dimensões físicas e os materiais utilizados. O ruído total é a soma do ruído Johnson, ruído de fluxo de corrente, ruído balístico e de origem termelétrica devido à junção com os leads de conexão. Nos resistores variáveis o ruído pode ser ocasionado pelo movimento do contato móvel durante as voltas e pelo caminho elétrico imperfeito entre o contato e o elemento resistor.

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O ruído Johnson é um ruído térmico dependente da temperatura (Figura 3-9). O ruído térmico é também chamado de “ruído branco” porque o seu nível é o mesmo em todas as freqüências. A magnitude do ruído térmico, ERMS (V) depende do valor da resistência e da sua temperatura devido à agitação térmica, de acordo com a seguinte relação:

E RMS = 4 ⋅ K ⋅ R ⋅ T ⋅ ∆f Onde ERMS é a raiz média quadrática da tensão do ruído (V); R é a resistência (Ω); K é a constante de Boltzmann (1,38 x 10-23 J/K); T é a temperatura (K) e; ∆f é a largura de banda (Hz) na qual a energia do ruído é medida. A Figura 3-9 mostra a variação no ruído de corrente versus a freqüência da tensão. O ruído de corrente varia inversamente com a freqüência e é função da corrente fluindo através do resistor e do valor do mesmo. A magnitude do ruído de corrente é diretamente proporcional a raiz quadrada da corrente. A magnitude do ruído da corrente é usualmente expressa pelo índice de ruído, que é definido como sendo a razão entre a tensão do ruído e a tensão contínua em dB.

E N .I . = 20 log 10  RMS  V CC

  

Onde N.I. é o índice de ruído, ERMS é a tensão RMS do ruído; e ECC é a queda de tensão contínua sobre o resistor. O valor da tensão de ruído de corrente segue a seguinte relação:

f E RMS = VCC × 10 N . I . / 20 log 2  f1

  

Onde f1 e f2 representam a faixa de freqüências na qual o ruído está sendo calculado. A unidade prática do índice de ruído é mV/V. Em altas freqüências, o ruído de corrente fica menos dominante comparado ao ruído Johnson.

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Nível de ruído (dB)

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Freqüência (Hz)

Figura 3-9 - O ruído total de um resistor é a soma do ruído de corrente e do ruído térmico21. Os resistores de precisão feitos de filme são fabricados para apresentar ruído extremamente baixo. Os resistores de pó compactado apresentam alguma quantidade de ruído devido aos contatos elétricos internos entre as partículas condutoras e os condutores de conexão. Os resistores de fio enrolado praticamente não apresentem ruído elétrico a menos que haja algum defeito nos seus terminais.

CURVAS DE POTÊNCIA E CURVA DE ESTRANGULAMENTO Os resistores devem ser operados dentro dos limites de temperatura especificados para evitar danos permanentes ao material. O limite de temperatura é definido em termos da máxima potência, chamada de faixa de potência e da curva de estrangulamento. A faixa de potência de um resistor é a máxima potência em watt que o resistor pode dissipar. A faixa máxima de potência é função do material com que é fabricado o resistor, da tensão nominal máxima, das dimensões físicas e da máxima temperatura pontual permissível. A máxima temperatura pontual permissível é a temperatura da parte mais quente do resistor quando estiver dissipando a sua potência máxima à temperatura ambiente. A máxima potência nominal como função da temperatura ambiente é dada pela curva de estrangulamento. A Figura 3-10 mostra uma curva de potência nominal típica para um resistor. A curva de estrangulamento é usualmente linear. Um resistor pode operar a temperaturas ambientes acima da temperatura de carga máxima se estiver operando com

21

Phillips Components, Discrete Products Division, 1990–91 Resistor/Capacitor Data Book, 1991.

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potência abaixo da capacidade total. A temperatura máxima permissível sem carga é também o armazenamento de temperatura máximo do resistor.

Figura 3-10 - Curva de estrangulamento típica para os resistores.

