Motor e Dinamo

Sem muito esforço de raciocínio, um galvanômetro é, em essência, um motor elétrico, apenas que seu eixo, pela disposição eletro-magnética-mecânica da coisa, não pode completar o giro, executando apenas um movimento em forma de arco. Um motor de CC comum, funciona exatamente dentro dos princípios e arranjos básicos usados no galvanômetro, porém, dotado de uma estrutura mecânica inteligentemente inventada, pode completar seus giros, imprimindo tal movimento ao seu eixo.

O motor CC comum, podem ser obtidos em vários tamanhos, torques (Força que um motor é capaz de exercer, no seu giro) e regimes de rotação, em RPM (rotação por Minuto). Também são várias as tensões nominais de trabalho, tipicamente indo de apenas 1,5 volts até 48 volts, adequando-se, portanto, a cada aplicação e tipo de alimentação disponível ou necessário.

A estrutura do motor CC é igualzinho ao que ocorre no galvanômetro, uma bobina encontrada mergulhada dentro de intensas linhas de força de um campo magnético gerado por um imã permanente em forma de “U” ou círculo interrompido. A diferença mecânica básica é que no motor a bobina tem seu giro todo livre. Um inteligente sistema de comutadores e escovas permite alimentar a bobina de corrente elétrica ao longo de todo o seu giro, causado pela interação do campo magnético eletricamente gerado na dita bobina, com o campo fixo gerado pelo imã permanente.

Num motor de CC a bobina ou enrolamento encontra-se rigidamente fixadas ao eixo de modo que, através de uma extremidade livre do dito eixo podemos recolher o movimento e usá-lo para nossos propósitos. Não se sabe ao certo quem, pela primeira vez, imaginou e fez funcionar um sistema de comutadores e escovas para a alimentação de um eletroímã rotativo, entretanto, seja quem for, pode ser considerado um dos gênios da humanidade, uma vez que sem o motor elétrico, hoje ainda viveríamos na Idade Média da tecnologia, da industrialização e de outros conceitos que determinam a evolução e a modernidade das nossas vidas.

Como vimos nos altos-falantes e microfones magnéticos são equivalentes vice-versa, nas suas ações de conversões de energia mecânica em elétrica ou elétrica em mecânica. Os motores de corrente contínua também podem funcionar ao contrário. Aplicando energia elétrica aos seus terminais, obtemos movimento. Entretanto, se aplicarmos movimento, girando seu eixo via aplicação de qualquer forma de energia, cólica, hidráulica, ou mesmo humana, obteremos, nos terminais do seu enrolamento, corrente elétrica.

O motor ao contrário é chamado de dínamo ou gerador. Nele, o rolamento ao girar dentro do campo magnético fornecido pelo imã permanente, gera uma corrente que pode ser recolhida através dos terminais da bobina e usada para nossos propósitos energéticos. É assim, por exemplo que funcionam os pequenos dínamos acoplados à roda de bicicleta: o eixo do gerador é acionado pelo atrito direto com o pneu, com o que o dispositivo gera energia elétrica suficiente para o acendimento do farol e lanterna traseira.

Dá, agora, para descobrir outra importante analogia, entre um microfone magnético e um dínamo ou gerador? É só pensar um pouquinho... Isso mesmo! Ambos podem transformar energia mecânica em energia elétrica. Importante é sempre lembrar que NÃO SE PODE OBTER ENERGIA (sob nenhuma forma...) DO NADA. Em compensação, com relativa facilidade, podemos transformar um tipo de energia em outro e aí reside toda a maravilha da tecnologia, em todos os seus aspectos.

Por Gricer Jr

Técnico da Griço Eletrônica e Informática

Alto Falante

Também é um componente que utiliza os efeitos magnéticos da corrente, no seu funcionamento. O arranjo de um alto falante permite traduzir ou transformar energia elétrica pulsante (CC pulsante) em energia mecânica, ou seja, o som, gerado pelos movimentos das moléculas que formam o ar ambiente. A bobina é presa a um cone de material leve e flexível e instalada em torno de um imã permanente. Esse imã fornece um campo magnético constante e uniforme, dentro do qual a bobina está imersa. Quando a corrente magnética percorre a bobina, esta funciona como um pequeno eletroímã, gerando ao seu redor um pequeno campo magnético, proporcionando a corrente que a excita. A interação magnética entre o campo permanente do imã e a variável da bobina, faz com que essa se movimente para frente e para trás. Tal movimento é transmitido ao cone flexível, que é relativamente livre devido sua fixação via suspensão mecânica. O cone, por sua vez, transmite seu movimento ao ar que o circunda. As rápidas movimentações das moléculas que formam o ar ambiente geram pequenas compressões e descompressões que nada mais são do que o som, percebidos pelos nossos tímpanos.

Para que a energia seja transmitida com a máxima eficiência, do circuito para o alto-falante, é comum que se deva promover um casamento na impedância (grandeza que determina a resistência específica de um componente ou circuito a passagem da corrente alternada ou pulsátil). Nesse caso aplica-se o componente conhecido como transformador de saída, normalmente apresentando um primário (P) de impedância relativamente elevada, e um secundário de impedância baixa (idêntica à do alto-falante normalmente 4 ou 8 ohms), a impedância é medida em ohms.

MICROFONE MAGNÉTICO

Um microfone magnético, também chamado de dinâmico, nada mais é do que um alto-falante ao contrário, ou seja, um tradutor ou transformador de energia, capaz de pegar energia mecânica e entregar energia elétrica. A semelhança mecânica com o alto-falante é flagrante: uma membrana leve e flexível é presa a uma pequena bobina, que pode movimentar-se em torno de um núcleo formado por um imã permanente.

O GALVANÔMETRO

Graças a mencionada reversibilidade dos fenômenos eletro-magnéticos, muitos outros componentes ou funções podem ser obtidas, na prática. Dentre os que transformam eletricidade em movimento, temos o galvanômetro e o motor de C.C..

