Apostila de Controle Analogico

Click here to load reader

  • date post

    04-Jul-2015
  • Category

    Documents

  • view

    344
  • download

    50

Embed Size (px)

Transcript of Apostila de Controle Analogico

i

SUMRIO

1. Reviso de Eletricidade.............................................................01 1.1.Circuito Eltrico ...............................................................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 Eltrica................................................02 1.3.1. Fontes de Tenso ...................................................03 1.3.2. Fontes de Corrente.................................................04 1.4. Potncia Eltrica..............................................................05 1.5. Resistncia Eltrica .........................................................05 1.6. Associao de Resistores ................................................07 1.6.1. Associao Srie....................................................08 1.6.2. Associao em Paralelo .........................................09 1.6.3. Associao Mista...................................................10 1.7. Leis de Kirchoff ..............................................................10 1.7.1. Lei dos Ns............................................................10 1.7.2. Lei das Malhas.......................................................11 1.8. Mtodos de Anlise de Circuitos ....................................11

ii

1.8.1. Teorema de Thevenin ............................................11 1.8.2. Teorema da Superposio......................................12 1.8.3. Teorema da Mxima Transferncia de Potncia ...13 1.9. Exerccios........................................................................14 2. Materiais Semicondutores.........................................................17 2.1. Tabela Peridica..............................................................17 2.2. Estrutura Atmica ...........................................................17 2.2.1. Camadas de Energia ..............................................18 2.3. Caractersticas .................................................................18 2.4. Nmero Atmico.............................................................19 2.5. Nmero de Valncia........................................................19 2.6. Principais Semicondutores ..............................................19 2.6.1. Caractersticas Marcantes ......................................20 2.6.2. Representao Planar.............................................20 2.6.3. Dopagem Eletrnica ..............................................20 2.7. Cristais.............................................................................21 3. Diodos.......................................................................................24 3.1. Caractersticas .................................................................24 3.2. Polarizao ......................................................................24 3.3. Curva Caracterstica .......................................................26 3.3.1. Ponto de Operao.................................................27 3.4. Anlise de Circuitos .......................................................27

iii

3.4.1. Modelo Ideal..........................................................27 3.4.2. Modelo para Mdias Tenses ................................28 3.4.3. Modelo Real ..........................................................28 3.5. Grampeador Positivo.......................................................29 3.6. Grampeador Duplo..........................................................29 3.7. Exerccios........................................................................31 4. Diodos em CA ..........................................................................35 4.1. Introduo .......................................................................35 4.2. Transformadores .............................................................35 4.2.1. Equaes Principais...............................................36 4.3. Retificador de Meia Onda ...............................................36 4.4. Retificador de Onda Completa........................................38 4.5. Retificador em Ponte.......................................................39 4.6. Dobrador de Tenso ........................................................41 4.7. Triplicador de Tenso......................................................41 4.8. Quadruplicador de Tenso ..............................................41 4.9. Exerccios........................................................................42 5. Filtro Capacitivo .......................................................................44 5.1. Introduo .......................................................................44 5.2. Definio .........................................................................44 5.3. Diviso ............................................................................44 5.3.1. Passivos .................................................................44

iv

5.3.2. Ativos ....................................................................44 5.4. Componente Bsico ........................................................45 5.4.1. Capacitor ...............................................................45 5.4.2. Capacitncia ..........................................................46 5.4.3. Rigidez Dieltrica..................................................46 5.4.4. Corrente de Fuga ...................................................46 5.4.5. Tipos de Capacitores .............................................47 5.4.5.1. Capacitores Eletrolticos............................48 5.4.6. Carga e Descarga...................................................49 5.4.7. Reatncia Capacitiva .............................................51 5.5. Classificao 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. Exerccios........................................................................57 6. Diodos Especiais.......................................................................59 6.1. Optoeletrnicos ...............................................................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. Exerccios........................................................................66 7. Reguladores de Tenso .............................................................68 7.1. Fontes de Alimentao ....................................................68 7.2. Regulador Zener..............................................................69 7.2.1. Carga e Entrada Constantes...................................70 7.2.2. Carga Varivel e Entrada Constante......................71 7.2.3. Carga Fixa e Entrada Varivel...............................73 7.2.4. Carga e Entrada Variveis .....................................74 7.3. Reguladores Integrados ...................................................75 7.3.1. Srie 78xx..............................................................75 7.3.2. Srie 79xx..............................................................75 7.3.3. Variveis................................................................75 7.4. Projeto .............................................................................76 7.5. Exerccios........................................................................76 8. Introduo aos Transistores ......................................................78 8.1. Estrutura Fsica................................................................78 8.2. Simbologia ......................................................................79 8.3. Anlise do Circuito .........................................................79 8.4. Classificao ...................................................................80 8.4.1. Uso Geral...............................................................80 8.4.2. Potncia .................................................................80

vi

8.4.3. RF ..........................................................................80 8.5. Funcionamento................................................................81 8.6. Configuraes Bsicas ....................................................82 8.6.1. Base Comum .........................................................83 8.6.2. Coletor Comum Seguidor de Emissor ................83 8.6.3. Emissor Comum ....................................................84 8. 7. Exerccios.......................................................................85 9. Polarizao de Transistores.......................................................88 9.1. Curva Caracterstica ........................................................88 9.2. Ponto de Operao ..........................................................89 9.3. Reta de Carga ..................................................................90 9.4. Circuitos de Polarizao..................................................91 9.4.1. Polarizao da Base...............................................91 9.4.2. Realimentao do Emissor ....................................92 9.4.3. Realimentao do Coletor .....................................93 9.4.4. Polarizao do Emissor .........................................94 9.4.5. Polarizao por Divisor de Tenso ........................95 9.5. Exerccios........................................................................96 10. Transistores como Chave ........................................................98 10.1. Chave Eletrnica ...........................................................98 10.2. Dimensionamento .........................................................99 10.3. Circuitos com Transistores............................................100

vii

10.3.1. Transistor Isolado ................................................100 10.3.2. Transistores em Cascata ......................................100 10.3.3. Transistores em Push-Pull ...................................100 10.3.4. Transistores em Ponte H......................................101 10.4. Exerccio .......................................................................101

viii

RELAO DE FIGURAS

Fig. 1 Circuito eltrico ...............................................................01 Fig. 2 Fontes de tenso (a) fonte, (b) pilha e (c) bateria ............03 Fig. 3 Fonte de corrente .............................................................04 Fig. 4 Resistncias (a) fixa, (b) varivel e (c) LDR ...................07 Fig. 5 Associao em srie de resistores....................................08 Fig. 6 Associao em paralelo de resistores...............................09 Fig. 7 Associao em mista de resistores...................................10 Fig. 8 Circuito para anlise por Thevenin..................................12 Fig. 9 Circuito para anlise por superposio ............................13 Fig. 10 Tabela peridica ............................................................17 Fig. 11 Camadas de energia .......................................................18 Fig. 12 Nmero de valncia .......................................................19 Fig. 13 Representao planar .....................................................20 Fig. 14 Cristal tipo N .................................................................22 Fig. 15 Cristal tipo P ..................................................................22 Fig. 16 Cristal tipo PN ...............................................................23 Fig. 17 Representao do diodo.................................................24 Fig. 18 Diodo semicondutor ......................................................25 Fig. 19 Polarizao do diodo (a) direta e (b) reversa .................25 Fig. 20 Curva caracterstica do diodo ........................................26 Fig. 21 Modelo ideal do diodo ...................................................27

ix

Fig. 22 Modelo para mdias tenses..........................................28 Fig. 23 Modelo real....................................................................28 Fig. 24 Grampeador positivo .....................................................29 Fig. 25 Grampeador duplo .........................................................29 Fig. 26 Circuito magntico ........................................................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 tenso .....................................................41 Fig. 34 Triplicador de tenso .....................................................41 Fig. 35 Quadruplicador de tenso ..............................................41 Fig. 36 Modelo de capacitor e simbologia .................................45 Fig. 37 Circuito equivalente de um capacitor ............................47 Fig. 38 Capacitores variveis .....................................................47 Fig. 39 Capacitores fixos ...........................................................48 Fig. 40 Circuito de carga desligado ...........................................49 Fig. 41 Circuito de carga ligado.................................................49 Fig. 42 Grfico de tenso 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 caracterstica do diodo zener...............................63 Fig. 56 Anlise de funcionamento do zener...............................64 Fig. 57 Diagrama de blocos de uma fonte de tenso..................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 Relao 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 Caracterstica de sada ...................................................88 Fig. 70 Regies de operao ......................................................88 Fig. 71 Pontos de operao ........................................................89 Fig. 72 Reta de carga .................................................................90 Fig. 73 Circuito de polarizao ..................................................90 Fig. 74 Circuito de polarizao da base .....................................91 Fig. 75 Circuito de polarizao com realimentao de emissor.92 Fig. 76 Circuito de polarizao com realimentao do coletor..93 Fig. 77 Circuito de polarizao com emissor fixo .....................94 Fig. 78 Circuito de polarizao por divisor de tenso................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

ELETRNICA ANALGICA I

PROF. HENRIQUE

01 REVISO DE ELETRICIDADE 1.1. CIRCUITO ELTRICO Circuito eltrico todo e qualquer percurso fechado por onde circula a energia eltrica. GERADOR 1.1.1. GERADOR Elemento responsvel pela criao (gerao) da energia eltrica a partir de energia mecnica, qumica ou trmica. Os geradores so denominados, geralmente, de FONTES ELTRICAS ou simplesmente FONTES. 1.1.2. CONDUTOR Elemento destinado a conduzir (levar) a energia eltrica do gerador ao receptor. 1.1.3. RECEPTOR Elemento destinado a receber a energia eltrica e convert-la em uma outra forma de energia que possa ser utilizada (mecnica, trmica, luminosa). Os receptores so geralmente denominados de CARGAS ELTRICAS ou simplesmente CARGA. O fluxo de energia eltrica dar-se atravs do esquema abaixo:GETIN Pg.

