SUMÁRIO 1. Revisão de Eletricidade........., Notas de estudo de Tecnologia Industrial

Baixe SUMÁRIO 1. Revisão de Eletricidade......... e outras Notas de estudo em PDF para Tecnologia Industrial, somente na Docsity! Aufomação Ind ad Prof Henriqu i SUMÁRIO 1. Revisão de Eletricidade.............................................................01 1.1.Circuito Elétrico ...............................................................01 1.1.1. Gerador..................................................................01 1.1.2. Condutor ................................................................01 1.1.3. Receptor.................................................................01 1.2.Condutores e Isolantes .....................................................02 1.2.1. Condutor ................................................................02 1.2.2. Isolante ..................................................................02 1.3.Fontes de Energia Elétrica................................................02 1.3.1. Fontes de Tensão ...................................................03 1.3.2. Fontes de Corrente.................................................04 1.4. Potência Elétrica..............................................................05 1.5. Resistência Elétrica .........................................................05 1.6. Associação de Resistores ................................................07 1.6.1. Associação Série....................................................08 1.6.2. Associação em Paralelo .........................................09 1.6.3. Associação Mista...................................................10 1.7. Leis de Kirchoff ..............................................................10 1.7.1. Lei dos Nós............................................................10 1.7.2. Lei das Malhas.......................................................11 1.8. Métodos de Análise de Circuitos ....................................11 iv 5.3.2. Ativos ....................................................................44 5.4. Componente Básico ........................................................45 5.4.1. Capacitor ...............................................................45 5.4.2. Capacitância ..........................................................46 5.4.3. Rigidez Dielétrica ..................................................46 5.4.4. Corrente de Fuga ...................................................46 5.4.5. Tipos de Capacitores .............................................47 5.4.5.1. Capacitores Eletrolíticos............................48 5.4.6. Carga e Descarga...................................................49 5.4.7. Reatância Capacitiva .............................................51 5.5. Classificação dos Filtros..................................................53 5.5.1. Passa-baixas...........................................................53 5.5.2. Passa-altas..............................................................54 5.5.3. Passa-banda ...........................................................55 5.6. Retificador com Filtro. ....................................................56 5.7. Exercícios........................................................................57 6. Diodos Especiais.......................................................................59 6.1. Optoeletrônicos ...............................................................59 6.2. Fotodiodo ........................................................................60 6.3. Diodo Emissor de Luz - LED..........................................61 6.4. Optoacopladores..............................................................62 6.5. Diodo Zener ....................................................................63 v 6.5.1. Funcionamento do Zener .......................................64 6.6. Exercícios........................................................................66 7. Reguladores de Tensão .............................................................68 7.1. Fontes de Alimentação ....................................................68 7.2. Regulador Zener..............................................................69 7.2.1. Carga e Entrada Constantes...................................70 7.2.2. Carga Variável e Entrada Constante......................71 7.2.3. Carga Fixa e Entrada Variável...............................73 7.2.4. Carga e Entrada Variáveis .....................................74 7.3. Reguladores Integrados ...................................................75 7.3.1. Série 78xx..............................................................75 7.3.2. Série 79xx..............................................................75 7.3.3. Variáveis................................................................75 7.4. Projeto .............................................................................76 7.5. Exercícios........................................................................76 8. Introdução aos Transistores ......................................................78 