Aparência externa típica de um galvanômetro que é um medidor de corrente. Dependendo da escala ou capacidade de medição do componente, ele pode ser chamado de microamperímetro, miliamperímetro ou amperímetro, respectivamente usados para indicar proporcionalmente corrente na casa dos microampéres, miliampéres ou ampéres...

Galvanômetro são dispositivos polarizados ou seja: seus terminais positivos e negativos são específicos, e não podem ser ligados invertidos, sob pena de dano. Normalmente a polaridade dos terminais vem marcada, com nitidez, na traseira do galvanômetro. A estrutura de um galvanômetro, é uma pequena bobina móvel pivota em torno de um eixo, tracionada à uma posição de repouso por uma mola finíssima e muito delicada. Essa bobininha localiza-se no intervalo de um imã permanente em forma de “U” ou de um círculo interrompido, de modo que as linhas de força do campo magnético gerado por tal imã cortem as espiras da dita bobina... Um ponteiro, muito fino e leve, é preso a bobina, pivotando em torno do mesmo eixo que a suporta. Ao aplicarmos tensão aos terminais da bobina, esta é percorrida por uma corrente que gera, em torno dela um campo magnético, diretamente proporcional, em força, à intensidade da referida corrente. A interação entre o campo magnético fixo do imã e o momentaneamente gerado pela bobina, que, por sua vez, é proporcional a corrente que a percorre. Dessa maneira, pelo tamanho do deslocamento do ponteiro podemos medir, com precisão, a tal corrente. Uma simples escala graduada, colocada sob o ponteiro, permite ler analogicamente a intensidade da corrente. Quando cessa a passagem da corrente pela bobininha, a pequena mola reconduz o conjunto móvel a posição de repouso, que indica na escala, via ponteiro, o zero, ou seja, nenhuma corrente passada.

Por Gricer Jr

Técnico da Griço Eletrônica e Informática

Relê

O relê nada mais é do que um eletroímã industrialmente projetado para acionar magneticamente um contato ou chave. Isso quer dizer que os relês podem ser considerados como interruptores eletrônicos ou chaves eletricamente acionada. Assim como os interruptores comuns (mecânicos) também os relês podem ser dotados de mais de um contato, numa chave H-H comum, por exemplo, dois conjuntos de contatos elétricos são simultaneamente acionados por um único botão. Existem, então, no varejo especializado, relês com interruptores simples (1 polo x 1 posição), duplos (1 polo x 2 posições) ou múltiplos (2 polos x 2 posições ou mais polos x 2 posições).

 Um exemplo é o RU101XXX, fabricado no Brasil pela Schrack, dotado de um contato reversível e que pode ser encontrado com bobinas para várias tensões de uso corrente, capaz de manejar, através de seus contatos, apreciável corrente e potência. Outro exemplo é o MC2RXX, fabricado nacionalmente pela metaltex, também oferecido com bobinas para várias tensões usualmente empregada nos circuitos, e dotados de dois contatos reversíveis. Ambas as séries de relês aqui mencionadas abrangem muitos modelos ou códigos.

Ao escolhermos um relê para certa função, devemos levar em conta todos os parâmetros fornecidos pelos fabricantes, a partir de algumas posturas lógicas:

- Se temos uma alimentação disponível de 6 volts, devemos usar um relê com bobina para 6 volts e não para 9 ou 12...

- Se precisamos que o relê comute dois circuitos ou cargas independentes, temos que usar um modelo com pelo menos dois contatos (do tipo MC2RXX) e não com apenas 1 contato.

Se o relê terá que comutar uma carga consumindo corrente de, por exemplo, 8 ampéres, temos que usar um modelo cujos contatos possam trabalhar com tal corrente, nunca menos. No caso, um relê da série RU101XXX daria conta do recado.

- Se o quesito for consumo de energia for importante, devemos escolher um relê cuja a bobina apresenta resistência ôhmica capaz de, na tensão de trabalho previamente determinada, drenar a corrente mais modesta possível.

O TRANSFORMADOR

Assim como ocorre com os relês, também os transformadores são componentes fabricados e oferecidos em muitos modelos específicos, quanto as tensões e correntes que podem manejar, tipo da utilização, impedância e outros parâmetros. Por fora todos os transformadores são muito parecidos, uma vez que o princípio de sua construção não mudam, dois ou mais enrolamentos de fio de cobre esmaltado sobre um núcleo metálico formado geralmente não por um tarugo sólido, mais por um conjunto ou sanduíche de lâminas de ferro/silício. Esse conjunto de lâminas, ensanduichadas ou empilhadas, costuma apresentar formatos letras “E” e “I”, ou “F”. Aqui vale lembrar que o pulso magnético capaz de induzir ou transferir a energia, de um enrolamento para outro, apenas ocorre nos momentos em que a corrente é ligada ou desligada num transformador. Assim se estivermos lidando com alimentação em corrente contínua, temos que promover uma forma de ligar e desligar tal corrente, de modo que o transformador possa exercer suas funções. Existem, entretanto, um corrente elétrica que se liga e desliga sozinha, invertendo também sua polaridade constantemente, a corrente alternada da tomada faz isso. Trafo é o apelido carinhoso com que os técnicos da área chamam os transformadores. O primário do transformador (P) normalmente apresenta 3 fios (0-110 – 220V), o que possibilita sua ligação à rede de 110 ou 220V. O secundário (S) também apresenta três fios, centro ou central correspondente a “zero”, enquanto que os extremos correspondem a tensão nominal de saída do Trafo (no caso 12V). Notar que se a saída for recolhida entre o terminal central do secundário e qualquer dos seus fios extremos, obteremos 12V, porém se tomarmos a saída entre os dois fios extremos, teremos 24V (12 +12).