CONDUTOR Fig. 1 Circuito eltrico.

CARGA

1

ELETRNICA ANALGICA I

PROF. HENRIQUE

1.2. CONDUTORES E ISOLANTES 1.2.1. CONDUTOR todo e qualquer material que apresenta grande quantidade de eltrons livres, isto , apresentam eltrons que esto fracamente ligados ao ncleo do tomo. Estes materiais, quando submetidos a uma DIFERENA DE POTENCIAL (ddp) ou FORAELETROMOTRIZ

(fem) ou TENSO, tm esses eltrons circulando

no seu interior. Ex.: ouro; prata; cobre; alumnio 1.2.2. ISOLANTE Ao contrrio dos condutores, os isolantes tm uma quantidade muito pequena de eltrons livres, ou seja, os eltrons esto fortemente ligados ao ncleo do tomo, o que dificulta a circulao desses no seu interior. Ex.: borracha; mica; porcelana 1.3. FONTES DE ENERGIA ELTRICA Para que qualquer circuito eltrico funcione, preciso haver uma fonte de energia. Uma fonte de energia pode fornecer (a) uma TENSO ou (b) uma CORRENTE.

GETIN

Pg.

2

ELETRNICA ANALGICA I

PROF. HENRIQUE

1.3.1. FONTE DE TENSO (U) o elemento que apresenta uma ddp (tenso ou fem) entre os seus terminais (plos) e que fornece energia eltrica quando uma carga conectada aos seus plos. Ex.: pilha; bateria. A tenso eltrica a relao entre o trabalho realizado para deslocar uma carga eltrica entre os dois pontos de uma ddp. A unidade de tenso o VOLT (V). O instrumento de medida da tenso o VOLTMETRO, que deve ser conectado em paralelo com a carga, pois ambos ficam, assim, sob o mesmo potencial eltrico. As fontes de tenso ideais no tm perdas internas (no consomem energia internamente), porm, isto no ocorre nas fontes reais. Portanto, as fontes reais apresentam um elemento de disperso interna (conhecido como resistncia interna da fonte).

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

GETIN

Pg.

3

ELETRNICA ANALGICA I

PROF. HENRIQUE

1.3.2. FONTE DE CORRENTE (I) Elemento que, ao invs de provocar uma ddp, fornece uma corrente eltrica carga. Mas... o que corrente eltrica ? A corrente eltrica o deslocamento de cargas (positivas e negativas) dentro de um material, quando existe uma ddp entre as extremidades deste. Tal deslocamento procura restabelecer o equilbrio desfeito pela ao de um campo eltrico ou de outros meios (reao qumica, atrito, luz). Portanto, a corrente eltrica o fluxo de cargas que atravessa a seo reta de um condutor por unidade de tempo. A unidade de corrente o AMPRE (A). O instrumento de medio de corrente o AMPERMETRO, o qual deve ser conectado em srie 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 tenso, podem ser consideradas reais e ideais. No caso real, a fonte de corrente apresenta um elemento dispersivo em paralelo com sua sada. O smbolo eltrico de uma fonte de corrente mostrado na Fig. 2.

Fig. 3 Fonte de corrente.

GETIN

Pg.

4

ELETRNICA ANALGICA I

PROF. HENRIQUE

1.4. POTNCIA ELTRICA (P) Sabe-se que para se executar qualquer movimento ou produzir calor, luz, radiao etc., necessrio despender energia. energia aplicada por segundo em qualquer destas atividades chama-se potncia. Em eletricidade, a potncia o produto da tenso pela corrente

P = UIMETRO.

(1.1)

Portanto, a unidade de potncia o WATT (W). O instrumento destinado a medir potncia conhecido como WATTO wattmetro composto por duas bobinas, uma de cor-

rente, conectada em srie com o circuito, e uma de potencial, conectada em paralelo com o circuito. 1.5. RESISTNCIA ELTRICA (R) Chama-se resistncia eltrica oposio feita, internamente, pelo material circulao da corrente eltrica. Por isso, os corpos maus condutores tm resistncia elevada e os corpos bons condutores tm menor resistncia. Isto se deve s foras que mantm os eltrons livres, agregados ao ncleo do material. Foi o cientista alemo Ohm quem estabeleceu a lei que tem o seu nome e inter-relaciona a ddp, a corrente e a resistncia do material.GETIN Pg.

5

ELETRNICA ANALGICA I

PROF. HENRIQUE

U = RIonde: I U R intensidade da corrente eltrica (A); ddp ou fem ou tenso (V); resistncia eltrica.

(1.2)

A unidade de resistncia eltrica o OHM (). O instrumento destinado a sua medio o OHMMETRO, que usado em paralelo com o resistor que se quer medir. A resistncia depende do tipo do material, do comprimento, da rea da seo transversal e da temperatura. Cada material tem a sua resistncia especfica prpria, ou seja, a sua resistividade (). Ento, a expresso da resistncia em funo dos dados relativos ao condutor

R=onde: R l S

lS(1.3)

resistncia em ; resistividade do material em -mm2/m; comprimento em metros; rea da seo reta em mm2.

GETIN

Pg.

6

ELETRNICA ANALGICA I

PROF. HENRIQUE

A resistncia varia com a temperatura de acordo com a expresso:

Rt = RO [1 + (t 2 t1 )]onde: Rt Ro

(1.4)

valor da resistncia na temperatura "t" em ; valor da resistncia a 0oC em ; coeficiente de temperatura em oC-1; temperaturas final e inicial em oC.

t2 e t1

A simbologia eltrica adotada para uma resistncia eltrica mostrada na Fig. 4.

Fig. 4 Resistncias (a) fixa, (b) varivel e (c) LDR. 1.6. ASSOCIAO DE RESISTORES Os circuitos eltricos so organizados de tal maneira que podemos determinar a forma pela qual os resistores esto associados comumente. Os resistores associados podem ser substitudos por um nico RESISTOR EQUIVALENTE ao conjunto (Req).

GETIN

Pg.

7

ELETRNICA ANALGICA I

PROF. HENRIQUE

O resistor equivalente (Req) um elemento que tem um valor igual ao do conjunto, ou seja, um elemento que substitui o conjunto sem alterar o trabalho realizado por este. Os resistores podem ser associados em srie, em paralelo ou de ambas as maneiras. 1.6.1. ASSOCIAO SRIE Dois ou mais resistores esto em srie quando a corrente que passa por um passa pelos demais. O valor do resistor equivalente igual ao somatrio dos resistores associados (Fig. 5).

Fig. 5 - Associao em srie de resistores.

Req = R1 + R2 + R3 + R4

(1.5)

A tenso total atravs de um circuito srie igual soma das tenses nos terminais de cada resistncia do circuito (Fig. 5). Portanto, em um circuito srie, a tenso se divide pro-

GETIN

Pg.

8

ELETRNICA ANALGICA I

PROF. HENRIQUE

porcionalmente aos resistores do circuito, sendo, pois, chamado de DIVISOR DE TENSO. 1.6.2. ASSOCIAO EM PARALELO Dois ou mais resistores esto em paralelo quando esto submetidos mesma tenso. O valor do inverso do resistor equivalente igual ao somatrio dos inversos dos resistores associados (Fig. 6).

Fig. 6 - Associao em paralelo de resistores.

1 1 1 1 1 = + + + Req R1 R2 R3 R4

(1.6)

A corrente total atravs de um circuito paralelo igual soma das correntes, que passam, em cada resistncia do circuito (Fig. 6).portanto, em um circuito paralelo, a corrente se divide, nos diversos ramos, em valores inversamente proporcionais aos valores dos resistores dos respectivos ramos. Assim sendo, o circuito paralelo conhecido como DIVISOR DE CORRENTE.

GETIN

Pg.

9

ELETRNICA ANALGICA I

PROF. HENRIQUE

1.6.3. ASSOCIAO MISTA Este tipo de associao uma combinao das associaes anteriores.

Fig. 7 - Associao em mista de resistores. 1.7. LEIS DE KIRCHOFF A anlise de circuitos eltricos pode ser realizada por diversas formas, porm a maneira mais rpida e simples a anlise das malhas e/ou dos ns do circuito em questo. Pensando nisto, o cientista alemo Kirchoff desenvolveu um mtodo de anlise que leva o seu nome. 1.7.1. LEI DOS NSA soma algbrica das correntes instantneas que fluem em uma juno qualquer, de uma rede, igual a zero (Bartkowiak, 1999).

Em outras palavras, podemos dizer que a soma das correntes que chegam em um n igual soma das correntes que saem deste n.

IGETIN

chegam

= I saem

(1.7)

Pg.

10

ELETRNICA ANALGICA I

PROF. HENRIQUE

1.7.2. LEI DAS MALHAS A tenso aplicada a um circuito fechado igual soma das quedas de tenso naquele circuito (Bartkowiak, 1999).

Ou seja, o somatrio das ddp em uma malha fechada igual a zero. Portanto, a lei das malhas est em concordncia com o circuito divisor de tenso.

U

malha

=0

(1.8)

O sentido para percorrer a malha arbitrrio, desde que sejam observadas as convenes de polaridade das tenses na referida malha. 1.8. MTODOS DE ANLISE DE CIRCUITOS 1.8.1. TEOREMA DE THEVENIN O teorema de Thevenin consiste num mtodo usado para transformar um circuito complexo num circuito simples equivalente. O teorema de Thevenin afirma que qualquer rede linear de fontes de tenso e resistncias, se considerarmos dois pontos quaisquer da rede, pode ser substitudo por uma resistncia equivalente RTH em srie com uma fonte equivalente VTH. O RTH a resistncia Thevenin atravs dos dois pontos escolhidos com todas as fontes de tenso internas curto-

GETIN

Pg.

