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Eletrnica Analgica

Por

Luciano Rodrigues Mesquita

Ementa: 1-Conceitos bsicos de eletrnica Grandezas Matemticas Unidades de medidas Conceitos de circuitos Tipos de fonte 2-Resistores Cdigo de cores Aula prtica de resistores 3-Definio de semicondutores Semicondutor tipo N e tipo P Dopagem 4-Diodo Polarizao direta e reversa em corrente contnua O led e o Zener Aula pratica 5-Retificadores Princpios de circuitos em CA Retificador de Meia onda Retificador de onda completa Capacitor Simulao de Retificadores 6-Princpios de comutao Transistores Referencias bibliogrficas

1-Malvino, Eletrnica, 4ta Edio, Vol I, Pearson Makon Books 2-Material disponibilizado pelo Professor 3-Prticas a serem desenvolvidas no lab.

1- RELEMBRANDO CONCEITOS:4 1.1-CIRCUITO ELTRICO 4 1.1.1-GERADOR4 1.1.2-CONDUTOR4 1.1.3-RECEPTOR4 1.2-CONDUTORES E ISOLANTES4 1.2.1-CONDUTOR4 1.2.2-ISOLANTE4 1.3FONTES DE ENERGI A ELTRICA5 1.3.1- FONTE DE TENSO (U)5 1.3.2-FONTE DE CORRENTE (I )6 1.4-MLTIPLOS E SUBMLTIPLOS DE GRANDEZAS 72-RESISTORES7 2.1-RESISTENCIA7

1-RELEMBRANDO CONCEITOS: 1.1-MLTIPLOS E SUBMLTIPLOS DE GRANDEZAS :

Transformar: 12KV em V 12 V em mV 0,001mV em V 127Vem MV

1.2 CIRCUITO ELTRICO Circuito eltrico a. todo e qualquer percurso fechado por onde circula a energia eltric

GERADOR ?? CONDUTOR ?? CARGA

1.2.1GERADOR

Elemento responsvel pela criao (gerao) da energia eltrica a partir de energia mecnic qumica ou trmica. Os geradores so denominados, geralmente, de FONTES ELTRICAS ou sim plesmente FONTES. 1.2.2. CONDUTOR Elemento destinado a conduzir (levar) a energia eltrica do gerador ao receptor. 1.2.3. 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 geral mente denominados de CARGAS ELTRICAS ou simplesmente CARGA. 1.3 CONDUTORES E ISOLANTES 1.3.1. 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, q uando submetidos a uma DIFERENA DE POTENCIAL (ddp) ou FORA ELETROMOTRIZ (fem) ou TENSO, tm esses eltrons circulando no seu interior. Ex.: ouro; prata; cobre; alumnio

1.3.2. 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 dificul ta a circulao desses no seu interior. Ex.: borracha; mica; porcelana 1.4 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. 1.4.1. FONTE DE TENSO (U) o elemento que apresenta uma ddp (tenso ou fem) entre os seus terminais (plos) e q ue 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 e tre os dois pontos de uma ddp. A unidade de tenso o VOLT (V). O instrumento de me dida da tenso o VOLTMETRO, que deve ser conectado em paralelo com a carga, pois am bos 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 e lemento de disperso interna (conhecido como resistncia interna da fonte).

Fig. 2 - Fontes de tenso (a) fonte, (b) pilha e (c) bateria. A notao dessa grandeza deve ser feita da seguinte maneira : U = U 380 V 380 a - a V onde : grandeza tenso o seu valor numrico unidade em que o valor foi medido (volts)

Muitas vezes, para efeito didtico, considera-se a letra V como sendo o smbolo da t enso. No nosso caso utilizaremos a notao V.

TENSO ALTERNADA, CONTNUA , MDIA , EFICAZ E DE PICO :

Tenso alternada : aquela que varia no tempo, ou seja, o tipo de tenso que descreve uma funo que varia de valor com o passar do tempo. A mais comum das tenses alterna das a tenso senoidal, que assume uma infinidade de valores no decorrer do tempo. importante notar que uma tenso alternada oscila em uma determinada frequncia. Tenso contnua : Pode ser definida como a tenso que descreve uma constante, ou seja, seu valor no varia ao longo do tempo. Notar, portanto, que uma tenso contnua no "te m" frequncia. Observe que a tenso aumenta de zero at o mximo positivo em 90, diminui para zero nov amente 180, atinge um mximo negativo em 270 e volta a zero em 360. O valor de pico o mximo valor atingido em cada semiciclo. O valor de pico a pico desse sinal a diferena entre o seu mximo e mnimo algbrico : Vpp = Vmax - Vmin Para a senide acima, o valor de pico a pico ser portanto de : Vpp = Vp - (-Vp) = 2 Vp , ou seja, o valor de pico a pico de uma onda senoidal o dobro do valor de pi co. Vantagem:possibilita a transmisso de eletricidade em longas distancias.

