Eletrônica Analógica: Comando Da Aeronáutica Escola De Especialistas De Aeronáutica

COMANDO DA AERONÁUTICA ESCOLA DE ESPECIALISTAS DE AERONÁUTICA

ENSINO INDIVIDUALIZADO

DISCIPLINA:

ELETRÔNICA APLICADA

MÓDULO 1

ELETRÔNICA ANALÓGICA

ELABORAÇÃO:

1S BCO LUÍS CARLOS RUFINO DE SOUZA 3S BCO FABIANO XAVIER FONTINATI CORRÊA

EEAR  -2004-

DOCUMENTO DE PROPRIEDADE DA EEAR  Todos os Direitos Reservados  Nos termos da legislação sobre direitos autorais, é proibida a reprodução total ou parcial deste documento, utilizando-se qualquer forma ou meio eletrônico ou mecânico, inclusive  processos xerográficos de fotocópias e de gravação - sem a permissão, expressa e por  escrito, da Escola de Especialistas Especialistas de Aeronáutica - Guaratinguetá, Guaratinguetá, São Paulo.

Guaratinguetá – São Paulo 2004 2

SUMÁRIO Texto I – Análise de Circuitos Circuitos ................................................ ........................................................................ ............................................ .................... 6 Exercícios do texto I .............................................. ...................................................................... ................................................ .................................... ............ 15 Gabarito do texto I ................................................ ........................................................................ ................................................ .................................... ............ 16 Texto II – Decibel............................................................... Decibel...................................................................................... ............................................... .......................... 17 Exercícios do Texto II......................................................... II................................................................................. ............................................... ....................... 22 Gabarito do Texto II...................................................... II............................................................................. .............................................. ............................. ...... 23 Texto III – Dispositivos Semicondutores Semicondutores...................... ............................................. ............................................... ............................ .... 24 Exercícios do Texto III ............................................... ....................................................................... ................................................ ............................... ....... 30 Gabarito do Texto III..................... III ............................................. ............................................... ............................................... .................................... ............ 31 Texto IV – Diodos ............................................ ................................................................... .............................................. ........................................... .................... 32 Exercícios do Texto IV IV ............................................... ....................................................................... ................................................ ............................... ....... 41 Gabarito do Texto Texto IV ............................................. ..................................................................... ................................................ ................................... ........... 42 Texto V – Circuitos a Diodo.............................................. Diodo..................................................................... .............................................. ........................... 43 Exercícios do Texto V .............................................. ...................................................................... ............................................... .................................. ........... 56 Gabarito do Texto V............................................................... V....................................................................................... ........................................... ................... 57 Texto VI – Transistores Transistores de Junção Junção ............................................... ...................................................................... ................................... ............ 58 Exercícios Texto VI ........................................... .................................................................. .............................................. ......................................... .................. 69 Gabarito do Texto VI ............................................ ................................................................... .............................................. ..................................... .............. 70 Texto VII – Amplificadores Lineares .............................................. ..................................................................... ................................ ......... 71 Exercícios do texto VII .............................................. ..................................................................... .............................................. ................................. .......... 88 Gabarito do Texto VII............................................................. VII.................................................................................... .......................................... ................... 89 Texto VIII – Osciladores Osciladores e Multivibradores Multivibradores ............................................. ................................................................... ...................... 90 Exercícios do Texto VIII ............................................. ..................................................................... ............................................... ............................ ..... 102 Gabarito do Texto VIII...................... VIII .............................................. ................................................ ................................................ ............................. ..... 103 Texto IX – Noções de Circuitos Integrados............................................... Integrados................................................................... .................... 104 Exercícios do texto IX............................................................. IX..................................................................................... ......................................... ................. 110 Gabarito do Texto Texto IX ............................................. ..................................................................... ................................................ ................................. ......... 111 Texto X – Ampliadores Operacionais............................................................ Operacionais............................................................................ ................ 112 Exercícios do texto X..................... X ............................................. ................................................ ................................................ .................................. .......... 124 Gabarito do Texto X............................................................... X....................................................................................... ......................................... ................. 125 Texto XI – Dispositivos Especiais...................... Especiais ............................................. .............................................. ...................................... ............... 126 Exercícios do Texto Texto XI .............................................. ..................................................................... .............................................. ............................... ........ 148 Gabarito do Texto XI ............................................ ................................................................... .............................................. ................................... ............ 149 Auto-Avaliação.............................. Auto-Avaliação..................................................... .............................................. .............................................. ..................................... .............. 150 Gabarito da Auto-Avaliação................................................................. Auto-Avaliação......................................................................................... ............................ 153 Conclusão .............................................. ..................................................................... .............................................. .............................................. ............................. ...... 154 Bibliografia...................................................... Bibliografia............................... .............................................. .............................................. .......................................... ................... 155

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Introdução A evolução rápida da eletrônica, nas últimas décadas do século XX, em especial da eletrônica analógica, vem ampliando os horizontes dos meios de telecomunicação, de tal maneira que nossos pais e avós jamais poderiam imaginar  em suas juventudes. Você já imaginou, alguma vez, que um sinal de áudio pudesse ser codificado em forma de "piscadas" de um diodo LED e captado, um pouco além, por um simples fototransistor, amplificado e levado até um fone de ouvido? Esse tipo de comunicação, já é utilizado em sistemas profissionais, onde são empregados LEDs de infravermelho, fibras óticas, etc. Bem, tudo isso pode parecer estranho para quem nunca ouviu falar de LED, fototransistor, fibra ótica, etc. Não se preocupe, pois este módulo trará todo o conhecimento necessário para que você assimile esses conceitos. Aqui, você terá a oportunidade de conhecer os conceitos básicos da eletrônica analógica, assunto este absolutamente necessário para o especialista em comunicações. Lembre-se que a finalidade da presente disciplina não é torná-lo apto a realizar manutenções em equipamentos, e sim, introduzi-lo no fantástico mundo da eletrônica, a fim de que você possa aplicar tais conhecimentos em assuntos que envolvam noções de rádio-transrecepção, detecção, etc. Tenha absoluta certeza de que os conceitos aqui abordados serão de suma importância no desempenho de suas atividades profissionais. Começaremos abordando a Análise de Circuitos, em seguida   passaremos para os Dispositivos Semicondutores e finalizaremos, o presente módulo, abrangendo os Dispositivos Especiais. Elabore uma metodologia de estudo, para você seguir de maneira lógica e seqüencial os assuntos propostos e possa obter um estudo mais proveitoso e satisfatório. Respire fundo e vamos iniciar o nosso estudo!

BOA

SORTE !

4

Roteiro

I – TEMA :

ELETRÔNICA ANALÓGICA

II – Tudo o que se faz tem um objetivo. Portanto, após realizar as atividades  propostas por este Módulo, você estará apto a:

1 – identificar os princípios básicos da eletrônica em estado sólido (Cp); 2 -identificar os princípios básicos de funcionamento dos circuitos eletrônicos analógicos (Cp); 3 – identificar os princípios básicos dos dispositivos semicondutores na eletrônica analógica (Cp);e 4 – descrever o funcionamento eletrônicos. (Cn).

dos semicondutores nos circuitos

As letras “ Cp “ e “ Cn “ que aparecem no final de cada objetivo da disciplina significam que os mesmos deverão ser atingidos a nível de compreensão e conhecimento, respectivamente.

I I I – ATIVIDADE DE ENSINO : Para que você tenha um bom desempenho durante o curso e alcance os resultados desejados, após a leitura de cada texto, você deverá realizar os exercício propostos. Sempre leia o texto e refaça os exercícios propostos para fixar bem a matéria estudada. IV – AUTO-AVALIAÇÃO : Após realizá-la, você terá uma noção do grau de conhecimento adquirido. Para isso, dê o máximo de atenção à matéria e procure acertar todos os exercícios de avaliação. Caso isso não aconteça, reestude os textos.

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Texto I – Análise de Circuitos   Nesta atividade de ensino você lerá textos e resolverá exercícios que lhe  permitirão atingir os seguintes objetivos:

 

Empregar a 1ª e 2ª leis de Kirchhoff (Ap) e; Empregar circuito de Thevenin, Norton e Superposição (Ap).

LEIS DE KIRCHHOFF Um circuito como o da figura 1, possui mais do que um caminho fechado e é uma rede elétrica. A e B são os pontos de encontro de três fios condutores e são chamados nós de rede. Um ramo é o trecho de circuito entre dois nós consecutivos.

Fig. 1 - Esquema de uma rede elétrica com dois nós e três ramos.

A figura 2 apresenta os três ramos da rede indicada anteriormente, com as respectivas correntes.

Fig. 2 - Os três ramos da rede.

Malha de uma rede é qualquer caminho fechado. A figura 3 indica as três malhas da rede da figura 1.

Fig. 3 – As três malhas da rede.

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As redes elétricas são resolvidas mediante duas leis, chamadas Leis de Kirchhoff.

1ª LEI DE KIRCHHOFF: LEI DOS NÓS A soma das correntes que chegam num nó é igual a soma das correntes que saem do mesmo nó. Exemplos: Determine a intensidade e o sentido da corrente elétrica no fio condutor OZ,  para as seguintes figuras:

Solução Será aplicada a lei dos nós em cada caso:

a) Corrente que chega em O:5A, e a que sai : 7A . Então, no fio OZ, a corrente será: I1= 7-5 = 2A e no sentido de Z para O , ou seja chegando ao nó O.   b) Saindo:12A – chegando: 8A :. I2= 12 – 8 = 4A , chegando ao nó O. c) Saindo: 3 + 4 = 7A – Chegando: zero :. 7A chegando em O, pelo fio OZ:. I3 = 7A.

d) Chegando: 4 + 2 = 6A no ponto O, logo 6A saem de O pelo fio OZ, ou seja: I4 = 6A .

2ª LEI DE KIRCHHOFF: LEI DAS MALHAS (Lei de Kirchhoff para Tensão - LKT) Quando se percorre uma malha completa, a soma algébrica de todas as forças eletromotrizes, contra-eletromotrizes e produtos R x i encontrados na malha é zero.

∑ E + ∑ (R . i) = 0 7

 Nessa soma, cada parcela tem seu sinal determinado da seguinte maneira: 1.º) Adote arbitrariamente um sentido de percurso

para percorrer a malha

2.º) O sinal de cada "E" é dado conforme α atravesse, no sentido positivo para o negativo ou do negativo para o positivo, o gerador ou receptor ideal: Se α entra em E pelo pólo + , escreve-se "+" E. Se α entra em E pelo pólo escreve-se "-" E.

- ,

3.º) O sinal de cada R .i é dado comparando os sentidos de α com i: Se α e i são concordantes, escreve-se + R .i .

Se

α

e i são discordantes, escreve-se  – R .i.

Exemplo:

Para a malha indicada, determine E

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Solução: A 2.º lei de Kirchhoff é: ∑ E + ∑ (R  . i) = 0 Será adotado arbitrariamente o sentido horário para percorrer a malha:

Sinal de E: positivo

Sinal do produto 3.5:positivo

Sinal do produto 2.10: negativo

Lei das malhas: E + 3x5 – 2x10 = 0 :. E = 5V Resposta: 5V

O TEOREMA DE THEVENIN O teorema de Thevenin consiste num método usado para transformar  um circuito complexo num circuito simples equivalente. O teorema de Thevenin afirma que qualquer rede linear de fontes de tensão e resistências, se considerarmos dois pontos quaisquer da rede, pode ser substituída por uma resistência equivalente R Th em série com uma fonte equivalente V Th. Exemplo: Calcule o equivalente Thevenin ao circuito nos terminais a e b .

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Figura 4

1º Passo  – Calcule R Th. Faça um curto-circuito na fonte de tensão V = 10 V. R 1 e R 2 estão em paralelo. R Th = R 1 R 2 = 4(6) = 20 = 2,4 Ω R 1 + R 2 4 + 6 10

Curto-circuito

2º Passo  – Calcule VTh. VTh é atensão através dos terminais a e b, que tem o mesmo valor da queda de tensão através da resistência R 2. I=

V 10 10 = = = 1A R 1 + R 2 4 + 6 10

VTh = IR 2

VTh = 1(6) = 6 V

O equivalente Thevenin (Fonte de Tensão) está representado na figura abaixo.

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O TEOREMA DE NORTON O teorema de Norton está estreitamente relacionado com o teorema de Thevenin. Dado um circuito de Thevenin, o teorema de Norton diz que você pode substituí-lo pelo circuito equivalente da figura 5b . O circuito de Norton tem uma fonte de corrente ideal em paralelo com a resistência da fonte. Observe que a fonte de corrente produz um valor fixo de corrente igual a

i N  =

V TH   R TH 

Observe também que a resistência de Norton tem o mesmo valor da resistência de Thevenin:

R  N = R TH A corrente de Norton é às vezes chamada corrente de carga em curto-circuito ,   porque ela é igual à corrente que circularia se a resistência de carga fosse zero. Podemos nos lembrar facilmente da resistência de Norton porque ela é igual a resistência de Thevenin. Por exemplo, se a resistência de Thevenin for de 2 K  Ω, a resistência de Norton será de 2 K Ω. A única diferença é que a resistência de Norton aparece em paralelo com a fonte de corrente, enquanto a resistência de Thevenin aparece em série com a fonte da tensão.

Figura 5 - (a) Circuito de Thevenin; (b) Circuito de Norton.

Exemplo: A figura 6a (abaixo) mostra um circuito de Thevenin. Converta-o para um circuito de Norton.

Figura 6 – Derivação do circuito de Norton a partir do circuito de Thevenin.

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Solução Primeiro, curte-circuite os terminais de carga, conforme mostrado na figura 6b , e calcule a corrente de carga, que é:

i N =

10V = 5mA 2K Ω

Essa corrente de carga curto-circuitada é igual à corrente de Norton. A resistência de Norton é igual a resistência de Thevenin:

R N = 2 K Ω Segundo , desenhe o circuito de Norton da figura 6c. A corrente de Norton é igual à corrente de carga curto-circuitada ( 5mA ) e a resistência de Norton é igual a resistência de Thevenin (2 K Ω).

TEOREMA DE SUPERPOSIÇÃO 1 – Enunciado O teorema da superposição estabelece que “ em qualquer rede contendo uma ou mais fontes de tensão (e/ou corrente), a corrente em qualquer elemento do circuito é a soma algébrica das correntes que seriam causadas por cada fonte individualmente, estando as demais substituídas por suas respectivas resistências internas” .

2 - Aplicação Para ilustrar a aplicação do teorema vamos analisar o circuito da figura abaixo, onde desejamos encontrar o valor e o sentido das correntes em R 1, R 2 e R 3.

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E1 e substituiremos E2 por um curto

a) – Primeiramente usaremos (consideraremos E2 com R.i = 0) :

R T = 6 + 3 = 9 Ω ET = E1 = 4V

IT = I1 = 0,444 A

b) - Agora usaremos E 2 (consideraremos E 1 com R.i = 0) :

e

substituiremos

R T = 6 + 3 = 9 Ω ET = E2 = 6V

IT = I2 = 0,666 A

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E 1 por um curto

As correntes no circuito ficam assim distribuídas :

Em R 1 obteremos 0,444A e 0,333 A, ambos no mesmo sentido, ou seja de F para A, logo o resultado final é de 0,777A de F para A; Em R 2 obtemos 0,333A de E para B e 0,222A de B para E, logo o resultado final é de 0,111A no sentido de E para B; Em R 3 obtemos 0,222A e 0,666A no mesmo sentido, ou seja de C para D, logo a resultante será de 0,888A. O resultado final será mostrado na figura abaixo.

Verificação:

IR 3 = IR 1 + IR 2

0,888A = 0,777A + 0,111A . Com isso encerramos o primeiro texto deste módulo. Espero que você tenha entendido a matéria. Confirme isso resolvendo os exercícios propostos.

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Exercícios do texto I 1 – A soma das correntes que chegam num nó é igual a soma das correntes que saem do mesmo nó. Esta lei se refere a: a) 2ª lei de Kirchhoff   b) Teorema de Thevenin

c) 1ª lei de Kirchhoff  d) Teorema de Norton

2 – Determine a intensidade e o sentido da corrente elétrica no fio condutor  OZ, para a figura abaixo: O 8A 2A X

Y

I3 Z

3 –Determine E na figura abaixo:

7A

4Ω 3Ω 12A

4 - O teorema ______________ estabelece que em qualquer rede contendo uma ou mais fontes de tensão (e ou corrente), a corrente em qualquer elemento do circuito é a soma algébrica das correntes que seriam causadas por cada fonte individualmente, estando as demais substituídas por suas respectivas resistências internas. a)de Norton   b)da Superposição

c) deThevenin d)de Kirchhoff 

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Gabarito do texto I 1- C 2 – I3 = 10 A 3 – 8V 4-B

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Texto II – Decibel   Nesta atividade de ensino você lerá textos e resolverá exercícios que lhe permitirão atingir os seguintes objetivos: 

Identificar o conceito de Decibel (Cn);



Calcular ganho ou perda de um amplificador em db (Ap)



Identificar os níveis de referência para esboçar as relações entre dbm, db e dbw (Cn);



Identificar as relações de tensão e corrente (Cn) e



Identificar a medida de potência em dbm (Cn)

DECIBEL Muitos fabricantes de equipamentos eletrônicos utilizam um sistema conhecido como notação em decibel para descrever algumas especificações e capacidades de seus equipamentos. A noção de decibéis é imprescindível àqueles que trabalham no campo das telecomunicações e eletrônica. O conceito de decibel (dB), uma unidade usada principalmente no tratamento de equipamento de som, é resultado do fato de que a potência e níveis de áudio são relacionados em base logarítmica. Isto é, um aumento no nível de potência, digamos de 4  para 16 W, não resulta em um aumento no nível de áudio por fator de 16/4 = 4. O aumento será   por um fator de 2, resultado da potência associada ao número 4; 42 = 16. Em termos logarítmicos, a relação pode ser escrita por log 4 16 = 2. A resposta do ouvido humano aos estímulos sonoros é logarítmica, isto é, um aumento na intensidade de 10 para 100 não produz o mesmo aumento aparente de 1 para 10. Se, por  exemplo, dobramos a potência de um amplificador, nosso ouvido não sentirá que a intensidade sonora foi dobrada. “Bel” é o logarítmico na base 10 da relação entre a potência de saída e a  potência de entrada de um dispositivo.

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1 Bel= log (P2/P1), onde: P2= potência de saída P1= potência de entrada

Como bel é uma unidade grande, utilizamos o submúltiplo decibel. A equivalência entre Bel e decibel é dada pela fórmula abaixo:

1 Bel = log (P2/P1) = 10 log (P2/P1) dB

Veremos alguns exemplos aplicativos do uso do decibel. 1 - Um amplificador de áudio requer 15mW de potência para excitá-lo na entrada. A saída do amplificador é de 180mW. Qual é o ganho em dB? Solução: P1= 15mW - P2= 180mW - G(dB) = ? G (dB) = 10 log (P2/P1) = 10 log 180/15 logo; G (dB) = 10 log 12 = 10 . 1,0792 = 10,79 G (dB) = 10,79 2 – Um dispositivo é excitado com 10 mW na entrada e a saída apresenta 1 mW. Qual o ganho, em dB, desse dispositivo?

Solução : P1 = 10 mW P2 = 1mW G (dB) = ? G (dB) = 10 log (P2/P1) = 10 log (1/10) G (dB) = 10 log 10 -1 = -10 log 10 = -10 . 1 = - 10 G (dB) = - 10 (perda) 18

Observe que neste caso o dispositivo apresenta um ganho de -10 dB ou uma  perda de 10 dB. Logo, podemos concluir  que o dispositivo é um atenuador.

