apostila de eletronica analogica

apostila de eletronica analogica

(Parte 1 de 6)

i SUMÁRIO

1. Revisão de Eletricidade01
1.1.Circuito Elétrico01
1.1.1. Gerador01
1.1.2. Condutor01
1.1.3. Receptor01
1.2.Condutores e Isolantes02
1.2.1. Condutor02
1.2.2. Isolante02
1.3.Fontes de Energia Elétrica02
1.3.1. Fontes de Tensão03
1.3.2. Fontes de Corrente04
1.4. Potência Elétrica05
1.5. Resistência Elétrica05
1.6. Associação de Resistores07
1.6.1. Associação Série08
1.6.2. Associação em Paralelo09
1.6.3. Associação Mista10
1.7. Leis de Kirchoff10
1.7.1. Lei dos Nós10
1.7.2. Lei das Malhas1

1.8. Métodos de Análise de Circuitos....................................1

1.8.1. Teorema de Thevenin1
1.8.2. Teorema da Superposição12
1.9. Exercícios14
2. Materiais Semicondutores17
2.1. Tabela Periódica17
2.2. Estrutura Atômica17
2.2.1. Camadas de Energia18
2.3. Características18
2.4. Número Atômico19
2.5. Número de Valência19
2.6. Principais Semicondutores19
2.6.1. Características Marcantes20
2.6.2. Representação Planar20
2.6.3. Dopagem Eletrônica20
2.7. Cristais21
3. Diodos24
3.1. Características24
3.2. Polarização24
3.3. Curva Característica26
3.3.1. Ponto de Operação27
3.4.1. Modelo Ideal27
3.4.2. Modelo para Médias Tensões28
3.4.3. Modelo Real28
3.5. Grampeador Positivo29
3.6. Grampeador Duplo29
3.7. Exercícios31
4. Diodos em CA35
4.1. Introdução35
4.2. Transformadores35
4.2.1. Equações Principais36
4.3. Retificador de Meia Onda36
4.4. Retificador de Onda Completa38
4.5. Retificador em Ponte39
4.6. Dobrador de Tensão41
4.7. Triplicador de Tensão41
4.8. Quadruplicador de Tensão41
4.9. Exercícios42
5. Filtro Capacitivo4
5.1. Introdução4
5.2. Definição4
5.3. Divisão4
5.3.2. Ativos4
5.4. Componente Básico45
5.4.1. Capacitor45
5.4.2. Capacitância46
5.4.3. Rigidez Dielétrica46
5.4.4. Corrente de Fuga46
5.4.5. Tipos de Capacitores47
5.4.5.1. Capacitores Eletrolíticos48
5.4.6. Carga e Descarga49
5.4.7. Reatância Capacitiva51
5.5. Classificação dos Filtros53
5.5.1. Passa-baixas53
5.5.2. Passa-altas54
5.5.3. Passa-banda5
5.6. Retificador com Filtro56
5.7. Exercícios57
6. Diodos Especiais59
6.1. Optoeletrônicos59
6.2. Fotodiodo60
6.3. Diodo Emissor de Luz - LED61
6.4. Optoacopladores62

iv 6.5. Diodo Zener ....................................................................63

6.5.1. Funcionamento do Zener64
6.6. Exercícios6
7. Reguladores de Tensão68
7.1. Fontes de Alimentação68
7.2. Regulador Zener69
7.2.1. Carga e Entrada Constantes70
7.2.2. Carga Variável e Entrada Constante71
7.2.3. Carga Fixa e Entrada Variável73
7.2.4. Carga e Entrada Variáveis74
7.3. Reguladores Integrados75
7.3.1. Série 78xx75
7.3.2. Série 79xx75
7.3.3. Variáveis75
7.4. Projeto76
7.5. Exercícios76
8. Introdução aos Transistores78
8.1. Estrutura Física78
8.2. Simbologia79
8.3. Análise do Circuito79
8.4. Classificação80
8.4.1. Uso Geral80

v 8.4.2. Potência .................................................................80

8.4.3. RF80
8.5. Funcionamento81
8.6. Configurações Básicas82
8.6.1. Base Comum83
8.6.2. Coletor Comum – Seguidor de Emissor83
8.6.3. Emissor Comum84
8. 7. Exercícios85
9. Polarização de Transistores8
9.1. Curva Característica8
9.2. Ponto de Operação89
9.3. Reta de Carga90
9.4. Circuitos de Polarização91
9.4.1. Polarização da Base91
9.4.2. Realimentação do Emissor92
9.4.3. Realimentação do Coletor93
9.4.4. Polarização do Emissor94
9.4.5. Polarização por Divisor de Tensão95
9.5. Exercícios96
10. Transistores como Chave98
10.1. Chave Eletrônica98
10.2. Dimensionamento9

vi 10.3. Circuitos com Transistores............................................100