VALOR DE TENSO EFICAZ (RMS) : Se uma tenso senoidal aparecer atravs de um resistor , ela produzir uma corrente se noidal em fase atravs do resistor . O produto da tenso instantnea pela corrente d a potncia instantnea, cuja mdia durante um ciclo resulta numa dissipao mdia de potncia m outras palavras, o resistor dissipa uma quantidade constante de calor como se houvesse uma tenso contnua atravs dele. Podemos definir o valor rms de uma onda senoidal , tambm chamado de valor eficaz ou valor de aquecimento como a tenso contnua que produz a mesma quantidade de calo r que a onda senoidal . Matematicamente, a relao entre a tenso rms e de pico a seguinte : Vrms = 0,707 Vp MEDIO DE TENSO CONTNUA E ALTERNADA COM O MULTMETRO : Quando utilizamos um multmetro para medies de tenso em cc , o valor obtido ser sempre o valor mdio da tenso, ou seja, um multmetro em escala de tenso cc mede valores mdio s. Quando utilizarmos um multmetro para medies de tenso ac, o valor obtido ser sempre o valor eficaz de tenso, ou seja, um multmetro em escala de tenso ac mede valores em rms. 1.4.2 FONTE DE CORRENTE (I) Elemento que, ao invs de provocar uma ddp, fornece uma corrente eltrica carga. Mas ... o que corrente eltrica ? Podemos definir uma corrente eltrica como sendo o fluxo ordenado de eltrons por um meio condutor. De fato, ao submetermos um material condutor a uma diferena de po tencial, os eltrons fluiro do ponto de maior concentrao de eltrons para o ponto de me nor concentrao com sentido ordenado. O deslocamento dos eltrons pelo circuito recebe o nome de fluxo ( que de fato a c orrente ). Esse fluxo pode ser chamado de fluxo convencional ou fluxo eletrnico.

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 cor

rente. O smbolo eltrico de uma fonte de corrente : Fig. 3 Fonte de corrente.

2-RESISTORES 2.1-RESISTENCIA

Podemos definir resistncia eltrica como sendo um obstculo passagem da corrente eltri ca oferecido por um circuito. Em todo circuito eltrico existe uma resistncia eltric a qualquer que dificulta a passagem da corrente. At mesmo um condutor de cobre po ssui sua resistncia corrente. A resistncia eltrica , cujo smbolo a letra R, medid m Ohm ( ( ). A notao dessa grandeza deve ser feita da seguinte maneira : R = 100 ( onde : R - a grandeza resistncia 100 - o seu valor numrico ( - a unidade em que o valor foi medido ( Ohm ) O instrumento destinado a sua medio o OHMMETRO, que usado em paralelo com o resisto r que se quer medir.A resistncia depende do tipo do material, do comprimento, da r ea da seo transversal e da temperatura. 2.1.1-ASSOCIAO DE RESISTNCIAS EM SRIE

A associao de resistncias em srie feita de tal modo que o fim de uma resistncia fiqu interligado com o comeo da outra. Esse um tipo de circuito que oferece um s camin ho passagem da corrente eltrica. A resistncia total ou equivalente do circuito ser a soma das resistncias parciais e , portanto, a resistncia total ser maior que a maior resistncia . Req = R1 + R2 + R3 + ... + Rn Portanto : Req = 10 + 30 + 20 + 40 = 100 OHMS 2.1.2-ASSOCIAO DE RESISTNCIAS EM PARALELO : A associao de resistncias em paralelo feita de tal modo que todas fiquem ligadas a um mesmo ponto ou "n". Esse um tipo de circuito que oferece tantos cominhos corre nte eltrica quanto forem as resistncias associadas.

A resistncia equivalente do circuito ser igual a soma de suas condutncias, de modo que a resistncia final seja menor que a menor resistncia do circuito : Req = 1 / ( 1/R1 + 1/R2 + 1/R3 + ...+ 1/Rn ) Portanto : Req = 1/ ( 1/10 + 1/30 + 1/20 + 1/40 ) = 4,8 ? importante ressaltar que muitos circuitos podem fazer uma da combinao de circuitos srie e paralelo. Estas circuitos so os circuitos mistos, e uma forma de encontrar

a resistncia equivalente nestes circuitos minimizar partes a partir das associaes fundamentais. 1A LEI DE OHM O estudo da resistncia de grande valia na determinao da potncia dos diversos equipam entos eltricos. A expresso, matemtica que permite a obteno da grandeza resistncia a seguinte: V = R . I , ou seja, R=V/I, onde R - a resistncia eltrica, dada em ohms, cujo smbolo W (letra grega mega). V - a tenso eltrica nos terminais do dispositivo, dada em volt, cujo smbolo V . I - a intensidade de corrente que circula pelo dispositivo, dada em ampres, A. Potencia P = V. i = V2/R

2.2-IDENTIFICAO DE RESISTORES Existem basicamente duas opes para conhecer o valor de um resistor: * medir o resistor com um multmetro ( o que pode ser s vezes impraticavel, se o co mponete estiver soldado num circuito) * ler o valor direto do corpo do resistor A segunda opo tem se mostrando mais eficaz. considerando-se porm que na maioria das vezes, os valores vm codificados em cores, necessrio conhecer o cdigo de cores que possibilitar a leitura desses valores.

EXEMPLO:

Exerccios: Calcule o valor dos resistores abaixo:

3-SEMICONDUTORES. 3.1. ESTRUTURA ATMICA DE UM ELEMENTO A estrutura atmica de um elemento qumico a forma pela qual seus eltrons esto distrib udos em camadas de energia.

3.1.1 NMERO DE VALNCIA O numero de valncia de um tomo corresponde ao nmero de eltrons existentes na ltima ca mada de energia que muitas vezes so chamados de eltrons livres.

3.1.2 A principal idia: A idia que em um tomo de cobre por exemplo, como o eltron de Valencia levemente atr ado pela parte central , uma fora externa pode facilmente deslocar esse eltron livr e do tomo de cobre.Por isso um bom condutor. A menor tenso pode fazer com que o elt ron livre num fio de cobre circule de um tomo para o outro. Os melhores condutore s(prata ,cobre e ouro )possuem um simples eltron de Valencia. 3.2 semicondutores Um semicondutor um elemento de Valencia quatro.isso significa que um tomo isolado deste material possui quatro eltrons na sua orbita mais externa ou orbita de Val encia. Os condutores possuem apenas um eltron de Valencia, semicondutores possuem quatro eltrons de Valencia e isolantes oito eltrons. Os dois tipos de semicondutores mais utilizados so o germnio e o silcio. 3.2.1 Cristais de silcio Quando tomos de silcio se combinam para formar um slido, eles so arranjados segundo um padro ordenado chamado cristal.cada tomo de silcio cede seu eltron aos outros tomo s tornando se assim uma orbita de 8 eletrons.

