AULA 1 - Circuitos 2 - Engenharia
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Circuitos em Corrente Alternada (C.A.)
No fim da década de 1880 viveu-se nos Estados Unidos da América um período conhecido como a Guerra das Correntes.
Nessa época já existia uma rede elétrica pública, usada principalmente para alimentar lâmpadas incandescentes e motores elétricos. A exploração dessa rede elétrica revertia em grandes benefícios para Thomas A. Edison, que tinha obtido várias patentes pela invenção da lâmpada e de vários dispositivos para gerar corrente contínua.
Outras pessoas tentaram entrar nesse novo negócio milionário com as suas inovações; e George Westinghouse, que já tinha tido sucesso comercial com as suas próprias patentes, contratou Nikola Tesla, um cientista brilhante, imigrante da Croácia.
Tesla obteve uma patente pelo dispositivo esquematizado acima, utilizado para produzir e distribuir corrente alternada.
A guerra das correntes acabaria por ser ganha pelo sistema de corrente alternada de Tesla e Westinghouse: uma das principais vantagens sobre o sistema de corrente contínua de Edison é a facilidade de poder aumentar ou diminuir a tensão por meio de transformadores.
fonte: Universidade do Porto
Funções Senoidais
Em um sistema de corrente e tensão alternadas, estas grandezas invertem continuamente suas polaridades (sentido e intensidade).
Em particular, existem correntes e tensões do tipo senoidais, ou sinusoidais, as quais são alternadas e representadas por funções tipo seno/cosseno.
Uma função sinusoidal é uma função alternada da forma:
que oscila entre dois valores Amax (máximo ou "de pico) e -Amax e tem a mesma forma da função seno ou cosseno, como mostra a figura abaixo.
Basta saber os valores das 3 distâncias Ip/Vp (valor de pico), T (período) e θ (fase), para caracterizar cada uma dessas funções.
Mas, porque Corrente Alternada (C.A.)?
- Facilidade na geração e transformação;
- Motores CA são mais baratos que motores CC;
- Teoremas de análise de Circuitos CC podem ser aplicados a circuitos CA alimentados por sinais senoidais;
- Qualquer sinal pode ser representado como soma de senóides → análise generalista;
- Etc.
Parâmetros de sinais sinusoidais
Período T
Também chamado “comprimento de onda” - é o tempo de duração de um ciclo completo da senóide.
Equivale a 360º ou 2π radianos. Unidade: [s]
Frequência f
Corresponde ao número de ciclos que ocorrem por segundo. Equivale a 1/T. Unidade: [Hz]
Atualmente, praticamente todos os equipamentos, dispositivos, eletrodomésticos, etc, são digitais. Isto é, utilizam apenas dois níveis de tensão fixos, para codificar todo o seu funcionamento.
Infelizmente, ou felizmente, seria impraticável tentar "levar" estes fenômenos para dentro de um computador, de forma a enviá-los pela internet, editá-los, copiá-los, inserí-los num trabalho de aula...
Representação de fenômenos naturais/físicos no computador
Computadores simplesmente não são capazes de "ler", processar e exibir sons naturais, vistas, água, vapor, luz, etc... ainda não, quem sabe um dia!!
E todo mundo hoje em dia quer tirar fotografias que não precisam ser "reveladas", editá-las com filtros que melhoram sua qualidade, enviá-las por e-mail, postá-las nas redes sociais...
Então, precisamos dos computadores para manter as atividades a que estamos acostumados, atualmente.
Só que, o que os computadores são capazes de fazer sobre fenômenos físicos é ler, interpretar, processar e apresentar REPRESENTAÇÕES dos mesmos, e numa forma particular, num código específico que seus circuitos elétricos conseguem manipular...
Assim, todo e qualquer fenômeno físico que você queira levar para um computador antes deve ser DIGITALIZADO!!!......
Sinais Analógicos x Sinais Digitais
Um sinal elétrico é uma representação gráfica da relação entre tensões e correntes, em um circuito elétrico.
Por exemplo, a relação entre a corrente e a tensão em um dispositivo resistor pode ser ilustrada pelo sinal linear abaixo, cuja inclinação é proporcional à resistência do dispositivo.
Este sinal, ou curva, pode ser uma reta, uma traço de direção variável (como na curva do diodo, abaixo), ou um sinal senoidal periódico, como na figura 5.