8.1. Estrutura Física................................................................78 8.2. Simbologia ......................................................................79 8.3. Análise do Circuito .........................................................79 8.4. Classificação ...................................................................80 8.4.1. Uso Geral...............................................................80 8.4.2. Potência .................................................................80 vi 8.4.3. RF ..........................................................................80 8.5. Funcionamento................................................................81 8.6. Configurações Básicas ....................................................82 8.6.1. Base Comum .........................................................83 8.6.2. Coletor Comum – Seguidor de Emissor ................83 8.6.3. Emissor Comum ....................................................84 8. 7. Exercícios.......................................................................85 9. Polarização de Transistores.......................................................88 9.1. Curva Característica ........................................................88 9.2. Ponto de Operação ..........................................................89 9.3. Reta de Carga ..................................................................90 9.4. Circuitos de Polarização..................................................91 9.4.1. Polarização da Base...............................................91 9.4.2. Realimentação do Emissor ....................................92 9.4.3. Realimentação do Coletor .....................................93 9.4.4. Polarização do Emissor .........................................94 9.4.5. Polarização por Divisor de Tensão........................95 9.5. Exercícios........................................................................96 10. Transistores como Chave........................................................98 10.1. Chave Eletrônica ...........................................................98 10.2. Dimensionamento .........................................................99 10.3. Circuitos com Transistores............................................100 ix Fig. 22 – Modelo para médias tensões..........................................28 Fig. 23 – Modelo real....................................................................28 Fig. 24 – Grampeador positivo .....................................................29 Fig. 25 – Grampeador duplo .........................................................29 Fig. 26 – Circuito magnético ........................................................35 Fig. 27 – Retificador de meia onda ...............................................36 Fig. 28 – Forma de onda do retificador de meia onda ..................37 Fig. 29 – Retificador de onda completa ........................................38 Fig. 30 – Forma de onda do retificador de onda completa............38 Fig. 31 – Retificador em ponte .....................................................39 Fig. 32 – Forma de onda do retificador em ponte .........................39 Fig. 33 – Duplicador de tensão .....................................................41 Fig. 34 – Triplicador de tensão .....................................................41 Fig. 35 – Quadruplicador de tensão ..............................................41 Fig. 36 – Modelo de capacitor e simbologia .................................45 Fig. 37 – Circuito equivalente de um capacitor ............................47 Fig. 38 – Capacitores variáveis .....................................................47 Fig. 39 – Capacitores fixos ...........................................................48 Fig. 40 – Circuito de carga desligado ...........................................49 Fig. 41 – Circuito de carga ligado.................................................49 Fig. 42 – Gráfico de tensão e corrente ..........................................50 Fig. 43 – Filtro passa-baixas .........................................................53 x Fig. 44 – Ponto de corte do passa-baixas ......................................53 Fig. 45 – Filtro passa-altas ............................................................54 Fig. 46 – Ponto de corte do passa-altas .........................................54 Fig. 47 – Filtro passa-banda..........................................................55 Fig. 48 – Ponto de corte do passa-banda.......................................55 Fig. 49 – Retificador de meia onda com filtro capacitivo.............56 Fig. 50 – Forma de onda do retificador com filtro........................56 Fig. 51 – Fotodiodo.......................................................................60 Fig. 52 – Diodo Emissor de Luz – LED .......................................61 Fig. 53 – Optoacoplador ...............................................................62 Fig. 54 – Diodo zener....................................................................63 