Circuitos Práticos - Como funcionam
Como explicamos no início deste curso, os eletricistas de hoje podem encontrar circuitos eletrônicos não só em equipamentos domésticos como também embutidos em instalações elétricas dimiciliares, comerciais, industriais e mesmo no carro. Apesar de não ser necessário um conhecimento profundo do princípio de funcionamento destes circuitos para que possamos instalá-los, vendê-los e mesmo repará-los o eletricista precisa ter informações básicas sobre cada um para ter alguma segurança ao mexer com eles.
Eliminadores de Pilhas ou Adaptadores AC/DC
Muitos pequenos aparelhos de uso doméstico que são alimentados por pilhas e baterias podem ser ligados na rede de energia através de um eliminador de pil;has ou tadaptador AC/DC. Estes aparelhos também são conhecidos como "fontes de alimentação" ou "fontes de corrente contínua".
Na figura 1 temos o circuito típico de um adaptador deste tipo.
Conforme o leitor vê, um circuito simples deste tipo é formado por um transformador que abaixa a tensão da rede de energia e depois de uma retificação por um diodo e filtragem por um capacitor eletrolítico entregam em sua saída uma tensão contínua entre 1,5 e 12 V.
A saída para o aparelho alimentado é feita normalmente por um fio com um plugue que se encaixa num jaque apropriado. Na figura 2 temos a foto de um conversor comum.
Existem alguns pontos importantes para os quais o eletricista deve estar atento quando trabalhando com este tipo de equipamento:
Tensão de trabalho - a tensão de saída do conversor é determinada pelo número de pilhas (ou bateria) que o equipamento a ser alimentado usa. Por exemplo, para um aparelho de 4 pilhas (4 x 1,5 V) precisamos de um conversor de 6 V. Para uma bateria de 9 V precisamos de um conversor de 9 V. Alguns conversores são fixos, ou seja, devem ser adquiridos já com a tensão desejada. Outros possuem uma chave que permite selecionar a tensão de saída.
Corrente de trabalho - a corrente de trabalho é determinada pelo consumo do aparelho o qual está relacionado com o tipo de pilhas ou bateria usada. Para aparelhos que usam pilhas AA a corrente estará entre 100 e 200 mA. Para aparelhos que usam pilhas tipo C a corrente deve ser entre 300 e 500 mA. Para aparelhos que usam pilhas grandes (D) a corrente deve estar entre 800 mA e 1 A . Para baterias de 9 V a corrente deve estar entre 50 e 200 mA.
Polaridade do plugue - os plugues de conexão aos aparelhos podem ter o pólo positivo no pino central ou o polo negativo no pino central. É importante verificar antes de fazer a conexão se o pólo do plugue do conversor coincide com o do aparelho alimentado.
DIMMERS E CONTROLES DE POTÊNCIA
Dimmers e Controles de Potência podem ser encontrados embutidos em lugares de interruptores comuns para controlar a intensidade luminosa de lâmpadas incandescentes comuns. Eles também podem ser usados para controlar a velocidade de ventiladores de teto ou ainda elementos de aquecimento.
Na figura 3 temos o aspecto típico de um controle deste tipo que tem sua montagem de forma a substituir diretamente um interruptor comum de parede.
Na seção de componentes em que falamos dos TRIACs o leitor vai encontrar um circuito típico de um dimmer deste tipo, com indicações de como os elementos principais são dimensionados e testados. Um outro tipo de dimmer que está se tornando popular é o dimmer de toque. Nele existe uma chapinha de metal que deve ser tocada com os dedos para se dosar a quantidade de luz que vai ser produzida pela lâmpada.
Os dimmers podem substituir os interruptores mas só podem controlar lâmpadas incandescentes (alguns controlam lâmpadas halógenas também). Ao usá-los tenha em mente os seguintes fatos:
- Esteja certo de que ele pode controlar a carga. Lâmpadas fluorescentes não podem ser controladas com este tipo de aparelho nem equipamentos eletrônicos tais como televisores, VCRs, etc.
- Se o dimmer não controlar a carga do modo esperado inverta seus fios de ligação.
- Use filtros (veja a seção de SCRs, Triacs e EMI para mais informações) se o dimmer causar interferências em equipamentos próximos (rádios , televisores, etc).
INVERSORES
As baterias fornecem baixas tensões contínuas não servindo para alimentar aparelhos ligados na rede de energia. Os inversores ou conversores DC/AC são aparelhos que podem converter as baixas tensões de bateria (geralmente de 12 V de carro ou caminhão) em uma alta tensão alternada (geralmente 110 V ou 220 V) para alimentar aparelhos que são plugados na rede de energia. Ao usar um inversor é preciso observar que não é possível criar energia, assim, a bateria usada deve ter potência compatível com o aparelho alimentado e sua autonomia dependerá justamente disso.
