2.1

Circuitos e Componentes Eléctricos

2.1.1 Definições

Um circuito eléctrico consiste na interligação criteriosa de um conjunto de componentes através dos quais circulam cargas eléctricas. Os circuitos visam a realização de um objectivo pré-determinado, que tanto pode ser o transporte ou a transformação de energia, como o processamento de informação representada sob a forma de um sinal eléctrico. No caso dos circuitos que visam o processamento de informação, os sinais podem constituir uma representação de uma grandeza não eléctrica, como por exemplo a temperatura, a pressão, a intensidade luminosa, a velocidade, um código, etc.

Figura 2.1 Circuito eléctrico

Na Figura 2.1 ilustra-se um circuito eléctrico constituído por fontes de corrente e de tensão de alimentação e de sinal, resistências, condensadores, bobinas, transformadores, díodos e transístores. É comum, apesar de não rigoroso, distinguir os circuitos eléctricos dos electrónicos com base no tipo de componentes utilizados. Por exemplo, é vulgar referir que um circuito é eléctrico quando integra apenas elementos de tipo passivo, como a resistência, o condensador, a bobina e o transformador, todos eles elementos que apenas dissipam ou, no máximo, armazenam energia eléctrica ou magnética, e classificar como circuitos electrónicos aqueles que integram dispositivos semicondutores, como é o caso do díodo, do transístor, do LED, da célula foto-voltaica, etc. É também comum designar por dispositivos activos os elementos capazes de amplificar a energia associada aos sinais, ou seja, que possibilitam a conversão de energia eléctrica bruta em energia com conteúdo informativo, e passivos os elementos que apenas dissipam energia. No entanto, alguns autores definem como elementos activos aqueles capazes de fornecer energia, neste caso apenas as fontes, definindo como passivos todos aqueles que dissipam energia. De acordo com esta definição, elementos passivos seriam tanto a resistência, a bobina e o condensador, como também o díodo, o transístor, etc. Na verdade, nenhuma destas definições de circuito eléctrico ou electrónico e de elemento passivo ou activo é exactamente rigorosa, o que, de resto, não constitui óbice a uma compreensão dos tópicos tratados ao longo deste livro. O que verdadeiramente importa é distinguir quais os elementos fundamentais dos circuitos.

2.1.2 Componentes Fundamentais

Na Figura 2.2 representam-se os símbolos e a designação mais comum dos nove componentes fundamentais dos circuitos eléctricos. São eles a resistência, o condensador e a bobina, as fontes de tensão e de corrente independentes e as fontes dependentes. Os elementos resistência, condensador e bobina serão abordados em pormenor nos Capítulos 3, 7 e 8, respectivamente.

Figura 2.2 Componentes fundamentais dos circuitos eléctricos

As fontes agrupam-se em duas classes essencialmente distintas: fontes independentes, de tensão ou de corrente, e fontes dependentes. Uma fonte dependente é um elemento cuja tensão ou corrente imposta aos terminais é controlada pela tensão ou corrente num outro elemento ou nó do circuito. Estas fontes são essenciais na modelação do comportamento eléctrico de dispositivos electrónicos como os transístores bipolares e de efeito de campo (a introduzir nas disciplinas de Electrónica).

As fontes de tensão caracterizam-se por duas relações:

indicando assim que a fonte impõe a tensão aos seus terminais, mas que, pelo contrário, fornece uma corrente cujo valor é apenas função do circuito ao qual se encontra ligada. Por exemplo, no caso figurado em 2.3.a, a fonte de tensão impõe a relação v_AB=5 V, ao passo que a característica tensão-corrente do elemento resistência estabelece que i=5/R=5 mA.

Figura 2.3 Circuito com fonte de tensão (a) e fonte de corrente (b)

Em complementaridade com a fonte de tensão, as fontes de corrente caracterizam-se pelas seguintes duas relações:

Estas impõem a corrente no circuito e deixam a cargo deste a definição da tensão aos seus terminais. Por exemplo, e referindo agora ao exemplo representado na Figura 2.3.b, a imposição de uma corrente de 1 A a uma resistência de 100 W conduz a uma tensão de 100 V aos terminais da fonte de corrente (v=Ri).

As fontes controladas podem ser de quatro tipos principais:

(i) de tensão controlada por tensão, FTCT;

(ii) de tensão controlada por corrente, FTCC;

(iii) de corrente controlada por corrente, FCCC;

(iv) de corrente controlada por tensão, FCCT.

O coeficiente de ligação entre as variáveis de controlo e controlada pode ser adimensional, ou ter as dimensões de ohm (V/A) ou de siemens (A/V). Na Figura 2.4 dão-se exemplos de circuitos que contém no seu seio fontes de corrente e de tensão controladas. Em cada uma das figuras indica-se a solução para a tensão e para a corrente aos terminais de cada uma das fontes representadas.

Figura 2.4 Corrente e tensão fornecidas por um conjunto de fontes controladas