Eletrônica

EletrĂ´nica

Linear Prof. Fabiano F. Saldanha

Tópicos 3 – Conceitos elétricos básicos 5 – Lei de OHM 10 – Potência elétrica 12 – Resistores 14 – Associação de resistores 16 – Divisor resistivo 17 – Leis de Kirchoff 18 – Teorema Norton e Thévenin 20 – Medindo tensão e corrente 22 – Capacitores 28 – Associação de capacitores 29 – Indutores 30 – Componentes variáveis 32 – Transformadores 33 – Diodos retificadores 37 – Diodo zener 38 – Regulador integrado 78xx e 79xx 42 – Dobradores de tensão 43 – Válvulas eletrônicas 45 – Transistores 56 – Sensores 59 – Relés 60 – Amplificadores operacionais 69 – Circuito integrado 555 73 – Transistores FET 75 – SCR, DIAC e TRIAC 79 – Encontrando base, coletor e emissor de um transistor 83 - Funcionamento dos componentes em corrente alternada

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Conceitos elétricos básicos Para compreendermos os conceitos da eletrônica, temos que ter os conceitos básicos da eletricidade, conceitos estes que são adquiridos em curso especifico sobre o tema, não obstante, faremos um resumo sobre os tópicos mais importantes da eletricidade, para um perfeito acompanhamento do estudo da Eletrônica.

O átomo Tudo que ocupa lugar no espaço é matéria. A matéria é constituída por partículas muito pequenas chamada de átomos. Os átomos por sua vez são constituídos por partículas subatômicas: elétron, próton e nêutron, sendo que o elétron é a carga negativa (-) fundamental da eletricidade e estão girando ao redor do núcleo do átomo em trajetórias concêntricas denominadas de órbitas.

O próton é a carga positiva fundamental (+) da eletricidade e estão no núcleo do átomo. É o número de prótons no núcleo que determina o número atômico daquele átomo. Também no núcleo é encontrado o nêutron, carga neutra fundamental da eletricidade.

No seu estado natural um átomo está sempre em equilíbrio, ou seja, contém o mesmo número de prótons e elétrons. Como cargas contrárias se anulam, e o elétron e próton possuem o mesmo valor absoluto de carga elétrica, isto torna o átomo natural num átomo neutro.

Leis das Cargas Elétricas Alguns átomos são capazes de ceder elétrons e outros são capazes de receber elétrons. Quando isto ocorre, a distribuição positiva e negativa que era igual deixa de existir. Um corpo passa a ter excesso e outro falta de elétrons. O corpo com excesso de elétrons passa a ter uma carga com polaridade negativa, e o corpo com falta de elétrons terá uma carga com polaridade positiva.

CARGAS ELÉTRICAS IGUAIS SE REPELEM CARGAS OPOSTAS SE ATRAEM.

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Carga Elétrica Um corpo tem carga negativa se nele há um excesso de elétrons e positiva se há falta de elétrons em relação ao número de prótons.

A quantidade de carga elétrica de um corpo é determinada pela diferença entre o número de prótons e o número de elétrons que um corpo contém. O símbolo da carga elétrica de um corpo é Q, expresso pela unidade coulomb (C). A carga de um coulomb negativo significa que o corpo contém uma carga de 6,25 x 1018 mais elétrons do que prótons.

Campo Eletrostático Toda carga elétrica tem capacidade de exercer força. Isto se faz presente no campo eletrostático que envolve cada corpo carregado. Quando corpos com polaridades opostas são colocados próximos um do outro, o campo eletrostático se concentra na região compreendida entre eles. Se um elétron for abandonado no ponto no interior desse campo, ele será repelido pela carga negativa e atraído pela carga positiva.

Quando não há transferência imediata de elétrons do/para um corpo carregado, diz-se que a carga esta em repouso. A eletricidade em repouso é chamada de eletricidade estática.

Existem vários métodos para que possamos retirar elétrons de um material e transpor para outro. Dentre estes métodos podemos citar: 1. Fricção = ao friccionarmos alguns materiais arrancamos elétrons dele para transferirmos ao outro com falta de elétrons, por exemplo: ao esfregar a lã em um pente transferimos elétrons da lã para o pente, isto pode ser constatado, pois conseguimos atrair pedaços de papel.

2. Reação química = algumas substancia químicas ácidas tem a propriedade de desprender elétrons de alguns metais para outro, exemplo: a bateria de ácido-chumbo possui uma substancia ácida por dentro que arranca elétrons das placas de chumbo e transferem para as placas de dióxido de chumbo, outra experiência que podemos fazer em casa e pegar dois limões e espetar um fio de cobre e outro de zinco no limão e ligar um voltímetro para medir a tensão oferecida pelo sistema.

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3. Força magnética = quando aproximamos um imã em frente de um (condutor) fio estamos “empurrando” os elétrons deste fio, porém a corrente gerada neste processo é chamada de Corrente Alternada, uma vez que, ao aproximarmos o imã do fio os elétrons irão se mover num sentido, porém ao retiramos o imã, os elétrons tenderão a voltar para o seu lugar de origem, logicamente eles se moverão em sentido oposto ao anterior.

Então vimos que para gerar corrente elétrica temos que movimentar os elétrons, seja qual for a técnica utilizada para isto.

Mas o que vem a ser: corrente elétrica, tensão elétrica e resistência elétrica, veremos a seguir.

Lei de ohm Corrente Elétrica É o movimento ou o fluxo de elétrons. Para se produzir a corrente, os elétrons devem se deslocar.

Tensão Elétrica A falta de elétrons em um pólo e o excesso em outro origina uma diferença de potencial (d.d.p) ou tensão elétrica.

Resistência Elétrica

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É a capacidade de um corpo qualquer se opor à passagem de corrente elétrica pelo mesmo, Isto é, a dificuldade que um condutor oferece à passagem da corrente elétrica.

Para tudo existe uma unidade de medida e para a eletricidade e a eletrônica não poderia ser diferente.

Medida é um processo de comparação de grandezas que possuem um padrão único e comum entre elas. Essas grandezas possuem a mesma dimensão.

Comprimento mede-se em METROS, massa mede-se em KILOGRAMA, tempo mede-se em SEGUNDOS. Corrente, Tensão e Resistência também têm suas unidades de medidas e para estuda-las utilizamos uma regra chamada LEI DE OHM. Antes de se começar a estudar a lei de ohm, há que se conhecerem as unidades de medida. A tensão é medida em Volts (V), a corrente é medida em Amperes (A) e a resistência em Ohms (ohm).

A Lei de Ohm, assim designada em homenagem ao seu formulador Georg Simon Ohm, indica que a diferença de potencial (U) entre dois pontos de um condutor é proporcional à corrente elétrica (I).

Quando essa lei é verdadeira num determinado resistor, este denomina-se resistor ôhmico ou linear. A resistência de um dispositivo condutor é dada pela fómula:

onde: U é a diferença de potencial elétrico (ou tensão, ou ddp) medida em Volts R é a resistência elétrica do circuito medida em Ohms I é a intensidade da corrente elétrica medida em Ampères E não depende da natureza de tal: ela é válida para todos os resistores, entretanto, quando um dispositivo condutor obedece à Lei de Ohm, a diferença de potencial é proporcional à corrente elétrica aplicada, isto é, a resistência é independente da diferença de potencial ou da corrente selecionada.

Diz-se, em nível atômico, que um material (que constitui os dispositivos condutores) obedece à Lei de Ohm quando sua resistividade é independente do campo elétrico aplicado ou da densidade de corrente escolhida.

Um exemplo de componente eletrônico que não possui uma resistência linear é o diodo, que portanto não obedece à Lei de Ohm. Conhecendo-se duas das grandezas envolvidas na Lei de Ohm, é fácil calcular a terceira:

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A potência P, em Watts, dissipada num resistor, na presunção de que os sentidos da corrente e da tensão são aqueles assinalados na figura, é dada por

Logo, a tensão ou a corrente podem ser calculadas a partir de uma potência conhecida:

Outras relações, envolvendo resistência e potência, são obtidas por substituição algébrica:

UNIDADES DAS GRANDEZAS ELÉTRICAS MÚLTIPLOS E SUBMÚLTIPLOS

Prefixos das Unidades: São múltiplos ou submúltiplos da unidade básica no S.I (Sistema Internacional)

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A força eletromotriz É comum vermos profissionais empregarem de forma completamente errada as grandezas elétricas, confundindo tensão, corrente e potência.

Quem já não ouviu um profissional "competente" dizer que tal aparelho funciona com uma "corrente" de 110 V ou coisa semelhante? Vamos eliminar essa confusão!

Conforme vimos, uma corrente elétrica consiste num fluxo de cargas elétricas.

Para medir esta corrente a unidade usada é o ampère (A).

Um ampère (1 A) corresponde a uma quantidade de cargas equivalente a 1 Coulomb (1 C) passando por um ponto de um condutor em cada segundo. Levando em conta que cada elétron (ou lacuna) tem uma carga de 1,6 x 10-19 C (Coulombs), podemos ter uma idéia de quantos elétrons estão se movendo num fio e passando por certo trecho dele quando uma corrente de 1 A está sendo conduzida. Esta quantidade é enorme, da ordem de 1 seguido de 18 zeros elétrons em cada segundo!

Se você pensa que a velocidade desses elétrons é muito grande, está enganado. É neste ponto que entra então o conceito de Força eletromotriz. Como um fluxo de água num encanamento, a eletricidade precisa ser "empurrada" por uma força externa. A ação externa responsável por isso é justamente o que se denomina força eletromotriz. Em outras palavras, quando pensamos em corrente elétrica, a FEM é a causa e a corrente é o efeito.

Temos então diversas formas de expressar essa força externa ou causa da corrente:

A tensão elétrica pode ser medida num fio tomando como referência outro, para o qual a corrente circula.

É como se tivermos um reservatório de água a 10 metros de altura e estabelecermos um fluxo de água por um cano com a saída em 5 metros de altura. A diferença entre os níveis ou pressões da água é 5 metros, conforme mostra a figura abaixo.

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A diferença entre os níveis dos locais entre os quais a corrente circula determina a tensão elétrica.

Para a eletricidade podemos ter a caixa de água num "potencial" de 10 volts e a extremidade do fio num "potencial" de 5 volts de modo que a diferença de potencial ou ddp será de 5 volts. Em outras palavras, podemos indicar a diferença de potencial como a diferença de um ponto com mais elétrons do que o outro.

E onde fica a FEM (força eletromotriz)? Bom para que a água saia do reservatório precisa existir alguma força que a “empurre”, pois é justamente a força eletromotriz a responsável por mover a água, ou melhor, os elétrons.

Na pilha a força da reação química é quem move os elétrons.

Nas usinas é a força magnética dos geradores e quem move os elétrons.

E assim por diante...

A fem também é medida em volts.

Mas não confunda FEM com DDP (tensão elétrica), embora as duas medem-se em Volt.

Sem termos técnicos, qualquer pessoa sabe que uma corrente de água de 100 litros por segundo é mais forte do que uma corrente de água de 10 litros por segundo. E analisando com cuidado o fenômeno da corrente elétrica, é fácil de constatar que a pilha não tem a função de fabricar elétrons.

A pilha apenas armazena os elétrons que proporcionam uma "força" para colocar em movimento os elétrons do condutor, mas ao desligar a pilha, esse movimento de elétrons termina e cada átomo do condutor fica com os elétrons necessários para se neutralizar.

A "força" que é capaz de estabelecer corrente elétrica chama-se força eletromotriz, e mais um exemplo: a força eletromotriz pode ser comparada com a pressão gerada por uma bomba centrífuga com a capacidade de manter circulando uma corrente de água pela canalização.

Da mesma forma que a bomba centrífuga não fabrica a água, a pilha não produz os elétrons, os dois aparelhos servem apenas para gerar a pressão necessária para que a corrente se estabeleça.

A bomba produz apenas uma pressão que faz com que a água se mova pela canalização, então podemso deduzir que a força eletromotriz pode ser comparada com a pressão gerada pela bomba na canalização de água.

Quando o gerador elétrico funciona, estabelece uma força eletromotriz que faz circular uma corrente de elétrons pelo condutor, assim como existem bombas de diferentes tamanhos também existem pilhas e outros aparelhos elétricos capazes de produzir forças eletromotrizes diferentes.

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A potência elétrica Se um trabalho está sendo executado em um sistema elétrico, uma quantidade de energia está sendo consumida. A razão em que o trabalho está sendo executado, isto é, a razão em que a energia está sendo consumida é chamada Potência.

Em eletricidade, a tensão realiza trabalho de deslocar uma carga elétrica, e a corrente representa o número de cargas deslocadas na unidade de tempo. Assim em eletricidade:

A unidade fundamental de potência elétrica é o WATT. Resistores desprendem calor (potência) ao serem percorridos por corrente elétrica, por isso temos que tomar cuidado ao especificar um resistor no circuito, caso este resistor desprenda muita potencia.

Para facilitar nossa vida, fazemos as vezes de recursos, como o circulo mágico da lei de ohm, onde apresenta-se todas as fórmulas básicas para calculo da lei de ohm.

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A corrente continua e a corrente alternada A corrente continua é o tipo de corrente elétrica que circula sempre no mesmo sentido. È unidirecional e conserva seus valores constantes. No circuito externo, circula no sentido do pólo negativo para o pólo positivo do gerador, o que permite afirmar que: a corrente continua tem polaridade.

Por isso,antes de se fazer uso de um gerador de corrente continua,devemse localizar seus pólos para as ligações corretas e desta forma evitar a queima de algum aparelho por inversão de polaridade do gerador de corrente continua.

Sua abreviatura é C.C em inglês é conhecida por D.C (direct current).

As pilhas, baterias secas e baterias de acumuladores fornecem corrente continua, Os conhecidos eliminadores de pilha que ligamos na rede elétrica para depois então ligarmos em nosso aparelho fornecem corrente continua por retificação, mas isso veremos futuramente.

Acorrente alternada se comporta de forma diferente da corrente continua.

A corrente alternada varia tanto de valor como de sentido quando circula por um circuito elétrico. De valor porque inicia sua circulação por 0 e alcança um valor Maximo,por exemplo 110 volts e continua sempre no mesmo sentido ate voltar a 0(zero) ;a seguir faz o mesmo porem em sentido contrario.Por isso se diz que a Corrente alternada num instante vai da rede ou gerador para o circuito que a consome e no instante seguinte vai do circuito para o gerador. Cada variação em um sentido corresponde a meio ciclo, e as duas variações ou meio ciclos em 1 segundo correspondem a um Hertz. Veja figura.

A linha horizontal representa o valor 0 (zero ) a partir da qual a corrente aumenta e diminui ora em um sentido ora em sentido contrario. O meio ciclo de cima corresponde ao meio ciclo positivo e o de baixo ao meio ciclo negativo.