Fig. 55 – Curva característica do diodo zener...............................63 Fig. 56 – Análise de funcionamento do zener...............................64 Fig. 57 – Diagrama de blocos de uma fonte de tensão..................69 Fig. 58 – Regulador zener .............................................................69 Fig. 59 – Regulador 78xx..............................................................75 Fig. 60 – Regulador 79xx..............................................................75 Fig. 61 – Estrutura do transistor....................................................78 Fig. 62 – Estrutura do transistor NPN e PNP................................78 Fig. 63 – Simbologia para NPN e PNP.........................................79 Fig. 64 – Simbologia para NPN e PNP.........................................81 Fig. 65 – Relação das correntes do transistor................................81 xi Fig. 66 – Transistor em base comum ............................................83 Fig. 67 – Transistor em coletor comum ........................................83 Fig. 68 – Transistor em emissor comum.......................................84 Fig. 69 – Característica de saída ...................................................88 Fig. 70 – Regiões de operação ......................................................88 Fig. 71 – Pontos de operação ........................................................89 Fig. 72 – Reta de carga .................................................................90 Fig. 73 – Circuito de polarização ..................................................90 Fig. 74 – Circuito de polarização da base .....................................91 Fig. 75 – Circuito de polarização com realimentação de emissor.92 Fig. 76 – Circuito de polarização com realimentação do coletor..93 Fig. 77 – Circuito de polarização com emissor fixo .....................94 Fig. 78 – Circuito de polarização por divisor de tensão................95 Fig. 79 – Transistor como chave...................................................98 Fig. 80 – Formas de acionamento .................................................98 Fig. 81 – Acionamento digital ......................................................99 Fig. 82 – Transistor isolado ..........................................................100 Fig. 83 – Transistor em cascata.....................................................100 Fig. 84 – Transistor em push-pull .................................................100 Fig. 85 – Transistor em ponte H ...................................................101 ELETRÔNICA ANALÓGICA I PROF. HENRIQUE GETIN Pág. 3 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 medi- da da tensão é o VOLTÍMETRO, que deve ser conectado em para- lelo com a carga, pois ambos ficam, assim, sob o mesmo poten- cial 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 fon- te). Fig. 2 - Fontes de tensão (a) fonte, (b) pilha e (c) bateria. ELETRÔNICA ANALÓGICA I PROF. HENRIQUE GETIN Pág. 4 1.3.2. FONTE DE CORRENTE (I) Elemento que, ao invés de provocar uma ddp, fornece uma corrente elétrica à carga. Mas... o que é corrente elétrica ? A corrente elétrica é o deslocamento de cargas (positi- vas e negativas) dentro de um material, quando existe uma ddp entre as extremidades deste. Tal deslocamento procura restabe- lecer 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 a- travessa 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. As- sim, 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 a- presenta 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. ELETRÔNICA ANALÓGICA I PROF. HENRIQUE GETIN Pág. 5 1.4. POTÊNCIA ELÉTRICA (P) Sabe-se que para se executar qualquer movimento ou produzir calor, luz, radiação etc., é necessário despender energi- a. 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 ins- trumento destinado a medir potência é conhecido como WATTÍ- METRO. O wattímetro é composto por duas bobinas, uma de cor- rente, 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, interna- mente, 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. ELETRÔNICA ANALÓGICA I PROF. HENRIQUE GETIN Pág. 8 O resistor equivalente (Req) é um elemento que tem um valor igual ao do conjunto, ou seja, é um ele- mento que substitui o conjunto sem alterar o traba- lho realizado por este. Os resistores podem ser associados em série, em para- lelo ou de ambas as maneiras. 1.6.1. ASSOCIAÇÃO SÉRIE Dois ou mais resistores estão em série quando a corren- te que passa por um passa pelos demais. O valor do resistor e- quivalente é igual ao somatório dos resistores associados (Fig. 5). Fig. 5 - Associação em série de resistores. 4321 RRRRReq +++= (1.5) A tensão total através de um circuito série é igual à soma das tensões nos terminais de cada resistência do circuito (Fig. 5). Portanto, em um circuito série, a tensão se divide pro- ELETRÔNICA ANALÓGICA I PROF. HENRIQUE GETIN Pág. 9 porcionalmente aos resistores do circuito, sendo, pois, chamado de DIVISOR DE TENSÃO. 