3.2.2 Semicondutores intrnsecos Um semicondutor intrnseco um semicondutor puro. Isto todos os tomos sero de silcio ornando o assim um isolante. 3.2.3- Semicondutores extrnseco 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 CO RRENTE ELTRICA de diferentes maneiras, constituindo-se nos mais diversos tipos de dispositivos.Estas impurezas consistem na ADIO de algum elemento que tenha um nmer o diferente de eltrons na ltima camada e isto feito em PROPORES extremamente PEQUENA S Semicondutor tipo N : O tipo n feito com elementos de impureza que possuem cinco eltrons na camada de v alncia ( impureza pentavalente ), tais como antimnio, arsnio e fsforo. Dos cinco tomo s da impureza, quatro ficam ligados por ligao covalente, e um quinto eltron fica de sassociado de qualquer ligao,permanecendo relativamente livre dentro da estrutura.

Semicondutor tipo P : O material tipo p formado pela dopagem de um cristal puro de germnio ou silcio, co m tomos de impurezas com trs eltrons de valncia ( tetravalentes ). Os elementos mais utilizados para este fim so o boro, o glio e o ndio. Agora, como o elemento de impureza possui somente trs eltrons, h um nmero insuficien te de eltrons para completar as ligaes covalentes. A vaga resultante chamada lacuna . Como a vaga resultante aceita facilmente um eltron "livre", as impurezas acres centadas so chamadas de tomos receptores. Convencionaremos que no material tipo p , as lacunas sero chamadas de portadores majoritrios ( por estarem em maior nmero que os eltrons) e os eltrons de portadores minoritrios,enquanto que nos materiais tipo n , os eltrons sero chamados de portado res majoritrios e as lacunas minoritrios. 3.2.4 - O DIODO SEMICONDUTOR DIODO NO POLARIZADO :

Quanto juntamos um material tipo n com um material tipo p obtemos o que chamamos de diodo. A juno do diodo a regio onde o tipo n e o tipo p se encontram. Ao juntar mos um pedao do material tipo n com um pedao do material tipo p, ocorre uma associ ao na regio da juno entre os portadores majoritrios do material tipo n ( eltrons ) c os portadores majoritrios do material tipo p (lacunas ) , criando um par de ons ( um on positivo na lado n e um on negativo no lado p ), formando se assim uma regio onde o "no existem" eltrons nem lacunas circulando livremente. A essa camada damos o nome de camada de depleo. At certo ponto, a camada de depleo age como uma barreira impedindo a continuao da dif uso de eltrons livres atravs da juno. Essa camada de depleo continua aumentando at s eltrons no consigam mais atravessar a camada, chegando-se assim a um equilbrio. diferena de potencial da camada de depleo damos o nome de barreira de potencial. A uma temperatura de 25C, esta barreira de potencial aproximadamente igual a 0,7 V para o silcio e 0,3 V para o germnio. 3.2.5- POLARIZAO DE UM DIODO : Um diodo ideal, quando submetido a uma diferena de potencial, comporta-se como se fosse uma "chave" que pode estar fechada ou aberta, dependendo do modo com que o diodo polarizado. POLARIZAO DIRETA: Quando o plo da positivo da bateria ligado no terminal p do diodo e o plo negativo ligado ao n, a quantidade de eltrons aumenta consideravelmente do lado n, dando aos eltrons ento energia suficiente para vencerem a barreira de potencial e se com binarem com as lacunas do lado p. medida que os eltrons encontram as lacunas, ele s se tornam eltrons de valncia. Ento, caminhando como eltrons de valncia, eles atinge m a outro extremidade do cristal e escoam para o terminal positivo da fonte. H, portanto, um intenso fluxo de eltrons pelo diodo, ou seja, o diodo permite ness e caso que uma intensa corrente circule por ele. Quando o diodo, ligado desta ma neira, permite a passagem da corrente eltrica, dizemos que ele se comporta como u ma "chave fechada", e est polarizado diretamente. POLARIZAO REVERSA

Quando o plo da positivo da bateria ligado no terminal n do diodo e o plo negativo ligado ao p, os eltrons livres da regio n so obrigados a se afastarem da juno em di eo ao terminal positivo da bateria. As lacunas do material p tambm se deslocam para o terminal negativo. Os eltrons que saem deixam ons positivos prximos juno, e as la unas deixam ons negativos, aumentando a barreira de potencial. A barreira de pote ncial aumenta at que seu valor se iguale ao valor da fonte. Portanto, nessas condies, praticamente no ocorre nenhum fluxo de corrente pelo diod o e ele se comporta como de fosse uma "chave aberta". Dizemos ento que o diodo es t polarizado reversamente. Por conveno, o terminal onde est ligado o material tipo n, chamado de CATODO ( que representado pela letra K ) e o terminal onde est o tipo p chamado de ANODO ( que representado pela letra A ). Quando o diodo est polarizado diretamente, a corren te convencional flui do anodo para o catodo. - O diodo polarizado diretamente, ou seja, positivo da bateria na anodo = chave fechada. - O diodo polarizado reversamente, ou seja, positivo da bateria na catodo = chav e aberta. 5. 5 - ESPECIFICAES TCNICAS DO DIODO SIMBOLOGIA : O diodo representado da seguinte maneira :

Os modos de ligao do diodo em polarizao direta e reversa so os seguintes :