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Outra particularidade que a distingue da corrente continua é que a corrente alternada não tem polaridade. De forma que as ligações para o circuito devem ser feitas sem levar em conta o pólo positivo ou negativo do gerador, em inglês é abreviada AC (alternative current ),e em português CA ( corrente alternada ).

Hertz: A quantidade de ciclos produzidos em um segundo corresponde a freqüência da corrente alternada, e sua unidade de medida é o HERTZ. Então: hertz= 1 ciclo por segundo.

RESISTORES A função do resistor é limitar corrente elétrica num determinado ponto do circuito.

Ele é medido em OHM ( Ω ), e segue uma tabela de código de cores para a leitura de seu valor, pois alguns resistores são pequenos demais para se escrever em seu corpo, por isso se convencionou usar cores para descrever seu valor ohmico.

Os resistores podem ser fabricados com filme de carvão, metal filme, fio niquelcromo dentre outros tipos. Abaixo vemos a construção de um com filme de carvão.

Abaixo temos um resistor de fio niquel-cromo.

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A simbologia do resistor vem a seguir. ou A partir de agora temos que começar a nos acostumar com simbologias de componentes, uma vez que para fazermos manutenção ou projetar um circuito eletrônico, utilizamos simbolos.

Abaixo temos a tabela de código de cores dos resistores.

Abaixo temos a forma de leitura para resistores de 4, 5 e 6 aneis.

Valor e tolerância Os resistores, a exemplo de qualquer outro componente eletrônico, apresentam pequenas variações na fabricação que fazem com que cada componente apresente valor diferente do outro mesmo que a aparência seja idêntica e que os valores nominais sejam iguais. Devido a isso, além do valor nominal do resistor, é especificada uma tolerância, [13] Eletrônica Linear: Prof. Fabiano F. Saldanha

ou seja, quanto o valor daquele resistor pode variar acima e abaixo do valor nominal. Os resistores mais comuns são fabricados dentro da com tolerância de 5 ou 10% e possuem 4 faixas coloridas, enquanto os resistores mais precisos, com tolerância de 2, 1% ou menos, são marcados com 5 faixas coloridas para permitir um digito a mais de precisão.

Como ler um resistor de 4 faixas Para os resistores de 4 faixas há uma cor que está mais próxima do extremo. Esta é a primeira cor a ser considerada na leitura e representa o primeiro digito do valor. A segunda cor representa o segundo digito. A terceira cor representa o fator multiplicativo.

Por fim, a quarta cor representa o valor da tolerância. Por exemplo: Marrom = 1, Preto = 0, Vermelho = 2, Vermelho = 2% Resistência = 10 x 100 = 1000 O valor deste resistor será 1000, com tolerância de 2% sobre o valor nominal.

Como ler um resistor de 5 ou 6 faixas Quando o resistor é de precisão, apresenta 5 faixas coloridas. Como a última faixa destes resistores normalmente é marrom ou vermelha pode haver uma confusão a respeito de onde é o lado certo para iniciar a leitura, já que a primeira faixa que representa o valor do resistor também pode ser marrom ou vermelha. Sendo assim, a exemplo do resistor de 4 faixas, o melhor fazer é observar a faixa que está mais próxima do extremo do resistor. Esta será a primeira faixa, por onde se deve iniciar a leitura.

Outra dica é verificar a faixa que está mais afastada das outras. Esta é a última faixa de cor. A leitura nestes resistores é semelhante à dos resistores com 4 cores, mas é adicionada mais uma cor no inicio, fazendo existir mais um algarismo significativo na medição. Assim, os três primeiros dígitos são os algarismos significativos, o que confere maior precisão na leitura. O quarto é o elemento multiplicador. O quinto digito é a tolerância e o sexto digito (quando existir) fará referência ao coeficiente de temperatura, ou seja, como a resistência varia de acordo com a temperatura ambiente.

Este último valor é dado em PPM (partes por milhão).

Associação de resistores Podemos associar resistores em série e em paralelo para obtermos outros valores de resistencias. Vejamos.

- associação em série: Quando resistores são conectados de forma que a saída de um se conecte a entrada de outro e assim sucessivamente em uma única linha, diz-se que os mesmos estão formando uma ligação série.

Neste tipo de ligação a corrente que circula tem o mesmo valor em todos os resistores da associação, mas a tensão aplicada se divide proporcionalmente em cada resistor.

Os resistores que compõem a série podem ser substituídos por um único resistor chamado de Resistor Equivalente.

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E

E

E

E

RxI R xI R xI R xI

Como a corrente é comum a todos os termos da equação ela pode ser simplificada (cortada) nos dois lados da igualdade:

A Req de uma associação em série é igual à soma das resistências dos resistores.

- associação em paralelo: Quando a ligação entre resistores é feita de modo que o início de um resistor é ligado ao início de outro, e o terminal final do primeiro ao termina final do segundo, caracteriza-se uma ligação paralela.

Neste tipo de ligação, a corrente do circuito tem mais um caminho para circular, sendo assim ela se divide inversamente proporcional ao valor do resistor. Já a tensão aplicada é a mesma a todos os resistores envolvidos na ligação paralela.

Analisando o circuito vemos que: I t = I1 + I2 + I3 . Pela Lei de Ohm temos que a corrente elétrica é igual a tensão dividido pela resistência, então:

Como a tensão é a mesma, e é comum a todos os termos da igualdade, ela pode ser simplificada, restando então:

O inverso da Req de uma associação em paralelo é igual à soma dos inversos das resistências dos resistores.

Para dois resistores em paralelo é possível calcular a Req através de uma outra fórmula:

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- associação mista: É o caso mais encontrado em circuitos eletrônicos. Neste caso há resistores ligados em série e interligados a outros em paralelo. Para se chegar a Req, faz-se o cálculo das associações série e paralelo ordenadamente, sem nunca “misturar” o cálculo, ou seja, associar um resistor em série a outro esteja numa ligação paralela.

Considerações finais sobre a Lei de Ohm A Lei de Ohm pode ser definida como a relação entre a Tensão, a Corrente e a Resistência em um circuito elétrico de corrente contínua. Ela pode ser definida como uma constante de proporcionalidade entre as três grandezas.

Ela estabelece que: A corrente elétrica em um condutor metálico é diretamente proporcional à tensão aplicada em seus terminais, desde que a temperatura e outras grandezas físicas forem constantes.

Divisor resistivo de tensão O divisor de tensão consiste, basicamente, em um arranjo de resistores de tal forma, a subdividir a tensão total em valores específicos aplicáveis.

Diversas vezes, precisa-se de uma tensão mais baixa do que a tensão que a fonte nos fornece. Esta possibilidade nos é oferecida pelo divisor de tensão (isto também é feito através de transformadores).

Seja Ve a tensão de entrada e Vs a tensão de saída do divisor de tensão, como mostra a figura abaixo, podemos escrever (você pode demonstrar !):

Divisor de tensão resistivo

Se medirmos a tensão de saída no resistor R1 à equação se tornaria:

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No circuito da figura abaixo, mostra um divisor de tensão fixa ligada a uma carga RL.

Analisando o circuito temos:

Resolvendo! Temos:

Leis De Kirchoff Lei de Kirchhoff para Tensão: A tensão aplicada a um circuito fechado é igual ao somatório das quedas de tensão naquele circuito.

Ou seja: a soma algébrica das subidas e quedas de tensão é igual a zero (V). Então, se

Temos o seguinte circuito podemos dizer que VA = VR1 + VR2 + VR3 Lei de Kirchhoff para Correntes: A soma das correntes que entram num nó (junção) é igual à soma das correntes que saem desse nó.

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I1+I2= I3+I4+I5

Teorema Norton e Thévenin O teorema de Thévenin estabelece que qualquer circuito linear visto de um ponto, pode ser representado por uma fonte de tensão (igual à tensão do ponto em circuito aberto) em série com uma impedância (igual à impedância do circuito vista deste ponto).

A esta configuração chamamos de Equivalente de Thévenin em homenagem a Léon Charles Thévenin1, e é muito útil para reduzirmos circuitos maiores em um circuito equivalente com apenas dois elementos a partir de um determinado ponto, onde se deseja, por exemplo, saber as grandezas elétricas como tensão, corrente ou potência.

Resumindo: qualquer rede linear com fonte de tensão e resistências, pode ser transformada em uma Rth (resistência equivalente de Thévenin) em série com uma fonte Vth (tensão equivalente de Thévenin), considerando-se dois pontos quaisquer.

EXEMPLO 1: Calcule o equivalente Thévenin no circuito abaixo:

1. colocando a fonte em curto, podemos calcular a Rth:

Rth =

4.6 24 = = 2,4Ω 4 6 10

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2. eliminando-se o curto da fonte, calcula-se agora Vth, que é a tensão nos extremos de R2

Vth =

20 . 6 120 = = 12V 4 6 10

O circuito equivalente Thévenin ficará então composto por Vth e Rth conforme ilustra a figura abaixo:

Neste caso, a partir deste circuito equivalente, podemos calcular rapidamente a corrente, potência ou tensão em qualquer resistor ligado entre os pontos a e b.

O teorema Norton serve para simplificar redes em termos de correntes e não de tensões, como é o caso do método de Thévenin.

O teorema de Norton tal como o Teorema de Thévenin permite simplificar redes elétricas lineares, reduzindo-as apenas a um circuito mais simples: um gerador de corrente com uma resistência em paralelo.

EXEMPLO 1: Calcule o equivalente Norton no circuito abaixo: (este exercício foi resolvido anteriormente pelo método de Thévenin)

3. colocando a fonte em curto, podemos calcular a RN:

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RN =

4.6 24 = = 2,4Ω 4 6 10

4. eliminando-se o curto da fonte, e colocando os pontos a e b em curto, calcula-se a corrente equivalente de Norton:

IN =

20 4

= 5A

O circuito equivalente Norton ficará então composto por IN e RN conforme ilustra a figura abaixo:

Neste caso, a partir deste circuito equivalente, podemos calcular rapidamente a corrente, potência ou tensão em qualquer resistor ligado entre os pontos a e b, a exemplo do que ocorria com o método de Thévenin.

Medindo Tensão e Corrente MEDIDA DE TENSÕES: A medida de tensões é essencial em todos os trabalhos de Eletrônica.

Ela especifica o funcionamento e fornece as características de um circuito elétrico.

O aparelho destinado a medir tensões é o voltímetro.

A tensão entre dois pontos de um circuito é a medida do desequilíbrio elétrico entre esses pontos.

Para medir a tensão entre dois pontos quaisquer de um circuito elétrico, liga-se um voltímetro em paralelo entre esses dois pontos.

Todos os instrumentos de medida para utilização em tensão ou corrente contínua, tem em seus terminais uma indicação de polaridade. Essa indicação normalmente é feita com os sinais “+” e “-” ou com as cores vermelha e preta respectivamente. Tal cuidado, no entanto, não precisa ser tomado quando se mede tensões ou correntes alternadas, pois as mesmas não têm polaridade.

Quando se mede tensão contínua, deve-se tomar cuidado em ligar o instrumento e conectá-lo corretamente, isto é, o terminal positivo deve ser ligado ao ponto de potencial mais alto e o negativo ao ponto de potencial mais baixo.

Se o ponteiro do medidor se deslocar à direita, ele foi conectado corretamente; caso contrário, os terminais estão ligados invertidos.

Para medirmos a tensão no resistor R2 ou entre os pontos A e B, utilizaremos um voltímetro. Antes de ligarmos o medidor convém lembrar que, por convenção, nos [20] Eletrônica Linear: Prof. Fabiano F. Saldanha

geradores (bateria) a corrente sai do polo positivo e nos receptores (resistores) a corrente entra pelo polo positivo.

Portanto, no resistor R2 (figura 1) o ponto A é mais positivo do que o ponto B, pois a corrente entra no resistor pelo ponto A; obviamente o ponto B será negativo em relação ao ponto A. Desta forma, devemos conectar o polo positivo do voltímetro no ponto A e o polo negativo no ponto B, conforme ilustra a figura 2.

Se quisermos medir a tensão da associação formada por R1 e R2, isto é, a tensão entre os pontos C e B, devemos ligar o voltímetro conforme mostra a figura 3.

Observe que nas três figuras apresentadas a chave interruptora (Sw1) encontrase aberta. Logo, para que a corrente flua pelo circuito a mesma deverá ser fechada, caso contrário, o instrumento não acusará nenhuma medida.

Um voltímetro de boa qualidade deve apresentar uma resistência interna elevadíssima, pois assim a corrente que ele solicita é praticamente nula e não altera o circuito original.

MEDIDA DE CORRENTES: O aparelho destinado a medir corrente é o amperímetro. Quando o valor da intensidade da corrente a ser medida é muito pequena, utiliza-se um miliamperímetro ou mesmo ou microamparímetro.

A intensidade da corrente que flui em um circuito depende da tensão aplicada e da natureza do circuito, como por exemplo, os resistores nele inseridos.

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Para se medir corrente contínua em um circuito, deve-se colocar o medidor em série, observando-se a polaridade, a exemplo do voltímetro, onde são obedecidas as mesmas convenções: sinais ou cores.

A figura 4 mostra um circuito contendo uma bateria e dois resistores. Para medirmos a corrente no ponto A ou no resistor R1 ou R2, devemos seguir o seguinte critério: a) desligamos a alimentação b) interrompemos o circuito no ponto A, conforme mostra a figura 5. c) intercalamos o amperímetro, observando a polaridade, conforme mostra a figura 6.

Um bom amperímetro deve ter uma resistência interna bastante baixa, para não interferir no circuito.

Para se medir CA (corrente ou tensão alternada) usamos o “alicate amperímetro”.

OBS: voltagem e amperagem são termos incorretos a serem usados, os termos corretos usados pelos profissionais da área são: Tensão e Corrente respectivamente.

CAPACITORES O capacitor é constituído por duas placas condutoras paralelas, separadas por um dielétrico. Quando se aplica uma ddp nos seus dois terminais, começa a haver um movimento de cargas para as placas paralelas. A capacitância de um capacitor é a razão entre a carga acumulada e a tensão aplicada.

C = Q/V [22] Eletrônica Linear: Prof. Fabiano F. Saldanha

Deve-se também ter em mente que a capacitância é maior quanto maior for a área das placas paralelas, e quanto menor for a distância entre elas. Desta forma:

Onde: C = capacitância A = área da placa d = distância entre as placas k = constante dielétrica do material isolante Vamos agora estudar o comportamento do capacitor quando nele aplicamos uma tensão DC. Quando isto acontece, a tensão no capacitor varia segundo a fórmula: Vc=VT(1-e-t/RC) Isso gera o seguinte gráfico Vc X t

Isto acontece porque a medida que mais cargas vão se acumulando no capacitor, maior é a oposição do capacitor à corrente (ele funciona como uma bateria).

