Amplificadores Curso Cta-eletrônica Geral.pdf

APOSTILA ELETRÔNICA GERAL

AULA

2

MÓDULO - 3

AMPLIFICADORES DE POTÊNCIA CLASSES B, AB (etapa de saída) O amplificador classe B utilizando par casado A distorção cruzada (crossover distortion) O amplificador classe AB - corrente quiescente O ajuste da corrente de repouso na classe AB

figura 2 1 - cabeçote valvulado Fender

figura 1 - pré-amplificador Technics com duplo controle tonal

ELETRÔNICA

AMPLIFICADORES A, B, C, AB - OSCILADORES - SISTEMAS DE TRANSMISSÃO E RECEPÇÃO 17

APOSTILA ELETRÔNICA GERAL

MÓDULO - 3

AMPLIFICADOR CLASSE B +B

+B=30V

figura 4

R1 1kW

Q1

15V

15V

C2

C1

Q2 AF1

R2 1kW

+B

figura 3

+B=30V

R1 1kW

Q1

+B

C2

+B=30V

figura 5

R1 1kW

C1

15V

Q2

Q1

AF1

R2 1kW 15V

C2

C1

15V

Q2 AF1

R2 1kW

18 AMPLIFICADORES A, B, C, AB - OSCILADORES - SISTEMAS DE TRANSMISSÃO E RECEPÇÃO

ELETRÔNICA

APOSTILA ELETRÔNICA GERAL

MÓDULO - 3

Lâmpada série 6W ou 40W

BC338 C B E

BC328 E

B

C

tomada série

figura 6

ligar este plug na rede de 110Vac transformador 15Vac + 15Vac Lâmpada série 6W ou 40W

15Vdc ~ 20Vdc R1 1kW D1 1N4007

Q1 100uF x 25V

C2 1000uF x 25V

ligar este plug na rede de 110Vac D2 1N4007

C1 Q2 AF1

R2 1kW

figura 7

ELETRÔNICA

AMPLIFICADORES A, B, C, AB - OSCILADORES - SISTEMAS DE TRANSMISSÃO E RECEPÇÃO 19

APOSTILA ELETRÔNICA GERAL

MÓDULO - 3 +30V

figura 9

+30V

R1 1kW

Q1

C2

C1 C1

, figura 8

+30V

Q2

+30V

AF1

R2 1kW

R1 1kW

Q1

C2

C1

Q2 AF1

R2 1kW

A DISTORÇÃO CRUZADA

figura 10 +30V

+30V

R1 1kW

15,6V

A

A

Q1

15V

B

C2

C1

AF1

R2 1kW

20 AMPLIFICADORES A, B, C, AB - OSCILADORES - SISTEMAS DE TRANSMISSÃO E RECEPÇÃO

ELETRÔNICA

APOSTILA ELETRÔNICA GERAL

+30V

+30V

MÓDULO - 3

figura 11

R1 1kW

21V

A Q1

A

B

14,4V

15V

C2

15,6V 15V 14,4V

A

C1

REGIÃO SEM DISTORÇÃO

Q2 AF1

R2 1kW

figura 13a

figura 12

t0

t1

t2

t3

t4

t5

t6

t7

9V

t8

+16V

A

+15V

+14V +15,4V

B

21V 20,4V

+15V +14,6V +16V

A

+15V

+14V +15,4V

B

B

15V

+15V REGIÃO COM DISTORÇÃO

+14,6V

9,6V 9V

figura 13b ELETRÔNICA

AMPLIFICADORES A, B, C, AB - OSCILADORES - SISTEMAS DE TRANSMISSÃO E RECEPÇÃO 21

APOSTILA ELETRÔNICA GERAL

MÓDULO - 3 CONCLUINDO: Vimos que o amplificador de saída classe B, manifesta-se pela amplificação do sinal, sendo um dos transistores responsáveis pelo semiciclo positivo, e o outro pelo semi-ciclo negativo. Nunca os transístores estarão conduzindo ao mesmo tempo, o que acaba causando a distorção cruzada; é um amplificador de pouca qualidade sonora, sendo utilizado em equipamentos que requerem pouco consumo em repouso (rádios a pilha por exemplo). Apesar disso, alguns fabricantes colocam seus amplificadores de rádios que funcionam à pilha para trabalharem quase na pré polarização dos transistores de saída, diminuindo a distorção cruzada, mas não eliminando-a. Os detalhes disso veremos na sequência.

figura 13c

AMPLIFICADOR CLASSE AB

+30V

+30V

figura 14

R1 1kW

IN

Rx 100W C1

Q2 AF1

R2 1kW

figura 15a

figura 15b

+30V

+30V

R1 1kW

14,4V A

R1 1kW

B

A=15,6V

Q1 E

RX 100W

1,2V B

Rx 100W

Q2 E

B=14,4V

B R2 1kW

14,4V

R2 1kW

22 AMPLIFICADORES A, B, C, AB - OSCILADORES - SISTEMAS DE TRANSMISSÃO E RECEPÇÃO

ELETRÔNICA

APOSTILA ELETRÔNICA GERAL

MÓDULO - 3

+30V

+30V

figura 16a

R1 1kW

Q1

P1 180W C1

Q2 AF1

R2 1kW

ELETRÔNICA

AMPLIFICADORES A, B, C, AB - OSCILADORES - SISTEMAS DE TRANSMISSÃO E RECEPÇÃO 23

APOSTILA ELETRÔNICA GERAL

MÓDULO - 3

Lâmpada série 6W ou 40W

BC338 10 0k C B

BC328

E

E

B

C

tomada série

figura 17

ligar este plug na rede de 110Vac

15Vdc ~ 20Vdc

transformador 15Vac + 15Vac Lâmpada série 6W ou 40W

R1 1kW D1 1N4007

C2 1000uF x 25V

ligar este plug na rede de 110Vac

ajustar inicialmente o trimpot para a mínima resistência

Q1 100uF x 25V

R1 180 W C1 Q2

D2 1N4007

AF1

R2 1kW

figura 16b

+30V

+30V

figura 18a

R1 1kW

Q1

Res. aj. <82W

Ajuste da corrente de repouso causando distorção

P1 180W C1

Q2 AF1

R2 1kW

24 AMPLIFICADORES A, B, C, AB - OSCILADORES - SISTEMAS DE TRANSMISSÃO E RECEPÇÃO

ELETRÔNICA

APOSTILA ELETRÔNICA GERAL

MÓDULO - 3

+30V

figura 19a

+30V Ajuste de corrente conforme indicado pela fábrica V/W

R1 1kW

A m

A m

UM M CO

Q1 MULTÍMETRO NA ESCALA DE mA

P1 180W C1

+30V

figura 18b

+30V

Q2 AF1

R1 1kW

R2 1kW

Alta dissipação de calor em Q1

Q1

Res. aj. >>82W

P1 180W C1

Q2 AF1

R2 1kW

Alta dissipação de calor em Q2

+30V

+30V

figura 19b

R1 1kW

Q1

P1 180W

MULTÍMETRO NA ESCALA DE MILIVOLTS

m V

Q2 V /W m A UM M

ELETRÔNICA

CO

R2 1kW

R3 0,1W

AMPLIFICADORES A, B, C, AB - OSCILADORES - SISTEMAS DE TRANSMISSÃO E RECEPÇÃO 25

APOSTILA ELETRÔNICA GERAL

MÓDULO - 3 figura 20

+30V

+30V

R1 1kW Q1 VOLT/DIV

TIME/DIV

0,2mS 0,1V

P1 180W C1 Q2

AF1

R2 1kW

Amplificador de baixa potência com controle de corrente de repouso feito por dois diodos, que equilibram a corrente circulante pelos transistores de saída