Você poderá determinar a relação entre as potências de saída e de entrada de um dispositivo, conhecendo apenas o seu ganho em dB. Veja o exemplo: Um dispositivo tem um ganho de 30 dB. Qual é a relação entre as potências de saída e de entrada? Solução : G (dB) = 10 log (P2/P1) 30 dB = 10 log (P2/P1) 3 dB = log (P2/P1) P2/P1 = 103 = 1000 P2/P1 = 1000 Por último , você conhecendo os ganhos ou perdas de vários estágios de um dispositivo,  poderá calcular o ganho ou perda total desse dispositivo, em dB, somando algebricamente os ganhos e perdas parciais de cada estágio. Veja o exemplo: Um microfone é conectado a um pré-amplificador, cujo o ganho é de 45 dB. Após o  pré-amplificador, é conectado um atenuador de 10 dB e este é ligado a um amplificador final cujo ganho é de 50 dB. Qual é o ganho ou perda total?

Solução: G (dB) = 45 - 10 + 50 = 85 dB 19

As especificações de equipamentos eletrônicos de comunicações (amplificadores, microfones etc.) são normalmente dadas em decibéis. Para uma potência especificada de saída P2 , deve haver um nível de potência de referência P ref  . O nível de referência normalmente considerado é de 1mW, embora se aplique 6 mW como padrão. A resistência associada com o nível 1 mW é 600 Ω, que é o valor da impedância característica das linhas de transmissão de áudio. Quando o nível 1 mW é empregado como nível de referência, o símbolo de decibel é dBm. A fórmula geral é:   N (dB) = 10 log (P/Pref) onde:  N (dB) = nível em dB. P = potência conhecida. Pref = potência de referência Valores de potência de referência:

OBSERVAÇÃO: Conforme o valor da potência de referência, N pode ser expresso em dBm, dB ou dBW. Pref = 1 mW, o nível de P será dado em dBm. Pref = 6 mW, o nível de P será dado em dB. Pref = 1 W , o nível de P será dado em dBW Veremos alguns aplicativos utilizando os níveis de referência.

1 - Quanto vale 2 mW em dBm? Solução:  N (dBm = 10 log (P/Pref) – como é para dBm a Pref é de 1 mW  N (dBm) = 10 log (2mW/1mW) = 10 log 2 = 3 dBm

2 – Expresse a potência de 1mw em dBm. Solução:  N (dBm) = 10 log (P/Pref) – como é para dBm a Pref é de 1 mW  N (dBm) = 10 log (1mW/1mW) = 10 log 1 = 0 dBm 20

3 – Dê o valor de 6mW em dB. Solução:  N (dB) = 10 log (P/Pref) – como é para dB a Pref é de 6 mW  N (dB) = 10 log (6mW/6mW) = 10 log 1 = 0 dB

4 – Expresse 2W em dBW

5 – Expresse 1W em dBW . Solução:  N (dBW) = 10 log (P/Pref) – como é para dBW a Pref é de 1W  N (dBW) = 10 log (1W/1W) = 10 log 1 = 0 dBW. Podemos também calcular o ganho em decibel em função da tensão ou da corrente. É facil! Lembre-se: P = R . I 2 = E2 / R  Para haver a máxima transferência de potência em um determinado dispositivo, é necessário que as resistências de saída (R 2) e de entrada (R 1) sejam iguais. Portanto, para determinar o ganho em decibel, em função da tensão ou da corrente, você usará uma das seguintes equações: G(dB)= 10 log P2/P1 = 10 log R2.I 22 / R1.I12 = 10 log I 22 / I12 = 20 log (I2 / I1) ou G(dB)= 10 log P2/P1 = 10 log (E 2)2/R 2 : (E1)2/R 1= 10 log E 22/R 2 : R 1/E12 = 10 log (E2/E1)2 = 20 log (E2/E1)

Caro amigo(a), terminamos o texto com a certeza de que você tenha percebido a importância dos decibéis para as telecomunicações, entretanto vale a pena assimilar os conceitos relacionados a decibéis para então fazer os exercícios do texto II. Vamos a luta! 21

Exercícios do Texto II 1 – É o logaritmo na base 10 da relação _______________ entre a _____________  de um dispositivo. (a) Potência de saída, potência de entrada. (b) Potência de entrada, potência de saída. (c) Resistência de entrada, resistência de saída. (d) Resistência de saída, resistência de entrada. 2 – O valor de 6mW em dB é? (a) 3dB (b) 0dB (c) 2dB (d) 1dB

3 - dBm é o decibel relativo a : (a) 1 W (b) 6 W (c) 1 mW (d) 6 mW 4 - O valor de 2 W em dBW é: (a) 0 (b) 1 (c) 2 (d) 3 5 - O valor de 1 W em dBW é: (a) 0 (b) 1 (c) 2 (d) 3

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Gabarito do Texto II

1–A

2–B

3–C

4–D

5–A

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Texto III – Dispositivos Semicondutores  Nesta atividade de ensino, você lerá textos e resolverá os exercícios que lhe permitirão atingir os seguintes objetivos: - Identificar a estrutura atômica dos semicondutores (Cn) ; - Identificar elétrons de valência e banda de energia do átomo (Cn); - Identificar cristais semicondutores intrínsecos e extrínsecos (Cn); - Diferenciar as características dos semicondutores tipo P e N (Cp); - Identificar portadores de cargas majoritários e minoritários (Cn). Para entender como os diodos, transistores e circuitos integrados funcionam, você   precisará estudar os semicondutores: materiais que não são condutores nem isolantes. São elementos básicos de qualquer equipamento eletrônico, destinados principalmente à produção de sinais de radiofreqüência e de telecomunicações digitais.   Neste texto, mostraremos a estrutura atômica e principais características de um semicondutor. Fique atento as explicações!

SEMICONDUTORES Um semicondutor é um elemento de valência quatro. Isso significa que um átomo isolado desse material possui quatro elétrons na sua órbita mais externa ou órbita de valência. O número de elétrons na órbita de valência é a chave para a condutibilidade. Os melhores condutores possuem apenas um elétron de valência, semicondutores possuem quatro elétrons de valência e isolantes, oito elétrons de valência. O que seria órbita de valência? É a órbita que controla as propriedades elétricas do átomo. Para enfatizar a importância da órbita externa(valência), veremos a estrutura atômica dos átomos de Cobre(condutor) e Germânio(semicondutor).

COBRE 29+ 29-

GERMÂNIO +32 -32

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A parte central de um átomo (núcleo + órbitas internas) de Cobre tem uma carga líquida igual a + 1, ele contém 29 prótons e 28 elétrons internos. Como o elétron de valência está numa órbita muito grande em torno da parte central e com uma carga líquida de apenas +1, a atração  pelo elétron externo é muito pequena. Em razão dessa pequena atração, o elétron externo é as vezes chamado elétron livre. A idéia que você deve ter sempre em mente sobre um átomo de Cobre é: como o elétron de valência é levemente atraído pela parte central (núcleo). Uma força externa pode facilmente deslocar esse elétron livre do átomo. Por isso, o átomo de Cobre é um bom condutor. A menor tensão pode fazer com que o elétron livre num fio de cobre circule de um átomo para outro. Os melhores condutores(prata , cobre e ouro) possuem um simples elétron de valência. O átomo de Germânio é um exemplo de um semicondutor. Como observamos ,o átomo de Germânio possui quatro elétrons na órbita externa (valência), característica de um semicondutor. O átomo de Germânio possui carga líquida + 4. Sua atração com a parte central (núcleo) é maior e, por isso, é chamado semicondutor. Outro material semicondutor é o Silício. É o mais usado como semicondutor. Seu átomo isolado possui 14 prótons e 14 elétrons e possui carga líquida +4 conforme figura abaixo.

SILÍCIO +14 -14

CRISTAIS Sabemos que os átomos, ao se combinarem, formam redes estruturais, cujos formatos  podem ser amorfos ou cristalinos. - Amorfos : Quando a estrutura não tem forma definida. Ex : borracha , plásticos, gases, líquidos ,etc. - Cristalinos : Quando a estrutura é bem definida(sempre em forma de cristais, dos mais variados tamanhos). Ex: diamante , germânio, silício, cobre, etc. Quando átomos de Silício se combinam para formar um sólido, eles são arranjados segundo um padrão ordenado chamado cristal. Cada átomo de silício compartilha seu elétron aos outros átomos de Silício, assim a órbita de valência fica com oito elétrons formando o cristal e tornando-o quimicamente estável.

CRISTAL DE SILÍCIO

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Cada átomo vizinho compartilha um elétron com o átomo central. Desse modo, todos os átomos centrais contribuem para que haja quatro elétrons adicionais dando um total de oito elétrons na sua órbita de valência. Na verdade, os elétrons não pertencem mais um átomo isolado; eles são agora compartilhados pelo átomos adjacentes. Cada elétron compartilhado está sendo puxado em sentidos opostos, o elétron é uma ligação entre as partes centrais opostas. Esse tipo de ligação química é conhecido como ligação covalente. Num cristal de silício, existem bilhões de átomos de silício, cada um com oito elétrons de valência. Esses elétrons de valência são as ligações covalentes que mantém os átomos de cristal unidos, formando sólido. Cada átomo de um cristal de Silício tem oito elétrons em sua órbita de valência. Esses oito elétrons produzem uma estabilidade química que resulta num pedaço de material sólido. Existem equações matemáticas avançadas que explicam parcialmente por que oito elétrons  produzem estabilidade química em diferentes materiais, mas nenhuma sabe na verdade por que o número oito é tão especial. A órbita de valência não pode sustentar mais de oito elétrons. Além disso , os oito elétrons de valência são chamados elétrons de ligação, porque estão fixos pelos átomos. Por  causa desses elétrons de ligação , um cristal de Silício é um isolante quase perfeito na temperatura ambiente (aproximadamente 25ºC). A energia térmica do ar ( de -273º C a aproximadamente 25º C) faz os átomos do cristal de silício vibrarem num vaivém, dentro do cristal. Quanto mais alta a temperatura, dentro da faixa especificada acima, mais fortes são as vibrações desses átomos. As vibrações dos átomos de silício podem, ocasionalmente , deslocar um elétron da órbita de valência. Quando isso ocorre, o elétron liberado ganha energia suficiente para deslocar para outra órbita maior, conforme mostra a figura abaixo;

CRISTAL DE SILÍCIO

 Nessa órbita maior, ele se torna um elétron livre. Além disso , a saída do elétron deixa um vazio na órbita de valência que é chamado lacuna. Essa lacuna se comporta como uma carga positiva, porque ela pode atrair e manter capturado qualquer elétron nas proximidades.  Num cristal de Silício puro, são criados iguais números de lacunas e de elétrons livres   pela energia térmica. Os elétrons livres se movem randomicamente através do cristal. Ocasionalmente, um elétron livre se aproxima de uma lacuna, é atraído e capturado. Essa união de um elétron livre com uma lacuna é chamada recombinação. O tempo entre a geração de um elétron livre e seu desaparecimento é chamado tempo de vida. Ele varia de alguns nanossegundos até vários microssegundos, dependendo da  perfeição do cristal e de outros fatores. 26

SEMICONDUTORES INTRÍNSECOS Um semicondutor intrínseco é um semicondutor puro. Um cristal de silício será um semicondutor intrínseco se todos os átomos do cristal forem de silício. Na temperatura ambiente, um cristal de silício se comporta como um isolante aproximadamente, porque ele tem apenas alguns elétrons e lacunas produzidos pela energia térmica. A figura abaixo mostra um cristal de Silício entre placas metálicas carregadas,  positivas e negativas. Suponha que uma energia térmica tenha gerado um elétron livre e uma lacuna. O elétron livre está numa órbita maior à direita do cristal. Devido a carga negativa da  placa, o elétron livre será repelido para a esquerda. Esse elétron livre pode mover-se de uma órbita para a próxima até alcançar a placa positiva. Elétron Livre

NOTA:  

O movimento do elétron livre tem o sentido oposto ao da lacuna; Todo movimento de elétron produz uma lacuna.

SEMICONDUTORES EXTRÍNSECOS O semicondutor extrínseco é um semicondutor impuro. Um semicondutor é impuro adicionando impurezas aos átomos de um cristal intrínseco para alterar sua condutibilidade elétrica. O processo de formar um cristal extrínseco se chama dopagem. Um semicondutor  dopado é chamado semicondutor  extrínseco. Através da dopagem podemos aumentar o número de elétrons ou o número de lacunas de um semicondutor. A dopagem pode ser feita adicionando átomos pentavalentes (cinco elétrons na órbita de valência) ou átomos trivalentes(três elétrons na órbita de valência) ao cristal de silício. 27

(a) Átomos Pentavalentes (doador): Antimônio e Fósforo. (b) Átomos Trivalentes: (receptor): Alumínio, Boro e Gálio.

TIPOS DE SEMICONDUTORES EXTRINSECOS Um semicondutor pode ser dopado para ter um excesso de elétrons livres ou um excesso de lacunas. Por isso , existem dois tipos de semicondutores .

a) Semicondutor Tipo n: Número de elétrons livres maior que o número de lacuna. Os elétrons livres são chamados de portadores majoritários e as lacunas portadores minoritários. Usa dopagem com átomos pentavalentes.

Cada círculo com sinal positivo representa um átomo pentavalente e cada sinal negativo representa um elétron que esse átomo produziu.

b) Semicondutor Tipo p: número de lacunas maior que o número de elétrons livres. As lacunas são chamadas de portadores majoritários e os elétrons livres são chamados de  portadores minoritários. Usa dopagem com átomos trivalentes.

Cada círculo com sinal negativo representa um átomo trivalente e cada sinal positivo representa uma lacuna. 28

NÍVEIS DE ENERGIA Podemos identificar a energia total de um elétron pelas dimensões de sua órbita. Elétrons em órbitas menores estão nos primeiros níveis de energia e nas maiores estão em segundos níveis de energia e assim sucessivamente. Como o elétron é atraído pelo núcleo , é necessária uma energia extra para o elétron ser levado para uma órbita maior. Quando um elétron sai da sua primeira ou segunda órbita, ele ganha energia potencial em relação ao núcleo. Após um elétron ser levado para uma órbita maior, ele pode voltar para seu nível de energia original. Quando isso ocorre o , o elétron devolve sua energia extra em forma de calor, luz ou outro tipo de radiação. Um exemplo prático de níveis de energia é o diodo emissor de luz (LED). A tensão aplicada leva os elétrons aos níveis mais altos de energia. Quando eles voltam para seus níveis originais , devolvem a energia em forma de luz. Dependendo do material utilizado, a luz pode ser vermelha, verde, laranja, azul etc. As formas de energia externas capazes de levar elétrons para uma órbita maior são calor, luz e tensão.

BANDAS DE ENERGIA A figura abaixo representa os níveis de energia de um semicondutor intrínseco(feito de um só material). Dois elétrons num cristal não podem ter exatamente os mesmos níveis de energia. Por isso , todos os elétrons da primeira órbita têm níveis de energia ligeiramente diferentes. É por isso que o primeiro nível de energia da figura é mostrado como uma banda de níveis de energia em vez de uma reta horizontal. De modo similar , os elétrons da Segunda órbita ficam dentro da segunda banda e os elétrons de valência, na banda de valência.  Na temperatura -273ºC (temperatura zero absoluto), todos os elétrons de valência estão firmemente presos à banda de energia de valência. Mas na temperatura ambiente, a energia térmica pode ocasionalmente levar um elétron de valência para banda de condução, conforme mostrado na figura; BANDA DE CONDUÇÃO

25ºC - 273ºC

BANDA DE VALÊNCIA 2ª BANDA 1ª BANDA

Observação : A figura acima mostra as bandas de energia para um semicondutor  tipo n. Repare que a banda de condução tem muitos elétrons livres, enquanto a banda de valência tem apenas algumas colunas. No semicondutor  tipo p, observa-se a situação contrária, isto é, a banda de condução possui poucos elétrons livres enquanto a banda de valência tem muitas lacunas. 29

Exercícios do Texto III -RESPONDA AS QUESTÕES:

01 – Um semicondutor é elemento de valência ? .............................................................................................................................................

02 – Qual é a carga líquida de um semicondutor ? .............................................................................................................................................

03 – Qual é a órbita que controla as propriedades elétricas do átomo ? .............................................................................................................................................

04 – O material mais utilizado como semicondutor é o ? .............................................................................................................................................

05 – O vazio deixado por um elétron na órbita de valência é chamado de ? ............................................................................................................................................

06 – O movimento do elétron livre tem sentido ......................da lacuna.

30

Gabarito do Texto III 01 - Quatro

02 - + 4

03 – Órbita de valência

04 – Silício

05 – Lacuna

06 – Oposto

31

Texto IV – Diodos   Nesta atividade de ensino você lerá textos e resolverá exercícios que lhe permitirão atingir os seguintes objetivos:

     

Identificar as características de um diodo de junção(Cp); Explicar os efeitos das polarizações direta e inversa na junção PN de um diodo(Cp); Identificar o símbolo e forma física do diodo de junção(Cp); Distinguir a ruptura por avalanche e por efeito térmico numa polarização inversa(Cp); Conhecer a curva característica do diodo de junção(Cp); e Identificar o circuito equivalentes dos diodos(Cp).

Por si só , um pedaço de semicondutor tipo n tem a mesma utilidade de um resistor de carbono ; o mesmo pode ser dito do semicondutor tipo “ p ”. Mas quando um fabricante dopa um cristal , de modo que metade dele seja do tipo “ p “ e a outra metade seja do tipo “n” , acontece um fato novo. A borda entre o tipo “p” e o tipo “n” é chamada de junção   pn . A  junção  pn deu origem a todos os tipos de invenções, incluindo diodos, transistores e circuitos integrados. A compreensão da junção  pn   permite que você entenda todos os dispositivos semicondutores. Um fabricante poderá fabricar um cristal simples com um material tipo “ p “ de um lado e um material tipo “ n “ do outro, conforme mostrado na figura. A junção é a borda onde as regiões do tipo “ p “ e do tipo “ n “se encontram , e diodo de junção é outro nome para um cristal pn. A palavra diodo é a contração de dois eletrodos, onde di representa “dois”.

JUNÇÃO PN

32

Cada átomo pentavalente num cristal de silício produz um elétron livre. Por essa razão,  podemos visualizar um pedaço de semicondutor tipo “ n “, conforme mostrado no lado direito da figura. Cada círculo com sinal de mais representa um átomo pentavalente e cada sinal de menos é um elétron livre que ele forneceu para semicondutor. De modo similar, podemos visualizar os átomos trivalentes e as lacunas de um semicondutor tipo “ p “, conforme mostrado no lado esquerdo da figura. Cada sinal de menos, dentro do círculo, representa um átomo trivalente e cada sinal de mais, é uma lacuna na sua órbita de valência. Por causa da repulsão entre os elétrons livres no lado n, tendem a difundir em todas as direções. Alguns elétrons livres se difundem através da junção. Quando um elétron livre  penetra na região p, ele se torna um portador minoritário. Com tantas lacunas a sua volta, esse  portador minoritário tem pouco tempo de vida. Logo que ele entra na região p, o elétron livre cai numa lacuna. Quando isso ocorre, a lacuna desaparece e o elétron livre passa a ser um elétron de valência. Cada vez que um elétron se difunde através da junção , ele gera um par de íons. Quando um elétron sai do lado n, ele deixa para trás um átomo pentavalente que é brevemente uma carga negativa; esse átomo pentavalente passa a ser um íon positivo . Após a imigração , o elétron cai numa lacuna do lado p e faz com que átomo trivalente que o capturou se torne um íon negativo. Veja figura;

P

N

Os íons são presos na estrutura do cristal por causa das ligações covalente s e não  podem se mover como os elétrons livres e as lacunas. Cada par de íons  positivo e negativo na junção é chamado de dipolo. A geração de um dipolo significa que um elétron livre e uma lacuna saíram de circulação. Como o número de dipolos aumenta, a região próxima da junção fica vazia de portadores. Chamamos essa região vazia de camada de depleção. Cada dipolo possui um campo elétrico entre o íon positivo e o íon negativo. Portanto , quando elétrons livres adicionais penetram na região da camada de depleção, o campo elétrico tenta empurrá-los de volta para a região n. A intensidade do campo elétrico aumenta à medida que os elétrons cruzam a junção até que o equilíbrio seja atingido. Para uma primeira aproximação, isso significa que o campo elétrico eventualmente interrompe a difusão de elétrons por meio da junção. 33

O campo elétrico entre os íons é equivalente a uma diferença de potencial chamada de barreira de potencial. À temperatura de 25ºC, a barreira de potencial é aproximadamente igual a 0,3V para os diodos de germânio e 0,7V para os diodos de silício.