Note que no exemplo abaixo ligamos um resistor em série com o capacitor. Ele serve para limitar a corrente inicial (quando o capacitor funciona como um curto). O tempo de carga do capacitor é 5t, onde t = RC (resistência vezes capacitância).

No exemplo acima, o tempo de carga é: Tc= 5 x 1000 x 10-6 = 5ms.

Se aplicamos no capacitor uma tensão alternada, ele vai oferecer uma "oposição à corrente" (na verdade é oposição à variação de tensão) chamada reatância capacitiva (Xc). Xc=1/2fC A oposição total de um circuito à corrente chama-se impedância (Z). Num circuito composto de uma resistência em série com uma capacitância:

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Podemos imaginar a impedância como a soma vetorial de resistência e reatância.

O ângulo da impedância com a abscissa é o atraso da tensão em relação à corrente.

Aplicações: Se temos um circuito RC série, a medida que aumentarmor a freqüência, a tensão no capacitor diminuirá e a tensão no resistor aumentará. Podemos então fazer filtros, dos quais só passarão freqüências acima de uma freqüência estabelecida ou abaixo dela. Estes são os filtros passa alta e passa baixa.

Freqüência de corte: é a freqüência onde XC=R. Quando temos uma fonte CA de várias freqüencias, um resistor e um capacitor em série, em freqüências mais baixas XC é maior, desta forma, a tensão no capacitor é bem maior que no resistor. A partir da freqüência de corte, a tensão no resistor torna-se maior. Dessa forma, a tensão no capacitor é alta em freqüências mais baixas que a freqüência de corte. Quando a freqüência é maior que a freqüência de corte, é o resistor que terá alta tensão.

Filtro passa baixa: Vsaída=It XC

Filtro passa alta: Vsaída=It R Logicamente, se colocarmos um filtro passa alta na saída de um passa baixa, teremos um passa banda.

Capacitores em CA serão melhores analisados no curso sobre radiotécnica (telecomunicação).

Assim como o resistor têm “resistência” que é a propriedade de oferecer dificuldade à passagem da corrente elétrica, o capacitor tem capacitância, que é a propriedade do capacitor armazenar energia em um campo eletrostático.

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Materiais Dielétricos Isolantes ou dielétricos são caracterizados pelo fato de possuírem poucos elétrons livres, isto é, os elétrons estão fortemente ligados ao núcleo. Sem a aplicação de um campo elétrico, um átomo dielétrico é simétrico, mas na presença de um campo elétrico os elétrons se deslocam de forma a ficarem próximos da carga positiva do campo elétrico.

Uma medida de como as linhas de força são estabelecidas em um dielétrico é denominada permissividade. A permissividade absoluta (e) é a relação entre a densidade de fluxo no dielétrico e o campo elétrico sobre o mesmo.

A constante dielétrica então, é a relação entre permissividade de um material e a permissividade do vácuo, e é definida como:

Existe uma relação entre a tensão aplicada entre duas placas paralelas separadas por um dielétrico, e a carga que aparece nestas placas. Analise o circuito abaixo: Ao fecharmos a chave, circulará uma corrente da fonte para as placas, no início alta. Quando houver um equilíbrio de cargas, isto é E = v, a corrente I tenderá a zero.

Este processo é chamado “carga”, e leva um tempo muito pequeno.

Um gráfico relacionando a tensão e a carga acumulada gera uma relação linear.

A constante de proporcionalidade a tensão e a carga acumulada e a tensão, isto é, a inclinação da reta é a capacitância.

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A unidade de capacitância é o Coulomb/ Volt, que é definida Farad.

A capacitância é determinada pelos fatores geométricos A (área) e d (distância) das placas que formam o capacitor.

Quando a área das placas é aumentada, aumenta a capacitância. Da mesma forma quando a separação entre as placas aumenta, a capacitância diminui. Então temos que:

O capacitor assim como o resistor também tem um símbolo que pode ser visto logo a seguir.

Polarizados

Despolarizado Capacitores polarizados devem ser ligados ao circuito respeitando-se seu lado positivo e negativo, pois caso contrario o mesmo poderá explodir se ligado invertido!

Unidade de medida A unidade de capacitância é o farad. Um capacitor de 1 farad pode armazenar um coulomb de carga a 1 volt. Um Coulomb é 6,25E18 (6,25 * 10^18, ou 6,25 bilhões de bilhões) de elétrons. Um ampère representa a razão de fluxo de elétrons de 1 coulomb de elétrons por segundo, então, um capacitor de 1 farad pode armazenar 1 ampère-segundo de elétrons a 1 volt.

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Um capacitor de 1 farad seria bem grande. Ele poderá ser do tamanho de uma lata de atum ou de uma garrafa de 1litro de refrigerante, dependendo da tensão que ele pode suportar. Então, normalmente, os capacitores são medidos em microfarads (milionésimos de um farad).

Para ter uma idéia de quanto é um farad, pense desta forma: uma pilha alcalina AA comum contém aproximadamente 2,8 ampère-hora. Isto significa que uma pilha AA pode produzir 2,8 ampères durante uma hora a 1,5 volts (aproximadamente 4,2 wattshora - uma pilha AA pode acender uma lâmpada de 4 watts por pouco mais de uma hora). Vamos pensar em 1 volt para tornar as contas mais fáceis. Para armazenar a energia de uma pilha AA em um capacitor, seriam necessários 3.600 * 2,8 = 10.080 farads para manter, pois um ampère-hora é 3.600 ampères-segundo.

Se é necessário algo do tamanho de uma lata de atum para manter um farad, então 10.080 farads precisariam de MUITO mais espaço que uma única pilha AA. Obviamente, não é possível utilizar capacitores que armazenam uma quantidade significativa de energia, a menos que isto seja feito em altas tensões.

Um capacitor vem expresso em micro-farads (μF), nano-farads (nF) ou picofarads (pF).

1 micro-farads é igual à 0,000.001 farads 1 nano-farads é igual à 0,000.000.001 farads 1 pico-farads é igual à 0,000.000.000.001 farads Leitura de capacitores cerâmicos Capacitores cerâmicos (pois seu dielétrico é a cerâmica) vêm expresso em seu corpo o valor em pico farads, como mostra a figura abaixo, onde seu valor seria de 12000pF ou 12nF.

Quando houver somente dois digitos o valor sera dado direto em pF.

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Neste caso acima o valor do capacitor seria de 12pF, pois não possui o terceiro numero multiplicador.

Nos capacitores eletrolíticos, o valor do capacitor vem escrito direto no corpo do mesmo, como mostrado abaixo.

Na foto acima temos a polaridade do capacitor, sua capacitância(390uF) sua tensão máxima (400v) e outros dados técnicos.

Associação de capacitores Associação em série Quando os capacitores são conectados em série, a fem “E” é dividida pelos capacitores, e a capacitância equivalente ou total Ct, é menor que o menor dos capacitores. Analisando o circuito abaixo:

Todos os capacitores adquirem a mesma carga elétrica; ou seja; Q1 = Q2 = Q3.

A tensão total é igual a Et = E1 + E2 + E3.

Então:

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Capacitância equivalente para capacitores em série.

Associação em paralelo Quando dois capacitores são conectados em paralelo, a carga total adquirida pela combinação é dividida pelos capacitores da associação, e a capacitância total é a soma das capacitâncias individuais. Analise o circuito ao abaixo:

Cada capacitor adquire uma carga dada por:

Resumidamente, o capacitor bloqueia a passagem da CC mas “permite a passagem” da CA.

INDUTORES A capacidade que um condutor possui de induzir tensão em si mesmo quando a corrente varia é a sua auto-indutância ou simplesmente indutância. O símbolo da indutância é o L e a sua unidade é o Henry (H).

Um Henry é a quantidade de indutância que permite uma quantidade de indutância que permite uma indução de 1 V quando a corrente varia na razão de 1 A/ 1s.

A fórmula para a indutância e o símbolo do indutor são:

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Os indutores em CC se comportam apenas como um condutor comum, suas propriedades são inerentes a CA, onde apresentam uma reatância indutiva a passagem da mesma.

Apenas como curiosidade (já que isto é matéria de eletricidade), veja as características de uma corrente ou tensão alternada.

PISCA NÉON Com o objetivo de apresentar uma função prática a tudo que estudamos até agora, segue abaixo o esquema de um circuito que utiliza um capacitor, um resistor um diodo retificador (que veremos mais adiante sua função) e uma lâmpada néon.

Trata-se de um oscilador de relaxação, onde o capacitor C1 se carrega via R1 até ser atingida a tensão de disparo da lâmpada néon, algo em torno de 80 volts.

Quando isto ocorre, a lâmpada produz um flash e o capacitor se descarrega parcialmente.

Quando a lâmpada apagar teremos um novo ciclo de carga e depois o disparo.

O capacitor C1, em conjunto com R1, determina a frequência de operação do circuito.

Se precisar alterar a frequência do circuito, troque C1 e não R1.

Componentes Variáveis Todo componente passivo possui também um formato, onde sua resistência, capacitância ou indutância podem ser variáveis, isto é, seus valores podem ser ajustados, quando variamos um eixo.

Resistores variáveis ou Potenciômetros: [30] Eletrônica Linear: Prof. Fabiano F. Saldanha

Seu valor varia de acordo com a posição do eixo central, veja abaixo seu símbolo e sua construção interna.

ou

Resistores ajustáveis ou trimpots: São resistores iguais ao potenciômetro, porém, eles são utilizados onde necessitamos ajustar um valor de resistência que depois de calibrado, não precisa ser alterada.

Seu símbolo é igual ao do potenciômetro.

Abaixo temos alguns modelos de potenciômetros e trimpots.

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Capacitores variáveis: Assim como o resistor temos o capacitor variável, muito utilizado em rádios, onde necessitamos selecionar a frequência de alguma estação.

Seu símbolo é este:

E sua construção e aspecto físicos são estes:

Capacitores ajustaveis ou trimmers: São capacitores que precisam ser ajustados uma única vez, como os trimpots.

Seu símbolo pode ser igual ao do capacitor variável.

Transformadores Transformadores são componentes que utilizam-se do fenômeno da autoindução para transformar valores de tensão e corrente.

Na maioria das vezes utilizamos transformadores para reduzir uma tensão, com o objetivo de alimentar um circuito eletrônico.

Exemplo: necessitamos ligar um rádio AM-FM, que funciona somente em 9 volts!, teremos que utilizar um transformador (ou Trafo no jargão técnico), para reduzir a tensão da rede elétrica de nossa residência de 127 volts para 9 volts.

Os transformadores também são amplamente estudados em eletricidade.

Abaixo temos alguns modelos de transformadores utilizados em eletrônica.

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Seu principio de funcionamento é simples.

Temos um enrolamento que chamamos de primário, onde a tensão que será transformada entra (por exemplo, os 127 da nossa casa) e o outro de secundário que será o enrolamento onde teremos a tensão de saída e transformada ou para mais ou para menos, no nosso exemplo teríamos uma saída de 9 volts.

Existem transformadores para diversas tensões de saída.

O transformador só funciona em CA, pois necessitamos ter variação de campo magnético para haver o fenômeno da autoindução, ele Não funciona em CC, pois neste tipo de corrente não temos variação.

O símbolo do transformador vem a seguir.

ou

Este símbolo representa transformador com tomada central ou center-tap.

DIODOS RETIFICADORES A energia elétrica, hoje disponível em grande quantidade graças às extensas redes de distribuição, apresenta-se sob a forma de Corrente Alternada Senoidal, em geral de 220V ou 110V (valores eficazes)* e frequência de 50 ou 60 Hz. Esta pode ser utilizada diretamente para acionamento de motores, aquecimento resistivo e iluminação.

Outras aplicações requerem corrente contínua como, por exemplo, os processos eletrolíticos industriais, o acionamento de motores de alto conjugado de partida (utilizados em tração elétrica e controles industriais), carregadores de bateria e a alimentação de praticamente todos os circuitos eletrônicos.

A obtenção de corrente contínua, a partir da corrente alternada disponível, é indispensável nos equipamentos eletrônicos. Estes, invariavelmente, possuem um ou [33] Eletrônica Linear: Prof. Fabiano F. Saldanha

mais circuitos chamados Fontes de Alimentação ou Fontes de Tensão, destinados a fornecer as polarizações necessárias ao funcionamento dos dispositivos eletrônicos. Aos circuitos ou sistemas destinados a transformar corrente alternada em contínua damos o nome genérico de Conversores C.A. - C.C. (ou em inglês, A.C. – D.C, alternate current – direct current).

Para transformarmos corrente alternada (CA) em corrente continua (CC) , utilizamos o diodo semicondutor ou diodo retificador.

Diodo semicondutor é um dispositivo ou componente eletrônico composto de cristal semicondutor de silício ou germânio numa película cristalina cujas faces opostas são dopadas por diferentes gases durante sua formação. É o tipo mais simples de componente eletrônico semicondutor, usado como retificador de corrente elétrica. Possui uma queda de tensão de 0,3 V(germânio) e 0,7 V(silício).

Aparência real do diodo, no mesmo alinhamento que o seu símbolo. O terminal mais próximo da barra fina é o catodo

O diodo é um componente elétrico que permite que a corrente atravesse-o num sentido com muito mais facilidade do que no outro. O tipo mais comum de diodo é o diodo semicondutor, no entanto, existem outras tecnologias de diodo. Diodos semicondutores são simbolizados em diagramas esquemáticos como na figura abaixo. O termo "diodo" é habitualmente reservado a dispositivos para sinais baixos, com correntes iguais ou menores a 1 A.

Na imagem da esquerda o diodo está diretamente polarizado, há corrente e a lâmpada fica acesa. Na imagem da direita o diodo está inversamente polarizado, não há corrente, logo a lâmpada fica apagada.

O diodo funciona como uma chave de acionamento automático (fechada quando o diodo está directamente polarizado, e aberta quando o diodo está inversamente polarizado), a diferença mais substancial é que quando diretamente polarizado há uma queda de tensão no diodo muito maior do que a que geralmente há em chaves mecânicas, no caso do diodo de silício, 0,7 V; assim, uma fonte de tensão de 10 V polarizando diretamente um diodo em série com uma resistencia, fará com que haja uma [34] Eletrônica Linear: Prof. Fabiano F. Saldanha

queda de tensão de 9,3 V na resistencia, pois 0,7 V ficam no diodo. Na polarização inversa acontece o seguinte, o diodo fará papel de uma chave aberta, já que não circula corrente, não haverá tensão no resitor, a tensão ficará toda retida no diodo, ou seja, nos terminais do diodo haverá uma tensão de 10 V. A principal função de um diodo semicondutor, em circuitos retificadores de corrente, é transformar corrente alternada em corrente contínua pulsante, já que no semiciclo negativo de uma corrente alternada o diodo fará a função de uma chave aberta, não circulará corrente elétrica no circuito (considerando o “sentido convencional de corrente”, do “positivo” para o “negativo”). A principal função de um diodo semicondutor, em circuitos de corrente contínua, é controlar o fluxo da corrente, permitindo que a corrente elétrica circule apenas em um sentido.