Atenção: caso o aluno queira saber detalhes sobre cálculos de acoplamentos de capacitores entrar no link: http://blogdopicco.blogspot.com/2009/03/capacitores.html detalhes sobre corrente de repouso na internet: http://forum.cifraclub.com.br/forum/10/139579/ http://audiolist.org/forum/viewtopic.php?t=489 http://autoforum.com.br/index.php?showtopic=82361 http://br.dir.groups.yahoo.com/group/audio_list/message/2731 http://www.htforum.com/vb/showthread.php/22752-Como-se-Calcula-Corrente-Bias

http://eletronica2002.forumeiros.com/forum-de-reparacao-de-aparelhoseletronicos-f1/como-ajustar-a-corrente-de-repouso-do-amplificadorcygnus-pa-1800xresolvido-t13023.htm http://eletronica2002.forumeiros.com/frum-de-reparao-de-aparelhos-eletrnicos-f1/ som-philips-ah-621-ajuste-de-corrente-de-repouso-resolvido-t2695.htm 26 AMPLIFICADORES A, B, C, AB - OSCILADORES - SISTEMAS DE TRANSMISSÃO E RECEPÇÃO

ELETRÔNICA

APOSTILA ELETRÔNICA GERAL

MÓDULO - 3 figura 20

+30V

+30V

R1 1kW Q1 VOLT/DIV

TIME/DIV

0,2mS 0,1V

P1 180W C1 Q2

AF1

R2 1kW

Amplificador de baixa potência com controle de corrente de repouso feito por dois diodos, que equilibram a corrente circulante pelos transistores de saída

detalhes sobre corrente de repouso na internet: http://forum.cifraclub.com.br/forum/10/139579/ http://audiolist.org/forum/viewtopic.php?t=489 http://autoforum.com.br/index.php?showtopic=82361 http://br.dir.groups.yahoo.com/group/audio_list/message/2731 http://www.htforum.com/vb/showthread.php/22752-Como-se-Calcula-Corrente-Bias

http://eletronica2002.forumeiros.com/forum-de-reparacao-de-aparelhoseletronicos-f1/como-ajustar-a-corrente-de-repouso-do-amplificadorcygnus-pa-1800xresolvido-t13023.htm http://eletronica2002.forumeiros.com/frum-de-reparao-de-aparelhos-eletrnicos-f1/ som-philips-ah-621-ajuste-de-corrente-de-repouso-resolvido-t2695.htm 26 AMPLIFICADORES A, B, C, AB - OSCILADORES - SISTEMAS DE TRANSMISSÃO E RECEPÇÃO

ELETRÔNICA

APOSTILA ELETRÔNICA GERAL

MÓDULO - 3

AMPLIFICADORES CLASSE AB CONTROLE DE AQUECIMENTO

AULA

3

O ajuste da corrente quiescente com trimpot O ajuste do aquecimento por realimentação O amplificador classe A com carga ativa A realimentação negativa em amplificadores

OUTRAS CONFIGURAÇÕES DO AMPLIFICADOR CLASSE AB

+30V

+30V

R1 1kW Q1

IN

P1 180W

1/2 Vcc C1 Q2

+15V

figura 1

+15V

AF1

R2 1kW

R1 1kW

+0,6V

Q1

0V

P1 180W

0V

Q2

figura 2

-0,6V AF1

R2 1kW

-15V

ELETRÔNICA

-15V

AMPLIFICADORES A, B, C, AB - OSCILADORES - SISTEMAS DE TRANSMISSÃO E RECEPÇÃO 27

APOSTILA ELETRÔNICA GERAL

MÓDULO - 3

no que chamamos de Hi-Fi (High Fidelity) ou alta fidelidade. Apesar de melhorar a qualidade nas baixas frequências, esta ligação direta da saída do amplificador ao alto-falante ou caixa acústica, produz a necessidade de circuitos de proteção mais aprimorados, pois em um caso de curto em um dos transistores de saída, todo o potencial da alimentação será colocado sobre o alto-falante ou caixa acústica, levando-o à queima em alguns segundos. Uma das formas de proteção mais utilizada é colocar os contatos de um rele entre a saída do amplificador e os alto-falantes. O acionamento deste relé está baseado na tensão média de saída seja zero volt. Mesmo quando estiver amplificando o sinal em alta potência, o que controlará o circuito de proteção e o acionamento do relé será a tensão média da saída, pois quando a tensão do sinal sobe (em direção ao potencial positivo), cairá na mesma proporção (em direção ao potencial negativo). Com isso, a partir de um resistor e um capacitor, será integrada uma tensão média igual a zero volt, que não desarmará o circuito. Outra modificação que pode ser acrescentada ao classe AB é no controle da corrente de repouso, onde em alguns amplificadores foi retirado o trimpot de ajuste e substituído por 2 diodos, que manterão a tensão de pré-polarização entre as bases dos transistores, como mostra a figura 3.

Para melhor resultado, estes diodos deverão estar fixados no dissipador de calor, junto com os transistores. Podemos dizer que a tensão de 0,6V de polarização direta de um diodo, poderá ser levemente alterada de acordo com a temperatura ambiente, ou quando submetidos a uma temperatura maior. Assim, a lógica é que se os transistores de saída de som começarem a aquecer acima de uma valor pré-determinado, o dissipador também ficará mais quente. Como os diodos da corrente de repouso estão no dissipador com pasta térmica (pasta que facilita a transferência de calor de um ponto ao outro) haverá uma leve diminuição da tensão sobre o diodo e com isso, também diminuirá a tensão entre as bases dos transistores de saída, resultando em uma maior corrente pelo diodos e menor corrente pelas junções baseemissor dos transistores. Podemos ainda melhorar o controle da corrente de repouso trocando os diodos por um transistor, que terá ainda melhor desempenho para acompanhar as variações de estado dos transistores amplificadores, como mostra a figura 4. +30V

+30V

figura 4

R1 1kW

R4

+30V

Q1

+30V

C1

R1 1kW

Q3

P1 Q1

15,6V Q2

R5

D1 15V

15V

D2

figura 3

AF1

R2 1kW C1

Q2

14,4V AF1

R2 1kW

A funcionalidade deste controle de corrente de repouso baseia-se no fato que a junção dos diodos anodo-catodo é praticamente igual a junção baseemissor dos transistores e com isso haveria sempre uma queda de tensão sobre os diodos (aproximadamente 1,2V) igual a queda de tensão das junções base-emissor dos transistores mantendo-os sempre em mínima polarização, acompanhando as variações de “condutibilidade” dos transistores por efeito de temperatura ou corrente.