Assim, normalmente uma bateria de carro não pode fornecer energia por mais do que umas poucas horas a qualquer aparelho de consumo mais elevado, como por exemplo um pequeno televisor. Por outro lado, aparelhos cujo consumo seja superior a 100 W dificilmente podem ser alimentados mesmo com conversores, pois as baterias é que não dão conta da energia a ser fornecida.
Como Funcionam
Um inversor típico é formado por um oscilador normalmente oscilando na freqüência da rede de energia e uma etapa de potência com transistores alimentando um transformador conforme mostra a figura 4.
Os transistores podem ser bipolares, FETs de potência ou IGBTs. Nos tipos comerciais estes transistores são montados em grandes dissipadores de calor do lado de fora das caixas. O eletricista vai encontrar inversores principalmente em sistemas de iluminação de emergência onde eles usam os 12 V de uma bateria que fica em carga constante quando a energia está presente, para alimentar lâmpadas fluorescentes. Algumas aplicações importantes dos inversores:
- Podem ser usados para alimentar aparelhos eletricos comuns a partir de baterias em barcos, carro e na barraca de camping. Também podem ser usados para a mesma finalidade em locais em que não chega energia convencional, sendo as baterias carregadas por paineis solares durante o dia.
- Inversores para lâmpadas fluorescentes são usados em sistemas de iluminação de emergência.
- Sistema no-break, onde o computador se mantém alimentado por uma bateria ligada a um inversor por tempo suficiente para se salvar o trabalho quando há um corte de energia.
- Sistemas de sinalização com lâmpadas de xenônio em veículos, barcos oui bóias. Nestes sistemas, o inversor normalmente chega a fornecer tensões que superam os 600 V.
Na figura 2 mostramos um inversor comercial de tipo que pode ser ligado ao acendedor de cigarros de um carro para alimentar pequenos aparelhos tais como um televisor portátil, um aparelho de barbear ou um dispositivo de sinalização.
Este tipo de inversor também é encontrado em fontes alternativas de energia como geradores eólicos, pequenos dínamos acoplados a quedas d’água, paineis solares, etc.
Trabalhando com Inversores
As seguintes são as principais especificações de tais aparelhos para as quais o eletricista deve estar atento:
a) Potência de saída
O leitor deve estar certo de que o inversor pode fornecer a potência que o aparelho a ser alimentado exige, dando uma certa margem de segurança para que os componentes não trabalhem no limite. Por exemplo, se vai ser alimentada uma lâmpada fluorescente de 40 W o inversor deve ser capaz de fornecer pelo menos 50 W de potência.
b) Forma de onda
Muitos inversoires fornecem correntes de saída com formas de onda que não são perfeitamente senoidais. Lâmpadas fluorescentes e incandescentes não são sensíveis a esta forma de onda mas existem aparelhos que não podem ser usados com conversores que não tenham uma saída senoidal de 60 Hz.
c) Performance
Deve-se optar pelo inversor que tenha o maior rendimento possível. Normalmente acima de 70%.
d) Isolação
A alta tensão da saída de inversores pode causar choques perigosos. Verifique a qualidade do isoilamento do sistema que alimenta o aparelho externo.
e) Colocação da bateria
Ao instalar um inversor com uma bateria não selada cuide para que ela fique em local ventilado, pois os gases que ela produz são tóxicos.
f) Conexões
As conexões do inversor à bateria devem ser feitas com fios grossos, pois a corrente normalmente é intensa.
Diagnóstico de Problemas
Os transistores de potência dos inversores normalmente são os componentes que mais facilmente queimam neste tipo de equipamento, pois trabalham com correntes elevadas e não raro bem perto de suas condições-limite. Ao trocar estes componentes tenha cuidado para verificar se suportam a corrente e a tensão dos originais.
SINALIZADORES (FLASHERS)
Sinalizadores (pisca-pisca) são comuns em portas de garagens de edifícios e mesmo no alto em torres. Os tipos mais simples usam lâmpadas comuns incandescentes, mas os mais avançados e de maior potência usam lâmpadas especiais de xenônio ouLEDs de alta potência. O leitor pode encontrar este circuito em diversos tipos de configurações.
a) Com lâmpada incandescente
São mais simples, usando um circuito oscilador tanto de baixa tensão (12 V) para uso automotivo ou 110/220V para uso fixo.
b) Com lâmpada de xenônio
As lâmpadas de xenônio produzem pulsos de luz de alta intensidade quando um capacitor de alta tensão se descarrega através delas. Nos tipos comuns são usadas tensões de 400 a 800 V para se obter uma boa intensidade luminosa.
Na figura 6 temos um circuito típico em que a frequência depende do resistor e do capacitor ligados ao elemento de disparo que tanto pode ser um diac como uma lâmpada neon.