POLARIZAÇÃO DOS DIODOS: DIRETA E REVERSA(INVERSA) POLARIZAÇÃO DIRETA Observe a figura:

Quando os elétrons livres se movem para junção , íons positivos são gerados na extrema direita do cristal. Esses íons positivos puxam os elétrons do circuito externo para o cristal. Desse modo , elétrons livres podem sair do terminal negativo da fonte cc e circular para a extrema direita do cristal. Elétrons entram pela extrema direita do cristal , enquanto a massa de elétrons na região n se move na direção da junção. A borda esquerda desse grupo em movimento desaparece quando ela atinge a junção (os elétrons se recombinam com as lacunas). Desse modo , há uma contínua enxurrada de elétrons. Os elétrons que desaparecem na junção se tornam elétrons de valência. Como elétrons de valência , eles se movem através das lacunas na região p. Quando os elétrons de valência alcançam a extrema esquerda do cristal, deixam o cristal, passam para o circuito externo e circulam até o terminal positivo da fonte. Após ter deixado o terminal negativo da fonte, ele entra pela extrema direita do cristal, viaja através da região n como um elétrons livre. Na junção ele se recombina com uma lacuna e se torna um elétron de valência, viaja através da região p como um elétron de valência , deixa a extrema esquerda do cristal circulando para o terminal positiva da fonte.

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POLARIZAÇÃO REVERSA OU INVERSA

P

N

O terminal negativo da bateria atrai as lacunas e o terminal positivo da bateria atrai os elétrons livres. Por isso lacunas e elétrons livres circulam afastando da junção. Quando isso ocorre aumenta a área na junção e chamamos de camada de depleção . Quanto mais larga for a camada de depleção, maior será sua diferença de potencial. A camada de potencial pára de aumentar quando sua diferença de potencial se iguala à tensão reversa aplicada. Em outras palavras a camada de depleção é diretamente proporcional a tensão reversa aplicada. Quanto maior a tensão maior será a largura da camada de depleção.

CAMADA DE DEPLEÇÃO

Após a estabilização da camada de depleção há uma pequena corrente com a   polarização reversa ou inversa. A energia térmica gera pares de elétrons e lacunas incessantemente. Significa que existem poucos portadores majoritários e minoritários nos dois lados da junção. A camada de depleção empurra o elétron livre para a direita, forçando um elétron a deixar a extrema direita do cristal. Da mesma forma a camada de depleção empurra a lacuna para a esquerda. A lacuna na extremidade esquerda de p admite a entrada de um elétron do circuito externo, que cai na lacuna. Como a energia térmica está incessantemente gerando   pares de elétrons e lacunas dentro da camada de depleção, teremos uma pequena corrente continua pelo circuito externo. A corrente reversa provocada pela variação térmica é chamada de corrente de saturação . 35

Quanto maior a temperatura na junção , maior a corrente de saturação. Além da corrente devida aos portadores minoritários gerados termicamente, existe uma   pequena corrente circulando pela superfície do diodo polarizado reversamente. Conhecida como corrente de fuga da superfície, é causada pelas impurezas na superfície e pelas imperfeições na estrutura do cristal.

RESUMO: A corrente reversa total de num diodo consiste de uma corrente de portadores minoritários(muito pequena e que depende da temperatura) e uma corrente de fuga de superfície(muito pequena e diretamente proporcional à tensão). Em muitas aplicações a corrente reversa num diodo de silício é tão pequena que não a notamos. A idéia principal a ser lembrada é que : a corrente é aproximadamente zero num diodo de silício reversamente polarizado.

RUPTURA: Os diodos têm tensões nominais máximas. Existe um limite do valor de tensão reversa que um diodo pode suportar antes de ser destruído.

EFEITO AVALANCHE: Como sabemos, existe uma pequena corrente reversa de portadores minoritários. Quando a tensão reversa aumenta, ela acelera os portadores minoritários. Esses portadores minoritários colidem com os átomos do cristal. Quando esses portadores minoritários adquirem energia suficiente , podem chocar-se e liberar elétrons de valência, isto é, produzir elétrons livres. O processo é geométrico porque um elétron livre libera um elétron de valência obtendo ,  portanto, dois elétrons livres. Esses dois elétron livres, por sua vez, libertam mais dois elétrons, obtendo quatro elétrons livres. Esse processo continua até que a corrente reversa se torne alta.

A tensão de ruptura de um diodo depende do nível de dopagem. A tensão de ruptura em um diodo retificador é geralmente maior  ue 50v.

36

RUPTURA PELO EFEITO TÉRMICO: A ruptura de uma junção pelo efeito térmico, dá-se quando o número de portadores minoritários gerados pela temperatura, provocar no diodo, uma corrente inversa que resulte numa potência maior do que a capacidade de dissipação da junção. A ruptura pelo efeito térmico é causada por uma condição anormal do funcionamento do diodo. Esta situação é contornada através de sistemas de refrigeração adequados que evitam que a junção se danifique por excesso de temperaturas .

Em geral os diodos de germânio suportam temperaturas até 75ºC e os de silício até 150ºC

SÍMBOLO ESQUEMÁTICO O Símbolo do diodo é parecido com uma seta que aponta do lado p (anodo) para o lado n (catodo). Por isso, a seta do diodo lembra que a corrente convencional circula facilmente do lado p para o lado n. Se você usa o sentido real da corrente, os elétrons circulam facilmente contra a seta do diodo.

 p n

=

 Símbolo esquemático de um diodo retificador 

37

CURVA DO DIODO Alguns dispositivos eletrônicos são lineares, por exemplo um resistor. Eles são chamados de lineares porque o gráfico da corrente versus tensão é uma linha reta, o que quer  dizer que a corrente é diretamente proporcional a tensão. Um diodo é diferente. Por causa da barreira de potencial , um diodo não age como um resistor. Há uma curva de corrente versus tensão o que difere do resistor, portanto o diodo  produz um gráfico não linear. i

+  p n

V

V  0,7V

mA

Circuito com polarização direta

 Diodo de silício A figura acima representa um circuito com polarização direta e seu gráfico de corrente versus tensão. Com auxílio de um potenciômetro podemos variar a tensão aplicada ao diodo. À medida que aumentarmos a tensão sobre o diodo, podemos observar que o miliamperímetro indicará uma corrente cada vez maior.  No diodo de silício a corrente cresce bruscamente quando a tensão chega a 0,7V e no diodo de germânio 0,3V. Esses valores de tensão no qual a corrente começa a aumentar  rapidamente é chamada de tensão de  joelho.

38

i Tensão de ruptura  p n

+

V

V 

mA

Circuito com polarização inversa

 Diodo de silício

  Na figura acima temos um circuito para análise das características inversas de um diodo. Atuando no potenciômetro , façamos com que a tensão negativa sobre o elemento P aumente lentamente. Nesta situação poderemos observar que a corrente é quase desprezível. Se continuarmos a aumentar a tensão sobre o diodo, chegaremos a um determinado valor de tensão em que há um aumento brusco de corrente inversa, podendo danificar a junção. A região de tensão que provoca este rápido acréscimo na corrente inversa e chamado de região de ruptura. O ponto de ruptura é de suma importância e depende de suas características de fabricação. Os diodos construídos com cristais de silício suportam maiores tensões inversas do que os diodos de germânio. O gráfico abaixo representa as curvas dos diodos de silício e germânio polarizado diretamente e inversamente.

Ge

0,3V Si Ge

39

Si

0,7V

O funcionamento de um diodo pode ser comparado com o de uma chave. Quando polarizado diretamente , a corrente sobre ele é limitada pelo circuito externo,  pois praticamente entra em curto agindo como uma chave fechada. Nos diodos de silício entra em curto com 0,7V e nos diodos de germânio com 0,3V. Quando está polarizado inversamente, a corrente no circuito é limitada por ele mesmo , que não a deixa fluir, correspondendo então como um circuito aberto (chave aberta).

 

DIODO  POLARIZADO

DIRETAMENTE   INVERSAMENTE   POLARIZADO

A seguir serão propostas alguns exercícios para que você possa avaliar o seu progresso.

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Exercícios do Texto IV 1 – Como é chamada a corrente reversa de um diodo provocada pela variação térmica? 2 – Numa junção PN como é chamado cada par de íons? 3 – Qual é o valor da barreira de potencial de um diodo de germânio? 4 – Qual é o valor da barreira de potencial de um diodo de silício? 5 – A corrente de fuga de superfície de um diodo é proporcional a: 6 – Quanto vale a tensão de joelho de um diodo de silício? 7 – Quanto vale a tensão de joelho de um diodo de germânio? 8 – Como se comporta um diodo diretamente polarizado? 9 – Como se comporta um diodo reversamente polarizado? 10 – Desenhe o símbolo de um diodo:

41

Gabarito do Texto IV 1 – Corrente de Saturação 2 - Dipolo 3 – 0,3V 4 – 0,7V 5 - Tensão 6 – 0,7V 7 – 0,3V 8 – Chave fechada 9 – Chave aberta 10 -

42

Texto V – Circuitos a Diodo   Nesta atividade de ensino você lerá textos e resolverá exercícios que lhe permitirão atingir os seguintes objetivos:



Identificar o conceito e a finalidade de um retificador (Cn);



Identificar o funcionamento de um circuito retificador de meia onda (Cp);



Identificar o funcionamento de um circuito retificador de onda completa com transformador de tomada central e com circuito de ponte (Cp);



Conhecer a finalidade de um circuito filtro (Cn);



Identificar a finalidade do circuito regulador (Cp);



Identificar uma fonte de alimentação (Cn); e



Identificar os circuitos: limitador, dobradores de tensão, grampeadores (Cp).

FONTES DE ALIMENTAÇÃO Equipamentos de Telecomunicações como: Transcepção de HF e VHF, microcomputadores, etc, necessitam de alimentações com tensões contínuas para seus circuitos semicondutores. A rede elétrica não nos proporciona tensões contínuas como as pilhas e baterias fornecem. Pela rede elétrica são fornecidas tensões alternadas não compatíveis com nossos equipamentos. E para o funcionamento dos circuitos eletrônicos, há necessidade de uma fonte de força com saída DC para operação correta de seus elementos. O quadro abaixo representa as quatro formas de conversão de uma forma de energia em outra, veja os exemplos possíveis para entradas e saídas de energias elétricas.

ENTRADA SAÍDA AC AC DC DC DC AC AC DC

DENOMINAÇÂO Regulador AC ou transformador  Regulador DC/ou conversor DC Inversor  Fonte Retificadora

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Todas têm aplicação em eletrônica, mas a fonte retificadora (AC em DC) é a mais importante para o nosso estudo. A energia primária para a maioria das fontes de alimentação retificadora é a tensão AC de 60Hz existente na rede elétrica. Antes que esta tensão senoidal possa ser aplicada aos circuitos eletrônicos, ela deve ser transformada em uma tensão DC. Essa transformação só é obtida através de dispositivos que constituem a fonte de alimentação retificadora. Essa fonte  possui quatro funções básicas. São elas:

   

ajuste da amplitude da tensão AC(transformação); retificação; filtragem; re ula em

FONTES RETIFICADORAS As companhias elétricas fornecem para nossos lares uma tensão senoidal (corrente alternada) monofásica que varia de região para região. Existem regiões onde a tensão é de 127V rms e outras regiões 220V rms. Há uma relação entre o valor rms e o valor máximo (valor de pico) da senóide que é dada por : Vrms = 0,707 V p Ex :Suponha que a tensão numa tomada de alimentação seja de 120V rms. Qual deve ser a tensão de pico? V p= Vrms 0,707

V p = 120 V 0,707

= 170V

Essa equação diz que a tensão rms é igual a 70,7 % do valor de pico. Porém essas tensões de linha são muito altas para serem utilizadas diretamente em dispositivos eletrônicos.

44

O que faremos então para tornar a tensão da linha compatível com os dispositivos eletrônicos? Existe um dispositivo chamado transformador que tem a capacidade de abaixar a tensão de linha em níveis mais apropriados para circuitos eletrônicos. Veja a figura 1:

Figura.-1

A tensão induzida no secundário é dada pela equação: V2 =

 N 2 V  N1 1

Exemplo: um transformador abaixador tem uma relação de 5:1. Se a tensão no primário for de 120 V rms, qual será a tensão no secundário? V2 = 120 V = 24 V 5

RETIFICADOR DE MEIA ONDA O circuito retificador de meia onda é o mais simples e capaz de converter uma corrente alternada em corrente contínua .

 Retificador de meia onda Fig.2

45

Conforme a figura 2, a tensão da rede é aplicada na tomada no enrolamento do transformador primário. No semiciclo positivo da tensão no primário, o enrolamento secundário tem um semiciclo positivo da senóide nos seus terminais. Isso significa que o diodo está diretamente polarizado. Porém, no semiciclo negativo da tensão no primário, o enrolamento secundário tem um semiciclo negativo da senóide. Logo, o diodo fica reversamente polarizado. Perceberemos então que no semiciclo positivo aparecerá no resistor  de carga , o que não acontece com semiciclo negativo. A figura 3 mostra a tensão na carga. Esse tipo de forma de onda é chamado sinal de meia onda, porque o semiciclo negativo foi ceifado ou retirado. Como a tensão na carga tem apenas os semiciclos positivos , a corrente na carga é unidirecional, o que significa que ela circula apenas num sentido. Portanto, a corrente na carga é contínua e pulsante. Ela começa no zero do semiciclo, depois aumenta até o valor máximo no pico positivo, em seguida diminui até zero fica com esse valor durante o semiciclo negativo total.

Fig.3

VALOR DE TENSÃO Vdc OU VALOR MÉDIO DE UM RETIFICADOR  DE MEIA ONDA: Se você ligasse um voltímetro cc no resistor de carga da fig. ele indicará uma tensão cc de V p/π,que poderá ser escrito como; Vdc= 0,318V p Onde V p é o valor de pico do sinal de meia onda no resistor de carga. ‘ Ex: Na Europa, um retificador de meia onda tem uma tensão de entrada de 240 V rms, se o transformador abaixador tiver uma relação de espiras de 8:1, qual será a tensão de pico na carga? Qual o Vdc na carga? V p = 240 = 340 0,707

V p2=340 : 8 =42,5

Vdc = 0,318 V p2 = 0,318 . 42,5=13,5Vdc 46

Obs: 0,7 é a tensão de joelho de um diodo de silício. Resposta : 42,5 Vac e 13,5 Vdc Essa tensão cc algumas vezes é chamada valor médio do sinal de meia onda, porque o voltímetro lê a tensão média de um ciclo completo.

RETIFICADOR DE ONDA COMPLETA COM TOMADA CENTRAL

Fig.4

A figura 4 mostra um retificador de onda completa. O circuito usa um transformador  com centertrap (center tape), dois diodos retificadores (D1 e D2) e um resistor de carga RL. As formas de onda tensão para este circuito são mostradas na figura 5. A tensão que aparece entre os pontos A e C do secundário do transformador é mostrada em (A), enquanto que a tensão entre os pontos B e C é mostrada em (B). A tensão através da resistência de carga é mostrada em (C).

t1

t2

t3

t4 Fig. 5

47

t5

t6

t7

Durante o funcionamento , quando o ponto A no secundário do transformador é  positivo em relação ao ponto C, o ponto B é negativo com relação ao mesmo. Esta condição ocorre de t1 a t2 conforme mostrado na figura 4-5 . Durante este tempo , o diodo D 1 conduzirá e o diodo D2 não. O sentido da corrente na carga é de baixo para cima e que a corrente flui somente na metade do enrolamento do secundário, entre os pontos A e C. Durante o período de t2 a t3, o diodo D 2 conduz e D1 não. A tensão DC através do resistor carga é uma série de pulsos unidirecionais, mas há o dobro de pulsos que havia no retificador de meia onda. Dois pulsos de saída ocorrem para cada ciclo de entrada. Portanto , os pulsos de saídas ocorrem em uma freqüência que é o dobro da entrada. Se a freqüência de entrada é de 60 Hz a de saída será de 120 Hz.

VALOR CC OU VALOR MÉDIO DE UM RETIFICADOR DE ONDA COMPLETA: Se um voltímetro cc fosse conectado à resistência de carga da figura 4-4, ele indicaria uma tensão cc de 2v p/π, que é equivalente a

Vdc= 0,636V p

Onde Vp é o valor de pico do sinal de meia onda na resistência de carga. Por exemplo se a tensão pico fosse 17V, o voltímetro cc indicaria Vdc = 0,636 V p2 = 0,636 . 17 = 10,8 Vdc Essa tensão cc é o valor médio do sinal de onda completa porque o voltímetro lê a tensão média de um ciclo completo.

RETIFICADOR DE ONDA COMPLETA EM PONTE

  Reti icador Com leto em onte Fig. 6

48

A figura 6, mostra um retificador de onda completa em ponte. Se usarmos quatro diodos em vez de dois , poderemos eliminar a necessidade de uma tomada central aterrada. A vantagem de não usarmos uma tomada central é que a tensão retificada na carga é o dobro daquela que teria o retificador de onda completa com tomada central. Durante o semiciclo positivo da tensão da linha, os diodos D2 e D3 conduzem, o que  produz um semiciclo positivo no resistor da carga. Durante o semiciclo negativo da tensão de linha, os diodos D1 e D4 conduzem, produzindo outro semiciclo positivo no resistor de carga. O resultado é um sinal de onda completa no resistor de carga. Como a tensão total do secundário está aplicada aos diodos em condução que estão em série com o resistor carga, a tensão na carga tem um valor ideal de pico que é o dobro da tensão do retificador de onda completa discutido anteriormente.

Sinal de onda completa

As vantagens do retificador em ponte são saída em onda completa, tensão ideal de pico igual a tensão de pico do secundário e a não necessidade do enrolamento secundário com tomada central (CENTERTRAP ). Essas vantagens fizeram do retificador em ponte o projeto mais popular de retificador. Muitos equipamentos usam o retificador em ponte para converter a tensão ca da linha em uma tensão cc adequada ao uso dos dispositivos semicondutores.

FILTRO A tensão de saída de um retificador aplicada numa carga é pulsante em vez de ser  estável. Durante um ciclo completo na saída, a tensão na carga aumenta a partir de zero até um valor de pico e depois diminui de volta a zero. Esse não é o tipo de tensão cc de que a maioria dos circuitos eletrônicos precisa. É necessária uma tensão estável ou constante similar à  produzida por uma bateria. Para obter esse tipo de tensão retificada na carga, precisamos de um dispositivo chamado filtro.

Fig.7

49

O tipo mais comum é o filtro com capacitor mostrado na figura 7. Para simplificarmos a explicação inicial sobre filtros, consideramos o diodo (D1) da figura, sendo como um diodo ideal. Como sabemos um diodo ideal se comporta como uma chave. Como você pode ver, um capacitor foi ligado em paralelo ao resistor de carga. Antes de ligarmos a alimentação, o capacitor está descarregado, logo, a tensão de carga é zero. Durante o primeiro quarto de ciclo da tensão no secundário, o diodo está diretamente polarizado. Idealmente, ele funciona como uma chave fechada. Como o diodo conecta o enrolamento secundário diretamente ao capacitor, ele carrega até o valor de tensão de pico V p. Logo após pico positivo, o diodo pára de conduzir, o que significa uma chave aberta. Com o diodo agora aberto, o capacitor descarrega por meio da resistência de carga. A idéia  principal sobre o filtro com capacitor é esta: por um projeto deliberado, a constante de tempo de descarga (que é o produto R L e C) é muito maior que o período T do sinal de entrada. Portanto o capacitor apenas perderá uma parte de sua carga durante o tempo que o diodo estiver polarizado inversamente. Quando a tensão da fonte atingir novamente seu valor de pico, o diodo conduzirá  brevemente e recarregará o capacitor até o valor da tensão de pico, que é aproximadamente a tensão de pico do secundário. A tensão na carga é agora uma tensão cc mais estável ou quase constante. A única diferença para uma tensão cc pura é a pequena ondulação ( ripple) causada pela carga e descarga do capacitor. Uma forma de reduzir essa ondulação é pelo aumento da constante de tempo de descarga que é igual a R LC.