Podemos ver que neste circuito também foi acrescentado um trimpot para ajuste da corrente de repouso final, uma vez ajustada a corrente pelo trimpot o transistor Q3 iria se manter controlando a corrente dos transistores que estão no dissipador. Para entender o funcionamento deste circuito, podemos afirmar que deveria existir uma tensão de 1,2V entre base de Q1 e base de Q2. Como os resistores R4 e R5 possuem valores altos, eles se prestam a criar uma polarização para a base emissor de Q3 e com isso criam uma maior polarização para coletor e emissor deste, de forma a manter bem controlada a corrente que circula não somente por ele, mas também por base-emissor de Q1 e emissor-base de Q2. Uma vez ajustada a corrente pelo trimpot o

28 AMPLIFICADORES A, B, C, AB - OSCILADORES - SISTEMAS DE TRANSMISSÃO E RECEPÇÃO

ELETRÔNICA

APOSTILA ELETRÔNICA GERAL

MÓDULO - 3

figura 5 DISSIPADOR

MICA ISOLANTE

TRANSISTOR DE SAÍDA TRANSISTOR DE CONTROLE TRANSISTOR DE SAÍDA

MICA ISOLANTE

AMPLIFICADOR CLASSE A COM CARGA ATIVA

figura 6 figura 7

ELETRÔNICA

AMPLIFICADORES A, B, C, AB - OSCILADORES - SISTEMAS DE TRANSMISSÃO E RECEPÇÃO 29

APOSTILA ELETRÔNICA GERAL

MÓDULO - 3

AMPLIFICADOR COMPLETO

,

figura 9 +30V

+30V

+30V

Q4

R6 4,7kW

figura 8 +30V

+30V

R8 100kW

+30V

Q1

R4 2,2kW

C2

P1 1,2kW

Q4

R6 4,7kW R8 100kW

Q1

C1

R5 2,7kW R4 2,2kW

R9 56kW

C2

P1 1,2kW

IN

Q3

Q5

R7 10kW

Q2

R2 1kW

Q3

AF1

C1

Q5

R5 2,7kW R9 56kW

R7 10kW

Q2

R2 1kW

AF1

30 AMPLIFICADORES A, B, C, AB - OSCILADORES - SISTEMAS DE TRANSMISSÃO E RECEPÇÃO

ELETRÔNICA

APOSTILA ELETRÔNICA GERAL

+30V

figura 10

+30V

MÓDULO - 3

+30V 30V 15,6V Q4

R6 4,7kW

10,2V

Q1

29,4V 0V

R8 100kW

R4 2,2kW

15,4V 15V

C2

P1 1,2kW

Q3 C1

Q5

9,6V R9 56kW

R7 10kW

R5 2,7kW

15V Q2

14,6V R2 1kW

ELETRÔNICA

AF1

14,4V

AMPLIFICADORES A, B, C, AB - OSCILADORES - SISTEMAS DE TRANSMISSÃO E RECEPÇÃO 31

APOSTILA ELETRÔNICA GERAL

MÓDULO - 3

REALIMENTAÇÃO NEGATIVA EM AMPLIFICADORES

figura 11 +30V

+30V

Q4

Q1

R4 2,2kW P1 1,2kW

Q3

15V C1

R5 2,7kW Q2 AF1

R2 1kW

6V R9 2,7kW C3 470m F/10V

C4 4,7m F/ 16V

R7 1,8kW

R10 27kW

Q4 BC558

Q5 BC558B

R3 1,2kW

3V

R11 39kW

D1 1N4148

R5 15kW

figura 12

C1 470m F/10V

R6 1kW R8 6,8W

R4 1kW

IN D2 1N4148

Q1 BC338

Q3 BC548C Q2 BC328

C2 220m F/10V

AF1 8W

R2 330W

32 AMPLIFICADORES A, B, C, AB - OSCILADORES - SISTEMAS DE TRANSMISSÃO E RECEPÇÃO

ELETRÔNICA

APOSTILA ELETRÔNICA GERAL

MÓDULO - 3

figura 13

figura 15

Q5

6V

6V

Q1

R6 1kW

6V

6V

3V

3,4V

R7 1,8kW

0,6V

R8 6,8W

I = 0,1mA

Q4

I = 0,3mA

Q2

3,4V

4V

Q5

Q1

C2 220mF

0,4V

I = 0,4mA

3V

3,4V

R6 1kW Q2

figura 14

ELETRÔNICA

AMPLIFICADORES A, B, C, AB - OSCILADORES - SISTEMAS DE TRANSMISSÃO E RECEPÇÃO 33

APOSTILA ELETRÔNICA GERAL

MÓDULO - 3

figura 16

6V

figura 17

6V

Q4

Q1 BC338

R5 15kW

R3 1,2kW

R4 1kW

C1 470F/10V m Q3 BC548C Q2 BC328

AF1 8W

R2 330W

Amplificador para guitarra na internet: http://members.fortunecity.com/netrap/images/p27_fig2.gif Amplificadores para guitarra são sempre um desafio interessante. Os controles de equalização, ganho e sobrecarga são bastante singulares e a combinação ideal varia de guitarrista a guitarrista. Não existe amplificador que satisfaça as necessidades de todos, e não esperamos que esse projeto seja uma exceção. Entretanto, o grande diferencial é que se você constroi o seu próprio amplificador, você pode modificar diversas características para satisfazer suas necessidades. Experimentos, é a chave do circuito que aqui esta apresentada na forma básica, onde cada modificação alterará alguma coisa, abrindo a possibilidade de se alterar simplesmente TUDO. O amplificador é avaliado em 100W Sobre Uma Carga de 4 Ohms, pois isso é típico de um amplificador do tipo "combo" com dois alto-falantes 8 ohms em paralelo. Alternativamente, voce pode executar o amplificador em uma "caixa" quad (4 x 8 Ohm falantes em paralelo série - veja a Figura 5) e vai ficar cerca de 60 Watts. Para realmente aventureiro, 2 caixas de quad e dirija o amplificador irá fornecer 100W, mas será muito mais alto do que o gêmeo. Esta é uma combinação comum para guitarristas... O restante do texto pode ser visto no site acima...

34 AMPLIFICADORES A, B, C, AB - OSCILADORES - SISTEMAS DE TRANSMISSÃO E RECEPÇÃO

ELETRÔNICA

APOSTILA ELETRÔNICA GERAL

AULA

4

MÓDULO - 3

AMPLIFICADORES CLASSE AB CONTROLE DE AQUECIMENTO O ajuste da corrente quiescente com trimpot O ajuste do aquecimento por realimentação O amplificador classe A com carga ativa A realimentação negativa em amplificadores

CONFIGURAÇÃO PARA ALTO GANHO DE CORRENTE (DARLINGTON E SZIKLAI)

figura 3

E

B

C figura 1

E

B

E

figura 4

C

B

figura 2 ELETRÔNICA

C

figura 5

AMPLIFICADORES A, B, C, AB - OSCILADORES - SISTEMAS DE TRANSMISSÃO E RECEPÇÃO 35

APOSTILA ELETRÔNICA GERAL

MÓDULO - 3

AULA SCR - UJT - CRISTAL QUARTZ

6

SCR - polarização e características SCR - trabalhando em DC e AC (meia onda e completa) - acionamento trifásico UJT: polarização - caracteristicas e aplicações Cristal a quartz: características e aplicações

O SCR - SILICON CONTROLLER RECTIFIER O SCR (Silicon Controller Rectifier) é um semicondutor que como o próprio nome diz é formado a partir do silício. Seu funcionamento é semelhante a um diodo retificador comum, e por isso ele conduz apenas num sentido de corrente, sendo a grande diferença, um terceiro terminal que irá disparar este estado de polarização para o “diodo”; seu aspecto físico é parecido com um transistor, pois também possui 3 terminais: o anodo (A) e catodo (K) como um diodo comum e mais o terceiro terminal que será o gate (G), que traduzindo chama-se “porta”, que irá liberar ou não o disparo do SCR. Seu aspecto físico pode ser visto na figura 1a, e seu símbolo é mostrado na figura 1b. figura 1a

A

A

TIC 106

A

G

K

A G

ELETRÔNICA

G

G

figura 1b

Na figura 1c, podemos ver vários tipos de encapsulamento do SCR e na figura 1d, seu aspecto para maiores correntes. O SCR é fabricado a partir de 4 “cristais” semicondutores de silício dopados de modo a produzirem 3 junções PN, como mostra a figura 2a. figura 1c