Alguns transformadores de força usam um método diferente para adequar o seu enrolamento primário (P) à ligação em rede de 110 ou 220V. No caso, temos dois primários (P1 e P2), cada um dimensionado para aceitar 110V. Para trabalhar em redes de 110V, esses dois primários são paralelos, emenda-se 1 com 3 e 2 com 4, ligando-se esses pontos a cada polo da corrente alternada. Para redes de 220V, os dois primários devem ser seriados, emenda-se 2 com 3 e ligam-se os terminais 1 e 4 à tomada ou a rede. O secundário, no caso, é de idêntica estrutura à mostrada anteriormente.

Alguns transformadores de força apresentam um secundário simples, sem o terminal central. No exemplo, o Trafo tem só dois fios no secundário, medindo-se entre eles 12 volts. Para algumas aplicações específicas, circuitos que eventualmente exijam várias tensões de alimentação diferentes, os transformadores de força também podem apresentar-se com mais de um enrolamento secundário (S). Por exemplo, o trafo tendo dois secundários, um deles oferecendo 3 volts e outro mostrando 25 volts. Os velhos transformadores com circuitos valvulados, costumam apresentar esse tipo de estrutura, uma vez que as válvulas precisavam de uma baixa tensão para seus filamentos aquecedores, usualmente 12 volts e outra tensão, muito mais alta, para suas polarizações de funcionamento, normalmente entre 200 e 450V.

Um exemplo muito específico de transformador de força, é o do chamado conversor 110-220, que, na verdade, tem estrutura de auto-transformador (os enrolamentos do primário e do secundário são feitos em sequencia, com um só fio). Alguns pontos importantes que devem ser conhecidos desde já, sobre os transformadores de força (alimentação):

-São sempre fabricados com primário para as tensões convencionais da rede 110 ou 220, porém com secundários para um grande número de tensões específicas (desde 3 volts até 50 volts ou mais). Um Trafo com secundário de 12V não pode ser usado diretamente na alimentação de um circuito que precisa de 6 volts, por exemplo, nem obviamente, num circuito que demanda 25V.

-Um parâmetro tão importante quando a tensão de saída no secundário, é a corrente que um transformador é capaz de oferecer. Podem ser encontrado s trafos com secundários em que qualquer tensão, com capacidade de corrente de 100mA (0,1ª) até dezenas de ampéres. A wattagem de um transformador de força é obtida pelo produto de sua tensão de secundário pela corrente que esse secundário é capaz de fornecer. Assim, um Trafo com saída de 12V x 2ª é chamado de Trafo Trafo de 24 watts (12 x 2), e assim por diante. Os parâmetros de tensão, corrente e wattagem no secundário de um Trafo são sempre determinados pelos requisitos da carga ou circuito que o dito Trafo deva alimentar.

- Se a tensão no secundário do Trafo for maior do que as necessidades do circuito alimentado, este poderá queimar-se.

- Se a tensão for menor, o circuito alimentado não funcionará corretamente.

- Se a corrente disponível no secundário do Trafo for maior do que a requerida pelo circuito alimentado, tudo bem. O circuito usará apenas a corrente que precisa, ficando uma sobra de corrente, que não causa problema.

- Se a corrente oferecida pelo secundário for menor do que a realmente dispendida pelo circuito a ser alimentado, este não funcionará correntamente.

Resumindo:

- SOBRA DE TENSÃO – Não pode.

- FALTA DE TENSÃO – Não pode.

- SOBRA DE CORRENTE – Pode.

- FALTA DE CORRENTE – Não pode.

Por Gricer Jr

Técnico da Griço Eletrônica e Informática

Circuito Impresso

Dois métodos de construção e implementação dos circuitos, barra de terminais (parafusáveis e sem solda) ou ponte de terminais (soldados). Embora primários, são funcionais, úteis e válidos. Inevitavelmente os projetos e montagens vão se adensando, requerendo cada vez um número maior de peças, que por várias razões, devem ser distribuídas e acomodadas em espaços não muito grandes. Nesse ponto, torna-se necessária a utilização de técnicas mais modernas e compactas de montagem, ou seja, o circuito impresso.

A base da técnica de montagem em circuito impresso é a placa virgem de fenolite na qual, uma das superfícies é revestida por uma película metálica fina de cobre. Existe também, para aplicações mais avançadas, a placa duble face (que é cobreada dos dois lados). Um lado da placa é cobreado e o outro não, a película metálica, que inicialmente recobre todo o lado da placa, é muito fina, de modo que, pela ação de ácidos específicos, pode ser removido em certas regiões. Protegendo-se partes da superfície cobreada com tintas especiais ou mesmo decalques plásticos ácidos-resistentes, após a ação do ácido, sobram padrões cobreados na forma de filetes (também de pistas ou trilhas) e pequenos círculos (chamados de ilhas ou bolinhas). É justamente esse padrão cobreado sobrante que perfaz as funções de interligar eletricamente os componentes, cujos os terminais são inseridos em furos estrategicamente feitos no centro das ilhas.

Os componentes são acomodados sobre a placa, pelo lado não cobreado, tendo seus terminais enfiados nos respectivos furos. Depois de inseridos nos seus lugares, os terminais dos componentes são soldados as ilhas, sendo que eventuais sobras, posteriormente são cortadas com alicate de corte.

Já deve ter ficado claro, que os filetes cobreados exercem a mesma função que os fios de ligações comuns, na inter-conexões dos componentes. Os resistores podem ser montados em pé ou deiditados sobre o lado não cobreado da placa. De modo geral, usamos a montagem em pé, quando queremos economizar espaço na placa. Já a montagem deitada permite que a cubicagem (volume) da montagem fique bem reduzida. Os diodos, de corpo cilíndrico e pequeno podem ser montados em pé ou deitados. Como são componentes polarizados, sempre seus terminais estão identificados no chapeado, ou através da letra “A” (para anodo) e “K” (para catodo), ou pela "faixinha" contrastante.