1.6.2. ASSOCIAÇÃO EM PARALELO Dois ou mais resistores estão em paralelo quando estão submetidos à mesma tensão. O valor do inverso do resistor e- quivalente é igual ao somatório dos inversos dos resistores asso- ciados (Fig. 6). Fig. 6 - Associação em paralelo de resistores. 4321 11111 RRRRReq +++= (1.6) A corrente total através de um circuito paralelo é igual à soma das correntes, que passam, em cada resistência do circui- to (Fig. 6).portanto, em um circuito paralelo, a corrente se divi- de, nos diversos ramos, em valores inversamente proporcionais aos valores dos resistores dos respectivos ramos. Assim sendo, o circuito paralelo é conhecido como DIVISOR DE CORRENTE. ELETRÔNICA ANALÓGICA I PROF. HENRIQUE GETIN Pág. 10 1.6.3. ASSOCIAÇÃO MISTA Este tipo de associação é uma combinação das associa- ções anteriores. Fig. 7 - Associação em mista de resistores. 1.7. LEIS DE KIRCHOFF A análise de circuitos elétricos pode ser realizada por diversas formas, porém a maneira mais rápida e simples é a aná- lise das malhas e/ou dos nós do circuito em questão. Pensando nisto, o cientista alemão Kirchoff desenvolveu um método de análise que leva o seu nome. 1.7.1. LEI DOS NÓS “A soma algébrica das correntes instantâneas que fluem em uma junção qualquer, de uma rede, é i- gual a zero” (Bartkowiak, 1999). Em outras palavras, podemos dizer que a soma das cor- rentes que chegam em um nó é igual à soma das correntes que saem deste nó. ∑ ∑= saemchegam II (1.7) ELETRÔNICA ANALÓGICA I PROF. HENRIQUE GETIN Pág. 13 circuito. Quando se retira uma fonte de corrente, ela é substituí- da por um circuito aberto. EXEMPLO 02: Determinar a corrente que circula por R1 (Fig. 9). Fig. 9 - Circuito para análise por superposição. 1O PASSO: Desliga-se a fonte V2 e encontramos a corrente I1, provocada por V1. 2O PASSO: Desliga-se a fonte V1 e encontramos a corrente I2, provocada por V2. 3O PASSO: A corrente I será igual a soma fasorial das correntes I1 e I2. 1.8.3. TRANSFERÊNCIA MÁXIMA DE POTÊNCIA A potência máxima é fornecida pela fonte de tensão e recebida pela carga, se o valor da impedância de carga for igual ao da impedância interna da fonte de tensão. ELETRÔNICA ANALÓGICA I PROF. HENRIQUE GETIN Pág. 14 1.9. EXERCÍCIOS 01. Uma lâmpada que utiliza 10 V, um resistor de 10 Ω que consome 4 A, e um motor de 24 V estão associados em série. Calcule a tensão total e a resistência total. 02. Se um fio de cobre tiver uma resistência de 4 Ω a 20o C, qual o valor da sua resistência a 75o C? 03. Dois resistores formam um divisor de tensão para polariza- ção de base num amplificador de áudio. As quedas de tensão através deles são de 2,4 V e 6,6 V, respectivamente, num cir- cuito de 1,5 mA. Determine a potência em cada resistor e a potência total dissipada em miliwatts. 04. Calcule a corrente em cada ramo de um circuito paralelo, formado por uma cafeteira elétrica de 20 Ω e um torrador de pão de 30 Ω, se a corrente total for de 10 A. 05. Qual a potência total consumida por um ferro elétrico de 4,5 A, um ventilador de 0,9 A, e um motor de geladeira de 2,4 A se estiverem todos ligados a uma linha de 120 V? 06. Cinco lâmpadas de 150 W estão ligadas em paralelo numa linha de 120 V. Se um filamento se abrir, quantas lâmpadas podem se acender? Por que? 07. Calcule todas as correntes através das resistências pelo mé- todo da corrente de malha (Fig. 1). ELETRÔNICA ANALÓGICA I PROF. HENRIQUE GETIN Pág. 15 08. Calcule todas as correntes e as quedas de tensão através das resistências pelo método da análise da tensão nodal (Fig. 2). 09. Calcule a resistência equivalente e a tensão de saída Vo do circuito da Fig. 3. 10. Determine a tensão Vp por superposição (Fig. 4). 11. Calcule as correntes 1, 2 e 3 no circuito da Fig. 5. 12. Calcule IL e VL pelo equivalente de Thevènin para o circuito da Fig. 6. 13. Uma fonte de tensão tem 24 V em série com 6 Ω (Fig. 7). Desenhe o circuito da fonte de corrente equivalente. 14. No circuito da Fig. 8, determine: a)o circuito equivalente de Thevènin e o valor de VL; b)VL por superposição e c)VL pelo equivalente de Norton. 15. Que resistência de carga RL produzirá uma potência máxima na carga (Fig. 9) e qual o valor dessa potência? ELETRÔNICA ANALÓGICA I PROF. HENRIQUE GETIN Pág. 18 Fig. 11 – Camadas de energia. 2.2.1. CAMADAS DE ENERGIA A quantidade máxima de elétrons existente em cada camada de energia é apresentada a seguir: K - 2; L - 8; M - 18; N - 32; O - 32; P - 18; Q - 2. 2.3. CARACTERÍSTICAS Os átomos são constituídos por: Prótons; Nêutrons; Elétrons. Os PRÓTONS correspondem a CARGAS POSITIVAS. Os ELÉTRONS são as CARGAS NEGATIVAS. Portanto, os átomos se encontram ELETRICAMENTE NEUTRO. ELETRÔNICA ANALÓGICA I PROF. HENRIQUE GETIN Pág. 19 Os ÁTOMOS ESTÁVEIS são os que possuem 8 ELÉTRONS na ÚLTIMA CAMADA de energia. 2.4. NÚMERO ATÔMICO O número atômico corresponde ao número de prótons que um átomo possui. Exemplos: Cálcio (Ca) – Z = 20 Polônio (Po) – Z = 84 Cobre (Cu) – Z = 29 Enxofre (S) – Z = 16 2.5. NÚMERO DE VALÊNCIA O numero de valência de um átomo corresponde ao número de elétrons existentes na última camada de energia. Fig. 12 – Número de valência. 