A

G K

K

figura 1d Estas junções PNPN, formam basicamente dois transistores, sendo o primeiro PNP e o segundo NPN, numa configuração “série” de auto polarização como mostra a figura 2b. Esta configuração permite que uma vez DISPARADO o conjunto, através de uma tensão ou pulso no gate (acima de 0,6V) em relação ao catodo, o SCR permanecerá polarizado como um diodo entre anodo (A) e catodo (K), mesmo que a tensão (ou pulso) no gate desapareça.

figura 2b

figura 2a

K

K

Podemos resumir o funcionamento do SCR, quando polarizado diretamente (anodo positivo em relação ao catodo) como uma chave aberta, enquanto a tensão do gate-catodo permanecer abaixo de 0,5V, como mostra a figura 3a. Nela, o SCR está representado por 2 transistores, sendo que externamente foram acrescentados dois resistores: o 1° ligado à uma fonte de tensão e o 2° ligado do gate ao catodo, que estará aterrado; o SCR permanecerá sem ser disparado, ou como uma chave aberta entre anodo e catodo, apesar do anodo apresentar uma tensão mais positiva que o catodo. Se elevarmos a tensão no gate em forma de um pulso acima de 0,6V em relação ao catodo, fará com que o “transistor NPN” seja polarizado, indo à

AMPLIFICADORES A, B, C, AB - OSCILADORES - SISTEMAS DE TRANSMISSÃO E RECEPÇÃO 57

APOSTILA ELETRÔNICA GERAL figura 3a

figura 3b

A

A

+12V

+12V

11,4V

0V

0V

0,6V

G

G

K

K

saturação e ao mesmo tempo, polarize o “transistor PNP”, fazendo-o também saturar. Considerando agora o “transistor PNP” saturado, a base do “transistor NPN” permanecerá polarizada independente de tensão externa no gate; mesmo que o pulso que disparou o gate não exista mais, o SCR se comportará como um diodo mantendo uma tensão de aproximadamente 0,6V entre anodo e catodo, como mostra a figura 3b. Nela, temos a representação do SCR pelos transistores que agora são chaves fechadas. O SCR permanecerá “gatilhado”, funcionando como um diodo retificador comum, enquanto existir tensão no seu anodo e corrente circulando entre anodo e catodo. Para “cortar” o SCR depois que ele foi “disparado” por um pulso no gate, devemos tirar a tensão de polarização do anodo, ou torna-la mais baixa que a tensão de catodo; sendo assim, o SCR voltará a condição inicial de chave aberta. A rede elétrica, com sua inversão de polaridade é o meio ideal para trabalhar com o SCR, pois permite o corte do componente em todo semiciclo negativo, como veremos adiante. Para exemplificar um circuito com SCR, temos a figura 4, que mostra um circuito de monitoramento para sobretensão. figura 4

MÓDULO - 3 0,5V enquanto a fonte estiver com tensão de até 5V. Se a tensão da fonte tiver algum pico de tensão e sua tensão ultrapassar 5V a tensão do gate do SCR ultrapassará também os 0,5V disparando o SCR, que irá polarizar o LED ligado ao seu anodo para o terra, fazendo o mesmo acender e mantendo uma corrente sobre o SCR. Mesmo que a tensão da fonte volte aos seus 5V normais o SCR permanecerá polarizado pela corrente do LED, que ficará aceso indicando que houve um pico de sobre tensão na fonte. Para haver o apagamento do LED indicador de sobretensão, devemos desligar o equipamento, para que a tensão de anodo do SCR, fique igual à tensão de catodo, cortando-o. Identificação dos terminais gate-catodo Um teste rudimentar para encontrar a junção gatecatodo do SCR, pode ser vista na figura 5. A identificação do terminal, pode ser feita com um ohmímetro. Como a conexão interna entre gate e catodo é uma junção PN simples, um multímetro poderá indicar a continuidade entre esses terminais com a ponta de prova vermelha no gate e ponta de prova preta no catodo. figura 5

A R3 1kW

BC 558

Led1

BC 548

A

Ensaio para teste de SCR

G Entrada R2 de tensão 1,5kW variável 0,4V 0V

SCR1 K G R1 150W

K

O led permanece apagado enquanto a tensão esiver até 5V. Quando a tensão ultrapassar os 5V o led acenderá e permanecerá aceso mesmo que a tensão retorne aos 4 ou 5V, indicando que houve um pico de sobre-tensão.

Este é um circuito auxiliar que pode ficar ligado a qualquer fonte de tensão; sua função é indicar se por algum motivo a tensão da fonte subiu acima do projetado, podendo causar algum dano ao aparelho. O gate do SCR está ligado a um divisor resistivo que o manterá com uma tensão abaixo de

As medições de continuidade para os outros terminais do SCR, anodo para gate e anodo para catodo, serão mostradas como se estes estivessem abertas. A utilização da escala ôhmica deve ser entendida como um teste bruto e apenas para a verificação do terminal do gate-catodo, não devendo ser aplicada aos componentes ligados ao circuito. Apesar disto, ainda com o componente fora do circuito há formas de verificação de seu funcionamento, como mostra a figura 6. Nela, podemos ver que a chave ligada ao anodo, é do tipo normalmente fechada, enquanto que a

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MÓDULO - 3

ligada ao gate é do tipo normalmente aberta.

esse resistor servirá como um ajuste de sensibilidade do componente, pois quanto menor o valor do resistor, mas tensão (ou corrente) será necessária para disparar o SCR. Alguns SCR´s saem de fábrica com o valor muito alto deste resistor de sensibilidade, deixando para o projetista colocar o valor conforme a necessidade. Caso o projetista não saiba deste detalhe, acabará havendo o disparo do SCR por ruídos eletromagnéticos, que podem ser derivados de rede elétrica, abertura de interruptores ou por faiscamentos provocados pelo acionamento de motores de pequeno ou grande porte. O TIC106 é um SCR de altíssima sensibilidade; devido a isso, devemos colocar um resistor que reduza a sensibilidade deste componente. Na tabela 1 abaixo, podemos ver algumas características do TIC106: - Repetitive peak off-state voltage: máxima tensão de pico desligado = 400 à 800V (veja a letra no final). - Repetitive peak reverse voltage: máxima tensão de pico reversa = 400 à 800V (veja a letra no final). - Continuous on-state current at (or below) 80ºC case temperature: corrente constante na temperatura de até 80ºC = 5A - Average on-state current (180º conduction angle) at (or below) 80ºC case temperature: Média de corrente com ângulo de condução de 180º - meio ciclo = 3,2A

figura 6

Podemos dizer que da forma apresentada o SCR está cortado, pois mesmo apresentando potencial positivo no anodo, proveniente do resistor ele não será disparado, pois o gate não recebe polarização. Quando pressionarmos a chave ON, ligada ao gate, permitimos polarizar o terminal com um potencial positivo, que produzirá o gatilhamento do SCR, levando seu anodo a um potencial de 0,6V acima do catodo. Com isso, praticamente toda a tensão da fonte acaba ficando sobre o resistor. Veja que para o disparo, foi necessário somente um pequeno toque na chave ON. SENSIBILIDADE DO SCR Anteriormente havíamos falado sobre o resistor que fica entre o gate e o catodo do SCR. Na verdade, TABELA 1