TENSÃO NOMINAL DOS RESISTORES A tensão máxima que pode ser aplicada a um resistor é chamada de tensão nominal e está relacionada com a potência nominal pela seguinte relação:

V = P⋅R Onde V é a tensão nominal (V), P é a potência nominal (W), e R é a resistência (Ω). Para uma dada tensão nominal e potência nominal pode ser calculado um valor crítico de resistência. Para valores de resistência abaixo do valor crítico, uma tensão máxima não pode ser calculada e para resistências acima do valor crítico, a potência dissipada é menor que a potência nominal (ver Figura 3-11).

Figura 3-11 – Relação entre a tensão aplicada ou potência acima e abaixo do valor crítico de resistência.

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CODIFICAÇÃO DE CORES DE RESISTORES Os resistores são geralmente identificados por uma codificação de cores ou por uma marca direta no seu corpo. A codificação de cores é dada na Tabela 3-1. O código de cores é comumente usado nos resistores de carbono e de filme. O código de cores essencialmente consiste de quatro faixas de cores diferentes. A primeira faixa é o dígito mais significativo, a segunda faixa é o segundo, a terceira faixa é o multiplicador (número de zeros que devem ser adicionados depois dos dois primeiros dígitos significativos), e a quarta faixa é a tolerância do valor da resistência. Se a quarta faixa não estiver presente, a tolerância passa a ser de 20% acima e abaixo do valor nominal. Quando é usado o código de cores em resistores de fio enrolado, a primeira banda possui o dobro da largura com relação às demais.

Figura 3-12 – Resistor identificado pelo código de cores Tabela 3-1 – Tabela de cores para os resistores. Cor

Primeira Faixa

Segunda Faixa

Terceira Faixa

Quarta Faixa (Tolerância,%)

Preto

0

0

1

Marrom

1

1

10

±1%

Vermelho

2

2

100

±2%

Laranja

3

3

1 000

Amarelo

4

4

10 000

Verde

5

5

100 000

Azul

6

6

1 000 000

Violeta

7

7

10 000 000

Cinza

8

8

100 000 000

Branco

9

9

1 000 000 000

Ouro

0,1

Prata

0,01

Sem cor

±0,5%

±5% ±10% ±20%

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CODIFICAÇÃO DE RESISTORES SMD Os resistores encapsulados como SMD22 são usados na técnica de montagem SMT23. Alguns espécimes são mostrados na Figura 3-13, cujos valores numéricos estão impressos na sua superfície usando um código similar ao usado nos resistores axiais.

Figura 3-13 - Resistores SMD. Os resistores de tolerância padrão são marcados com um código de três dígitos, no qual os primeiros dois dígitos representam os primeiros dígitos significativos e o terceiro dígito representa o fator multiplicador (número de zeros). Por exemplo: "334" → 33 × 10 000 Ω = 330 kΩ "222" → 22 × 100 Ω = 2.2 kΩ "473" → 47 × 1 000 Ω = 47 kΩ "105" → 10 × 100 000 Ω = 1 MΩ "100" → 10 × 1 Ω = 10 Ω "220" → 22 × 1 Ω = 22 Ω Algumas vezes os valores menores de 100 se marcam como “10” ou “20” para evitar erros. Os resistores menores que 10 Ω possuem um “R” marcado para indicar a posição do ponto decimal. Por exemplo: "4R7" = 4,7 Ω "0R22" = 0,22 Ω "0R01" = 0,01 Ω Os resistores de precisão são marcados com quatro dígitos, onde os três primeiros são os dígitos significativos e o quarto é o fator de multiplicação. Por exemplo: "1001"

= 100 × 10 ohms = 1 quilo ohm

"4992"

= 499 × 100 ohms = 49.9 quilo ohm

"1000"

= 100 × 1 ohm = 100 ohms

Os valores “0”, “000” e “0000” podem aparecer em certas ocasiões em conexões onde, por motivos práticos (jumpers, pular trilhas, etc.), precisa-se de uma resistência próxima de zero.

