Eletronica Moderna, Notas de estudo de Eletrônica

Baixe Eletronica Moderna e outras Notas de estudo em PDF para Eletrônica, somente na Docsity! Seu Futuro é a CURSO BÁSICO DE ELETRÔNICA 17: VOLUME Il Eletrônica Básica 2  Capítulo 7. Circuitos integrados 5 Capítulo 7 Introdução ao circuitos eletrônicos. Circuitos Integrados KN AS 7.1 Sinais e circuitos 7.2 Os circuitos integrados 7.3 Como são fabricados os circuitos integrados 7.4 Tipos de circuitos integrados Curso Prático de Eletrônica Moderna * CEIIT 169  do dispositivo, o logotipo ou nome do fabricante, a data de fabricação do chip e outros da- dos de interesse. Tanto as cáp- sulas plásticas como as cerâmi- cas, podem ser de montagem superficial ou de montagem por inserção. Neste curso tra- balharemos preferencialmente com estas últimas. Dependendo do tipo de cápsula utilizada, os circuitos integrados podem ser DIP, SIP, SOIC, PLCC, etc. Os chips DIP (Dual In-line Package), em particular, que são os mais conhecidos, constam de duas filas de terminais e podem ter de 6 até 64 pinos, dependendo de sua complexidade e função. 172 O pino 1 é identificado medi- ante um entalhe ou um ponto gravado na parte superior da cápsula. Os demais pinos são numerados a partir do número 1, em sentido contrário ao dos ponteiros do relógio, confor- me indicado na figura 7.4. Cada pino tem uma função e características próprias, espe- cificadas pelo fabricante na folha de dados do produto. Os circuitos integrados são identificados por uma re- ferência que descreve suas características e especifica- ções exatas (LMS555, CD4047B, ICL7106, XR- 2240, etc.). O prefixo (primei- ras letras) da referência iden- tifica geralmente o fabricante, mesmo que isso não seja uma regra absoluta. Por exemplo, AD corresponde a Analog Devices, DM, LM, LF e LH a National Semiconductor, CA eCDaRCA, DS a Dallas Se- miconductor, HA a Fairchild, HA a Harris ou Hitachi, MC a Motorola, ICL a Intersil, OPA a Burr-Brown, LT e LTC a Linear Technology, NE a Signetics, SN a Texas Instru- ments, ECG a Philips/Sylva- nia, XR a Exar, etc. O fabricante também pode ser identificado pelo logotipo do mesmo, impresso na cáp- sula, junto com a referência e a data, Esta última está repre- sentada normalmente por um código de quatro dígitos da forma XXYY, onde XX cor- responde ao ano e YY à sema- na dentro desse ano, Por exem- plo, o código “9810” signifi- ca que o chip foi fabricado na décima semana de 1998, ou seja, em meados de março des- se ano. A data permite estimar a idade do componente e de- tectar, por experiência, quan- do provém de um lote defei- tuoso ou não testado suficien- temente, Sempre desconfie de um CI que não tenha um códi- go de data. A tecnologia dos circuitos eletrônicos está atualmente em pleno auge e os avanços neste campo são cada vez mais sur- preendentes. Comparados com os circuitos produzidos com * Curso Prático de Eletrônica Moderna ( I t | ( ( | ( ( ( ( ( ( ( q 1 41 1 4 4  Figura 7.3 Cápsulas comuns de (a) DIF: (b) PGA. (c), (a) SIP (e) Of componentes individuais, os cir- cuitos integrados são menores, compactos, leves, econômicos e confiáveis. Além disso, são fáceis de usar, permitem execu- tar sistemas modulares e simpli- ficam enormemente a tarefa de projeto e construção de qual- quer projeto eletrônico. Contu- do, têm também algumas limi- tações. Por exemplo, seu tamanho reduzido limita os níveis de potência e tensão com os quais podem trabalhar. Por essa ra- zão, muitos circuitos integrados destinados a aplicações de po- tência são, na realidade, híbri- dos, ou seja, combinam com- ponentes individuais e integra- dos em uma mesma cápsula. Além disso, não é possível in- tegrar bobinas nem transforma- Curso Prático de Eletrônica Moderna * Como LCC (h) SOIC. dores