10.3.1. Transistor Isolado100
10.3.2. Transistores em Cascata100
10.3.3. Transistores em Push-Pull100
10.3.4. Transistores em Ponte H101

viii RELAÇÃO DE FIGURAS

Fig. 1 – Circuito elétrico01
Fig. 2 – Fontes de tensão (a) fonte, (b) pilha e (c) bateria03
Fig. 3 – Fonte de corrente04
Fig. 4 – Resistências (a) fixa, (b) variável e (c) LDR07
Fig. 5 – Associação em série de resistores08
Fig. 6 – Associação em paralelo de resistores09
Fig. 7 – Associação em mista de resistores10
Fig. 8 – Circuito para análise por Thevenin12
Fig. 9 – Circuito para análise por superposição13
Fig. 10 – Tabela periódica17
Fig. 1 – Camadas de energia18
Fig. 12 – Número de valência19
Fig. 13 – Representação planar20
Fig. 14 – Cristal tipo N2
Fig. 15 – Cristal tipo P2
Fig. 16 – Cristal tipo PN23
Fig. 17 – Representação do diodo24
Fig. 18 – Diodo semicondutor25
Fig. 19 – Polarização do diodo (a) direta e (b) reversa25
Fig. 20 – Curva característica do diodo26

Fig. 21 – Modelo ideal do diodo...................................................27

Fig. 2 – Modelo para médias tensões28
Fig. 23 – Modelo real28
Fig. 24 – Grampeador positivo29
Fig. 25 – Grampeador duplo29
Fig. 26 – Circuito magnético35
Fig. 27 – Retificador de meia onda36
Fig. 28 – Forma de onda do retificador de meia onda37
Fig. 29 – Retificador de onda completa38
Fig. 30 – Forma de onda do retificador de onda completa38
Fig. 31 – Retificador em ponte39
Fig. 32 – Forma de onda do retificador em ponte39
Fig. 3 – Duplicador de tensão41
Fig. 34 – Triplicador de tensão41
Fig. 35 – Quadruplicador de tensão41
Fig. 36 – Modelo de capacitor e simbologia45
Fig. 37 – Circuito equivalente de um capacitor47
Fig. 38 – Capacitores variáveis47
Fig. 39 – Capacitores fixos48
Fig. 40 – Circuito de carga desligado49
Fig. 41 – Circuito de carga ligado49
Fig. 42 – Gráfico de tensão e corrente50

ix Fig. 43 – Filtro passa-baixas.........................................................53

Fig. 4 – Ponto de corte do passa-baixas53
Fig. 45 – Filtro passa-altas54
Fig. 46 – Ponto de corte do passa-altas54
Fig. 47 – Filtro passa-banda5
Fig. 48 – Ponto de corte do passa-banda5
Fig. 49 – Retificador de meia onda com filtro capacitivo56
Fig. 50 – Forma de onda do retificador com filtro56
Fig. 51 – Fotodiodo60
Fig. 52 – Diodo Emissor de Luz – LED61
Fig. 53 – Optoacoplador62
Fig. 54 – Diodo zener63
Fig. 5 – Curva característica do diodo zener63
Fig. 56 – Análise de funcionamento do zener64
Fig. 57 – Diagrama de blocos de uma fonte de tensão69
Fig. 58 – Regulador zener69
Fig. 59 – Regulador 78xx75
Fig. 60 – Regulador 79xx75
Fig. 61 – Estrutura do transistor78
Fig. 62 – Estrutura do transistor NPN e PNP78
Fig. 63 – Simbologia para NPN e PNP79
Fig. 64 – Simbologia para NPN e PNP81

x Fig. 65 – Relação das correntes do transistor................................81

Fig. 6 – Transistor em base comum83
Fig. 67 – Transistor em coletor comum83
Fig. 68 – Transistor em emissor comum84
Fig. 69 – Característica de saída8
Fig. 70 – Regiões de operação8
Fig. 71 – Pontos de operação89
Fig. 72 – Reta de carga90
Fig. 73 – Circuito de polarização90
Fig. 74 – Circuito de polarização da base91
Fig. 7 – Circuito de polarização com emissor fixo94
Fig. 78 – Circuito de polarização por divisor de tensão95
Fig. 79 – Transistor como chave98
Fig. 80 – Formas de acionamento98
Fig. 81 – Acionamento digital9
Fig. 82 – Transistor isolado100
Fig. 83 – Transistor em cascata100
Fig. 84 – Transistor em push-pull100

xi Fig. 75 – Circuito de polarização com realimentação de emissor.92 Fig. 76 – Circuito de polarização com realimentação do coletor..93 Fig. 85 – Transistor em ponte H...................................................101

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01 – REVISÃO DE ELETRICIDADE

1.1. CIRCUITO ELÉTRICO

Circuito elétrico‚ é todo e qualquer percurso fechado por onde circula a energia elétrica.

GERADORÆ CONDUTOR Æ CARGA

Fig. 1 – Circuito elétrico.