22 23

SMD: Surface Mount Device. SMT: Surface Mount Technology.

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CODIFICAÇÃO PARA USO INDUSTRIAL A codificação segue o seguinte formato:

XX 1234 { { Tipo

Valor

T{ Tolerância

A Tabela 3-2 mostra os códigos utilizados para uso comercial. Tabela 3-2 – Codificação comercial. Tipo

Faixa de potência, W

BB

1/8

CB

¼

EB

½

GB

1

HB

2

GM

3

HM

4 Código de Tolerância

Nome

Tolerância

5

±5%

2

±20%

1

±10%

-

±2%

-

±1%

-

±0.5%

-

±0.25%

-

±0.1%

A faixa de temperaturas de operação distingue os tipos: comercial, industrial e militar dos componentes elétricos em geral. As faixas são as seguintes: Comercial: 0 °C a 70 °C Industrial: −40 °C a 85 °C (às vezes −25 °C a 85 °C) Militar: −55 °C a 125 °C (às vezes -65 °C a 275 °C) Padrão: -5°C a 60°C

3 .1 .2 .

Tipos de Resistores Os resistores podem ser classificados de forma geral como: fixos, variáveis e de

propósitos especiais. Cada tipo desses resistores será comentado brevemente a continuação.

RESISTORES FIXOS Os resistores fixos são àqueles cujo valor não pode variar depois da sua fabricação. Os resistores fixos são classificados em resistores de composição (carbono), resistores de fio

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enrolado e resistores de filme metálico. A Tabela 3-3 mostra as características de alguns tipos comuns de resistores. Tabela 3-3 - Características de resistores fixos mais comuns. Classe

Tipo

Faixa de

Faixa de

Temperatura

resistência

potências, W

de operação,

α, ppm/oC

Faixa, oC Fio Enrolado

Precisão

0,1 a 1,2 MΩ

1/8 a 1/4

-55 a 145

10

Potência

0,1 a 1,8 kΩ

1 A 210

-55 a 275

260

1 a 250 MΩ

1/20 a 1

-55 a 125

50 a 100

Potência

5 a 100 kΩ

1a5

-55 a 155

20 a 100

Propósito

2,7 a 100 MΩ

1/8 a 2

-55 a 130

1500

Precisão

Filme Metálico Composição

geral Resistores de fio enrolado: Os resistores de fio enrolado são feitos pelo enrolamento de um fio de liga níquel-cromo em um tubo cerâmico pintado com uma cobertura vítrea. As espiras apresentam características indutivas e capacitivas que os tornam inadequados para operações acima de 50 Hz. O limite de freqüência pode ser aumentado alterando a direção do enrolamento de forma que os campos magnéticos produzidos se cancelem entre si.

Tabela 3-4 – Exemplo de resistores de fio enrolado. Resistores de composição: Os resistores de composição são compostos de partículas de carbono misturadas a um elemento de ligação. A mistura é moldada em uma forma cilíndrica e são endurecidos por aquecimento. Um fio condutor (leads) é soldado em cada extremidade e então o resistor é encapsulado com um recobrimento de proteção. As faixas coloridas pintadas na superfície indicam o valor da resistência e a sua tolerância. Os resistores de composição são baratos e apresentam baixos níveis de ruído para resistências acima de 1 MΩ. Os resistores de composição são usualmente especificados para

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temperaturas na faixa de 70ºC e potências na faixa de 1/8 a 2 W. Eles apresentam uma capacitância entre os terminais que pode ser significativa na faixa dos 100 kHz, especialmente para valores de resistência acima de 300 kΩ.

