Transistor Unijuno(UJT)

1.Transistor Unijuno(UJT) um dispositivo semicondutor com trs terminais e uma juno, Fig1. basicamente uma barra de material N (P no complementar) na qual existe uma ilha de material P.

Fig1: Transistor unijunoUm dos terminais chamado de emissor (E) e de material tipo P. Entre as extremidades da barra existem dois terminais, a base 2 (B2) e a Base1 (B1). Entre essas extremidades o dispositivo apresenta uma resistncia hmica chamada resistncia interbases (RBB) cujo valor est compreendido entre 5K e 10K. Entre B2 e a juno existe uma resistncia Rb2 e entre a juno e B1 uma resistncia Rb1. A soma dessas duas resistncias igual a RBB= Rb1 + Rb2. O circuito equivalente e a polarizao do UJT esto indicados na Fig2.

( a ) ( b )Fig2: ( a ) Polarizao e ( b ) circuito equivalente do UJTNa Fig2b enquanto VE < 0,7 + VRb1 o UJT estar cortado, pois o diodo est reversamente polarizado.

VRb1 == (.VBB onde ( =

( outro parmetro do UJT chamado de razo intrnseca de disparo.Tipicamente o valor de ( (eta) est compreendido entre 0,5 e 0,8.

Quando VE = 0,7 + (.VBB = VP = tenso no ponto de pico, o diodo fica polarizado diretamente e o UJT dispara. O termo disparo usado por analogia ao disparo de uma arma, significando uma mudana brusca de condio. A explicao fsica para o disparo dada pela realimentao positiva interna. Aps ter disparado, o UJT s voltar a cortar novamente quando a tenso de emissor cair abaixo de um valor crtico chamado tenso de vale, VV. Abaixo da tenso de vale a juno volta a ficar polarizada reversamente novamente. A Fig3 mostra a curva caracterstica de um UJT, indicando os principais pontos (ponto de pico e ponto de vale) e as tres regies de operao (Corte, saturao e regio de resistencia negativa).

Fig3: Curva caracterstica de entrada

1.1Oscilador de RelaxaoUma das principais aplicaes do UJT como oscilador de relaxao. Na Fig4a quando a alimentao ligada a primeira vez, o capacitor se encontra descarregado, logo VC = VE = 0, portanto o UJT estar cortado ( IE =0). Nessas condies o capacitor comea a se carregar atravs de R, tendendo a tenso nele para +VCC com constante de tempo ( = R.C.Quando VC = VP = = 0,7V+ (.VBB o UJT dispara fazendo o capacitor se descarregar atravs do UJT e da resistncia RB1. Quando VC cair abaixo de VV o UJT corta e C volta a se carregar , e o ciclo se repete.

( a )( b )

Fig4: Oscilador de relaxao ( a ) Circuito e ( b ) formas de onda

O perodo das oscilaes calculado por : T = R.C. ln2

1.2Gerador de Dente de Serra um circuito derivado do oscilador anterior. Da teoria de circuito sabemos que se um capacitor se carrega atravs de uma corrente constante I, a tenso em C varia linearmente com o tempo de acordo com a expresso

VC =.t

Quanto maior o valor da corrente (fixado C), mais rapidamente se carregar o capacitor. Por outro lado se aumentarmos o valor de C levar mais tempo para carregar C. A inclinao da reta na Fig5b depende da relao entre a corrente que carrega o capacitor e o valor do mesmo.

Fig5: Carga de capacitor por corrente constanteO circuito basicamente o mesmo da Fig4a, a diferena que a corrente que carrega o capacitor nesse caso constante, sendo igual corrente de coletor (IC).

( a ) ( b )

Fig6: Gerador dente de serra ( a ) circuito com transistor ( b ) circuito com fonte de corrente idealNo circuito da Fig6.a, o transistor, R1, R2 e R simulam uma fonte de corrente constante, desta forma a carga de C linear. Quando VC atingir Vp, o UJT dispara e C se descarrega bruscamente, e quando VC for menor do que VV o UJT volta ao corte e o ciclo recomea. A Fig6b mostra a forma de onda da tenso no capacitor.

Fig7: Forma de onda da tenso no capacitor (Dente de serra) no circuito da fig6

2. DIODO DE QUATRO CAMADAS UNILATERALO estudo dos tiristores deve comear pelo dispositivo que origina toda a famlia, o diodo de quatro camadas ou diodo Shockley ( no confundir com o diodo Schottky, diodo com duas camadas e usado para altas freqncias). As figuras a seguir mostram a estrutura, smbolo e curva caracterstica.

INCLUDEPICTURE "http://www.eletronica24h.com.br/cursoEI/cursoEI2/figuras/Aula06_Fig01b.jpg" \* MERGEFORMATINET

INCLUDEPICTURE "http://www.eletronica24h.com.br/cursoEI/cursoEI2/figuras/Aula06_Fig01c.jpg" \* MERGEFORMATINET ( a ) ( b ) ( c )

Fig1: Diodo de quatro camadas unilateral ( a ) Estrutura de 4 camadas ( b ) Smbolo ( c ) Curva caracterstica Com polarizao reversa o diodo se comporta como um diodo comum, apresentando altssima resistncia. Se a tenso reversa exceder a tenso de breakdown (UBK) o diodo ser destrudo. Com polarizao direta o diodo apresenta alta resistncia enquanto a tenso for menor do que um valor chamado de tenso de breakover (UBO). Acima deste valor o dispositivo dispara passando a conduzir, somente voltando a cortar quando a tenso (corrente) de anodo cair abaixo de um valor chamado de tenso (corrente) de manuteno, UH (IH).

Qualquer mecanismo que provoque um aumento interno de corrente pode disparar a estrutura de 4 camadas, dentre eles temos:Aumento de temperatura

Incidncia de radiao luminosa (LASCR)

Taxa de variao de tenso (dv/dt)

Injeo de corrente (SCR)

Para explicar o disparo da estrutura de 4 camadas usamos o modelo com dois transistores, um NPN e outro PNP como na figura a seguir. Fig2: Diodo de 4 camadas unilateral - Circuito equivalente com transistoresA corrente de anodo pode ser determinada em funo dos ganhos de corrente dos transistores (1 e 2) resultando a expresso a seguir:

desta expresso conclumos que, para baixos valores de corrente (corte) como os valores dos ganhos sotambm baixos, ento a corrente de anodo tem valor prximo da corrente de fuga

Quando a tenso aplicada se aproxima da tenso de disparo, os valores dos ganhos aumentam. Quando a soma tende para 1 ocorre o disparo. Esse mecanismo de disparo por tenso. Caso seja injetada uma corrente em um terceiro terminal o disparo pode ocorrer com valores de tenso bem abaixo da tenso de breakover.

2.1. RETIFICADOR CONTROLADO DE SILCIO (SCR) 2.1.1 INTRODUO

Um SCR basicamente um diodo de 4 camadas unilateral no qual foi colocado um terceiro eletrodo chamado de gate (G) ou porta usado para controlar o disparo do diodo por injeo de corrente.

( a ) ( b ) ( c )

Fig3: SCR ( a ) Estrutura de 4 camadas ( b ) Smbolo ( c ) Curva caracterstica

2.2. REGIES DE OPERAO:O SCR tem trs regies de operao, consideradas a seguir, com IG = 0 : 2.2.1. Bloqueio Reverso: O anodo negativo em relao ao catodo, nessas condies o SCR se comporta exatamente como um diodo comum. Se a tenso reversa aumentar alm da tenso de breakdown (UBK ), o SCR ser destrudo pelo efeito avalanche.

Fig4: SCR polarizado reversamente - Bloqueio reverso2.2.2. Bloqueio Direto: O anodo positivo em relao ao catodo, mas a tenso no suficiente para disparar o SCR. Para disparar o SCR com o gate aberto (IG = 0 ) necessrio que a tenso de anodo atinja um valor chamado de tenso de breakover (UBO ). Se UA for menor do que UBO o SCR continuar cortado.

