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
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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.
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3 .1 .3 .
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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).
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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
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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
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383
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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.
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