Um exemplo pratico

Como exemplo pratico do assunto triac, vamos analisar a aplicação do mesmo como variac eletrônico , variac é aquele auto-transformador em que podemos alterar as relações entre espiras de forma a obtermos vários valores de tensão. como podemos ver pelo diagrama o triac esta em serie com o resistor de carga RL, que aqui representa o aparelho que queremos alimentar. Ligado ao terminal de disparo (gate) temos um transistor unijunção. Sem o capacitor C, a tensão produzida pelo retificador alterada pelo divisor de tensão R1 Diodo zener é suficiente para disparar o triac através do transistor unijunção pois este ficara conduzindo constantemente. mas com o capacitor C presente, inicialmente há uma forte corrente através do capacitor, o que faz com que o transistor não sinta imediatamente a tensão produzida pelo divisor de tensão formado por R1 e o diodo zener , porque após ele temos outro divisor de tensão formado por R2 em serie com P1 e paralelo com C, como a corrente em C é grande no inicio, a tensão em seus terminais é pequena. Mas a medida que o capacitor carrega sua corrente diminui e a tensão se aproxima-se da tensão zener, quando a tensão for suficiente para disparar o transistor, este conduz, aplicando no gate do triac uma corrente de disparo que fara com que esse conduza até a corrente variável da rede alcançar um valor de corte para o triac, alem disso o capacitor se descarregara através do transistor em serie com o primário do transformador voltando ao seu estado descarregado, o que fará com que o transistor seja cortado. com o ajuste do potenciômetro P1 é possível controlar a velocidade com que o capacitor é carregado limitando a corrente para o mesmo. isso fara com que possamos escolher em que ponto do semiciclo se fara o disparo do triac. Desta forma controlamos a potência aplicada ao resistor de carga. Vemos na figura Tr2 varias escolhas diferentes para o ponto de disparo.

Triac

O triac é muito parecido em estrutura e funcionamento com o diac com a diferença que o triac tem um terceiro terminal por onde pode ser disparado por uma corrente negativa ou positiva e passar a conduzir intensamente. Seu nome vem de triode for alternating currente, e ate mesmo sua curva é semelhante ao diac, o corte da corrente se dá da mesma forma (figura F1): alcançando um valor abaixo de um valor de corrente característico. O triac pode ser usado para controle de corrente escolhendo um ponto adequado na fase da onda para se fazer o disparo, somente a parte da onda que ainda resta antes de se chegar a zero será conduzida. O resto será cortado. Geralmente se usa um diac para fazer o disparo do triac.

Tiristor Diac

Este é um novo tutorial sobre diac, como eu só havia estudado sites em inglês os termos do tutorial anterior ficaram nesse idioma. Mas eu pude ver que há uma grande quantidade de sites em português que falam sobre o assunto. Então passarei a me basear neles. Então vamos lá. Basicamente o diac é um gatilho bidirecional, gatilho porque ele dispara em determinada situação. bidirecional porque conduz corrente em ambas as direções. Por isso o nome diode for alternative currente ou diac. A condução pode ser interrompida por um valor de corrente abaixo de um valor característico, então durante uma aplicação de corrente alternada o dispositivo pode alternar entre corte e condução tantas vezes quanto a forma de onda passar por zero. Como sua construção é simétrica não faz sentido falar sobre anodo e catodo mas é comum a classificação dos terminais como A1 e A2 ou Mt1 eMt2. As curvas de tensão versus corrente podem ser vista na figura V1. Podemos seguir aumentando a tensão a partir de zero até o ponto de disparo, a partir daí a tensão e a corrente variam pela parte de cima da curva, onde e possível alcançar uma alta corrente e levar o diac a se comportar idealmente como uma chave fechada.