Fig5: SCR polarizado diretamente mas cortado - Bloqueio direto2.2.3. Conduo (Disparo): Quando a tenso de anodo atingir o valor UBO, o SCR dispara, isto , a corrente de anodo passa bruscamente de zero para um valor determinado pela resistncia em srie com o SCR. A tenso no SCR cai para um valor baixo (0,5V a 2V).

Fig6: SCR polarizado diretamente aps o disparoAps disparar, o SCR passa da condio de alta resistncia para baixa resistncia. A tenso de anodo cai para um valor baixo ( 0,5V a 1,5V ). O SCR s volta a cortar quando a tenso (corrente) cair abaixo de um valor chamado de tenso (corrente) de manuteno, UH (IH) cujo valor depende do tipo de SCR (Por exemplo o TIC106 tem IH( 0,5mA enquanto o TIC116 tem IH ( 15mA. Como vimos anteriormente, um diodo de 4 camadas pode ser representado por dois transistores ligados com realimentao de um para o outro. Se adicionarmos um terceiro eletrodo, a porta, poderemos injetar corrente nesse eletrodo disparando a estrutura de 4 camadas para valores de tenso menores do que UBO. Na realidade quanto maior for a corrente injetada menor a tenso de anodo necessria para disparar a estrutira de 4 camadas, da o nome de Diodo controlado para esse dispositivo.

Fig07: Circuito equivalente para o SCR2.3.A Porta (Gate)Se for injetado uma corrente na porta (gate), ser possvel disparar o SCR com tenses de anodo bem menores do que UBO. Quanto maior a corrente de porta injetada, menor a tenso de anodo necessria para disparar o SCR, dai o nome diodo controlado.

Aps o disparo o gate perde o controle o sobre o SCR, isto , aps o disparo o gate pode ser aberto ou curto circuitado ao catodo que o SCR continua conduzindo. O SCR s volta ao corte quando a corrente de anodo cair abaixo da corrente de manuteno.

A tenso mxima que pode ser aplicada entre anodo e catodo no sentido direto com IG = 0 como vimos chamada de UBO, mas muitas vezes designada de VDRM esta informao muitas vezes vem codificada no corpo do SCR, por exemplo :

TIC 106 Y - 30V

MCR 106-1- 30V

TIC 106 F - 50V

MCR 106-2 - 60V

TIC 106 A - 100V

MCR 106-3 - 100V

TIC 106 B - 200V

MCR 106 4 200V

TIC 106 C - 300V

MCR 106 5 - 300V

TIC 106 D 400V

MCR 106 6 - 400V

Outra informao importante a mxima tenso reversa que pode ser aplicada sem que ocorra breakdown, designada por VRRM, tipicamente da mesma ordem de VDRM. Os valores de corrente tambm devem ser conhecidos, IT, a mxima corrente que o SCR pode manipular e pode ser especificada em termos de valor continuo ou eficaz (RMS) e depende da temperatura e do ngulo de conduo ((F). Por exemplo, o TIC 106 pode conduzir uma corrente continua de at 5A.

A corrente de gate necessria para disparar o SCR designada IGT e pode ser da ordem de (A no caso do TIC 106.3. CIRCUITOS COM SCR EM CC. Em CC deve ser previsto circuito de reset aps o SCR disparar. No circuito a seguir a chave A usada para disparar e a chave B para resetar o SCR.

Fig8: SCR - Circuitos de disparo por CC

Experincia 01: Diodo de 4 Camadas - Circuito Equivalente com Transistores1) Abra o arquivo ExpEI06 (MultiSIM2001) e identifique o circuito a seguir.

2) Para verificar o funcionamento do circuito use a chave D para disparar e a chave R para desligar o circuito.

3) Concluses:

Experincia 02: SCR em CC - Disparo por CC com Carga CC1) Abra o arquivo ExpEI07 (MultiSIM2001) e identifique o circuito a seguir. Inicialmente importante que a chave L esteja aberta (chave geral).

2) Ligue o boto de simulao e verifique o funcionamento, atravs das chaves D e R (D1) e A e B (D2).

3) Concluses:

Experincia 03: SCR em CC - Alarme1) Abra o arquivo ExpEI08 (MultiSIM2001) e identifique o circuito a seguir. Inicialmente importante que a chave L esteja aberta (chave geral).

2) Ligue o boto de simulao e em seguida a chave L, e verifique o funcionamento atravs das chaves R, A e B.

3) Concluses:

Experincia 04: SCR em CC - Biestavel1) Abra o arquivo ExpEI09 (MultiSIM2001) e identifique o circuito a seguir.

2) Inicie a simulao e verifique o funcionamento co circuito atravs dos Push Bottom A e B.

3) Concluses:

Parte inferior do formulrio

4. SCR - Disparo por CC - Carga CA Como foi visto anteriormente, quando o disparo em CC com carga CC , necessrio circuito de reset para cortar o SCR, ao mesmo tempo no necessrio manter corrente no gate. Quando o disparo por corrente contnua (CC) mas a carga CA, para manter o SCR conduzindo necessrio manter sinal no gate, pois se o sinal de gate for retirado, o SCR cortar quando a tenso de anodo passar por zero. A Fig1a mostra um circuito com disparo CC e carga CA e a Fig1b a forma de onda na carga quando a chave CH fechada num instante t1 e aberta em t2.

( a )

( b )

Fig01: Disparo por CC com carga CA ( a ) circuito ( b ) forma de onda

No circuito da Fig1a observar que, ao fechar a chave o SCR s disparar se a tenso de anodo for positiva. A partir desse instante toda a tenso da rede cair sobre a carga e a tenso no SCR ser de aproximadamente 1V. Se a carga for resistiva podem ocorrer picos de corrente excessivamente altos os quais podem destruir o SCR e/ou a carga. Para evitar isso que existem circuitos que s disparam o SCR quando a tenso da rede for prxima de zero, chamados de ZVS ( Zero Voltage Switch ). 4.1. Disparo CA - Carga CA - Retificador Controlado Meia OndaNo disparo por CA a alimentao de anodo e de gate obtida da mesma fonte senoidal. O controle de disparo feito controlando-se o instante (ou o angulo de disparo) em que o SCR gatilhado no semi-ciclo positivo. Para melhor compreenso vamos supor que o SCR da Fig2 entra em conduo no instante que a tenso de entrada estiver passando por um angulo de fase (F, chamado de ngulo de disparo. A conduo comea nesse ponto e termina quando a tenso de anodo cair abaixo da tenso de manuteno, UH, que consideraremos desprezvel face tenso de pico da rede, VM.A Fig2b mostra as principais formas de onda referentes Fig2a.

( a )

( b )

Fig02: Disparo por CA com carga CA ( a ) circuito genrico ( b ) formas de onda de entrada e carga

Tenso Media na Carga (VDC)A tenso na carga tem um valor mdio (V DC) e um valor eficaz (V RMS) que podem ser calculados usando o calculo diferencial e integral. Atravs do clculo diferencial e integral pode-se demonstrar que a tenso mdia (contnua ) na carga calculada por :

VDC == tenso mdia (contnua ) na carga

Obs: A tenso mdia a tenso que ser medida por um voltmetro CC.

Por exemplo se (F = 0 resulta VDC= e a forma de onda corresponde forma de

onda de um retificador meia onda com diodo comum.Se (F = 180 resulta VDC = 0, isto , no existe tenso na carga.

Tenso Eficaz (VRMS)Por clculo integral tambm obtm-se a expresso que d a tem eficaz (VEF ou VRMS) na carga:

VRMS == tenso eficaz na carga

Por exemplo se (F = 0 VRMS =que igual ao mesmo valor da tenso

do retificador de meia onda.Se (F = 180

VRMS = 0

Obs: A tenso eficaz est relacionada potncia dissipada na carga

Exerccio ResolvidoConsidere que no circuito da Fig2a o angulo de disparo 60 e que RL=100(. Calcular : a) Tenso e corrente contnua na carga b) Potncia dissipada na carga

Dados : ve =110,senwt(V)

Soluo: a) (F = 60, cos60 = 0,5 VM =110.senwt(V

logo IDC = 37V/100( =0,37A

=. =75V

PD === 56,25W

Retificador Controlado de Onda Completa em PonteUm melhor aproveitamento da tenso da rede ser obtido se incluirmos um retificador de onda completa antes da carga como indicado na Fig3.