Figura 3-14 - Resistor de composição. Resistores de filme metálico: Os resistores de filme metálico são comumente fabricados de

ligas

de

níquel-cromo, estanho-óxido ou nitrito de tântalo,

e são

hermeticamente fechados ou enclausurados em caixas moldadas. Os resistores de filme metálico ao são tão estáveis quanto os resistores de filme enrolado. Dependendo da aplicação, os resistores fixos são fabricados como resistores de precisão, semi-precisão, propósito geral ou de potência. Os resistores de precisão possuem coeficientes menores de tensão e potência, excelente estabilidade com a variação da temperatura e com o tempo, baixo ruído e reatância quase nula. Esses resistores estão disponíveis em construções de filmes ou fios metálicos e são projetados para circuitos que precisam valores muito precisos de resistência. Os resistores de semi-precisão são menores que os de precisão e são principalmente usados em funções de limitação de corrente ou queda de tensão. Os resistores de semi-precisão apresentam estabilidade de longo prazo. Os resistores de propósitos gerais são usados em circuitos que não precisam de tolerâncias pequenas de resistência ou estabilidade a longo prazo. Os resistores de propósitos gerais apresentam uma variação na resistência na ordem de 5% e pode variar até 20% em plena potência nominal.. Geralmente, os resistores de propósitos gerais possuem um alto coeficiente de resistência e elevado nível de ruído. Os resistores de potência são usados para fontes de alimentação, circuitos de controle e divisores de tensão, onde é aceitável uma estabilidade operacional de 5%. Os resistores de potência são fabricados com filmes ou fios enrolados. Os resistores do tipo filme enrolado possuem a vantagem de ser mais estáveis em altas freqüências e possuir valores maiores de resistência do que os resistores de fio enrolado do mesmo tamanho.

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Figura 3-15 – Resistor de filme metálico.

RESISTORES VARIÁVEIS Os resistores variáveis são resistores cuja resistência pode ser alterada após a fabricação. Podem ser classificados em potenciômetros e reostatos. Potenciômetros: O potenciômetro é uma forma especial de resistor variável com três terminais. Dois terminais são conectados aos lados opostos do elemento resistivo e o terceiro ligado a um contato deslizante que pode ser ajustado como divisor de tensão. Os potenciômetros são usualmente na forma circular com um contato móvel conectado a um dispositivo giratório. Os potenciômetros são fabricados de composição de carbono, filme metálico e na forma de fio enrolado, e estão disponíveis na forma de volta única e multivoltas. O contato móvel não chega exatamente até a extremidade final do elemento resistivo, aparecendo no seu limite uma pequena resistência chamada resistência de hop-off que previne a queima acidental do elemento resistivo.

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Figura 3-16 – Exemplos de potenciômetros. Reostatos: O reostato é um dispositivo de ajuste de corrente no qual um dos terminais está conectado ao elemento resistivo e o segundo está conectado a um contato móvel para selecionar uma parte do mesmo a ser conectado a um circuito. Normalmente, os reostatos são resistores de fio enrolado e são usados para controlar a velocidade de motores, temperatura de fornos e aquecedores, e em outras aplicações que requerem o ajuste dos níveis de tensão e corrente, tais como em divisores de tensão e circuitos derivadores de corrente.

Figura 3-17 - Reostatos.

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RESISTORES DE PROPÓSITOS ESPECIAIS Os resistores para propósitos especiais são os resistores em circuitos integrados, os varistores e os termistores. Resistores de Circuito Integrado: Os resistores de circuito integrado são classificados em duas categorias gerais: resistores semicondutores e resistores de filme depositado. Os resistores semicondutores usam a resistividade de regiões dopadas de um semicondutor para obter o valor de resistência desejada. Os resistores de filme depositado são formados pelo depósito de um filme resistivo em um substrato isolante que é desenhado para formar a rede resistiva desejada. Dependendo da espessura e dimensões dos filmes depositados, estes resistores são classificados em resistores de filme fino e filme espesso.