Os capacitores eletrolíticos, que são componentes relativamente grandes, podem ser montados em pé ou deitados. Em qualquer caso, a estilização no chapeado é muito clara, sempre com a polaridade dos terminais nitidamente indicada. Os transístores, componentes polarizados, existem em vários modelos e desenhos de encapsulamento. Para cada tipo, existe uma estilização básica na nossa norma: os de pequena potência, corpo em epoxy preto ou cinza, tem seu lado chato nitidamente referenciado na estilização; os metálicos, com um pequeno ressalto, te este também nitidamente estilizado no chapeado. Os de maior potência têm uma superfície metalizadas em um dos lados, ou espécie de lapela ou orelha metálica que sobressai na altura do componente. Em ambos os casos, esses pontos referenciais são claramente mostrados na estilização, de modo que a peça seja posicionada corretamente.

Muitas das peças costumeiramente usadas nos circuitos, são obrigatoriamente montadas fora da placa. É o caso dos potenciômetros, chaves, Jaques, push-buttons e afins. Tais peças são sempre estilizadas, nos chapeados de maneira inequívoca e claramente entendível. Para que o potenciômetro não seja ligado errado ou inverso, a condição de vista traseira ou frontal da peça é sempre mencionada. Chaves (para que nunca fiquem dúvidas, até o sentido de atuação das chaves é frequentemente indicado, através de "setinhas" e códigos. Jaques (muitas vezes são dotados de ligações blindadas, ou seja, feitas com o chamado cabo shieldado, que contém um condutor fino interno e isolado, revestido por uma malha metálica. O fio interno é chamado de “vivo” “V” e a malha é chamada de “terra” “T”. Todas essas codificações e identificações são sempre indicadas com clareza nos chapeados.

Em todo e qualquer caso as respectivas ilhas de ligação, frequentemente posicionadas junto as bordas da placa, estão sempre identificadas por letras, números ou códigos de referência, para facilitar ao montador encontrar “o quê liga no quê”. Os relês são relativamente grandes e cuja pinagem, muito específica e geralmente assimétrica, na prática não permitem que os terminais sejam escritos de modo errôneo na placa. De qualquer maneira, a estilização nos chapeados é também sempre muito clara.

Por Gricer Jr

Técnico da Griço Eletrônica e Informática

Imãs Artificiais

Existem materiais, que embora não sejam naturalmente magnéticos, podem ser transformados, de forma permanente, em imãs. Dois métodos básicos podem ser usados, para transformar um pedaço de aço num imã permanente. Friccionando o aço contra um pedaço de imã natural, o primeiro assumirá magnetismo induzido pelo segundo. Mesmo depois de afastados um do outro, o aço continuará a apresentar magnetismo, em tudo semelhante ao mostrado pelo imã natural que lhe passou a propriedade.

Se enrolarmos um fio condutor em torno do aço e fizermos com que, momentaneamente, tal fio seja submetido a corrente elétrica de boa intensidade, o metal também assumirá magnetismo permanente, induzido pelo eletroímã. A explicação desses dois truques é que o aço apresenta inúmeros pequenos imãs, moleculares, que porém encontram-se desorientados ou bagunçados na sólida estrutura do material no estado normal. Quando esfregamos o dito cujo a um imã natural forte, ou submetêmo-lo ao campo magnético de um eletroímã, os pequenos imãs existentes na estrutura do aço se orientam ou se ordenam.

A intensidade do campo magnético de um eletroímã é diretamente proporcional à intensidade da corrente que percorre o condutor que forma o enrolamento em torno do núcleo de ferro. Quando maior a corrente, mais forte o campo ou mais linhas de força, para fazer uma analogia mais entendível. Quando falei sobre a Lei de Ohm, a corrente num circuito ou componente qualquer, é sempre dependente da tensão aplicada à tal circuito e da resistência ôhmica do dito cujo. Considerando, para efeitos unicamente de cálculo da corrente, que a bobina pode ser considerada uma simples resistência, isso só vale para a corrente contínua, se tivermos uma bobina com resistência equivalente (RL) de 10R, submetendo-a a uma tensão de 3V, teremos uma corrente de 0,3 A. Um certo campo é formado. Se na mesma bobina, dobramos a tensão aplicada para 6V, teremos também uma corrente dobrada 0,006 A, com um consequente aumento na força magnética gerada.

Se no lugar de mudarmos a tensão, enrolarmos a bobina de modo a obter outros valores de resistência equivalente (RL), a corrente também pode ser dimensionada: uma bobina de 20R, com a mesma tensão de alimentação de 6V receberá uma corrente menor ou apenas 0,3 A. Por outro lado, se opção for manter a tensão e aumentar o campo magnético, temos que enrolar uma bobina menos resistiva, de 5R, por exemplo, cuja resistência, sob os mesmo 6V permitirá uma corrente de 1,2 A, com o consequente fortalecimento do campo magnético.

O RELÊ

A aplicação de um eletroímã está na confecção de um interruptor eletrônico, também chamado de relê. Um relê é um dispositivo eletro-mecânico muito utilizado em diversas aplicações práticas. Basicamente, acionado por uma pequena corrente elétrica, pode comandar uma grande corrente num enorme número de aplicações industriais, em aparelhos os mais diversos. Os relés são feitos sobre uma base isolante e feita de material não sensível ao magnetismo como o plástico, fibra de vidro, etc.) um eletroímã é fixado e posicionado de modo que, ao receber corrente elétrica na conveniente intensidade, a magnetização do seu núcleo atrai um contato móvel, de material ferroso. Tal contato móvel, em repouso, é mantido em posição por uma pequena mola, de maneira que apenas quando atraído pelo eletroímã, desloca-se ao ponto de tocar outro ponto do contato metálico, este fixo, permanecendo nessa posição de toque enquanto a corrente estiver passando e presente na bobina, mantendo o eletroímã energizado. Quando a corrente é desligada, o campo magnético cessa e o núcleo da bobina deixa de exercer atração sobre o contato móvel que, pela ação da mola, retorna a sua posição de repouso, abrindo sua anterior ligação mecânica com o contato fixo. As partes metálicas que formam o contato móvel e o contato fixo formam, então, um robusto interruptor de corrente, capaz de ligar, quando o relê está energizado, ou desligado, quando cessa a corrente através da bobina, carga elétricas muito pesadas, que trabalhem sob tensões e correntes muito mais elevadas do que as necessárias ao funcionamento do próprio relê. Os terminais dos contatos, num relê simples, são chamados de “C” (Comum) e “NA” (Normalmente Aberto), correspondendo, respectivamente, ao contato fixo e ao contato móvel.