Para os diodos reais, porm , preciso lembrar que eles tm entre outras caracterstica s, uma barreira de potencial na polarizao direta da ordem de 0,7 V para o diodo de silcio e uma resistncia dinmica de aproximadamente 7 _ tambm para o silcio. Dessa ma neira podemos aproximar o diodo real de trs maneiras diferentes: - A primeira aproximao consiste em se associar o diodo a uma chave liga/desliga. - A segunda aproximao leva em conta a queda de tenso do diodo, que convencionaremos , a partir de agora, ser de silcio e conseqentemente, proporcionar uma queda de t enso de aproximadamente 0,7 V. O circuito total ser a associao em srie da chave com a bateria. - A terceira aproximao leva em conta, alm da chave e da bateria, a resistncia intern a dinmica do diodo. O resultado ser, portanto, uma srie entre os trs elementos. Mas de modo prtico, qual das aproximaes devemos usar ? A CURVA DO DIODO : Os diodos, quando submetidos a uma diferena de potencial, proporcionam uma "curva de resposta" dada pela relao tenso/corrente que difere de elementos como o resisto r ( que so componentes lineares )por ser no linear, ou seja, a resposta do diodo no "reta" . O diodo ideal apresenta a seguinte curva :

Contudo, o diodo real, que apresenta caractersticas definidas, apresenta uma curv a relativamente diferente, vejamos : - Na regio direta, o diodo real passa a conduzir somente depois que a tenso do cir cuito atinge um valor maior que 0,7 V ( notar que, como convencionado, tratamos do silcio ). Esse ponto onde o diodo comea a conduzir normalmente conhecido como j oelho. - Embora a curva no ilustre, vale a pena lembrar que o aumento da corrente deve l imitar-se s especificaes do diodo, caso contrrio o mesmo sofrer danos. - Na regio reversa, a medida que o tenso reversa aumenta, comea aparecer uma corren te reversa no diodo, denominada corrente de fuga. A corrente de fuga aumenta at o ponto em que o diodo atinge sua condio de ruptura. - O ponto de ruptura o ponto onde o diodo deixa de suportar uma tenso reversa e c onduz fortemente, como consequncia muitas vezes de danos permanentes no component e ( curto-circuito ). PRTICAS DE MEDIO : Medio com multmetro digital : Ajustar a escala do multmetro para a medio de semicondutores ( normalmente representada pelo smbolo do diodo ). O diodo, na pol arizao direta deve apresentar um valor em torno de 0,7 ( 0,5 a 0,8 normalmente ) n o display do multmetro. Na polarizao reversa o display deve indicar infinito.

Resistor limitador de corrente. Quanto maior for o valor dessa resistncia, menor a corrente no diodo. A resistncia de limitao da corrente deve garantir que a corrente no diodo seja menor que o val or nominal mximo. A corrente no diodo dada por I=Vs Vd R Onde: Vs a tenso da fonte Vd a tenso no diodo. R a resistencia

Io= Corrente Maxima direta Vf = queda de tenso direta mxima instantnea Obs: o 1n4001 tem uma queda de tenso direta de 0,93 quando a corrente for de 1 A , se voc testar muitos , descobrir que poucos tero 1,1v quando a corrente for de 1.

Interpretao da folha de dados.

Outros tipos de diodos: DIODOS ZENER : Simbologia: Um diodo comum no pode trabalhar na regio de ruptura, sob pena de ser danificado, mas os diodos zener so justamente otimizados para trabalharem nesta regio, como re guladores de tenso. Uma outra particularidade do diodo zener que ele trabalha polarizado reversament e no circuito, coisa que no ocorre com o diodo comum. Pela curva caracterstica do diodo zener, observa-se que a tenso reversa VZ mantm-se praticamente constante quando a corrente reversa est entre IZm (corrente zener r mnima) e IZM (corrente zener mxima). O regulador Zener Um diodo zener as vezes tambm chamado de diodo regulador de tenso,por que ele mant em uma tenso na sada constante,embora a corrente nele varie. Para obter uma operao na ruptura, a tenso da fonte Vs deve ser maior que a tenso de ruptura Zener Vz. Um resistor Rs em srie sempre utilizado para limitar a corrente de Zener em um valor abaixo de sua corrente nominal. INCLUDEPICTURE "http://www.electronica-pt.com/imagens/circuito-zener.gif" \* MER GEFORMATINET

Regulador de tenso com carga.

Para garantir que o Zener est operando na regio de ruptura aplicaremos a seguinte formula. Vth=(Rl/RS+Rl).Vs Rs=Ve-Vz/Iz+Il Essa a tenso que existe quando o zener desconectado do circuito.Essa tenso deve se r maior que a tenso de Zener, caso contrrio no haver ruptura. Considere VE = 40V, VZ = 30V, RS = 4k? e RL =10k?. Determine se o diodo zener es t ou no na regio ativa? Qual deve ser o valor de RS para deixar o zener ativo? Exerccio Considere os seguintes valores:Vs=18v,Vz=10v,Rs=270? e Rl=1K ?. O Diodo est opera ndo na regio de ruptura? Qual o valor de RS para que o diodo se torne ativo. Potencia de dissipao mxima do diodo zener Pz=Vz.Iz Corrente mxima no diodo Zener. Izm=Pz/Vz Ex: o diodo 1n759 tem uma tenso zener de 12 v e uma potencia mxima de 400mW. qual a corrente mxima. Izm=400mW/12v. Izmin=10 % Izm

Calculo do resistor limitador Maximo e mnimo INCLUDEPICTURE a3048ea.png" \* INCLUDEPICTURE 0539bb4.png" \* "http://upload.wikimedia.org/math/2/d/3/2d307750162624e42529a15d9 MERGEFORMATINET +il "http://upload.wikimedia.org/math/8/8/5/8855d202738a66581fbbc70c6 MERGEFORMATINET +il

