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Improvisando componentes (ART371)

O que fazer quando precisamos de um resistor ou de um capacitor de um determinado valor e não o temos em nosso estoque? Muitos montadores, técnicos reparadores podem ter adiado seu trabalho por causa disso, quando a solução estava bem na sua frente. Como combinar componentes de determinados valores para obter outros é algo que todos aprendem nos cursos básicos de eletrônica, mas que poucos usam (ou sabem usar) na prática. Como fazer isso, conseguindo contornar problemas de componentes é o que veremos neste artigo.

 

Os aparelhos eletrônicos já são projetados com certa tolerância o que permite que não precisemos usar componentes de valores absolutamente precisos em suas principais funções.

Assim, se num aparelho comercial "queima" um resistor de 1k podemos perfeitamente experimentar em seu lugar um de 1,2 k ? sem que isso afete de modo sensível o seu funcionamento, o mesmo ocorrendo se precisarmos usar um capacitor de 120 nF em lugar de um de 1 nF.

No entanto, a ausência momentânea de um resistor de 1k ? no estoque, ou de um capacitor de 100 nF não significa que tenhamos de usar o valor comercial mais próximo obrigatoriamente, principalmente se isso já levar a um desvio sensível do desempenho de um aparelho.

Assim, se pudermos contar com o valor original, respeitando-se as tolerâncias, de uma outra forma, que não seja a utilização de valores aproximados de forma experimental, a solução pode estar nas associações.

 

ASSOCIAÇÕES DE COMPONENTES

Em todo curso básico de eletrônica aprende-se que podemos associar componentes em série, em paralelo ou de forma combinada (série/paralelo) obtendo assim valores diferentes dos originais.

Estes valores são calculados por meio de fórmulas que dependem da forma como eles são ligados e do tipo de componente considerado.

Como os casos mais comuns de associações são as que envolvem resistores e capacitores será justamente delas que falaremos.

Assim, para os resistores, podemos ter as ligações em série e em paralelo que são mostradas na figura 1.

 

Associações série e paralelo de resistores.
Associações série e paralelo de resistores.

 

Na ligação em série as resistências se somam: por exemplo, um resistor de 1 000 ? em série com um de 220 ? resulta em 1 220 ?.

Em paralelo, as resistências diminuem na proporção indicada pela fórmula na figura diagrama. Assim, um resistor de 200 ? em paralelo com um de 300 ? resulta numa resistência equivalente de 120 ?.

Mas, como usar isso, no caso dos resistores?

a) Usando associações de resistores

Na falta de um resistor de 10 000 ?, podemos obter um valor bem próximo desse ligando um resistor de 8 200 ? (valor comercial) em série com um de 1 800 ? ou mesmo 2 200 ?, conforme mostra a figura 2.

 

Obtendo 10 000 ohms com resistores de outros valores.
Obtendo 10 000 ohms com resistores de outros valores.

 

Também podemos usar outros valores que, combinados se aproximem dos 10 000 ? desejados como 4 700 ? em série com 4 700 ? ou 5 600 ? (usando valores comerciais) e até mesmo 3 resistores de 3 300 ?, conforme mostra a figura 3.

 

Outras formas de obter valores próximos a 10 kohms.
Outras formas de obter valores próximos a 10 kohms.

 

Na prática, a montagem dos resistores usados depende da disponibilidade de espaço na placa de circuito impresso. Na figura 4 mostramos como dois resistores que substituem um de valor não encontrado podem ser montados em posição vertical.

 

Modo prático de usar a associação.
Modo prático de usar a associação.

 

Evidentemente, estes casos são válidos para pequenas dissipações e que, portanto ela não precise ser levada em conta. Adiante veremos como deve ser considerada a dissipação nos circuitos de maior potência.

É claro que o leitor deve levar em conta que não precisamos chegar ao valor desejado de forma absoluta, pois temos a tolerância ser considerada. Assim, se ligando 8 200 ? em série com 2 200 ? para substituir um resistor de 10 000 ?, os 10 400 ? obtidos ainda estão bem dentro da faixa de tolerância de 20% que é admitida na maioria dos circuitos.

Se for exigida uma tolerância menor usaremos resistores da precisão desejada e deveremos nos aproximar o suficiente do valor desejado.

O caso da utilização de ligações em paralelo é mais complicado, se bem que o domínio da resolução de equações do primeiro grau seja uma ferramenta importante para isso.

Assim, levamos em consideração a ligação de resistores em paralelo quando desejamos obter uma resistência menor do que a fornecida por um determinado valor de resistência que dispomos.

