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Circuitos elétricos e eletrônicos


  Biofísica

A inventividade humana e o conhecimento progressivo da maneira como os materiais reagem Ó eletricidade propiciaram a elaboraþÒo de complexos sistemas de conduþÒo das cargas elÚtricas. Esse desenvolvimento levou a enormes avanþos tecnol¾gicos, nos quais o circuito elÚtrico teve participaþÒo fundamental.
Circuito elÚtrico ou eletr¶nico Ú um determinado agrupamento de componentes de comportamento elÚtrico bem definido e destinado Ó conduþÒo de cargas elÚtricas. Quando sua finalidade se relaciona Ó transmissÒo de potÛncia, tais circuitos denominam-se elÚtricos; quando se destinam ao processamento de sinais elÚtricos, denominam-se eletr¶nicos. Os circuitos elÚtricos sÒo tambÚm denominados circuitos de potÛncia e freq³entemente se empregam associados a circuitos magnÚticos. Por meio deles, pode-se transformar energia mecÔnica em energia elÚtrica e vice-versa, sendo muito utilizados em geradores e motores elÚtricos.


Leis e princÝpios matemßticos. O comportamento idealizado dos circuitos Ú descrito por meio de modelos matemßticos estudados na teoria das redes elÚtricas e eletr¶nicas, nas quais s¾ se consideram as perdas de energia por dissipaþÒo, isto Ú, segundo o fen¶meno de transformaþÒo da energia elÚtrica em energia tÚrmica, de acordo com a lei de Joule. Nessa teoria os componentes ou elementos integrantes do circuito sÒo analisados de um ponto de vista global e evita-se uma abordagem microsc¾pica do material.
As varißveis elÚtricas mais utilizadas na descriþÒo de tais circuitos sÒo a tensÒo ou diferenþa de potencial, Ýndice da energia elÚtrica que um ponto de um circuito possui em relaþÒo a outro ponto anßlogo; e a intensidade de corrente, que expressa a velocidade com que se deslocam as cargas elÚtricas. Para cada componente existe uma equaþÒo que relaciona a intensidade da corrente que circula atravÚs dele com a diferenþa de potencial existente entre seus extremos. Os componentes de um circuito se ligam de duas maneiras distintas: em sÚrie, quando a intensidade de corrente que circula entre seus elementos Ú a mesma; e em paralelo, quando a diferenþa de potencial entre todos os pontos terminais de seus elementos se mantÚm constante.
A anßlise de um circuito utiliza tais equaþ§es e as leis de Kirchhoff. A primeira lei de Kirchhoff sustenta que em um n¾ - ponto em que confluem trÛs ou mais ramificaþ§es de uma rede ou circuito complexo - a soma das intensidades de corrente de todas as ramificaþ§es Ú zero. A segunda enuncia o princÝpio segundo o qual a soma de todas as diferenþas de potencial ao longo de qualquer malha - conjunto fechado de ramificaþ§es - tambÚm Ú nula.
Um problema matemßtico freq³entemente encontrado no estudo dos circuitos envolve o cßlculo dos valores da tensÒo e da intensidade de corrente nos diferentes  pontos de circulaþÒo, uma vez conhecidos seus valores iniciais e as fontes geradoras da tensÒo ou forþa eletromotriz. A resoluþÒo desse problema Ú facilitada com o auxÝlio dos teoremas de ThÚvenin e de Norton, que apresentam como artifÝcio de cßlculo a substituiþÒo de um dipolo, circuito com dois terminais, por outro mais simples, composto de um gerador e um componente eletricamente equivalente ao dipolo inicial.
Os mÚtodos mais modernos da anßlise de circuitos baseiam-se no chamado cßlculo operacional, capaz de transformar complexas equaþ§es integrais e diferenciais em equaþ§es algÚbricas, de resoluþÒo mais imediata, mediante a utilizaþÒo de avanþados conceitos matemßticos, tais como as transformadas de Fourier e Laplace e os n·meros complexos, definidos como express§es do tipo a + bi, em que a e b sÒo n·meros reais e i2 = -1.


Tipos de circuito. Os circuitos sÒo classificados de acordo com diversos critÚrios, como seu comportamento energÚtico, as tÚcnicas utilizadas em sua fabricaþÒo e o tipo de tensÒo a que sÒo submetidos, se alternada ou contÝnua. Quanto ao comportamento energÚtico, os circuitos elÚtricos ou eletr¶nicos se subdividem em ativos, quando sÒo capazes de gerar energia, e passivos, quando absorvem a energia fornecida pelos circuitos ativos. SÒo circuitos ativos os dos geradores, enquanto os das resistÛncias, que dissipam energia elÚtrica em forma de calor, os das bobinas, que armazenam energia em forma de campo magnÚtico, e os dos condensadores, que a acumulam em forma de campo elÚtrico, sÒo exemplos de circuitos passivos.
SÒo bastante diversificadas as funþ§es exercidas pelos circuitos. Destacam-se os circuitos retificadores ou filtros, que selecionam sinais elÚtricos de acordo com sua freq³Ûncia, e os circuitos amplificadores, que aumentam a amplitude de um sinal. De especial importÔncia para o avanþo da informßtica foi o desenvolvimento dos circuitos designados como de comutaþÒo, entre eles os chamados flip-flop e os circuitos l¾gicos. No campo das comunicaþ§es sÒo empregados circuitos tais como os geradores de dentes de serra, os moduladores, os detetores e conversores.
O desenvolvimento de materiais semicondutores, substÔncias cristalinas de condutividade elÚtrica muito inferior Ó dos metais, permitiu a fabricaþÒo de novos componentes fundamentais na engenharia de circuitos, tais como os diodos e os transistores, alÚm dos ditos circuitos integrados, pequenos m¾dulos constituÝdos por grande n·mero de componentes eletr¶nicos colocados sobre a superfÝcie de uma lÔmina ou pastilha.
Estes ·ltimos foram os responsßveis pela miniaturizaþÒo dos circuitos, a qual resultou em enorme diminuiþÒo tanto do preþo como do consumo de energia, alÚm de favorecer o aumento da velocidade e precisÒo com que os sinais elÚtricos sÒo transmitidos e armazenados. Atualmente, pode-se integrar milhares de transistores em superfÝcie de apenas quarenta milÝmetros quadrados, o que permite o processamento de sinais de amplitude mÝnima em comunicaþ§es, informßtica, reproduþÒo de imagem e som etc.

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