( a )

( b )

Fig03: Retificador de onda completa ( a ) circuito genrico ( b ) formas de onda de entrada e carga

Neste caso a tenso continua e a tenso eficaz na carga so calculadas por:

VDC == tenso continua na carga

VRMS == tenso eficaz na carga

No caso de (F = 0 VDC =e

VRMS =

que so os mesmos valores do circuito retificador de onda completa.

No caso de (F = 180 VDC = 0 e VRMS = 0 Experincia 01: SCR com Disparo por CC com Carga CA1) Abra o arquivo ExpEI09 (MultiSIm2001) e identifique o circuito a seguir.2) Inicie a simulao, observando as formas de onda do gerador (azul) e na carga (vermelho). Verifique o funcionamento ligando e desligando a chave B. Ateno para que a chave seja ligada a janela deve estar ativada (parte superior da tela azul, caso esteja cinza clique com o mouse na rea cinza). E dar a concluso:

4. Exemplos Prticos:CIRCUITO 1: Neste circuito o angulo de disparo no mximo 90, pois a tenso de anodo e a tenso de gate esto em fase. O diodo protege o gate de tenso reversa no semiciclo negativo. Se RV aumentar o angulo de disparo aumenta, pois ser necessrio mais corrente ( portanto mais tenso) para disparar o SCR.

Fig01: Circuito de disparo1CIRCUIT 2: No circuito a seguir o capacitor atrasa a tenso de gate em relao tenso de anodo , permitindo que o SCR possa disparar alm de 90 no semiciclo positivo. No semiciclo negativo O diodo D1 impe sempre as mesmas condies iniciais no comeo de cada semi ciclo positivo.

Fig02: Circuito de disparo2CIRCUITO 3: O circuito da Fig3 permite um controle de disparo de quase 0 a quase 180, permitindo um controle da potncia de aproximadamente mxima potncia a quase zero.

5.DISPARO POR PULSOEm algumas aplicaes importante que o angulo de disparo no se altere quando trocamos um SCR por outro (de mesmo nome).Um exemplo em retificao polifsica controlada, o angulo de disparo deve ser igual em todas as fases. Devido s diferenas existentes nas caractersticas de gate entre SCRs da mesma famlia, se usssemos os circuitos anteriores caso o SCR fosse trocado o angulo de disparo mudaria. A diferena tanto maior quanto mais lenta for a variao da tenso de gate. A Fig4 mostra como a velocidade da tenso (dv/dt ) influencia o angulo de disparo.

Fig4: Influncia da velocidade de crescimento da tenso de gate na mudana do angulo de disparoPodemos notar na Fig4 que o retardo introduzido ((t ) quando o disparo feito por pulso praticamente nulo, isto , caso o pulso tenha amplitude e durao suficientes ao ser aplicado dispara todos os SCRs no instante que aplicado independentemente da amplitude da tenso de disparo de gate (VGT). As diferenas existentes nas caractersticas de gate no influenciam no angulo de disparo quando este feito por pulso. A Fig5 mostra o circuito de disparo por pulso mais simples.

Fig5: Circuito de disparo por pulso.

Fig6: Forma de onda do circuito da Fig5

Da Fig6, importante observar que o primeiro pulso que dispara o SCR, quando comea o semiciclo, os pulsos subseqentes no afetam mais o circuito. importante notar tambm que no final do ciclo como a tenso no Zener (e conseqentemente no UJT ) vai a zero, nesse instante o capacitor estar descarregado totalmente, e portanto quando se iniciar novo semiciclo as condies iniciais sero as mesmas. Este sincronismo importante para que o ngulo de disparo no mude de ciclo para ciclo, o que ocorreria se a alimentao do UJT fosse obtida de um circuito parte.

6.TRANSFORMADOR DE PULSO

Deve ser usado quando houver necessidade de isolar o circuito de controle do circuito de potncia, ou ainda quando a tenso CC em RB1 , estando o UJT cortado, for suficiente para disparar o SCR. Os transformadores de pulso so usualmente do tipo 1:1 (um secundrio) ou 1:1:1 (dois secundrios). Uma aplicao importante desses dispositivos quando se deseja disparar dois SCRs em anti-paralelo, como na Fig7. Observe que no possvel a ligao do mesmo circuito de disparo no gate dos dois SCRs pois isso colocaria em curto circuito o anodo e o catodo dos dois SCRs. A soluo o uso de um transformador de pulso 1:1:1 como na Fig1.23b. O circuito de disparo o mesmo da Fig1.21 com o resistor RB1 sendo substitudo pelo primrio do transformador.

( a )( b )

Fig7: Disparo de SCRs em antiparalelo usando transformador de pulso

No semiciclo positivo da tenso de entrada dispara o SCR1 para um determinado angulo de disparo (F. Observe que os dois SCRs recebem pulsos positivos, mas s aquele com anodo positivo em relao ao catodo conduz conduzir. No semiciclo negativo ser o SCR2 que dispara para o mesmo angulo de disparo. A Fig8 mostra a forma de onda na carga para o circuito da Fig7b.

Fig8: Forma de onda no disparo por SCRs em antiparalelo usando transformador de pulso 1:1:1

Parte inferior do formulrio

7. DIAC:O Diodo de quatro camada bilateral (DIAC = DIode AC) um dispositivo de quatro camadas que pode conduzir nos dois sentidos quando a tenso aplicada, com qualquer polaridade, ultrapassar um determinado valor chamado de tenso de breakover( UBO), voltando a cortar quando a tenso (corrente) cair abaixo de um valor chamado de tenso (corrente) de manuteno , UH (IH).A Fig1 mostra a estrutura interna, o smbolo e a curva caracterstica.

( a )

( b )

Fig1: DIAC - ( a ) Estrutura e smbolo - ( b ) Curva caracterstica

8. TRIAC Quando necessrio controlar a potncia em uma carga AC, com corrente nos dois sentidos, pode ser usado o circuito visto com dois SCRs em antiparalelo ou usar um TRIAC. O TRIAC desta forma pode ser entendido como sendo equivalente a dois SCRs ligados em anti-paralelo.

( a )

( b )

Fig2: Controle de potencia para carga AC - ( a ) Com dois SCRs em anti paralelo - ( b ) Com um TRIAC

O TRIAC tambm pode ser entendido como um DIAC no qual foi adicionado um terminal de controle permitindo disparar o dispositivo com diferentes valores de tenso. Como o TRIAC dispara com tenso positiva ou negativa no tem mais sentido em falar em anodo ( terminal +) e catodo ( terminal - ), ao invs disso os dois terminais so chamados de terminal principal 1 (T1) e terminal principal 2 ( T2).

O TRIAC tambm pode ser entendido como sendo um DIAC com o terminal de controle ( gate ), permitindo desta forma controlar a tenso de disparo, pois assim como no SCR, com IG = 0, para disparar o TRIAC necessrio uma tenso entre T2 (terminal principal 2) e T1(terminal principal 1) muito alta. Com IG ( 0 diminui o valor da tenso entre T2 e T1 que dispara o TRIAC.O TRIAC pode ser posto em conduo tanto para tenso de gate positiva ou negativa independentemente da polaridade de T1 em relao a T2, desta forma existem quatro modos de se disparar um TRIAC, os quais esto indicados na Fig1.27.Como a corrente principal ( IT ) tem influencia sobre a corrente de gate, o valor da corrente de gate necessria para disparar o TRIAC diferente, dependendo do sentido relativo de ambas as correntes. Se a corrente principal est em concordncia com a de gate (modos a e b), ser necessrio uma corrente menor, caso contrrio (modos c e d) a corrente de gate dever ser maior. Por isso mesmo os modos preferidos so os modos a e bA figura a seguir mostra um exemplo de encapsulamento de TRIAC.