Leis de kirchhoff

Vamos falar agora sobre queda de tensão através de uma malha contendo elementos ativos e passivos. Inicialmente vamos ver as leis de Kirchhoff para tensão e corrente. A lei de kirchhoff diz que a soma algébrica das tensões em uma malha ou rede é zero, a soma das correntes que entram em um nó é igual a soma das correntes que saem deste nó. Então veja as figuras D1 eD2,
na figura D1 temos um nó com três correntes que entram e duas que saem. Conseqüentemente a soma é: Ia+Ib+Ic-Id-Ie = 0, também poderia ser -id+Ib+Ia-Ie+Ic = 0 dependendo da ordem em que forem feitas as somas. Vamos conferir? Então façamos Ia = 10 Ib = 5 , Ic = 10,Id = 20, Ie = 5. segundo a primeira formula temos 10 + 5 + 10 - 20 - 5 = 0 e de acordo com a segunda: -20 + 5 + 10 – 5 + 10 = 0, é isso ai, mesmo resultado, temos Ia + Ib + Ic = Id + Ie, continuando. Para as tensões primeiro temos que escolher a direção da corrente. Então pensamos: nos já não estamos usando o fluxo de elétrons? Sim, mas para uma malha com mais de uma fonte de tensão a direção da corrente pode ser desconhecida. Para essas fontes, a queda de tensão ocorre quando a corrente passa primeiro pelo pólo positivo e depois pelo negativo e a elevação ocorre quando flui do pólo negativo para o positivo . Para as resistências e outros elementos passivos a queda de tensão ocorre quando percorremos a malha na direção da corrente escolhida, a elevação de tensão ocorre quando percorremos a malha em sentido contrario. Veja a figura D2, segundo a direção da corrente escolhida e percorrendo a malha na mesma direção da corrente, (que é o mais comum), temos: V1-IR1-V2-IR2 = 0. Também poderíamos fazer -V1+IR2+V2+IR1 = 0 percorrendo a malha em sentido contrario ao da corrente. podemos ter outros elementos ativos na malha alem das fontes de tensão como transistores e diodos etc...

Transistores

Bom vamos falar agora sobre o transistor bipolar,A grosso modo podemos considerar o transístor como dois diodos em oposição ele é composto por trés regiões em um cristal semicondutor que são o coletor a base e o emissor. Se ligarmos um transistor como mostra a figura b-5 a

com o diodo coletor polarizado inversamente e o diodo emissor polarizado diretamente, teremos uma grande corrente apesar de se esperar que o diodo coletor polarizado reversalmente não conduza.
O motivo disso tem algumas explicações físicas. Mas vamos nos concentrar no fato que a corrente entre a base e o emissor controla a corrente do coletor apesar deste estar polarizado inversamente.
Quanto maior a corrente de base, maior a corrente entre coletor e o emissor, e se cortarmos a corrente de base a corrente entre o coletor e o emissor sera cortada. Dependendo do tipo do material da base podemos ter transistores pnp ou npn, o da figura é npn porque sua base é de material p e o coletor e o emissor é n. Se usarmos um transistor pnp teremos que inverter as tensões para mantermos o transistor polarizado corretamente.
Vemos na figura b-5 b como normalmente um transistor é usado.
Vemos na figura B-1 uma coleção de curvas tipicas de um transistor bipolar. Através dessas
curvas podemos ter uma noção do funcionamento do transistor podemos ver que cada corrente do coletor (Ic) é igual a corrente de base vezes algum fator. Neste caso 10. esse fator é chamado hfe. Também Betacc para corrente continua e betaca para corrente alternada substitua mentalmente a palavra beta pela letra do alfabeto grego beta. É muito importante observar que as curvas são quase planas para a corrente mas as tensões podem variar bastante . A corrente do coletor ira seguir as variações da corrente da base e será praticamente plana para cada valor de Vce, portanto temos um dispositivo controlador de corrente.
Mas como são produzidas essas curvas? Primeiro temos que construir um esquema como da figura B-2, depois escolhemos uma corrente de base alterando vbb e a mantemos a fixa. Variamos então Vcc e vamos construindo as curvas como mostra a figura D-2 plotando Ic versus Vce.