2.6. PRINCIPAIS SEMICONDUTORES Dentre os semicondutores os primeiros a serem utiliza- dos na confecção de dispositivos eletrônicos foram: Germânio (Ge); Silício (Si). ELETRÔNICA ANALÓGICA I PROF. HENRIQUE GETIN Pág. 20 2.6.1. CARACTERÍSTICAS MARCANTES São TETRAVALENTES; COMPARTILHAM os elétrons da camada de valência; NÃO APRESENTAM ELÉTRONS LIVRES; Formam estruturas cristalinas (CRISTAIS) Nota: O Si é o elemento químico mais utilizado atualmente. 2.6.2. REPRESENTAÇÃO PLANAR A Fig. 13 apresenta uma representação planar de um semicondutor. Fig. 13 – Representação planar. 2.6.3. DOPAGEM ELETRÔNICA Na forma cristalina, o Si e o Ge não servem para a ela- boração de componentes eletrônicos, porém esta situação pode ser modificada através da adição de certas IMPUREZAS ao cris- tal. Dependendo da impureza acrescentada aos semicondu- tores, eles podem CONDUZIR A CORRENTE ELÉTRICA de diferen- ELETRÔNICA ANALÓGICA I PROF. HENRIQUE GETIN Pág. 23 Fig. 16 – Cristal tipo PN. O cristal tipo N tem excesso de elétrons livres e o tipo P excesso de lacunas (falta de elétrons livres), portanto o novo material tem duas camadas eletricamente desequilibradas. O equilíbrio não é alcançado porque a junção PN fun- ciona como uma barreira, que impede o fluxo de elétrons entre os materiais. Esta barreira é denominada de BARREIRA DE PO- TENCIAL. Aplicando-se uma DIFERENÇA DE POTENCIAL (ddp) nos terminais do cristal PN, a barreira de potencial poderá ser vencida e, assim, haver um fluxo de elétrons (corrente elétrica) entre os materiais tipo P e tipo N. Se Fundido dois terminais às extremidades do cristal PN, tem-se um dispositivo eletrônico denominado de DIODO SEMICONDUTOR ou simplesmente DIODO ELETRÔNICA ANALÓGICA I PROF. HENRIQUE GETIN Pág. 24 03 - DIODOS 3.1. CARACTERÍSTICAS Os diodos são dispositivos eletrônicos que permitem a passagem de corrente elétrica por seu interior. São fabricados a partir da junção de dois materiais semicondutores (um do tipo P e outro de tipo N). Os terminais de um diodo são denominados de Ânodo (lado positivo ou P) e Catodo (lado negativo ou N). Fig. 17 – Representação do diodo. Para funcionar adequadamente deve ser polarizado por uma fonte de tensão (ddp). 3.2. POLARIZAÇÃO Polarizar um diodo é limitar a intensidade da corrente elétrica que irá circular através dele e para isto se faz necessário encontrar o valor da resistência que será colocada em série e que tem por finalidade principal proteger o diodo contra correntes excessivas. A Fig. 18 mostra um diodo semicondutor formado pela junção de cristais do tipo N e do tipo P, entre eles se forma uma ELETRÔNICA ANALÓGICA I PROF. HENRIQUE GETIN Pág. 25 barreira – barreira de potencial – cuja finalidade é impedir a transferência de elétrons livres de um cristal para o outro quan- do não polarizado. Fig. 18 – Diodo semicondutor. Aplica-se uma ddp entre os terminais do diodo e obser- vamos o comportamento da barreira de potencial. Ora ela au- menta e ora diminui. A fonte de tensão pode ser conectada apenas de duas maneiras (Fig. 19): Terminal positivo do lado P (polarização direta); Terminal negativo do lado P (polarização reversa). Fig. 19 – Polarização do diodo (a) direta e (b) reversa. ELETRÔNICA ANALÓGICA I PROF. HENRIQUE GETIN Pág. 28 3.4.2. MODELO PARA MÉDIAS TENSÕES Fig. 22 – Modelo para médias tensões. 3.4.3. MODELO REAL Fig. 23 – Modelo real. ELETRÔNICA ANALÓGICA I PROF. HENRIQUE GETIN Pág. 29 3.5. GRAMPEADOR POSITIVO Fig. 24 – Grampeador positivo. 3.6. DUPLO GRAMPEADOR Fig. 25 – Grampeador duplo. ELETRÔNICA ANALÓGICA I Pror. HENRIQUE Considere o circuito representado na Figura. Determine a corrente | e a tensão V considerando para os díodos o modelo ideal com fonte de tensão constante (0.7 V). + 10% R1=5kg R2=10kg 40 MV Considere o circuito representado na Figura. Determine a corrente | e a tensão V considerando para os díodos o modelo ideal com fonte de tensão constante (0.7 V). +10V Ri=5kg R2=10k0 +40Y GETIN Pág. 30 ELETRÔNICA ANALÓGICA I PROF. HENRIQUE GETIN Pág. 33 11. No circuito mostrado na Fig. 5, cada diodo tem uma resis- tência de 100 Ω quando em condução. As entradas podem ser de 0 V ou +5 V. Sob quaisquer condições, em que a ten- são de saída está supostamente no nível baixo, seu valor não pode exceder a 1 V. Qual é o menor valor de resistência que pode substituir a resistência de 1,5 kΩ no circuito? 12. Aplicando o teorema da Superposição, determine as corren- tes nos diodos do circuito abaixo. Fig. 1 Fig. 2 Fig. 3 ELETRÔNICA ANALÓGICA I PROF. HENRIQUE GETIN Pág. 34 Fig. 4 Fig. 5 Fig. 6 ELETRÔNICA ANALÓGICA I PROF. HENRIQUE GETIN Pág. 35 04 - DIODOS EM CA 4.1. INTRODUÇÃO Circuitos retificadores são QUADRIPOLOS que fun- cionam com base na característica unidirecional do diodo: uma tensão CA é aplicada na entrada e uma tensão CC aparece na saída. Os diodos em circuitos de corrente alternada (CA) muitas vezes não suportam os níveis destes sinais e a fim de solucionar essa dificuldade são utilizados TRANSFORMADO- RES. 4.2. TRANSFORMADORES Os transformadores são dispositivos estáticos que ACOPLAM circuitos com diferentes níveis de tensão e/ou de impedâncias. Fig. 26 – Circuito magnético. ELETRÔNICA ANALÓGICA I PROF. HENRIQUE GETIN Pág. 38 4.4. RETIFICADOR DE ONDA COMPLETA Fig. 29 – Retificador de onda completa. Fig. 30 – Forma de onda do retificador de onda completa. RESULTADOS OBTIDOS UDC = 0,636 U’MÁX U’MÁX = UMÁX / 2 PIV = UMÁX IL = 2 ID ELETRÔNICA ANALÓGICA I PROF. HENRIQUE GETIN Pág. 39 Um transformador com tap central de 220/4+4 V ligado a um retificador de onda completa com carga de 10 Ω. Considerando a queda de tensão dos diodos, determine: a)tensão média na carga; b)corrente média na carga; c)especificações do diodo; d)formas de onda na carga e no diodo. 