O TRANSFORMADOR

Outro componente que usa os efeitos magnéticos da corrente e que tem funções muito importantes em grande número de aplicações e circuitos, é o transformador. Vajamos as bases do funcionamento desse importante componente: Enrolando um fio sobre um núcleo de ferro e fazendo uma corrente circular por tal fio, obtemos um campo magnético que durará enquanto a corrente lá estiver. Esse campo não se forma instantaneamente, já que leva algum tempo para assumir sua máxima intensidade, a partir do momento que se liga a corrente. Também quando se desliga a corrente, o campo magnético não some instantaneamente, entrando em colapso segundo um tempo mensurável, ao fim do qual então desaparece. Um importante fenômeno eletro-magnético, chamado indução, vale-se da formação e colapso do campo e nos permite usar um método de transferência de energia, com sua eventual transformação, daí o nome do componente.

Se colocarmos juntos ao eletroímã, um outro núcleo de ferro, tão próximo que esse segundo núcleo possa ser envolvido pelas linhas de força emitidas pelo eletroímã, o tal núcleo extra também ficará magnetizado, A intensidade desse magnetismo induzido dependerá basicamente da proximidade entre os dois núcleos, quanto mais perto estiverem um do outro, maior será a magnetização induzida ao núcleo extra. Se no núcleo extra, enrolarmos também um fio condutor, e mativermos a máxima proximidade entre os dois conjuntos, sempre que a corrente é ligada e desligada na bobina, o surgimento ou colapso, respectivamente, do campo magnético gerado induzirá ou fará surgir um pulso de corrente no segundo enrolamento. Notar dois aspectos importantes: esse fenômeno da indução apenas ocorre na formação e colapso do campo magnético no enrolamento principal ou primário.

Um campo magnético estável, corrente no enrolamento primário fixa e ligada, não consegui induzir nenhuma energia no segundo enrolamento, por isso chamado secundário. Outra coisa: ainda que manifestando-se apenas nos momentos de criação ou desligamento do campo, a energia que surge no secundário não veio até ele por meios sólidos, já que não há ligação metálica ou elétrica entre os dois enrolamentos. A energia foi literalmente, enviada à distância, sem nenhum meio físico para transportá-la.

Podemos melhorar ainda mais essa transferência indutiva de energia, de um enrolamento para outro se, ao invés de fazermos cada uma das bobinas sobre um distinto núcleo, colocando-os bem próximos, simplesmente enrolarmos as duas bobinas sobre o mesmo núcleo. Já que o requisito para um bom aproveitamento é que os dois eletroímãs estejam o mais próximo possível um do outro, nada mais lógico que ambos os enrolamentos compartilhem o mesmo núcleo, para máximo aproveitamento das linhas de força, lembrando que o chamado enrolamento principal, que recebe a energia diretamente da fonte elétrica é denominado primário, enquanto que o outro rolamento, no qual a energia é induzida pelo campo magnético é chamado de secundário.

Para que sempre se manifeste energia induzida no secundário, é preciso que a corrente no primário seja ligada e desligada também sempre, num ritmo relativamente rápido. De qualquer modo, a tensão induzida no secundário guarda uma relação com a tensão aplicada ao primário, idêntica à relação do número de espiras ou voltas de fio enrolados no secundário e no primário. Trocando em miúdos, se por exemplo, o primário tiver 100 espiras e o secundário também 100 espiras, aplicando-se 6 volts ao primário, obteremos um pulso no secundário também de 6 volts. Já se o primário tiver 100 espiras e o secundário apenas 50 espiras, os 6 volts aplicados ao primário induzirão apenas 3 volts no secundário. Se o primário tiver 100 espiras, mas o secundário tiver 200, ao aplicarmos 6 volts ao primário obteremos, no secundário, um pulso de 12V, e assim por diante.

Por Gricer Jr

Técnico da Griço Eletrônica e Informática

Efeito Magnético da Corrente Elétrica

Podemos fazer muitas coisas com a corrente elétrica, e suas aplicações práticas são quase que infinitas. A criatividade do homem tem, ao longo dos últimos séculos, descobertos e inventado um monte de jeitos e maneiras de se usar a corrente para finalidade as mais variadas. Podemos guardar a corrente na forma de carga elétrica, com uso de capacitores, podemos obter dela calor ou luz através de resistores especialmente dimensionados, etc. E que tal se pudéssemos, simplesmente, enviá-la de um lugar a outro, transferí-la ou induzí-la em outro local, que não aquele na qual ela foi produzida ou inicialmente introduzida. Efeitos magnéticos da corrente tem uma importância na eletricidade e eletrônica que obrigatoriamente, deve ser assunto visto, uma vez que uma série enorme de componentes absolutamente essenciais ao circuito e aplicações, tem seus princípios de funcionamento totalmente baseados nos efeitos magnéticos da corrente.

Esse assunto constitui bases muito importante e portanto, devem ser lidos, entendidos e praticados com o máximo de convicção e interesse, devendo ser intuídos e guardados para sempre, já que no futuro, em abordagens mais complexas, tais como conceitos básicos serão obrigatoriamente usados como alicerces de outros assuntos. Quem por acaso, apenas agora está chegando ao curso, deve obrigatoriamente ler os artigos e postagens anteriores.