RETIFICADOR DE MEIA ONDA Para o ponto A positivo em relação a B, o diodo está polarizado diretamente e conduz.

A corrente circula de A até B passando pelo diodo e RL. Para o ponto A negativo em relação a B, o diodo está polarizado inversamente e não conduz.

Tem-se corrente em RL somente nos semiciclos positivos de entrada.

Os semiciclos positivos passam para a saída e os semiciclos negativos ficam no diodo.

A frequência de ondulação na saída é igual à frequência de entrada.

O retificador de meia onda tem baixa eficiência.

Invertendo o diodo, a tensão de saída será negativa.

O diodo conduz os semiciclos negativos. Os semiciclos positivos ficam no diodo.

RETIFICADOR DE ONDA COMPLETA

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Este circuito é também denominado de retificador de onda completa convencional.

Há uma defasagem de 180º entre as tensões de saída do transformador, VA e VB. As tensões VA e VB são medidas em relação ao ponto C (0 V).

Quando A é positivo, B é negativo, a corrente sai de A passa por D1 e RL e chega ao ponto C. Quando A é negativo, B é positivo, a corrente sai de B passa por D2 e RL e chega ao ponto C. Para qualquer polaridade de A ou de B a corrente IL circula num único sentido em RL e por isto, a corrente em RL é contínua. Temos somente os semiciclos positivos na saída.

A frequência de ondulação na saída é o dobro da frequência de entrada.

RETIFICADOR DE EM PONTE

O retificador em ponte dispensa o uso do transformador com tomada central.

Com isto, pode-se ter um retificador de onda completa ligado diretamente à rede elétrica.

Quando A é positivo em relação a B, a corrente sai de A passa por D1, RL, D3 e chega ao ponto B. Quando A é negativo em relação a B, a corrente sai de B passa por D2, RL, D4 e chega ao ponto A..

Conduzem somente dois diodos de cada vez.

Quando o ponto A é positivo D1 e D3 conduzem.

Quando o ponto A é negativo D2 e D4 conduzem.

Para qualquer polaridade de A ou de B a corrente IL circula num único sentido em RL e por isto, a corrente em RL é contínua. Temos somente os semiciclos positivos na saída.

A frequência de ondulação na saída é o dobro da frequência de entrada FILTRO CAPACITIVO Em onda completa o capacitor será recarregado 120 vezes por segundo. O capacitor descarrega durante um tempo menor e com isto a sua tensão permanece próxima de VP até que seja novamente recarregado.

Quando a carga RL solicita uma alta corrente é necessário que o retificador seja de onda completa.

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Abaixo, tem-se o diagrama em blocos de uma fonte de alimentação com tensão de saída regulada.

DIODO ZENER Diodo Zener (também conhecido como diodo regulador de tensão, diodo de tensão constante, diodo de ruptura ou diodo de condução reversa) é um dispositivo ou componente eletrônico semelhante a um diodo semicondutor, especialmente projetado para trabalhar sob o regime de condução inversa, ou seja, acima da tensão de ruptura da junção PN, neste caso há dois fenômenos envolvidos o efeito Zener e o efeito avalanche. O dispositivo leva o nome em homenagem a Clarence Zener, que descobriu esta propriedade elétrica.

Qualquer diodo inversamente polarizado praticamente não conduz corrente desde que não ultrapasse a tensão de ruptura. Na realidade, existe uma pequena corrente inversa, chamada de corrente de saturação, que ocorre devido unicamente à geração de pares de elétron-lacuna na região de carga espacial, à temperatura ambiente. No diodo Zener acontece a mesma coisa. A diferença é que, no diodo convencional, ao atingir uma determinada tensão inversa, a corrente inversa aumenta bruscamente (efeito de avalanche), causando o efeito Joule, e consequentemente a dissipação da energia térmica acaba por destruir o dispositivo, não sendo possível reverter o processo. No diodo Zener, por outro lado, ao atingir uma tensão chamada de Zener geralmente bem menor que a tensão de ruptura de um diodo comum, o dispositivo passa a permitir a passagem de correntes bem maiores que a de saturação inversa, mantendo constante a tensão entre os seus terminais. Cada diodo Zener possui uma tensão de Zener específica como, por exemplo, 5,1 Volts, 6,3 Volts, 9,1 Volts, 12 Volts e 24 Volts.

Quanto ao valor da corrente máxima admissível, existem vários tipos de diodos.

Um dado importante na especificação do componente a ser utilizado é a potência do dispositivo. Por exemplo, existem diodos Zener de 400 mili Watts e 1 Watt. O valor da corrente máxima admissível depende dessa potência e da tensão de Zener. É por isso que o diodo Zener se encontra normalmente associado com uma resistência ligada em série, destinada precisamente a limitar a corrente a um valor admissível.

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Característica corrente-tensão de um diodo zener com a tensão reversa de 17 volts.

Note a mudança de escala na tensão direta e reversa.

Simbologia e aspecto físico do diodo zener.

Calculo do resistor para limitar a corrente no diodo zener.

OBS: Na hora da compra do zener temos que ter a potência do mesmo.

REGULADOR COM CIRCUITO INTEGRADO 78XX e 79XX As fontes de alimentação constituem uma parte fundamental no funcionamento de qualquer sistema eletrônico, e muitas vezes necessitamos alimentar algum circuito que exige uma fonte com boa precisão de regulagem da tensão de saída; ou até mesmo [38] Eletrônica Linear: Prof. Fabiano F. Saldanha

com algum dispositivo de proteção que nos assegure que a tal fonte, não irá se auto danificar ou até mesmo danificar o circuito que esta alimentando. Para solucionar este problema precisaríamos nos aplicar no desenvolvimento e montagem de uma fonte com alto grau de complexidade e muitos componentes especiais.

Esses reguladores de tensão integrados são componentes com alto grau de confiabilidade; com eles conseguimos vários padrões diferentes de tensão juntamente com grau bem baixo de complexidade na montagem da fonte como um todo.

A série 78XX são reguladores de tensão positiva, e a série 79XX são reguladores de tensão negativa; poderíamos citar as principais características válidas para as duas séries que são: - Alto grau de precisão na tensão de saída - Limitação de corrente - Proteção contra curto-circuito - Desligamento automático por excesso de aquecimento - Corrente máxima de saída de 1 Amper.

As duas séries possuem três terminais de ligação, identificados como input (entrada), common (comum) e output (saída); e deve-se tomar todo cuidado para não inverter os pinos, senão poderá ocorrer a destruição imediata deste componente. Outro detalhe a ser observado é que a pinagem da série 78XX e 79XX são diferentes, e abaixo mostramos a pinagem dos mesmos na Fig abaixo.

Pinagem da Série 78XX

Pinagem da Série 79XX

Este regulador no caso de alta dissipação irá esquentar muito, e neste caso o sistema de proteção o desativará, e após o resfriamento o mesmo voltará à operação normal. Para evitar que isto aconteça, o regulador deverá ser dotado de um dissipador de calor.

Cada tipo de regulador possui uma tensão limite de entrada, e se a mesma não for observada o regulador poderá ser danificado. Na prática a tensão de entrada tem que ser pelo menos 3V acima da tensão de saída do regulador utilizado, mas não deverá ser muita alta para não acontecer muita dissipação de energia desnecessária no próprio regulador, consulte sempre o datasheet do fabricante.

A carga que será ligada na saída do regulador não poderá drenar mais do que 1 Amper, pois este é o limite do regulador; porém caso seja necessário drenar correntes maiores poderá ser usados drives de saída, como será demonstrado na Fig. Abaixo.

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Exemplo típico de utilização do ci regulador

Abaixo temos um exemplo de utilização do 79xx regulando uma tensão negativa de -9Volts.

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Existem outros ci‟s reguladores, por exemplo o LM317, que podemos utilizar para projetarmos fontes onde a tensão de saída pode ser ajustada.

SISTEMA NO-BREAK Alguns sistemas como alarme, computadores e etc, utilizam uma bateria auxiliar no caso da fonte de alimentação principal falhar, a isto chamamos sistema no-break.

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Dobradores de Tensão Circuito construído a partir de dois retificadores de meia-onda em conjunto com dois capacitores para proporcionar um valor de tensão combinado. Também denominado de detector de pico-a-pico, fornece uma tensão CC de saída de duas vezes o valor da tensão de pico CA de entrada.

Seu funcionamento se baseia no seguinte: em um semiciclo da tensão Vf, o diodo D1 está polarizado diretamente, conduzindo a corrente, e o diodo D2 está polarizado reversamente, bloqueando a passagem da corrente elétrica.

Consequentemente, o capacitor C1 está com a polaridade correta, carregando, e o capacitor C2 com a polaridade invertida, descarregando, em série com a carga RL. No semiciclo oposto, ocorre o contrário: diodo D1 polarizado reversamente, bloqueando, diodo D2 polarizado diretamente, conduzindo, capacitor C1 com polaridade invertida, descarregando em série com a carga, e o capacitor C2 com polaridade correta, carregando.

Em alternância com os semiciclos, um diodo conduz e outro bloqueia, e um capacitor carrega enquanto outro descarrega na carga a energia armazenada do semiciclo anterior. Observar que o valor dos capacitores (capacitância) deve ser o maior possível, pois se a carga consumir um valor elevado de corrente não será possível manter o valor de tensão estável entre cada semiciclo, ocasionando ondulação.

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VÁLVULAS ELETRÔNICAS Antes de começarmos a falar sobre transistores vamos ver sucintamente o funcionamento de uma válvula tríodo, já que estes dispositivos podem ser considerados os precursores do transistor.

Como Funciona uma Válvula Triodo ?

O princípio do triodo está indicado na Figura 3-1. Esta válvula possui um catodo, uma placa e uma grade de arame no meio. Urna baixa tensão negativa é aplicada à grade. Esta tensão é chamada tensão de polarização e sua finalidade é limitar o número de elétrons que podem passar do catodo para a placa.

Numa válvula triodo, a grade controla a corrente de elétron

As setas indicam que muitos dos elétrons irão passar através dos espaços da grade: porém, alguns são repelidos pela carga negativa na grade. Você deve lembrar que “cargas iguais se repelem” e, portanto, a grade negativa repele alguns elétrons negativos de volta para o catodo.

Quanto mais negativa for a tensão de polarização da grade, mais elétrons a grade irá repelir e menor será o número de elétrons que atinge a placa. A tensão na grade controla, de fato, o número de elétrons que atinge a placa. O fluxo de corrente é medido pelo número de elétrons que passa por um determinado ponto, a cada segundo. Pode-se ver, assim, que a tensão negativa de polarização da grade controla, de fato, a corrente na placa. Esta corrente é chamada corrente de placa (Ip).

As Válvulas Triodo Lee de Forest descobriu um fato interessante ao pesquisar o funcionamento das válvulas. Se entre a placa e o catodo fosse colocada uma tela de [43] Eletrônica Linear: Prof. Fabiano F. Saldanha

metal, uma tensão aplicada nesta tela poderia servir para controlar o fluxo de cargas no interior da válvula. Bastava carregar a “tela”, denominada “grade” com tensões apropriadas para se ter um controle total da corrente circulante entre o anodo e o catodo.

Estava criada a válvula triodo cuja estrutura interna e símbolo são mostrado na figura 5.

Na figura 6 mostramos como o controle das cargas pode ser feito: uma tensão negativa bloqueia o fluxo de cargas e uma tensão positiva deixa os elétrons passarem para o anodo, havendo assim uma corrente.

Se um sinal, por exemplo, a corrente que venha de um microfone, for aplicada à grade de uma válvula, a variação da tensão na grade provocará uma variação da corrente que atravessa o dispositivo para a placa ou anodo. Esta corrente tem a mesma forma de onda do sinal aplicado, mas está amplificada. Isso significa que a válvula pode funcionar como um excelente amplificador para sinais elétricos, conforme mostra a figura.

Válvula como amplificadora de sinais, comparada ao transistor. Observe as fases dos sinais nos dois casos.

Nessa figura mostramos também o circuito amplificador equivalente com o conhecido transistor.

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TRANSISTORES O avanço da tecnologia do estado sólido teve início com o desenvolvimento do TRANSÍSTOR, em 1948, por três cientistas (Shockley, Bardeen e Brattain) do Laboratório de Pesquisas da "Bell Telefone", nos Estados Unidos.

O nome TRANSÍSTOR é uma contração de duas palavras da língua inglesa: TRANSfer-resISTOR (resistência de transferência). Ele realiza praticamente todas as funções confiadas à válvula electrónica (detecção, amplificação, oscilação, etc.), porém com inúmeras vantagens: menor peso e tamanho, permitindo montagens mais compactas; ausência de filamentos, dispensando o aquecimento prévio para entrar em funcionamento; menor consumo de potência; operação com tensões bem reduzidas, etc.

Talvez a única desvantagem que o transístor tem, em comparação com a válvula termiônica, é a sua enorme sensibilidade às variações de temperatura.

Símbolos utilizados para representar os transístores BIPOLARES

A ESTRUTURA DO TRANSÍSTOR BIPOLAR

O transístor bipolar, cuja estrutura analisaremos a seguir, é o tipo mais comum.

Ele recebe esta denominação de BIPOLAR porque em seu funcionamento participam dois tipos de portadores com cargas opostas: elétrons e lacunas livres. Este transístor é constituído por três cristais de material semicondutor dopado (cristais extrínsecos), de modo a formar duas junções "P-N". Desta forma, podemos ter dois tipos de [45] Eletrônica Linear: Prof. Fabiano F. Saldanha

TRANSISTORES DE JUNÇÃO BIPOLARES, dependendo do cristal semicondutor intermédio ser P ou N (figura 1).

Figura 1: Os dois tipos de transistores de junções bipolares

O transístor "N-P-N" é formado por dois cristais do tipo N e por um cristal intermédio do tipo P (figura 13A), enquanto o tipo "P-N-P" é formado por dois cristais do tipo P e um cristal intermédio tipo N (figura 13B). Tanto no transístor "N-P-N" como no transístor "P-N-P", a espessura do cristal do centro é bem menor do que a dos cristais dos extremos; ela é da ordem de alguns centésimos de milímetro.

O cristal do centro recebe o nome de BASE (B) e os outros dois cristais são chamados de EMISSOR (E) e de COLETOR (C). Assim, todo transístor bipolar, seja ele "N-P-N" ou "P-N-P", possui três terminais: EMISSOR, BASE e COLETOR (figura 2), e cada um deles tem um significado especial, de acordo com a função desempenhada pelo correspondente terminal.