Um outro modo de reduzir a ondulação é pelo uso de um retificador de onda completa com tomada central ou em ponte; portanto, a freqüência de ondulação é de 120 Hz em vez de 60 Hz. Nesse caso, o capacitor é carregado duas vezes e descarrega-se apenas metade do tempo. Como resultado, a ondulação é menor e a tensão cc na saída é mais próxima da tensão de pico.

50

CIRCUITOS REGULADORES São circuitos capazes de manter a tensão na carga quase constante, independente da alta variação na tensão de linha e na resistência de carga. O principal componente de um circuito regulador de tensão é o diodo  Zener. O diodo zener, também chamado de diodo regulador de tensão, é um diodo que funciona de maneira similar a um diodo de junção comum PN, quando polarizado diretamente. Se polarizado inversamente, além de não deixar passar a corrente elétrica, ele apresenta uma característica muito especial: consegue manter a tensão entre seus terminais a um valor preestabelecido, mesmo sendo o valor aplicado maior que o valor nominal (especificação de cada diodo) do diodo.

Exemplo de funcionamento do Diodo Zener Usando um diodo Zener de 4,7 V conseguimos transformar qualquer tensão acima de 4,7 V em 4,7 V. Neste caso, a aplicação de uma tensão de 9 V em cima desse diodo fará com que este seja reduzida para 4,7 V. Essa transformação é também chamada regulação de tensão. Daí que a aplicação mais usual do diodo Zener é como um regulador de tensão.

Fig.8

A figura 8 mostra a saída de um sinal já retificado e filtrado.

Observação : No texto X deste módulo – Dispositivos Especiais , estudaremos com maiores detalhes o funcionamento do diodo Zener.

51

OUTRAS APLICAÇÕES PARA DIODOS DE JUNÇÃO PN DOBRADORES DE TENSÃO São circuitos com dois ou mais diodos retificadores que tem a finalidade de produzir  uma tensão média igual a um múltiplo do valor da tensão de pico. Essas fontes de alimentação são utilizadas com dispositivos de alta e baixa corrente, como os tubos de raios catódicos. Veremos então dois tipos de dobradores de tensão;

1 - Dobrador de Tensão de Meia Onda:

Fi 9

Funcionamento: no pico do semiciclo negativo, D 1 fica diretamente polarizado e D 2, reversamente polarizado. Idealmente , isso carrega o capacitor C 1 com tensão de pico Vp. No   pico do semiciclo positivo, D1 fica reversamente polarizado e D 2, diretamente polarizado. Como a fonte ca e C 1 estão em série, C 2 tentará carregar até uma tensão de 2Vp. Depois de vários ciclos , a tensão em C 2 será igual a 2Vp.

Fig.10

Conectando ao circuito uma resistência, conforme mostra a figura 10, está claro que o capacitor descarrega pelo resistor de carga. Para isso a carga deverá ser de baixo valor, ou alta resistência (uma constante de tempo). Com isso a tensão de saída será o dobro da tensão de entrada. Essa tensão de entrada se origina de um transformador. A principal finalidade dos circuitos dobradores de tensão é elevar a tensão a valores altos. Sabemos que podemos elevar a tensão através de transformadores, porém os transformadores são de grandes proporções, o que leva o projetista a optar por circuitos dobradores. 52

2 – Dobrador de Tensão de Onda Completa

Fig.11

A figura 11 mostra um dobrador de tensão de onda completa. Durante o semiciclo   positivo da fonte Ca, o capacitor de cima carrega até o valor de pico com a polaridade mostrada. No semiciclo negativo, o capacitor de baixo carrega até o valor de pico com a  polaridade mostrada. Para cargas leves, a tensão final é de aproximadamente 2Vp.

O LIMITADOR (CEIFADOR) A principal finalidade de um circuito limitador é de retirar uma parte do sinal de tensão acima ou abaixo de um nível especificado. Não é apenas útil para a formação de sinais, mas também para  proteção de circuitos que recebem sinais . Esses diodos são de pequenos sinais, isto é, têm baixa potência, abaixo de 0,5 W e freqüências acima de 60 Hz, ao contrário dos diodos retificadores que possuem potência acima de 0,5 W e freqüência de 60 Hz.-

Fig.12

Funcionamento: Durante o semiciclo negativo, o diodo está reversamente polarizado e aparece como uma chave aberta. O semiciclo positivo foi ceifado. Se houver a inversão da  polaridade do diodo, obtém-se um limitador negativo que corta os semiciclos negativos. Veja figura 12;

53

APLICAÇÃO DE UM CIRCUITO LIMITADOR POLARIZADO Com o limitador polarizado, figura 12-1, você pode mover o nível de ceifamento para um valor V + 0,7 para tensões de entrada maior que esse valor, o diodo conduz e a saída é mantida em V + 0,7. Se a tensão de entrada for V + 0,7, o diodo abre e o circuito passa a ser  um divisor de tensão. Combinando os limitadores, pode-se criar limitadores como o da figura 12-2.

Fig.12-1

Fig.12-2

O Limitador pode ser usado como protetor de cargas contra valores excessivos de tensão. A figura 12-3 mostra um diodo PN cuja função é a de proteger a carga. Se um valor de tensão for excessivo na entrada do circuito da figura 12-3 (Vent), o diodo conduz (entrada será superior a + 5,7V) e fará o diodo conduzir. A tensão é destrutivamente alta, por exemplo + 100 V, ela nunca atingirá a carga porque o diodo grampeia a tensão em + 5,7 V.

Figura 12-3

O GRAMPEADOR CC  O grampo do diodo é uma variação do limitador. Um grampeador  cc é diferente. Ele acrescenta uma tensão cc ao sinal. Se um sinal de entrada varia de – 10V a + 10V, um grampeador  cc positivo produzirá uma tensão de saída que aproximará de 0 a 20V. Um grampeador cc negativo produzirá uma saída de 0 – 20V.

Grampeador CC positivo  Figura 13

54

A figura 13 mostra um grampeador positivo. No primeiro semiciclo negativo da tensão de entrada, o diodo conduz. No pico negativo, o capacitor deve-se carregar com Vp. Após o  pico negativo, o diodo corta funcionando como uma chave aberta. A constante de tempo R LC é feita deliberadamente muito maior que o período T do sinal de entrada. Por essa razão, o capacitor permanece quase totalmente carregado durante o tempo em que o diodo está em corte. Para uma aproximação, o capacitor age como uma bateria de Vp volts. Sendo assim a tensão na saída é um grampeador de sinal positivo. Para obtermos um grampeador de sinal negativo, devemos mudar a polaridade do diodo. A polaridade do capacitor é invertida e o circuito age como um grampeador negativo. Tanto os grampeadores positivos quanto os grampeadores negativos são muito usados em receptores de televisão para grampear cc e acrescentar uma tensão cc ao sinal de vídeo. Um outro dispositivo que grampeia um sinal de entrada é o DETECTOR DE PICO A PICO, cuja função é a de deixar a sua saída preparada para aplicação de um voltímetro cc. A combinação funciona como um voltímetro ca de pico a pico. Se por exemplo um sinal de –10 a + 40 V for aplicada na entrada deste detector, então teremos na saída do mesmo e entrada do voltímetro cc um valor de 50 V de leitura, veja a figura 14.

 DETECTOR DE PICO A PICO  Figura 14

Bem amigos, aqui terminamos este texto, cujo estudo veio de encontro com as expectativas propostas pelos objetivos. Espero que você tenha observado como é importante o estudo dos semicondutores, entre eles o diodo, e verificar que muitos dispositivos eletrônicos utilizam diodos para retificação, estabilização e adequação dos sinais senoidais. A seguir serão propostas alguns exercícios para que você verifique seu nível de aprendizagem ! Boa Sorte!

55

Exercícios do Texto V 1 – Quanto vale vale 110 Vrms no valor de pico? pico? 2 – Um transformador tem relação de espiras de 3:1. A tensão do primário é de 127Vrms. Qual será a tensão de saída em rms desse mesmo transformador? 3 – Qual a função do centertrap em um retificador de onda completa? 4 – O que são circuitos reguladores? 5 – Em que situação situação opera o diodo Zener? Zener? 6 – Qual a finalidade do circuito filtro 7 – Qual tipo de retificador representa a figura abaixo?

8 – O que são circuitos limitadores? 9 – Qual a finalidade finalidade dos dobradores de tensão? 10 – O que são circuitos grampeadores?

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Gabarito do Texto V 1- 155Vp 2 – 42V 3- O centertrap age como um divisor de tensão 4 – São circuitos capazes de manter manter a tensão na carga quase constante, constante, independente da alta variação na tensão de linha e na resistência de carga. 5 – Opera na região de ruptura do diodo. 6 - Tornar a tensão, após retificada, retificada, em uma tensão tensão CC mais pura semelhante semelhante a tensão tensão de uma bateria. 7 – Onda completa em ponte. 8 – São circuitos que tem a finalidade de retirar uma parte do sinal de tensão acima ou abaixo de um nível especificado especificado 9 – Produzir uma tensão média média igual ao múltiplo múltiplo do valor da tensão de pico. 10 – São circuitos que acrescentam uma tensão CC ao sinal.

57

Texto VI – Transistores de Junção   Nesta atividade de ensino você lerá textos e resolverá exercícios que lhe permitirão atingir os seguintes objetivos:



Identificar a teoria do transistor (Cp);



Diferenciar os transistores através de sua simbologia (Cp);



Identificar as correntes e as tensões do transistor, bem como suas relações (Cp);



Identificar as características das configurações base comum, emissor  comum e coletor comum (Cn);



Esboçar as curvas características das configurações através dos gráficos (Cp);



Definir ganhos de corrente, de tensão e de potência em um transistor  (Cn);



Identificar polarização de transistor e seus circuitos básicos (Cn); e



Identificar saturação e ponto de corte de um transistor (Cn);

Antes de falar sobre a formação do transistor veremos um pouco de sua história. O sinal de TV ou de rádio recebido por uma antena é tão fraco que ele não pode, fazer  funcionar um alto-falante ou um tubo de imagem de TV. Por isso é necessário amplificar um sinal fraco até que ele tenha potência suficiente para aplicações práticas. Antes de 1951, as válvulas eram os principais principais dispositivos usados para amplificação amplificação de sinais. Eram excelentes excelentes amplificadoras, porém apresentavam uma série de desvantagens. Dentre elas: Precisavam de  potência maior , 1 W ou mais; a vida útil de seu filamento era pequena.; ocupam maior espaço e aumenta a temperatura interna dos equipamentos. Em 1948, os pesquisadores Bardeen, Brattain e Shockley anunciaram o primeiro transistor de junção, um dispositivo semicondutor capaz de amplificar sinais de rádio e de TV. A origem da palavra transistor vem de “transference resistor” resistor” ou “resistor de transferência”. As vantagens do transistor ultrapassam de longe as desvantagens de uma válvula. Dentre essas vantagens podemos citar: potência menor (rádios portáteis, por exemplo, necessitam de pouca potência, quando comparado com a potência da válvula, para funcionamento dos dispositivos eletrônicos); tamanho reduzido ocupando menor espaço, e como gera pouco calor pode funcionar em temperaturas baixas. 58

O transistor possibilitou a invenção de vários outros dispositivos, inclusive a do circuito integrado (CI.), um dispositivo pequeno que contém milhares de transistores. Veremos neste texto o transistores bipolares , que funciona por elétrons e lacunas. (A  palavra bipolar vem do termo “dois pólos”).

FORMAÇÃO DE TRANSISTOR  O transistor é constituído de uma pequena estrutura cristalina. Um transistor tem três regiões dopadas. A região inferior é chamada de emissor , a região do meio é a base e a região superior é o coletor . Em particular o transistor da figura 1 é um transistor  npn, mas também  podem ser produzidos como transistores  pnp

Fig. 1

Existe no transistor duas junções: uma entre a base e o emissor e outra entre a base e o coletor. Por isso o transistor é similar a dois diodos. Então podemos nos referir a essas duas  partes como diodo emissor (o da esquerda) e o diodo coletor (o da direita).

Fig. 2

NOTA: A camada da depleção no emissor é bem estreita devido a sua alta dopagem; e a depleção no coletor é mais larga devido a sua menor dopagem.

A figura 1 mostra as regiões antes de acontecer a difusão. Os elétrons livres em cada região n se difundem através da junção e se recombinam com as lacunas na região p. os átomos que perderam elétrons no elemento N se tornam íons positivos e no elemento P os átomos receberam elétrons se tornando íons negativos. O resultado são as duas camadas de depleção. Veja figura 2. Para cada camada de depleção, a barreira de potencial é de 0,7V (tratando-se de dispositivos de silício) e 0,3V(tratando de dispositivos de germânio) na temperatura de 25ºC. 59

 Na maioria dos transistores , mais de 95% dos elétrons vão do emissor para o coletor, menos de 5% circulam pelo terminal externo da base. O nível de dopagem do coletor está entre a dopagem do emissor e o da base.

SÍMBOLOS ESQUEMÁTICOS DOS TRANSISTORES A figura 3 representa os símbolos esquemáticos de transistores NPN e PNP.

Fig. 3

AS CORRENTES E AS TENSÕES NO TRANSISTOR: A figura 4 mostra os símbolos esquemáticos dos transistores  NPN  e  PNP  com suas respectivas correntes e sentidos eletrônicos (para o sentido convencional, a corrente inverterá de posição para ambos transistores). O sentido da corrente é oposto ao da seta do símbolo do transistor.

Fig. 4

No símbolo do transistor a seta está situada no emissor e sempre aponta para o elemento N

Como podemos observar existem três correntes diferentes num transistor: a corrente no emissor IE, a corrente na base I B e a corrente no coletor I C. Como o emissor é uma fonte direta, sua corrente é a maior das três. Quase todos os elétrons do emissor circulam pelo coletor, logo, 60

a corrente no coletor é aproximadamente igual à corrente no emissor. A corrente de base é muito pequena comparada com as demais. A lei das correntes de Kirchhoff diz que a soma de todas as correntes que entram num nó ou junção é igual à soma das correntes que saem desse nó ou junção. Quando aplicada num transistor, a lei das correntes de Kirchhoff fornecem importante relação sobre as correntes do transistor.

IE= IC + IB Essa equação diz que a corrente do emissor é igual à soma das correntes do coletor e da  base. Numa aproximação, a corrente do coletor pode ser considerada igual ao do emissor. Os portadores majoritários dos transistores  NPN  são os elétrons e dos  PNP  são as lacunas. Assim, nos transistores  NPN , a corrente flui de emissor para coletor, no mesmo sentido que os portadores majoritários. Já nos transistores  PNP , a corrente flui de coletor para emissor, em sentido contrário ao dos portadores majoritários. Em um transistor  NPN , a corrente I B é a parte de I E que não atinge o coletor. Logo, esta sai da base. No transistor   PNP , a IB deve se somar à I C ara formarem a IE.

Cada uma das junções de um transistor apresenta uma queda de tensão , que é denominada conforme a junção. Vejamos essas denominações:

♦ VBE ou VEB – Tensão entre a base e o emissor; ♦ VBC ou VCB – Tensão entre a base e o coletor; ♦ VCE ou VEC – Tensão entre o coletor e o emissor.

seja:

Das três, a maior é V CE. Podemos então dizer que V CE é a soma das outras duas, ou

VCE = VBE + VBC.

Podemos também medir a tensão de um elemento qualquer do transistor em referência à terra. Nesse caso os termos empregados serão: VB – Tensão entre a base e terra; VE – Tensão entre o emissor e terra; VC – Tensão entre o coletor e terra.

61

Esses termos são válidos para qualquer transistor em qualquer configuração. Resumindo:  VCE = VBE + VCB;  IE = IB + IC:  A Ic é controlada pela barreira de potencial da junção base-emissor e  O sentido da corrente é sempre contrário ao da seta do símbolo.

POLARIZAÇÃO DE UM TRANSISTOR ? Um transistor não é capaz de amplificar um sinal ca, sem antes estar polarizado com energia DC. A alimentação cc do transistor, também chamada de polarização, é o que faz a “mágica” da amplificação. Obviamente, se o transistor não fosse alimentado por uma fonte de alimentação, ele não teria como funcionar. Na realidade, o transistor usa a tensão da fonte para aumentar a tensão dada para ele amplificar. Os ganhos de tensão obtidos com um amplificador   podem ser assustadoramente grandes, mas são limitados à polarização do transistor.

A figura 5 mostra os símbolos dos transistores PNP e NPN, polarizados com duas  baterias. Para entendermos melhor cada configuração devemos saber como é feita a polarização de um transistor. Polarizar significa aplicar tensões e correntes DC aos seus elementos de modo que a  junção base-emissor seja polarizada diretamente e a junção base-coletor inversamente. A polarização determina o ponto de operação estática do transistor em sua curva característica.

Observação: todo transistor possui um gráfico chamado curva característica. É através dessa curva que um circuito amplificador é calculado e criado. Existem basicamente duas curvas características, uma para a entrada do transistor e outra para a saída. A curva característica de saída é a mais importante, pois é através dela que iremos definir o ponto de operação estática (ponto Q - quiescente) de funcionamento do transistor. Esse ponto é   justamente onde o transistor trabalhará em situação estática (polarização DC), aguardando o sinal de entrada AC para amplificação, situação dinâmica.’

62

TIPOS DE CONFIGURAÇÃO Independentemente de sua aplicação, o transistor só pode ser ligado de três maneiras  possíveis. Essas maneiras são baseadas em qual dos terminais do transistor será ligado ao terra (pólo negativo) do circuito. Assim, essas três configurações são chamadas emissor comum, coletor comum e base comum , dependendo do terminal que é ligado ao terra, e são apresentadas na figura 6 com os transistores NPN e PNP.

Fig. 6

Para verificarmos os tipos de configuração levaremos em conta o seguinte: a) Sempre que a base, o emissor ou o coletor estiver aterrado, este será comum; b) Na configuração base comum a entrada do sinal será no emissor; c) Na configuração emissor comum a entrada do sinal será na base; d) Na configuração coletor comum a entrada será na base. CONFIGURAÇÃO BASE COMUM

A

B

Fig. 7

63

 Na configuração base comum temos as seguintes características: a)  b) c) d) e) f)

a base é aterrada, comum ao emissor e ao coletor; a entrada do sinal é no emissor; a saída do sinal é no coletor; impedância de entrada é baixa; impedância de saída é Alta; na saída , pelo coletor, o sinal AC está em fase com o sinal AC de entrada (pela  base); g) ganho de tensão é alto; h) ganho de corrente é baixo ( α) e i) ganho de potência é baixo.

 Nota-se que a junção emissor-base está polarizada diretamente e a junção coletor-base inversamente. Com estas polarizações, entrada e saída do circuito apresentam, respectivamente, baixa e alta resistência . Devido a baixa resistência de entrada, um amplificador em base comum não é tão usado quanto um amplificador em emissor-comum,  pois a impedância de entrada de um amplificador base-comum é tão baixa que ela sobrecarrega quase todas as fontes de sinais (AC). As fontes são forçadas a trabalharem com freqüências maiores do que realmente elas podem realmente fornecer, ocasionando assim uma perda do sinal de entrada. Um amplificador base-comum discreto não é muito usado em baixas freqüências, sua utilidade está para freqüências acima de 10 Mhz, onde as fontes de baixas impedâncias são comuns. Como as impedâncias de saída e entrada são respectivamente, alta e baixa, neste tipo de configuração haverá um alto ganho de resistência e consequentemente um elevado ganho de tensão, daí o nome “transistor” que significa “transfere resistor” , isto é, com uma resistência  baixa na entrada, haverá uma transferência de resistência alta para saída. O ganho de corrente é outro fator importante. Percebe-se que o ganho de corrente é menor do que um e que as impedâncias de entrada e saída são respectivamente, baixas e altas, ocasionando assim uma baixa corrente de saída dividida pela alta corrente de entrada, conforme é mostrado na fórmula de ganho de corrente ( α) em base-comum.