Observe que a tensão varia muito, mas a corrente permanece praticamente constante então feito a primeira curva escolhemos uma nova corrente de base e construímos a seguinte. Há também muitas explicações técnicas como por exemplo porque há uma pequena inclinação nas curvas quando se aumenta Vcc. É porque há um pequeno ampliação da camada de depleção do coletor que captura alguns elétrons a mais, mas nos não nos concentraremos muito nessas explicações físicas por enquanto, fique atento aos aspectos macroscópicos e nas forma das curvas.
Vemos nas figura D-2 algumas fases da construção da primeira curva referente a primeira escolha de Vbb. Então temos três momentos diferentes em que variamos Vcc. Geralmente você precisa considerar variações pequenas para termos uma boa resolução final. Na figura B-1 temos um exemplo de curvas já prontamente desenhadas. A área em azul corresponde a saturação, é onde o transistor funciona como uma chave fechada. A área em vermelho corresponde ao corte, onde o transistor funciona como uma chave aberta. juntas essas duas áreas permitem que o transistor funcione como um interruptor perfeito podendo estar conduzindo com resistência zero ou cortado com resistência infinita.
O que há mais comumente é folhas de dados com algumas características do transistor, você provavelmente não encontrara datasheets com curvas já desenhadas. Bom até mais.

A reta de carga para o transistor

Como disse no tópico sobre reta de carga e diodos, o método não é diferente para outros componentes não lineares. Vejamos agora a reta de carga para transistores. A equação da reta é Ic = Vcc+Vce/Rc. O leitor deve se convencer que essa é realmente a equação da linha de carga cc. Com ela você pode desenhar a linha plotando qualquer conjunto de pontos desde que mantenha Vcc e Rc constante. Mas os pontos mais fáceis de serem plotados assim como no caso do diodo são aqueles dos extremos da linha. Veja a figura seguinte(D-4). Para desenharmos a linha de carga vamos recorrer o esquema na figura B-2. Nesse esquema se dermos um curto entre o coletor e o emissor e o mesmo que fazer Vce =0, então Vcc+Vce/RC = Vcc/Rc temos então o extremo superior da linha de carga, onde a tensão é zero e a corrente é máxima. Se abrirmos os terminais do transistor teremos um circuito aberto e a tensão Vce será igual a tensão da fonte. Teremos então o ponto inferior na linha de carga igual a Vcc. Representando a tensão máxima do circuito. Traçamos uma reta entre esse dois pontos e obtemos a linha de carga. Para cada corrente de base especifica temos um ponto sobre linha
de carga que coincide com uma das curvas do transistor . Chamamos esse ponto de ponto Q do transistor ou ponto quiescente. como esse ponto esta sempre sobre a linha de carga a operação do transistor fica limitado a essa linha devido a limitação imposta pelo valor de Vcc e Rc. Se mudarmos esses valores, mudaremos também a linha de carga.


Obrigado. Até a o próximo assunto.