Fig3: TRIAC -TO-2208.1. CIRCUITOS COM DIAC E TRIAC1) CHAVE ESTTICA ASSINCRONA

O uso do TRIAC como chave assncrona em circuitos CA leva algumas vantagens em relao chave mecnica. Permite por exemplo controlar grandes potncias a partir de potncias relativamente pequenas, TRIAC no apresenta trepidao (o que acontece com um rel) ao conduzir, no h aparecimento de arco voltaico (o que acontece com um rel), permitindo um grande nmero de operaes. A grande desvantagem a dissipao de calor, sendo necessrio o uso de dissipador. Outra desvantagem a possibilidade de aparecimento de grandes picos de corrente ao ligar o circuito a primeira vez, principalmente no caso de circuitos resistivos.

Fig4: TRIAC como chave esttica assncronaA chave CH na Fig4 pode ser uma chave comum, um reed switch, termostato, etc. O controle de gate pode vir de um transistor, termistor, sensor de luz ou de um circuito lgico.2) CHAVE ESTTICA SNCRONA

O TRIAC operando no modo assncrono tem como principal inconveniente o fato da possibilidade de serem gerados surtos de corrente muito elevados no instante que o TRIAC chaveado, principalmente se no instante que o TRIAC for gatilhado a tenso da rede estiver passando por um pico e a carga for resistiva. No modo sncrono o TRIAC chaveado quando a tenso da rede estiver passando prximo do zero, da os circuitos que efetuam este tipo de controle serem chamados de Zero Voltage Switching (ZVS). Na Fig5 o circuito ZVS comanda o disparo do TRIAC somente quando a tenso de entrada estiver passando prximo de zero, no deixando o TRIAC disparar se a tenso de entrada for muito alta.

Fig5: Chave sincrona 3)Controle de Potencia - Dimmer

A luminosidade de uma lmpada pode ser controlada atravs da variao da potncia eltrica que lhe entregue, e isso pode ser feiro alterando-se o angulo de disparo durante cada semi ciclo.

A Fig6 mostra um circuito simples que controla a potncia de uma lmpada.

Fig6: Circuito de controle de potencia - DimmerNa Fig6, o capacitor C1 carregado ( no semiciclo positivo ou semiciclo negativo) atravs do potencimetro de controle Rv e a resistncia R1, C2 se carrega depois gerando um atraso.Aps um tempo o DIAC dispara quando a tenso no capacitor C2 atingir a tenso de disparo (breakover). O capacitor C2 se descarrega atravs do DIAC e no gate do TRIAC disparando-o para um determinado angulo de disparo. A mudana brusca de corrente de zero para um determinado valor produz radio freqncia (RF) que causa interferncias em aparelhos de radio colocados na mesma rede. O indutor Lf e o capacitor Cf funcionam como um filtro que reduz essa interferncia a um nvel aceitvel

Fig7: Circuito de controle de potencia com filtro de RF (Lf e Cf)A figura a seguir mostra as formas de onda da tenso na carga para um determinado angulo de disparo.

Fig8: Formas de onda da tenso na carga para um angulo de disparo4) Luz Crepuscular

No circuito da Fig9 a luz acende automaticamente quando escurece e apaga quando amanhece. Quando o LDR iluminado, a sua resistncia diminui desta forma impedindo que o capacitor se carregue desta forma a tenso de disparo do DIAC no atingida, a lmpada permanece apagada. Na ausncia de luz, a resistncia do LDR aumenta permitido que a tenso no capacitor possa atingir a tenso de disparo do DIAC desta forma disparando o TRIAC. Se o LDR for iluminado novamente a lmpada apagar.

Fig9: Luz crepuscular com DIAC e TRIAC 9.Caractersticas dos Sensores

Um sensor ou um dispositivo de captao um transdutor que converte um parmetro fsico, tal como calor, luz ou movimento de um ponto de teste para uma forma adequada para medida atravs do instrumento de medida. Na maioria dos casos, a converso das sadas do sensor feita em alguns tipos de sinais eltricos. Portanto, natural esperar que existem circuitos eletrnicos envolvidos com o processamento dos sinais dos sensores.

Existem vrios tipos diferentes de sensores sendo utilizados na indstria. Alm disso, novos tipos de sensores esto sendo desenvolvidos. Os sensores so elementos chaves em qualquer tipo de sistema de controle, automtico ou manual. Em geral, um sensor pode ser identificado como um sensor ativo ou passivo, dependendo se o sensor necessita ou no de uma alimentao, alm do sinal a ser medido.

O Sistema de Treinamento em Sensores SD-7110 rene todos os tipos de sensores disponveis na indstria e apresenta-os aos usurios atravs de teorias bsicas, e experimentos aplicativos prticos e compreensivos. A maneira como os materiais so apresentados neste manual devem ser facilmente compreendidos e seguidos. Alm disso, uma seo separada, Seo 2, dedicada ao detalhamento dos circuitos eletrnicos que so especialmente envolvidos com o processamento dos sinais de sada dos sensores para o prximo estgio.9.1 Sensores de Temperatura

9.1.1Termopares

Teoria

Um termopar um par de diferentes condutores unidos em dois pontos. Uma fora eltrica, com amplitude tipicamente em milivolts, produzida na juno devido a efeitos termo-eltricos quando as junes esto a certa temperatura. Um exemplo de par de condutores termopares pode ser a combinao de cobre e constantano. Cada combinao nica de materiais precisa de uma tabela de converso para converter as leituras de milivolts para temperaturas absolutas. Uma construo tpica e o conceito dos efeitos termo-eltricos so mostrados na Figura 1-1.

Figura 1-1 Construo Tpica de um Termopar e o Conceito dos Efeitos Termo-eltricos

Caractersticas

Pequeno no tamanho, oferece uma ampla faixa de medida de temperatura, at vrias centenas de C. Quando converter milivolts para graus, assegure-se de que no exista confuso entre temperatura absoluta e aumento de temperatura.

Uso

Principalmente aplicaes industriais.

9.1.2.TermistoresTeoria

A condutividade de materiais semicondutores varia significantemente com a temperatura. Embora tal variao , em geral, uma limitao do uso de dispositivos semicondutores em alguns circuitos, esta propriedade dos semicondutores oferece utilidade em medidas de temperatura. Um termistor um componente eletrnico cuja resistncia eltrica depende da caracterstica condutividade versus temperatura do semicondutor.

Dois tipos de termistores esto disponveis dependendo da direo da variao da resistividade:

- Tipo NTC (Coeficiente de Temperatura Negativa): A resistncia de um termistor NTC diminui quando a temperatura aumenta.

- Tipo PTC (Coeficiente de Temperatura Positivo): A resistncia de um termistor PTC aumenta quando a temperatura aumenta.

A resistncia de um dispositivo NTC como uma funo da temperatura expressa como

a seguir:

Da equao acima, o coeficiente resistncia - temperatura definido como:

Deve ser notado que a resistncia inversamente proporcional ao quadrado da temperatura.CaractersticasAs curvas caractersticas dos termistores NTC e PTC so mostradas na Figura 1-2. Devido ao fato dos termistores dissiparem calor, a especificao de potncia do termistor deve ser considerada quando da escolha de um termistor. Potncias tpicas esto na faixa de algumas dezenas de miliwatts a alguns watts.

Uso

Os termistores so usados em circuitos eletrnicos como elementos de compensao de temperatura. Os termistores PTC tambm so encontrados em circuitos de controle automtico de temperatura como uma fonte de calor controlada.

9.1.3.Semicondutores de Juno P-NTeoria

As caractersticas de um dispositivo de juno P-N variam como um funo da temperatura. Por exemplo, a corrente de emissor IE de um transistor expressa como a seguir:

A equao acima implica na relao no linear entre a condutividade e a temperatura do transistor. A Figura 1-3 mostra a estrutura interna de um sensor de temperatura de juno P-N.