α=

∆ Ic ∆ Ie

A conseqüência direta desse baixo ganho de corrente é a presença de uma baixa  potência na saída do amplificador.

64

AMPLIFICADOR EM CONFIGURAÇÃO COLETOR COMUM

Figura 8

 Na configuração coletor comum temos as seguintes características: a)  b) c) d) e) f) g) h) i)

o coletor é aterrado, comum ao emissor e a base; a entrada do sinal é na base; a saída do sinal é no emissor ; impedância de entrada é alta; impedância de saída é baixa; na saída , pelo emissor, o sinal Ac está em fase com o sinal Ac de entrada (pela base); ganho de tensão é baixo ; ganho de corrente é alto ( γ) e ganho de potência é médio.

O amplificador em coletor-comum é também chamado de seguidor de emissor. Sua função é a de evitar a sobrecarga em amplificadores de configuração emissor-comum. Quando se conecta a saída de um coletor em emissor-comum a uma carga cuja resistência é  baixa, o ganho de tensão cai a um valor muito baixo, ocasionando sobrecarga. O que se faz é conectar um seguidor de emissor entre o amplificador emissor-comum (EC) e a pequena resistência de carga. O seguidor de emissor aciona a pequena resistência de carga com  praticamente nenhum ganho de tensão, além disso, ele tem uma impedância de entrada tão alta que não sobrecarrega o amplificador EC. O ganho de tensão é baixo, pois as resistências de saída e entrada, respectivamente, são  baixa e alta, portanto a amplificação é menor do que a unidade. E por causa da realimentação negativa muito forte, o ganho de tensão é bastante estável, quase não existe distorção (a impedância de entrada da base é muito alta).

Observação: O que é Realimentação negativa? A corrente na base é uma entrada para o transistor, enquanto as correntes do coletor e do emissor são as saídas. Quando o ganho de corrente aumenta, isso aumenta a saída (corrente no emissor) em um determinado valor. Essa corrente de saída circula pelo resistor do emissor Re, que diminui a entrada (corrente no emissor) em determinado valor. Isso é muito importante: a saída muda a entrada (refere-se a uma saída controlando a entrada). 65

AMPLIFICADOR EM CONFIGURAÇÃO EMISSOR COMUM

Figura 9

 Na configuração emissor comum temos as seguintes características: a)  b) c) d) e) f)

o emissor é aterrado, comum a base e ao coletor; a entrada do sinal é na base; a saída do sinal é no coletor ; impedância de entrada é média; impedância de saída é média; na saída , pelo emissor, o sinal AC está defasado 180º com o sinal AC de entrada (pela  base); g) ganho de tensão é médio ; h) ganho de corrente é médio ( β) e i) ganho de potência é médio.  Note que a configuração de emissor-comum apresenta uma inversão de fase de 180º no sinal. Em amplificadores de áudio comerciais, é comum o uso de amplificadores de mais de um estágio, isto é, a saída do amplificador é conectada à entrada de um segundo circuito amplificador, de forma amplificar ainda mais o som. Como o segundo estágio irá inverter  novamente o sinal, na saída do amplificador ele será apresentado de forma correta.

A configuração emissor- comum é a mais usada. Apresenta ganhos médio de tensão e  potência e conseqüentemente impedâncias de entrada e saída médias. O ganho de corrente é médio e é calculado por  β = ∆ Ic ∆ Ib Os capacitores usados na entrada e saída são capacitores de desacoplamento. Eles são colocados de forma que só entre ou saia do circuito tensão alternada. A tensão contínua do circuito (tensão da fonte) será bloqueada pelos capacitores. Com isso, a tensão da fonte não sai  para o circuito que esteja na entrada do amplificador (um CD por exemplo), não danificando esses circuitos. O capacitor colocado no emissor do transistor é chamado de capacitor de desvio (by-pass) e serve para aumentar o ganho do circuito.

66

CARACTERÍSTICAS ESTÁTICAS E DINÂMICAS DE UM AMPLIFICADOR  EM EMISSOR COMUM Todo transistor possui um gráfico dado em seu “data sheet” (livro de dados técnicos) chamado curva característica. É através dessa curva que um circuito amplificador é calculado e criado. Existem duas curvas, uma para a entrada e outra para a saída. A curva característica de saída é a mais importante. Quando se projeta um amplificador, temos uma noção de qual será o seu uso. Assim, sabe-se que o transistor deverá ser escolhido para essas aplicações, baseado em sua curva característica.

Figura 10

Curva característica de saída com a reta de carga e ponto quiescente Q.

Funcionamento estático e dinâmico de um transistor em configuração emissor comum Em cima da curva característica de saída, traçamos uma reta (chamada de reta de carga) e descobrimos o ponto de operação do transistor, chamado de ponto quiescente Q. Esse ponto é  justamente onde o transistor trabalhará (FUNCIONAMENTO ESTÁTICO DO TRANSISTOR    – polarização DC ao circuito com transistor). Definindo esse ponto, automaticamente definiremos valores de operação do transistor no circuito, tornando o cálculo do amplificador  extremamente simples, isto é, o cálculo dos resistores para a correta polarização do transistor. De imediato, o ponto Q indicará qual será a corrente de coletor I c – no eixo y – e a tensão entre coletor e emissor Vce – no eixo x – que deverão ser usados pelo transistor. O ponto Q deve ficar centralizado na reta de carga com a finalidade de manter o ponto estático através de uma corrente I b estável, no gráfico temos I b = 20 µA. Ao traçar a reta de carga, uma certa corrente de coletor I c também estará definida, essa máxima I c é chamada de corrente de saturação , pelo gráfico vale 3 mA. E ao definir o ponto Q, o ponto indicará imediatamente a tensão entre coletor e emissor  Vce que deverá ser usada no eixo x. A máxima V ce coincide com o valor da bateria de  polarização V cc, pelo gráfico a V ce = Vcc (Tensão de corte ). Se a corrente de base aplicada no transistor for muito baixa, ele entrará em uma região chamada de região de corte, onde sua corrente de coletor será também muito baixa. Podemos dizer, inclusive, que o transistor estará “desligado”. 67

Por outro lado, se a corrente de base for muito alta e o transistor não conseguir  acompanhar a sua corrente de coletor apropriadamente – isto é, tentarmos efetuar uma amplificação de corrente maior do que a suportada pelo transistor, ele entrará em uma região chamada região de saturação . Quando o transistor entra nessa região, o amplificador também não funciona, mas dessa vez por “excesso” de corrente. Quando isso ocorre, a tensão entre coletor e emissor (Vce) fica tipicamente em 0,7 V. O ponto Q fica no meio da reta de carga, se ao contrário, o ponto Q estivesse em uma outra situação que não seja o ponto médio da reta de carga, um transistor poderia rapidamente entrar em saturação ou em corte, ou vice-versa (FUNCIONAMENTO DINÂMICO DO TRANSISTOR – sinal sendo amplificado em cima da polarização DC do circuito com transistor), e os tempos de corte e saturação poderiam estar diferentes para processos de chaveamento (comutação de estados) e até mesmo a forma de onda de saída poderia ser cortada (ceifada) em uma certa parte da onda. Veja as figura 11, na figura 11-(a), temos funcionamento correto do amplificador e na figura 11-(b), temos um transistor em saturação com uma parte da onda de saída cortada ou ceifada.

Figura 11

(a)

(b)

O modelo de amplificador que explicamos até agora é chamado classe A (assunto do texto VI). Nesse tipo de amplificador o transistor amplifica durante as duas alternâncias do sinal de entrada, o que exige maior dedicação do transistor durante a amplificação do sinal. Percebe-se que para manter uma boa estabilidade do ponto Q é necessário fazer a corrente de base I b mais estável possível, isto é, imune às variações de corrente na base,  provocada por um aumento da temperatura, por exemplo. A  polarização por divisor de tensão (PDT) é a que proporciona a maior estabilidade do ponto Q. Por outro lado, percebe-se que um transistor só conseguirá amplificar sinal, quando estiver polarizado com energia DC adequada à situação e com os elementos passivos (resistores, capacitores e bateria- Vcc) calculados para funcionar nos pontos estabelecidos.   Não nos interessa os cálculos, e sim as características gerais de funcionamento do transistor nas situações estática e dinâmica. Fique tranqüilo e passe aos exercícios para compreender os assuntos aqui abordados. 68

Exercícios Texto VI

1 – Cite duas vantagens do transistor com relação a válvula. 2 – Podemos afirmar que o transistor se comporta como______diodos. 3 – A porcentagem de elétrons que passa do emissor para o coletor quando polarizamos diretamente o emissor é de ? 4 – Um circuito onde o sinal é aplicado no emissor e retirado do coletor está na configuração__________________comum. 5 – Um circuito coletor comum possui o sinal de entrada aplicado_______________e retirado_____________________. 6 – Na configuração Emissor comum o sinal é aplicado ___________________e retirado__________________  7 – O ganho de corrente designado configuração____________________comum. a)alfa – emissor c)alfa – coletor

por_____________se

b) beta - emissor  d)beta - base

8 – Qual a configuração possui o maior ganho de corrente? 9 – Qual dos desenhos a seguir possui o sentido correto de corrente?

69

refere

à

Gabarito do Texto VI 1 – Potência menor , tamanho reduzido. 2 – dois diodos 3 – 95% 4 – Base 5 – na Base - no Emissor  6 – na Base –no Coletor  7-b 8 – coletor comum 9-c

70

Texto VII – Amplificadores Lineares   Nesta atividade de ensino você lerá textos e resolverá exercícios que lhe permitirão atingir os seguintes objetivos:



Definir um amplificador linear (Cn);



Identificar no amplificador transistorizado: impedância de entrada e de saída, bem como ganho de corrente, de tensão e de potência (Cn);



Identificar os métodos de acoplamento nos amplificadores (Cn);



Identificar os amplificadores classes:



Identificar os amplificadores de baixa e alta freqüência (Cn);



Identificar os amplificadores de tensão e de potência (Cn); e



Identificar um amplificador: push-pull (Cn).

A, B, AB, e C (Cn);

Um amplificador recebe um sinal de um determinado transdutor ou outra fonte de entrada, e fornece uma versão amplificada desse sinal para um dispositivo de saída ou outro estágio amplificador. Um sinal de um transdutor na entrada é geralmente pequeno (tape-deck , CD ou alguns microvolts de uma antena receptora) e precisa ser amplificado o suficiente para acionar um dispositivo de saída (alto-falante ou outro dispositivo de potência). Linearidade na amplificação e amplitude de ganho são os fatores principais de um amplificador de pequenos sinais. Como os sinais de tensão e corrente são pequenos nestes tipos de amplificadores, a quantidade de potência que ele é capaz de fornecer e sua eficiência são fatores de pouco interesse. Amplificadores de tensão servem para aumentar a tensão de um sinal de entrada e amplificadores de potência ou de grandes sinais servem para acionar um dispositivo (altofalante) que trabalham com potências na faixa de alguns watts a dezenas de watts. Um bom casamento de impedância e potências adequadas fazem com que tenhamos uma boa eficiência (quantidade de potência AC transferida para a carga) na saída de um amplificador em estágios. Antes de iniciarmos nosso estudo dos amplificadores, vamos entender o que vem a ser  casamento de impedâncias.

71

IMPEDÂNCIA DE ENTRADA Esta característica nos diz com que tipo de sinal o amplificador trabalha. Um dispositivo só pode entregar toda a sua potência a outra se houver um casamento de impedância entre eles, conforme mostra a figura 1.

Fig. 1

Os sinais que devem ser amplificados por um amplificador podem ter as mais diversas origens, provindo de dispositivos que tenham impedâncias diversas. Assim, enquanto um microfone dinâmico é um dispositivo de baixa impedância (em torno de 200 Ω), uma cápsula de cristal de toca discos tem uma impedância muito alta, da ordem de 500K  Ω. Isso significa que, se ligarmos estes dois dispositivos na entrada de um amplificador  que tenha por exemplo uma alta impedância de entrada , o microfone de baixa impedância não vai conseguir excitá-lo havendo um funcionamento anormal.

IMPEDÂNCIA DE SAÍDA Esta característica nos diz o que podemos ligar na saída do amplificador. Para que  possamos ligar um alto-falante, por exemplo, o amplificador deve ter uma baixa impedância de saída. No entanto se o amplificador ou a etapa amplificadora tiver de excitar um outro aparelho cuja a entrada seja de alta impedância , será conveniente que ele tenha uma alta impedância de saída. Impedância como sabemos é medida em ohms.

CASAMENTO DE IMPEDÂNCIAS Para haver a máxima transferência de sinal, o estágio de entrada deve ter a impedância equilibrada com a da fonte de sinal e o estágio final deve ter a impedância equilibrada com a da carga . Da mesma forma, a impedância de saída de um estágio deve estar "casada" com a impedância de entrada do estágio seguinte. Além do equilíbrio de impedância, é de vital importância isolar a passagem de corrente contínua de uma etapa para outra

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Os amplificadores podem ser classificados de acordo com: a-

A freqüência - Amplificadores de audiofreqüência (AF). - Amplificadores Amplificadores de videofreqüência. videofreqüência. - Amplificadores de radiofreqüência (RF).

b-

A polarização - Classe A. - Classe B. - Classe C. - Classe intermediária AB.

c-

O sistema de acoplamento - Acoplamento RC. - Acoplamento a transformador. - Acoplamento direto. - Acoplamento por impedância. impedância.

d-

O uso ou emprego - Amplificadores de potência ou de corrente. - Amplificadores de tensão.

A seguir faremos um estudo sobre cada item mencionado. Iniciaremos falando sobre as faixas de freqüências. freqüências.

FREQÜÊNCIAS DE OPERAÇÃO As faixas de freqüências de operação determinam o tipo de amplificador. amplificador.

Amplificadores de audiofreqüência Estes amplificadores ampliam uma faixa de freqüência que vai de 20 Hz até 20 KHz, faixa esta, sensível ao ouvido humano e que, por esta razão, é chamada de faixa de audiofreqüência. Em receptores de rádio, intercomunicadores e muitos outros equipamentos, vamos encontrar esses amplificadores. amplificadores.

Amplificadores de videofreqüência Abrangem uma ampla faixa de freqüência que vai de 30 KHz até 6 MHz. Estes amplificadores são empregados na amplificação de sinais que devem ser visíveis nas telas de radares, televisores, etc.

Amplificadores de radiofreqüência Apesar de possuir uma faixa muito larga (30 Khz até vários Ghz), diferenciam-se dos outros dois tipos, porque ampliam uma faixa estreita de freqüência dentro do espectro de radiofreqüência. 73

Essas freqüências são assim estipuladas:

Denominação Freqüência Média Freqüência Alta Freqüência muito alta Freqüência Ultra-alta

Faixa 300 a 3000 kHz 3 Mhz a 30 MHz 30 Mhz a 300Mhz 300 MHz a 3000Mhz

Veículo Radiofusão em AM Radiofusão Ondas curtas Televisão e radiofusão AM Televisão

CLASSE DE OPERAÇÃO De acordo com a polarização empregada para o transistor, podemos atribuir as classes de operação. Os amplificadores de classe A operam durante as duas alternâncias do sinal de entrada (360°). Os de classe B operam durante 180° do sinal de entrada (uma alternância), enquanto que os de classe C amplificam apenas apenas 120° do sinal de entrada (menos de uma alternância). A classe de operação é determinada pela circuito de polarização de entrada. Na maioria dos amplificadores a polarização e a reta de carga têm valores fixos, definidos pelos valores de seus componentes. Consideraremos, em nossas análises, somente os efeitos do circuito de  polarização de entrada.

Faremos a seguir um estudo sobre cada tipo de classe.

74

CLASSE A

Os amplificadores de classe A são polarizados para operar na região ativa da curva de saída. Geralmente operam na parte linear das curvas características, a fim de obter, na saída, uma resposta fiel (não distorcida) do sinal de entrada. Neste tipo de amplificador, o transistor  amplifica completamente a forma de onda aplicada em sua entrada. Para amplificar durante os 360º , requer que o ponto Q seja polarizado em nível tal que o sinal possa variar para cima e para baixo sem atingir uma tensão suficientemente alta capaz de ser restringida pelo nível da fonte de tensão de polarização de saída, ou descer a um ponto que possa atingir o nível inferior da fonte da polarização de saída (0 V). A figura 3 mostra o funcionamento de um amplificador em emissor-comum com polarização direta entre base e emissor (entrada do amplificador). Percebe-se que o ponto Q da curva característica de saída está localizado no ponto médio da reta de carga. A entrada foi estabilizada (idealmente) com uma corrente de base igual a –500 µA. A saída do amplificador está entre coletor-emissor e o sinal com duas alternâncias ou 360º e eficiência entre 25% a 50%.

Figura 3

A figura 4, mostra mostra a polarização do ponto Q em situações situações acima e abaixo abaixo do ponto médio da reta de carga. Observe as possíveis distorções do sinal de saída.

75

Figura 4

CLASSE B Em algumas aplicações, não é necessário amplificar totalmente o sinal da entrada, o que faz com que a eficiência do amplificador aumente. No caso do amplificador linear classe B a eficiência é de 78,5%. Amplificadores de classe B operam na região ativa das curvas, durante uma das alternâncias do sinal de entrada, e permanecem em corte durante a outra. Desde que somente a metade do sinal de entrada é amplificada, os amplificadores classe B são normalmente empregados em "push-pull" (amplificadores de potência formados por dois transistores que conduzem alternadamente e que produzem na saída, um sinal que é réplica do sinal de entrada). A figura 5 mostra a polarização de entrada para uma certa I b constante, próximo de zero.

Figura 5 76

O ponto de polarização DC está, portanto, em 0 V, com a saída variando, então, a partir  da polarização, durante meio ciclo. A saída não é uma reprodução fiel da entrada, nesses amplificadores a fidelidade do sinal está comprometida.

CLASSE AB

Figura 6

Um amplificador pode ser polarizado em um nível DC acima do nível correspondente à corrente zero de base da classe B e acima da metade do nível da fonte de tensão da classe A; esta condição de polarização é empregada em amplificadores classe AB. A operação classe AB ainda requer uma conexão push-pull para atingir um ciclo de saída completo, mas o nível de polarização DC é geralmente, muito próximo do nível zero de corrente de base para uma melhor eficiência de potência, entre 50% e 78,5%, para operação classe AB, as oscilação do sinal de saída ocorre entre 180 a 360º, e não constitui uma operação classe A, nem classe B.

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CLASSE C

Figura 7

A operação em classe C é polarizada para uma operação em menos de 180º do ciclo e só opera com circuitos sintonizados (ressonantes) os quais fornecem um ciclo completo de operação para a freqüência sintonizada ou ressonante. Com polarização inversa aplicada à entrada do transistor, a corrente de base permanece em zero até que a corrente produza uma queda de tensão através da resistência de entrada , tensão esta que deve estar com polaridade oposta à da fonte de polarização do circuito de entrada e deve superar a tensão da fonte. Esta classe de operação é usada, portanto, em aplicações especiais de circuitos sintonizados, tais como rádio ou comunicações e geralmente não é usado para transferir  grandes quantidades de potência; portanto, a eficiência não é dada aqui. RESUMINDO Um Amplificador em classe A conduz durante 360° do sinal de entrada; em classe B, somente durante 180°, devido ao circuito de base estar aberto; em classe C, o circuito de base é  polarizado inversamente, conduzindo menos de 180° . Agora que você já estudou e compreendeu como o circuito se comporta de acordo com a polarização de base, passaremos a falar de outro assunto.