Há muitos e muitos anos, pioneiros dos estudos da eletricidade descobriram que quando a corrente elétrica percorre um condutor qualquer, estabelece-se, em torno desse condutor um campo magnético. Convencionou-se representar ou simbolizar tal campo magnético através de linhas de força, cuja direção depende do sentido da corrente no dito condutor, e cuja intensidade é proporcional à da corrente.

Toda corrente, percorrendo qualquer condutor, gera, em torno deste, o tal campo magnético, cujo valor ou intensidade é apenas e tão somente determinado pela intensidade da corrente. Assim, independente do tamanho, forma, etc. do condutor, se a corrente for fraca, teremos um campo magnético fraco, se a corrente for intensa, teremos campo magnético também forte. Assim, se estabelecermos o mais simples caminho prático para a corrente elétrica, ou seja, um elo de fio interligando os polos de um conjunto de pilhas, teremos, ao longo de todo o fio, a manifestação do campo magnético, na forma de linhas de força circular e concêntricas (até em torno das próprias pilhas, também teremos o campo, já que elas fazem parte do circuito ou do caminho percorrido pela corrente, ao mesmo tempo em que a está gerando.

É também importante ficar claro que, uma vez estabelecida a corrente no condutor, o tal campo magnético não surge instantaneamente, mas leva algum tempo para se formar completamente e atingir sua máxima intensidade. Desde o momento em que a corrente é aplicada ao condutor, até o instante em que o campo magnético se estabiliza na sua máxima intensidade, decorre, portanto, um tempo finito e mensurável. No diagrama, aplicada a corrente “I” ao condutor/fio, supondo que “T” é uma unidade arbitrária de tempo, decorrido “T” teremos uma linha de força, decorrido tempo equivalente a “2T” teremos duas linhas de força, e, decorrido tempo “3T” teremos o campo em sua arbitrária intensidade máxima e estável de três linhas de força. É lógico que estamos lidando e explicando as coisas com analogias e símbolos extremamente simplista, mas em essência, as coisas acontecem assim.

Um truque simples para intensificar o campo magnético eletricamente gerado. Nos exemplos referimo-nos ao condutor na forma de um fio reto e relativamente curto. O campo magnético gerado nessas circunstâncias é fraco, já que suas linhas de força estão distribuídas, por assim dizer, ao longo de todo o comprimento do condutor, mesmo se considerarmos uma corrente intensa no dito condutor. Muito pouca coisa prática podemos obter, ou fazer, com essa intensidade . Entretanto se enrolarmos um condutor mais longo podemos obter uma substancial concentração das linhas de força, conseguindo com isso um campo magnético muito mais intenso.

As linhas de força se concentram no interior da bobina, vamos fazer uma analogia simples, para entender por quê isso ocorre: se tivermos um fio condutor, com 1 metro de comprimento, esticadinho, percorrido por determinada corrente podemos atribuir um valor arbitrário ao campo magnético gerado. Vamos dizer que esse valor seja “100”. Parece lógico admitir que então, cada centímetro do fio gera um pedaço do campo magnético total, com valor de “I”. Outro cálculo simples nos dirá que em 10cm desse fio, teremos um campo magnético com intensidade 10. Se, contudo, enrolarmos o fio todo em forma de bobina, de modo que o conjunto assuma um comprimento total de apenas 10cm, teremos, mecanicamente 1 metro condensado em 10 centímetro. Acontece que, nesses 10cm teremos todos os 100cm do metro e, consequentemente, todas as 100 unidades do campo magnético original. Vamos prosseguir nesse raciocínio: agora temos em 10cm 100 unidades de campo magnético, ou seja, a cada centímetro da dita bobina, teremos 10 unidades de campo magnético.

Enrolando o fio condutor, podemos apertar as linhas de força, obtendo mais campo por centímetro. Esse, entretanto, é um truque que tem seus próprios limites, quais sejam a espessura do fio, o diâmetro que determinarmos para a bobina, etc. Se no interior da bobina colocarmos um núcleo de material ferroso, esse material proporciona uma concentração ainda maior das linhas de força, com o que podemos obter um campo menor em tamanho, porém muito mais forte, em intensidade localizada. A qualidade das linhas de força continua a mesma, porém elas ficam tão apertadinhas, que o caminho magnético medido num ponto bem próximo à bobina é intensíssimo.

O que ocorre é que as linhas de força, ainda um tanto dispersas numa bobina simples, com o núcleo, tendem a formar um campo fechado, com as tais linhas sendo emitidas por uma das pontas do núcleo e recolhidas pela outra extremidade, fazendo com que, em ponto bem próximo da dita bobina, a quantidade de linhas por centímetro seja bastante incrementada.

Em tempos relativamente recentes, descobriu-se que poderiam ser feitos, industrialmente, núcleos para condensação das linhas de força, tão bons do que os de material ferroso natural, a partir de um composto à base de cerâmica e partículas de ferro ao qual se deu o nome de ferrite. Dentro do seu rádio, televisor, vídeo-cassete, etc., tem uma pá de bobinas enroladas sobre núcleos de ferrite. Na natureza, contudo, existem os chamados imãs naturais, minérios ferrosos que já tem a propriedade do magnetismo. Existem causas físicas, geológicas e astronômicas para a ocorrência de tais matérias. Foi com esse materiais, encontrados na natureza, já com seu magnetismo natural, que os antigos inventaram a bússula, sem a qual eles não saberiam pra que lado é a frente.

Um pedaço de material naturalmente dotado de magnetismo sempre tende a apontar uma das suas extremidades para determinada direção. Isso ocorre porque nosso planeta Terra age também como um enorme imã natural, devido a concentração de materiais ferrosos nas camadas mais interiores e centrais. A Terra com seus Polos Magnéticos Norte e Sul geográficos. Da mesma forma, um imã natural tem seu polo magnético norte e sul. Ocorre que, se tivermos dois imãs alguns interessantes fenômenos de atração e repulsão se manifestam:

As extremidades ou polos de nome diferente (Norte com Sul ou vice-versa) se atraem;

As extremidades ou polos de nome iguais (Norte com Norte ou Sul com Sul) se repelem.