Figura 2: Os três terminais de um transistor bipolar: E = emissor; B = base; C = Colector

As duas junções do transístor bipolar recebem nomes especiais: JUNÇAO BASE-EMISSOR, formada pelos cristais que constituem a base e o emissor, e JUNÇÃO BASE-COLETOR, formada pelos cristais que constituem a base e o coletor. A figura 3 mostra as duas junções, tanto nos transístores "N-P-N" como nos "P-N-P".

Figura 3: As duas junções de um transístor bipolar PRINCÍPIO DE FUNCIONAMENTO DO TRANSÍSTOR BIPOLAR

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Todo transístor bipolar, na situação de funcionamento normal, deve ter as duas junções polarizadas adequadamente.

Primeiramente, vamos supor que a junção base-emissor seja polarizada no sentido direto, de acordo com a figura 4 (a figura 4A mostra um transístor "N-P-N" e a 4B um "P-N-P"). Em ambos os casos, temos uma junção "P-N‟ polarizada no sentido direto e, quando isto ocorre, a corrente que atravessa a junção e relativamente alta (10 mA).

Formas Físicas dos Transistores

Abaixo encapsulamento de alguns Transistores

Figura 4: Junção BASE-EMISSOR com polarização direta

Em seguida, imaginemos que a junção base-coletor seja polarizada no sentido inverso, conforme ilustra a figura 5 (a figura 5A mostra um transístor "N-P-N’ e a figura 5B um "P-W-P"). Neste caso, temos uma junção "P-N" polarizada no sentido inverso, e [47] Eletrônica Linear: Prof. Fabiano F. Saldanha

a corrente que a atravessa é extremamente reduzida, cerca de l0 uA (1.000 vezes menor que a corrente direta).

Figura 5: Junção BASE-COLECTOR com polarização inversa

Se polarizarmos as duas junções simultaneamente, como geralmente se faz na prática, notaremos que haverá um aumento considerável na intensidade da corrente que atravessa a junção base-coletor, apesar dessa junção estar polariza da no sentido inverso, segundo se pode observar na figura 6 (a figura 6A mostra um transístor "N-P-N" e a figura 6B um "P-N-P"‟. Em ambos os casos, a corrente através da junção base-coletor aumentou, passando de 0,0l mA (ou 10 A, como na figura 17) para 9,5 mA. Além disso, pelo terminal da base circula uma pequena corrente (0,5 mA) e pelo terminal do emissor passa uma corrente cuja intensidade (l0 mA) é igual à soma das anteriores: 9,5 mA + 0,5 mA = l0 mA (I3 + I2 = I1).

Figura 6: Junções BASE-EMISSOR e BASE-COLECTOR com polarizadas simultaneamente

O fato da corrente medida no terminal do coletor (I3 = 9,5 mA) ser praticamente igual à corrente medida no terminal do emissor (I1 = lOmA), apesar da junção basecoletor estar polarizada no sentido inverso, constitui o chamado EFEITO TRANSÍSTOR. EXPLICAÇÃO DO EFEITO TRANSÍSTOR

Para que se possa entender como ocorre o efeito transístor, convém mencionar duas características muito importantes do transístor bipolar: 1) A região do emissor (cristal N no transístor „N-P-N" e cristal P no transístor "P-N-P") é fortemente dopada. Desta forma, o número de portadores majoritários existentes no emissor será bem maior do que o numero de portadores majoritários da base.

2) A região da base (cristal P no transístor "N-P-N" e cristal N no transístor "PN-P") é feita com uma espessura bem pequena, em comparação com a espessura do emissor e do coletor.

Agora, vamos imaginar que um transístor "N-P-N" seja polarizado adequadamente, isto é, junção base-emissor com polarização direta e junção basecoletor com polarização inversa, conforme vemos na figura 7. Os elétrons livres, [48] Eletrônica Linear: Prof. Fabiano F. Saldanha

presentes em grande quantidade no emissor (cristal N) e repelidos pelo terminal negativo da bateria V1, deslocam-se em direção à base (cristal P). Ao atingirem esta base, alguns desses elétrons (cerca de 5%) recombinam-se com as lacunas ai existentes.

Contudo, corno a região da base é bastante estreita (sua espessura é da ordem de alguns centésimos de milímetro), a maior parte dos elétrons livres provenientes do emissor (cerca de 95%) conseguem atingir a região do coletor (cristal N), sem se recombinarem com as lacunas da base. Ao atingirem o coletor, aqueles elétrons livres são rapidamente atraídos pelo terminal positivo da bateria V2.

Figura 7: Movimento dos electrões livres num transístor "N-P-N"

À medida que os elétrons livres do emissor penetram na base, novos elétrons são fornecidos ao emissor pelo terminal negativo da bateria V1. Como apenas 5% desses elétrons do emissor se recombinam com as lacunas da base, verifica-se a passagem de urna corrente bastante reduzida através da base. É fácil concluir, por tanto, que os principais responsáveis pelas correntes que se estabelecem num transístor "N-P-N" são elétrons livres (figura 7), pois estes portadores estão em maioria, tanto no emissor como nos elétrons (cristal tipo N).

Na pratica, sempre estaremos interessados em fazer com que a corrente que circula pelo terminal do coletor seja a maior possível, o que é conseguido com a alta dopagem do cristal que constitui o emissor e com a espessura bem reduzida do cristal que forma a base. Como o emissor é fortemente dopado, ele "emitirá" um número bem grande de portadores. Por outro lado, como a base é bastante estreita, a maior parte daqueles portadores atravessará sua região, atingindo o coletor. Desta forma, a corrente que passa pelo terminal do coletor será elevada, pois ela é praticamente igual á corrente que passa pelo terminal do emissor.

Para o tipo "P-N-P", a explicação do efeito transístor é praticamente a mesma. A única diferença é que, neste caso, os principais portadores das correntes que se estabelecem no transístor são as lacunas, porque estas estão em maioria, tanto no emissor como no coletor (cristais tipo P). A figura 8 ilustra, resumidamente, todo este processo.

Figura 8: Movimento das lacunas num transistor "P-N-P"

As lacunas do emissor repelidas pelo terminal positivo da bateria V1 deslocamse em direção a base. Como a região desta é bastante estreita, apenas 5% dessas lacunas [49] Eletrônica Linear: Prof. Fabiano F. Saldanha

se recombinam com os elétrons livres aí existentes, e as restantes (95%) penetram no coletor, sendo, então, atraídas pelo terminal negativo da bateria V2.

As lacunas que se recombinam provocam uma corrente de intensidade bastante reduzida, a qual passa pelo terminal da base.

Nesta altura, já podemos justificar os nomes dados aos três terminais de um transístor bipolar: EMISSOR (E) é o terminal de onde partem (ou são "emitidos") os portadores de corrente (elétrons livres no tipo "N-P-N" e lacunas no tipo "P-N-P"); COLETOR (C) é o terminal onde chegam ou são "coletados"’ aqueles portadores de corrente; BASE (B), assim chamada porque nos tipos mais antigos de transístores servia de apoio ou de "base" aos cristais do emissor e do coletor.

POLARIZAÇÕES DO TRANSÍSTOR BIPOLAR

O funcionamento normal de um transístor bipolar ("N-P-N" ou "P-N-P") baseiase no facto de que as duas junções são polarizadas ao mesmo tempo, da seguinte maneira: 1) A junção base-emissor é polarizada no sentido direto e, como ela apresenta uma resistência ôhmica muito baixa, também podemos dizer que ela é polarizada no sentido de baixa resistência (resistência de cerca de 1K.) 2) A junção base-coletor é polarizada no sentido inverso e, neste caso, como ela apresenta uma resistência ôhmica muito elevada, também podemos dizer que ela é polarizada no sentido de alta resistência. (esta é da ordem de l M ).

Tendo em vista estes dois fatos, podemos dizer que o transístor "transfere" a corrente de uma região de baixa resistência (junção base-emissor) para uma região de alta resistência (junção base-coletor), recebendo, então, é denominado de RESISTÊNCIA DE TRANSFERÊNCIA. Na figura 9 temos um resumo das polarizações de um transístor bipolar.

Figura 9: Resumo das polarizações de um transístor bipolar

Existem algumas regras para que se lembre facilmente como se realizam as polarizações de um transístor bipolar.

1) Na polarização direta da junção base-emissor, os polos da bateria, lia ao emissor e à base, tem por iniciais, respectivamente, as mesmas letras que indicam o tipo de cristal: a) No tipo "N-P-N", o pelo negativo (N) da bateria é ligado ao emissor (cristal N) e o polo positivo (P) é ligado é base (cristal P), como indicado na figura 2l A. b) No tipo "P-N-P", o polo positivo (P) da bateria é ligado ao emissor (cristal P) e o polo negativo (N) é ligado é base (cristal N), conforme ilustra a figura 21B. [50] Eletrônica Linear: Prof. Fabiano F. Saldanha

2) Na polarização inversa da junção base-coletor, o polo da bateria, ligado ao coletor, tem por inicial uma letra contrária à que designa o tipo de cristal que constitui o coletor: a) No tipo "N-P-N", o coletor (cristal N) é ligado ao polo positivo (P) da bateria (figura 21A). b) No tipo "P-N -P", o coletor (cristal P) é ligado ao polo negativo (N) da bateria (figura 21B).

CARACTERÍSTICAS DO AMPLIFICADOR EM EMISSOR COMUM

Na figura 10 temos o circuito típico de um amplificador em emissor comum, com as seguintes características: Vbb é a bateria que alimenta a base e, juntamente com R1, polariza a junção base-emissor no sentido direto; Vcc é a bateria que alimenta o coletor e, juntamente com R2, que é a resistência de carga, proporciona a polarização inversa da junção base-coletor. O sinal a ser amplificado é acoplado pelo condensador C1, à entrada do amplificador, e o sinal de saída (sinal amplificado) é recolhido por intermédio do condensador C2. O circuito com transístor "P-N-P" (parte superior da figura 10) é praticamente igual ao circuito com transístor "N-P-N" (parte inferior da figura 10); a diferença entre eles é a polaridade das baterias Vbb e Vcc.

Figura 10 Amplificador em emissor comum

CARACTERÍSTICAS DE UM AMPLIFICADOR EM EMISSOR COMUM: a) IMPEDÂNCIA DE ENTRADA (Ze): por definição, ela é igual ao quociente entre a tensão de entrada (Ee = tensão CA do sinal de entrada) e a corrente de entrada (Ie = corrente CA do sinal de entrada): Ze=Ee / Ie Para o amplificador em emissor comum, a impedância de entrada está compreendida entre 10 e 10K. b) IMPEDÂNCIA DE SAÍDA (Zs): por definição, ela é igual ao quociente entre a tensão CA do sinal de saída (Es), quando a saída esta em vazio (isto é, Is = 0) e a corrente CA do sinal de saída (Is), quando a saída está em curto-circuito (Es =0): Zs= Es (saída em vazio) / Is (saída em curto) [51] Eletrônica Linear: Prof. Fabiano F. Saldanha

Para o amplificador em emissor comum, a impedância de saída esta situada entre 10K e 100K . c) AMPLIFICAÇÃO DE CORRENTE (Ai): é o quociente entre a corrente CA do sinal de saída e a corrente CA do sinal de entrada: Ai = Is / Ie Para o amplificador em emissor comum, a amplificação de corrente está compreendida entre 10 e 100 vezes. d) AMPLIFICAÇÃO DE TENSÃO (Av): é o quociente entre a tensão CA do sinal de saída e a tensão CA do sinal de entrada: Av = Es / Ee Para o amplificador em emissor comum, a amp1ificação de tensão está situada entre 100 e 1000 vezes. e) AMPLIFICAÇÃO DE POTÊNCIA (Ap): é igual ao produto entre a amplificação de corrente e a amplificação de tensão: Ap = Ai x Av Para o amplificador em emissor comum, a amplificação de potência está compreendida entre 1.000 e 100.000 vezes. f) RELAÇÃO DE FASE: Num circuito amplificador em emissor comum, ocorre uma defasagem de 18O entre a tensão do sinal de saída e a tensão do sinal de entrada (180 = 180 graus).

CARACTERÍSTICAS DO AMPLIFICADOR EM BASE COMUM No circuito típico de um amplificador em base comum (figura 12), Vee é a bateria que alimenta o emissor e, juntamente com R1, polariza a junção base-emissor no sentido direto enquanto que R2 e Vcc polarizam a junção base-coletor no sentido inverso. O sinal de entrada é aplicado entre o emissor e a base do transístor, por intermédio do condensador C1. 0 sinal de saída é obtido entre o coletor e a base do transístor através do condensador de acoplamento C2.

Figura 12: Amplificador em base comum

CARACTERÍSTICAS DE UM AMPLIFICADOR EM BASE COMUM: a) IMPEDÂNCIA DE ENTRADA: entre l0Ω e 100Ω.

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b) IMPEDÂNCIA DE SAÍDA: entre 100 KΩ e 1MΩ. c) AMPLIFICAÇÃO DE CORRENTE: é quase igual à unidade (entre O,95 eO,99). Portanto, neste tipo de circuito não há amplificação de corrente. d) AMPLIFICAÇÃO DE TENSÃO: entre 500 e 5.000 vezes. e) AMPLIFICAÇÃO DE POTÊNCIA: entre 100 e 1.000 vezes. f) RELAÇÃO DE FASE: não há defasagem entre a tensão do sinal de saída e a tensão do sinal de entrada.

CARACTERÍSTICAS DO AMPLIFICADOR EM COLECTOR COMUM Temos na figura 13 o circuito típico de um amplificador em coletor comum, também denominado SEGUIDOR DE EMISSOR. O sinal de entrada é aplicado entre a base do transístor e a massa, por Intermédio do condensador de acoplamento C1. Entretanto, devido à existência do condensador C3 (ligado entre o coletor e a massa), o coletor está ao mesmo potencial da massa, no que se refere a CA (lembre-se de que a reatância capacitiva diminui, à medida que a frequência de CA aumenta). Desta forma, para os sinais de entrada (sinais de CA), C3 coloca o coletor em curto com a massa e, consequentemente, o sinal de entrada está efetivamente sendo aplicado entre a base e o coletor. Quanto ao sinal de saída, ele é retirado por intermédio de C2, entre o emissor e a massa, ou seja, entre o emissor e o coletor.

Figura 3: Amplificador em coletor comum (seguidor de emissor)

CARACTERÍSTICAS DE UM CIRCUITO AMPLIFICADOR EM COLECTOR COMUM: a) IMPEDÂNCIA DE ENTRADA: de 100K a 1M. b) IMPEDÂNCIA DE SAÍDA: de 50 a 5000. c) AMPLIFICAÇÃO DE CORRENTE: de 10 a 100 vezes. d) AMPLIFICAÇÃO DE TENSÃO: é menor do que 1. Neste tipo de amplificador não há amplificação de tensão. e) AMPLIFICAÇÃO DE POTÊNCIA: de 10 a 100 vezes. f) RELAÇÃO DE FASE: não há defasagem entre a tensão do sinal de saída e a tensão do sinal de entrada.