Por exemplo: podemos obter 10 ? de resistência a partir de um resistor de 12 ? ligado em paralelo com outro, conforme mostra a figura 5.

 

Um problema de associação em paralelo.
Um problema de associação em paralelo.

 

 

Que valor deve ter este outro resistor?

A resolução matemática do problema é a seguinte:

Aplicamos a fórmula:

 

1/R = 1/R1 + 1/R2

 

Nela: R é a resistência que desejamos = 10 ?

R1 é a resistência que temos = 12 ?

R2 é a incógnita, ou seja, a resistência que queremos calcular.

 

Aplicando os valores à fórmula temos:

 

1/10 = 1/12 + 1/R2

 

Isolando o valor de 1/R2

 

1/R2 = 1/10 - 1/12

 

Reduzindo o segundo membro ao mesmo denominador:

 

1/R2 = 12/120 - 10/120

 

Fazendo a subtração:

 

1/R2 = 2/120

 

Tirando o valor de R2

 

R2 = 120/2 = 60 ?

 

Temos então a associação equivalente mostrada na figura 6.

 

Obtendo 10 ohms a partir de resistores de 12 e 60 ohms.
Obtendo 10 ohms a partir de resistores de 12 e 60 ohms.

 

Na prática, de posse de um multímetro e seguindo algumas regras é possível evitar os cálculos demonstrados e obter o par de resistências com mais facilidade.

Vejamos como isso pode ser feito:

* Se temos um resistor de 12 ? e desejamos obter uma resistência de 10 ?, em quanto devemos aproximadamente reduzir o valor que temos para chegar ao desejado?

Para reduzir de 12 para 10 a redução é de 1/6 de 12 ?.

Ora, para obter essa redução devemos ligar em paralelo um resistor 6 vezes maior do que aquele que corresponde ao que desejamos chegar, ou seja, 6 vezes 10 ou 60 ? que é exatamente o calculado!

 

Outro exemplo:

Desejamos obter uma resistência de 800 ? a partir de um resistor de 1 000 ?.

* Para reduzir de 1 000 para 800 temos um fator de redução de 1/5 (em relação ao maior). Isso significa que devemos usar um resistor 5 vezes maior que o valor que se deseja chegar (o menor): 5 x 800 = 4 000 ?. (usamos na prática 3 900 ? que o valor comercial mais próximo).

 

Outro exemplo de associação.
Outro exemplo de associação.

 

(Obs: este procedimento é empírico, ou seja, resulta numa aproximação do valor desejado - para se obter o valor exato, use o multímetro, mas neste caso, o leitor já saberá que o resistor deve ter seu valor, no caso do exemplo, em torno de 4 000 ?).

 

 

b) Usando associações de capacitores

Para os capacitores valem os mesmos procedimentos, com a única diferença de que, no caso dos capacitores as capacitâncias se somam quando os ligamos em paralelo.

Assim, se precisarmos de uma capacitância maior do que aquela fornecida por um capacitor, podemos obter o acréscimo com a ligação em paralelo.

 

Tomemos um exemplo:

Os capacitores são componentes com tolerâncias bastante elásticas (principalmente os eletrolíticos) resultando disso que, num projeto ou num trabalho de reparação não consigamos o desempenho desejado por um capacitor estar com valor real um pouco abaixo do esperado.

É o caso do dimmer mostrado na figura 8, em que não conseguimos reduzir o brilho da lâmpada a zero, porque no máximo da resistência do potenciômetro a constante de tempo do circuito não atinge o período correspondente a meio ciclo (60 Hz).

 

C1 pode gerar problemas na faixa de potência de saída.
C1 pode gerar problemas na faixa de potência de saída.

 

Se trocarmos o capacitor pelo valor comercial imediatamente maior, teremos outro problema: na resistência mínima do potenciômetro a constante de tempo se mantém alta o suficiente para impedir que a lâmpada atinja o brilho máximo?

 

Como solucionar o problema:

Podemos obter um pequeno acréscimo do valor do capacitor ligando outro em paralelo com valor experimentalmente escolhido, conforme mostra a figura 9.

 

Resolvendo problemas da faixa de ajuste.
Resolvendo problemas da faixa de ajuste.

 

Isso, evidentemente é válido para o caso de, num trabalho de reparação ou montagem, usarmos dois capacitores de 4,7 nF em lugar de um de 10 nF desde que haja espaço para a montagem.

