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2019 1

Aula 3 – Capacitores /Soldagem (Prática)

2019 2

O Capacitor

• Dois condutores + diferença de carga elétrica → campo elétrico

• Se forem duas placas paralelas que quando carregadas com uma carga Q apresentam uma diferença de potencial Vab

– A capacitância será definida por:

ab

QC

V=

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Analogia do tanque de ar comprimido

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O funcionamento

3

2019 5

Capacitância

• Outra maneira de determinar a capacitância de um capacitor é analisando sua estrutura interna

• Neste caso a capacitância de um capacitor de placas paralelas de Área A e cujas placas estão separadas de uma distância d é dada por

• Onde – ε0 → permissividade do espaço (vácuo)

• ε0 = 8,854 x 10-12 F/m

– ε → permissividade relativa do material dielétrico

d

AC 0.εε=

2019 6

O dielétrico

• Capacitor com dielétrico de ar ou vácuo

– Baixas capacitâncias

– Em ar • Baixa rigidez dielétrica

– ~ 800 V/mm

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2019 7

• Outros dielétricos– Polímeros

– Óxidos

– Cerâmicas

• O que ocorre quando um material destes é colocado entre as placas– Polarização do dielétrico

• Surgimento de dipolos elétricos dentro do material

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• Ao surgir a polarização– Surge um campo elétrico oposto ao campo

elétrico aplicado

– Assim o campo elétrico efetivo dentro do capacitor é reduzido, podendo ser escrito como:

– Onde σ → densidade de carga (Q/A)

– Assim quanto maior a polarização do dielétrico menor o campo dentro do capacitor e portanto maior a constante dielétrica εεεε relativa

0.εε

σ=−= polef EEE

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2019 9

Perdas no dielétrico

• Considerando que a função dielétrica (constante dielétrica generalizada) pode ser escrita como (ε0 está incluído)

• E que as perdas de potência em forma de calor por volume é dada por

– Onde • j � densidade de corrente

• E � campo elétrico

• Então é possível mostrar que

• Então a potência dissipada pode ser dividida em dois termos

( ) ( ) ( )ωεωεωε ′′−′= .i

EjL .=

( ) ( ) ( ) ( ) ( )ωωεωωωεωω EiEj ..... ′+′′=

parte real de j(ωωωω); em fase

parte imaginária de j(ωωωω); 90º fora de fase

2.. ELA εω ′′=

Potência ativa � realmente perdida e transformada em calor

2.. ELR εω ′=

Potência reativa � recuperada a cada ciclo

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• Neste caso a medida da qualidade do dielétrico é dada por

• Logo um dielétrico real pode ser representado como um capacitor ideal C(ω) e um resistor ideal R(ω)

ε

εδ

′

′′===

R

A

R

A

I

Itg

L

L

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Ruptura do dielétrico

• Quando o campo elétrico excede o valor máximo do material ocorre a ruptura do dielétrico

– Existem diversos fenômenos precursores associados à ruptura

• Descargas parciais

• Descarga corona (em bolhas do material)

• Aquecimento do dielétrico

Material kV/mm

Air 3

Quartz 8

Strontium titanate 8

Neoprene rubber 12

Nylon 14

Pyrex glass 14

Silicone oil 15

Paper 16

Bakelite 24

Polystyrene 24

Teflon 60

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Propriedades de alguns dielétricos

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2019 13

2019 14

O Capacitor Real

• Símbolo

• Código de tolerância– ±5% (J), ±10% (K), ±20% (M)

• Esquema interno

• Impedância em função da freqüência

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2019 15

• Série– Como não ocorre criação nem destruição de carga ao ligar capacitores

em série então

Associação de Capacitores

21

21

2121

111

e então

mas

CCC

C

q

C

q

C

q

C

qV

C

q

C

qVVV

eq

eq

eq

+=

+=

=+=+=

C1

C2

+q

-q

+q

-q

V

2019 16

• Paralelo– Como a tensão nos capacitores é a mesma então

21

21

2121

e ... então

. mas ..