11

ELETRNICA ANALGICA I

PROF. HENRIQUE

circuitadas e VTH a tenso de circuito aberto vista por estes dois pontos. EXEMPLO 01: Determinar a corrente que circula por R4 (Fig. 8).

Fig. 8 - Circuito para anlise por Thevenin. 1O PASSO: Retira-se R4 do circuito original deixando-o aberto entre os pontos a e b e calcula-se a tenso de circuito aberto (VTH), 2O PASSO: Determina-se a resistncia equivalente (RTH); 3O PASSO: Conecta R4 ao circuito equivalente de Thevenin e, utilizando-se das leis de Kirchoff, encontra-se o que se pede. 1.8.2. TEOREMA DA SUPERPOSIO O teorema da superposio afirma que, numa rede com duas ou mais fontes, a corrente ou a tenso para qualquer componente a soma algbrica dos efeitos produzidos por cada fonte atuando independentemente. A fim de se usar uma fonte de cada vez, todas as outras fontes so retiradas do circuito. Ao se retirar uma fonte de tenso, faz-se no seu lugar um curto-

GETIN

Pg.

12

ELETRNICA ANALGICA I

PROF. HENRIQUE

circuito. Quando se retira uma fonte de corrente, ela substituda por um circuito aberto. EXEMPLO 02: Determinar a corrente que circula por R1 (Fig. 9).

Fig. 9 - Circuito para anlise por superposio. 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 ser igual a soma fasorial das correntes I1 e I2 . 1.8.3. TRANSFERNCIA MXIMA DE POTNCIA A potncia mxima fornecida pela fonte de tenso e recebida pela carga, se o valor da impedncia de carga for igual ao da impedncia interna da fonte de tenso.

GETIN

Pg.

13

ELETRNICA ANALGICA I

PROF. HENRIQUE

1.9. EXERCCIOS 01. Uma lmpada que utiliza 10 V, um resistor de 10 que consome 4 A, e um motor de 24 V esto associados em srie. Calcule a tenso total e a resistncia total. 02. Se um fio de cobre tiver uma resistncia de 4 a 20o C, qual o valor da sua resistncia a 75o C? 03. Dois resistores formam um divisor de tenso para polarizao de base num amplificador de udio. As quedas de tenso atravs deles so de 2,4 V e 6,6 V, respectivamente, num circuito de 1,5 mA. Determine a potncia em cada resistor e a potncia total dissipada em miliwatts. 04. Calcule a corrente em cada ramo de um circuito paralelo, formado por uma cafeteira eltrica de 20 e um torrador de po de 30 , se a corrente total for de 10 A. 05. Qual a potncia total consumida por um ferro eltrico 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 lmpadas de 150 W esto ligadas em paralelo numa linha de 120 V. Se um filamento se abrir, quantas lmpadas podem se acender? Por que? 07. Calcule todas as correntes atravs das resistncias pelo mtodo da corrente de malha (Fig. 1).

GETIN

Pg.

14

ELETRNICA ANALGICA I

PROF. HENRIQUE

08. Calcule todas as correntes e as quedas de tenso atravs das resistncias pelo mtodo da anlise da tenso nodal (Fig. 2). 09. Calcule a resistncia equivalente e a tenso de sada Vo do circuito da Fig. 3. 10. Determine a tenso Vp por superposio (Fig. 4). 11. Calcule as correntes 1, 2 e 3 no circuito da Fig. 5. 12. Calcule IL e VL pelo equivalente de Thevnin para o circuito da Fig. 6. 13. Uma fonte de tenso tem 24 V em srie com 6 (Fig. 7). Desenhe o circuito da fonte de corrente equivalente. 14. No circuito da Fig. 8, determine: a)o circuito equivalente de Thevnin e o valor de VL; b)VL por superposio e c)VL pelo equivalente de Norton. 15. Que resistncia de carga RL produzir uma potncia mxima na carga (Fig. 9) e qual o valor dessa potncia?

GETIN

Pg.

15

ELETRNICA ANALGICA I

PROF. HENRIQUE

GETIN

Pg.

16

ELETRNICA ANALGICA I

PROF. HENRIQUE

02 - MATERIAIS SEMICONDUTORES 2.1. TABELA PERIDICA Local onde os elementos qumicos so dispostos de acordo com seu nmero atmico para estudo e utilizao.

Fig. 10 Tabela peridica. A tabela peridica est dividida em famlias e sua distribuio vista na Fig. 10, enquanto que suas famlias so divididas em: 1- Metais 2- Semimetais 3- No Metais 4- Gases Nobres 2.2. ESTRUTURA ATMICA A estrutura atmica de um elemento qumico a forma pela qual seus eltrons esto distribudos em camadas de energia (Fig. 11) e fornece informaes acerca de seu nmero atmico bem como de sua valncia de energia

GETIN

Pg.

17

ELETRNICA ANALGICA I

PROF. HENRIQUE

Fig. 11 Camadas de energia. 2.2.1. CAMADAS DE ENERGIA A quantidade mxima de eltrons existente em cada camada de energia apresentada a seguir: K - 2; L - 8; M - 18; N - 32; O - 32; P - 18; Q - 2. 2.3. CARACTERSTICAS Os tomos so constitudos por: Prtons; Nutrons; Eltrons. Os PRTONS correspondem a CARGAS POSITIVAS. OsELTRONS

so as CARGAS NEGATIVAS. Portanto, os tomos se

encontram ELETRICAMENTE NEUTRO.GETIN Pg.

18

ELETRNICA ANALGICA I

PROF. HENRIQUE

Os TOMOS ESTVEIS so os que possuem 8 ELTRONS na LTIMA CAMADA de energia. 2.4. NMERO ATMICO O nmero atmico corresponde ao nmero de prtons que um tomo possui. Exemplos: Clcio (Ca) Z = 20 Cobre (Cu) Z = 29 2.5. NMERO DE VALNCIA O numero de valncia de um tomo corresponde ao nmero de eltrons existentes na ltima camada de energia. Polnio (Po) Z = 84 Enxofre (S) Z = 16

Fig. 12 Nmero de valncia. 2.6. PRINCIPAIS SEMICONDUTORES Dentre os semicondutores os primeiros a serem utilizados na confeco de dispositivos eletrnicos foram: Germnio (Ge); Silcio (Si).GETIN Pg.

19

ELETRNICA ANALGICA I

PROF. HENRIQUE

2.6.1. CARACTERSTICAS MARCANTES So TETRAVALENTES; COMPARTILHAM os eltrons da camada de valncia; NO APRESENTAM ELTRONS LIVRES; Formam estruturas cristalinas (CRISTAIS) Nota: O Si o elemento qumico mais utilizado atualmente. 2.6.2. REPRESENTAO PLANAR A Fig. 13 apresenta uma representao planar de um semicondutor.

Fig. 13 Representao planar. 2.6.3. DOPAGEM ELETRNICA Na forma cristalina, o Si e o Ge no servem para a elaborao de componentes eletrnicos, porm esta situao pode ser modificada atravs da adio de certas IMPUREZAS ao cristal. Dependendo da impureza acrescentada aos semicondutores, eles podem CONDUZIR A CORRENTE ELTRICA de diferenGETIN Pg.

20

ELETRNICA ANALGICA I

PROF. HENRIQUE

tes maneiras, constituindo-se nos mais diversos tipos de dispositivos. Estas impurezas consistem na ADIO de algum elemento que tenha um nmero diferente de eltrons na ltima camada e isto feito em PROPORES extremamente PEQUENAS. 2.7. CRISTAIS Acrescentando ao Si um material como o arsnio (As), o antimnio (Sb) ou o fsforo (P), que tm 5 eltrons na ltima camada, estes elementos estranhos iro "DESEQUILIBRAR" a estrutura cristalina. As impurezas assumem a mesma estrutura do cristal de Si fazendo, cada uma, 4 ligaes com seus tomos vizinhos mais prximos. O resultado um excesso de eltrons, estes so os RESPONSVEIS PELA CONDUO DA CORRENTE.

Este novo material recebe o nome de cristal do TIPO N. O nmero de eltrons livres maior que o nmero de lacunas, ou seja, neste semicondutor os eltrons livres so portadores majoritrios e as lacunas so portadores minoritrios.

GETIN

Pg.

21

ELETRNICA ANALGICA I

PROF. HENRIQUE

Fig. 14 Cristal tipo N. Se o material usado para dopar o Si for o alumnio (Al), o boro (B) ou o glio (Ga), que tem 3 eltrons na ltima camada, o desequilbrio ser na falta de eltrons, isto , haver um buraco ou uma lacuna (cargas positivas) a mais na estrutura. Por isso, as impurezas trivalentes so chamadas de impurezas TIPO P e as lacunas podem ser consideradas como cargas eltricas positivas, portanto, este semicondutor chamado tipo P.

Fig. 15 Cristal tipo P. A unio entre um cristal do tipo P e um tipo N cria, entre eles, uma juno chamada de JUNO PN.

GETIN

Pg.

22

ELETRNICA ANALGICA I

PROF. HENRIQUE

Fig. 16 Cristal tipo PN. O cristal tipo N tem excesso de eltrons livres e o tipo P excesso de lacunas (falta de eltrons livres), portanto o novo material tem duas camadas eletricamente desequilibradas. O equilbrio no alcanado porque a juno PN funciona como uma barreira, que impede o fluxo de eltrons entre os materiais. Esta barreira denominada de BARREIRA DE POTENCIAL.

Aplicando-se uma DIFERENA DE POTENCIAL (ddp) nos terminais do cristal PN, a barreira de potencial poder ser vencida e, assim, haver um fluxo de eltrons (corrente eltrica) entre os materiais tipo P e tipo N. Se Fundido dois terminais s extremidades do cristal PN, tem-se um dispositivo eletrnico denominado de DIODO SEMICONDUTOR ou simplesmente DIODO

GETIN

Pg.

