Introdução à Eletrônica

Minha intenção com estes tutoriais não é a de criar um texto completo e especializado na área de circuitos eletrônicos, mas de introduzir àqueles que nunca tiveram contato, mas sempre tiveram a curiosidade, os conceitos básicos de eletrônica. Serão quatro textos, que possibilitarão ao leitor entender os elementos que compõem estes circuitos e possivelmente interpretar o funcionamento básico destes sistemas.

Não vou ficar enchendo de conceitos na área da física, da matemática e da engenharia em geral, vou focar num texto mais orientado à parte prática do entendimento, com algumas equações de definição somente.

Introdução à Eletrônica – parte 1

ELEMENTOS DE CIRCUITOS LINEARES

Bom, primeiramente, conceitos. Eu sei, é a parte mais chata, mas temos que apresentar algumas coisas... Mas pra quem gosta até da teoria, aí vai.

Grandezas elétricas

• Tensão: é a medida da diferença de potencial entre dois pontos num campo elétrico. Pode ser entendida como a “pressão” que move os elétrons num campo elétrico, assim como a diferença de altura num cano cria pressão para mover a água. Medida em volts (V), simbolizada por E ou V.

• Corrente: é o fluxo de cargas elétricas (elétrons por exemplo) num meio (condutor, resistor, etc). Definida também como a taxa de carga no tempo que atravessa certa área. Seria a água em si, na analogia anterior. Medida em ampères (A e submúltiplos), simboliza-se por i.

• Potência: é a medida da quantidade de energia que está sendo transferida no tempo a certo componente. Simbolizada por P, é medida em watts (W). Vale lembrar: P = V.i

• Fluxo magnético: é uma medida de quanto campo magnético atravessa uma área no espaço. É consequência da corrente que produz este campo. Simboliza-se por Φ (letra grega phi) e mede-se em webers (Wb).

Elementos lineares

Estes elementos são chamados lineares por representarem modelos matematicamente lineares de fenômenos elétricos, e estão na teoria clássica de circuitos.

• Resistência: a resistência elétrica (medida em ohms – Ω) é o elemento básico de todos os circuitos. O componente que produz resistência é o resistor; a resistência relaciona a tensão e corrente pela Lei de Ohm:
  (respeitando o sentido convencional dado à corrente e tensão no componente, como representado na figura)

• Capacitância: a capacitância (medida em farads – F) é a propriedade do componente capacitor; é a propriedade de resistir a variações na tensão. O capacitor faz isso armazenando energia em seu campo elétrico, e liberando esta energia na forma de corrente quando a tensão sobre ele diminui, por exemplo, para tentar manter esta tensão constante. É matematicamente definido como:
  

onde dV/dt é a taxa de variação de tensão (V) no tempo (t) em cima do capacitor. É facil ver, portanto, que a corrente através dele será diretamente proporcional à sua capacitância C e a esta variação.

• Indutância: é a propriedade dos indutores; a indutância (medida em henrys – H) é o equivalente da capacitância para a corrente, ou seja, o indutor se opõe a mudanças na corrente. Ele faz isto armazenando energia em seu campo magnético (produzido pela corrente). Se a corrente tentar diminuir, por exemplo, o indutor vai se opor, descarregando a energia magnética armazenada na forma de uma tensão induzida que aparece nos seus terminais, tentando manter a corrente circulante constante. A tensão induzida terá o sentido oposto ao da variação de corrente, neste caso. Matematicamente,
  

onde di/dt é a taxa de variação de corrente (i) no tempo (t) através do indutor. É facil ver, portanto, que a tensão que aparece nele será diretamente proporcional à sua indutância L e a esta variação.

Obs.: o transformador (mostrado na figura abaixo) é na verdade um par (ou mais de duas) bobinas acopladas magneticamente. Isto quer dizer que elas compartilham o fluxo magnético.

Portanto, se acontecer de a corrente variar em uma destas bobinas, o campo também vai variar e vai causar o aparecimento de uma tensão induzida na bobina, como acontece com o indutor e pelo mesmo motivo explicado acima, mas neste caso a tensão aparece na outra bobina também, por elas estarem compartilhando o mesmo campo.

É por isto que ele tem a capacidade de abaixar ou elevar a tensão: se a tensão está variando em V1, a corrente variante também produz tensão induzida em V2. O que acontece é que estas tensões induzidas vão ser diretamente proporcionais à indutância de cada uma das bobinas, N1 e N2. Então, é só fazer com que uma delas seja maior que a outra (por exemplo, N1 > N2) para causar a tensão que aparece em N2 ser diferente de N1 (neste exemplo, V1 > V2, pois V1 é proporcional a N1 e V2 é proporcional a N2 e N1 > N2).

Curiosidades sobre os elementos lineares

Propriedades dos resistoresSe opõe à passagem da corrente elétrica.Tensão sempre em fase com a corrente.É um bipolo (tem dois terminais) ôhmico (tem propriedade que segue a lei de Ohm).É inversamente proporcional à corrente.É diretamente proporcional à tensão.Propriedades do indutorEm corrente contínua o efeito da indutância só aparece quando se liga ou desliga o circuito.É um curto-circuito em corrente contínua (regime permanente).Em tensão alternada (Vca) atrasa a corrente em 90 graus em relação a tensão.Armazena energia magnética (campo magnético).A reatância indutiva é diretamente proporcional à frequência.Descarrega pelo terminal oposto ao qual carregou.É um bipolo não ôhmico.

Propriedades do capacitorEm corrente contínua funciona como um circuito aberto.Em tensão alternada (Vca) adianta a corrente em 90 graus em relação a tensão.Armazena cargas elétricas (campo elétrico).A reatância capacitiva é inversamente proporcional à frequência.Carrega e descarrega pelo mesmo terminal.É um bipolo não ôhmico.Os capacitores eletrolíticos são polarizados.

-> É evidente que capacitância e indutância são elementos duais!

Agora aqui vai uma tabela que mostra a aparência básica e simbologia dos principais componentes eletrônicos que encontramos por aí, e como descobrir o valor ou modelo deles. É útil para começarmos a ligar a prática à teoria apresentada!

E, para lembrar que em eletrônica muitas vezes usamos múltiplos e submúltiplos de valores, vai aí um link para entendê-los:

http://pt.wikipedia.org/wiki/M%C3%BAltiplos_e_sub-m%C3%BAltiplos

Até o próximo texto!

Pedro AlmeidaGraduando – Engenharia ElétricaUniversidade Federal de Juiz de Fora – UFJFNúcleo de Iluminação Moderna - NIMO