Ex:Determinar RS Maximo e minimo do regulador de tenso utilizado para que uma fon te de 12 V possa ser ligada em um circuito que representa uma carga de 1 k? e cu ja tenso de alimentao seja de 5,6 V. Dados VZ = 5,6 V e IZmx = 100 mA. Exerccios: 1-O diodo 1n5233 tem uma tenso zener de 6 v e uma potencia mxima de 500mW. a)qual a corrente mxima e minima. b)utilizando uma fonte de 10 v e uma carga de 2 k? no regulador de teno com o zen er acima , calcule Rs Max e Rs min 2-O diodo 1n5242 tem uma tenso zener de 12 v e uma potencia mxima de 500mW.

a)qual a corrente mxima e minima. b)utilizando uma fonte de 10 v e uma carga de 1 k? no regulador de teno com o zen er acima , calcule Rs Max e Rs min 3-O diodo 1n5251 tem uma tenso zener de 22 v e uma potencia mxima de 500mW. a)qual a corrente mxima e minima. b)utilizando uma fonte de 30 v e uma carga de 3 k? no regulador de teno com o zen er acima , calcule Rs Max e Rs min DIODO EMISSOR DE LUZ (LED) Simbologia:

HYPERLINK "http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/5/50/%2B-_of_Led.svg" IN CLUDEPICTURE "http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/5/50/%2B-_of_L ed.svg/265px-%2B-_of_Led.svg.png" \* MERGEFORMATINET Num diodo polarizado diretamente, os eltrons livres atravessam a juno e combinam-se com as lacunas. medida que esses eltrons caem de um nvel mais alto de energia par a um mais baixo, eles irradiam energia. Nos diodos comuns essa energia dissipada na forma de calor. Mas no diodo emissor de luz (LED), a energia irradiada na fo rma de luz. Os diodos comuns so feitos de silcio, um material opaco que bloqueia a passagem da luz. Os LEDs so diferentes. Usando-se elementos como o glio, o arsnio e o fsforo, um fabricante pode produzir LEDs que irradiam luz vermelha, verde, amarela, azul, laranja ou infravermelha (invisvel). Os LEDs que produzem radiao visvel so teis em in trumentos, calculadoras, etc. Os LEDs infravermelhos encontram aplicao em sistemas de alarme contra roubo e outras reas que exijam radiao invisvel. Os LEDs tm uma queda de tenso tpica de 1,5 a 2,5V, para correntes entre 10 e 50mA. O brilho de um LED depende da corrente que circula pelo mesmo. Neste caso, a cor rente no LED dada por:

Exemplo : Deseja-se ligar um led a uma tenso contnua de 12 V. Sabendo-se que um le d modelo MCL442 opera com uma tenso de 2,0 V e uma corrente de 20 mA, qual o valo r de resistncia em srie com o led? Suponha que V= 25 V . Se R1= 1 k?, qual o valor da corrente no LED? O LED 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? FOTODIODO

Um fotododo consiste num dodo utilizado na deteo de luz ou na medio da sua intensidad . Eles possuem uma juno semicondutora, que tem a propriedade de variar a sua resistnc ia eltrica em funo da intensidade da luz (nmero de ftons) nela incidente. Na ausncia de luz, o fotododo conduz a corrente eltrica num nico sentido, apresentan do uma resistncia eltrica muito elevada no sentido oposto. Quando a luz incide na juno, a resistncia no sentido oposto ao fluxo normal cai abruptamente, o que permit e um fluxo de corrente nos dois sentidos. O aumento da corrente no sentido proib ido permite detetar a luz incidente e pode ser relacionado com a intensidade lum inosa que atinge a juno.

Neste circuito, a fonte polariza reversamente e o resistor em srie limita a corre nte reversa do fotodiodo. medida que a luz torna-se mais brilhante, a corrente r eversa aumenta. Exemplo de utilizao: Sensores Leitor tico Pendulo Contador Etc:

5- tenso alternada: At o presente momento trabalhamos com tenso alternada, uma tenso cujo valor e polar idade se modificam ao longo do tempo. Conforme o comportamento da tenso, temos os diferentes tipos de forma:Senoidal, quadrada, triangular,etc. Analisaremos a senoidal pois a que encontramos em residncias indstrias e etc. uma tenso que varia com o tempo de acordo com uma funo senoidal. SHAPE \* MERGEFORMAT VPP(em V) chamado de tenso de pico a pico,T(em s) o perodo da funo. O nmero de ciclos por segundo chamado de Freqncia. representada pela letra f e unida de em hertz [Hz]. O intervalo de tempo para que um ciclo se complete chamado de perodo e representa do pelo smbolo T expresso em segundos [s]. SHAPE \* MERGEFORMAT

Quando uma tenso senoidal ligada aos terminais de uma resistncia de carga, a corre nte tambm uma onda senoidal. SHAPE \* MERGEFORMAT Uma corrente ca varia ao longo de um ciclo completo em 1/100s. Qual o perodo e a freqncia? Se a corrente tiver um valor mximo de5A, mostre a forma de onda para a co rrente e em segundos. VRMS - "root mean square", raiz quadrtica mdia): o valor eficaz de uma tenso (e co rrente) alternada equivale ao valor de tenso (e corrente) contnua que provoque o m esmo aquecimento de um resistor.

Vrms=Vp/rais2 Valor mdio, corresponde mdia aritmtica de todos os valores numa onda senoidal, cons iderando um meio ciclo.

5.1 TRANSFORMADORES As companhias energticas fornecem uma tenso monofsica de 127 V rms ou 220Vrms depen dendo da regio, com uma freqncia de 60 Hz.

Como a tenso na linha muito alta para os dispositivos utilizados utilizamos os tr ansformadores para alterar as caractersticas de tenso e corrente.O transformador , um aparelho esttico que transporta energia eltrica, por induo eletromagntica, do en olamento primrio (entrada) para o enrolamento secundrio (sada).