23

ELETRNICA ANALGICA I

PROF. HENRIQUE

03 - DIODOS 3.1. CARACTERSTICAS Os diodos so dispositivos eletrnicos que permitem a passagem de corrente eltrica por seu interior. So fabricados a partir da juno de dois materiais semicondutores (um do tipo P e outro de tipo N). Os terminais de um diodo so denominados de nodo (lado positivo ou P) e Catodo (lado negativo ou N).

Fig. 17 Representao do diodo. Para funcionar adequadamente deve ser polarizado por uma fonte de tenso (ddp). 3.2. POLARIZAO Polarizar um diodo limitar a intensidade da corrente eltrica que ir circular atravs dele e para isto se faz necessrio encontrar o valor da resistncia que ser colocada em srie e que tem por finalidade principal proteger o diodo contra correntes excessivas. A Fig. 18 mostra um diodo semicondutor formado pela juno de cristais do tipo N e do tipo P, entre eles se forma umaGETIN Pg. 24

ELETRNICA ANALGICA I

PROF. HENRIQUE

barreira barreira de potencial cuja finalidade impedir a transferncia de eltrons livres de um cristal para o outro quando no polarizado.

Fig. 18 Diodo semicondutor. Aplica-se uma ddp entre os terminais do diodo e observamos o comportamento da barreira de potencial. Ora ela aumenta e ora diminui. A fonte de tenso pode ser conectada apenas de duas maneiras (Fig. 19): Terminal positivo do lado P (polarizao direta); Terminal negativo do lado P (polarizao reversa).

Fig. 19 Polarizao do diodo (a) direta e (b) reversa.

GETIN

Pg. 25

ELETRNICA ANALGICA I

PROF. HENRIQUE

A barreira de potencial funciona como uma espcie de Resistncia passagem da corrente pelo diodo. Na polarizao DIRETA, as lacunas (tipo P) e os eltrons (tipo N) migram para a regio da juno e se combinam mais ainda, fazendo com que a barreira de potencial DIMINUA, permitindo um fluxo de corrente pelo material. Portanto, apresenta uma RESISTNCIA MENOR (idealmente RD = 0). Na polarizao invertida, os eltrons e as lacunas se afastam da regio da juno, AUMENTANDO a barreira e como consequncia NENHUMA CORRENTE circula pelo material. Portanto, apresenta uma RESISTNCIA MAIOR (idealmente RR = infinito) 3.3. CURVA CARACTERSTICA A curva caracterstica a curva (Fig. 20) que representa graficamente o comportamento de um diodo quando polarizado, mostrando os pontos de conduo plena e de corte.

Fig. 20 Curva caracterstica do diodo.

GETIN

Pg. 26

ELETRNICA ANALGICA I

PROF. HENRIQUE

3.3.1. PONTO DE OPERAO o ponto de coordenadas (VD, ID) na curva caracterstica que fornece informaes sobre a tenso e a corrente instantneas no diodo. conhecido como PONTO QUIESCENTE ou PONTO Q. Uma vez que o diodo polarizado diretamente permite a passagem de uma corrente elevada, mas tem limitaes fsicas, faz-se necessrio colocao de uma resistncia externa que possa limitar a amplitude dessa corrente. 3.4. ANLISE DE CIRCUITOS 3.4.1. MODELO IDEAL

Fig. 21 Modelo ideal do diodo.

GETIN

Pg. 27

ELETRNICA ANALGICA I

PROF. HENRIQUE

3.4.2. MODELO PARA MDIAS TENSES

Fig. 22 Modelo para mdias tenses. 3.4.3. MODELO REAL

Fig. 23 Modelo real.

GETIN

Pg. 28

ELETRNICA ANALGICA I

PROF. HENRIQUE

3.5. GRAMPEADOR POSITIVO

Fig. 24 Grampeador positivo.

3.6. DUPLO GRAMPEADOR

Fig. 25 Grampeador duplo.

GETIN

Pg. 29

ELETRNICA ANALGICA I

PROF. HENRIQUE

GETIN

Pg. 30

ELETRNICA ANALGICA I

PROF. HENRIQUE

3.7. EXERCCIOS 01. Suponha que a queda de tenso em um diodo de silcio polarizado diretamente seja de 0,7 V e que a queda de tenso em um diodo de germnio polarizado diretamente seja de 0,3 V. a) Se D1 e D2 forem ambos diodos de silcio (Fig. 1), calcule a corrente no circuito. b) Repita o exerccio se D1 e D2 forem de germnio. c) Repita o exerccio se D1 for de silcio e D2 for de germnio. 02. Repita o exerccio anterior quando a fonte de tenso mudar para um valor constante de 9 V. 03. No circuito da Fig. 2, o diodo de Germnio. Calcule a porcentagem de erro provocada por se desprezar a queda de tenso no diodo quando a corrente I calculada no circuito. Suponha que o diodo de germnio polarizado diretamente tenha uma queda de tenso de 0,3 V. 04. Repita o exerccio anterior quando a fonte de tenso mudar para 3 V e o resistor mudar para 470 . 05. Determine os diodos que esto polarizados diretamente na Fig. 3 e quais esto polarizados reversamente. 06. Determine os diodos que esto polarizados diretamente na Fig. 4 e quais esto polarizados reversamente. 07. As entradas A e B (Fig. 5) podem ser 0 V ou +10 V. Cada diodo de silcio tem uma resistncia de 400 quando pola-

GETIN

Pg. 31

ELETRNICA ANALGICA I

PROF. HENRIQUE

rizado diretamente. Calcule V0 para cada um dos seguintes casos: a) A = 0 V e B = 0 V; b) A = 0 V e B = +10 V; c) A = +10 V e B = 0 V; d) A = +10 V e B = +10 V. 08. As entradas A e B (Fig. 5) podem ser 0 V ou -5 V. Suponha que a queda direta de 0,7 V, calcule V0 quando a) A = B = -5 V; b) A = -5 V e B = 0 V; c) A = 0 V e B = -5 V; d) A = B = 0 V. 09. As entradas A, B e C (Fig. 6) podem ser de +10 V ou -5 V. Cada diodo de silcio tem uma resistncia de 1k2 quando polarizado diretamente. Calcule V0 quando a) A = B = C = -5 V. b) A = C = -5 V e B = +10 V. c) A = B = +10 V e C = -5 V. d) A = B = C = +10 V. 10. As entradas A, B e C (Fig. 6) podem ser de 0 V ou -5 V. Suponha que a queda direta de 0,7 V, calcule V0 quando a) A = B = C = 0 V. b) A = B = 0 V e C = -5 V. c) A = C = -5 V e B = 0 V. d) A = B = C = -5 V.

GETIN

Pg. 32

ELETRNICA ANALGICA I

PROF. HENRIQUE

11. No circuito mostrado na Fig. 5, cada diodo tem uma resistncia de 100 quando em conduo. As entradas podem ser de 0 V ou +5 V. Sob quaisquer condies, em que a tenso de sada est supostamente no nvel baixo, seu valor no pode exceder a 1 V. Qual o menor valor de resistncia que pode substituir a resistncia de 1,5 k no circuito? 12. Aplicando o teorema da Superposio, determine as correntes nos diodos do circuito abaixo.

Fig. 1

Fig. 2

Fig. 3

GETIN

Pg. 33

ELETRNICA ANALGICA I

PROF. HENRIQUE

Fig. 4

Fig. 5

Fig. 6

GETIN

Pg. 34

ELETRNICA ANALGICA I

PROF. HENRIQUE

04 - DIODOS EM CA 4.1. INTRODUO Circuitos retificadores so QUADRIPOLOS que funcionam com base na caracterstica unidirecional do diodo: uma tenso CA aplicada na entrada e uma tenso CC aparece na sada. Os diodos em circuitos de corrente alternada (CA) muitas vezes no suportam os nveis destes sinais e a fim de solucionar essa dificuldade so utilizados TRANSFORMADORES.

4.2. TRANSFORMADORES Os transformadores so dispositivos estticos queACOPLAM

circuitos com diferentes nveis de tenso e/ou de

impedncias.

Fig. 26 Circuito magntico.

GETIN

Pg.

35

ELETRNICA ANALGICA I

PROF. HENRIQUE

4.2.1. EQUAES PRINCIPAIS

U PRI N PRI = U SEC N SECI PRI N SEC = I SEC N PRI

PPRI = PSECOnde: U Tenso P PotnciaPRI

I Corrente N Nmero de EspirasSEC

Primrio (Fonte)

Secundrio (Carga)

4.3. RETIFICADOR DE MEIA ONDA

Fig. 27 Retificador de meia onda.

GETIN

Pg.

36

ELETRNICA ANALGICA I

PROF. HENRIQUE

Fig. 28 Forma de onda do retificador de meia onda.

RESULTADOS OBTIDOS

U PICO 1 UL = U picosen(t)dt = 2 0UDC = 0,318 UMX PIV = UMX IL = IDUm transformador com tenso de secundrio de 12 V ligado a um retificador de meia onda com uma carga de 10 . Considerando VF = 0,7 V, determine: a) tenso mdia na carga; b) corrente mdia na carga; c) especificaes do diodo; d) formas de onda na carga e no diodo.

2

GETIN

Pg.

37

ELETRNICA ANALGICA I

PROF. HENRIQUE

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 UMX UMX = UMX / 2 PIV = UMX IL = 2 ID

GETIN

Pg.

38

ELETRNICA ANALGICA I

PROF. HENRIQUE

Um transformador com tap central de 220/4+4 V ligado a um retificador de onda completa com carga de 10 . Considerando a queda de tenso dos diodos, determine: a)tenso mdia na carga; b)corrente mdia na carga; c)especificaes 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.