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COMPARAÇÃO ENTRE AS TRÊS LIGAÇÕES

A seguir, faremos um resumo sobre as três montagens do transístor bipolar como amplificador, comparando-as entre si.

A ligação em emissor comum é a mais utilizada na prática por possuir melhores características. Ela fornece uma amplificação de corrente e de tensão que resulta numa amplificação de potência mais elevada.

A ligação em base comum fornece uma amplificação de tensão mas não de corrente, enquanto que a ligação em coletor comum fornece uma amplificação de corrente mas não de tensão. E fácil concluir, portanto, que essas duas ligações tem uma amplificação de potência reduzida.

A ligação em base comum encontra alguma aplicação nos amplificadores de frequências elevadas (RF, por exemplo). A aplicação da montagem em coletor comum é restrita aos casos em que se necessita interligar dois circuitos com impedâncias diferentes. Esse tipo de circuito é uma espécie de "adaptador de impedâncias".

Na Tabela 1 estão resumidas as características de cada uma das montagens estudadas. Os valores nela indicados servem apenas para dar uma ideia da ordem de grandeza, podendo variar de um circuito para outro do mesmo tipo, dependendo das características do transístor e dos componentes a ele ligados (condensadores, resistências, etc.).

Calculando simplesmente como chave Para simplesmente funcionar como chave/relé, basta calcular qual será a corrente de carga do transistor e calcular o resistor de base pelo ganho dele.

Por exemplo, você quer que um transístor de hfe = 100 acenda uma lâmpada de 10W [54] Eletrônica Linear: Prof. Fabiano F. Saldanha

em 12V. A lâmpada está ligada em série com o coletor do transistor. O mesmo está com o emissor aterrado.

Primeiro vamos calcular a corrente da lâmpada: P = U.i 10W = 12V.i i =~ 0,84A. Então a lâmpada necessita de 0,84A para ser ligada em potência máxima.

Bom, o transístor tem o ganho = 100. Então: Ib = Ic/hfe Ib = 0,84/100 Ib = 0,0084A Necessitaremos de uma corrente de 0,0084A na base para que o coletor conduza 0,84A. Supondo que a tensão da base é de 12V: U = R.i 12V = R.0,0084A R =~ 1440 ohms.

Você pode calcular com a queda de tensão entre a base e o emissor (0,6V), mas eu acho que para 12V pode ser desprezada.

Um simples circuito Temporizador

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SENSORES Uma infinidade de equipamentos eletrônicos depende de um interfaceamento com o mundo exterior para funcionar.

Existem diversos tipos de sensores utilizados em equipamentos eletrônicos.

Podemos usar simples chaves ou dispositivos de acionamento momentâneo do tipo mecânico, até transdutores especiais que convertem alguma grandeza física numa grandeza elétrica como, por exemplo, uma tensão.

Esses sensores servem para informar um circuito eletrônico a respeito um evento que ocorra externamente, sobre o qual ele deva atuar, ou a partir do qual ele deva comandar uma determinada ação.

Resistores não lineares Os resistores não lineares são componentes bastante interessantes pois possuem certos comportamentos que mudam, dependendo da situação.

Estes componentes têm como principal característica variar a resistencia de acordo com a mudança de tensão, temperatura, grau de iluminação, entre outras grandezas físicas.

Cada componente não linear exerce determinada função. Eis os principais:

LDR Um LDR (Light Dependent Resistor ou Resistor Dependente de Luz) altera sua resistência de acordo com a intensidade de luz recebida, através do efeito fotoelétrico.

Sem luz há uma alta resistência entre os terminais. Ja com o aumento da iluminação, cai a resistência.

Este dispositivo é bastante utilizado quando precisa-se detectar a variação de luminosidade para o controle de alarmes, de lâmpadas de acendimento noturno, etc.

Abaixo vemos uma aplicação para este tipo de resistor, onde temos um sensor que é sensível a luz e outro que é sensível a sombra.

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Aspecto externo

TERMISTORES Os Termistores são os sensores de temperaturas utilizados em certos termostatos e termômetros, tendo sua resistência variada de acordo com a mudança de temperatura.

São de dois tipos: NTC e PTC. Essa distinção entre o termistor PTC ( Positive Temperature Coefficient ) e o NTC ( Negative Temperature Coefficient) é caracterizada pelo material que é empregado em sua construção. Tais dispositivos são construídos a par tir de misturas de cerâmicas de óxidos semicondutores, tais como titanato de bário para os PTCs, e magnésio, níquel, cobalto, cobre, ferro e titânio para os NTCs. NTC: é um termistor que a resistência diminui com o aumento da temperatura.

PTC: é um termistor que a resistência aumenta com o aumento da temperatura.

NTC

PTC

Reed-Switch Poderíamos classificar esses sensores também como sensores magnéticos, uma vez que eles atuam com a ação de um campo, mas como são chaves acionadas por campos magnéticos, classificamos como sensores mecânicos.

A figura abaixo ilustra o principio de atuação desse tipo de sensor, em que temos um bulbo de vidro com dois contatos separados por uma estreita distância. Ao entrar em um campo magnético, esses contatos são fechados estabelecendo contato entre os dois [57] Eletrônica Linear: Prof. Fabiano F. Saldanha

terminais desse sensor que, assim como a chave normal, pode ser usado para detectar presença de algum dispositivo, desde que haja um imã nele.

Foto-Diodo Os fotodiodos operam segundo o principio de que fótons incidindo em uma junção semicondutora liberam portadores de carga. Esses portadores tanto podem fazer com que apareça uma tensão entre os terminais do diodo quanto também afetar sua resistência à passagem da corrente.

Os fotodiodos são muito sensíveis, exigindo bons circuitos de amplificação, mas, em compensação, são extremamente rápidos podendo detectar pulsos de luz em taxas que chegam a dezenas ou mesmo centenas de mega-hertz.

Existem duas formas de se utilizar os fotodiodos em sensores, ilustrados abaixo.

No primeiro caso, o diodo é usado no modo gerador, gerando uma pequena tensão, da ordem de 0,6V quando iluminado.

No segundo caso, o diodo é utilizado no modo resistivo, em que a corrente no sentido reverso é alterada quando a junção é iluminada. Nesse modo de operação é utilizada uma fonte de polarização.

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Existem ainda uma infinidade de sensores, que por questões de espaço ficaria impraticável descrê-los em detalhes, dentre eles: Sensor Capacitivo Sensor Indutivo Sensor UltraSônico Sensor Piroelétrico

RELÉS Os relés são dispositivos comutadores eletromecânicos. A estrutura simplificada de um relé é mostrada na figura 1 e a partir dela explicaremos o seu princípio de funcionamento.

Nas proximidades de um eletroimã é instalada uma armadura móvel que tem por finalidade abrir ou fechar um jogo de contatos. Quando a bobina é percorrida por uma corrente elétrica é criado um campo magnético que atua sobre a armadura, atraindo-a.

Nesta atração ocorre um movimento que ativa os contatos, os quais podem ser abertos, fechados ou comutados, dependendo de sua posição, conforme mostra a figura 2.

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Uma das características do relé é que ele pode ser energizado com correntes muito pequenas em relação à corrente que o circuito controlado exige para funcionar.

Isso significa a possibilidade de controlarmos circuitos de altas correntes como motores, lâmpadas e máquinas industriais, diretamente a partir de dispositivos eletrônicos fracos como transistores, circuitos integrados, fotoresistores etc.

A corrente fornecida diretamente por um transistor de pequena potência da ordem de 0,1A não conseguiria controlar uma máquina industrial, um motor ou uma lâmpada, mas pode ativar um relé e através dele controlar a carga de alta potência. (figura 3)

Do mesmo modo, podemos controlar circuitos de características completamente diferentes usando relés: um relé, cuja bobina seja energizada com apenas 6 ou 12V, pode perfeitamente controlar circuitos de tensões mais altas como 110V ou 220V. Os relés podem também ter contatos que permitem a utilização simultânea dos contatos NA (normalmente aberto) e NF (normalmente fechado) ou de modo reversível, conforme mostra a figura 4.

Quando o relé está com a bobina desenergizada, o contato móvel C faz conexão com o contato fixo NF, mantendo fechado este circuito.

Energizando a bobina do relé o contato C (comum) passa a encostar no contato NA, fechando então o circuito.

AMPLIFICADOR OPERACIONAL (OpAmp) O AOP é um componente eletrônico compacto construído da junção de resistores, capacitores e transistores. Este componente em tempos passados era [60] Eletrônica Linear: Prof. Fabiano F. Saldanha

largamente utilizado para computar as operações matemáticas como soma, integrações. Por isso recebe o nome de Amplificador Operacional. De acordo com o avanço tecnológico o Operacional foi anexado ao nome devido a sua versatilidade em implementações antes complexas e nos mais variados projetos.

Sua representação gráfica é dada pela figura abaixo:

V+ – Entrada não Inversora V- – Entrada Inversora VO – Tensão de Saída

O AOP possui duas entradas e uma saída onde à função é apresentar na saída o múltiplo da diferença entre as duas entradas onde A é o ganho de tensão do Amplificador Operacional. É muito difícil enumerar a totalidade das aplicações deste fantástico componente, podemos dizer que sua utilização está presente na maioria dos equipamentos de sistemas de controle industrial, instrumentação nuclear e petroquímica, equipamentos médicos, computadores, etc.

Um OpAmp muito popular é o 741, mas temos outros modelos mais superiores ao 741, abaixo esta a foto do 741 e sua pinagem.

O modelo que iremos estudar, superior ao 741, é o LM324.

O AOP tem a função de amplificar o resultado da diferença entre suas entradas como no exemplo a seguir:

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O exemplo acima está usando a diferença entre os dois sinais contínuos.

Supondo que o ganho A seja de 100.000. Portanto a tensão de saída (VO) será VO = 100.000 (4,75mV – 4,8mV) = -5,0V. Por definição sempre o ganho A será positivo e sempre que V+ - V- for menor que zero a tensão de saída será negativa ou vice versa.

1) AOP ideal só amplifica a diferença dos sinais de entrada, nunca amplifica o sinal comum às duas entradas. Portanto podemos dizer que o AOP ideal nunca satura.

2) AOP ideal não consome e nem fornece corrente através de suas entradas, conseqüentemente a impedância das entradas do AOP é infinita (R1 = α) 3) AOP ideal tem impedância de saída nula (RO = 0). Isto significa que a saída é uma fonte de tensão ideal independente da corrente drenada pela carga acoplada a saída.

4) AOP ideal deve ter ganho A = α (infinito), ou seja para que a ampliação seja viável, inclusive para sinais de baixa amplitude o ganho de tensão é infinito.

5) AOP ideal deve ter um ganho A constante que independe do valor da freqüência dos sinais de entrada, não deve introduzir defasagem ou mesmo atraso no circuito e A é um número real e positivo.

6) AOP ideal deve apresentar insensibilidade a temperatura.

A alimentação do amplificador operacional e feita de forma simétrica, podendo em alguns casos utilizar uma monoalimentação.

Agora que já conhecemos o amplificador operacional podemos estudar seus modos de operação que são: - Sem Realimentação; - Realimentação Positiva; - Realimentação Negativa;

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Sem Realimentação Este modo é conhecido como operação em malha aberta, por utilizar o ganho do operacional estipulado pelo fabricante, ou seja, não se tem o controle do mesmo. Este modo de operação é largamente empregado em circuitos comparadores.

Realimentação positiva Este modelo de operação é denominado operação em malha fechada. Pois o ganho do operacional é obtido pelo projetista. Apresenta como desvantagem uma instabilidade ao circuito. Aplicado em circuitos osciladores.

Neste modo de operação o AOP não trabalha como amplificador de sinais, pois sua resposta não é linear.

Realimentação Negativa Este modo de operação é o mais importante e o mais utilizado em circuitos com AOP, veja que a saída é reaplicada à entrada inversora do AOP através de RF. Existem várias aplicações para os AOP com realimentação negativa entre elas podemos destacar: - Amplificador Inversor; - Amplificador Não Inversor; - Amplificador Somador; - Amplificador Diferencial; - Diferenciador; - Integrador; - Filtros Ativos, etc.

Este modo de operação como na realimentação positiva tem característica de malha fechada, ou seja, o ganho é determinado por R1 e RF e pode ser controlado pelo projetista.

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Amplificador Inversor

Inicialmente vamos fazer um reconhecimento dos componentes utilizados no circuito. Temos o gerador de sinais VE que está alimentando o circuito. Temos um AOP com um ganho A qualquer (note as duas entradas inversora e não inversora e a saída) e demais características que a principio podemos considerar ideais. A saída VO do AOP é a própria saída do circuito representa por VOUT. Temos ainda dois resistores R1 e RF, note que R1 está ligando eletricamente o sinal de entrada(VE) com a entrada inversora do AOP. , RF está fornecendo um caminho elétrico entre a saída(VOUT) e a entrada inversora do AOP. Com isso concluímos a analise do circuito, agora vamos analisá-lo.

Seguindo a regra, a grandeza mais importante em um circuito analógico é o ganho de tensão do circuito, denominado de AV. Observação Se não sabemos como funciona um circuito, uma boa dica para tentarmos compreender seu funcionamento é determinar o comportamento da tensão de saída do circuito através da sua tensão ou função de entrada.

Para o circuito observado no inicio da analise temos o ganho de tensão dado por:

Notamos que na equação acima temos VOUT sendo a própria saída do AOP e que temos dois ganhos de tensão: o ganho do circuito (AV) e o ganho interno do AOP (A).

Para uma analise mais simples, determinamos as correntes de cada ramo, conforme observamos neste circuito, pela Lei das Correntes de Kirchhoff (LCK):

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Neste momento da analise devemos ter em mente as características do AOP ideal onde mostra que as entradas do operacional não drenam corrente. Portanto: I+ = 0 e I – = 0 Assim podemos dizer que: I1 = I2 Por outro lado, as correntes I1 e I2 podem ser expressas por:

Como I1 = I2, então:

Amplificador Não Inversor

Para analisa-lo consideremos o AOP ideal e empregando a técnica do curto-circuito virtual Sabendo que o AOP ideal tem como saída VO = A(V+ – V– ) no circuito proposto a entrada não inversora está aterrada, ou seja, V+ = 0 e VO = VOUT . Desta forma VOUT = –AV– ou seja, V– = –VOUT / A. Substituindo na expressão anterior temos:

A expressão acima não nos diz muita coisa, mas quando forçamos um A muito -1

elevado, o termo A (1 + RF/R1) do denominador tende a zero e a expressão acima se simplifica para: [65] Eletrônica Linear: Prof. Fabiano F. Saldanha

Esta expressão é utilizada para determinar o ganho do amplificador inversor, O mesmo possui este nome devido ao sinal negativo na frente de RF/R1. Sabemos que um sinal negativo corresponde a uma inversão de fase, ou seja, graficamente ele corresponde a um espelhamento em relação ao eixo x, isto é no tempo o sinal da saída é invertido em relação ao sinal de entrada. Ë pressuposto também que o ganho de tensão do amplificador operacional nunca sature, ou seja, ele sempre trabalhará na região linear onde a expressão A (V+ – V–) é válida. Esta observação é valida para todos os circuitos de AOP com modo de operação de realimentação negativa.