TABELA 2

Na tabela 2, podemos ver outras características do mesmo SCR TIC106D: - Repetitive peak off-state current: corrente de pico desligado = 400 uA (0,4mA) - Repetitive peak reverse current: corrente de pico com polarização reversa = 1mA - IGT Gate trigger current: corrente para gatilhamento do gate = 5 (típico) 200 uA (máximo) - VGT Gate trigger voltage: tensão de gatilhamento do gate = 0,4 à 1V; 0,6V (típico) Na figura 7, podemos ver uma situação de teste do SCR para o caso de acionamento de motores. Neste caso, a incidência de ruídos e tensões reversas é muito maior, pois dentro do motor, a ligação da tensão externa para o rotor é feita por “escovas” de ferrite, que no processo de liga e desliga muito rápido, gera irradiações de interferências de alta intensidade. O funcionamento é igual ao circuito anterior, quando a chave “off” está na

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APOSTILA ELETRÔNICA GERAL figura 7

SCR sob teste posição normalmente fechada, há tensão positiva no anodo, mas o SCR estará inoperante devido à falta de pulso de disparo no gate. Quando o SCR for de alta sensibilidade, e dependendo do local onde está sendo feito o teste, poderá disparar o motor, sem que tenha sido pressionada a chave “on” normalmente desligada. Nos testes de sensibilidade, sem o acionamento do SCR, como mostra a figura 7, devemos provocar uma série de situações de interferência, sendo que uma das melhores é acionar um equipamento que possui motor de escovas, como um liquidificador, furadeira, batedeira, etc. Devemos aproximar o mais possível este equipamento do SCR em teste, para saber se ele não acionará a carga sem o acionamento da chave “ON”. Caso ocorra o acionamento, deve-se colocar um resistor entre gate e catodo, até que a interferência não incida mais sobre o circuito. Após acionado, o SCR manter-se-a nesta condição, até que o anodo seja polarizado com uma tensão igual ou abaixo do catodo ou que a corrente anodo-catodo caia abaixo de 1mA. Veja que a maioria dos SCR´s manter-se-ão polarizados desde que a corrente entre anodo e catodo mantenha-se entre 1 até 50mA. CIRCUITO DE PROTEÇÃO E DESARME A figura 8, mostra a configuração de um SCR sendo utilizado na saída de uma fonte de alimentação, ficando ele em paralelo com a carga. Note que há um fusível entre a tensão da fonte e o SCR em

MÓDULO - 3 paralelo com a carga. O objetivo do circuito é em caso de sobretensão (tensão acima do previsto), que pode ser ocasionada por uma elevação momentânea da rede elétrica, acionar o gate do SCR e com ele entrando em polarização, aumentar drasticamente a corrente do circuito até a interrupção do fusível. Nestes casos, será necessária a intervenção de técnicos que deverão trocar o fusível, pois mesmo que ele seja acessível ao usuário, o valor do fusível terá grande importância no circuito. Podemos analisar o funcionamento do circuito, partindo de uma tensão DC retificada e filtrada de +150V, logo após os filtros. Vemos que existe uma malha divisora de tensão que possui um resistor de 100k e outro de 8,2k, resultando em uma tensão de 11,4V entre os resistores. Vemos que existe um zener de 12V, ligado com seu catodo ao divisor e o anodo ao gate do SCR, que ainda possui um resistor de sensibilidade entre o gate e o catodo. Podemos afirmar que enquanto a tensão de entrada for inferior à +165V, o SCR manter-se-a cortado. Mas quando a tensão da rede apresentar uma variação acima de +165V, o SCR será disparado e o fusível aberto, inibindo a polarização para a carga. Este circuito é melhor empregado nas modernas fontes chaveadas, onde uma corrente maior, desarma a fonte sem que para isso seja necessário queimas de fusíveis. Assim, o mesmo circuito com SCR, seria utilizado e quando a tensão da fonte subisse por algum motivo, o SCR seria disparado, levando a tensão de saída à 0,6V e com isso aumentando em muito o consumo, desarmando a fonte chaveada. Para reiniciar o circuito, será necessário desligar a fonte da rede elétrica, voltando o SCR ao corte. Desta forma, podemos dizer que a utilização do SCR na configuração de proteção contra sobretensões, com transformadores de rede ou com retificações diretamente na rede, será mais comum em máquinas industriais. Em circuitos de menor custo, o SCR para proteção de sobretensão, será utilizado em conjunto com fonte chaveadas, para que não haja a interrupção de fusíveis.

figura 8

circuito de gatilhamento foi omitido para simplificar o circuito elétrico 60 AMPLIFICADORES A, B, C, AB - OSCILADORES - SISTEMAS DE TRANSMISSÃO E RECEPÇÃO

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MÓDULO - 3

UTILIZAÇÃO DO SCR EM FONTES DE CORRENTE ALTERNADA Apesar de termos até agora tratado do SCR em corrente contínua, suas maiores aplicações são em corrente alternada, principalmente ligado á rede elétrica, como mostra a figura 9. figura 9

(Carga)

Na figura 11, podemos ver como o dimmer mais básico funciona. Quando começa o semiciclo positivo da rede, o anodo do SCR recebe também a tensão mais positiva; mas, como o capacitor colocado entre gate e catodo, está começando sua carga, é como se fosse um curto, não permitindo que o SCR seja gatilhado. Após um determinado tempo, quando o semiciclo positivo da rede vai chegando ao meio, a tensão sobre o capacitor figura 11

Nela vemos que uma determinada carga fica em série com o SCR, sendo necessário que o SCR, além de possuir um potencial mais alto no anodo em relação ao catodo, ainda necessitará de um pulso positivo no gate. A figura 10 mostra que, à partir do momento que a rede elétrica vai colocando o anodo do SCR mais positivo que o catodo, é gerado um pulso positivo no gate, via diodo, e com isso o SCR é quase imediatamente disparado, levando os semiciclos positivos da rede para a carga. figura 10

(corrente carga)

chega a 1,2V, tensão suficiente para o gatilho do SCR, levando seu anodo ao potencial negativo e com isso colocando a tensão sobre a carga, como mostra a forma de onda. Veja que durante um tempo, a onda permanece no eixo zero, e após o gatilho, vai para praticamente a tensão da rede, que permanece assim, até que o semiciclo positivo termine, o que também causa o corte do SCR (tensão no anodo mais baixa que no catodo). Podemos alterar a quantidade de energia levada à carga, controlando o tempo em que o SCR é gatilhado, como mostra a figura 12. Se diminuirmos o valor do potenciômetro que está em série com o figura 12

(tensão da rede AC)

Podemos observar que a cada início do ciclo positivo, há uma pequena demora para que a tensão apareça sobre a carga. Esta é a somatória da tensão necessária para o gate, mais a tensão de queda no diodo de polarização. Além disso, note que a figura apresenta uma tensão um pouco menor sobre a carga, em relação a senoide que está ocorrendo na rede elétrica, isto se deve à pequeníssima diferença de 0,6V que cai sobre o anodo e catodo do SCR. Uma outra observação quanto à figura é que para a carga, somente estão indo os semiciclos positivos do sinal, sendo bloqueados os semiciclos negativos. Mas, o aluno deve estar se perguntando: Mas para que um SCR se um diodo comum levaria também somente pulsos positivos para a carga? a resposta é que poderemos controlar o ponto em que o SCR é disparado no semiciclo positivo e assim, controlar a quantidade de energia disponível para a carga, criando o que se chama no mercado de “dimmer” ou controlador de potência entregue à carga. ELETRÔNICA

limiar da tensão de gatilho

capacitor de carga, iremos carregar o capacitor mais rápido e com isso gatilhar também mais rápido o SCR, que colocará um pouco mais do semiciclo positivo sobre a carga. Se a carga for uma lâmpada, acenderá um pouco mais. Já na figura 13, aumentamos o valor do potenciômetro de ajuste do tempo de carga do capacitor, e agora, levará mais tempo para que o SCR seja gatilhado e com isso, haverá menor porção do semiciclo positivo sendo entregue à carga. A figura 14, mostra a comparação entre a senoide