Caractersticas

Pequeno no tamanho, mas um sensor de temperatura de preciso. Resposta rpida. As caractersticas de no linearidade devem ser compensadas pelo uso um amplificador operacional apropriado. Faixa de medida relativamente estreita: O 120C.

Uso

Propsito geral. Algumas vezes para instrumentao mdica. 9.2.1 Foto Sensores

Os foto sensores respondem a incidncia de energia luminosa, e produzem um sinal eltrico como resultado. A intensidade de um sinal de sada proporcional a intensidade da luz. Alguns foto sensores possuem incorporados transmissores e receptores de luz. Os foto sensores podem ser classificados em termos do sensor tico, infravermelho ou laser dependendo dos comprimentos de onda utilizados.

9.2.2. LEDs e Foto Transistores

Teoria

Na Figura 1-4, duas tcnicas diferentes de deteco de um objeto so mostradas. No primeiro mtodo, Figura 1-4 (a), o sinal de luz transmitida a partir da fonte interrompida pelo objeto. Portanto, a deteco de um objeto representada pela no existncia da energia luminosa no receptor (foto transistor). De modo oposto, o segundo mtodo baseado na existncia do sinal de luz na extremidade receptora. Na Figura 1-4 (c), a fonte de luz e o receptor so posicionados de tal modo que a partir ca reflexo no objeto, a luz alcance o receptor.

Caractersticas

Sensores infravermelho ou laser so mais preferidos do que os sensores que trabalham com espectros de luz visveis, devido a performance superior dos sinais infravermelho ou laser na presena de luz visvel no desejada. Algumas vezes, a modulao de pulso com uma deteco sincronizada usada quando uma aplicao no pode tolerar nenhum erro. O mtodo (b) acima mais fcil de se configurar do que o mtodo (c). Entretanto, o mtodo (c) oferece melhor sensibilidade de distncia com relao ao mtodo (b). Em geral, os foto sensores so menos sensveis a temperatura ambiente. Entretanto, eles so mais sensveis a sujeira e vibrao mecnica.

Uso

Foto sensores so usados em chaves de proximidade, e na deteco de um objeto em movimento. Os foto sensores tambm so usados nas medidas de distncia.

1-2-2 CdS e Clulas Solares

Teoria

Clulas CdS e Solar so usadas para detectar a intensidade de energia luminosa. Quando uma aplicao precisa capturar imagens, um Videocon ou um dispositivo CCD pode ser usado como foto sensor. Estes dispositivos so mais freqentemente encontrados em cmeras de vdeo. Mais informaes sobre Clulas CdS e Solar so dadas na Figura 1-5.

Caractersticas

Clulas CdS so disponveis nas potncias de algumas dezenas de miliwatts a alguns watts. Algumas vezes este nvel de potncia alto o bastante para que os sinais detectados possam drenar um rel diretamente.

Os ingredientes bsicos das clulas solar so silcio e glio de alta pureza. A eficincia de energia tpica de uma clula solar de cerca de 7 15%, e a densidade de potncia de aproximadamente 100mW ,2.

Uso

As clulas CdS so encontradas em chaves de controle automticas na iluminao de ruas. Outras reas de aplicaes so como foto chaves em dispositivos de medida de intensidade luminosa assim como em controladores de iluminao interiores automticos.

9.3.1Sensores de Rotao

Encoders de rotao so usados tanto na deteco de posio angular de um disco rotativo, como para ler a velocidade angular (em RPM) de um objeto em rotao. A deteco de um movimento rotativo feito por vrios mtodos diferentes: contato, magntico ou tico. Os tipos magntico ou tico de detectores so discutidos nesta seo.

9.3.2. Encoder Tipo Magntico TeoriaComo mostrado na Figura 1-6 (b), um encoder rotativo tipo magntico faz uso de um sensor HalI e um tambor magntico. O tambor magntico possui um certo nmero de pequenos ms colocados numa certa ordem. O sensor HaIl est localizado prximo ao tambor. Quando o tambor gira, e os campos magnticos dos plos N- e S- do m passam pelo sensor Hali, a resistncia do sensor HalI varia e a variao detectada, indicando que o tambor est em movimento de rotao. Algumas vezes, este tipo de sistema projetado para incluir sinais de fase para determinar a direo de rotao tambm.

Caractersticas

O sensor Hali sensvel as variaes de temperatura. Portanto, um circuito de deteco necessita possuir um amplificador diferencial, ou um circuito ponte. A vantagem deste tipo de encoder a durabilidade versus a vibrao mecnica, alm da performance superior em alta velocidade. Alm disso, enquadra-se bem em circuitos de servo controle do tipo digital porque a sada normalmente digital.

Uso

Deteco de velocidade de servo motores AO / DC. Medidas de RPM de motores em geral.

9.3.3. Encoder Tipo tico Teoria

Um encoder rotativo tico um disco com um certo nmero de pequenos cortes retngulos colocados ao redor do disco como mostrado na Figura 1-7. A luz emitida pela fonte recebida pelo sensor atravs do corte retngulo somente quando o corte est alinhado com a fonte e o sensor. Um pulso gerado quando a luz alcana o receptor. Como o disco gira, a velocidade de rotao interpretada pelo nmero de pulsos que ocorrem por minuto ou segundo. Portanto, bvio que quando mais cortes no disco, a resoluo da leitura de velocidade melhor. Entretanto, a contagem de pulso no transporta nenhuma informao relacionada a direo de rotao. Tal informao usualmente proporcionada por um outro sinal no encoder.

CaractersticasEncoders ticos rotativos no so muito sensveis a temperatura ou vibrao mecnica. O disco leve, e portanto, ele pode comear a girar e parar sem atraso. Isto minimiza erros nos dados. Alm disso, fcil girar o disco.

UsoDeteco de velocidade e posio de pequenos motores DC e mquinas rotativas.

9.4.1Sensores de VibraoQualquer dispositivo que responda a vibrao e produza um sinal que possa ser utilizado considerado como sensor de vibrao. Por exemplo, um microfone e um transreceptor ultrasnico so sensores de vibrao. Devido ao fato do ouvido humano no poder responder ao sinal ultra-snico, um sensor ultra-snico vantajoso quando a interferncia de sinais audveis torna-se um problema. Por outro lado, um sensor ssmico que responde a freqncias muito baixas de um terremoto tambm um sensor de vibrao.

9.4.2.Sensor Ultra-snico TeoriaA estrutura interna e um circuito equivalente de um sensor ultra-snico mostrado na Figura 1-8. Os elementos vibrantes so feitos de duas placas finas. Estas placas podem ser tanto elementos piezoeltricos como a combinao de um piezoeltrico e uma placa de metal. Estas placas comeam a vibrar quando um sinal eltrico com uma freqncia prxima a freqncia caracterstica do elemento piezoeltrico aplicada as placas. Como as placas vibram, a energia propagada atravs da tela.

O processo de recepo o oposto do processo de transmisso. Quando um sinal sonoro ultra-snico atinge o elemento piezoeltrico, o elemento gera um sinal eltrico que idntico freqncia do sinal recebido. A faixa de freqncia tpica da operao de um sensor ultrasnico de 38kHz 45kHz.

CaractersticasSinais ultra-snico no interferem com outros sinais acsticos na faixa de udio de 50Hz a 15kHz. Alm disso, sinais ultra-snicos so menos susceptveis a sinais que operem em 20kHz ou abaixo. Sinais ultra-snicos exibem excelentes caractersticas de reflexo e so insensveis a presena de sujeira.

Uso

Os sensores ultra-snicos so usados na identificao de objetos, e em dispositivos de medida de distncia. Alm disso, os sensores ultra-snicos so encontrados em controladores remotos, e em alguns equipamentos mdicos.

9.4.3.Sensor de Vibrao

Teoria

Os sensores de iibrao respondem s ondas propagadas atravs do ar ou em outros meios. Um exemplo o microfone, que um transdutor eletro acstico que responde as ondas sonoras e as convertem para ondas eltricas. A estrutura interna de um microfone mostrada na Figura 1-9 (b).