Figura 3-18 - Resistores semicondutores integrados de filme fino. Os resistores semicondutores podem ser divididos em quatro tipos: difundidos, Varistores: Os varistores são resistores que dependem da tensão aplicada e que mostram um alto grau de não-linearidade na relação. Esses são usados como dispositivos de proteção, e será tratados na seção Erro! Fonte de referência não encontrada.. Termistores:

Os

termistores

são

resistores

que

variam

a

sua

resistência

exponencialmente com as mudanças na temperatura. Esses são usados como elementos sensores de temperatura assim como podem servir também como elementos de proteção. Eles serão tratados mais detalhadamente na seção Erro! Fonte de referência não encontrada. Fotoresistores: Os fotoresistores são resistores cuja resistência varia com a incidência da luz. Eles são usados como elementos sensores de luz. São conhecidos pelas suas siglas em inglês como LDR24. Eles serão tratados mais detalhadamente na seção Erro! Fonte de referência não encontrada.

24

LDR: Light Dependent Resistor.

Introdução à Engenharia Elétri ca

85


D

I

S

P

O

S

I

3 .1 .3 .

T

I

V

O

S

D

E

P

R

O

C

E

S

S

A

M

E

N

T

O

Valores Comerciais A Electronic Industries Association (EIA) e outras autoridades especificaram valores

padronizados para os resistores, às vezes referido como sistema “de valores preferenciais”. Esse sistema começou a ser definido nos primeiros anos do século XX quando a maioria dos resistores era de carbono-grafite com tolerâncias de fabricação extremamente pobres. O raciocínio é bastante simples: selecionar valores de componentes baseados nas tolerâncias com as quais eles podiam ser fabricados. Usando dispositivos com tolerância de 10% como exemplo, supor que o primeiro valor preferido for 100 Ω. Não faz muito sentido fabricar um resistor e 105 Ω porque o valor 105 cai na faixa de tolerância de 10% para o resistor de 100 Ω. O próximo valor “razoável” seria 120 Ω porque um resistor de 100 Ω com 10% de tolerância cobriria a faixa de valores possíveis de 90 a 110 Ω. Um resistor de 120 Ω de 10% de tolerância cobriria a faixa de 108 a 132 Ω e assim sucessivamente. Seguindo essa lógica, os valores preferidos para valores entre 100 e 1000 podem ser: 100, 120, 150, 180, 220, etc. A série EIA “E” especifica os valores preferenciais para várias tolerâncias e é mostrado na Tabela 3-6. Tabela 3-5 – Tolerâncias e nomes das Séries. Nome da Série

Tolerância [%] 50

E3 (obsoleto)

20

E6 (raramente encontrado)

10

E12

5

E24

2

E48

1

E96

0.5

E192

0.25

E192

0.1

E192

Os valores nominais de resistência caem em uma das faixas nominais mostradas na Tabela 3-7. Os resistores são fabricados de acordo com valores e tolerâncias e de acordo com essas é racional definir faixas de valores cobertas por um valor nominal e mais ou menos o valor da tolerância permitida. Foram definidas séries de fabricação de acordo com as tolerâncias, onde os valores nominais são múltiplos de valores de base. Tabela 3-6 – Séries comerciais. Série

Fator de multiplicação

Observação

E3

3

10 = 2,15

Arredondado para o 2º dígito (obsoleto).

E6

6

10 = 1,46

Arredondado para o 2º dígito (difícil de ser encontrado).

Introdução à Engenharia Elétri ca

86


D

I

S

P

O

S

I

T

I

V

O

S

D

E

P

R

O

C

E

S

S

A

M

E

N

T

O

E12

12

10 = 1,21

Arredondado para o 2º dígito.

E24

24

10 = 1,10

Arredondado para o 2º dígito.

E96

96

10 = 1,02

Arredondado para o 3º dígito.

E192

192

10 = 1,01

Arredondado para o 3º dígito.