GETIN

Pg.

39

ELETRNICA ANALGICA I

PROF. HENRIQUE

RESULTADOS OBTIDOS UDC = 0,636 UMX PIV = UMX IL = 2 IDUm transformador com 220/25 V ligado a um retificador em ponte com carga de 10 . Determine: a)tenso mdia na carga; b)corrente mdia na carga; c)especificaes do diodo; d)formas de onda na carga e no diodo.

GETIN

Pg.

40

ELETRNICA ANALGICA I

PROF. HENRIQUE

4.6. DOBRADOR DE TENSO

Fig. 33 Duplicador de tenso. 4.7. TRIPLICADOR DE TENSO

Fig. 34 Triplicador de tenso. 4.8. QUADRUPLICADOR DE TENSO

Fig. 35 Quadruplicador de tenso.

GETIN

Pg.

41

ELETRNICA ANALGICA I

PROF. HENRIQUE

4.9. EXERCCIOS 01. O transformador da Fig. 1 tem uma tenso do secundrio de 30 V. Qual a tenso de pico na carga? Qual a tenso mdia? Qual a corrente mdia na carga? 02. Na Fig. 2, a tenso do secundrio de 40 V. Qual a tenso de pico na carga? Qual a tenso DC na carga? Qual a corrente de carga? 03. Se a tenso do secundrio for de 60 V (Fig. 2), qual dos diodos (Tab. 1) tm as especificaes de IO e PIV suficientes para ser usado? 04. Dada uma tenso de secundrio de 40 V (Fig. 2), calcule a corrente de carga DC e o PIV em cada diodo. Qual a corrente mdia retificada que passa pelo diodo? 05. Se a tenso do secundrio (Fig. 3) for de 30 V, qual a tensoDC

na carga? Qual o PIV de cada diodo? Qual a corrente DC

na carga? 06. Os diodos da Fig. 3 tm especificao IO de 150 mA e PIV de 75 V. Estes diodos so adequados para uma tenso de secundrio de 40 V? 07. Se os diodos da Fig. 3 tiverem uma especificao IO de 0,5 A e PIV de 50 V, eles so adequados para uma tenso de secundrio de 60 V?

GETIN

Pg.

42

ELETRNICA ANALGICA I

PROF. HENRIQUE

08. O diodo do circuito (Fig. 4) tem uma de resistncia 50 quando em conduo. Determine a corrente e a tenso no diodo para o seguinte caso: uS = 0,1cos(t) U e Ub = 2 V.

GETIN

Pg.

43

ELETRNICA ANALGICA I

PROF. HENRIQUE

05 FILTRO CAPACITIVO 5.1. INTRODUO H circuitos onde o rudo se propaga com maior ou menor intensidade e independentemente disto, torna-se necessrio eliminao deste sinal indesejado, pois o funcionamento adequado do sistema depende da fidelidade das informaes processadas e assim poder intervir prontamente. 5.2. DEFINIO Circuito destinado a selecionar ou rejeitar uma determinada faixa de freqncia. Usados para eliminar freqncias indesejveis, denominadas RUDO. 5.3. DIVISO 5.3.1. PASSIVOS citores. 5.3.2. ATIVOS So aqueles que, alm de elementos pasSo aqueles que contm combinaes

em e em paralelo de resistores, capacitores e capa-

sivos, tambm usam dispositivos como transistores e amplificadores operacionais.

GETIN

Pg.

44

ELETRNICA ANALGICA I

PROF. HENRIQUE

5.4. COMPONENTE BSICO 5.4.1. CAPACITOR Funcionam com variao brusca de tenso. No dissipa energia. Armazena energia para uso posterior.

Fig. 36 Modelo de capacitor e simbologia.

GETIN

Pg.

45

ELETRNICA ANALGICA I

PROF. HENRIQUE

5.4.2. CAPACITNCIA a medida da quantidade de carga que um capacitor pode armazenar em suas placas (capacidade de armazenamento).

Q C= V5.4.3. RIGIDEZ DIELTRICA o de corrente eltrica.

(5.1)

a capacidade de um dieltrico para evitar a condu-

Tenso necessria para vencer a rigidez dieltrica denominada de TENSO DE RUPTURA. Quando a ruptura ocorre, o capacitor passa a ter caractersticas muito semelhantes s de um condutor. 5.4.4. CORRENTE DE FUGA Quando aplicamos uma tenso entre as placas de um capacitor, flui uma corrente entre as placas denominada de CORRENTE DE FUGA (devido aos eltrons livres).

i fugaGETIN

vc = R fuga

(5.2)

Pg.

46

ELETRNICA ANALGICA I

PROF. HENRIQUE

Este efeito representado por uma resistncia em paralelo com o capacitor, cujo valor , tipicamente, maior que 100 M.

Fig. 37 Circuito equivalente de um capacitor. 5.4.5. TIPOS DE CAPACITORES Os capacitores podem ter ser capacitncia fixa ao longo do tempo, bem como podem vari-la mediante ao do operador. Assim os capacitores podem ser variveis ou fixos.

Fig. 38 Capacitores variveis.GETIN Pg.

47

ELETRNICA ANALGICA I

PROF. HENRIQUE

Fig. 39 Capacitores fixos. 5.4.5.1. CAPACITOR ELETROLTICO usado normalmente nas situaes em que capacitncias maiores so necessrias. So projetados para uso em circuitos de corrente contnua. A tenso que pode ser aplicada entre os terminais do capacitor por longos perodos de tempo sem que ocorra a ruptura conhecida como TENSO DE TRABALHO.

GETIN

Pg.

48

ELETRNICA ANALGICA I

PROF. HENRIQUE

A mxima tenso contnua que pode ser aplicada por curtos perodos de tempo denominada de TENSO DE PICO. Apresentam BAIXAS TENSES DE RUPTURA. Tm ELEVADAS CORRENTES DE FUGA (Rfuga da ordem de 1 M). A descarga ocorre rapidamente. 5.4.6. CARGA E DESCARGA

Fig. 40 Circuito de carga desligado.

Fig. 41 Circuito de carga ligado.

GETIN

Pg.

49

ELETRNICA ANALGICA I

PROF. HENRIQUE

A corrente de carga expressa por:

E t / RC ic = e ROnde o fator RC chamado de CONSTANTE DE TEMPO

(5.3)

=RCA tenso de carga dada por:

(5.4)

vc = E. 1e1 0.9 0.8 0.7 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0

(

t / RC

)Corrente Tens o

(5.5)

Graficamente podemos visualizar as equaes acima como:

0

1

2

3

4

5

6

Fig. 42 Grfico de tenso e corrente.GETIN Pg.

50

ELETRNICA ANALGICA I

PROF. HENRIQUE

A corrente em um circuito capacitivo praticamente zero aps 5 constantes de tempo na fase de carga. A tenso no capacitor praticamente igual a da fonte aps 5 constantes de tempo. A tenso entre os terminais de um capacitor no pode variar instantaneamente. 5.4.7. REATNCIA CAPACITIVA A corrente do capacitor proporcional a sua capacitncia e a TAXA DE VARIAO da tenso em seus terminais. portanto, podemos obt-la por:

dvC iC = C dtPara vc for constante ic zero.

(5.6)

Quanto maior for a variao de tenso maior ser ic. Analisando a expresso acima no domnio do tempo, temos:

dvC d = (Vm sent ) = Vm cos t dt dt dv iC = I m sen(t + 90o ) = C C dt I m = .C.VmGETIN Pg.

51

ELETRNICA ANALGICA I

PROF. HENRIQUE

Aplicando a Lei de Ohm aos valores de pico, encontramos uma relao de resistncia, que neste caso denominada de REATNCIA CAPACITIVA e dada por:

Vm 1 = XC = I m .Conde Portanto,

(5.7)

= 2 . ff = 0 XC f XC 0

a freqncia de operao.

(5.8)

GETIN

Pg.

52

ELETRNICA ANALGICA I

PROF. HENRIQUE

5.5. CLASSIFICAO DOS FILTROS 5.5.1.PASSA-BAIXAS Um filtro passa-baixas deve permitir a passagem de baixas freqncias com pequena atenuao e atenuar fortemente todas as outras acima de um certo valor crtico.

Fig. 43 Filtro passa-baixas. Resposta em freqncia

Fig. 44 Ponto de corte do passa-baixas.

1 X C = R fC = 2 .R.Ctermine: a) b)GETIN

(5.9)

Um filtro com Uin = 20 V, R = 1 k e C = 500 pF. De-

A freqncia de corte; A tenso de sada para f = 100 kHz e f = 1 MHz.Pg.

53

ELETRNICA ANALGICA I

PROF. HENRIQUE

5.5.2. PASSA-ALTAS Um filtro passa-altas pode ser obtido invertendo-se as posies do resistor e do capacitor e as freqncias acima de um determinado valor devem passar e as abaixo devem ser cortadas.

Fig. 45 Filtro passa-altas. Resposta em freqncia

Fig. 46 Ponto de corte do passa-altas.

X C = R fC =

1 2 .R.C

(5.10)

GETIN

Pg.

54

ELETRNICA ANALGICA I

PROF. HENRIQUE

5.5.3. PASSA-BANDA Um filtro passa-faixa pode ser implementado atravs do cascateamento de um passa-baixas e um passa-altas.

Fig. 47 Filtro passa-banda.

Fig. 48 Ponto de corte do passa-banda. A freqncia inferior definida pelo passa-altas e a superior pelo passa-baixas. Para R1 = 1 k, R2 = 40 k, C1 = 1,5 nF e C2 = 4 pF. Determine: a) As freqncias de corte inferior e superior; b) A tenso de sada quando f = fci.

GETIN

Pg.