A tenso induzida no enrolamento secundrio dada por:

5.1.1 Transformador elevador Se o numero de espiras do enrolamento secundrio tiver mais espiras que o enrolame nto primrio, a tenso induzida no secundrio maior que no primrio. Se N2/N1 for > 1 o transformador elevador.

5.1.2 Transformador abaixador Se o numero de espiras do enrolamento secundrio tiver menos espiras que o enrolam ento primrio, a tenso induzida no secundrio menor que no primrio. Se N2/N1 for < 1 o transformador elevador. Relao de transformao:

Exerccios: 1-Suponha que a tenso em uma tomada de alimentao seja de 120v rms. Qual deve ser a tenso de pico? Resp: Vp=Vrms/0,707 ( 170V. 2-Um transformador abaixador tem uma relao de 5:1. Se a tenso no primrio for de 120 V rms, qual ser a tenso no secundrio? Resp: V2=120V/5 ( 24V 3-Um transformador tem a seguinte caracterstica 220/110 V. Responda as seguintes questes: a) 0 transformador redutor ou elevador? b) Indique o valor da tenso no primrio e a do secundrio. c) Calcule a sua relao de transformao. R. 0.5 4. Suponha que o primrio do transformador anterior tinha 800 espiras. Qual ser o nmero de espiras do secundrio? R. 400 5. Considere um transformador de 100/300 V, com 300 espiras no enrolamento primrio. a) Indique as tenses no primrio e do secundrio b) Calcule a relao de transformao R.3 c) Calcule o nmero de espiras no secundrio R. 900 6. Ao aplicar-se 220 V a 500 espiras do primrio de um transformador, obteve-se no secundrio 150 V. Calcule: a) 0 nmero de espiras do secundrio R. 341 7. Ao aplicar 100 V a 200 espiras do primrio de um transformador obteve-se no secundrio 40 V. Calcule: a) 0 numero de espiras do secundrio. (R. 80) 8) Um transformador para lmpada dicrica reduz a tenso de 127 V para 12 V. Se houver 25 espiras no secundrio, qual o nmero de espiras no primrio e a relao de espiras? R. a= 0.094 N1 = 265. 5.2 RETIFICADOR DE MEIA ONDA. O diodo ter o seguinte comportamento,no semicrculo positivo da tenso no primrio, o e nrolamento secundrio tem um semicrculo tambm positivo em seus terminais polarizando assim o diodo diretamente,porem no semicrculo negativo o enrolamento secundrio te m tambm um semicrculo negativo polarizando o diodo reversamente. Exemplo:na figura acima , o transformador tem uma relao de espiras de 5:1 e a tenso no primrio : Vp1=120v/0,707 (170v A tenso de pico no secundrio Vp2 = 170/5 (34v. Podemos verificar a forma de onda de acordo com a figura abaixo: INCLUDEPICTURE "http://members.fortunecity.com/emersoneletronica/diodo2.gif" \* MERGEFORMATINET Perodo: A freqncia do sinal de meia onda igual a freqncia da linha que de 60 Hz, o perodo gual ao inverso da freqncia, ento: T=1/f = 1/60Hz = 16,7 ms. Valor mdio: Se ligssemos um voltmetro no resistor o mesmo indicaria a tenso de Vp/? pois o meia

onda. Vdc=0,318 Vp No exemplo: 0,318(34)(10,8 V Ex:Na Europa , um retificador de meia onda tem uma tenso de entrada de 240Vrms.Se o transformador abaixador tiver uma relao de espiras de 8:1, qual ser a tenso de pi co na carga? Vp1=Vrms/0.707 = 380 Vp2=Vp/8 = 42,5V 5.3 RETIFICADOR DE ONDA COMPLETA COM TOMADA CENTRAL. No retificador com tomada central o retificador superior retifica o semicrculo po sitivo da tenso do secundrio e o retificador inferior retifica o semicrculo negativ o da tenso do secundrio. A figura mostra um transformador com uma relao de espiras de 5:1.A tenso de pico no Primrio : Vp1=120/0,707 = 170V No secundrio Vp2=170/5 = 34 V Como a tomada central est aterrada , cada semicrculo do enrolamento secundrio tem u ma tenso senoidal com um valor de pico de apenas 17V. Valo mdio Se ligssemos um voltmetro no resistor o mesmo indicaria a tenso de 2Vp/? pois o mei a onda. Vdc=0,636 Vp. Vdc=0,636(17v)=10,8V Freqncia A freqncia do sinal de onda completa o dobro da freqncia de entrada porque o tempo d e um ciclo completo antes de se repetir cai pela metade. T1=1/f T1=1/60 =16,7ms A tenso retificada tem um perodo de T2=16,7/2 = 8,33ms. A freqncia da tenso na carga . F2=1/T2 F2=1/8,33ms=120Hz. A freqncia de sada duas vezes menor que a freqncia de entrada. fout= 2fin. Exercicio: Suponha que um retificador de onda completa tenha uma tenso de entrada de 240 V r ms com uma freqncia de 50Hz.Se o transformador abaixador abaixador tiver uma relao d

e espiras de 8:1, qual ser a tenso na carga? Qual a freqncia na sada?Qual o Vdc? 5.4 RETIFICADOR DE ONDA COMPLETA EM PONTE. Quando a tenso no secundrio for positiva no ponto A em relao ao ponto B a corrente passando pelo diodo D1 da ponte, pois, a corrente deve seguir o sentido da seta dos diodos. Depois a corrente passa pela carga RL, volta pelo terra para o termi nal negativo da ponte e encontra dois diodos com setas habilitando a corrente a circular, mas, a corrente vai para o potencial mais baixo que ponto B do transform ador via diodo D2, acorrente segue em direo ao terminal negativo.

