Aulas de técnico em eletronica, Notas de aula de Engenharia Elétrica
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Aulas de técnico em eletronica, Notas de aula de Engenharia Elétrica

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Aulas_P2

ELETRICIDADE E ELETRÔNICA ANALÓGICA

TÉCNICO EM MECATRÔNICA

ENGº MARIO TENANI ntenani@bol.com.br

EMENTA – 4hs

AULA 8 Turma: B (31/03/2010) e A(01/04/2010)  Introdução

◦ Sua Majestade... A válvula! ◦ Novo Rei... O Semicondutor!

 Semicondutores ◦ Bandas de Energia; ◦ Materiais; ◦ Condução Elétrica; ◦ Semicondutores tipo N e P;

 Diodos Semicondutor ◦ Junção PN; ◦ Simbologia; ◦ Polarização da Junção PN; ◦ Curva Característica; ◦ Conceito de Reta de Carga;

EMENTA – 4hs

AULA 9 Turma: B (5/04/2010) e A (06/04/2010)  Circuitos com Retificadores (Diodo Semicondutor)

◦ Transformador ◦ Retificador de Meia Onda ◦ Retificador de Onda Completa com Derivação Central ◦ Retificação de Onda Completa em Ponte ◦ Filtro Capacitivo ◦ LED

 Transistores ◦ A Revolução ◦ O Transistor Bipolar ◦ Funcionamento dos Transistores NPN e PNP ◦ Efeito de Amplificação ◦ Configurações Básicas

EMENTA – 4hs

AULA 10 Turma: B (07/04/2010) e A (08/04/2010)

 Transistores ◦ Polarização em EC ◦ Influência da Temperatura ◦ Transistor como chave

EMENTA – 4hs

AULA 11 Turma: B (09/04/2010) e A (12/04/2010)

 Avaliação Teórica s/ Consulta  Conteúdo: Aulas de 8 a 10

 Finalização da Unidade Curricular!

BONS ESTUDOS!

EMENTA – 4hs

AULA 12 Turma: B (13/04/2010) e A (14/04/2010)

 Exame Final

Sua majestade... A Válvula !

Criada em 1904 por John Ambrose Fleming

Sua majestade... A Válvula !

I. Vlv Diodo: Permitiu conduzir a i em único sentido.

II. Vlv Triodo: Permitiu controlar o fluxo de eletrons, possibilitando a amplificação de sinais.

Novo Rei... O Semicondutor !

Com a utilização de materiais semicondutores, surge na década de 40 o diodo semicondutor e logo em seguida o

transistor.

Semicondutores: Silício(Si) e Germânio(Ge)

Silício: é mais utilizado devido sua abundancia na natureza, pode ser obtido através do quartzo que é encontrado na areia da praia e na terra.

Semicondutor Bandas de Energia

Modelo Atômico de Bohr

Níveis de Energia de um Átomo

Semicondutor Bandas de Energia

Isolantes, Condutores e Semicondutores

Semicondutor Materiais

Silício (Si) Germânio(Ge)

Tetravalentes

Semicondutor Dopagem: Tipo N

Material Pentavalente: Arsênio (As), Antimônio (Sb) e o Fósforo (P)

Semicondutor Dopagem: Tipo P

Material Trivalente: Alumínio (Al), Boro (B) e o Gálio (Ga)

Diodo Semicondutor Junção PN

Diferença de Potencial: Silício=0,7V e Germânio=0,3V (25°C)

Diodo Semicondutor Junção PN

Diferença de Potencial: Silício=0,7V e Germânio=0,3V (25°C)

Diodo Semicondutor Simbologia

Diodo Semicondutor Polarização da Junção PN

Direta:

Diferença de Potencial: Silício=0,7V e Germânio=0,3V (25°C)

Diodo Semicondutor Polarização da Junção PN

Direta:

Diferença de Potencial: Silício=0,7V e Germânio=0,3V (25°C)

Diodo Semicondutor Polarização da Junção PN

Reversa:

Diferença de Potencial: Quanto maior a tenção da fonte maior a barreira de potencial.

Diodo Semicondutor Polarização da Junção PN

Reversa:

Diferença de Potencial: Silício=0,7V e Germânio=0,3V (25°C)

Diodo Semicondutor Curva Característica

Vbr=Tensão de Ruptura. Vγ=Barreira de potencial.

Idm=Corrente Direta Máxima. Ir= Corrente de fuga.

Diodo Semicondutor Reta de Carga

Ponto de trabalho ou ponto quiescente(Q) são os valores Vd e Id que o diodo está submetido no circuito.