4.5. RETIFICADOR EM PONTE Fig. 31 – Retificador em ponte. Fig. 32 – Forma de onda do retificador em ponte. ELETRÔNICA ANALÓGICA I PROF. HENRIQUE GETIN Pág. 40 RESULTADOS OBTIDOS UDC = 0,636 UMÁX PIV = UMÁX IL = 2 ID Um transformador com 220/25 V ligado a um retificador em ponte com carga de 10 Ω. Determine: a)tensão média na carga; b)corrente média na carga; c)especificações do diodo; d)formas de onda na carga e no diodo. ELETRÔNICA ANALÓGICA I PROF. HENRIQUE GETIN Pág. 43 08. O diodo do circuito (Fig. 4) tem uma de resistência 50 Ω quando em condução. Determine a corrente e a tensão no di- odo para o seguinte caso: uS = 0,1cos(ωt) U e Ub = 2 V. ELETRÔNICA ANALÓGICA I PROF. HENRIQUE GETIN Pág. 44 05 – FILTRO CAPACITIVO 5.1. INTRODUÇÃO Há circuitos onde o ruído se propaga com maior ou menor intensidade e independentemente disto, torna-se necessá- rio à eliminação deste sinal indesejado, pois o funcionamento adequado do sistema depende da fidelidade das informações processadas e assim poder intervir prontamente. 5.2. DEFINIÇÃO Circuito destinado a selecionar ou rejeitar uma deter- minada faixa de freqüência. Usados para eliminar freqüências indesejáveis, deno- minadas RUÍDO. 5.3. DIVISÃO 5.3.1. PASSIVOS São aqueles que contém combinações em e em paralelo de resistores, capacitores e capa- citores. 5.3.2. ATIVOS São aqueles que, além de elementos pas- sivos, também usam dispositivos como transistores e amplificadores operacionais. ELETRÔNICA ANALÓGICA I PROF. HENRIQUE GETIN Pág. 45 5.4. COMPONENTE BÁSICO 5.4.1. CAPACITOR Funcionam com variação brusca de tensão. Não dissipa energia. Armazena energia para uso posterior. Fig. 36– Modelo de capacitor e simbologia. ELETRÔNICA ANALÓGICA I PROF. HENRIQUE GETIN Pág. 48 Fig. 39 – Capacitores fixos. 5.4.5.1. CAPACITOR ELETROLÍTICO É usado normalmente nas situações em que capacitân- cias maiores são necessárias. São projetados para uso em circuitos de corrente contí- nua. A tensão que pode ser aplicada entre os terminais do capacitor por longos períodos de tempo sem que ocorra a ruptu- ra é conhecida como TENSÃO DE TRABALHO. ELETRÔNICA ANALÓGICA I PROF. HENRIQUE GETIN Pág. 49 A máxima tensão contínua que pode ser aplicada por curtos períodos de tempo é denominada de TENSÃO DE PICO. Apresentam BAIXAS TENSÕES DE RUPTURA. Têm ELEVADAS CORRENTES DE FUGA (Rfuga da ordem de 1 MΩ). A descarga ocorre rapidamente. 5.4.6. CARGA E DESCARGA Fig. 40 – Circuito de carga desligado. Fig. 41 – Circuito de carga ligado. ELETRÔNICA ANALÓGICA I PROF. HENRIQUE GETIN Pág. 50 A corrente de carga é expressa por: RCt c eR Ei /−= (5.3) Onde o fator RC é chamado de CONSTANTE DE TEMPO τ = R C (5.4) A tensão de carga é dada por: ( )RCtc eEv /1. −−= (5.5) Graficamente podemos visualizar as equações acima como: 0 1 2 3 4 5 6 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1 Corrente Tensão Fig. 42 – Gráfico de tensão e corrente. ELETRÔNICA ANALÓGICA I PROF. HENRIQUE GETIN Pág. 53 5.5. CLASSIFICAÇÃO DOS FILTROS 5.5.1.PASSA-BAIXAS Um filtro passa-baixas deve permitir a passagem de baixas freqüências com pequena atenuação e atenuar fortemente todas as outras acima de um certo valor crítico. Fig. 43 – Filtro passa-baixas. Resposta em freqüência Fig. 44 – Ponto de corte do passa-baixas. CR fRX CC ..2 1 π =⇒= (5.9) Um filtro com Uin = 20 V, R = 1 kΩ e C = 500 pF. De- termine: a) A freqüência de corte; b) A tensão de saída para f = 100 kHz e f = 1 MHz. ELETRÔNICA ANALÓGICA I PROF. HENRIQUE GETIN Pág. 54 5.5.2. PASSA-ALTAS Um filtro passa-altas pode ser obtido invertendo-se as posições do resistor e do capacitor e as freqüências acima de um determinado valor devem passar e as abaixo devem ser cortadas. Fig. 45 – Filtro passa-altas. Resposta em freqüência Fig. 46 – Ponto de corte do passa-altas. CR fRX CC ..2 1 π =⇒= (5.10) ELETRÔNICA ANALÓGICA I PROF. HENRIQUE GETIN Pág. 55 5.5.3. PASSA-BANDA Um filtro passa-faixa pode ser implementado através do cascateamento de um passa-baixas e um passa-altas. Fig. 47 – Filtro passa-banda. Fig. 48 – Ponto de corte do passa-banda. A freqüência inferior é definida pelo passa-altas e a su- perior pelo passa-baixas. Para R1 = 1 kΩ, R2 = 40 kΩ, C1 = 1,5 nF e C2 = 4 pF. Determi- ne: a) As freqüências de corte inferior e superior; b) A tensão de saída quando f = fci. ELETRÔNICA ANALÓGICA I PROF. HENRIQUE GETIN Pág. 58 ída seja de 17,8 V com 120 mA, e uma segunda saída de 35,6 V com 75 mA. Quais as especificações dos diodos? ELETRÔNICA ANALÓGICA