A resistência nominal é expressa em três dígitos quando a tolerância for de ±5% e quatro dígitos quando for ±1%. Os primeiros dois ou três dígitos indicam os dígitos significativos, sendo o último seguinte o número de zeros. A letra R indica o ponto decimal se for necessário. Exemplos: 22 Ω → 22×100 Ω → 220 (o último dígito indica o número “0” do multiplicador). 47 kΩ → 47×103 Ω → 473 (o último dígito indica o número “3” do multiplicador). 1.2 MΩ → 12×105 Ω → 125 (o último dígito indica o número “5” do multiplicador). 2.7 Ω → 2R7 (o ponto decimal indicado pela letra R. A letra R se aplica a resistências menores que 10 Ω). 1131 Ω → 113×101 Ω → 1131 (o último dígito indica o número “1” do multiplicador para resistências com tolerância de 1%). 0,10 Ω → R10 Tabela 3-7 – Valores padronizados de resistência nominal para a década de 100 a 1000 Ω. E6

E12 E24 E48 E96 E192

E6

E12 E24 E48 E96 E192

100

E12 E24 E48 E96 E192

215

100

464

215 101

464 218

100

470

215

464

102

221

102

475

221 104

475 223

100

481

220

470

105

226

105 106

487 229

493

226

487

107 100 100

487

226

105 107

232 220 220

232

109

499 470 470

499

234

110

505

237

110

511

237 111

511 240

110

517

237

511

113 110

E6

113

243 240

243

114

530

249 249 249

117

523

246

115 115 115

523 510

536 536 536

252

Introdução à Engenharia Elétri ca

542

87


D

I

S

P

O

S

I

T

I

V

O

S

D

E

P

R

O

C

E

S

S

A

M

E

118

N

T

O

255

118

549

255 120

549 258

121

556

261

121

562

261 123

562 264

121

569

261

562

124

267

124

576

267 126

576 271

120

583

270

560

127

274

127

590

274 129

590 277

127

597

274

590

130

280

130

604

280 132

120

604 284

612

270

560

133

287

133

619

287 135

619 291

133

626

287

619

137

294

137

634

294 138

634 298

130

642

300

620

140

301

140

649

301 142

649 305

140

657

301

649

143

309

143

665

309 145

665 312

147

673

316

147

681

316 149

681 320

147

690

316

681

150

324

150

698

324 152

698 328

150

706

330

680

154

332

154

715

332 156

715 336

154

723

332

715

158

340

158

732

340 160

150 150

732 344

330 330

741 680 680

162

348

162

750

348 164

750 352

162

759

348

750

165

357

165

768

357 167

160

768 361

360

777 750

169

365

169

787

365 172

169

787 370

365 174 174

374 374

176

796 787 806 806

379

Introdução à Engenharia Elétri ca

816

88


D

I

S

P

O

S

I

T

I

V

O

S

D

E

P

R

O

C

E

S

S

A

M

E

178

T

O

383

178

825

383 180

825 388

178

835

383

825

182

392

182

845

392 184

845 397

180

856

390

820

187

402

187

866

402 189

866 407

187

876

402

866

191

412

191

887

412 193

887 417

180

390

898 820

196

422

196

909

422 198

909 427

196

920

422

909

200

432

200

931

432 203

931 437

200

430

942 910

205

442

205

953

442 208

953 448

205

442

965 953

210

453

210

453 213

3.2.

N

976 976

459

988

Os Capacitores Um capacitor é um dispositivo formado por um par de condutores, geralmente na

forma de placas, esferas ou laminas, separados por um material dielétrico, que quando submetidos a uma diferença de potencial adquirem uma determinada carga elétrica. A essa propriedade de armazenamento de carga se denomina capacidade ou capacitância. O sistema internacional de unidades define a unidade como Farad (F), sendo 1 farad a capacidade de um capacitor, cujas armaduras estão submetidas à diferença de potencial de 1 volt, adquirem uma carga elétrica de 1 coulomb. A Figura 3-19 mostra a configuração do campo elétrico e as cargas em um capacitor de placas paralelas.

Introdução à Engenharia Elétri ca

89


IEE-03-1-Disposiivos-de-Processamento