Diodo Semicondutor Reta de Carga: i

Diodo Semicondutor Reta de Carga: ii

Diodo Semicondutor Reta de Carga: iii

Diodo Semicondutor Reta de Carga: iv

Diodo Semicondutor Reta de Carga: v

Diodo Semicondutor Reta de Carga: v

Dados: RL=50Ω e Vcc=2,2V Como a tensão de corte Vc=Vcc=2,2V e a corrente de saturação Is=Vcc/RL=2,2/50=44mA Portanto, VD=1,2 e ID=20mA Logo, PD=VD*ID=1,2*20E- 3=24mW

Diodo Semicondutor Reta de Carga: v Dados: RL=50Ω e Vcc=2,2V Como a tensão de corte Vc=Vcc=2,2V e a corrente de saturação Is=Vcc/RL=2,2/50=44mA Portanto, VD=1,2 e ID=20mA Logo, PD=VD*ID=1,2*20E-3=24mW

Como tem uma queda de tensão no diodo(0,7(Si))

Diodo Semicondutor Retificação

Corrente Alternada

Diodo Semicondutor Retificação

I. Reduzir a tensão II. Retifica-la

Diodo Semicondutor Transformador Abaixador de Tensão

Abaixador de Tensão

Num transformador ideal a redução ocorre sem perda de potência.

Perdas Efeito Joule e por corrente Foucault.

Diodo Semicondutor Transformador com Derivação Central no Secundário (Center Tap)

Tensões defasadas 180°

Diodo Semicondutor Retificador de Meia Onda

Semiciclo positivo: diodo conduz; Semiciclo negativo: diodo corta.

Diodo Semicondutor Retificador de Onda Completa com Derivação

Diodo Semicondutor Retificador de Onda Completa em Ponte

Utilizado devido a fornecer o dobro de tensão com o mesmo transformador.

Diodo Semicondutor Filtro Capacitivo

Utilizado devido a fornecer o dobro de tensão com o mesmo transformador.

Diodo Semicondutor: LED Em Diodos de Si e Ge: libera energia em forma de calor.

Em compostos de arseneto de gálio (GaAs) existe a liberação de energia em forma de luz.

LED – Light Emitting Diode

Tipo de LUZ: Visível, infravermelho e ultravioleta.

O fósforo faz com que se possa irradiar luz vermelha, laranja, amarela, verde ou azul.

Imáx: 10mA @ 50mA Tensões entre 1,5V e 2,5V

Diodo Semicondutor LED

Imáx: 10mA @ 50mA

Tensões entre 1,5V e 2,5V

Exemplo:

Transistores Bipolares A Revolução – 23 de Dezembro de 1947

Válvula Triodo: foi inserido um terceiro elemento na válvula diodo chamado GRADE que faz o controle da corrente na carga Rl.

Transistores Bipolares A Revolução – 23 de Dezembro de 1947

Nos laboratórios da Bell Telephones, nos EUA: Walter Brattain e John Bardeen mostraram ao mundo um novo conceito em eletrônica: o transistor bipolar ou transistor de junção.

Dispositivo de estado sólido com a seguintes vantagens sobre a válvula:

•Menor tamanho; •Muito mais leve; •Não precisa de filamento; •Mais resistente; •Mais eficiente, pois dissipa menos potência; •Não necessita de tempo de aquecimento; •Menores tensões de alimentação.

Transistores Bipolares O transistor: aspectos construtivos e simbologia.

Transistores Bipolares O transistor: aspectos construtivos e simbologia.

Emissor: fortemente dopado, tem como função emitir portadores para a base(elétrons no NPN e lacunas no PNP).

Base:dopagem média e é muito fina, assim a maioria dos portadores lançados do emissor conseguem atravessá-la, dirigindo- se ao coletor.

Coletor: levemente dopado, tem como função coletar os portadores que vêm da base, ele é muito maior que as outras camadas, pois é nele que se dissipa a maior parte da potência gerada pelos circuitos transistorizados.

Transistores Bipolares O transistor: aspectos construtivos e simbologia.

Como nos diodos, nas junções PN (J1 e J2) surgem barreiras de potencial cujos valores a 25°C são Vγ=0,7V (Si).

Função: fazer o controle da passagem de corrente entre o emissor e o coletor através da base. Isto é conseguido, polarizando-se adequadamente suas duas junções.

Transistores Bipolares O transistor: aspectos construtivos e simbologia.

Aspecto Físico Encapsulamento Potência Máxima

TO-92 1W

TO-220 100W

TO-3 200W

Transistores Bipolares O transistor: funcionamento (NPN - PNP)

Análise fracionada: polarizando diretamente emissor-base

Obs.: Corrente convencional tem sentido contrario ao fluxo de elétrons e mesmo sentido que o do fluxo de lacunas.

Funciona como um diodo polarizado diretamente.

Transistores Bipolares O transistor: funcionamento (NPN - PNP)

Análise fracionada: polarizando reversamente base-coletor

A barreira potencial aumenta, diminuindo drasticamente o fluxo dos portadores majoritários.