I PROF. HENRIQUE GETIN Pág. 59 06 - DIODOS ESPECIAIS 6.1. OPTOELETRÔNICOS Os dispositivos optoeletrônicos são aqueles cujas ca- racterísticas mudam com ou são controladas PELA LUZ, ou são aqueles que PRODUZEM e/ou MODIFICAM a luz. λ cf = (6.1) f → freqüência em hertz (Hz) λ → comprimento de onda em metros (m) c → velocidade da luz em metros por segundos (m/s) A luz visível → freqüências entre de 4.3x1014 Hz a 7.5x1014 Hz. A menor freqüência → cor vermelha. A maior freqüência → cor violeta. Abaixo do vermelho → INFRAVERMELHAS (< 1012 Hz). Acima do violeta → ULTRAVIOLETA (5x1017 Hz). A cor branca é uma mistura de todas as freqüências da faixa visível. O ESPECTRO de luz é uma curva de energia da luz ver- sus a freqüência ou o comprimento de onda. ELETRÔNICA ANALÓGICA I PROF. HENRIQUE GETIN Pág. 60 6.2. FOTODIODO Um fotodiodo é uma junção PN construída de modo que possa ser exposta à luz. Fig. 51 – Fotodiodo. Quando POLARIZADO REVERSAMENTE, comporta-se como um dispositivo FOTOCONDUTIVO, porque sua resistência varia com a corrente reversa. A corrente de fuga reversa em um diodo comum deve- se aos portadores minoritários gerados termicamente. No fotodiodo, são gerados portadores minoritários adi- cionais pela energia luminosa. Quanto maior a intensidade da luz, maior corrente re- versa e menor a resistência efetiva. ELETRÔNICA ANALÓGICA I PROF. HENRIQUE GETIN Pág. 63 6.5. DIODO ZENER O diodo zener (Fig. 54) quando polarizado diretamente, funciona como um diodo comum. Fig. 54 – Diodo zener. O zener funciona normalmente na REGIÃO DE RUPTU- RA, na polarização reversa (Fig. 55). Fig. 55 – Curva característica do diodo zener. ELETRÔNICA ANALÓGICA I PROF. HENRIQUE GETIN Pág. 64 Na ruptura, a tensão sobre o zener permanece quase constante, enquanto a CORRENTE REVERSA varia em uma larga faixa. A TENSÃO DE RUPTURA é chamada de tensão de refe- rência (VZ) Portanto, o zener deve ser polarizado reversamente pa- ra aproveitar sua característica mais importante que é a de man- ter sua tensão de referência constante não importando as varia- ções na entrada. 6.5.1. FUNCIONAMENTO DO ZENER Fig. 56 – Análise de funcionamento do zener. O circuito acima tem 2 malhas simples → Necessita de 2 equa- ções para sua resolução: ZSE VVV += (6.2) ELETRÔNICA ANALÓGICA I PROF. HENRIQUE GETIN Pág. 65 LZS III += (6.3) Onde: SSS IRV .= (6.4) LLLZ IRVV .== (6.5) ZmáxZZ IVP .= (6.6) ZmáxZmín II .1,0= (6.7) Em um circuito com zener, o 1º passo é determinar se o mesmo está ou não ativo. Um zener ativo significa que ele está polarizado reversamente e passa por ele uma corrente. Como saber se o zener está ou não ativo? Retira-se o zener do circuito e calcula a tensão de Thèvenin: se VTH > VZ → zener ativo → VL = VZ; se VTH < VZ → zener inativo → VL ≠ VZ. EXEMPLO: Considere VE = 40V, VZ = 30V, RS = 4kΩ e RL = 10kΩ. Determine se p diodo zener está ou não na região a- tiva? Qual deve ser o valor de RS para deixar o zener ativo? ELETRÔNICA ANALÓGICA I PROF. HENRIQUE GETIN Pág. 68 07 - REGULADORES DE TENSÃO 7.1. FONTES DE ALIMENTAÇÃO São classificadas em: FONTES DE TENSÃO mantêm a tensão de saída em um valor determinado, sendo variável o valor da cor- rente de saída dentro de certos limites; FONTES DE CORRENTE proporcionam uma corrente de saída determinada, sendo possível a variação da tensão de saída dentro de certos limites. Esta primeira classificação faz-se em função da carac- terística mais importante de saída que proporciona a fonte. Aqui nos limitaremos às fontes de tensão, assim pode-se classificá-las em: Simples; Estabilizadas; Reguláveis. SIMPLES são aquelas em que a tensão de saída é fixa, porém podem variar com variações da tensão de entrada, da corrente de carga e da temperatura; ESTABILIZADAS são aquelas em a tensão de saída é fixa e constante, independentemente das variações da tensão de entrada ou da corrente de carga; ELETRÔNICA ANALÓGICA I PROF. HENRIQUE GETIN Pág. 69 REGULÁVEIS são aquelas em que a tensão de saída é va- riável ou ajustada pelo usuário dentro de certos va- lores. Fig. 57 – Diagrama de blocos de uma fonte de tensão. 7.2. REGULADOR ZENER Fig. 58 – Regulador zener. As aplicações do circuito regulador são: • CARGA FIXA a partir de uma ENTRADA CONSTANTE. • CARGA VARIÁVEL a partir de uma ENTRADA CONSTANTE. ELETRÔNICA ANALÓGICA I PROF. HENRIQUE GETIN Pág. 70 • CARGA FIXA a partir de uma ENTRADA VARIÁVEL. • CARGA VARIÁVEL a partir de uma ENTRADA VARIÁVEL. O projeto de um regulador de tensão consiste em de- terminar o valor da resistência limitadora de corrente (RS), a partir das características do circuito : • Tensões de Entrada e de Saída; • Carga (fixa ou variável) e Zener. 