Quando a tenso no secundrio for positiva no ponto B em relao ao ponto A a corrente passando pelo diodo D4 da ponte, pois, a corrente deve seguir o sentido da seta dos diodos. Depois a corrente passa pela carga RL, volta pelo terra para o termi nal negativo da ponte e encontra dois diodos com setas habilitando a corrente a circular, mas, a corrente vai para o potencial mais baixo que ponto A do transform ador via diodo D3, a corrente segue em direo ao terminal negativo. O nico valor que teremos alterao em relao ao retificador com tomada central ser a ten de pico que no ser dividida por dois e teremos que considerar tambm a queda de ten so de 2 diodos que Vp2=Vp-2(0,7). Exerccio: Suponha que um retificador em ponte tenha uma tenso de entrada de 240Vrms com uma freqncia de 50Hz.Se o transformador abaixador tiver uma relao de espiras de 8:1 , q ual ser a tenso na carga?E a freqncia ? E o perodo? 5.4.1 FILTRO COM CAPACITOR Um capacitor (ou condensador) um dispositivo eletro-eletrnico que serve para arma zenar energia eltrica no campo eltrico existente no seu interior. A capacidade de armazenamento chamada de capacitncia. Capacitncia expressa a habilidade de um dispositivo armazenar cargas eltricas. (A unidade SI de HYPERLINK "http://pt.wikipedia.org/wiki/Carga_el%C3%A9trica" \o "Carga eltrica" carga eltrica o coulomb, definido em termos da unidade de HYPERLINK "http://pt.wikipedia.org/wiki/Corrente_el%C3%A9trica" \o "Corrente eltrica" corre nte eltrica, o ampre. O coulomb (C) a quantidade de carga que passa por um HYPERLIN K "http://pt.wikipedia.org/wiki/Condutor" \o "Condutor" condutor, em um segundo, q uando a corrente de um ampre (1 A).) A unidade de capacitncia o Farad (F), dado pela relao Coulomb por Volt. Dizemos, en to, que um dispositivo tem a capacitncia de 1 Farad quando uma carga de 1 Coulomb armazenada fizer estabelecer um potencial eltrico de 1 Volt. As sub-unidades mais usuais so o microfarad (mF), o nanofarad (nF) e o picofarad (pF). Filtrando o sinal de meia onda Antes de ligarmos a alimentao, o capacitor est descarregado, a tenso de carga 0. Du rante o primeiro quarto de ciclo da tenso no secundrio,o diodo est diretamente pola rizado. Como o diodo conecta o enrolamento secundrio diretamente ao capacitor , e le carrega at o valor da tenso de pico Vp1. Aps o pico positivo, o diodo para de co nduzir , o que significa uma chave aberta. Porque o capacitor tem uma tenso Vp. C omo a tenso no secundrio ligeiramente menor que a Vp2, o diodo fica com polarizao re versa.com o diodo aberto , o capacitor descarrega por meio da resistncia de carga .a constante de tempo de descarga muito maior que o perodo t do sinal de entrada. Portanto o capacitor perder apenas uma parte de sua carga durante o tempo que o diodo estiver em corte. Quando a tenso da fonte atingir novamente seu valor de pico, o diodo conduzir brev emente e recarregar o capacitor at o valor da tenso de pico.

A tenso na carga agora uma tenso cc mais estvel ou quase constante.a nica diferena p ra uma tenso cc pura a pequena ondulao Ripple causada pela carga e descarga do capa citor.quanto menor a ondulao melhor.

Filtrando o sinal de onda completa Um outro modo de reduzir a ondulao pelo uso de um retificador de onda completa com tomada central ou em ponte;portanto,a frequencia de ondulao de 120Hz ao invez de 60 Hz. Neste caso o capacitor carregado 2 vezes e descarrega-se apenas metade do tempo. Como resultado a ondulao menor e a tenso cc na sada mais prxima da tenso de pico. Para calcular a tenso de ondulao aplicaremos a seguinte formula Vr=I/ fc Exemplo: Suponha que um retificador em ponte tenha uma corrente de carga de 10mA e uma capacitncia de filtro de 470uF.Qual a tenso de ondulao de pico a pico de um f iltro com capacitor? V=0,177V

Exerccios 1-se N2/N1 = 2 e a tenso no primrio de um transformador for 120 Vrms, qual ser a te nso no secundrio? 2-Um trnasformador tem uma relao de espiras de 4:1.Qual ser a tenso de pico no secun drio se 115Vrms for aplicado no enrolamento primrio. 3-queremos que um retificador em ponte tenha uma tenso de pico na carga de 40V. Q ual deve ser o valor aproximado da tenso Rms no secundrio? 4-se a freqncia da linha for de 60 Hz, a freqncia na sada de um retificador em ponte ser? 5-se a corrente em uma carga for de 5mA e a capacitncia do filtro for de 1000F,qua l ser a tenso de ondulao na sada do retificador em ponte?frequencia no primrio 62Hz 6-se a capacitncia de um filtro aumentar , a ondulao ir? 7-em um retificador de onda completa com tomada central a freqncia de 59Hz.Qual a freqncia na sada do retificador e qual o perodo? 8-voce est projetando um retificador em ponte com um capacitor de filtro.as espec ificaes so a tenso mdia na carga de 15v e uma tenso de ondulao de 1v para uma carga 80ohms.qual o valor da tenso rms no secundrio e primrio de a relao do trnasformador f or de 5:1. 9-Suponha que um retificador em ponte tenha uma corrente de carga de 20mA e uma capacitncia de filtro de 470uF.Qual a tenso de ondulao de pico a pico de um filtro c om capacitor? frequencia no primrio 50Hz 10-Suponha que um retificador em ponte tenha uma corrente de carga de 30mA e uma capacitncia de filtro de 220uF.Qual a tenso de ondulao de pico a pico de um filtro com capacitor? frequencia no primrio 40Hz 11-Calcule para os circuitos abaixo a tenso mdia na carga (resistor), perodo , freqnc ia e a corrente de pico Ip. Todas as tenses so tenses de pico. a) b) c)

d)

12-Desenhe a forma de onda do retificador abaixo, inclua os valores calculados.