Assim, se laminarmos um pedaço de imã natural na forma de uma agulha, e pivotarmos tal agulha em torno de um eixo central bem equilibrado, o polo sul magnético do imã/agulha procurará sempre apontar para o polo norte magnético da Terra. É isso a tal de bússola. A regra da mão direita é se segurarmos uma bobina com a nossa mão direita, de modo que os dedos apontem para o sentido convencional da corrente, do positivo para o negativo, ao levantarmos o polegar, este indicará o polo magnético norte da dita bobina, ou seja, o ferro corrente, tem seu polo norte na posição indicada pelo polegar do segurador. Observar que para esse truque dar certo, os dedos devem agarrar a bobina fazendo a mesma curva que o fio condutor faz, em torno do núcleo.

Um eletroímã, portanto, comporta-se magneticamente de maneira idêntica à de um imã natural, com polos de nome igual repelindo-se, e polos de nome diferente atraindo-se. Podemos comprovar isso aproximando de uma bússola, tanto um pedaço de imã natural, como um eletroímã: ambos gerarão a mesma deflexão da agulha.

Por Gricer Jr

Técnico da Griço Eletrônica e Informática

Queda de Tensão dos Diodos

A queda de tensão do diodo é natural, é um outro parâmetro ou característica, embora muito raramente mencionado nas lições sobre componentes, tem certa importância em algumas aplicações e, portanto, deve também ser levada em conta. A chamada Queda de Tensão Direta (VF), que nada mais é do que um certo degrau ou roubo de tensão que os diodos automaticamente promovem na voltagem originalmente a eles aplicada. Isso se deve à necessidade de ser vencida a barreira de potencial da junção semicondutora.

Nos diodos de germânio, essa queda de tensão, no sentido direto, situa-se geralmente entre 0,2 e 0,4 volts, enquanto que nos componentes de silício pode ficar entre 0,6 e 1,0 volts. Um diodo de silício, no percurso de uma corrente, determinará automaticamente uma queda de tensão entre 0,6 e 1,0 volts, devido ao seu parâmetro inerente VF. Um conjunto de pilhas, perfazendo 6 volts totais, tem seus terminais aplicados a uma utilização qualquer, via diodo de silício, fazendo com que a tensão real disponível fique entre 5,0 e 5,4 volts e não 6 volts que eram de se esperar, uma vez que o dito está polarizado no sentido direto). Outro exemplo, uma fonte de tensão capaz de fornecer o,5 volts, aplicada a uma utilização qualquer, através de um diodo de silício, simplesmente não consegue vencer a queda de tensão natural do diodo (entre 0,6 e 1,0 volts) e assim nada passa, mesmo polarizado em sentido direto, funciona como um isolador absoluto, igualzinho ele estivesse polarizado inversamente.

Esse parâmetro (VF) também consta dos manuais e data books dos fabricantes, porém como essa característica é mais ou menos fixa ao largo de diodos para ampla gama de tensões e corrente, existindo uma diferença mais sensível apenas no que diz respeito ao material semicondutor empregado na fabricação do componente, basta sempre levar em consideração que: Diodos de germânio derruba (VF) de 0,2 a 04 volts e Diodos de silício derrubam de 0,6 a 1,0 volts. Na maioria das aplicações, não críticas, e quase sempre com sobra de tensão para a respectiva utilização, esse parâmetro ou característica pode até ser esquecido. 

PONTES DE DIODOS

Organizamos na forma que se convencionou chamar de ponte, os fabricantes oferecem esse conjunto de diodos num só encapsulamento, como se fosse um único componente, dotado de 4 pernas, para as montagens, projetos e implementações, tais super-componentes tornam-se bastante práticos. O diodo sozinho pode fazer o trabalho de retificar uma corrente alternada, deixando passar a dita corrente apenas quando a polaridade se apresenta no sentido direto.

Se ligarmos 4 diodos, aplicando-se tensão, sob qualquer polaridade, na saída do arranjo teremos polaridade fixa e invariável. Com isso, pode ser aplicada C.C de qualquer polaridade, ou principalmente C.A., apresentando-se sempre com as polaridades indicadas. Supondo que “A” está positivo e “B” negativo, D2 e D3 estarão polarizados no sentido direto, enquanto que D1 e D4 estarão inversamente polarizado. É só seguir as setas para verificar a polaridade na saída do sistema. Quando “A” estiver negativo, e “B” positivo, então D4 e D1 estarão polarizados no sentido de condução, enquanto que D2 e D3 não conduzirão, por estarem inversamente polarizados. Se a corrente aplicada ao ponto A-B for alternada, a saída continuará sob polaridade fixa, apenas que a corrente se manifestará em pulsos e não de forma contínua.

Os fabricantes oferecem esse arranjo num encapsulamento único, quase sempre com os terminais identificados da seguinte maneira: uma “senóide” (forma de onda de corrente alternada) para os dois terminais de entrada e (+) e (-) para os terminais de saída. Não se esqueça que pontes desse tipo são formadas por diodos, e que diodos têm parâmetros e limites, portanto as pontes também os têm. Obviamente que, uma vez calculado ou parametrado um componente, limite, valor de tensão, corrente, resistência, capacitância, potência, etc., quanto mais perto desse valor pudermos chegar, na prática, melhor.

No dia-a-dia da eletrônica, contudo, muitos dos circuitos e aplicações são não críticos, admitindo margem relativamente larga de variação em parâmetros e valores, sem que isso venha a influenciar substâncias no funcionamento ou comportamento esperado do dispositivo. Embora capacitores, resistores e todos os demais componentes tenham suas tolerâncias naturais na grande maioria dos casos, esse fator não é mencionado. Quando isso ocorre, é porque tal fatos não é importante, podendo ser usado, no item, um componente com qualquer das tolerâncias ou margens de erro existentes no mercado. Se for solicitado um resistor de 1K x ¼ watt x 10%, por exemplo, não pode ser aplicado um componente de 1K x ¼ watt x 20%, tem que ser de 10% ou melhor um para 5% ou 1% pode ser colocado.