7.2.1. CARGA E ENTRADA CONSTANTES RS atende as especificações do Zener: • IZmín → RSmáx (máximo valor) • IZmáx → RSmín (menor valor). • RS entre os valores mínimo e máximo. EXEMPLO 01: Determinar RS do regulador de tensão (Fig. 58) utilizado para que uma fonte de 12 V possa ser ligada em um circuito que representa uma carga de 1 kΩ e cu- ja tensão de alimentação seja de 5,6 V. Dados VZ = 5,6 V e IZmáx = 100 mA. ELETRÔNICA ANALÓGICA I PROF. HENRIQUE GETIN Pág. 73 7.2.3. CARGA FIXA E ENTRADA VARIÁVEL RS atende as variações da entrada e as especificações do Zener: • IZmín e VEmín → RSmáx. • IZmáx e VEmáx → RSmín. EXEMPLO 03: Uma fonte foi projetada para uma carga de 560 Ω e 15 V. Porém o filtro capacitivo tem uma tensão de 22 V com ripple de 5 V. Determinar RS que elimina o ripple e fixa a tensão em 15 V. Dados VZ = 15 V, IZmáx = 500 mA e IZmín = 15 mA. ( ) ( ) W R VPRR toPor R xII VVR R xII VVR mAI R VI VVVVVVV S S SSS Smín LZmáx ZEmáx Smín Smáx LZmín ZEmín Smáx L L Z L EmáxEmín r EEm 92,14710818 ,tan 18 1079,26500 155,24 108 1079,2615 155,19 79,26 560 15 5,245,19 2 522 2 2 3 3 ≅=⇒Ω=⇒Ω≤≤Ω Ω=⇒ + − = + − = Ω=⇒ + − = + − = =⇒== =→=⇒±=±= − − ELETRÔNICA ANALÓGICA I PROF. HENRIQUE GETIN Pág. 74 7.2.4.CARGA VARIÁVEL E ENTRADA VARIÁVEL RS atende as variações da entrada, as variações da car- ga e as especificações do Zener: • IZmín,VEmín e ILmáx → RSmáx. • IZmáx, VEmáx e ILmín → RSmín. EXEMPLO 04: Uma fonte possui um VDC = 30 V com Vr = 3 V. Determinar RS que elimina o ripple e fixa a tensão em 15V, sabendo a carga pode variar de 50 Ω até 100 kΩ. Dados VZ = 15 V, IZmáx = 250 mA e IZmín = 23 mA. ( ) W R VPRR toPor R xxII VVR R xII VVR mAIAI R VI VVVVVVV S Smáx SSS Smáx LmínZmáx ZEmáx Smín Smáx LmáxZmín ZEmín Smáx LmáxLmín Lm Z Lm EmáxEmín r EEm 25,8334124 ,tan 24 1015010700 155,31 41 1030030 155,28 300150 5,315,28 2 330 2 2 63 3 ==→Ω=⇒Ω≤≤Ω Ω=⇒ + − = + − = Ω=⇒ + − = + − = =→=⇒= =→=⇒±=±≅ −− − µ ELETRÔNICA ANALÓGICA I PROF. HENRIQUE GETIN Pág. 75 7.3. REGULADORES INTEGRADOS CI’s cuja função é estabilizar a amplitude da tensão de saída. Divide-se em: Reguladores de Tensão Fixa (Positiva e Negativa) e Reguladores de Tensão Variáveis. 7.3.1. SÉRIE 78XX São os reguladores de tensão fixa positiva. Fig. 59 – Regulador 78xx. 7.3.2. SÉRIE 79XX São os reguladores de tensão fixa negativa. Fig. 60 – Regulador 79xx. 7.3.3. REGULADORES VARIÁVEIS Apresentam saída variável dependendo das condições impostas pelo projeto. ELETRÔNICA ANALÓGICA I PROF. HENRIQUE GETIN Pág. 78 08 - TRANSISTORES BIPOLARES 8.1. ESTRUTURA FÍSICA Fig. 61 – Estrutura do transistor. Constituição • 2 junções tipo PN • 3 cristais • 3 terminais Portanto, Fig. 62 – Estrutura do transistor NPN e PNP. ELETRÔNICA ANALÓGICA I PROF. HENRIQUE GETIN Pág. 79 8.2. SIMBOLOGIA Fig. 63 – Simbologia para NPN e PNP. 8.3. ANÁLISE DO CIRCUITO Pela Lei dos Nós, temos: CBE III += (8.1) Pela Lei das Malhas, temos: BECBCE VVV += (8.2) onde: VVVV VVV VVV EBBE BCCB ECCE 7,0=−= −= −= (8.3) ELETRÔNICA ANALÓGICA I PROF. HENRIQUE GETIN Pág. 80 8.4. CLASSIFICAÇÃO 8.4.1. USO GERAL: - pequenos sinais; - baixas freqüências; - ICEmáx entre 20 e 500mA; - VCEmáx entre 10 e 80V; - comutação entre 1Hz e 200MHz; 8.4.2. POTÊNCIA: - correntes elevadas; - baixas freqüências; - ICEmáx inferior a 15A; - VCEmáx entre 20 e 100V; - comutação entre 100kHz e 40MHz; - montados sobre radiadores de calor; 8.4.3. RF: - pequenos sinais; - freqüência elevada; - ICEmáx inferior a 200mA; - VCEmáx entre 10 e 30V; - comutação muito alta (~1,5 GHz). EXEMPLOS: Série BC → uso geral; Série BD → potência; Série TIP → potência; Série BF → freqüência. ELETRÔNICA ANALÓGICA I PROF. HENRIQUE GETIN Pág. 83 8.6.1. BASE COMUM Fig. 66 – Transistor em base comum. Principais características: Característica Entrada Saída Ganho Tensão VBE VCB Alto Corrente IE IC < 1 Impedância Muito Baixa Muito Alta 8.6.2. COLETOR COMUM - SEGUIDOR DE EMISSOR Fig. 67 – Transistor em coletor comum. ELETRÔNICA ANALÓGICA I PROF. HENRIQUE GETIN Pág. 84 Principais características: Característica Entrada Saída Ganho Tensão VBC VEC ≈ 1 Corrente IB IE Alto Impedância Alta Baixa 8.6.3. EMISSOR COMUM Fig. 68 – Transistor em emissor comum. Principais características: Característica Entrada Saída Ganho Tensão VBE VCE Alto Corrente IB IC Alto Impedância Baixa Alta ELETRÔNICA ANALÓGICA I PROF. HENRIQUE GETIN Pág. 85 8.7. EXERCÍCIOS 01. Se a corrente do emissor for de 6 mA e a corrente do coletor de 5,75 mA, qual o valor da corrente de base? Qual o valor de β? 02. Um transistor tem um IC de 100 mA e um IB de 0,5 mA. Quais os valores de α e β? 03. Um transistor tem um β de 150. Se a corrente do coletor for igual a 45 mA, qual o valor da corrente de base? 04. Um 2N5607 tem um β típico de 90. Calcule as correntes a- proximadas do coletor e da base para uma corrente de emissor de 10 mA. 05. Um transistor tem um β de 400. Qual o valor da corrente da base quando a corrente do coletor for igual a 50 mA? 06. A Fig. 1 mostra uma das curvas do coletor. Calcule β nos pontos A e B. 07. Um 2N5346 tem as variações de β mostradas na Fig. 2. Qual o valor de β se IC for de 1 mA? Qual o valor da corrente da base quando IC for 1 A e quando for 7 A? 08. Um transistor tem uma corrente do coletor de 10 mA e uma tensão de coletor-emissor de 12 V. Qual a potência dissipada? 09. Um 2N3904 tem uma especificação de potência de 310 mW à temperatura ambiente. Se a tensão entre coletor-emissor for de 10 V, qual a máxima corrente que o transistor pode agüen- tar sem exceder a sua especificação de potência?