SISTEMAS DE ACOPLAMENTO A freqüência do sinal aplicado pode ter um efeito pronunciado na resposta de um circuito simples ou multiestágio. A análise realizada até então baseou-se no espectro de freqüências médias. Em baixas freqüências, não podemos mais substituir os capacitores de acoplamento e de desvio por curtos-circuitos, pois, nesta faixa de freqüência, suas reatâncias não são desprezíveis. Em altas freqüências, os elementos capacitivos isolados e do circuito irão limitar a resposta do sistema. O aumento do número de estágios em um sistema em cascata irá limitar também tanto a resposta em alta freqüência como a resposta para baixas freqüências. 78

Um único estágio amplificador, normalmente não é suficiente nas aplicações em aparelhos como receptores, transmissores e outros equipamentos eletrônicos. Um ganho mais elevado é obtido pela conexão de vários estágios amplificadores, daí a importância dos sistemas de acoplamento, pois, um bom sistema de acoplamento fornecerá uma boa resposta de freqüência.

Um sistema de acoplamento deve prover a transferência de sinal de um estágio para outro com um bom casamento de impedância.

TIPOS DE ACOPLAMENTO Os quatro tipos de acoplamento mais usados em A.F. são os seguintes: - redes RC; - transformadores; - redes de acoplamento por impedância; e - direto. Em sistemas de RF, outro tipo de acoplamento empregado é o SINTONIZADO.

ACOPLAMENTO RC RC.

A figura 8 representa um amplificador de dois estágios acoplados mediante uma rede O capacitor C 1 (de acoplamento) tem dupla função:

1º) - isolar a tensão de CC presente no coletor do primeiro estágio, para que não apareça na base do transistor do estágio seguinte 2º) - Transferir o sinal de um estágio para o outro. O capacitor de acoplamento deve ter, também, uma reatância reduzida para as tensões do sinal e, portanto, seu valor de capacitância deve ser relativamente alto. É necessário que o valor do capacitor seja médio, por causa da média impedância de entrada do estágio seguinte (configuração emissor-comum). O sinal que sai do primeiro estágio desenvolve-se no resistor R 1 (resistor de carga). O capacitor C 1 (capacitor de acoplamento) e o resistor R 2 (resistor de base) constituem a rede de acoplamento R C entre os dois estágios. A eficiência do amplificador acoplado mediante uma rede RC é baixa, por causa da dissipação de potência de CC no resistor de carga (efeito joule).

79

Veja a figura seguinte.

Figura 8

RESPOSTA DE FREQÜÊNCIA DO ACOPLAMENTO RC As freqüências muito baixas são atenuadas pelo capacitor de acoplamento, porque a sua XC torna-se alta com a diminuição da freqüência. A resposta em altas freqüências, para o transistor, está limitada pelo efeito "shunt" da capacitância emissor-coletor do primeiro estágio e da capacitância base-emissor do segundo estágio. Veja a figura 8. Observe que C1 e R 2 estão em série e, em baixas freqüências, a X C é consideravelmente alta, provocando assim o máximo de queda de sinal em C 1 e o mínimo em R 2. A capacitância de emissor-coletor é representada em paralelo com R 1 que, para altas freqüências, resulta numa resistência total mínima, possibilitando o desvio de grande parte ou até mesmo de todo o sinal para o terra, o mesmo acontece para a capacitância de base-emissor   Na figura seguinte ilustramos as curvas de respostas de freqüência, com capacitores de acoplamento de 10 µF e 0,01 µF.

Figura 9

80

Analisando as duas curvas, fica evidente que o capacitor de 10 µF provê uma melhor  resposta para a freqüência de áudio (que vai de 20 Hz a 20 KHz).

VANTAGENS E DESVANTAGENS DO ACOPLAMENTO RC O acoplamento RC é bastante usado em circuitos transistorizados, por oferecer uma boa resposta de freqüência, sendo de simples instalação, de peso e dimensões reduzidas e de preço relativamente baixo. Embora ele ofereça uma boa resposta de freqüência , não é o tipo de maior eficiência, em face das dificuldades em casar as impedâncias entre os estágios. Este problema é sanado, em parte, se a resistência de carga de coletor for mantida com um valor prático, o mais  baixo possível, e aumentando-se a impedância de entrada do estágio seguinte, com um valor  conveniente de resistência de emissor. Outra desvantagem desse tipo de complemento está no fato de haver  perdas, quando usado em circuitos que operam em freqüências muito baixas , devido ao aumento da XC.

ACOPLAMENTO A TRANSFORMADOR  O acoplamento interestágios, por meio de transformadores, é mostrado na figura seguinte. O enrolamento primário do transformador T 1 é a impedância de carga de coletor do  primeiro estágio. O enrolamento secundário de T 1 desenvolve o sinal de CA, para a base do transistor do segundo estágio e também age como caminho de retorno de CC, da base.

Figura 10 A resistência muito baixa, no circuito de base (1º estágio), auxilia a estabilização da   polarização no ponto quase ideal. Como não há resistor de carga de coletor para dissipar a   potência (pois a carga de coletor é o primário do transformador que, por ser um elemento reativo, não dissipa potência), a eficiência do amplificador acoplado a transformador é muito boa. Por este motivo, o processo de acoplamento a transformador é muito usado em equipamento portáteis e operados com bateria.

81

VANTAGENS E DESVANTAGENS DO ACOPLAMENTO A TRANSFORMADOR  Os transformadores facilitam o equilíbrio entre a carga de saída do transistor e a entrada do transistor seguinte, necessário para se obter o máximo de ganho de potência ( eficiência alta). A resposta de freqüência de um estágio acoplado por intermédio de transformador  não é tão boa quanto a do estágio acoplado por rede RC. A resistência "shunt" (reatância indutiva) do enrolamento primário, causa a queda de resposta para as baixas freqüências (X L = 2π f L), nesta situação X L é mínimo e haverá “curto” através dos terminais do primário do transformador. O ganho deve ser zero (freqüência = 0), já que neste ponto não há um fluxo circulante através do núcleo para induzir o secundário. Nas altas freqüências, a resposta é reduzida pelas capacitâncias de coletor e de emissor do 1º estágio. Além da resposta de freqüência ser pobre, os transformadores são mais caros, mais  pesados e ocupam maior área que os resistores e capacitores empregados no acoplamento RC. Portanto, o uso do acoplamento a transformador é limitado aquelas aplicações que requerem alta eficiência de saída .

ACOPLAMENTO POR IMPEDÃNCIA O acoplamento por impedância é similar ao acoplamento RC, com a exceção de que o resistor de carga é substituído por um indutor (L 1), conforme é ilustrado na figura 12.

Figura. 11

82

A resistência de carga é somente a resistência do fio do enrolamento, o qual  proporciona uma mínima queda de tensão de CC. Grandes valores de indutância devem ser  usados, para que seja oferecida uma alta reatância nas baixas freqüências (X. L = 2.π.f.L). O ganho do estágio acoplado por impedância cresce com o aumento da freqüência, já que a reatância indutiva é diretamente proporcional à freqüência. Na faixa de altas freqüências o ganho diminui, por causa da capacitância distribuída no circuito (junções CE e BE), que desvia o sinal. Os campos magnéticos que cercam a impedância de carga podem causar, também, um acoplamento indesejável a outros circuitos. Por isso, esses campos devem ser  controlados através de indutâncias apropriadas (blindadas). O acoplamento LC não é muito empregado em áudio e sim em alguns estágios de RF.

ACOPLAMENTO SINTONIZADO

áudio.

O acoplamento por tanque sintonizado é empregado em estágios de RF e nunca em O circuito da figura seguinte nos mostra um estágio acoplado por tanque sintonizado.

Figura 12

Os circuitos sintonizados são empregados em estágios de RF por oferecer uma alta seletividade ao sinal a ser amplificado discriminando os demais.

83

ACOPLAMENTO DIRETO A figura 13 mostra um circuito com acoplamento direto. Este tipo de acoplamento é usado para a amplificação de sinais chamados de "corrente contínua", em virtude da freqüência ser muito baixa.

Figura 13

Para o amplificador com acoplamento direto, não há capacitores de acoplamento ou de desvio que proporcionem uma queda no ganho em baixas freqüências. Observe, na figura 13, que um transistor NPN é ligado diretamente a um transistor PNP. A direção do fluxo de corrente é indicada pelas setas. Se a corrente de coletor do primeiro estágio for maior que a corrente de base do estágio seguinte, devemos ligar o resistor R C (carga do coletor), como está indicado pela linha tracejada, para desviar a corrente excedente. Como o número de componentes necessários no amplificador acoplado diretamente é mínimo, teremos o máximo de economia e também a máxima fidelidade de sinal . Entretanto, o número de estágios que podem ser acoplados diretamente é limitado.

AMPLIFICADORES DE TENSÃO E POTÊNCIA Os amplificadores de tensão (baixo nível) são estágios de amplificação projetados para  produzir um grande valor de tensão através da carga do circuito de coletor. Para produzir uma alta tensão, utilizável através de um circuito de carga, é necessário que a oposição à variação de IC seja a máxima possível (alta resistência), qualquer que seja a carga (resistor, reatância ou impedância). Os amplificadores de potência (alto nível) são estágios amplificadores, construídos para fornecer grandes quantidades de potência para a carga no circuito de coletor. Num amplificador  de potência deve haver uma grande corrente no circuito de coletor (baixa resistência), uma vez que a potência é o produto da resistência pelo quadrado da corrente. Os amplificadores de potência e de tensão podem ser reconhecidos pelas características dos componentes do circuito de coletor. Assim, um estágio amplificador construído para  produzir um grande sinal de tensão, através de uma alta R L, é um amplificador de tensão. Já um amplificador projetado para desenvolver uma alta corrente de coletor através de uma R L de  baixo valor, é um amplificador de potência. 84

Os pré-amplificadores são etapas de baixo nível, que se destinam à amplificação de sinais originários de dispositivos, tais como microfones, detetores, cápsula magnéticas, etc O circuito de entrada de um amplificador transistorizado deve ser alimentado com a corrente de saída de um pré-amplificador. Neste caso, cada transistor é considerado como um amplificador de corrente ou potência, operando a um nível de corrente ou de potência mais elevado que o nível do estágio anterior e menos elevado que o do estágio seguinte. O nível de potência de um estágio amplificador de áudio é determinado pelos requisitos do projeto. Em alguns casos os amplificadores de baixo nível podem operar com potências variando de picowatts até miliwatts, enquanto que nos amplificadores de potência podem operar com vários watts.

AMPLIFICADORES DE TENSÃO

Amplificador Tensão EC Fig. 14 Em amplificadores de áudio comerciais, é comum o uso de amplificadores de mais de um estágio, isto é, a saída do amplificador é conectada à entrada de um segundo circuito amplificador, de forma a amplificar ainda mais o som. Como o segundo estágio irá inverter  novamente o sinal, na saída do amplificador ele será apresentado de forma correta. O amplificador de tensão é usado nos primeiros nos estágios de amplificação. A figura 14 mostra um amplificador de tensão em classe A na configuração emissor-comum. A finalidade deste amplificador é de proporcionar ganho de tensão nos primeiros estágios de um amplificador de áudio.

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AMPLIFICADORES DE POTÊNCIA Após vários estágios com ganho de tensão, o sinal amplificado excursiona por toda a reta carga. Um estágio a mais, deve ser o estágio de potência em vez de ganho de tensão. Nesse último estágio, as correntes no coletor são muito maiores porque as impedâncias de carga são muito menores. O estágio final de amplificação deve fornecer uma corrente suficiente para acionar uma baixa impedância.

AMPLIFICADOR DE POTÊNCIA EM PUSH-PULL Um amplificador push-pull é um circuito composto por dois transistores NPN e/ou PNP e um transformador. Para este circuito oferecer uma saída sem distorção deve receber dois sinais iguais e defasados de 180°, provenientes de um divisor ou inversor de fase (transformador com tomada central). Algumas vezes é preciso maior potência de saída do que aquela produzida por um estágio de saída simples. Nestas condições aumenta-se a potência de saída usando-se dois transistores no estágio final. Para isso, a disposição simétrica oferece a mais alta potência com o mínimo de distorção . Polarizando-se os transistores na classe AB, obtém-se uma melhor operação, pois nesta situação eles ficam conduzindo por mais da metade de um ciclo, evitando assim a distorção de crossover (não linearidade do sinal na passagem do sinal do  positivo para o negativo, ou vice-versa), enquanto na classe B existe a possibilidade de ocorrer  este tipo de distorção. O amplificador em push-pull fornece uma potência que é o dobro da fornecida por um amplificador simples de potência. A carga de coletor deve ser duas vezes a carga usada para o circuito simples. Assim, a indutância mínima do primário do transformador de saída deve ser  igual ao dobro da indutância necessária para o caso de um só transistor.   Na figura seguinte apresentamos um amplificador de potência em oposição de fase (Push-Pull) em classe A.

Fig. 18

86

Para que um amplificador em push-pull opere satisfatoriamente, é necessário que o circuito inversor de fase forneça dois sinais de mesma amplitude e defasados de 180°, e que os transistores de saída tenham o mesmo fator de amplificação.

A

seguir serão propostas alguns exercícios para que você possa avaliar o seu progresso.

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Exercícios do texto VII 1 - Qual a finalidade de um amplificador ? R __________________________________________________________________________   ____________________________________________________________________________   ____________________________________________________________________________  2 - O que vem a ser impedância de entrada ? R __________________________________________________________________________   ____________________________________________________________________________   ____________________________________________________________________________  3 - Os amplificadores de videofrequência abrangem uma faixa de freqüência que vai de 30 KHz até 6 GHz. ( ) - Certo

( ) - Errado

4 - Os amplificadores de _________________________ ampliam uma faixa de freqüência que vai de 20 Hz até 20KHz. 5 - Os amplificados podem ser classificados de acordo com: R __________________________________________________________________________   ____________________________________________________________________________   ____________________________________________________________________________  6 - Um amplificador em classe A conduz durante __________________; em classe B, somente durante__________________ ; e em classe C, conduz______________________ . 7 - Quais os tipos de acoplamento mais usados em AF ? R __________________________________________________________________________   ____________________________________________________________________________   ____________________________________________________________________________  8 - Facilitar o equilíbrio entre a carga de saída do transistor e a entrada do transistor seguinte, necessário para se obter o máximo de ganho de potência, é uma vantagem de que tipo de acoplamento ? a - Acoplamento sintonizado  b - Acoplamento por impedância c - Acoplamento a transformador  d - Acoplamento por rede RC 88

Gabarito do Texto VII

1) R - Aumentar a tensão, a corrente ou o nível de potência de um sinal a um valor necessário, a fim de operar um dispositivo de saída. 2) R - É a característica que nos diz com que tipo de sinal o amplificador trabalha. 3) R - ( x ) - Errado 4) R - audiofreqüência 5) R - A freqüência ; A polarização; O sistema de acoplamento ; O uso ou emprego. 6) R - Um amplificador em classe A conduz durante as duas alternâncias ( 360º ); em classe B, somente durante uma alternância ( 180º ); em classe C, conduz em menos de uma alternância. 7) R - Redes RC; Transformadores; Redes de Acoplamento por Impedância e Direto 8) R - C

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Texto VIII – Osciladores e Multivibradores   Nesta atividade de ensino você lerá textos e resolverá exercícios que lhe permitirão atingir os seguintes objetivos:



Identificar o conceito de oscilador e multivibrador (Cn);



Descrever os tipos de osciladores e seus funcionamentos (Cp);



Identificar os tipos de cristais osciladores e seus funcionamentos (Cn);



Diferenciar osciladores de multivibradores (Cn); e



Identificar os tipos de multivibradores e seus funcionamentos (Cp).

Introdução A grande preocupação do ser humano vem sendo, através dos tempos , aperfeiçoar os sistemas de comunicações, a fim de que se possa integrar todo o planeta de forma tão eficiente que todos nós nos sintamos em uma “aldeia global” Tarefa difícil essa, devido à incompatibilidade entre as aptidões dos sentidos do ser  humano e as possibilidades de realização de um sistema de comunicação. Senão, veja: a capacidade do ser humano emitir ou captar vibrações sonoras, isto é, falar e ouvir, está limitada a uma faixa de freqüência de 20 Hz a 20Khz. Para essa faixa de freqüência precisaríamos de uma antena em torno de 15 Km de altura e com menor atenuação atmosférica (freqüência menores que 100Khz sofrem maior atenuação atmosférica) de modo que pudéssemos realizar a transferência de informação com maior  eficiência possível. Só esses dois motivos já eliminaram a possibilidade de enviar a informação diretamente  por uma antena. Daí surgiu a idéia de modulação, isto é, usar um sinal de RF (alta freqüência)  para transportar um sinal de informação em AF (baixa freqüência). Para que um sinal de RF (portadora) transporte uma informação é preciso fazer com que uma de suas propriedades varie proporcionalmente com a amplitude (AM), fase (PM) ou freqüência (FM) da informação (sinal de informação).

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É aí que entra o papel do Oscilador, que é um dispositivo capaz de transformar a energia DC aplicada em energia AC, isto é criar o sinal de RF (portadora) para que o sinal modulado possa modificar uma das características da portadora. Para que haja essa transformação é necessário que parte do sinal de saída retorne à entrada de forma adequada, ou seja, é necessário que haja uma realimentação positiva (regeneração dos sinais – dentro do oscilador de RF). Veja figura abaixo:

Diagrama de Blocos do Transmissor AM-DSB OSCILADORES Além da necessidade de uma realimentação positiva, devem ser incorporados ao circuito oscilador a transistor, elementos determinantes de freqüência e as necessárias tensões DC de polarização. O transistor atua como uma chave e conduz periodicamente sempre que a energia é realimentada pelo circuito sintonizado, e mantém as oscilações do circuito tanque. Para determinar a freqüência de operação do oscilador, podem ser incorporados ao circuito, conjuntos indutância-capacitância, um cristal ou ainda uma rede resistiva-capacitiva. As tensões de polarização para o oscilador são as mesmas necessárias para um amplificador a transistor. Um fator de suma importância é a estabilização do ponto Q do oscilador a transistor, pois a instabilidade da operação DC afetará consideravelmente a amplitude do sinal de saída, a forma de onda e ainda a estabilidade de freqüência.

OSCILAÇÃO ELETRÔNICA A oscilação eletrônica é feita com uma bobina e um capacitor ligados em paralelo. Para entendermos como este circuito oscila, consideramos o que ocorre ao se carregar e descarregar  o capacitor da figura 5 - Passo 1 – O capacitor C1 se carrega para o valor de Vcc, com a polaridade indicada. - Passo 2 – C1 se descarrega sobre L1. 91

- Passo 3 - A energia está acumulada em campo, sendo a tensão através do tanque zero e a corrente máxima. - Passo 4 - L1 entra em colapso, determinando corrente no mesmo sentido do passo 2. - Passo 5 - C1 se carrega com polaridade oposta à do passo 2. - Passo 6 - C1 se descarrega sobre L1, com corrente oposta à do passo 2. - Passo 7 - A energia está acumulada sobre a forma de campo ,sobre L1. - Passo 8 - L1 entra em colapso, determinando corrente no mesmo sentido do passo 6. - Passo 9 - C1 fica carregado novamente , conforme o passo1. Sobre L1 e C1 há resistência, a qual dissipa parte do sinal em forma de calor, havendo,  portanto, a necessidade de virar a chave novamente para a bateria, a fim de carregar novamente C1, compensando a referida perda de energia. Os osciladores trabalham em freqüências que normalmente não conseguiríamos virar a chave com rapidez suficiente, a fim de realimentar o capacitor na hora precisa: por isso a chave é substituída por um controle eletrônico ( AMPLIFICADOR À TRANSISTOR ). Ao fazermos esta substituição, temos duas grandes vantagens: - O circuito passa a ter amplificação; e - A realimentação é precisa e controlada.

Fig 5

92

REQUISITOS DE UM CIRCUITO OSCILADOR  1 – O AMPLIFICADOR  O circuito oscilador é , essencialmente, um amplificador que recebe uma realimentação conveniente. Para gerar energia AC, uma porção da energia de saída do amplificador a transistor deve ser retornada ao circuito de entrada, em uma relação de fase, para dar uma realimentação regenerativa com a energia de entrada. O diagrama – bloco do oscilador da figura 6, mostra as energias (potências) de saída, entrada, de realimentação e a energia enviada à carga. A energia enviada à carga (Pc), será a energia de saída (Ps) menos a energia de realimentação (Pr) : Pc = Ps – Pr.