Na verdade, um AOP quando usado para amplificar sinais, sempre é empregado com algum tipo de realimentação entre o sinal e sua saída e os sinais em suas entradas, no nosso exemplo no circuito mostrado no inicialmente temos um resistor RF que executa esse papel que é fechar a ligação entre a saída e a entrada. Sempre que há um caminho fechado entre saída e entrada chamamos de circuito de malha fechada.

Um AOP quando é utilizado para amplificar sinais sempre é empregada a condição de malha fechada. Podemos dizer de fato que o AOP em malha aberta tem um ganho infinito. Desta forma o comportamento do circuito se dá através de características de componentes externos.

Amplificador Somador

Amplificador somador tem a finalidade somar dois ou mais valores de entradas analógicas ou digitais em tempo real. Exemplo pode-se somar uma rampa, uma senoíde e um nível contínuo instantaneamente em tempo real.

Empregado em misturadores de sinal.

Amplificador Subtrator

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O Amplificador subtrator tem a finalidade de amplificar as diferenças de tensões entre as entradas. Este circuito é extremamente poderoso e é largamente utilizado em eletrônica analógica, inclusive em circuito empregando os AOP‟s.

Exemplo se conectarmos a saída de um transdutor em um amplificador inversor, tanto o sinal do transdutor quanto à interferência serão amplificados. Por outro lado, se conectarmos a saída do transdutor em um amplificador de diferenças, só o sinal do transdutor é amplificado, já que o sinal de interferência é captado praticamente da mesma forma pelos dois fios que carregam o sinal de tensão comum aos dois fios, ao passo que o sinal do transdutor é uma diferença de tensão entre esses dois fios.

A tensão na saída deste circuito é proporcional a diferença entre as tensões da entrada (V1 – V2) e qualquer sinal comum as duas entradas não é amplificado, ou em outras palavras, é rejeitado. A constante de proporcionalidade é dada simplesmente pela razão entre RF / R1.

Comparador

Frequentemente precisamos comparar uma tensão com outra para verificar qual delas é a maior. Tudo o que precisamos é uma resposta sim/não. Um comparador é um circuito com [67] Eletrônica Linear: Prof. Fabiano F. Saldanha

duas tensões de entrada (não inversora e inversora) e uma tensão de saída. Quando a tensão não inversora for maior que a tensão inversora, o comparador produzirá uma alta tensão; quando a entrada não inversora for menor que a entrada inversora, a saída se baixa. A saída alta simboliza a resposta sim e a resposta não será mais baixa.

A maioria dos circuitos comparadores são construídos por AOP‟s na configuração de malha aberta ou às vezes tendo sua tensão de saída limitada por diodo zener. Na maioria dos casos o diodo zener também é utilizado como tensão de referencia.

Equação Geral VS = A (V+ – V–)

Na prática quando se projetam circuitos comparadores, é muito comum a utilização de dois diodos em antiparalelo, colocados entre os terminais da entrada para proteger o estágio diferencial contra possíveis sobre tensões ou sobre correntes que possam danificar o integrado. Conforme o circuito ao lado.

Iremos Projetar um circuito realmente útil com um amplificador operacional, cujo modelo é LM324.

Este circuito funciona como um timer (temporizador), que ira acionar uma lâmpada externa, através de um relé.

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Repare que temos uma fonte sem Trafo, aproveitando o capacitor para isolar a rede do circuito.

Circuito Integrado 555 O 555 é um circuito integrado dedicado, projetado para aplicações de temporizador e oscilador.

Características elétricas: Tensão de alimentação entre 5 e 18 volts.

Corrente de saída ou dreno de, no máximo, 200mA. Consumo aproximado de 10mA no estado alto e 1mA no estado de repouso.

Geralmente o 555 é apresentado em invólucro de plástico com 8 pinos em linha dupla (dual in line).Veja as pinagens nas páginas 11 e 12.

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Circuito interno:

Pinagem:

Operação monoestável (temporizador): Um temporizador apresenta em sua saída apenas dois estados: -Alto - tensão de saída próxima a tensão de alimentação.

-Baixo - tensão da saída próxima a zero.

Destes dois estados apenas um é permanente, desta forma o circuito, quando estiver em repouso, apresentará sempre zero volts em sua saída.

Para sairmos desta situação é necessário acionar a entrada de disparo (pino 2). Esta entrada, na qual deve sempre ser aplicado um potencial positivo através da colocação de um resistor de 10k entre ela e o positivo, deve ser levada a um valor próximo a zero volts para que o 555 comece a temporizar. Isto pode ser feito através do push-botton.

Quando a temporização se iniciar a saída, que estava em estado baixo, passará para estado alto (próximo a Vcc). Ela ficará em estado alto por um tempo determinado pela constante RC.

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Circuito temporizador:

Funcionamento interno: A entrada de disparo aciona o flip-flop e a saída passa a ser alta. O transistor entra em corte e o capacitor C começa a se carregar através do resistor R. Isto ocorre até que a tensão em C atinja o valor da tensão de controle, neste momento AO1 (veja a configuração interna) recicla o flip-flop, a saída passa para o estado baixo. Podemos perceber que o período de temporização é o tempo gasto para que o capacitor C se carregue através do resistor R até o valor da tensão de controle. Este período de temporização pode ser calculado pela expressão: T=1,11xRxC

onde:

T = segundos R = ohms C = farads Operação astável (oscilador): Neste tipo de operação a saída ficará variando entre os estados alto e baixo numa frequência que será determinada pela rede RC. Nesta montagem ao contrário da anterior a variação é infinita.

Ao se ligar a alimentação o capacitor C1 se carrega até 2/3 da tensão de alimentação, neste ponto o pino 6 (sensor de nível), percebe este valor e faz com que o circuito comece a descarregar o capacitor através do pino 7 (pino de descarga). Quando o valor da tensão no capacitor chegar a 1/3 da tensão de alimentação o pino 2 percebe e acaba a descarga. O capacitor começa a se carregar novamente.

Na carga a saída do 555 estará em estado alto e na descarga a saída estará em zero.

Esta situação, carga e descarga, continuará indefinidamente.

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Circuito oscilador:

Funcionamento interno: Supondo a saída em estado alto teremos na saída do flip-flop o estado zero e na saída do 555 o estado 1. O transistor estará cortado e o capacitor estará se carregando.

Ao atingir 2/3 da tensão o comparador 1 perceberá e em sua saída teremos 1, a saída do flip-flop passará a 1 fazendo o transistor saturar e começar a descarga, a saída do 555, pino 3, estará em zero.

O capacitor se descarregará até que a tensão sobre ele atinja 1/3 de Vcc, quando isto ocorrer a saída do comparador 2 passará para 1, a saída do flip-flop para zero e a carga do capacitor começará novamente. A saída do 555 estará em 1 (+ ou - Vcc).

Perceba que sempre que um comparador tiver 1 em sua saída o outro terá 0. Veja os circuitos dos comparadores, e a tabela da verdade do flip-flop nas figuras acima.

Para calcularmos o valor da frequência de saída utilizamos a seguinte fórmula: F=1,44/(R1+2R2) x C1 onde: F = Hertz R = Ohms C = Farads para circuitos em que o valor de R1 é 100 vezes menores do que R2 podemos aproximar a fórmula para: F=0,72/R2 x C1 neste caso a frequência da saída será muito parecida com uma onda quadrada, pois o período de carga ficará muito próximo do período de descarga.

Podemos perceber que o período de carga nunca será menor do que o de descarga, isto acontece, pois para carregar o capacitor a corrente terá de passar por R1 e R2 e para descarregar só por R2.

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Na saída teremos sempre períodos altos e baixos, podemos calcular a duração dos períodos com as fórmulas abaixo: Período alto: T1 = 0,7 x (R1 + R2) x C1 Período baixo: T2 = 0,7 x R2 x C1 O período total será, então: T = 0,7 x (R1 + R2) x C1 O que corresponde a fórmula já citada: F = 1,44/(R1 +2R2) x C1

Transistores FET O transistor de Efeito de Campo, FET tem como característica básica o controle de uma corrente por um campo elétrico aplicado. A corrente flui entre os terminais chamado Source (fonte)- S, e Dreno - D, e o campo devido a uma tensão aplicada entre um terminal de controle, a porta "Gate" - G, e o Source - S. A vantagem pratica dos FET's que os torna cada vez mais comum, e sua alta impedância de entrada, não e necessária praticamente nenhuma corrente de entrada na porta para o controle da corrente de dreno.

O primeiro FET desenvolvido foi o de junção, FET (Junction Field Efect Transistor). Há dois tipos: Canal N e Canal P. Sua estrutura consiste numa barra de material semicondutor N (ou P), envolvida no centro com material P (ou N), a região N (ou P) esta parte, estreita, e chamado canal, por influir a corrente controlada.

Note que em torno de um canal forma-se uma região de potencial na junção PN. Esta barreira restringe a área de condução de canal ao outro.

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FUNCIONAMENTO

Na figura acima temos o circuito de teste JFET com uma fonte variável Vgs, que controla a corrente do canal ID. Inicialmente fazemos Vgs = 0. O canal N esta normalmente aberto, pois a barreira de potencia e mínima, assim, circula uma corrente máxima chamado IDSS, característica do JFET para Vds. Agora vamos aumentar Ves, fazendo que a largura da barreira de potencial aumente, “estreitando” o canal, então a área de condução diminui, que diminui a corrente de dreno. O campo eletrico entre a gate e o source repele elétrons ao canal, nas proximidades da junção e a corrente fica confinada ao centro, diminuindo. Este e o efeito de campo, que da nome ao transistor.

Quanto maior a tensão em modulo Vgs, menor a corrente de dreno, com Vds fixa. Se aumentarmos gradualmente, chegara num ponto em que a corrente se anulara. A tensão Vgs nesse ponto e chamado Vgsoff ou Vgscorte, a tensão de estrangulamento do canal, ou de corte.

Na região ativa, a corrente de dreno e controlada pela tensão Vgs, e quase não varia com tensão Vds (comportamento de fonte de corrente controlada). Nesta o JFET pode funcionar como multiplicador de fonte-de-corrente.

O JFET está nesta região quando Vds > Vgscorte nas curvas características.

A saturação ocorre quando Vds < Vgscorte. Aqui a corrente ID depende tanto de Vgs como Vds (comportamento de resistor controlado). Nas curvas características de dreno, e a reta inclinada que une cada curva a origem do gráfico. Repare que a inclinação, relacionada a resistencia do canal, e diferente em cada uma das curvas (valores de Vgs). Nesta região, o JFET atua como resistor controlado por tensão, ou chave, conforme a aplicação.

Quando Vds > Vgscorte, o JFET esta na região de corte, e a corrente de dreno e nula. Usada na operação como chave (alternando com a saturação - chave fechada).

Auto polarização E o tipo mais comum de polarização, onde apenas uma fonte alimenta o circuito de polarização.

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Obs.: Nos amplificadores dreno comum Rd não e usado. Ele não altera a corrente de dreno.

A corrente circula em Rs, surgindo uma queda de tensão nele. A porta esta aterrada através de Rg, e então a tensão em Rs aparece entre S e G, polarizando o JFET com uma tensão reversa, que se opõe a corrente de dreno (Suplidouro), regulando-a através de realimentação negativa. A corrente então fica dada pelas características do FET e o valor de Rs. Também se usa polarização por divisão de tensão, semelhante a usada com transistor bipolar, mas menos exata (pouco melhor que a auto polarização).

O sinal de entrada e aplicado entre a porta e o Suplidouro, e a saída colhida no dreno. A fase e invertida.

A impedância de entrada e muito grande, já que a junção porta-suplidouro esta polarizada reversamente, circulando apenas uma desprezível corrente de fuga. Na pratica, a impedância e dada pelo resistor RE de polarização. Já a de saída e um pouco menor que RD. O ganho de tensão e dado por:

Seu valor na pratica fica entre 3 e 30 vezes, em geral (bem menor que no bipolar).

E comum na entrada de instrumentos de medição, e dentro de C.I analógicos, pela alta impedância.

Obs.: Cent. pode ser omitido, em algumas aplicações. Nos amplificadores com acoplamento direto, todos os capacitores são dispensados, mas o ganho diminui.

SCR, DIAC e TRIAC SCR Os Retificadores Controlados de Silício, ou simplesmente SCR são componentes dotados de camadas PNPN dopadas de tal maneira que é formado um conjunto de três junções.

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Para um fim didático, podemos representar um SCR por meio de dois transistores interligados: um NPN e outro PNP, como se verá a seguir.

Basicamente ele é um diodo com anodo catodo e uma porta ou gate.

Para que a resistência entre catodo e gate seja baixa, há de se polarizar com uma pequena corrente em sentido direto esses terminais, fazendo com que o SCR atue como um simples diodo.

Sem atuar no gatilho o circuito permanece em estado de não condução, seja qual for o sentido da corrente. Ao atuar-mos sobre o gate, a corrente ficará limitada ao valor de saturação da junção polarizada reversamente.

Disparo refere-se a mudança de estado de não condução (bloqueio) para o estado de condução.

Para disparar-mos um SCR, temos duas possibilidades: a) Através da aplicação de tensões suficientemente elevadas entre anodo e catodo; b) Através da polarização direta entre o gate e o catodo.

Devemos reparar, no entanto que mesmo retirando o sinal do gatilho, a condução não é interrompida e para tal devemos deixar por alguns instantes Catodo e Anodo em curto, ou cortar a alimentação brevemente.

A tensão máxima que pode ser aplicada entre anodo e catodo no sentido direto com IG = 0 como vimos é chamada de UBO, mas muitas vezes é designada de VDRM esta informação muitas vezes vem codificada no corpo do SCR, por exemplo : TIC 106 Y - 30V MCR 106-1 - 30V TIC 106 F - 50V MCR 106-2 - 60V TIC 106 A - 100V MCR 106-3 - 100V TIC 106 B - 200V MCR 106 –4 – 200V TIC 106 C - 300V MCR 106 – 5 - 300V TIC 106 D – 400V MCR 106 – 6 - 400V

Outra informação importante é a máxima tensão reversa que pode ser aplicada sem que ocorra breakdown, é designada por VRRM, tipicamente é da mesma ordem de VDRM. Os valores de corrente também devem ser conhecidos, IT, é a máxima corrente que o SCR pode manipular e pode ser especificada em termos de valor continuo ou eficaz (RMS) e depende da temperatura e do ângulo de condução ( F). Por exempo, o TIC 106 pode conduzir uma corrente continua de até 5A. [76] Eletrônica Linear: Prof. Fabiano F. Saldanha

A corrente de gate necessária para disparar o SCR é designada IGT e pode ser da ordem de A no caso do TIC 106.