Para a ligação em série temos o mesmo procedimento dos resistores em paralelo.

Dois capacitores de 20 e 30 nF ligados em série equivalem a um de 12 nF. ( O cálculo é o mesmo dos resistores, trocando-se as unidades!).

Também é o mesmo o procedimento para se obter "por aproximação" o valor do capacitor que deve ser ligado em série com o que temos para obter o desejado.

 

DISSIPAÇÃO E TENSÃO

Quando associamos resistores em circuitos de baixa corrente a potência dos resistores não é muito importante. Nos circuitos em série e em paralelo, a partir do momento em que os dois resistores usados tenham dissipações iguais ou maiores que os originais não temos problemas a considerar.

Para orientação do leitor podemos dizer que, se os dois resistores forem iguais, a dissipação ficará dividida por 2, conforme mostra a figura 10.

 

Dissipação de calor numa associação em série.
Dissipação de calor numa associação em série.

 

Para resistores de valores diferentes, na associação em série, o resistor de maior valor dissipará maior potência e na associação em paralelo, será o de menor valor.

Assim, no caso paralelo, se valor substituir um resistor de 1 000 ? por um de 1 200 em paralelo com um de 6 000 ?, o de 1 200 ? deve ter a mesma dissipação que o original, mas o de 6 000 pode ser menor, conforme mostra a figura 11.

 

O maior resistor (em valor) dissipa menos calor.
O maior resistor (em valor) dissipa menos calor.

 

Para os capacitores, o importante a considerar é a tensão a que esses componentes ficam submetidos.

Na associação em paralelo, é fácil perceber que os capacitores devem ter as mesmas tensões de trabalho que os originais pois ficarão submetidos todos à mesma tensão conforme mostra a figura 12.

 

Em paralelo todos os capacitores ficam submetidos à mesma tensão.
Em paralelo todos os capacitores ficam submetidos à mesma tensão.

 

Para os capacitores em série, se forem de valores iguais, a tensão ficará dividida por 2.

Se os valores forem diferentes, a tensão ficará dividida de modo proporcional. Lembrando que a relação Q = C/V (Q = carga; C = capacitância; V = tensão) deve se manter constante na ligação série, observamos que o capacitor de maior valor ficará submetido à maior tensão, conforme mostra a figura 13.

 

Em série a tensão se divide entre os capacitores.
Em série a tensão se divide entre os capacitores.

 

É claro que, se os dois capacitores suportarem a tensão total do circuito, não há com que se preocupar.

 

OUTROS COMPONENTES

A associação de outros tipos de componentes pode significar a solução de muitos problemas para os técnicos. No entanto, no caso de semicondutores deve-se ter muito cuidado, pois as tolerâncias desses componentes levam à características bastante diferentes que podem influir no comportamento conjunto.

Exemplo disso pode ser dado quando associamos diodos em paralelo de modo a obter capacidade maior de retificação, conforme mostra a figura 14.

 

A corrente não se divide por igual entre os diodos.
A corrente não se divide por igual entre os diodos.

 

Mesmo sendo iguais no tipo, os diodos não têm exatamente às mesmas características e num circuito como o indicado um diodo pode conduzir mais do que o outro. Assim, se pretendemos retificar 2A dividindo a corrente entre os dois diodos, um deles pode receber mais do que 1A e outro menos, o que pode ser causa de sobrecarga.

Se vamos ligar diodos em paralelo, uma maneira de obter uma divisão melhor da corrente é com a ajuda de resistores de baixo valor, conforme mostra a figura 15.

 

Modo correto de ligar diodo em paralelo numa fonte.
Modo correto de ligar diodo em paralelo numa fonte.

 

Esses resistores são dimensionados de modo a resultar numa queda de tensão da ordem de 0,5 V de modo a se obter uma divisão mais constante da corrente entre os diodos.

Assim, para 1A o resistor será de 0,47 ? x 1W ; para 2A será de 0,22 ? x 1W e assim por diante.

Transistores em fontes de alimentação também podem ser associados da mesma forma, como mostra o circuito da figura 16.

 

Ligando transistores em paralelo numa fonte.
Ligando transistores em paralelo numa fonte.

 

No entanto, não podemos fazer o mesmo, com facilidade, em outras aplicações de transistores onde as características diferentes dos componentes dificultam a obtenção do equilíbrio.

A conclusão a que chegamos é que saber associar componentes pode ser muito útil em situações de emergência, principalmente dada a dificuldade cada vez maior que enfrenta o mercado de reposição.

 

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N° do componente 

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