Como Vcb > Vbe (NPN) e Vbc > Veb (PNP), tem-se:

Transistores Bipolares O transistor: funcionamento (NPN - PNP)

Análise fracionada: juntando as duas polarizações anteriores.

Somente uma pequena parte dos portadores dirige-se para base devido ser muito pequena e pouco dopada, a maioria dos portados atravessam a junção base-coletor atraídos pela sua tensão.

Transistores Bipolares O transistor: funcionamento (NPN - PNP)

Através das Leis de Kirchhoff, obtém-se:

Tensões e Correntes:

Obs.: Correntes(fuga) de portadores minoritários serão desprezadas.

Transistores Bipolares O transistor: efeito amplificação.

Transistores Bipolares O transistor: Configurações Básicas.

O termo comum significa que o terminal é comum a entrada e a saída do circuito.

Cada uma das configurações tem características especificas, portanto aplicações diferentes.

Transistores Bipolares O transistor: Configurações Básicas.

Base Comum (BC):

Nesta configuração, o emissor é o terminal de entrada de corrente e o coletor é o terminal de saída de corrente do circuito, sendo que o terminal de base é comum as tensões de entrada e saída.

Transistores Bipolares O transistor: Configurações Básicas.

Base Comum (BC):

α=Ic/Ie Ganho:

Ic=corrente no coletor Ib=corrente na base

Como ie=ic+ib, conclui-se que o ganho de corrente é sempre menor que 1. Obs.: Na maioria dos transistores, esse valores estão entre 0,90 e 0,998.

Transistores Bipolares O transistor: Configurações Básicas.

Emissor Comum (CC):

Não é necessário curvas especificas de entrada e saída. Pode-se utilizar as mesmas características da configuração EC.

Transistores Bipolares O transistor: Configurações Básicas.

Emissor Comum (EC):

Está configuração é a mais aplicada em circuitos transistorizados. Por isso, os diversos parâmetros dos transistores fornecidos pelos manuais técnicos têm como referência a configuração EC.

Transistores Bipolares O transistor: Configurações Básicas.

Emissor Comum (EC):

Curva de Saída Curva de Entrada

Transistores Bipolares O transistor: Configurações Básicas.

Emissor Comum (EC):

Nesta curva, distinguem-se três regiões de trabalho do transistor:

Curva de Saída

Corte – Ic=~0 Saturação – Vce=~0 Ativa – Região entre o corte e a saturação (Ib é linear)

Transistores Bipolares O transistor: Configurações Básicas.

Emissor Comum (EC) e Coletor Comum (CC):

Ganho:

β=Ic/Ib

Ic=corrente no coletor Ib=corrente na base

Transistores Bipolares Exemplo (1):

Dadas as curvas de um transistor NPN(EC), determinar: a) A corrente na base para Vbe=0,8V b) O ganho de corrente nas condições do item a; c) O novo ganho de corrente, caso Ib dobre de valor, mantida a tensão Vce.

Resolução: a) Para Vbe=0,8V, tem-se que Ib = 300µA.

0,8V

Transistores Bipolares Exemplo (1):

Dadas as curvas de um transistor NPN(EC), determinar: a) A corrente na base para Vbe=0,8V b) O ganho de corrente nas condições do item a; c) O novo ganho de corrente, caso Ib dobre de valor, mantida a tensão Vce.

Resolução: b) Curva característica de entrada foi obtida para a tensão Vce=5V, entrando com esse valor na curva de saída juntamente com a corrente de entrada Ib, tem-se que a corrente de saída Ic=110mA β=Ic/Ib=110mA/300µA =367 c) Ib=600µA, portanto: β=Ic/Ib=280mA/600µA =467

0,8V

Transistores Bipolares O transistor: Configurações Básicas.

Limites:

Transistores Bipolares O transistor: Polarização

Aplicação: Principalmente como elementos de amplificação de corrente e tensão, ou como elementos de controle on-off.

Ponto de operação estática: escolhe-se em função da operação, ou seja, ele pode estar localizado nas regiões de corte, saturação ou ativa da curva característica de saída.

Transistores Bipolares O transistor: Polarização

Circuito de Polarização em Emissor Comum (EC):

Transistores Bipolares O transistor: como Chave

Um transistor operando como chave(controle on-off), conduzindo corrente ou não.

Cortando-o: chave aberta.

Saturando-o: chave fechada.

Analogia

Transistores Bipolares O transistor: como Chave

Transistores Bipolares O transistor: como Chave (BC548)

Transistores Bipolares O transistor: como Chave (BC548)

Resolução:

Transistores Bipolares O transistor: como Chave (BC548)

Resolução:

Transistores Bipolares O transistor: como Chave (BC548)

Simulação: Off

Transistores Bipolares O transistor: como Chave (BC548)

Simulação: On

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