Um dispositivo similar ao microfone mas operando a uma freqncia muito baixa (faixa de alguns Hz) tambm um tipo de sensor de vibrao. Quando um dispositivo deste tipo submetido a uma onda de choque, uma bobina mvel colocada dentro de um campo magntico produz uma fora eletromotriz. Este tipo de dispositivo usado em levantamento topogrfico.

Um sensor de choque construdo baseado no efeito piezoeltrico. Uma tenso piezoeltrica, que proporcional a intensidade da onda de choque de entrada, produzida na freqncia caracterstica do sensor.

CaractersticasA sada tpica de um microfone cerca de 1 mV 1 0mV numa faixa de freqncia de 50Hz~15kHz. A freqncia e a intensidade do sinal variam de acordo com as ondas sonoras. A sada de freqncia de um microfone uma representao exata da freqncia de uma fonte sonora.A freqncia de sada de um sensor de choque baseado em piezoeltrico a caracterstica de freqncia do prprio elemento piezoeltrico. Somente a amplitude do sinal varia dependendo da amplitude da onda de choque de entrada. Um detector de choque requer um detector de pico, porque encontrar o pico de um choque o objetivo principal. A resposta em freqncia tpica de um elemento sensor de algumas centenas de Hz a alguns kHz, e a amplitude pode ser to alta quanto algumas centenas de mV em nvel de choque de 40G.Uso

9.5.1.Sensores de Gs

Existe um certo nmero de diferentes sensores de gs disponveis no mercado. O mtodo de deteco varia dependendo do tipo de sensor usado. Nesta seo, um sensor de gs baseado em semicondutor explicado.Teoria

O principio de operao do sensor semicondutor TGS-813 baseado nas propriedades dos elementos Irdio (lr-)e Paldio (Pd). Como mostrado na Figura 1-lO(a), o elemento sensor essencialmente uma construo de uma bobina aquecedora embutida em Sn02. A bobina aquecedora feita de Ir e Pd. Quando a corrente flui na bobina aquecedora em uma dada temperatura, o oxignio retira os eltrons do doador na superfcie do elemento semicondutor, criando uma barreira de potencial. Devido a barreira de potencial dificultar o movimento dos eltrons livres, a resistncia eltrica do elemento aumenta.

Figura 1-10 Construo e Caractersticas do Sensor de GsCaractersticasO sensor de gs apresenta uma resistncia eltrica em uma dada concentrao de gs num ambiente limpo. A sensibilidade do sensor pode ser afetada pela temperatura e umidade relativa ambientes. Portanto, a rede de compensao necessria quando uma deteco precisa necessria, O sensor tipo TGS requer cerca de 2 3 minutos de aquecimento para melhorar a preciso. Tipicamente, o resistncia do elemento aumenta cerca de 20% aps o tempo de aquecimento.

Uso

Deteco de LNG, LPG, gs metano, CO, H, etc.

9.6.1.Sensores de Umidade TeoriaA construo de um dos mais populares sensores de umidade mostrada na Figura 1-11 (a). No centro est o elemento sensor construdo em furos microscpicos. Estes furos so feitos de xidos de metal de MgCr2O4 e TiO2. O elemento sensor est posicionado entre dois eletrodos que so fabricados de RuO2. Finalmente, um elemento aquecedor limpante cobre a estrutura toda.

O tamanho dos furos na superfcie do elemento sensor da ordem de 1 mm ou menor. A condutividade entre dois eletrodos varia quando estes furos atraem misturas. A taxa de variao da condutividade devido a alterao da umidade no linear, e isto requer um amplificador de compensao. O objetivo do aquecedor Hmpante remover partculas indesejveis coletados pelo sensor.

CaractersticasO elemento sensor conectado a uma fonte de tenso AC em srie com um resistor. O sinal de entrada usualmente obtido em um ponto do divisor de tenso. Um amplificador logartmico usado para linearizar a sada do sensor.

UsoInstrumentos de medida de umidade, sistema de controle de umidade e controle de umidade em aplicaes mdicas.

9.7.1.Sensores de PressoDois tipos de sensores de presso esto disponveis neste momento: o primeiro tipo a clula de carga que normalmente usada em balanas eletrnicas. O outro tipo um sensor baseado em tecnologia de estado slido que usado em medida de presso de gs e lquido. O sensor do tipo semicondutor de estado slido coberto nesta seo.

TeoriaSensores de presso baseados em semicondutor fazem uso do efeito piezeltrico do material semicondutor que exibe variao de resistncia para uma dada presso aplicada. A Figura 1-12 mostra um tipo de sensor de presso semicondutor no qual um diafragma de ao inoxidvel transmite a presso para o chip semicondutor na extremidade. Na Figura 1-13, o circuito mostrado usado com o sensor para produzir um sinal detectvel.

Caractersticas

Este sensor mecanicamente compacto e destinado a uma ampla faixa de aplicaes. Particularmente, o sensor trabalha muito bem na deteco de presso de gases e lquidos. Este sensor tem resposta rpida tipicamente na faixa de 1 a 10 milisegundos.

UsoAplicaes de controle de fluido, teste de fuga de fluido, verificao do nvel e presso de um tanque de armazenamento.

9.8.1. Sensores de Proximidade

A sada de um sensor de proximidade do tipo liga e desliga o sinal. Por esta razo, um sensorde proximidade essencialmente uma chave de proximidade. Uma chave de proximidade gera sinais de liga / desliga sem nenhum contato direto de um objeto.

Tipos e Caractersticas

(1) Chave de Proximidade Tipo CapacitnciaTeoriaEste tipo de sensor detecta uma variao na reatncia capacitiva dos eletrodos do sensor. Como mostrado na Figura 1-14 (b), uma ponte balanceada com capacitores de referncia (Cs) e de deteco (Cd), comuta para um estado de desbalanceamento quando Cd varia devido a proximidade de um objeto. Uma vez que a ponte drenada para um estado de desbalanceamento, a sada da ponte direcionada aos terminais a e b.

Na Figura 1-14 (a), a capacitncia entre o objeto e o eletrodo calculada pela seguinte equao quando a rea da superfcie de aproximao do objeto muito maior que a rea do eletrodo.

Onde:

A = rea do eletrodo em cm2D = distncia entre o objeto e o eletrodo em cm

CaractersticasA faixa de deteco do sensor tipicamente de alguns milmetros. Alm disso, somente objetos metlicos podem ser detectados. Um objeto com tamanho grande que apresente um alto valor de capacitncia com relao ao terra detectado mais facilmente. Pelo motivo da constante dieltrica do meio poder ser afetada pela umidade, operaes errneas podem ocorrer quando este tipo de sensor usado em ambiente com alta umidade.(2) Sensores de Proximidade Tipo Oscilador Teoria

Este tipo de sensor possui um oscilador que oscila em uma freqncia constante. Quando um objeto aproxima, a indutncia da bobina de deteco varia e portanto, a freqncia do oscilador tambm varia. Uma chave de proximidade tipo oscilador mostrada na Figura 1-15.

A freqncia do oscilador e o Q do circuito so calculados pelas seguintes equaes:

Caractersticas

- Sensvel a materiais magnticos. Um sensor hermeticamente selado pode ser usado em

lquidos tal como leos.

- Pode detectar pequenos objetos. No caso do objeto ser do tipo magntico, o sensor pode

detectar objetos com dimenses de 10 x 10 x 1 mm.

- Resposta de freqncia relativamente rpida (100 900Hz).

1-8-2 Consideraes no Uso de Sensores de Proximidade

Os seguintes parmetros podem ser considerados quando um sensor de proximidade considerado em uma aplicao.

Vantagens dos Sensores de Proximidade

- Por no existir desgaste mecnico, a vida til de uma chave de proximidade muito longa.

- Quando o objeto estiver bem posicionado dentro da faixa de deteco, o sensor pode

detectar no somente a presena, mas tambm o movimento do objeto.