e, no estado atual da tec- nologia, a integração de resis- tores e capacitores de grande valor não é eficiente, porque estes componentes ocupam muito espaço na pastilha. Por essa razão, é necessário simu- lá-los mediante circuitos espe- ciais. mos JOS Atualmente, a maior parte dos circuitos integrados são fa- bricados a partir de pastilhas de silício utilizando um pro- cesso chamado planar, conce- bido originalmente em 1958 por Jean A. Hoerni da empre- sa Fairchild. O silício propri- amente dito é obtido por sín- tese do dióxido de silício, o principal componente da areia. circu Uma vez sintetizado, é fundi- doe se cristaliza em forma de barras cilíndricas. Cada barra é cortada em bolachas (wafers) de 40 a 80 mm de diâmetro e de 0,15 a 0,50 mm de espes- sura, figura 7.5. Em seguida, 173 as bolachas são polidas com um ácido até ficarem brilhan- tes. Cada chip ocupa em mé- dia uma área de 2,25 mm? da bolacha. Na figura 7.6 resumimos graficamente o processo típico de fabricação de um circuito integrado pelo método planar. Inicialmente, a bolacha de sili- cio é submetida a uma etapa de oxidação, que consistente na exposição de sua superfície a vapor ou oxigênio seco em um forno, a uma temperatura entre 1000º Ce 1200ºC. Ao final des- ta etapa, figura 7.6a, sobre a superficie da bolacha forma-se uma fina camada de óxido de silício (SiO»), que é um materi- al vítreo e isolante. Esta cama- da protege o circuito contra a poluição ambiental e serve como superficie para a aplica- ção de uma película sensível à luz ultravioleta (UV) chamada photoresist. Esse processo, fi- gura 7.6b, denomina-se foto- proteção e realiza-se em uma Oxido de silicio (a) Photoresist removido Oxido removido | Figura 7.5 Bolachas de silício máquina centrífuga. Uma vez formada a pelícu- la de photoresist, a bolacha é, então bombardeada com luz UV utilizando-se um projetor deslizante muito preciso cha- mado alinhador ótico, figura 7.6e. O alinhador possui um dispositivo chamado máscara, o qual bloqueia seletivamente a passagem da luz em direção or óptico Alinead FREE bbb Photoresist 1 (b) (e) Figura 7.6 Processo típico de fabricação de um circuito integrado 174 cEkiT Photoresist removido / N / D E RSA A (8 (e) (d) a áreas determinadas de cada pastilha. As zonas expostas à luz UV se polimerizam, tornan- do-se resistentes aos produtos químicos utilizados nas etapas seguintes do processo. As áre- as não expostas, por sua vez, perdem o photoresist e tornam- se vulneráveis a esses materi- ais, figura 7.6d. Em seguida, formam-se as regiões P e N da primeira ca- mada de impureza, injetando- seletivamente, átomos de substâncias dopantes como boro e fósforo por meio de um pro- cesso chamado difusão. Este último é executado em um for- no à uma temperatura entre HOC e 1200 e consiste da exposição da bolacha ao vapor das impurezas, para que seus átomos penetrem no silício atra- vés das zonas não expostas. Antecipadamente, para facilitar a difusão das impurezas, o SiO» não exposto é eliminado com ácido hidrofluorídrico (HF). Este processo é denominado Eiiid Luz ultravioleta + f x Máscara Silício dopado (a) Metalización * Curso Prático de Eletrônica Moderna Eletrônica Básica * 7. Circuitos integrados 1 41 1 4 ! ( ( ( ( ( ! ( | | ! l | t | t Experimento 7. 