CCC

VCVCVC

VCaVCVCqqq

eq

eq

eq

+=

+=

=+=+=

C1 C2

+q2

-q2

+q1

-q1V

9

2019 17

Comportamento do capacitor num circuito CA

• Como vimos na aula de circuitos a corrente que circula no capacitor é dada por

dt

dvCi .=

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• Neste caso a potência que atravessa o capacitor é menor que para um resistor em função da defasagem

– Já viram o termo “Fator de Potência” na conta de energia elétrica

– Este termo esta associado a esta defasagem entre tensão e corrente que também ocorre em indutores

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Reatância Capacitiva

• Como no resistor ao ser submetido a uma diferença de potencial CA uma corrente vai circular através do capacitor

– Difere do resistor pois depende da Freqüência da fonte

– A reatância de um capacitor será dada por

CfCX C ..2

1

.

1

πω==

Freqüência (Hertz) Reatância (Ohms)

60 26,5258

120 13,2629

2500 0,6366

Reatância de um capacitor de 100 µF

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• Enrolados– Duas camadas de dielétrico

– Duas camadas de metal (folha de Al)

– Duas camadas de dielétrico metalizado (Al)

Estruturas de Capacitores

Vista lateral

Vista superior

Vista lateral

Vista superior

Vista do enrolamento

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• Multicamadas– Camadas seqüenciais de dielétrico e metal

– Pode ser dielétrico metalizado

– Pode ser seqüência de camadas de filme espesso (cerâmicas + tinta metálica condutora)

• Estrutura externa– Axiais

– Radiais

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• Capacitores de Filme (Poliéster / Polipropileno)– Aplicação CC (corrente contínua) / CA (corrente alternada)

• Filme de Poliéster (CC) / Polipropileno (CA)– http://www.epcos.com/web/generator/Web/Sections/ProductCatalog/Capacitors

/FilmCapacitors/MetallizedPolyester/Page,templateId=render,locale=en.html

• Aplicações– Exemplos de aplicações (clicar aqui)

– Exemplo Axial (clicar aqui)

– Exemplo Radial (clicar aqui)

• Capacitores Cerâmicos Multicamadas– Aplicação em CC e para sinais

• COG – baixa capacitância alta estabilidade (clicar aqui)

• CPPS – Alta capacitância alta estabilidade (clicar aqui)

• X7R – Alta capacitância (ferroelétrico) (clicar aqui)

Tipos de Capacitores

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• Capacitores de Potência – Aplicação em CA (corrente alternada)

• Eletrônica de Potência– Aplicações (clique aqui)

– Exemplo (clique aqui)

• Correção de fator de potência– Para reduzir o efeito indutivo de industrias (motores, transformadores,...)

– Exemplo (clique aqui)

• Capacitores Feedthrough– Eliminar entrada de interferência externa em equipamentos

• Exemplo (clique aqui)

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• Capacitores Eletrolíticos (somente CC)– Capacitores de folha de Alumínio com eletrólito líquido

– O dielétrico é formado na camada de Al por oxidação (Al2O3)

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2019 26

• Diferentes tipos de capacitores eletrolíticos– Clique aqui

– Exemplo (clique aqui)

– Eletrolíticos Bipolares (aplicação em CA – baixa potência)• Podem ser comprados diretamente

• Podem ser construídos associando dois eletrolíticos em série

• Capacitores de Tântalo– Alta capacitância em baixo volume

– Alto custo

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Aula 5 – Soldagem (Prática)

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O Ferro de Solda

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Potência do Ferro de Solda

• Dispositivos discretos grandes– Alta potência – 100W, 200W,....

– Alcança rápido a temperatura de operação

– Aquece os terminais rapidamente

• Dispositivos discretos pequenos– Baixa potência

– Transistores e CIs � 20W ou 30 W• Mesmo assim existe risco de queima do componente

80 W

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• Estação de Soldagem– Controle de temperatura � controle de potência

Ponteiras

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Filme sobre soldagem

http://blog.makezine.com/archive/2007/01/soldering_tutorial_make_v.html

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Prática A

1. Componente1. Soldar com um fio

2. Soldar com outro componente

3. Soldar na barra de terminais

2. Fio1. Soldar com outro fio

2. Soldar na barra de terminais

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Prática B

• Selecionar seis resistores de valores distintos– Escolher os valores adequados para montar o seguinte circuito

– Montar na placa de circuito impresso de acordo com o esquema abaixo

R2R4R3

R1

R5

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Atividade Extra

• Anote cada um dos valores dos resistores usados

• Calcule os valores de tensão e corrente em cada resistor considerando que o sistema está ligado em uma bateria de 9 Vdc

• Identifique a placa com o nome de cada integrante (caneta de transparência)

• Entregar na próxima aula

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FIM