O transformador de disparo é um transformador de pulsos que fornecem pulsos de curta diração de 1 a 4 kV. Variações deste circuito podem usar SCRs ou triacs.
Com um circuito deste tipo dispensa-se o uso de transformadores (que são componentes caros) para aumentar a tensão disponível na rede de energia até os valores necessários ao disparo da lâmpada de xenônio. Os componentes mais críticos detse tipo de circuito são justamente o elemento de controle (SCR ou diac e os capacitores).
Atualmente as lâmpadas de xenônio não mais são usadas em sinalizadores, sendo substituídas por LEDs de alta potência, cujo circuito de acionamento é diferente. Ao trabalhar com sinalizadores de xenônio o eletricista deve observar os seguintes pontos:
- Quando precisar substituir a lâmpada tenha certeza de que a substituta tenha a mesma capacidade de emissão que é medida em milijoules (mJ).
- Os sinalizadores alimentados pela rede de energia não possuem elementos de isolamento assim todas as suas partes são "vivas" podendo causar choques se tocadas.
- Tensões muito altas podem ser encontradas depois do inversor e do multiplicador de tensão. Tome muito cuidado ao analisar este circuito ligado. Quando desligado descarregue os capacitores usando um resistor de 10 k ohms x 2 W ligado entre seus terminais por pelo menos 30 segundos.
c) Sequenciadores
Um outro tipo de sinalizador luminoso que pode ser encontrado em anúncios e vitrines é o sistemas sequenciador ou de luzes sequenciais. Este tipo de aparelho faz com que lâmpadas acendam em sequências, como nas árvores de natal e podem controlar lâmpadas incandescentes de potências algo elevadas.
O oscilador é o "clock" que determina a velocidade de corrimento das lâmpadas. O sequenciador é um circuito lógico que aciona as saídas em sequência com os pulsos de clock. O transistor serve para excitar o triac de modo a controlar as lâmpadas usadas. São usados tantos transistores e triacs quantas sejam as saídas do sequenciador. Os sequenciadores mais comuns têm de 4 a 10 saídas.
LUZ NOTURNA AUTOMÁTICA/LUZ DE EMERGÊNCIA
Hoje em dias existem diversas formas alternativas de ligar e desligar sistemas de iluminação e com diversas finalidades. Uma delas é o sistema de luzes automáticas noturnas usadas em jardins, iluminação pública e vitrine em que a iluminação é acionada quando escurece.
Neste tipo de aplicação temos normalmente um sensor (LDR) que controla um circuito de potência com SCR ou Triac. É claro que dependendo da potência que o SCR ou Triac podem controlar podemos ligar diversas lâmpadas em paralelo. Dependendo da aplicação este tipo de aparelho pode causar interferências em equipamentos que operem com sinais de rádio. Veja a seção sobre SCRs, Triacs e EMI neste mesmo livro para ver como eliminar este problema.
Na instalação deve-se tomar cuidado para posicionar o sensor de modo que ele receba apenas a luz ambiente e não das lâmpadas que ele controla. Se isso ocorrer, temos uma realimentação que instabiliza seu funcionamento.
Os sistemas de iluminação de emergência, por outro lado, acionam uma ou mais lâmpadas quando ao mesmo tempo temos a falta de energia elétrica e um sensor detecta que está escuro.
ALARMES
A preocupação com a segurança tem aumentando muito nos últimos tempos e uma grande quantidade de equipamentos eletrônicos podem ser agregados às residências, estabelecimentos comerciais e industriais e mesmo no carro. A maioria dos equipamentos de uso doméstico, comercial e industrial são alimentados pela rede de energia, podendo eventualmente contar com uma bateria.
Os sistemas de alarme vão desde simples sirenes ou capainhas que disparam quando portas ou janelas são abertas até sofisticados sistemas que detectam a presença de um intruso pelo seu movimento ou pelo calor de seu corpo, discando automaticamente o número da polícia com uma mensagem preparada indicando onde ocorreu o evento e até um código para se identificar de onde vem a chamada com maior facilidade ficando a polícia já avisada da presença do sistema, ou ainda uma empresa particular de segurança.
Os sistemas básicos são os seguintes:
- Sistemas com sensores magnéticos e chaves
- Este é o tipo mais simples de alarme usando um sensor do tipo magnético ou "reed-switch" que se mantém ativado pela presença de um pequeno imã quando portas e janelas estão fechados. Quando o imã se afasta do sensor pela abrtura da porta oui janela o circuito dispara.
- Para rearmar o circuito basta pressionar por uminstante o botão de Reset que, evidentemente, deve ficar em local escondido.
- Existem muitas empresas que vendem o kit completo deste tipo de alarme constando da bateria, sistema de alimentação, alarme, sensores e a buzina ou sirene que vai ser acionada.