Fig 6 A potência de realimentação (Pr) não é a potência de saída (Ps), pois a rede de realimentação age como um atenuador, causando desta forma, perdas ao sinal realimentado. Na figura 7. temos o resistor R, representando as perdas causadas pelo circuito de realimentação.

Fig 7 O resistor R simula um atenuador para o sinal realimentado. Se o oscilador necessitar,   para seu funcionamento, de um sinal de entrada (Pr) de 2mW, e sendo a perda na rede de realimentação de 1mW, a potência do sinal de realimentação deverá ser, no mínimo, de 3mW, ou seja: Pe = Pr - perdas Quando o ganho de potência do amplificador é menor que a unidade, ocorrem oscilações amortecidas. As oscilações tornam-se cada vez menores até desaparecem completamente. Utilizando a figura 8 podemos fazer uma análise comparativa dos requisitos estudados anteriormente. Suponhamos que não haja atenuação do sinal realimentado e que o ganho de potência deste amplificador seja de 0,9mW. 93

Sendo o sinal inicial de 1mW, a potência do primeiro pulso seria de 0,9mW. Se toda essa potência fosse realimentada para entrada e fosse amplificada, a potência do segundo pulso seria de 0,81mW. Realimentando essa potência para entrada, teríamos um pulso de 0,73mW na saída, e assim sucessivamente, conforme mostra a tabela da figura 8

Fig 8 Como vemos, o resultado seria uma redução cada vez maior do sinal de saída. O  processo continuaria até que a oscilação cessasse por completo. Concluindo, para manter a oscilação o fator de ganho de potência do amplificador deve ser maior que a unidade.

2 - REALIMENTAÇÃO A total transferência de energia só é conseguida quando há casamento de impedância. Assim sendo, um amplificador a transistor poderá apresentar total desequilíbrio entre suas entradas e saídas. Esse desequilíbrio acarreta perda para o sinal de realimentação.

CIRCUITOS OSCILADORES BÁSICOS Há uma grande variedade de osciladores que usa circuitos LC. Os mais conhecidos são os Osciladores Armstrong, Colpitts e Hartley.

OSCILADOR ARMSTRONG Este oscilador é o mais simples e é conhecido também como “oscilador com realimentação por bobina de reação”. Seu circuito é mostrado na figura 11: Figura 11

94

OSCILADOR HARTLEY

Fig 11 Fig 12 Este circuito usa uma indutância dividida para obter a realimentação. CRF significa “choque de rádio-freqüência” e serve para evitar que as oscilações atinjam a fonte CC. -OSCILADOR COLPITTS O oscilador Colpitts assemelha-se ao Hartley alimentado em paralelo. A diferença está em que o Colpitts, ao invés de ter o conjunto de indutância dividida, para obter a realimentação, usa um conjunto de capacitância dividida. A figura 13 ilustra um circuito oscilador Colpitts.

Fig 13

-OSCILADORES A CRISTAL O método mais satisfatório de se estabilizar a freqüência dos osciladores, utilizados nas telecomunicações, consiste em adotar cristais. Estes osciladores, controlados por cristais, são usados na maioria dos transmissores comerciais e militares. O controle de freqüência por meio de cristais está baseado nos efeitos de Piezoeletricidade. Quando certos cristais são comprimidos ou expandidos em direção específicas, os mesmos geram cargas elétricas na superfície. E quando certos cristais são colocados entre duas superfícies metálicas (placas) através das quais exista uma diferença de potencial, os cristais vibram mecanicamente num movimento de contração e expansão. As placas protegem o cristal contra agentes externos, 95

choques, etc. Além disso, nelas são feitos contatos ôhmicos através dos quais é aplicada uma diferença de potencial. Para oscilarem perfeitamente, os cristais devem ainda ser submetidos a um tratamento de laboratório, onde sofrerão um determinado tipo de “corte”, que é um dos fatores determinantes de freqüência de operação.

Cristal de secção hexagonal

-TIPOS DE CRISTAIS Praticamente todos os cristais mostram o efeito piezoeléctrico, mas poucos são adequados para serem usados como equivalentes de circuitos sintonizados para fins de controle de freqüência. Entre os cristais mais adequados para este fim, encontram-se o QUARTZO, o SAL de ROCHELLE e a TURMALINA. Dos quais o SAL de ROCHELLE é a substância  piezoelétrica mais ativa e gera a maior quantidade de tensão por uma dada pressão mecânica. O SAL de ROCHELLE tem sido aplicado em microfones, alto-falantes de cristal e também era aplicado nos antigos toca discos. A TURMALINA é quase tão boa quanto o QUARTZO em uma considerável faixa de freqüência e é superior em uma faixa entre 3 a 30 MHz, mas possui a desvantagem de ser uma  pedra semipreciosa o que eleva o seu custo e a exclui do uso geral. O QUARTZO é usado universalmente para o controle de freqüência, por causa de seu  baixo custo, robustez mecânica e de pouca variação de freqüência em função da variação da temperatura. Apresenta uma estabilidade maior e mantém constante a freqüência do circuito oscilador. É um dos materiais mais permanentes que já se conhece, sendo quimicamente inerte e fisicamente resistente. De todos os materiais encontrados é o mais satisfatório, embora sua faixa de operação esteja compreendida entre 50 KHz e 50 MHz, fora, portanto, da faixa de áudio.

(a) símbolo elétrico do cristal (b) ckt equivalente (c) variação da impedância com a freqüência. 96

-MULTIVIBRADORES Com o desenvolvimento dos sistemas eletrônicos, houve a necessidade de se criar  circuitos que operem ou que forneçam sinais ou formas de ondas não senoidais. Os sinais   podem ser definidos como variações momentâneas de tensão ou de corrente. Estes sinais incluem tensões de onda quadrada, onda retangular ou pulsos. Os multivibradores são usados em Sistemas Pulsados, para transmissão de sinal analógico ou digital a partir de ondas quadradas (digitais). A modulação por Pulsos consiste, na utilização de uma portadora Trem-de-Pulsos que, de uma forma diferente da portadora senoidal, tem um conjunto de características que permitem maior diversidade dos possíveis tipos de modulação. O que é feito, na verdade, é uma tomada de amostras do sinal de informação por parte da portadora trem-de-pulsos e essa tomada de amostras deve ser feita a intervalos de tempo tais que caracterizem perfeitamente o sinal de informação. O multivibrador, diferente dos osciladores, é o dispositivo eletrônico capaz de produzir  uma tensão de saída de onda quadrada ou retangular . Estes sinais podem ser contínuos, como uma cadeia repetitiva de ondas quadradas, ou simples impulso produzido a intervalos de tempo definidos. Basicamente o multivibrador é um circuito de dois estágios, em que a saída de um é reacoplada à entrada do outro para manter a oscilação. Existem vários tipos de circuitos multivibradores, elaborados para suas aplicações específicas. Os circuitos multivibradores são muito empregados atualmente em computadores, radar, receptores de TV, osciloscópios, manipuladores digitais, cronômetros , etc. -TIPOS DE MULTIVIBRADORES Uma maneira de classificar os multivibradores é de acordo com a forma de funcionamento. Desta forma encontramos três tipos de multivibradores:



Astável (de oscilação livre);



Monoestável disparo) e;



Biestável (de dois disparos)

(de

97

um

Os multivibradores astáveis geram uma série contínua ou uma cadeia de pulsos, sem necessidade de sinal de entrada (pulso disparador). Por esse motivo, os multivibradores astáveis são também denominados multivibradores de oscilação livre, eles não necessitam ser  disparados. Os multivibradores monoestáveis e biestáveis precisam ser dispararados, para produzir  uma onda quadrada ou retangular. O multivibrador monoestável deve ser excitado através de um pulso disparador, ou de comutação, a fim de completar um ciclo. Por tal motivo, este tipo de circuito é comumente chamado de multivibrador de um disparo. Os multivibradores biestáveis , mais conhecidos como “flip-flop”, necessitam de dois  pulsos de comutação para completar um ciclo. Os multivibradores podem também ser classificados, de acordo com a duração de seus  pulsos de saída, em: - Simétricos e; - Assimétricos   No multivibrador simétrico, a duração ou largura dos pulsos de saída é igual ao intervalo de tempo entre os pulsos. Em conseqüência, a onda de saída é equilibrada, podendo este circuito ser chamado de multivibrador equilibrado ou balanceado.  No multivibrador assimétrico, a largura do pulso é maior ou menor que o intervalo de tempo entre um pulso e outro, sendo este chamado de multivibrador desequilibrado. Como o multivibrador astável é de oscilação livre, o seu funcionamento simétrico depende exclusivamente dos valores dos seus componentes, isto é, esteja balanceado. Os multivibradores monoestáveis, em funcionamento simétrico, dependem principalmente da seqüência, em que os pulsos comutadores de entrada forem aplicados. Os multivibradores Simétricos são empregados para gerar ondas quadradas , enquanto que os Assimétricos são usados para gerar ondas retangulares.

MULTIVIBRADOR ASTÁVEL O multivibrador astável ou de oscilação livre é aquele que não necessita de pulsos de comutação de entrada para o seu funcionamento. Basicamente este circuito é formado por  dois transistores, um é levado a corte, o outro é levado a saturação. O corte de um transistor   produz um pulso que satura o outro. Este multivibrador possui duas condições de instabilidade. O nome de oscilador deve ser dado somente a este multivibrador; outros tipos funcionam somente durante um ou meio ciclo. Este tipo de circuito gera infinitamente uma forma de onda com temporização fixa. Por  exemplo, um gerador de forma de onda quadrada que gere uma forma de onda com freqüência de 1 Khz. Quando esse circuito é ligado ele começa a gerar essa forma de onda e não pára mais, só parando quando o circuito for desligado. Se você ligar um LED na saída de um mutivibrador astável, ele ficará piscando indefinidamente na freqüência determinada em sua construção. 98

Fig 14

MULTIVIBRADOR MONOESTÁVEL O multivibrador monoestável, como indica seu nome, tem uma condição estável em qualquer das duas regiões, isto é, saturação ou corte. Um pulso externo de comutação faz com que um transistor passe de uma região par outra, só que depois de certo período, determinado pela constante de tempo do circuito (RC), o transistor voltará à sua condição original, ou seja, de estabilidade inicial.

Fig 15 Este tipo de circuito gera um pulso de comprimento fixo a partir de um sinal (chamado de gatilho) aplicado em sua entrada. O importante nesse tipo de circuito é que, independentemente do tempo de duração do gatilho, a duração da forma de onda na saída será sempre a mesma. Se você ligar um LED na saída de um multivibrador monoestável, ele se acenderá somente quando for dado um pulso na entrada de gatilho do multivibrador e ficará aceso somente durante o período que foi definido na construção do multivibrador.

Fi 17 99

MULTIVIBRADOR MULTIVIBRADOR BIESTÁVEL O multivibrador biestável, também conhecido como “Flip – Flop”, tem dois estados estáveis e pode permanecer em qualquer um deles. Quando um transistor se acha no estado de condição, o outro estará em corte. Para inverter o estado é necessário que um pulso de comutação seja aplicado à entrada. Para completar um ciclo na saída, serão necessários dois  pulsos de comutação.

Fig. 18

Fig. 19

Caro aluno! Podemos Podemos observar que pelas formas formas de onda, que a freqüência de saída só será controlada pelos pulsos de disparo, uma vez que o acoplamento de um estágio para o outro é direto e que a amplitude de onda saída depende da tensão que alimenta o circuito.

100

Um circuito biestável é aquele que pode permanecer indefinidamente em qualquer de seus estados estáveis e que pode ser induzido a realizar uma transição brusca de um a outro estado, mediante uma excitação exterior. Os multivibradores biestáveis são largamente empregados em operações digitais, tais como em contadores e armazenagem de informações   binares. Também é amplamente usado na geração de ondas quadradas, quando pulsos síncronos são aplicados como disparadores.

A

seguir serão propostas alguns exercícios para que você possa avaliar o seu progresso.

101

Exercícios do Texto VIII

1- Define qual a função básica de um oscilador: 2 – Para mantermos a oscilação o fator ganho de __________ do amplificador deverá ser _______que a unidade 3 – O controle de freqüência por meios de cristal está baseado no efeito  ___________________. 4 – Como é feita a oscilação eletrônica? 5 – Como também e conhecido o oscilador Armstrong? 6 – Qual o método mais utilizado em estabilizar a freqüência em equipamentos de telecomunicações? 7 – Qual a desvantagem do cristal de Turmalina? 8 – Qual a faixa de operação do Quartzo? 9 – Como podem ser classificados os multivibradores de acordo com a duração de seus  pulsos de saída? 10 – Os multivibradores assimétricos são empregados para gerar ondas  _____________.

102

Gabarito do Texto VIII 1 – Dispositivo capaz de transformar a energia DC aplicada em energia AC. 2 – Potência , maior. 3 – Piezoelétrico. 4 – É feita com uma bobina e um capacitor ligados em paralelo. 5 – oscilador com realimentação por bobina de reação. 6 – Aplicação de osciladores de cristal. 7 – Por ser uma pedra semipreciosa, eleva o custo. 8 – Entre 50KHz e 50MHz. 9 – Simétricos e Assimétricos. 10 – Retangulares.

103

Texto IX – Noções de Circuitos Integrados   Nesta atividade de ensino você lerá textos e resolverá exercícios que lhe permitirão atingir os seguintes objetivos: 

Conceituar a microeletrônica (Cn);



Descrever a tecnologia de fabricação do Circuito Integrado (Cn);



Comparar os componentes integrados com os convencionais, considerando as técnicas de fabricação e tamanho (Cp);



Discutir o emprego de CI em projetos (Cn); e



Apontar os circuitos integrados mais utilizados na indústria, identificando suas funções (Cn).

INTRODUÇÃO Até este momento, discutimos os circuitos Discretos. A palavra discreto significa separado ou distinto. Este termo se refere ao uso de resistores e transistores separados na construção de um circuito. Um circuito discreto é aquele no qual todos os seus componentes são soldados juntos ou interconectados mecanicamente.

MICROELETRÔNICA O transistor permitiu aos projetistas produzirem equipamentos eletrônicos menores, mais versáteis, de maior confiança, menos dispendiosos e requerendo menor potência de alimentação. Mas o transistor foi somente o prenúncio de uma revolução maior, a do circuito integrado monolítico. Os circuitos integrados, com as funções próprias de um circuito completo, em espaço comparável ao que antes era ocupado por um único transistor, são componentes básicos dos equipamentos eletrônicos. Com aparecimento do transistor e do diodo semicondutor , depois da segunda guerra, incentivou mais o desenvolvimento da miniaturização dos elementos passivos (resistores e capacitores). A utilização destes componentes em miniatura foi possível por causa das características do transistor permitir o funcionamento dos circuitos com baixa tensão e   potência. A montagem de transistores com os novos componentes passivos, em pequenos  blocos de circuitos impressos, proporcionou uma redução significativa no tamanho e peso dos equipamentos (micromontagem). A grande vantagem de se usar um circuito integrado é que ele traz, em um só circuito, o que antes teria necessidade de vários componentes. Para tirar maior   proveito na redução do tamanho, as pesquisas se desenvolveram, chegando à microeletrônica.

104

Erradamente os termos microeletrônica e CI se empregam em um mesmo sentido. Microeletrônica é a denominação geral dada aos componentes eletrônicos e montagem de circuitos extremamente pequenos. Um CI é um caso particular de microeletrônica. O CI é um conjunto inseparável de componentes eletrônicos montados em uma única estrutura que não  pode ser dividida sem que suas propriedades eletrônicas sejam destruídas.

Os Circuitos Integrados constituem uma parte da microeletrônica, sendo que nem todas as unidades Microeletrônicas têm que ser  necessariamente Circuitos Integrados.

Os circuitos integrados podem ser classificados em dois tipos: lineares (analógicos) e digitais. Os CIs digitais são compostos por circuitos lógicos utilizados na eletrônica digital –  tais como portas lógicas, flip-flops, contadores, etc - assunto a ser abordado no módulo II de Eletrônica Aplicada.

FABRICAÇÃO DE CI Antes de entrarmos nas técnicas de fabricação de CI, falaremos da divisão dos CI de semicondutores. Os CI de semicondutores se dividem em dois grupos: os circuitos monolíticos e os circuitos híbridos. Nos circuitos monolíticos são fabricados por uma tecnologia especial dentro de uma pastilha de silício, enquanto que nos circuitos híbridos , varias destas pastilhas são colocadas em um mesmo invólucro e são conectadas entre si. Os circuitos monolíticos são fabricados simultaneamente em único cristal de silício com menos de 1mm2. O processo, usado atualmente para fabricação do CI, é baseado na técnica da difusão do silício, que fora desenvolvida para a fabricação do silício. Esse processo tornou-se  predominante na indústria, em face da possibilidade de proporcionar dispositivos ativos de alta qualidades (transistores).

105

A figura 1 representa as fases básicas às quais é submetido o silício. O material inicial é um cristal de simples , uniforme, de silício do tipo N ou do tipo P, como mostrado em “A” . As técnicas de difusão permitem a introdução de impurezas nas profundidades e larguras desejadas no material inicial. A penetração vertical das impurezas é controlada pela temperatura de difusão e pelo tempo. O controle lateral de difusão torna-se possível pela combinação das propriedades de vedação do dióxido de silício com as técnicas fotoquímicas. Quando determinadas regiões, do tipo N são difundidas em um material inicial do tipo P, como mostrado na figura “B”, são formados nodos isolados no circuito. Os diodos, formados pela substância P, e os nodos do tipo N fornecem um isolamento elétricos entre os nodos. A difusão de regiões adicionais do tipo P e do tipo N formam transistores, como mostrado em “C”. A  placa de silício é, então, revestida com uma camada de óxido isolante, e o óxido é aberto nos   pontos adequados, para permitir a metalização e interconexão, como é mostrado em “D”. Quando se necessita de resistores, a difusão do emissor do tipo N é omitida e dois contatos ôhmicos são estabelecidos para uma região do tipo P, formada simultaneamente com a difusão da base, como mostrado em “E”. Quando se necessita de capacitores, o próprio óxido é usado como dielétrico, como mostrado em “F”. Em “G” mostra a combinação de três tipos de elementos em uma placa simples.

Fig 1

Os transistores do CI, feitos por este processo, são similares aos convencionais. Por outro lado, os resistores do CI são sumamente diferentes dos comuns. Estes são fabricados, geralmente, em tamanhos convencionais e os diferentes valores dos resistores se obtêm fazendo-se variar a resistência do material condutor. Nos CI, a resistência do material não pode variar para se obter valores diferentes de resistores, porque a resistência do material é 106

determinada pelo valor requerido para a fabricação do transistor, e seu valor ôhmico depende,  primordialmente , de sua forma geométrica. Podemos ainda citar outras vantagem do CI em relação ao convencionais como: menor  volume , elevada confiabilidade, baixo custo de produção, etc. Cada CI consta de uma configuração completa com diversos componentes, em alguns casos milhares ou milhões, e que  portanto só pode ser usado para uma aplicação determinada. Diferentemente dos transistores, os CI dificilmente admitem “equivalentes”. Sua estrutura complexa, faz com que um integrado projetado para determinado uso só seja útil naquela aplicação, o que nos leva a uma classificação destes componentes em dois grupos: os de uso geral e os dedicados. Os de uso geral são relativamente simples e formam funções que podem ser utilizadas de diversas formas. Por exemplo, um integrado que tenha um pequeno amplificador de áudio, evidentemente só pode ser usado como amplificador de áudio, mas podemos instalá-los em rádios, pequenos toca-discos, gravadores, intercomunicadores, etc. Já os dedicados possuem funções complexas únicas. Por exemplo, um integrado de calculadora que exerça as funções básicas desta máquina não pode ser usado de outra forma senão numa calculadora com as mesmas características que correspondam ao projeto inicial.