1.1.1. GERADOR

Elemento responsável pela criação (geração) da energia elétrica a partir de energia mecânica, química ou térmica. Os geradores são denominados, geralmente, de FONTES ELÉTRICAS ou simplesmente FONTES.

1.1.2. CONDUTOR

Elemento destinado a conduzir (levar) a energia elétrica do gerador ao receptor.

1.1.3. RECEPTOR

Elemento destinado a receber a energia elétrica e convertê-la em uma outra forma de energia que possa ser utilizada (mecânica, térmica, luminosa). Os receptores são geralmente denominados de CARGAS ELÉTRICAS ou simplesmente CARGA.

O fluxo de energia elétrica dar-se através do esquema abaixo:

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1.2. CONDUTORES E ISOLANTES

1.2.1. CONDUTOR

É todo e qualquer material que apresenta grande quantidade de elétrons livres, isto é, apresentam elétrons que estão fracamente ligados ao núcleo do átomo. Estes materiais, quando submetidos a uma DIFERENÇA DE POTENCIAL (ddp) ou FORÇA ELETROMOTRIZ (fem) ou TENSÃO, têm esses elétrons circulando no seu interior.

Ex.: ouro; prata; cobre; alumínio

1.2.2. ISOLANTE

Ao contrário dos condutores, os isolantes têm uma quantidade muito pequena de elétrons livres, ou seja, os elétrons estão fortemente ligados ao núcleo do átomo, o que dificulta a circulação desses no seu interior.

Ex.: borracha; mica; porcelana

1.3. FONTES DE ENERGIA ELÉTRICA

Para que qualquer circuito elétrico funcione, é preciso haver uma fonte de energia. Uma fonte de energia pode fornecer (a) uma TENSÃO ou (b) uma CORRENTE.

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1.3.1. FONTE DE TENSÃO (U)

É o elemento que apresenta uma ddp (tensão ou fem) entre os seus terminais (pólos) e que fornece energia elétrica quando uma carga é conectada aos seus pólos.

Ex.: pilha; bateria.

A tensão elétrica é a relação entre o trabalho realizado para deslocar uma carga elétrica entre os dois pontos de uma ddp. A unidade de tensão é o VOLT (V). O instrumento de medida da tensão é o VOLTÍMETRO, que deve ser conectado em paralelo com a carga, pois ambos ficam, assim, sob o mesmo potencial elétrico.

As fontes de tensão ideais não têm perdas internas (não consomem energia internamente), porém, isto não ocorre nas fontes reais. Portanto, as fontes reais apresentam um elemento de dispersão interna (conhecido como resistência interna da fonte).

Fig. 2 - Fontes de tensão (a) fonte, (b) pilha e (c) bateria.

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1.3.2. FONTE DE CORRENTE (I)

uma corrente elétrica à carga. Maso que é corrente elétrica ?

Elemento que, ao invés de provocar uma ddp, fornece

A corrente elétrica é o deslocamento de cargas (positivas e negativas) dentro de um material, quando existe uma ddp entre as extremidades deste. Tal deslocamento procura restabelecer o equilíbrio desfeito pela ação de um campo elétrico ou de outros meios (reação química, atrito, luz).

Portanto, a corrente elétrica é o fluxo de cargas que atravessa a seção reta de um condutor por unidade de tempo. A unidade de corrente é o AMPÈRE (A). O instrumento de medição de corrente é o AMPERÍMETRO, o qual deve ser conectado em série ao local que se quer saber a intensidade da corrente. Assim, a corrente que circula no local passa pelo instrumento.

As fontes de corrente, tal como as de tensão, podem ser consideradas reais e ideais. No caso real, a fonte de corrente apresenta um elemento dispersivo em paralelo com sua saída. O símbolo elétrico de uma fonte de corrente é mostrado na Fig. 2.

Fig. 3 – Fonte de corrente.

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1.4. POTÊNCIA ELÉTRICA (P)

Sabe-se que para se executar qualquer movimento ou produzir calor, luz, radiação etc., é necessário despender energia. À energia aplicada por segundo em qualquer destas atividades chama-se potência.

Em eletricidade, a potência é o produto da tensão pela corrente

UIP=(1.1)

Portanto, a unidade de potência é o WATT (W). O instrumento destinado a medir potência é conhecido como WATTÍMETRO. O wattímetro é composto por duas bobinas, uma de corrente, conectada em série com o circuito, e uma de potencial, conectada em paralelo com o circuito.

1.5. RESISTÊNCIA ELÉTRICA (R)

Chama-se resistência elétrica à oposição feita, internamente, pelo material à circulação da corrente elétrica. Por isso, os corpos maus condutores têm resistência elevada e os corpos bons condutores têm menor resistência.

Isto se deve às forças que mantêm os elétrons livres, agregados ao núcleo do material. Foi o cientista alemão Ohm quem estabeleceu a lei que tem o seu nome e inter-relaciona a ddp, a corrente e a resistência do material.

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RIU=(1.2)

onde:

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