- Por no existir partes em movimento, muito fcil selar o sensor, protegendo-o do ambiente.

- Certos tipos de chaves de proximidade respondem somente a materiais especficos. Tal

propriedade pode ser utilizada para detectar tipos especficos de materiais.

Desvantagens dos Sensores de Proximidade- O desvio da temperatura ambiente pode causar falsa deteco.

- Susceptividade a rudo externo.

- Para controlar corrente ou tenso elevada, um buffer, tal como um rel, necessrio.

- Requer alimentao para energizar o circuito sensor. A confiabilidade reduzida devido ao aumento do nmero de componentes na unidade sensora.

Consideraes no Uso de um Sensor de Proximidade

- A fonte de alimentao usada po circuito sensor deve ter uma boa regulao.

- Quando um sensor deve ser instalado em uma rea quente, ou numa rea com flutuao de temperatura significante, assegure-se de escolher o tipo correto de sensor para o dado ambiente.

- Quando necessrio instalar um sensor prximo a uma rea com pulsos de alta tenso.

ou campos intensos de RF, assegure-se de que as medidas necessrias contra

interferncias tenham sido feitas. O sensor selecionado deve ter urna boa imunidade a

rudo.

- Para o tipo magntico se sensores de proximidade, assegure-se de no existir outros

materiais magnticos ao redor do sensor, porque estes materiais podem causar falsas

deteces.

- Assegure-se de que os sensores usados estejam dentro dos seus limites de especificaes.

- A melhor prtica para garantir a confiabilidade da operao limitar a faixa de deteco ao mxima em cerca da metade das especificaes do sensor.

- Algumas chaves podem apresentar histerese - a distncia de operao do liga e do desliga pode no ser a mesma.

9.9.1Sensores de Efeito Hall Teoria

Se um objeto (metal ou semicondutor) transportando uma corrente i colocada

transversalmente no campo magntico B, um campo eltrico, chamado tenso HalI, induzida sobre a e b na Figura 1-16 (b). Este campo eltrico perpendicular em direo tanto com relao a 1 como para B. Este fenmeno conhecido como efeito HaIl.

Um elemento de resistncia magntica um semicondutor transportando corrente colocado em um campo magntico. Uma fora exercida nos portadores de corrente apesar do portador de corrente ser eltrons ou lacunas livres. Esta fora modificar o caminho de deslocamento das portadoras de tal modo que o comprimento do caminho ser extendido. Por este motivo as portadoras de corrente percorrero uma distncia maior, portanto o objeto apresentar uma resistncia maior.

Dispositivos de efeito 1-lalI so usados em uma configurao de 4 terminais balanceados, ou com uma rede de compensao como mostrado na Figura 1-17.

Caractersticas- Sensores HaH so sensveis a temperatura, portanto, um detector ponte ou uma

rede de compensao necessria.

- Fcil de ser miniaturizado. Ideal como um componente perifrico de um computador.

- A sada mostra uma boa linearidade ao campo magntico.Uso

Medidores de fluxo, FDD e HDD, deteco de rotao de motor, VTR, medidas de corrente.9.10.1.Chaves Sensoras Chave Reed

Teoria

Como mostrado na Figura 1-18 (b), uma chave reed possui dois contatos magnticos colocados dentro de um vidro que selado com algum tipo de gs inerte ou vcuo. Quando um im aproximado da chave, os contatos que so fabricados de material magntico atraem-se mutuamente. Algumas vezes, os contatos reed so envolvidos por uma bobina como mostrado a Figura 1-18 (c). Neste caso, uma corrente DC necessria para fechar os contatos. Este tipo de dispositivo chamado de rel reed. Uma chave reed e um m so normalmente usados como sensor de proximidade.

Caractersticas- A performance do sensor no crtica temperatura e umidade ambiente.

- Confiabilidade com relao ao bom contato.

- Baixo custo.

- Mantm o im permanente livre de entulhos de metal para evitar operao errnea.

9.11.1.Chave de Mercrio

Teoria

A chave de mercrio faz uso da propriedade do mercrio que condutivo na forma liquida. Como ilustrado na Figura 1-19, uma chave de mercrio contm vrios contatos eltricos e uma pequena quantidade de mercrio em um tubo de vidro selado. Dependendo do ngulo do tubo, o mercrio pode proporcionar conexo eltrica entre os dois contatos.

Caractersticas

- Excelente longevidade dos contatos.

- Excelentes caractersticas de liga / desliga.

Controle de posio horizontal, controle de posio em montagem de parede. 1-10-3

Chave de Limite

Teoria

Chaves de limite so similares as micro chaves. Quando a alavanca sensora pressionada pelo movimento, os contatos internos fecham.

Caractersticas

No necessrio fonte de alimentao para operar as chaves de limite. Os contatos podem transportar correntes elevadas. Alm disso a operao liga 1 desliga mais precisa que as chaves push button normais.

Uso

Circuitos de intertravamento, chaves de segurana em mquinas eltricas e mecnicas.

2-1 Circuitos com Amplificadores Operacionais

Um amplificador operacional (Amp. OP) um circuito integrado analgico que executa uma variedade de funes em circuitos eletrnicos. Aplicaes tpicas dos Amp. OP so como amplificador de uso genrico, comparador, retificador de preciso, integrador, diferenciador e amplificador de instrumentao.

Como os sinais de sadas da maioria dos sensores so fracos, eles precisam ser amplificados antes de serem processados por circuitos eletrnicos. Os Amp. OP so usados para amplificar sinais fracos.

2-1-1 Amplificadores Inversores e No InversoresA Figura 2-1 mostra o diagrama esquemtico dos amplificadores bsicos inversor e noinversor. Observe a relao de fase entre a entrada e a sada de cada amplificador. Como o nome sugere, a sada do amplificador no-inversor est em fase com a entrada, enquanto oxiste inverso de fase no amplificador inversor.

Para o amplificador inversor da Figura 2-1 (b), os seguintes parmetros so definidos assumindo um amplificador ideal.

Exemplo

Qual deve ser a tenso de sada V0 quando os seguintes parmetros so dados para o circuito da Figura 2-1 (b)?

2-1-2 Offset da Sada DC

A sada de um Amp OP ideal deve ser zero quando a entrada zero. Entretanto, existe urna pequena sada DC que aparece na sada de um Amp. OP prtico mesmo que a entrada seja zero. Isto porque um Amp. OP possui vrios amplificadores com acoplamento DC internos, e a performance destes amplificadores so afetados pelo desvio na temperatura de operao e na tenso de alimentao. Alm disso, para um amplificador inversor com a entrada no inversora aterrada, existe uma pequena corrente de polarizao fluindo atravs do terminal de entrada (R1) e pelo resistor de realimentao (R2) como mostrado na Figura 2-2. Isto na verdade o mesmo que aplicar uma pequena tenso no terminal de entrada.

A Figura 2-3 mostra uma rede de compensao de offset DC pela adio de R3 na entrada no inversora. O valor de R3 deve ser igual a associao em paralelo dos resistores R1 e R2.

Tcnicas adicionais de compensao de offset DC so mostradas na Figura 2-4 (a) e (b). Estes circuitos possuem ajuste varivel do offset DC, e podem ser usados como circuitos Clipper ou de Clamping tambm.

2-1-3 Amplificador Diferencial

Como o nome indica, um amplificador diferencial amplifica somente a diferena entre as duas entradas (inversora e no inversora). Portanto, quando ambos os sinais de entrada so aumentados ou diminudos na mesma direo, a sada do amplificador diferencial mantm-se a mesma. Os amplificadores diferenciais so crticos na deteco de sinais de fuga na presena do rudo ou outros sinais de interferncia que aparecem em ambas as entradas. Um amplificador diferencial tpico mostrado na Figura 2-5.

O sinal de entrada aplicado s entradas inversora e no inversora. O amplificador

diferencial pode ser analisado observando uma entrada de cada vez. Quando o ponto V2 aterrado e a entrada V2 est em zero, o amplificador essencialmente o mesmo da Figura 2-1 (b). A sada do amplificador nestas condies :

Este resultado indica claramente que a sada do amplificador diferencial a diferena entre as duas entradas, O amplificador diferencial de ganho unitrio pode ser considerado como um subtrator analgico.