AMPLIFICADORES A, B, C, AB - OSCILADORES - SISTEMAS DE TRANSMISSÃO E RECEPÇÃO 61

APOSTILA ELETRÔNICA GERAL figura 13

MÓDULO - 3 figura 16a

SCR1

figura 14

rede começa a subir (em tracejado) a tensão sobre a carga (linha cheia) é de zero volt. Um pouco antes do pico positivo, acontece um pulso de disparo no gate do SCR1, fazendo com que ele passe a ser um curto (fica uma tensão de 0,6V entre anodo e catodo), e com isso a tensão sobe instantaneamente para quase 130V. Notem que mesmo que o pulso de acionamento do gate termine, como mostra a figura, o SCR1 ainda continuará em polarização até que a tensão de anodo caia para zero volt. Quando começa o semiciclo negativo, que corresponde a inversão da polaridade de tensão da senoide da rede

(tensão sobre o capacitor)

figura 15

UTILIZANDO SCR´S CONFIGURADOS PARA OS DOIS SEMICICLOS DA REDE Podemos utilizar dois SCR´s para acionar um controle de potência para a carga utilizando os dois semiciclos da rede elétrica, como mostra a figura 16a. Quando houver o semiciclo de tensão positiva, o SCR1 será gatilhado permitindo a circulação de corrente pela carga (esquerda para a direita). Quando houver a inversão da polaridade da rede, o SCR2 será gatilhado, permitindo assim a circulação de corrente em sentido inverso ao anterior (da direita para a esquerda). Considerando agora, a forma de onda da figura 16b, podemos dizer que quando o semiciclo positivo da

figura 16b

tensão levada à carga

nível de disparo para o SCR1

da rede elétrica e o atraso que ocorrerá com a carga do capacitor de tempo. Inibindo completamente ruídos aleatórios: a figura 15, mostra uma configuração em que o gate do SCR poderá ser gatilhado a partir de um pulso induzido em um secundário de um pequeno transformador. O secundário do transformador terá uma resistência ôhmica muito baixa, impedindo assim, que qualquer ruído ou interferência, mesmo muito intensa, possa gatilhar aleatoriamente o SCR.

SCR2

nível de disparo para o SCR2

pulsos de disparo para o gate do SCR1

pulsos de disparo para o gate do SCR2

rede elétrica, começa a subir a tensão no anodo do SCR2, sendo que ele mantem-se cortado, gerando zero volt sobre a carga. Quando dizemos que a tensão começa a subir no anodo e a forma de onda apresenta um tracejado que cai de amplitude, entenderemos que o eixo zero será a referência de tensão, sendo que tudo que for acima do eixo, será aumento de tensão, e o que for abaixo do eixo, também será aumento de tensão, somente com INVERSÃO DA POLARIDADE. Assim, com o aumento da tensão do semiciclo negativo, antes de chegar ao pico máximo negativo, haverá o disparo do SCR2, com um pulso em seu gate, fazendo-o uma chave fechada e com isso levando a tensão da rede à carga. Mesmo com a parada do pulso do gate, o SCR2 continuará polarizado até que a tensão da rede volte a ser zero volt. Logo, figura 17 teremos um controle de potência ou tensão para a carga nos dois semiciclos da rede. O TRIAC, mostrado na figura 17, com sua forma física e seu símbolo, nada mais é do que dois SCR´s no mesmo

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ELETRÔNICA

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MÓDULO - 3

invólucro, sendo excitado por uma única porta, que gatilhará os dois SCR´s internos. No módulo 7 e 8 da CTA eletrônica falaremos mais sobre este componente.

mesmo circuito, mas agora com atraso nos pulsos de disparo dos SCR´s. Neste caso, a senoide será disparada após determinado tempo, entregando pouco menos de 1/3 de energia para a carga. O controle do disparo dos SCR´s ou TRIAC´s é muito utilizado no dimmer para chuveiros, onde à partir de um potenciômetro podemos controlar a temperatura da água. figura 18c

UTILIZAÇÃO DO SCR EM RETIFICAÇÃO EM ONDA COMPLETA Uma outra forma de utilização do SCR é retificar a tensão de rede, controlando o nível da tensão que vai para a carga. Na figura 18, podemos ver uma retificação em onda completa, onde a carga receberá uma corrente contínua variável podendo alterar o tempo de disparo dos SCR´s. figura 18

senoide da rede

tensão levada à carga pelo SCR 4 e SCR2

atraso

tensão levada à carga pelo SCR 3 e SCR1

atraso

pulsos de disparo para o gate do SCR4 e SCR2 atraso

atraso

pulsos de disparo para o gate do SCR3 e SCR1

Vamos acompanhar o funcionamento da figura 18 através das formas de onda da figura 18b. Quando a rede elétrica estiver no semiciclo positivo, todos os quatro SCR´s estarão cortados, mas SCR2 e SCR4 estarão polarizados diretamente, mas ainda não gatilhados. Quando surgir os pulsos de disparos nos gates do SCR2 e SCR4, estes serão polarizados, levando tensão á carga, cuja energia sobre a carga pode ser visto como cinzas. Quando a tensão da rede se inverte, o SCR2 e SCR4 cortam, começando novo semiciclo. Novamente todos os SCR´s estarão cortados, mas o SCR1 e SCR3, estarão com seus anodos recebendo potencial positivo. Quando chegam pulsos de acionamento para estes SCR´s eles são polarizados levando tensão à carga. Podemos ver que a indicação da tensão sobre a carga, para o semiciclo positivo ou negativo é sempre no mesmo sentido, indicando que temos uma corrente contínua variável. figura 18b tensão levada tensão levada senoide da rede

à carga pelo SCR 4 e SCR2

à carga pelo SCR 3 e SCR1

O modo de disparo destes SCR´s mostrados nas figuras anteriores, pode ser visto na figura 19 e 20. Na figura 19, temos o acionamento dos gates dos SCR2 e SCR4, sendo o ponto comum do circuito de gatilhamento o lado positivo da carga. Neste caso, o circuito não funcionaria, pois considerando que temos um determinado pulso positivo do catodo para o gate do SCR4, o catodo do SCR2 será lançado em um potencial bem negativo, tendo o gate que ser de somente 0,6V acima do catodo. Assim, fica muito complicado excitar os dois SCR´s simultaneamente.

figura 19 Uma das melhores formas encontradas de acionamento de circuitos desse tipo é utilizar pequenos transformadores de pulsos, onde nos primários, temos um enrolamento que vai ligado ao gerador dos pulsos de gatilhamento e os secundários, são independentes e isolados entre sí, para poder acompanhar as variações da tensão do