55

ELETRNICA ANALGICA I

PROF. HENRIQUE

5.6. RETIFICADOR COM FILTRO CAPACITIVO

Fig. 49 Retificador de meia onda com filtro capacitivo.

Fig. 50 Forma de onda do retificador com filtro. Os nveis de tenso na carga e da ondulao so dados por:

VDC = f .C.RL .V RV R = 2.(Vm V DC )

(5.11)

(5.12)

Projetar uma fonte com tenso de entrada de 220 V / 60 Hz e tenso mdia de sada de 5 V com RIPPLE de 0,1 V, para alimentar um circuito que tem resistncia de entrada equivalente a 1 k. Utilizar o retificador em ponte.

GETIN

Pg.

56

ELETRNICA ANALGICA I

PROF. HENRIQUE

5.7. EXERCCIOS 01. Um retificador em ponte com um filtro capacitivo tem uma tenso de pico na sada de 25 V. Se a carga for de 220 e a capacitncia de 500 F, qual a ondulao na carga? 02. A tenso do secundrio de 21,2 V (Fig. 1). Qual a tenso de carga DC se C = 220 F? Qual o valor do ripple? Quais as especificaes dos diodos ? 03. A Fig. 2 mostra uma fonte de alimentao dividida. Devido derivao central aterrada, as tenses de sada so iguais e com polaridade oposta. Qual a tenso na carga se a tenso de secundrio for de 17,7 V e C = 500 F? Qual o valor do ripple? Quais as especificaes dos diodos? 04. Projete um retificador em ponte com filtro capacitivo, com tenso de sada de 15 V e um ripple de 1 V para uma carga de 680 . Que tenso de secundrio do transformador? Qual o valor do capacitor de filtro? Quais as especificaes dos diodos? 05. Projete um retificador de onda completa usando um transformador com derivao central de 48 V que produza uma ondulao de 10 % da tenso de pico atravs de um filtro e uma carga de 330 . Quais as especificaes dos diodos? 06. Construa uma fonte de alimentao que preencha as seguintes caractersticas: a tenso do secundrio seja de 12,6 V, a sa-

GETIN

Pg.

57

ELETRNICA ANALGICA I

PROF. HENRIQUE

da seja de 17,8 V com 120 mA, e uma segunda sada de 35,6 V com 75 mA. Quais as especificaes dos diodos?

GETIN

Pg.

58

ELETRNICA ANALGICA I

PROF. HENRIQUE

06 - DIODOS ESPECIAIS 6.1. OPTOELETRNICOS Os dispositivos optoeletrnicos so aqueles cujas caractersticas mudam com ou so controladas PELA LUZ, ou so aqueles que PRODUZEM e/ou MODIFICAM a luz.

f =

c

(6.1)

f freqncia em hertz (Hz) comprimento de onda em metros (m) c velocidade da luz em metros por segundos (m/s) A luz visvel freqncias entre de 4.3x1014 Hz a 7.5x1014 Hz. A menor freqncia cor vermelha. A maior freqncia cor violeta. Abaixo do vermelho INFRAVERMELHAS (< 1012 Hz). Acima do violeta ULTRAVIOLETA (5x1017 Hz). A cor branca uma mistura de todas as freqncias da faixa visvel. O ESPECTRO de luz uma curva de energia da luz versus a freqncia ou o comprimento de onda.

GETIN

Pg.

59

ELETRNICA ANALGICA I

PROF. HENRIQUE

6.2. FOTODIODO Um fotodiodo uma juno PN construda de modo que possa ser exposta luz.

Fig. 51 Fotodiodo. Quando POLARIZADO REVERSAMENTE, comporta-se como um dispositivo FOTOCONDUTIVO, porque sua resistncia varia com a corrente reversa. A corrente de fuga reversa em um diodo comum devese aos portadores minoritrios gerados termicamente. No fotodiodo, so gerados portadores minoritrios adicionais pela energia luminosa. Quanto maior a intensidade da luz, maior corrente reversa e menor a resistncia efetiva.

GETIN

Pg.

60

ELETRNICA ANALGICA I

PROF. HENRIQUE

6.3. DIODO EMISSOR DE LUZ Quando a corrente circula por uma juno PN POLARIZADA DIRETAMENTE,

os eltrons livres do lado N cruzam a jun-

o e se combinam com as lacunas do lado P. Quando um eltron na banda de conduo recombinase com uma lacuna na banda de valncia, ele libera energia na forma de CALOR e de LUZ. Em alguns materiais, como o Si, a maior parte da energia convertida em calor e em outros em luz. Se o material for translcido e se a energia luminosa liberada for visvel, ento uma juno PN com estas caractersticas chamada de DIODO EMISSOR DE LUZ (LED). Essa converso de energia eltrica em luminosa um exemplo do fenmeno ELETROLUMINESCNCIA.

Fig. 52 Diodo Emissor de Luz LED.

GETIN

Pg.

61

ELETRNICA ANALGICA I

PROF. HENRIQUE

6.4. OPTOACOPLADORES Um acoplador tico combina um dispositivo emissor de luz com um dispositivo sensvel luz, em um nico ENCAPSULAMENTO (Fig.

53).

O exemplo mais simples um LED encapsulado com um fototransistor. O LED alimentado por um circuito de entrada e o foto-transistor aciona um circuito de sada. Portanto, os circuitos de entrada e sada so ACOPLADOS

apenas pela energia luminosa. A principal vantagem o excelente ISOLAMENTO EL-

TRICO

entre os circuitos de entrada e sada.

So denominados de ISOLADORES TICOS.

Fig. 53 Optoacoplador.

GETIN

Pg.

62

ELETRNICA ANALGICA I

PROF. HENRIQUE

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 REGIO DE RUPTURA,

na polarizao reversa (Fig. 55).

Fig. 55 Curva caracterstica do diodo zener.

GETIN

Pg.

63

ELETRNICA ANALGICA I

PROF. HENRIQUE

Na ruptura, a tenso sobre o zener permanece quase constante, enquanto a CORRENTE REVERSA varia em uma larga faixa. A TENSO DE RUPTURA chamada de tenso de referncia (VZ) Portanto, o zener deve ser polarizado reversamente para aproveitar sua caracterstica mais importante que a de manter sua tenso de referncia constante no importando as variaes na entrada. 6.5.1. FUNCIONAMENTO DO ZENER

Fig. 56 Anlise de funcionamento do zener. O circuito acima tem 2 malhas simples Necessita de 2 equaes para sua resoluo:

V E = VS + VZ

(6.2)

GETIN

Pg.

64

ELETRNICA ANALGICA I

PROF. HENRIQUE

IS = IZ + ILOnde:

(6.3)

VS = RS .I SVZ = VL = RL .I LPZ = VZ .I ZmxI Zmn = 0,1.I Zmx

(6.4)

(6.5)

(6.6)

(6.7)

Em um circuito com zener, o 1 passo determinar se o mesmo est ou no ativo. Um zener ativo significa que ele est polarizado reversamente e passa por ele uma corrente. Como saber se o zener est ou no ativo? Retira-se o zener do circuito e calcula a tenso de Thvenin: se se

VTH > VZ zener ativo VL = VZ ; VTH < VZ zener inativo VL VZ .

EXEMPLO: Considere VE = 40V, VZ = 30V, RS = 4k e RL = 10k. Determine se p diodo zener est ou no na regio ativa? Qual deve ser o valor de RS para deixar o zener ativo?

GETIN

Pg.

65

ELETRNICA ANALGICA I

PROF. HENRIQUE

VTH =

RL 10k .VE = x 40 = 28,57V inativo R L + RS 10k + 4k

VE 40 RS = R L 1 = 10k 1 RS 3,3k V 30 TH6.6. EXERCCIOS 01. O diodo zener da Fig. 1 tem uma tenso zener de 15 V e uma potncia de 0,5 W. Se VS= 40 V, qual o valor mnimo de RS que impede que o zener seja destrudo? 02. Use os mesmos dados da questo anterior com RS= 2 k. Qual o valor da corrente zener? Qual a potncia dissipada pelo zener? 03. Na Fig. 1, VZ= 18 V, RS= 68 e VS= 27 V. Qual o valor da corrente zener? Se VS= 40 V, qual o valor da variao de tenso na carga? Se RS= 4 k e VZ= 25 V, qual o valor mnimo de VS que mantm o zener funcionando na regio de ruptura? 04. Na Fig. 1, se RS= 1k5 VS= 40 V e VZ= 10 V. Qual o valor aproximado da corrente zener para RL= 100 k, RL= 10 k e RL= 1k? Nas mesmas condies, para que valor da resistncia de carga o regulador zener deixa de funcionar? 05. Suponha que V= 25 V (Fig. 2). Se R1= 1 k, qual o valor da corrente no LED?

GETIN

Pg.

66

ELETRNICA ANALGICA I

PROF. HENRIQUE

06. O LED da Fig. 2 tem uma queda mnima de 1,5 V e uma queda mxima de 2,3 V. Considerando V= 10 V e R1= 470 , quais os valores mximo e mnimo da corrente do LED? 07. Em um optoacoplador, V2= 20 V e R2= 47 k. Se I2 variar de 2 a 10 A, qual a variao de tenso atravs do fotodiodo? 08. Um TIL312 um indicador de 7-Seg (Fig. 3). Cada segmento tem uma queda de tenso entre 1,5 e 2 V em 20 mA. Voc tem que escolher entre usar uma alimentao de 5 V ou de 12 V. Projete um circuito indicador de 7-Seg controlado por chaves liga-desliga que consuma uma corrente total mxima de 140 mA.

GETIN

Pg.