1 Ã Praticando com o circuito integrado 555 Objetivos À. Familiarizar-se com o uso e identificação de circuitos in- tegrados 2. Observar o comportamento do circuito integrado 555 como gerador de pulsos Aspectos práticos preliminares 0555. figura 1, é um circuito integrado muito popular, dis- ponível normalmente em cáp- sula plástica DIP de 8 pinos, que é utilizado principalmen- te como oscilador ou como temporizador. No primeiro caso (modo estável) emite em sua saída uma segúência con- tínua de pulsos, enquanto que no segundo (modo monoestá- vel) apenas emite um pulso. Semana Aro Pais (Malasia) Pretijo nda Sd Encapsulado Ele, utilizaremos o cir- DIP plástico. Tanto a fregiiência dos pulsos no modo estável, como a duração do pulso no modo monoestável, são programa- das externamente por meio de um ou dois resistores e um capacitor conectados entre os pinos 2, 6 e 7. A tensão de ali- mentação. que pode estar en- tre 4,5V e 18V, aplica-se en- tre os pinos 8 (+Vcc) e 1 (GND). O sinal de saída é ob- tido no pino 3, Os pinos 4 e 5 cumprem funções auxiliares. À operação deste chip é expli- cada em detalhes em um capí- tulo posterior. Por enquanto examinare- mos qualitativamente a opera- ção do 555 no modo estável, ou seja, como oscilador. Para cuito da figura 2. Nes- Logo Referencia E (National) genérica ta configuração, RI, Nijanea Punto Ping Figura 1. O circuito integrado 555 Pint R2e Cl determinam à frequência dos pulsos pre- sentes na saída (Fo), enquan- to que o DI permite visuali- Curso Práctico de Electrónica Moderna «CEIKÉT Materiais necessários ) 2 - Es 1 Circuito integrado 555 1 Resístor de 10 kQ, 5%, 1/4W 1 Potenciômetro de 1 MQ 1 Resistor de 2200), 5%, 1/4W 1 Capaeitor de 10uF/16V. 1LED 1 Bateria de 9V. 1 Conector de bateria 1 Cronômetro 1 Protoboard Pontes de fio telefônico Nº 22 ou - Nº 24 AWG zar o nível de tensão da mes- ma (Vo). R3 limita a corrente através do LED. Quando a saída é de nivel alto (Vo=9V), circula corren- te através de DI e quando é de nivel baixo (Vo=0V) não o realiza. Como resultado, o LED pisca, ou seja, ilumina- se de forma intermitente, a uma determinada frequência (Fo). Esta última é controlada mediante R2 e é dada pela se- guinte equação: Mo Fo =[RT+ 2R3)61 177 Em nosso caso, RI=10k9, Cl=10|F e R2 é variável entre 0e 1 M2. Portanto. teoricamen- te, a fregiiência dos pulsos de saída é variável entre 0,07 Hz (R2=1MO)e 14,4 Hz (R2=00). Isso implica que pode-se produ- zir desde | piscada a cada 14 segundos (R2=1MS) até 1 pis- cada a cada 69 milisegundos (R2=09). Os valores reais obti- dos na prática dependem da to- lerância dos componentes utili- zados. Procedimento 1. Observe cuidadosamente seu circuito integrado 555. Quantos pinos possui? Que o A tipo de encapsulamento uti- liza? Qual é o pino 1? Como se identificam os demais pi- nos? Interprete a informação impressa na parte superior da cápsula. Qual é a empresa fabricante? Qual é a referên- cia exata do dispositivo? Em que data e em que país foi fabricado? E 2. Arme sobre o protoboard o circuito da figura 3. Situe então o R2 em uma posição intermediária e instale a ba- teria (BI). Observe o que acontece. Notará que o LED Di pisca a uma certa veloci- dade ou fregiência. Por quê? Gire lentamente o potenciô- metro R2 de um extremo a outro. Observará que a fre- Figura 3. Diagrama pictórico da montagem 178 AST VCC DSC ouT IC1 555 TRG Figura 2. Circuito experimenta! para testar a operação do 555 no modo estável qiuiência das piscadas varia, sendo mínima em um extremo e máxima no outro. Por quê? 3. Utilizando um cronômetro, trate de calcular de forma aproximada as frequências máxima (Fomax) e mínima (Fomin) dos pulsos produzi- dos. Para determinar a fre- quiência mínima, meça o tem- poque transcorre desde o ins- tante em que começa uma piscada até o instante em que começa a seguinte. O inver- so deste tempo é a freqiiên- cia mínima. Por quê? Para determinar a fre- quência máxima, conte o número de piscadas que são produzidas em um minuto é divida este número por 60. O valor resultante é a fre- quência máxima. Por quê? Compare os valores obtidos com os calculados teorica- mente. Tire suas próprias conclusões. CEIKÍT + Curso Práctico de Electrónica Moderna Electrónica Básica e 7. Circuitos integrados