- Estes sistema incluem ainda um interruptor para desarmá-lo pelo proprietário do imóvel quando ele chega. Este interruptor deve ficar em local escondido.
- Alguns sistemas mais sofisticados incluem um transmissor num chaveiro ou de pequenas dimensões que desativa o sistema pelo tempo necessário ao proprietário para entrar e desligar o sistema.
Fotoelétrico
Neste tipo de alarme temos um emissor infravermelho (normalmente um LED infravermelho) e um sensor (um foto-transistor ou um foto diodo) colocados de modo a proteger uma passagem conforme mostra a figura 7.
Em condições normais a radiação infravermelha do emissor incide no sensor que mantém o alarme na condição de espera. Se o feixe de radiação infravermelha for interrompido por um instante pela passagem do intruso, o alarme dispara. Se a radiação do emissor for simples radiação, pode-se enganar o sensor com uma falsa fonte de luz que tenha componentes infravermelhas como por exemplo uma lanterna, conforme mostra a figura 8.
Assim, para evitar este problema os alarme trabalham com luz modulada, ou seja, com pulsos numa freqüência que o sensor pode reconhecer. Desta forma, nenhuma outra fonte de radiação infravermelha "engana" o alarme. Uma maneira de se proteger várias passagens ao mesmo tempo ou mesmo uma área muito grande como um terreno industrial consiste no uso de um emissor laser e um sensor com diversos espelhos, conforme mostra a figura 9.
Sensores de Movimento
Este sensor tanto pode usar radiação infravermelha como também sinais de altas frequências. No caso da radiação infravermelha que é o tipo mais comuns são usados sensores piroelétricos. Estes sensores podem detectar a presença de pessoas pelo calor de seu corpo. Este tipo de sensor também é usado na abertura de portas de shopings, lojas e aeroportos.
Alarmes ultrassônicos
Estes alarmes consta de um emissor ultrassônico e um receptor. O receptor nada mais é do que um microfone que recebe os ultrassons que preenchem o ambiente a ser protegido. Se alguém entra neste ambiente, seu movimento causa um leve desvio na freqüência refletida e captada pelo sensor, fazendo com que um circuito reconheça estas modificação disparando o alarme.
CAMPAINHAS ELETRÔNICAS
As tradicionais campainhas residenciais têm sido substituídas por campainhas eletrônicas que tocam músicas e fazem os mais diversos sons, conforme a escolha de cada um. Também temos campainhas que combinam recursos mecânicos com eletrônicos como as que são formadas por circuitos sequenciais que controlam solenoides.
CARREGADORES DE BATERIAS
Dependendo do tipo de bateria a ser carregada encontramos os carregadores de baterias em dois formatos ou configurações básicas. Em ambos os casos, os carregadores nada mais são do que fontes que aplicam à bateria em carga uma corrente constante durante um período que varia entre 2 e 16 horas.
Os tipos mais sofisticados possuem sensores que desligam a fonte quando a bateria está carregada ou ainda descarregam-na completamente antes de uma nova carga de modo a evitar o chamado "efeito memória"
Analisemos os dois tipos.
a) Carregadores de Nicad
Estes podem ter o formato mostrado na figura 10, sendo dotados de encaixes para as pilhas recarregáveis.
Estes carregadores podem ser usados para carregar pilhas do tipo AAA, AA, C e D e até baterias de 9 V. Outro tipo de carregador desta família é o usado para carregar as baterias de telefones celulares que possuem um plugue para encaixar neste aparelho, conforme o tipo ou ainda uma base onde o aparelho é apoiado durante o processo de recarga.
b) Carregadores de Baterias Automotivas
Neste caso incluimos os carregadores de baterias para carros e motos que precisam de uma corrente maior de carga.
Índice:
Introdução
Parte 1 - As diferenças entre eletricidade e eletrônica
Parte 2 - Circuitos e componentes
Parte 3 - Diagramas, Símbolos e Componentes
Parte 4 - Componentes Passivos – Os Resistores
Parte 5 - Componentes Passivos – Capacitores e Indutores
Parte 6 - Componentes Passivos – Outros componentes indutivos
Parte 7 - Semicondutores – Materiais- Diodos e LEDs
Parte 8 - Transistores Bipolares e assemelhados
Parte 9 - Outros tipos de transistores
Parte 10 - Outros componentes semicondutores – IGBTs e Tiristores
Parte 11 - Outros componentes da família dos tiristores – Displays e válvulas
Parte 12 - Os circuitos integrados
Parte 13 - Circuitos Digitais – Microcontroladores - DSPs – Invólucros
Parte 14 - Diagnóstico e reparação
Parte 15 - Circuitos Práticos - Como funcionam
Parte 16 - Outros dispositivos eletrônicos