pulsos de disparo para o gate do SCR4 e SCR2

pulsos de disparo para o gate do SCR3 e SCR1

Na figura 18c, temos outras formas de onda para o ELETRÔNICA

figura 20

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MÓDULO - 3

catodo, visto que os pulsos para os gates, sempre terão relação com o catodo. Apesar de na figura os transformadores serem independentes, poderemos usar um único primário e quatro enrolamentos independentes para acionar os 4 SCR´s da malha, como mostra a figura 20b. Nela temos um circuito eletrônico formado por 3 transistores, que trabalham na formação e no atraso dos pulsos de gatilhamento. A rede elétrica, além de ir á ponte de SCR´s, também vai a outra ponte de diodos retificadores de pequena corrente, que criarão a forma de onda mostrada, que são semiciclos positivos. À partir de R1, vamos filtrar estes semiciclos em C1, formando uma tensão de 12V estabilizada por ZD1, que polarizará todo o circuito. Através de R2, as variações dos semiciclos positivos, formarão uma variação parecida com a dente-de-serra, que chega até a base do transistor Q2. Temos o transistor Q3, que recebe uma tensão fixa na base, mas que através de um ajuste manual, esta tensão pode ser aumentada ou diminuída. À partir da tensão da base, será definida a tensão de emissor e caso a tensão de base esteja baixa, o transistor Q3 estará saturado, ou seja, a tensão de coletor será a mesma do emissor. Com a variação da tensão de base de Q2 para nível positivo, chegará um instante em que a tensão de base conseguirá ser maior do que a tensão de base de Q3, levando este ao corte, elevando a tensão de coletor para 12V e com isso produzirá a excitação para a base do transitor Q1, que saturará muito rapidamente. Podemos notar que o transformador TR1, apresenta um pequeno círculo preto, do lado de cima do transformador, que representará a fase de

indução deste transformador. Quando o transistor Q1 satura momentaneamente, o lado de baixo do primário é levado à massa, significando que o ponto onde está o círculo, fica com potencial positivo. No secundário, onde estão posicionados os círculos pretos, terão a criação de uma potencial positivo e com isso permitirão o gatilhamento dos quatro SCR´s. Apesar disto, e de acordo com o semiciclo da rede, somente dois SCR´s estarão em condições de polarização, pois os anodos estarão positivos em relação ao catodo. Assim, o SCR3, que em determinado instante, recebe polarização positiva em seu anodo, bem como o SCR1, que recebe polarização negativa em seu catodo, criarão condições para circulação de corrente pela carga. Assim, quando surgir o pulso de disparo, que incide sobre os 4 SCR´s, somente os dois anteriores serão gatilhados. Quando a tensão de rede inverter, o anodo de SCR4 receberá potencial positivo no anodo, enquanto o SCR2 receberá potencial negativo em seu catodo, levando corrente à carga. A corrente que circulará pela carga, terá sempre o mesmo sentido, apesar de não ser uma contínua pura (filtrada ou constante), mas variável de acordo com os semiciclos retificados da rede elétrica. SCR EM REDE TRIFÁSICA Poderemos ainda utilizar os SCR´s em tensões de rede trifásicas, ou seja, com 3 fases para gerar uma alimentação para a carga mais constante e com maior poder de corrente. Na figura 21 apresentamos a rede trifásica (3-phase source), que terá 220Vac em cada fase em relação a um neutro. Na rede normal bifásica, quando fazemos

figura 20b REDE ELÉTRICA D4

D1

D2

D3

SCR3 TR1

atraso

R1

atraso

atraso

atraso

ZD1 C1

SCR2

+

-

R4

R2

R6 Q3

Q1 C2

SCR1

Q1

Q2

R3

P1 C3

R5

R7

SCR4

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ELETRÔNICA

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MÓDULO - 3

figura 22: Esta figura apresenta uma rede trifásica sendo retificada com 6 diodos comuns, gerando um menor ripple para a carga.

figura 23: Esta figura apresenta uma rede trifásica sendo retificada com 6 SCR´s, que através dos pulsos de controle poderão controlar a enrgia entregue à carga. uma retificação em onda completa, a tensão de cada um dos semiciclos chega a zerar a tensão, o que dá a eles um defasamento de 180º; somente após isso novo ciclo começa. Nas redes trifásicas,

as três fases da rede trifásica

zero grau (0º) 120 graus

240 graus

a retificação da rede trifásica

ELETRÔNICA

cada fase possui um defasamento de 120º, ou seja, antes de uma das fases zerar, outra fase já apresentará pouco mais de 50% de sua tensão. Isto é altamente vantajoso se considerarmos um motor que deve ser alimentado pela rede elétrica AC, onde na rede comum, figura 23a há a interrupção da alimentação para que outra fase comece, ou se ligado à rede elétrica trifásica, onde não há uma interrupção nesta alimentação. Isto diminui a corrente geral consumida. Na figura 23a, podemos ver que a rede trifásica também pode ser retificada, usando-se 6 diodos retificadores, resultando em uma tensão DC variável, mas com um ripple inferior a 50% da tensão total de pico e sem capacitores de filtro. Já na figura 23b, podemos ver uma rede trifásica utilizando retificação em onda completa com SCR´s e estes podendo ser disparado em um determinado tempo. Na figura 23c, podemos ver como ficaria a energia figura 23b aproveitada, como os SCR´s sendo disparados em um determinado tempo. Os SCR´s utilizados na rede ripple trifásica, podem gerar um controle de tensão e corrente para uma carga do tipo motor trifásico, com partidas muito mais suaves destes motores que figura 23c chegam a consumir 6 vezes mais corrente na partida. Estes dispositivos são chamados de SOFT-STARTers e serão vistos em detalhes no módulo 7 do Curso da CTA Eletrônica. Por enquanto, o aluno poderá pesquisar sobre o assunto na internet, digitando nos buscadores a palavra “soft-start”.

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MÓDULO - 3

UJT -TRANSISTOR UNIJUNÇÃO No começo da apostila estudamos o transistor bipolar de junção (TBJ) ou simplesmente transistor, que tinha suas características próprias como de funcionar como amplificador de corrente ou como uma chave eletrônica. Verificamos também seu funcionamento em diversos circuitos e aplicações diferentes. Vamos agora estudar outro tipo de transistor, que funciona completamente diferente do transistor bipolar e tem sua aplicação principal na área de controle de equipamentos ou motores. Seu simbolo pode ser visto na figura 24b e seu aspecto físico é mostrado na figura 24a, que é igual aos transistores bipolar.

tensão de emissor não ultrapassar a tensão do meio das bases (catodo do diodo), não haverá corrente entre emissor e as bases. Já, entre base 1 e base 2, existirá uma resistência intrínseca ao material semicondutor representada pela soma de Rb1 com Rb2 (que são fixas) e RV que depende da corrente emissor-base1; portanto mesmo sem corrente emissor-base haverá condução de uma pequena corrente entre Base1 e Base 2. Para melhor visualizar o que estamos falando vamos avaliar o circuito da figura 26. figura 27 figura 26 +12V

+12V

R2 B2

R1 R2

R1

EMISSOR BASE 2

T1

E

E

B2 T1

B1 E

BASE 1

E

B1 C1

B2

B1

C1

R3

R3

B2 B1

figura 24a

figura 24b

Podemos ver pelo símbolo da figura 24b que o transistor unijunção é realmente como o nome diz, uma única junção, pois ele possui apenas base e emissor, apesar de possuir 3 terminais. Sua constituição interna pode ser vista na figura 25a, onde podemos ver que o UJT tem apenas dois blocos semicondutores: o primeiro é um cristal dopado com polaridade N, de onde tiraremos a Base 1 e Base 2; o segundo, um cristal de menor dimensão dopado com polaridade P, incrustado no primeiro cristal, formando a junção emissor-base (igual a um transistor comum). Para entendermos melhor o funcionamento deste transistor vamos substitui-lo por um modelo baseado em resistores e diodo, como mostra a figura 25b. figura 25b figura 25a B1

Este circuito é um oscilador, que tem como base de tempo a carga e descarga de C1. Para explicar seu funcionamento vamos substituir T1 (UJT) pelo seu modelo baseado em resistores e diodo da figura 27. Inicialmente, quando ligamos o circuito com tensão de 12Vdc, o capacitor está descarregado e portanto comportar-se-á como um “curto”, mantendo (inicialmente) 0 volt sobre ele e o transistor “cortado” (sem corrente emissor-base1 como mostra a figura 28a). Neste instante inicial temos praticamente 0V em B1, e 12V em B2; começa então a circular por R1 uma “forte” corrente I1 começando a carga de C1. +12V

+12V R2

I1

R1

B2

figura 28a 12V 6V

Base 1 Rb1

Emissor

Rv

N

6V

E

C1

Rv 10kW B1 R3

E Rb2 Base 2

B2

Nesta figura temos a junção emissor-base representado por um diodo; portanto enquanto a

0V

I1 vai diminuindo, mas C1 continua sendo carregado, e sua tensão ainda não conseguiu polarizar diretamente a junção baseemissor de T1 e com isso T1 permanece cortado e a tensão na Base 1 continua baixa.