Independente do fenômeno elétrico que descreve, todos os sinais descritos têm algo em comum: são sinais ANALÓGICOS.
Um sinal analógico é um sinal contínuo no tempo, isto é, para todos os valores de tensão que você aplicar no circuito, obterá respectivos valores de corrente, e vice-versa. Além disto, existem infinitos valores entre dois pontos quaisquer da curva.
Por exemplo, analisando novamente a figura 1: se aplicarmos 20 V sobre o resistor de 5 kOhm, obteremos 4,0 miliamperes de corrente. Ao aplicarmos 21 V, obteremos uma corrente de 4,2 miliamperes.
Porém, entre estes valores de escala de 1,4 e 1,6 miliamperes, temos, por exemplo, o valor de 1,5. Entre 1,4 mA e 1,5 mA, temos os valores 1,41; 1,42; 1,43; 1,44; 1,45... 1,49 mA...
Entre 1,40 mA e 1,41 mA temos os valores 1,401; 1,402; 1,403... 1,408; 1,409 mA.... , ou seja, realmente um número infinito de valores, entre dois valores quaisquer!
Sinais DIGITAIS não se comportam desta maneira, porque não são contínuos!!
Na verdade, o conceito de sinal digital está mais relacionado ao de uma SEQUÊNCIA de códigos, ou de série numérica, que ao de sinal, propriamente dito.
Estes códigos, por sua vez, representam amostras de sinais contínuos.
Portanto, em última instância, um sinal digital SEMPRE é uma aproximação de um sinal analógico.
Para obter-se um sinal digital, o respectivo sinal analógico é amostrado (isto é, pontos deste sinal são observados e armazenados, normalmente a intervalos de tempo fixos), quantificado (cada valor de amostra é substituído pelo valor "padrão" mais próximo), e depois codificado (convertido para um código de máquina, ou valor binário, correspondente).
A figura abaixo ilustra este processo, chamado de "Digitalização", o qual vamos investigar com mais calma ao longo do curso, e mostra a sequência de códigos (0's e 1's) que seria o sinal digital correspondente.
Porque sinais digitais???
Mas.......
Porque não usar as grandezas analógicas, diretamente???
Porque se usaria sinais digitais????
A resposta está diretamente relacionada ao tipo de dispositivo que utiliza sinal digital!!!!
Sinais digitais são utilizados normalmente em SISTEMAS INFORMÁTICOS e/ouCOMPUTADORES.
E a primeira razão para isto, seria, exatamente, a economia de espaço em MEMÓRIA.
Uma vez que existem infinitos pontos, entre dois pontos quaisquer, de um sinal digital, como fazer para ARMAZENAR tanto dado???
Além disto, sinais digitais são muito MAIS FÁCEIS de serem tratados por circuitos elétricos.
Os estados 0 e 1 dos sistemas digitais são facilmente implementados pela presença, ou ausência, de tensão ou corrente em um circuito. Ao passo que representar algarismos 0, 1, 2, 3, 4, ..., 9 seria muito mais difícil, eletronicamente falando.
Esta facilidade de implementação de circuitos digitais, em relação aos analógicos, também permite que estes circuitos sejam menores e tenham um consumo consideravelmente menor, o que leva a outra benesse do mundo moderno: a miniaturização dos dispositivos!!!
Por fim, os sistemas digitais podem ser muito mais facilmente verificados, justamente por só lidarem com duas grandezas: valor 0 ou valor 1. Qualquer coisa que seja transmitida/recebida além destes valores pode ser facilmente percebida como erro/interferência, o que não ocorre com sistemas analógicos.... Sistemas de transmissão digitais são, por esta razão, tremendamente mais estáveis e confiáveis que os analógicos...
Assim, por todas estas razões, e muitas outras, os sistemas digitais hoje dominam a eletrônica em todo o mundo.
Sistemas analógicos ainda existem, mas são utilizados em aplicações específicas, que lidem com grandes potências, de modo geral.
Para que você possa começar a entender COMO um mundo de coisas tangíveis, palpáveis, observáveis pode ser transformado em sequências de 0's e 1's, que os computadores processam, você precisa aprender, então, a Eletrônica Digital.
E para começar a aprender a Eletrônica Digital, você precisa começar a entender o bendito código de 0's e 1's, que se chama CÓDIGO, ou Sistema de Numeração BINÁRIO!!!
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