Thevenizar

Existem muitas formas de simplificar uma malha contendo elementos passivos. Uma das mais usadas é a chamada thevenizar, ou usar o teorema de thevenin em um circuito. Como funciona?, se temos o circuito já montado (figura A-1) primeiro curto circuitamos todas as fontes de tensão e abrimos todas as fontes de corrente. Então retirando a resistência de carga ( R load, daí o índice L) medimos com o ohmímetro a resistência através dos terminais da resistência de carga (figura A-2), se as fontes de tensão e de corrente tiverem resistência elas terão de ser deixadas no circuito. Fácil se a resistência interna é a de uma fonte de tensão, mas ainda não vi um exemplo de fonte de corrente. Estaremos procurando por isso. E então de posse da medida do ohmímetro chamaremos a de resistência thevenin Rth (figura A-1). Removendo o resistor de carga e deixando as fontes de tensão no circuito, medimos a tensão entre os terminais de carga abertos (figura A-3). Temos então a tensão thevenin, Vth.
No lugar do resistor de carga podemos ter um elemento ativo como por exemplo um diodo. Mais adiante discutiremos esse uso para o teorema de thevenin. Temos então na figura A-4 o circuito já thevenizado. Se só possuímos o esquema do circuito podemos usar qualquer método conhecido para calcular a resistência thevenin e a tensão thevenin estaremos discutindo os métodos matemáticos adiante . Também podemos escolher qualquer a resistência de carga arbitrariamente no esquema. Assim você pode ter vários circuitos thevenin do ponto de vista de varias cargas removidas mas geralmente ha um motivo especifico para a escolha desta ou daquela resistência como resistência de carga. Muitas vezes a resistência de carga é um aparelho como um fone ou um alto falante ou mesmo alguma especie de amplificador. Se você só tem um esquema ou mesmo só uma ideia você tera que usar um pouco de matemática para resolver. Quando se tem um circuito bem complexo já montado o procedimento descrito acima se torna bem fácil. Outra aplicação da thevenização é criação de modelos de transistores. Que servem para facilitar o calculo dos circuitos. Por enquanto é so, até mais.

Reta de garga

Bom, já vimos que curvas tipicas de diodos não tem uma função para representa-las e como não são lineares, não podemos usar a lei de ohm.o que fazer quando temos elementos lineares e não lineares como diodos e resistores no mesmo circuito. A solução é o uso da reta de carga que corta o gráfico entre a reta das correntes e a reta das tensões como mostra a figura c-1 equação desta reta para o esquema da figura é I=(Vs-V)/Rs. A construção da reta de carga não depende do componente não linear em questão . Assim sua construção para vários componentes ativos( diodos transistores etc) são semelhantes entre si. Basicamente essa reta de carga depende somente do valor da fonte de alimentação e de um resistor de proteção (figura c-2), veja bem, essa resistência pode também representar um circuito mais complexo, então vamos generalizar mentalmente porque esse esquema indica um principio matemático geral e não só um circuito especifico. Chamaremos de Vs a fonte , Rs o resístor e V a tensão sobre o diodo. Calculamos o valor de Vs/Rs e então marcamos o resultado sobre a reta das correntes. Essa equação surge quando fazemos V=0 em Vs-V/Rs isso equivale a substituir o diodo por um curto de forma que a corrente seja máxima . Removendo o diodo do circuito, é mesmo que considerarmos a sua resistência infinita, então V=Vs, a tensão máxima que você pode alcançar. Marcamos então o valor de Vs sobre a reta das tensões e unimos esses dois pontos por uma reta. (Figura c-1). Como pode ver é muito fácil e rápido e a intercessão entre a curva característica do diodo e a reta de carga fornece a corrente e tensão do circuito. Alem da tensão individual do resistor e do diodo. Então desenhamos a curva característica no mesmo gráfico, marcamos com a letra Q a interseção entre os dois gráficos, esse Q representa a solução simultânea entre as duas curvas e é chamado ponto de operação.

Podemos ver agora o caso das aproximações. Como a reta de carga não depende do diodo para ser traçada ela é a mesma para os três modelos de aproximação. Figura A-5, A-6, A-7.
Veja que no primeiro e segundo caso não temos uma indicação de que valor x nas reta da tensão corresponde a que valores na reta das correntes(figura D-1) , como já disse é possível ver no caso A-7 a que valor
corresponde X, devido a inclinação da curva, mas já não é tão fácil nos casos A-5 e A-6 porque temos vários valores para o único X plotado na reta das tensões. Já com a reta de carga, o valor obviamente, é aquele que intercepta a reta de carga não importando qual aproximação usamos. então é isso ai
Obrigado e até a próxima.