Com o passar do tempo, C1 vai se carregando e a tensão de emissor de T1 vai aumentando e I1 diminuindo gradativamente enquanto C1 se carrega; mas, enquanto a tensão do emissor (E) de T1 não ultrapassar a tensão da junção emissorbase (aproximadamente a média da tensão entre Base 1 e Base 2) o transistor T1 permanecerá

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“cortado” (figura 28b). Quando a tensão sobre C1 ultrapassar (em 0,6V) a

do transistor unijunção (UJT) pois ele é conhecido como oscilador de relaxação e é fortemente empregado na área industrial como controlador de equipamentos e motores. Devido a suas características o UJT não pode ser empregado em circuitos amplificadores como o transistor bipolar, sendo que também não encontramos UJT PNP ou NPN. Ele pode ser resumido como um SCR que dispara quando sua tensão de emissor é “alta”, mas a grande diferença estará no fato de que, se sua tensão de emissor voltar a “cair”, ele volta a ficar cortado. Já para o SCR, uma vez “disparado”, permanece sempre disparado (até que se interrompa a corrente entre anodo e catodo). Na figura 29, temos o circuito do oscilador com suas formas de onda no emissor e na Base 1.

+12V

+12V R2

I1

R1

B2

6V

E

0V

figura 28b 12V

C1

Rv 10kW B1 0V

R3

Capacitor C1 descarregado e T1 cortado, o emissor está polarizado com tensão reversa mantendo T1 cortado e consequentementa a corrente entre Base 1 e Base2 é muito baixa, praticamente 0 A. Começa a carga de C1 com a corrente I1.

tensão da junção base-emissor começará a circular uma corrente entre emissor e Base 1 alterando o equilíbrio entre lacunas e elétrons do material da Base 1 fazendo a resistência “Rv” diminuir bruscamente (de aproximadamente 10k para 10 ou 100 ohms) e com isso, circulará também entre Base 1 e Base 2 uma corrente I2 fazendo o transistor “saturar”; começa então a descarga de C1 mantendo a corrente emissor-base1 e fazendo a tensão da Base 1 subir e a tensão da Base 2 cair, como mostra a figura 28c. Quando o capacitor C1 descarregar, T1 volta a ”cortar” e recomeça o ciclo com nova carga de C1. figura 28c +12V

+12V 7V I2

R1

7V

6,4V

Rv 10W

Ie

C1

I2 6V

Quando C1 atinge uma tensão 0,6V acima da junção da base com o emissor T1 “dispara” como um SCR. Com a corrente emissor-base1 a resistência equivalente Rv da base1 irá cair rapidamente gerando uma forte corrente entre Base 2 e Base1 fazendo a tensão da Base 1 subir e começando a descarga de C1. Quando C1 descarregar T1 voltará a cortar e recomeçar o ciclo com nova carga de C1.

Este circuito é um oscilador, e resume o uso básico

ELETRÔNICA

figura 29

+12V

+12V

R2

R1 T1 E Oscilador de relaxação baseado na carga e descarga de C1 e no disparo do transistor UJT (T1).

B2 B1 Saída

C1

R3

Este circuito (fig 29) é a configuração básica de uso do UJT onde podemos acrescentar um transistor “buffer” na saída da Base 1 e formarmos um oscilador; ou acrescentar um SCR e formarmos um controlador de velocidade para um motor, variando R1 faremos a largura do pulso aumentar ou diminuir controlando o disparo do SCR, entre outros usos. Temos na figura abaixo, um oscilador formado por um unijunção, que fará variar a tensão sobre um diodo varicap, que estará ligado a um circuito modulador de FM que fará a transmissão da portadora com variações na frequência central, como veremos a partir da aula 9.

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APOSTILA ELETRÔNICA GERAL

MÓDULO - 3

CRISTAL A QUARTZ O cristal é um componente eletrônico desenvolvido metais, onde serão soldados os terminais, como a partir do efeito “piezoelétrico” dos materiais mostra a figura 31. cristalinos. Seu emprego na eletrônica está ligado Olhando para a figura 31 podemos ver que esta diretamente aos osciladores e filtros, sendo que na configuração é a mesma de um capacitor que terá figura 30a, temos seu aspecto físico e na figura 30b como dielétrico isolante o próprio cristal; ficamos seu símbolo. então, como circuito equivalente do cristal, um Um material pode ser circuito oscilador isolado por um capacitor. Veremos chamado de cristal na próxima aula, como um indutor em conjunto com q u a n d o t e m u m a um capacitor, forma um figura 32 configuração estrutural circuito oscilador. Logo, dos átomos em forma podemos substituir o L de rede geométrica cristal por um circuito C2 bem definida, com equivalente como o ligações geralmente mostrado na figura 32. C1 covalentes, formando Pelo circuito equivalente uma rede “cristalina”. podemos concluir que o figura 30a Os cientistas Pierre e cristal não permite a Jacques Curie descobriram que os cristais passagem de corrente elétrica, e se colocado num possuem um efeito que foi chamado de circuito de corrente contínua funcionará com uma PIEZOELÉTRICO; que consiste basicamente em chave aberta, sendo seu funcionamento ligado figura 30b produzir tensão elétrica a partir de diretamente a sinais alternados. deformações mecânicas no material O material mais usado na fabricação de cristais é o cristalino, ou seja, se o cristal for QUARTZO, que dependendo do formato do corte comprimido (pressionado) , produzirá pode produzir “cristais” que terão uma oscilação u m a d i f e r e n ç a d e p o t e n c i a l natural que poderá variar de 1kHz a 130MHz. Na proporcional à vibração das moléculas próxima aula, veremos exemplos de circuitos do cristal, gerando energia elétrica. osciladores com cristais. E s t e e f e i t o é u t i l i z a d o n o s Na figura 33, podemos ver um micro circuito acendedores portáteis de fogão tipo integrado, feito especialmente para funcionar como “magiclick”. circuito oscilador, ligado a um cristal a quartzo. Nos O efeito contrário também é verdadeiro, se pinos 2 e 3 são ligados os pinos do cristal, sendo a submetermos um cristal a uma diferença de tensão de alimentação feita no pino 9 e a saída da potencial, suas moléculas irão vibrar (oscilar) a uma frequência do oscilador, feita pelo pino 8. frequência bem deterfigura 31 figura 33 minada, que dependerá CRISTAL do tipo do cristal (material) METAL e da sua geometria de corte (tamanho). Este segundo efeito é aproveitado na eletrônica para controlar os osciladores e dar maior precisão a eles. O componente eletrônico é fabricado a partir de uma lâmina de cristal presa entre duas camadas de VISTA INTERNA DE VÁRIOS TIPOS DE CRISTAIS UTILIZADOS EM ELETROELETRÔNICA

68 AMPLIFICADORES A, B, C, AB - OSCILADORES - SISTEMAS DE TRANSMISSÃO E RECEPÇÃO

ELETRÔNICA