Por Gricer Jr

Técnico da Griço Eletrônica e Informática

Parâmetros do Diodo

Muita coisa importante pode ser feita a partir do poder que o doido tem de permitir a passagem da corrente elétrica num só sentido, vedando-lhe a passagem no sentido inverso. Tais poderes não são, contudo, infinitos, como todo e qualquer componente eletrônico, os diodos também tem seus limites ou parâmetros, que não podem ser ultrapassados na prática, sob pena de dano ao componente! Os principais limites dos diodos são:

Máxima Corrente Direta (IF), ou seja, a maior corrente que o componente permite transitar, quando polarizado no sentido direto.

Máxima Tensão Reversa (VR) ou seja, a maior voltagem que o diodo é capaz de segurar, quando polarizado em sentido inverso.

Esses parâmetros são os mais importantes e devem ser sempre ser levados em conta, nas experiências, projetos ou aplicações. Os dados de IF e VR, normalmente, apenas podem ser obtidos nos próprios catálogos dos fabricantes, ou nos manuais ou data books.

Vamos repassar os tipos e códigos mais usados no dia-a-dia, ao lado de seus parâmetros principais e dados sobre aplicações típicas.

DIODOS DE BAIXO SINAL

CÓDIGO	MATERIAL	VR (V)	IF (A)	APLICAÇÕES TÍPICAS
1N34	Germânio	60	0,25	Demodulação de RF
1N60	Germânio	60	0,25	Demodulação de RF
1N66	Germânio	60	0,25	Demodulação de RF
OA90	Germânio	30	0,03	Demod. RF e apli. Gerais
OA91	Germânio	115	0,05	Aplic. Gerais
1N914	Silício	75	0,075	Aplic. Gerais/ alta veloc.
1N916	Silício	75	0,075	Aplic. Gerais/ alta veloc.
IN4148	Silício	75	0,2	Aplic. Gerais/ alta veloc.
1N4448	Silício	75	0,2	Aplic. Gerais/ alta veloc.

DIODOS RETIFICADORES

CÓDIGOS	MATERIAL	VR (V)	IF (A)	APLICAÇÕES TÍPICAS
1N4001	Silício	50	1	Retificação/ aplic. gerais
1N4002	Silício	100	1	Retificação/ aplic. Gerais
1N4003	Silício	200	1	Retificação
1N4004	Silício	400	1	Retificação
1N4007	Silício	1000	1	Retificação
1N5400	Silício	50	3	Retificação/alta corrente
1N5401	Silício	100	3	Retificação/alta corrente
1N5402	Silício	200	3	Retificação/alta corrente
1N5403	Silício	300	3	Retificação/alta corrente
1N5404	Silício	400	3	Retificação de potência
1N5406	Silício	600	3	Retificação de potência
BY126	Silício	650	1	Retificação
BY127	Silício	1250	1,5	Retificação

Esses dois grupos básicos de diodo oferecem uma boa margem de escolha para as aplicações típicas, em experiências, montagens definitivas e projetos. O parâmetro máxima corrente direta (IF) de um determinado diodo deve ser sempre maior do que a corrente que realmente percorrerá o componente, sob funcionamento normal e constante, no circuito ou dispositivo no qual esteja instalado. Como norma geral, devemos utilizar um diodo com IF de 1,5 a 2 vezes maior do que a corrente real calculada ou medida no circuito. Se isso não for respeitado, o componente irá se aquecer e, sob funcionamento prolongado, terminará por queimar-se. Assim, por exemplo, se um cálculo ou medição determinar uma corrente real de 0,6ª num certo diodo, devemos usar um componente com IF de 1ª, para dar a devida folga e garantia de funcionamento sem problemas.

Também o parâmetro máxima tensão reversa (VR) deve ser consideravelmente maior, na prática, do que realmente calculado ou medido (tensão real). A margem de segurança recomendada é também de 50% a 100% (1,5 a 2 vezes...), como o que um diodo que deva segurar uma tensão inversa de, por exemplo, 400V convém que apresente uma VR de 1000V, e assim por diante. O não cumprimento desse preceito poderá gerar a queima do diodo a qualquer transiente (surto momentâneo de sobre-tensão).

Por falar em transientes, é bom lembrar que esse nome esquisito representa o imponderável, o imprevisível, o imedível, onde num determinado circuito, cujo funcionamento tenha sido rigorosamente parametrado e calculado, usamos um diodo (exemplo) para 1000V, sabemos previamente, que a máxima tensão real que o diodo deve aguentar será de aproximadamente 500V. Se o dispositivo for alimentado diretamente pela rede C.A  e esta, numa noite de tempestade, receber uma descarga elétrica atmosférica e os dispositivos de aterramento e proteção da própria Cia. De Eletricidade local não estiverem perfeitos, na ocasião, bye bye diodo (e, provavelmente, bye bye também para tudo o mais que estiver ligado à tomada). É certo que o exemplo ilustra uma ocorrência radical, e contra a qual literalmente não há defesa. Entretanto, outros transientes não tão bravos, mais ainda assim fortes o suficiente para estourar componentes cujos parâmetros não estejam devidamente folgados, podem ocorrer devido a causas diversas: um momentâneo curto na rede elétrica, um contato indevido (gerado pelo vento movimentando fios cujos isolamentos já tenham ido para a “cucuia”, entre cabagens de 110 ou 220 volts e outras que conduzam tensões industriais, muito mais altas. E assim por diante.

E justamente para tentar prever o imprevisível que damos margens ou golga na parametragem dos limites básicos dos componentes, em qualquer situação ou aplicação! Só em casos muito emergenciais e provisórios admite-se o uso de componentes com parâmetros de tensão e corrente muito próximos do nominal.

Por Gricer Jr

Técnico da Griço Eletrônica e Informática