No circuito a seguir a chave A é usada para disparar e a chave B para resetar o SCR.

DIAC e TRIAC O DIAC (Diode AC) e o TRIAC (Triode AC), em contraste com o SCR, são tiristores bidirecionais, ou seja, capazes de bloquear ou conduzir uma corrente nos dois sentidos.

No DIAC é desnecessário dar denominações para os terminais porque, em teoria, o dispositivo e completamente simétrico. Na prática existe alguma assimetria, o que em geral é indesejável.

No TRIAC os terminais são denominados: MTl - Terminal principal no l; MT2Terminal principal no 2 e G - porta. Sendo que o terminal MT1 é tomado como referência.

O DIAC pode ser visto como a justaposição de duas estruturas PNPN em ordens inversas (PlN1P2N2 e P2NlPlN3). Cada estrutura é responsável pela condução num sentido, quando disparada.

Aplicando-se ao dispositivo uma tensão com a polaridade indicada na figura 2 a estrutura que está apta a conduzir é PlNlP2N2. Nessa hipótese, na região de bloqueio, a junção J1 está diretamente polarizada e a J2, inversamente polarizada, sendo essa a junção responsável pelo bloqueio. A junção J4 esta ligeiramente polarizada no sentido inverso devido à queda ôhmica na região P1 resultante da passagem de uma pequena corrente de fuga pelo dispositivo.

Essa corrente ao atingir a região P2 se bifurca em 2 componentes: uma que atravessa lateralmente a região P2 até atingir 0 contato metálico e outra que atravessa a junção J3, diretamente polarizada.

A polarização direta dessa junção é uma consequência da resistividade não-nula do material da região P2: a passagem de uma corrente (lateral) e acompanhada de uma diferença de potencial que também polariza a junção J3 diretamente.

O processo convencional de disparo do DIAC consiste na elevação da tensão aplicada acima de um valor (dito) de disparo. Ele também pode ser disparado pelos outros processos comuns a todos os tiristores (elevação de temperatura, incidência de luz, etc).

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Para permanecer em condução a corrente deve ser maior do que um valor de manutenção.

Se a corrente cai abaixo desse valor o dispositivo comuta para o bloqueio. O processo de corte pode ser acelerado pela passagem de uma corrente de recuperação no sentido inverso ao sentido prévio de condução. Essa corrente, contudo é limitada, pois existe o risco de disparo do DIAC no outro sentido.

Estrutura do DIAC A estrutura de um TRIAC é bem complexa e só pode ser representada em perspectiva. Ela pode ser vista como uma estrutura originariamente de três camadas P2N1P1 onde foram feitas 3 difusões do tipo N: uma N4 em P1 em forma de “L” e as outras duas em P2, retangulares (N2 e N3). Existem 3 contatos metálicos: MT2: sobre Pl e N4 (superfície inferior) MT1: sobre N2 e parte de P2 (superfície superior) G: sobre N3 e parte de P2 (superfície superior) Para compreender 0 seu funcionamento e conveniente ver essa estrutura separada em duas: i) uma principal (sob MTl), idêntica a do DIAC, e responsável pela condução e bloqueio nos dois sentidos, e ii) uma auxiliar (sob G) que possibilita 0 disparo do TRIAC comandado por um terminal de controle (PORTA).

O disparo da estrutura principal, a semelhança do DIAC, eleva-se a corrente de emissor do transistor NPN da estrutura de 4 camadas que estiver diretamente polarizada sofre uma elevação, fazendo com que a soma dos α ‟s tenda à unidade.

Essa elevação da corrente através do TRIAC pode ser obtida como no DIAC ou, graças a estrutura auxiliar, injetando-se ou removendo-se uma corrente pelo terminal PORTA (G), independentemente da tensão no terminal MT2.

Existem, portanto 4 modos de disparo do TRIAC via terminal PORTA. a) Quadrante I; VMT2 positivo e IG positivo. b) Quadrante IV; VMT2 positivo e IG negativo. c) Quadrante II; VMT2 negativo e IG positivo. d) Quadrante III; VMT2 negativo e IG negativo.

Os mecanismos de disparo nos 4 modos envolvem correntes nas 3 direções e é bastante complexo.

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Para injetar ou remover uma corrente pela porta é preciso aplicar uma tensão de porta (VG–MT1) positiva ou negativa respectivamente. A amplitude dessa tensão necessária para provocar 0 disparo é pequena (≈ 0,8 V), apenas o suficiente para polarizar diretamente a junção P2N2 (injeção) ou P2N3 (remoção). Acorrente que circula entre os terminais G e MT1 é formada por duas componentes: i) uma pela região P2 no “canal” formado entre as regiões N2 e N3 e, ii) outra pela junção diretamente polarizada (P2N2 ou P2N3).

Essa segunda componente é responsável pelo disparo. Tal coma no SCR, para 0 TRIAC permanecer em condução uma vez cessado o pulso de disparo é preciso que a corrente através dele (IMT2) seja inicialmente maior do que um valor de “latching” e depois, maior do que um valor de manutenção. O processo de corte é idêntico ao do DIAC. Abaixo temos uma aplicação prática para o TRIAC e o DIAC, no controle de um motor.

Seu funcionamento é o seguinte: Com R (potenciômetro P1) na sua posição de valor máximo, o tempo de carga de C1 (capacitor de poliéster) até ocorrer o disparo do DIAC (que controla o TRIAC) é maior. O disparo ocorre quase que no final do semiciclo e a potência entregue ao motor é mínima. Com R na sua posição de mínimo, a carga de C1 é rápida e o disparo do DIAC ocorre no início do semiciclo. O motor desenvolve praticamente toda a sua potência.

A característica importante desse circuito é a causa pela qual passou a substituir o reostato original que acompanha o motor da máquina de costura atual, por exemplo --é que sendo o controle feito pela parcela do semiciclo aplicado e não pela sua tensão, o torque se mantém mesmo em baixas velocidades.

Encontrando Base coletor e emissor de um transistor Primeiramente iremos utilizar um multímetro analógico para este teste, que contenha pelo menos uma escala com X1 e uma de X10K. O modelo abaixo é um exemplo.

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1. Primeiramente iremos encontrar a base, para isto, colocamos o multímetro na escala de X1. (obs.: não podemos esquecer que no multímetro analógico e somente nele, as cores são invertidas, isto é, o vermelho é o negativo e o preto é positivo).

2. Agora iremos escolher dois terminais para realizarmos o teste, como mostra a figura abaixo.

3. Neste caso o ponteiro do multimetro não se moveu, isto indica que não achamos a base.

4. Agora continuamos nestes mesmos terminais que escolhemos, somente inverteremos as ponteiras como mostrado a seguir.

5. Note que o ponteiro do multímetro também não se moveu, indicando que realmente nenhum destes dois terminais é a base.

6. Agora iremos escolher outros dois terminais para teste, como mostra a figura a seguir.

7. Note que ainda não houve deflexão do ponteiro do multiteste.

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OBS: Todas estas medidas estão sendo feitas na escala de X1 do multímetro para encontrarmos o terminal de Base.

8. Continuando com estes dois terminais, iremos somente inverter a polaridade das ponteiras do multímetro ou multiteste.

9. Agora perceba que o ponteiro do multímetro se moveu, indicando que um destes dois terminais é a base.

10. A base será aquela ao qual o ponteiro do multiteste se deslocar para dois terminais. Por exemplo, vamos deslocar a ponteira vermelha para o outro terminal, se a base for o terminal do meio, então o ponteiro do multiteste ira se mover também para este terminal.

11. Comprovado! Mantemos a ponteira preta no terminal do meio e deslocamos somente a vermelha, e o ponteiro do multímetro também se deslocou, comprovamos com isto que o terminal do meio é a base, pois ele deu condução para dois terminais.

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12. Já que encontramos a base iremos agora achar o emissor e o coletor, para isto mude a escala do multímetro para X10K. Para encontrarmos o emissor.

13. Com esta medição podemos concluir também que se trata de um transistor NPN, pois a ponteira preta (positiva – invertida no multímetro analógico) esta na base, e nesta polarização houve condução para ambos os terminais.

14. Para encontrarmos o emissor temos que polarizar a base ao contrario, ou seja, se ela era positiva agora terá que ser negativa.

15. O emissor será aquele terminal ao qual a base estando invertida, haverá condução (por mínima que for a deflexão do ponteiro do multiteste), e com isto a deflexão do ponteiro do multiteste.

16. Repare que o ponteiro não se moveu, então mantemos a base polarizada inversamente, ou seja, com a ponteira negativa nela, e movemos a ponteira positiva para o outro terminal.

17. Repare agora que o ponteiro se moveu, então este terminal é a base, logicamente o terminal que sobrou é o coletor.

OBS: O terminal do coletor também é ligado no dissipador de calor (aquela chapinha metalica por trás do transistor).

18. O Resultado final para as pinagens do transistor são essas.

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Alguns multímetros digitais ainda possuem uma entrada, onde você conecta o transistor para saber seu ganho, vide foto abaixo.

Funcionamento dos componentes em corrente alternada Veremos agora como os componentes estudados ate aqui se comportam em corrente alternada, de uma forma bem simples e pratica.

RESISTOR: como sabemos nem sempre os resistores são condutores perfeitos, sempre há perdas seja por calor (WATT) em baixa freqüência ou pelo que chamamos de EFEITO PELICULAR quando trabalhamos em alta freqüência.

Este efeito diz o seguinte: quando um condutor é percorrido por uma corrente alternada de alta freqüência, esta não se propaga uniformemente pela sua secção transversal, mas sim pela sua superfície externa. Isso equivale a diminuir a secção útil do resistor e aumentar sua resistência elétrica (mas este efeito só será mais perceptível já na casa dos gigahertz).

Aqui os elétrons circulam mais pela área de dentro do resistor encontrando assim mais área para circularem (menos resistência)

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Aqui os elétrons circulam mais pela área de fora do resistor encontrando assim menos área para circularem (maior resistência).

CAPACITOR: vimos que em corrente continua o capacitor se comporta como se fosse um circuito aberto, ou seja, ele não da passagem a corrente continua, o mesmo não se dava a corrente alternada, ou seja, ele permite a passagem da corrente alternada. Vimos também que o capacitor deixa passar primeiro a corrente a tensão vem aos poucos ate que o capacitor esteja completamente carregado.

Em corrente continua assim que ligamos a chave há o aparecimento de uma tensão elétrica que ira permanecer até o capacitor ficar totalmente carregado.

Na corrente alternada haverá uma constante carga e descarga do capacitor, em função da variação de amplitude da fonte de tensão. Existira, portanto uma tensão CA no capacitor.

Os processos de carga e descarga sucessíveis de um capacitor ligado em CA da origem a uma espécie de resistência á passagem da corrente. Essa resistência é denominada de reatância capacitiva. Como reatância capacitiva é a resistência que o capacitor oferece a passagem da corrente alternada então ela pode ser expressa em OHM ( ), assim como fizemos para o resistor. A formula para se calcular a reatância capacitiva é esta.

XC=

1 2

.

F

C

onde: XC=reatância capacitiva em OHM( ) 2 =é constante vale 6,28 F = freqüência da corrente alternada em HERTZ C = capacitância do capacitor em Farad (F)

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INDUTOR:

Quando se aplica um indutor em circuito de CC a sua indutância se

manifesta apenas nos momentos em que existe variação de corrente.

Já em CA como os valores de tensão e corrente estão em constante modificação, o efeito da indutância se manifesta constantemente.

Esta manifestação permanente faz com que o indutor apresente uma resistência a circulação da corrente alternada que é denominada de reatância indutiva.

Em outras palavras, reatância indutiva (XL) é a resistência que um indutor apresenta à circulação de corrente alternada.

A reatância indutiva também é expressa em OHM. A formula para se calcular a reatância indutiva é esta: XL = 2

F

L

Onde: XL=reatância indutiva em OHM ( ) 2 = é constante vale 6,28 F = freqüência da corrente alternada em hertz (HZ)

L = indutância do indutor em HENRY (H).

Disto tudo podemos resumir três pontos principais nestes dois componentes: 1º tanto o capacitor como o indutor oferecem uma resistência a passagem da corrente alternada, resistência esta chamada de reatância (capacitiva para capacitor e indutiva para indutor ).

2ºNo capacitor a corrente chega primeiro a tensão só chega depois que o capacitor estiver completamente carregado.

3ºNo indutor a tensão chega primeiro a corrente só chega depois que o indutor estiver completamente magnetizado ( devido ao fenômeno da auto-indução ).

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Circuitos RLC Bem até agora estamos vendo os componentes separados suas características seu funcionamento em CC e CA, mas quando associamos estes componentes de modo técnico isto é utilizando-se de suas propriedades básicas podemos montar diversos circuitos eletrônicos é justamente isto a ciência da eletrônica estudar os conceitos básicos de todos os componentes para aplicá-los a nosso favor.

Associando os três componentes estudados até aqui montamos o que se chama de circuitos RLC, tendo porem (como o aluno já sabe) duas formas de ligação a serie e a paralelo,quando ligamos resistor, capacitor e indutor em serie ou em paralelo estamos montando um circuito chamado circuito ressonante. Mas antes vamos ver o que vem a ser ressonância. Bem de uma forma bem simples ressonância é quando um corpo entra em sincronia com outro, um exemplo disto é quando ligamos nosso som perto de alguma janela e a mesma começa a tremer, isto é porque o vidro da janela esta vibrando junto com o cone do alto falante então logo os dois estão em ressonância.

A mesma coisa acontece com nosso circuito RLC. Vimos que a corrente e a tensão no resistor estão juntas, mas o mesmo não acontece com o capacitor e o indutor, no capacitor a corrente esta adiantada em relação a tensão e no indutor a corrente esta atrasada em relação a tensão estes atrasos ocasionam o que chamamos de reatância ou seja tanto o capacitor como o indutor oferecem uma resistência a passagem da corrente elétrica mas existe uma determinada freqüência para qual tanto o capacitor como o indutor irão ficar igual ao resistor isto é com corrente e tensão juntas quando isto acontece dizemos que o circuito RLC esta em ressonância com a freqüência da corrente que passa por eles e ai a reatância tanto capacitiva como indutiva é zero.

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Com isto o aluno pode observar que este circuito é ideal para montarmos filtros que podem eliminar determinadas freqüências indesejadas.

"Se queremos pensar sobre alguma coisa, temos que ter a EXPERIÊNCIA e a INFORMAÇÃO sobre ela”.

John Dewey (1859-1952) Filósofo e Professor Norte Americano

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