67

ELETRNICA ANALGICA I

PROF. HENRIQUE

07 - REGULADORES DE TENSO 7.1. FONTES DE ALIMENTAO So classificadas em: FONTES DE TENSO mantm a tenso de sada em um

valor determinado, sendo varivel o valor da corrente de sada dentro de certos limites; FONTES DE CORRENTE proporcionam uma corrente de

sada determinada, sendo possvel a variao da tenso de sada dentro de certos limites. Esta primeira classificao faz-se em funo da caracterstica mais importante de sada que proporciona a fonte. Aqui nos limitaremos s fontes de tenso, assim pode-se classific-las em: Simples; Estabilizadas; Regulveis.SIMPLES

so aquelas em que a tenso de sada fixa,

porm podem variar com variaes da tenso de entrada, da corrente de carga e da temperatura;ESTABILIZADAS

so aquelas em a tenso de sada fixa

e constante, independentemente das variaes da tenso de entrada ou da corrente de carga;

GETIN

Pg.

68

ELETRNICA ANALGICA I

PROF. HENRIQUE

REGULVEIS

so aquelas em que a tenso de sada va-

rivel ou ajustada pelo usurio dentro de certos valores.

Fig. 57 Diagrama de blocos de uma fonte de tenso. 7.2. REGULADOR ZENER

Fig. 58 Regulador zener. As aplicaes do circuito regulador so: CARGA FIXA a partir de uma ENTRADA CONSTANTE. CARGA VARIVEL a partir de uma ENTRADA CONSTANTE.

GETIN

Pg.

69

ELETRNICA ANALGICA I

PROF. HENRIQUE

CARGA FIXA a partir de uma ENTRADA VARIVEL. CARGA VARIVEL a partir de uma ENTRADA VARIVEL. O projeto de um regulador de tenso consiste em determinar o valor da resistncia limitadora de corrente (RS), a partir das caractersticas do circuito : Tenses de Entrada e de Sada; Carga (fixa ou varivel) e Zener. 7.2.1. CARGA E ENTRADA CONSTANTES RS atende as especificaes do Zener: IZmn RSmx (mximo valor) IZmx RSmn (menor valor). RS entre os valores mnimo e mximo. EXEMPLO 01: Determinar RS do regulador de tenso (Fig. 58) utilizado para que uma fonte de 12 V possa ser ligada em um circuito que representa uma carga de 1 k e cuja tenso de alimentao seja de 5,6 V. Dados VZ = 5,6 V e IZmx = 100 mA.

GETIN

Pg.

70

ELETRNICA ANALGICA I

PROF. HENRIQUE

I Zmn = 0,1xI Zmx = 0,1x100 x10 3 I Zmn = 10mA IL = VZ 5,6 = I L = 5,6mA RL 1000 VE VZ 12 5,6 = RSmx = 410 I Zmn + I L (10 + 5,6 )x10 3 VE VZ 12 5,6 RSmn = 61 = 3 I Zmx + I L (100 + 5,6 )x10

RSmx =

RSmn =

Por tan to, VS2 61 RS 410 RS = 330 PS = 124mW RS

7.2.2. CARGA VARIVEL E ENTRADA FIXA RS atende as variaes da carga e as especificaes do Zener: IZmn e ILmx RSmx. IZmx e ILmn RSmn. EXEMPLO 02: Determinar RS do regulador de tenso (Fig. 58) utilizado para que uma fonte de 12 V possa ser ligada em um circuito que representa uma carga varivel en-

GETIN

Pg.

71

ELETRNICA ANALGICA I

PROF. HENRIQUE

tre 100 e 20 k e cuja tenso de alimentao seja de 5,6 V. Dados VZ = 5,6 V e IZmx = 100 mA.

I Lmn =

VZ 5,6 = I Lmn = 0,28mA 3 RLmx 20 x10 VZ 5,6 = I Lmx = 56mA RLmn 100 VE VZ 12 5,6 = RSmx = 97 3 I Zmn + I L (10 + 56)x10 VE VZ 12 5,6 = RSmn = 64 I Zmx + I L (100 + 0,28)x10 3

I Lmx =

RSmx =

RSmn =

Por tan to, VS2 64 RS 97 RS = 82 PS = 499,5mW RS

GETIN

Pg.

72

ELETRNICA ANALGICA I

PROF. HENRIQUE

7.2.3. CARGA FIXA E ENTRADA VARIVEL RS atende as variaes da entrada e as especificaes do Zener: IZmn e VEmn RSmx. IZmx e VEmx RSmn. EXEMPLO 03: Uma fonte foi projetada para uma carga de 560 e 15 V. Porm o filtro capacitivo tem uma tenso de 22 V com ripple de 5 V. Determinar RS que elimina o ripple e fixa a tenso em 15 V. Dados VZ = 15 V, IZmx = 500 mA e IZmn = 15 mA.

VEm = VE

5 Vr = 22 VEmn = 19,5V VEmx = 24,5V 2 2

IL =

15 VZ = I L = 26,79mA RL 560 19,5 15 VEmn VZ = RSmx = 108 I Zmn + I L (15 + 26,79)x10 3 VEmx VZ 24,5 15 = RSmn = 18 3 I Zmx + I L (500 + 26,79)x10

RSmx =

RSmn =

Por tan to, VS2 18 RS 108 RS = 47 PS = 1,92W RSGETIN Pg.

73

ELETRNICA ANALGICA I

PROF. HENRIQUE

7.2.4.CARGA VARIVEL E ENTRADA VARIVEL RS atende as variaes da entrada, as variaes da carga e as especificaes do Zener: IZmn,VEmn e ILmx RSmx. IZmx, VEmx e ILmn RSmn. EXEMPLO 04: Uma fonte possui um VDC = 30 V com Vr = 3 V. Determinar RS que elimina o ripple e fixa a tenso em 15V, sabendo a carga pode variar de 50 at 100 k. Dados VZ = 15 V, IZmx = 250 mA e IZmn = 23 mA.

VEm VE

Vr 3 = 30 VEmn = 28,5V VEmx = 31,5V 2 2

I Lm =

VZ I Lmn = 150A I Lmx = 300mA RLm VEmn VZ 28,5 15 = RSmx = 41 I Zmn + I Lmx (30 + 300)x10 3 VEmx VZ 31,5 15 = RSmx = 24 I Zmx + I Lmn 700 x10 3 + 150 x10 6

RSmx =

RSmn =

Por tan to,2 VSmx 24 RS 41 RS = 33 PS = = 8,25W RS

GETIN

Pg.

74

ELETRNICA ANALGICA I

PROF. HENRIQUE

7.3. REGULADORES INTEGRADOS CIs cuja funo estabilizar a amplitude da tenso de sada. Divide-se em: Reguladores de Tenso Fixa (Positiva e Negativa) e Reguladores de Tenso Variveis. 7.3.1. SRIE 78XX So os reguladores de tenso fixa positiva.

Fig. 59 Regulador 78xx. 7.3.2. SRIE 79XX So os reguladores de tenso fixa negativa.

Fig. 60 Regulador 79xx. 7.3.3. REGULADORES VARIVEIS Apresentam sada varivel dependendo das condies impostas pelo projeto.75

GETIN

Pg.

ELETRNICA ANALGICA I

PROF. HENRIQUE

7.4. PROJETO Projetar uma fonte de alimentao com as seguintes caractersticas: 1. Retificador de onda completa ou em ponte; 2. Filtro capacitivo; 3. Sada com regulador zener (3 V / 300 mA); 4. Sada com regulador integrado (5 V 8 V 12 V / 1,5 A); 5. Simular e Confeccionar o circuito em placa. 7.5. EXERCCIOS 01. A Fig. 1 mostra uma fonte de alimentao dividida. Devido derivao central aterrada, as tenses de sada so iguais e com polaridade oposta. Qual a tenso na carga se a tenso de secundrio for de 17,7 V e C = 500 F? Qual o valor do ripple? Quais as especificaes dos diodos? 02. Projete um retificador em ponte com filtro capacitivo, com tenso de sada de 15 V e um ripple de 1 V para uma carga de 680 . Que tenso de secundrio do transformador? Qual o valor do capacitor de filtro? Quais as especificaes dos diodos? 03. Projete um retificador de onda completa usando um transformador com derivao central de 48 V que produza uma ondulao de 10 % da tenso de pico atravs de um filtro e uma carga de 330 . Quais as especificaes dos diodos?

GETIN

Pg.

76

ELETRNICA ANALGICA I

PROF. HENRIQUE

04. Construa uma fonte de alimentao que preencha as seguintes caractersticas: a tenso do secundrio seja de 12,6 V, a sada seja de 17,8 V com 120 mA, e uma segunda sada de 35,6 V com 75 mA. Quais as especificaes dos diodos? 05. Um regulador zener tem Vz = 15 V. Vs pode variar entre 22 V e 40 V. A carga pode variar de 1 k a 50 k. Qual o valor da resistncia em srie? 06. Escolha um valor de resistncia em srie para um regulador zener chegar s seguintes especificaes: a tenso da fonte varia de 30 a 50 V, a corrente de carga varia de 10 a 25 mA e a tenso de carga de 12 V. 07. Projete um regulador zener que preencha as seguintes especificaes: tenso de carga de 6,8 V, tenso da fonte de 20 V com variao de 20 % e corrente de carga de 30 mA com variao de 50 %.

GETIN

Pg.

77

ELETRNICA ANALGICA I

PROF. HENRIQUE

08 - TRANSISTORES BIPOLARES 8.1. ESTRUTURA FSICA

Fig. 61 Estrutura do transistor. Constituio 2 junes tipo PN 3 cristais 3 terminais Portanto,

Fig. 62 Estrutura do transistor NPN e PNP.

GETIN

Pg.

78

ELETRNICA ANALGICA I

PROF. HENRIQUE

8.2. SIMBOLOGIA

Fig. 63 Simbologia para NPN e PNP. 8.3. ANLISE DO CIRCUITO Pela Lei dos Ns, temos:

I E = I B + ICPela Lei das Malhas, temos:

(8.1)

VCE = VCB + VBEonde:

(8.2)

V CE = V C V E V CB = V C V B(8.3)

V BE = V B V E = 0,7V

GETIN

Pg.