6. TRANSISTOR 6.1-TRANSISTOR BIPOLAR O conceito bipolar vem do fato que esses transstores so formados pela juno de dois m ateriais tipo n com um material tipo p ou vice-versa, ou seja, o transstor um dis positivo semicondutor de trs camadas que consistem em duas camadas tipo n e uma t ipo p, ou duas tipo p e uma tipo n. O primeiro chamado de transstor npn e o segun do transstor pnp.

O cristal do centro recebe o nome levemente dopado e muito fino. Um r por emitir portadores de carga, tem o nome de coletor por receber SIMBOLOGIA: USO GERAL: Srie BC POTNCIA: Srie BD; Srie TIP RF: Srie BF

de base, pois comum aos outros dois cristais, cristal da extremidade recebe o nome de emisso fortemente dopado e finalmente o ltimo cristal os portadores de carga, tem uma dopagem mdia.

6.1.1 FUNCIONAMENTO DE TRANSISTORES BIPOLARES O transistor tem duas junes, uma entre o emissor a base, e outra entre a base e o coletor. Por causa disso, um transistor se assemelha a dois diodos. O diodo da e squerda comumente designado diodo emissor e o da direita de coletor.

6.1.2 O TRANSSTOR NO POLARIZADO :

A difuso dos eltrons livres atravs da juno produz duas camadas de depleo. Cada camad em aproximadamente uma barreira potencial de 0,7V (silcio) em 25C.

Com os diferentes nveis de dopagem de cada cristal, as camadas de depleo tem largur as diferentes. Tanto maior a largura quanto menor a dopagem. 6.1.3 POLARIZAO DO TRANSSTOR BIPOLAR Note que o diodo BE est polarizado diretamente, enquanto que o diodo BC est polari zado reversamente. Pois, mesmo que parea estranho a princpio, assim que um transsto r opera.

No instante em que a polarizao direta aplicada ao diodo emissor, os eltrons do emissor ainda no penetraram na regio da base. Se a tenso entre base e emissor (VBE) for maior que 0,7V, muitos eltrons do emissor penetram na regio da base. Estes elt rons na base podem retornar ao plo negativo da bateria Vb, ou atravessar a juno do coletor passando a regio do coletor. Os eltrons que a partir da base retornam a ba teria Vb so chamados de corrente de recombinao. Ela pequena porque a base pouco dop ada. Como a base muito fina, grande parte dos eltrons da base passam a juno base coletor . Esta juno, polarizada reversamente, dificulta a passagem dos portadores majoritrios do cristal de base (lacunas) para o coletor, mas no dos eltrons livres. Esses atravessam sem dificuldade a camada de depleo penetram na regio de coletor.L o s eltrons livres so atrados para o plo positivo da bateria Vc. Em suma, com a polarizao direta do diodo emissor, injetado uma alta corrente em direo a base. Na base uma pequena parcela da corrente, por recombinao, retorna ao plo negativo da bateria Vb e o restante da corrente flui para o coletor e da para o plo positivo da bateria Vc. OBS: Na maioria dos transstores, mais de 95 % dos eltrons que so injetados no emiss or fluem para o coletor e menos de 5 % conseguem preencher as lacunas da base e fluir para fora pelo terminal externo da base. 6.1.4 CORRENTES NO TRANSISTOR. Existem trs correntes diferentes em um transistor,a corrente no emissor Ie,a corr ente da base Ib e a corrente no cleto Ic. CONVENCIONAL REAL

A lei de correntes de Kirchhoff diz que a soma de todas as correntes num n igual a soma das que saem. IE = IC + IB A relao entre a corrente contnua de coletor e a corrente contnua de base chamada de ganho de corrente ?CC : Transistores de baixa potencia , o ganho de corrente tipicamente de 100 a 300. Em geral mais de 95% dos eltrons livres atingem o coletor, ou seja, a corrente de emissor praticamente igual a corrente de coletor. Exerccios: 1-Um transistor tem uma corrente de coletor de 10mA e uma corrente de base de 40A

.qual o ganho de corrente do transistor? 2-o transistor tem um ganho decorrente de 175.se a corrente da base for 0,1mA, q ual ser a corrente do coletor? 3-um transistor tem uma corrente do coletor de 2mA.se o ganho de corrente for de 135, qual ser a corrente na base? Teste de funcionamento de um transistor npn com um ohmmetro 1. Encosta-se a ponta de prova negativa na base do transistor 2. Encosta-se a ponta de prova positiva no coletor do transistor (O ohmmetro deve indicar resistncia alta.) 3. Muda-se a ponta de prova positiva para o emissor do transistor(O ohmmetro deve indicar resistncia alta.) 4. Inverte-se as pontas de provas, isto , encosta-se a positiva na base e repete os itens 2 e 3. As resistncias devem ser baixas. 6.1.5 MONTAGEM BSICA COM TRANSISTOR O lado negativo de cada fonte de tenso est conectado ao emissor. Neste caso denomi na-se o circuito como montado em emissor comum. Alm da montagem em emissor comum, existem a montagem em coletor comum e base comum, analisadas mais a frente. O c ircuito constitudo por duas malhas. A malha da esquerda que contm a tenso VBE e mal ha da direita com a tenso VCE

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\* MERGEFORMAT 44