2-1-4 Comparador

Um circuito comparador de tenso compara os valores de duas tenses de entrada e produz uma sada que indica a amplitude relativa das duas entradas. A indicao dos resultados pode ser expressa em nveis lgicos O ou 1.

Comparadores usando Amp. OP so mostrados na Figura 2-6.

Na Figura 2-6 (a), quando a entrada maior que o sinal de referncia, a sada ir para +

V, ou ficar prxima da tenso + de alimentao. De modo oposto, quando a entrada

menor que a referncia, a sada ir para -V, ou ficar prxima da tenso - de alimentao. A polaridade da sada do circuito na Figura 2-6 (b) ser o oposto do circuito da Figura 2-6 (a).

A sada do Amp. OP na Figura 2-6 (c) alimenta um diodo zener. Portanto, a sada do zener representa o resultado da comparao. Este tipo de circuito vantajoso quando a sada do comparador fai interface com um circuito TTL. A tenso +V na circuito +5V na aplicao TTL.

2-2 Circuitos Ponte

Um circuito ponte faz uso da tcnica baseada no estado balanceado e no balanceado da ponte. Um circuito ponte mostrado na Figura 2-7.

Para encontrar o valor de R, a ponte deve ser primeiramente balanceada. Uma vez no estado de balanceamento, R pode ser encontrado a partir da relao acima.

Portanto:

O estado desbalanceado do circuito ponte produz informaes igualmente teis. Por exemplo, o valor de R na ponte balanceada teve um pequeno aumento devido a alterao na temperatura ambiente. Isto aumenta o potencial em a, e produz uma corrente I que flui de a para b. No caso de R ter decado, a direo de 19 deve ser de b para a. Portanto, monitorando-se o galvanmetro, qualquer modificao no circuito pode ser detectado.

Exemplo

Calcule o resistor de balanceamento R5 com os seguintes parmetros para obter o estado balanceado.

Se a resistncia a medir R variar para 800, qual deve ser a tenso sobre a b

No exerccio acima, no caso de todos os resistores serem expostos s mesmas variaes ambientais e todos os resistores possurem o mesmo coeficiente de temperatura, ento no existir erro no circuito ponte.

2-3 Conversores A/D e D/A

2-3-1 Conversor A/D

As sadas eltricas da maioria dos sensores so sinais analgicos. Para que sinais analgicos sejam aceitos pelo sistema digital ou controladores micro processados, os sinais analgicos devem ser convertidos em sinais digitais. Um conversor AID usado para este objetivo.

Mtodos de Converso AID

{1) Tipo Comparao Paralela

Teoria

Um conversor ND tipo comparao paralela mostrada na Figura 2-8. Este tipo de tcnica converso, que tambm chamada de converso rpida, a tcnica de converso mais rpida disponvel. Alm disso, a teoria operacional muito simples e fcil de ser compreendida.

O divisor de tenso fornece uma referncia para uma entrada de cada comparador de tenso. O valor de referncia para cada comparador a tenso total entre +Ref e -Ref dividido por n, que o nmero de comparadores. Portanto, o valor de cada ponto do divisor de tenso representa uma faixa especfica do total de tenso fornecida. Todos os valores de resistores de R0 a R devem ser idnticos. A chave de entrada colocada para operar na velocidade do clock do sistema.

A tenso de entrada analgica vinda da chave de entrada aplicada primeiramente ao capacitor A mostrador / Retentor (Sample / Hold - S/H). A tenso de S/H comparada com o valor de referncia em cada comparador. Como resultado, as sadas daqueles comparadores em que o valor de referncia menor que a entrada analgica tornam-se alta. As sadas de todos os outros comparadores mantm-se em zero. As sadas resultantes dos comparadores so encaminhados para um encoder (circuitos lgicos) para gerar um sinal digital equivalente. Uma comparao entre uma entrada analgica e uma forma de onda na Amostragem e Reteno mostrada na Figura 2-9 (a) e (b).

- Como o conversor AID paralelo a tcnica de converso mais rpida disponvel, usada onde a velocidade o item prioritrio.

- O nmero de comparadores necessrios para produzir uma sada digital de n-bits igual

a 21. Isto significa que o conversor A/D paralelo prtico para pequenos nmeros de bits em aplicaes reais.

- Conversores A!D paralelo so caros.

Caractersticas

2) Tipo Dupla Integrao Teoria

Como mostrado na Figura 2-10 (a), um conversor A!D de dupla integrao consiste de um seletor de entrada, um comparador e um contador! controlador lgico centralizado ao redor de um integrador. A temporizao e a forma de onda do integrador so mostradas na Figura 2-10 (b).

Para entender a operao do circuito, assuma que a chave S1 esteja habilitada quando a do capacitor seja zero. Quando a integrao comea e decorre-se um perodo de T segundos, a carga coletada no capacitor dada por:

Onde V. a tenso de entrada em voits e R a resistncia de entrada em ohms.

A seguir, desabilite S1 e habilite S2, e aplique uma tenso de referncia que possui polaridade oposta at que a carga seja drenada para zero. Assumindo que o tempo deste processo seja segundos, a quantidade de carga drenada expressa como:

Caractersticas

- Circuito simples com alta resoluo. Conveniente como medidores de painel digital em multmetros.

- Ruido de alta freqncia removido com perodos de integrao relativamente longos.

- Este circuito adapta-se somente a entradas DC. Quando um sinal AC deve ser medido,

um circuito retificador preciso necessrio.

3) Tipo Aproximao Sucessiva

TeoriaUm conversor AID do tipo aproximao sucessiva consiste de um comparador, um conversor D/A, registrador de aproximao sucessiva (SAR) e circuitos de controle Tal conflgurao mostrada na Figura 2-1 1.

Quando o conversor habilitado e o sinal iniciar converso habilitado, o processo de converso comea. Primeiramente, o SAR gera um cdigo que equivalente a 1/2 do fundo de escala da entrada analgica e envia o cdigo para o conversor D/A. A seguir, o comparador compara a entrada analgica e a sada do DIA. Se o sinal de entrada maior que a sada do 0/ A, 1 armazenado no SAR como o bit mais significativo (MSB). Caso contrrio, o SAR mantm O em seu registrador. Neste momento, a unidade de controle habilita o prximo bit, e o comparador repete o mesmo processo, armazenando 1 ou O. Este processo continua at que o bit menos significativo (LSB) seja examinado, O processo de converso passo-a-passo de um conversorA/D de aproximao sucessiva de 6 bits mostrada na Figura 2-12.

2-3-2 Conversor D/A

Os conversores D/A so mais simples que os conversores AJD, e no existem muitos tipos diferentes. Alm disso, o custo praticamente o mesmo independentemente do nmero de bits do sinal de entrada.

Os conversores DIA so necessrios onde os sinais dgitalizados pelos conversores AID precisam ser convertidos de volta para sinais analgicos.

Teoria

Um conversor D/A ponderado mostrado na Figura 2-13. O conversor consiste de circuitos chaveadores de entrada, um amplificador somador de corrente e um buifer de sada.

A entrada digital de 5 bits na Figura 2-13 est em cdigo binrio, e o somador de corrente na entrada do Amp. OP tambm deve trabalhar em formato binrio. Portanto, quando a corrente atravs do LSB (bit-a) i, os valores dos resistores de Ra a R devem ser determinados para satisfazerem as seguintes relaes de corrente.

Uma vez que as correntes so somadas na entrada do amplificador, a corrente total Is convertida para tenso na sada do amplificador operacional. A tabela na Figura 2-14 ilustra a converso decimal para binria analgica.

Caractersticas:

O conversor D/A nesta seo possui velocidade de converso similar ao conversor A/D. por aproximao sucessiva, mas com um circuito muito mais simples.

Parte inferior do formulrio

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