79

ELETRNICA ANALGICA I

PROF. HENRIQUE

8.4. CLASSIFICAO 8.4.1. USO GERAL: - pequenos sinais; - baixas freqncias; - ICEmx entre 20 e 500mA; - VCEmx entre 10 e 80V; - comutao entre 1Hz e 200MHz; 8.4.2. POTNCIA: - correntes elevadas; - baixas freqncias; - ICEmx inferior a 15A; - VCEmx entre 20 e 100V; - comutao entre 100kHz e 40MHz; - montados sobre radiadores de calor; 8.4.3. RF: - pequenos sinais; - freqncia elevada; - ICEmx inferior a 200mA; - VCEmx entre 10 e 30V; - comutao muito alta (~1,5 GHz). EXEMPLOS: Srie BC uso geral; Srie BD potncia; Srie TIP potncia; Srie BF freqncia.

GETIN

Pg.

80

ELETRNICA ANALGICA I

PROF. HENRIQUE

8.5. FUNCIONAMENTO

Fig. 64 Circuito de teste. Anlise:

R1 I B 0 I C 0 R1 (decresce) I B (aumenta ) I C R1 (baixo) I B (alto) I C a (estvel )

Fig. 65 Relao das correntes do transistor.

GETIN

Pg.

81

ELETRNICA ANALGICA I

PROF. HENRIQUE

Portanto, CORTE: SATURAO: LINEAR: IB = IC = 0. IC MXIMO. IC = IB .

Ganho de Corrente (>> 1) EXEMPLO: Em um transistor de juno bipolar (TJB) a corrente da base de 1 mA e o ganho de esttico de corrente 50. Determinar as correntes de coletor e emissor.

I C = .I B = 50 x1x10 3 I C = 50mA I E = I B + I C I E = 51mA8.6. CONFIGURAES BSICAS Um circuito eltrico deve ter pelo menos: 1. 2. Malha de Entrada Fonte de Sinal; Malha de Sada Carga. Como o transistor pode apresentar tais caractersticas com apenas 3 terminais?

GETIN

Pg.

82

ELETRNICA ANALGICA I

PROF. HENRIQUE

8.6.1. BASE COMUM

Fig. 66 Transistor em base comum. Principais caractersticas: Caracterstica Tenso Corrente Impedncia Entrada VBE IE Muito Baixa Sada VCB IC Muito Alta Ganho Alto > 1 I E I C

RE =

VE 0,1x20 = = 20 3 I E 100x10 20 10 0,2 = 98 3 100x10

VCC RC IC VCE VE = 0 RC =

20 0,7 0,2 VCC RB I B VBE VE = 0 RB = = 47k75 6 400x10

GETIN

Pg.

92

ELETRNICA ANALGICA I

PROF. HENRIQUE

9.4.3. REALIMENTAO DO COLETOR

Fig. 76 Circuito de polarizao com realimentao do coletor. EXEMPLO 03: Dado um transistor com = 200 e uma fonte de alimentao de 15 V, determinar os resistores de polarizao para o ponto quiescente: VCE = 7,5 V; IC = 6,7 mA.

V CC R C I C V CE = 0 RC 15 7 , 5 = 1 k 12 3 6 , 7 x 10

V CC R C I C R B I B V BE = 0 ou R B I B V BE + V CE = 0 RB 7 ,5 0 ,7 = 202 k 99 6 33 , 5 x 10Pg.

GETIN

93

ELETRNICA ANALGICA I

PROF. HENRIQUE

9.4.4. POLARIZAO DO EMISSOR

Fig. 77 Circuito de polarizao com emissor fixo. EXEMPLO 04: Dado um transistor com = 100 e duas fonte de alimentao de +10 V e -15 V, determinar os resistores de polarizao para o ponto quiescente: VCE = 10 V; IC = 14 mA

VE = 0,1x(VCC + VEE ) V E = 2,5V RE = VE , como >> 1 I E I C RE 178,57 IE

VCC (RC + RE )I C VCE + VEE = 0 RC = 10 2,5 10 + 15 RC 892,86 3 14 x10

0 RB I B VBE VE + VEE = 0 RB = 15 2,5 0,7 RB 84k 29 6 140 x10Pg.

GETIN

94

ELETRNICA ANALGICA I

PROF. HENRIQUE

9.4.5. DIVISOR DE TENSO

Fig. 78 Circuito de polarizao por divisor de tenso. EXEMPLO 05: Dado um transistor com = 250 e uma fonte de alimentao de 9 V, determinar os resistores de polarizao para o ponto quiescente: VCE = 4,5 V; IC = 20 mA e VBE = 0,65 V. Considere:RE =

I 1 = 10 xI B

VE 0 ,1 x 9 = R E = 45 IC 20 x 10 3 VB 0 , 7 + 0 ,9 = R 2 2 k 22 I1 I B 9 x 80 x 10 6 V CC V B 9 1, 6 = I1 10 x 80 x 10 R 1 = 9 k 25

R2 =

R1 =

6

RC =

V CC V C 9 ( 4 ,5 + 0 ,9 ) = R C = 180 IC 20 x 10 3

GETIN

Pg.

95

ELETRNICA ANALGICA I

PROF. HENRIQUE

9.5. EXERCCIOS 01. O transistor da Fig. 1 tem um hFE de 80. Qual a tenso entre o coletor e o terra? 02. Para que valor aproximado de o circuito da Fig. 1 se satura? 03. Se = 125, Fig. 1, calcule a tenso da base, a tenso do emissor e a tenso do coletor (em relao ao terra). 05. Se VCC = 10 V, Fig. 2, qual a tenso do coletor em cada estgio? 06. Se VCC = 15 V, Fig. 2, qual a potncia dissipada em cada transistor? 07. Qual a tenso do emissor relativamente ao terra para cada estgio da Fig. 3 se a tenso de alimentao for de 10 V? 08. Calcule a corrente de saturao do coletor para cada estgio da Fig. 3, para VCC = 15 V. 09. Faa uma anlise completa da Fig. 3 para VCC = 20V calculando para cada estgio os seguintes valores: VB, VE, VC, IC e PD. 10. Qual a corrente do coletor em cada estgio da Fig. 4? Qual a tenso do coletor ao terra? 11. Qual a potncia dissipada em cada transistor da Fig. 4? 12. Qual a corrente do coletor na Fig. 5? Quais so as seguintes tenses relativamente ao terra: VB, VE e VC 13. Na Fig. 6, calcule VB, VE e VC.

GETIN

Pg.

96

ELETRNICA ANALGICA I

PROF. HENRIQUE

14. Calcule as seguintes tenses em cada estgio da Fig. 7: VB, VE e VC. Calcule tambm a potncia dissipada em cada transistor. 15. Projete um estgio com polarizao por realimentao do coletor para chegar s seguintes especificaes: VCC = 20 V, IC = 5 mA e = 150. 16. Projete um amplificador de dois estgios usando uma polarizao por divisor de tenso. a fonte de alimentao de 15 V e a corrente quiescente do coletor deve ser de 1,5 mA em cada estgio. Admita um hFE de 125

GETIN

Pg.

97

ELETRNICA ANALGICA I

PROF. HENRIQUE

10 TRANSISTOR COMO CHAVE 10.1. CHAVE ELETRNICA Utiliza a polarizao da base. RC pode ser a prpria carga. Pode ser ativado por sinal externo diretamente.

Fig. 79 Transistor como chave. Pode ser ativado por sinal interno.

Fig. 80 Formas de acionamento.

GETIN

Pg.

98

ELETRNICA ANALGICA I

PROF. HENRIQUE

10.2. DIMENSIONAMENTO Necessrio: Condies para base aberta VCEOmx. Condies de saturao VBEsat, VCEsat e sat. Capacidade mxima ICmx Caractersticas da carga VL e IL. EXEMPLO: Deseja-se acionar um LED usando um transistor. As caractersticas do transistor so: VBEsat de 0,7 V; VCEsat de 0,3 V; sat. de 20; ICmx de 200 mA e VCEmx de 80 V. As caractersticas do LED so: VLED de 1,5 V e ILED de 25 mA. Utilizar uma fonte de 5V.

Fig. 81 Acionamento digital.

I C = I LED = 25 x 10

3

A IB =

IC

= 1, 25 x 10

3

A

RC =

V CC V LED V CEsat I LED V ENT V BEsat IB

R C = 128

RB =

R B = 3 k 44 99

GETIN

Pg.

ELETRNICA ANALGICA I

PROF. HENRIQUE

10.3. CIRCUITOS COM TRANSISTORES 10.3.1. TRANSISTOR ISOLADO

Fig. 82 Transistor isolado.10.3.2. TRANSISTORES EM CASCATA

Fig. 83 Transistor em cascata.10.3.3. TRANSISTORES EM PUSH-PULL

Fig. 84 Transistor em push-pull.

GETIN

Pg.

100

ELETRNICA ANALGICA I

PROF. HENRIQUE

10.3.4. TRANSISTORES EM PONTE H

Fig. 85 Transistor em ponte H.10.4. EXERCCIO

01. Um circuito digital foi projetado para acionar um motor de 110V/60Hz sob determinadas condies. Para tanto, necessrio que um transistor como chave atue sobre um rel, j que nem o circuito digital, nem um transistor podem acionar este motor. O circuito utilizado para este fim est mostrado na Fig. 3. Os dados do transistor so:Dados do transistor: VBEsat = 0,7 V; VCEsat = 0,3 V; sat = 10; ICmx = 500 mA; VCEmx = 100 V. Dados do rel: resistncia DC de 80 corrente de 50 mA

GETIN

Pg.

101