A utilização de CI dedicados é vinculada ao único projeto pelo qual fora destinado e não possui equivalentes.

Hoje em dia podemos contar com milhares tipos de CI o que torna muito difícil estudálos separadamente. Os tipos diversos de integrados também determinam os invólucros, e da mesma forma que no caso dos transistores temos muitas aparências para integrados. Os mais antigos são os invólucros metálicos redondos , que ainda podem ser  encontrados em aparelhos mais velhos. A numeração da pinagem destes integrados é feita observando o componente por baixo. A contagem é feita no sentido horário. O invólucro mais comum é de oito pinos, mostrado na figura. Trata-se de um invólucro de baixa potência, ou seja , empregados em CI que trabalham com sinais de pequena intensidade.

107

Oito pinos Fig 2 O mais comum na atualidade é o invólucro DIL(Dual In Line) que é mostrado nas diversas versões, veja fig. Podemos encontrar invólucros de 8 a 40 pinos, dependendo da complexidade do CI.

Fig 3 Existem ainda os CI que operam com sinais de grande intensidade ou que devem controlar correntes intensas são montados em invólucros que facilitam a utilização de radiadores de calor. Veja a fig 4

Fig 4 A necessidade cada vez maior de montagens compactas e ainda a produção através de máquina levaram a ultraminiaturizar os invólucros, surgiu então a tecnologia SMD (tecnologia de montagem em superfície). 108

Fig 5

NÍVEIS DE INTEGRAÇÃO SSI – (SMALL SCALE INTEGRATION) – Integração em Pequena Escala Se refere aos CIs com menos de 12 componentes integrados. A maioria dos Chips SSI utiliza resistores, diodos e transistores bipolares integrados.

MSI (MEDIUM SCALE INTEGRATION) – Integração em Média Escala Se refere a CIs que têm de 12 a 100 componentes integrados por chip. Os transistores   bipolares ou MOS (MOSFETS de modo intensificação) podem ser utilizados como transistores integrados de um CI. A maioria dos chips MSI utiliza também componentes  bipolares.

LSI (LARGE SCALE INTEGRATION) – Integração em Larga Escala Se refere a CIs com mais de 100 componentes. Como são necessários menos passos  para fazer um transistor MOS integrado, um fabricante pode produzir mais desses transistores em um chip do que transistores bipolares. Por isso, a maioria dos chips LSI é de tecnologia MOS.

A seguir serão propostos alguns exercícios para que você possa avaliar o seu progresso.

109

Exercícios do texto IX 1. CIs monolíticos são (a) Formas de circuitos discretos (b) CIs em um único chip (c) Também chamados de CIs híbridos (d) Circuitos de alto custo.

2. Use C (certo) ou E (errado) ( ) A microeletrônica é uma parte do CI. ( ) O CI é um conjunto inseparável de componentes eletrônicos montados em uma única estrutura.

3. O CI de semicondutores se dividem em (a) Discretos e integrados (b) Pastilha de silício e monolítico (c) Monolíticos e híbridos (d) Tipo P e N

4. Complete: “Os CIs __________________ possuem funções complexas únicas, sendo vinculado ao único  projeto pelo qual fora destinado e não possui ____________________ .

5. NÃO é considerado invólucro de um CI (a) Oito pinos (b) DIL (c) SMD (d) Pastilha de silício

110

Gabarito do Texto IX 1. B

2. ( E ) (C)

3. C

4. DEDICADOS ; EQUIVALENTES

5. D

111

Texto X – Ampliadores Operacionais   Nesta atividade de ensino você lerá textos e resolverá exercícios que lhe permitirão atingir os seguintes objetivos:



Identificar ampliador operacional e sua função básica (Cp);



Identificar o símbolo e as características do ampliador operacional (Cn);



Identificar o funcionamento e circuitos dos ampliadores operacionais como: Inversor, sem inversão, seguidor de fonte, somador com inversão, somador sem inversão, subtrador, conversor corrente-tensão, diferenciador, integrador (Cn);

INTRODUÇÃO Embora haja uma grande quantidade de CIs que contêm somente circuitos digitais, e muitos outros que contêm apenas circuitos lineares, há uma variedade de unidades que contêm ambos os circuitos, lineares e digitais, os Ampliadores Operacionais, que são amplificadores especiais, extremamente úteis nos trabalhos com circuitos digitais. O Ampliador Operacional (Amp. Op. ) é um amplificador diferencial, com duas entradas e uma saída cuja magnitude é determinada pela diferença entre as duas entradas e pelo ganho do Amplificador Operacional.

AMPLIADORES OPERACIONAIS O amplificador operacional foi um dos primeiros CIs a ser fabricado, é um dispositivo eletrônico capaz de realizar operações matemáticas básicas, integração, cálculos logarítmicos, etc. Eles pode também operar como indutor, circuito sintonizados, filtros, geradores, etc. Ampliadores capazes de operar com sinais que vão desde corrente contínua até vários Megahertz, podem ser obtidos a partir deste dispositivo.

112

CARACTERÍSTICAS IDEAIS DE UM AMPLIADOR OPERACIONAL 

Ganho de tensão infinito (A V = ∞); ( elevado ganho ou fator de multiplicação )



Resistência de entrada infinita (R 1 = ∞); ( impedância de entrada infinita - significa que os sinais fracos podem ser usados nas entradas, sem carregar os circuitos ).



Resistência de saída nula (R S=0);



Atraso nulo;



Balanceamento perfeito (V S=0 se V1=V2); ( impedância de saída ZERO ); Resposta de freqüência infinita (BW= ∞).



SIMBOLOGIA E CONSTITUIÇÃO Sendo: V1= Entrada inversora V2= Entrada não inversora VS= Saída +V e -V= Alimenta ão Símbolo A.O

Constituição de um A.O

113

A entrada diferencial deste dispositivo amplifica a diferença entre os sinais aplicados às entradas. A etapa intermediária além de proporcionar uma maior ganho de tensão, também é diferencial e tem como finalidade principal agir como isolador “buffer”. A etapa de saída  possui um ganho de potência e também uma baixa impedância. A figura 1A mostra a forma original de um amplificador diferencial na qual ele apareceu historicamente pela primeira vez. Ele tem duas entradas V 1 e V2. Por não haver  nenhum capacitor de acoplamento ou de desvio, os sinais de entrada podem ter freqüências de qualquer valor até zero, que eqüivale à freqüência cc. A tensão de saída V out é a tensão entre os coletores. Idealmente, o circuito é simétrico com transistores e resistores de coletor idênticos. Como resultado, a tensão de saída é zero quando as duas tensões de entrada são iguais. Quando V1 for maior do que V 2, a tensão de saída tem a polaridade oposta.

Fig. 1

A figura 1B mostra a forma modificada de um Amplificador diferencial que é usado em CIs de ampliadores operacionais. Os ampliadores operacionais precisam ser alimentados por uma fonte de alimentação simétrica (Vcc), isto é, por uma fonte que ofereça uma tensão de alimentação positiva e uma tensão de mesmo valor, porém negativa (por exemplo, + 9 V e – 9V). Alguns amplificadores operacionais (circuitos integrados) possuem ainda uma entrada chamada offset , usada para regular o nível CC presente na saída do amplificador, isto é, nível de tensão contínua sobre a qual a saída alternada irá flutuar.

114

PINAGEM Tomaremos como exemplo o A.O bastante difundido, o 741 (TBA221B). É   basicamente um circuito integrado monolítico construído numa única base de silício. Caracteriza-se por apresentar um alto ganho (típico de 200.000) e por elevada impedância de entrada (2M). A figura 2 ilustra um A.O 741. Pinos 1 2 3 4 5 6 7 8

Função Ajuste de decalagem (off-set) Entrada inversora (V2) Entrada não inversora (V 1) Alimentação (- V) Ajuste de decalagem (off-set) Saída (VS) Alimentação ( + V) Sem ligação

Fig 2 O ajuste de decalagem (offset) compensa as diferenças existentes entre os semicondutores que formam o amplificador diferencial internamente ao Ampliador Operacional.

AMPLIADOR OPERACIONAL COMO AMPLIFICADOR  a) MALHA ABERTA A figura 3 mostra um Ampliador Operacional em malha aberta ligado como amplificador .

Fig 3 115

O ganho de um amplificador em malha aberta é dado pela fórmula: A = VO VI

Sendo: VO = tensão de saída; VI = tensão de entrada.

Se considerarmos o amplificador em questão como ideal, seu ganho pode ser infinito. Para que o ganho seja infinito (A = ∞), é necessário que tenhamos A = V O/VI = ∞. Isto significa que a tensão de entrada é igual a zero, V I = 0. Então A = V O/0 = ∞. O fato do ganho ser infinitamente grande nos leva a admitir a hipótese de que o  potencial do ponto “x” tende para zero. Por este motivo o ponto “x” coincide como o ponto “y” e é conhecido como “terra virtual”. Outra característica de um amplificador ideal é que sua resistência de entrada é infinita (R I = ∞). Com isso temos: I N = 0 IR1 = IR2.

Observação: virtual.

Existe três tipos de " terra ", que são : terra mecânico, terra CA e o terra

O " terra virtual " não providencia um caminho para a corrente entre o nó e a " terra ". o nó tem sempre uma tensão ZERO em relação ao "terra" ( " terra " para tensão não é o mesmo que " terra " para corrente ).

b) MALHA FECHADA A figura 3-2 mostra um Ampliador Operacional em malha fechada ligado como amplificador e seu circuito equivalente.

Figura 3-2 A=

Vo Vs

=−

R 2 R 1

116

CONCLUSÕES Com esta simples demonstração, chegamos a algumas conclusões que nos serão muito importantes; 1º-Podemos determinar o ganho em malha aberta (sem realimentação, ou seja, sem R 1 e R 2): A = VO/VI; 2º-O ganho do amplificador em malha fechada pode ser calculado da seguinte forma: A = -(R 2/R 1) = VO/VS; 3º-A tensão de saída poderá ser negativa ou positiva, dependendo da aplicação do sinal de entrada; 4º-Se R 1=R 2, o circuito se comporta como um simples inversor: V O = -VS; 5º-Se R 1R 2, o circuito atenua e inverte; 7º-O ganho do circuito pode depender única e exclusivamente dos valores de R 2 e R 1 e não apenas do ganho A(intrínseco do amplificador),pois: A = -R 2/R 1.

CIRCUITOS COM AMPLIADORES OPERACIONAIS - APLICAÇÕES LINEARES São circuitos que exercem funções analógicas. Circuitos lineares ou analógicos são os que processam ou manipulam sinais cujas amplitudes variam continuamente dentro de uma faixa. Podem ser englobados nessa categoria os osciladores, os amplificadores, os filtros ativos, os temporizadores, os circuitos somadores , os seguidores de fonte, dentre outros.

Observação: Um filtro pode ser construído, utilizando-se componente passivos: resistores, capacitores e indutores. Além destes, um filtro ativo utiliza Amplificadores Operacionais como elemento e cuja resposta em freqüência é limitada.

117

a) AMPLIFICADOR COM INVERSÃO Com relação ao circuito ilustrado na figura , suponhamos que R 1= 20K, R 2= 100K e R 3= 0. Com isso podemos obter o ganho que será de –5, pois:

A = - R2 = -100 = -5 R1 20

Observe também que a realimentação será sempre na saída de V O, para o terminal (entrada) inversor. Se a entrada aplicada ao circuito for de 1V, a saída será de –5V. Este circuito, portanto, executa também a função de multiplicador. Em sistemas analógicos de computação, este fator  de multiplicação (A = - 5), poderá ser alterado através de R 2.  b) AMPLIFICADOR SEM INVERSÃO

Fig 4

A conexão da figura 4 mostra um circuito com ampliador operacional que trabalha como um amplificador não-inversor ou multiplicador de ganho constante. Deve-se observar  que a conexão amplificador inversor é mais amplamente usada porque tem melhor estabilidade em freqüência. R  Vo = 1+ 2 Vi R 1

118

c) SOMADOR COM INVERSÃO O circuito da figura 5 está montado para exercer a função de somador, que tem por  objetivo fornecer na saída uma tensão cujo valor é igual à soma das tensões aplicadas à entrada.

Fig 5 Podemos então escrever a equação da tensão de saída:  R 4 R 4 R 4    V1 + V2 + V3  V o = − R 2 R 3     R 1 Cada entrada adiciona uma tensão à saída, multiplicada pelo seu correspondente fator  de ganho. Se mais entradas são usadas, cada qual acrescenta uma componente adicional à saída. Um dos empregos dos circuitos somadores é como conversor digital para analógico. d) SUBTRADOR  É o circuito projetado para fornecer na saída um valor de tensão igual à diferença entre as tensões de entrada. A figura 6 abaixo ilustra um A.O subtrador:

Fig 6

Com isso podemos escrever:

 R    R  R  V o = − f  V2 − f  f  V1  R  R  R    2

3

1

 

119

e) INTEGRADOR  Se o componente de realimentação usado for um capacitor, a conexão resultante é chamada de integrador. Os integradores são circuitos capazes de transformar um sinal de onda retangular num sinal de onda triangular, conservando, porém, a mesma freqüência. Uma tensão constante de entrada pode ser transformada numa tensão que varia linearmente com o tempo na saída por  meio deste circuito. O circuito integrador é muito utilizado na resolução de equações diferenciais e integrais.  Na prática é comum implementar, conforme o circuito da figura 7:

Fig 7

Vejamos, agora, a figura, ela ilustra um circuito integrador com seu respectivo gráfico:

Fig 8

120

Conforme observamos no gráfico de formas de ondas, a freqüência de saída é idêntica a da entrada, mas a amplitude é menor (2,5V). O fato da onda de saída ter fase oposta à da entrada é porque as variações de V i ocorrem no terminal inversor. Suponhamos que a freqüência de entrada seja de 1 KHz, por exemplo, entre T 1 e T2 temos o tempo de uma alternância do sinal de entrada. De T 1 até T3 temos o tempo de uma Hertz, ou seja, um período T. A amplitude do sinal de entrada é de 5 volts de pico. f) DIFERENCIADORES O circuito diferenciador é exatamente o oposto do circuito integrador. Sendo a diferenciação uma operação inversa à integração, os circuitos diferenciadores são capazes de fornecer formas de ondas retangulares na saída, quando for aplicada à entrada sinais triangulares. A figura nos mostra um circuito capaz de realizar uma diferenciação.

Vi

R2 10K 

2,5V 270 Ω R1

+ 15V

C1 .1µF

741 Vo

R3 10K 

Vo

15V

Fig 9

-5V

 No circuito da figura um sinal de entrada triangular é transformado num sinal de saída retangular, uma vez que a expressão do sinal de entrada é do 1º grau e a derivada é uma constante. Com os valores dos componentes dados no circuito , temos um sinal triangular na entrada, a uma freqüência de 1KHz e amplitude igual a 2,5V (os mesmos dados do circuito anterior). Observando o gráfico da figura anterior, veremos um sinal triangular de entrada de 2,5V e de pico fornece um sinal retangular na saída, com 5V de pico. Da mesma forma que o circuito integrador, o sinal de saída está defasado 180º do sinal de entrada, pois as variações de Vi são feitas no terminal inversor.

121

g) CONVERSOR CORRENTE - TENSÃO Esse circuito permite que a corrente proveniente de um circuito anterior seja convertida em tensão sem interferir nessa corrente. Se usássemos um resistor para converter a corrente em tensão, a tensão sobre o resistor, que seria variável com a corrente, interferiria na corrente ao circuito anterior. Como pode ser observado na figura , a tensão V f  apresentada ao circuito fornecedor I é constante e não depende dessa corrente. V f  só depende do divisor de tensão formado por R 2 e R 3.

Vf  R2

R3

Conversor Corrente - Tensão

h) AMPLIADOR OPERACIONAL DE GANHO UNITÁRIO (SEGUIDOR DE FONTE) O circuito da figura 11 ilustra um ampliador seguidor de fonte.

Fig 11

Este circuito caracteriza-se por apresentar uma elevadíssima impedância de entrada (cerca de 400.000.000 ohms) e uma baixíssima impedância de saída(inferior a 1 ohm). Como podemos observar na figura a saída é realimentada diretamente na entrada inversora, ou seja , nenhum resistor no caminho da realimentação. Assim o sinal (V S) é aplicado à entrada não inversora, aparecendo, portanto, no terminal V O em fase, isto é, com a mesma polaridade . Em virtude do ganho deste circuito ser unitário, a amplitude do sinal de saída será a mesma que o do sinal de entrada. 122

Um dos empregos do ampliador operacional é como circuito isolador ou separador  (“buffer” - um circuito de buffer fornece um meio de isolar o sinal de entrada de uma carga,   por meio de um estágio sem inversão de fase ou polarização). Neste caso, o circuito deve fornecer ganho unitário. Daí, a aplicação direta do seguidor de fonte. Uma utilização imediata do circuito isolador é permitir medir tensões em circuitos de alta impedância utilizando voltímetro de baixa impedância. Fazendo uma breve análise do circuito da figura verificamos que o ponto “x” coincide com o ponto “y” (curto virtual). Deste modo, temos que V O está em paralelo com V S. não havendo resistor no elo de realimentação (R 2=0), então coincide com o ponto “y”. Assim, podemos dizer que V O = VS. E sendo o ganho G = V O , temos que V O = 1 VS VS Logo, sendo G = Vo Vs

e

Vo = Vs , concluímos que G = 1.

A

seguir serão propostos alguns exercícios para que você possa avaliar o seu progresso.

123

Exercícios do texto X 1. Um A. O. tipo 741C tem uma tensão de saída de 5V.Qual a tensão de entrada se o ganho de tensão for 100.000 ?

2. COMPLETE: O 741C é um componente eletrônico que possui um ganho de tensão A = 100.000, uma impedância de entrada Zin = 2 M Ω e uma impedância de saída muito baixa onde Zout = 75 Ω. Esse componente é um ________________________ .

3. Coloque o nome das letras representadas na figura. VA = ____________________________  VB = ____________________________  VC = ____________________________ 

4. O estágio de entrada de um ampliador operacional é geralmente um Amplificador  (a) Diferencial (b) Push-pull classe B (c) Emissor Comum (d) Push-pull classe D

5. Considerando a figura abaixo, assinale a alternativa INCORRETA:

(a) ampliador operacional da figura possui um fator de amplificação igual a 1000. (b) A entrada inversora possui tensão mais alta que a não inversora. (c) Este ampliador operacional possui uma impedância de entrada “elevada”. (d) A entrada inversora e a não-inversora possuem valores de tensões iguais. 124

Gabarito do Texto X 1 – Vin = 50 µV

2 – Amplificador Amplificador Operacional

3 –  VA = entrada não inversora VB = entrada inversora VC = tensão de saída amplificada

4–A

5- D

125

Texto XI – Dispositivos Especiais   Nesta atividade de ensino, você lerá textos e resolverá que lhe permitirão atingir os seguintes objetivos:

a) identificar identificar o conceito conceito de diodo diodo Túnel, Varactor, Gunn, Gunn, Pin (Cp);  b) identificar identificar o conceito conceito e funcionamento funcionamento de Termistor Termistor (Cn); c) identificar identificar os símbolos, as características características e as aplicações dos dispositivos dispositivos fotossensíveis: fotossensíveis: fotorresistor, fototransistor, fotodiodo e fotovoltaica fotovoltaica (Cp); ( Cp); d) identificar a estrutura, a simbologia e o circuito equivalente equivalente do transistor  unijunção (UJT) (Cn); e) identificar a estrutura, o funcionamento funcionamento e a simbologia simbologia de um JFET (Cn); f) identificar a estrutura, o funcionamento e a simbologia de um MOSFET modo crescimento e depleção (Cn); g) identificar identificar as características características e o funcionamento funcionamento de um LED(Cp); h) identificar identificar a estrutura estrutura e o funcionamento funcionamento de um SCR SCR (Cp); i) identificar a estrutura estrutura e o funcionamento funcionamento de um TRIAC, (Cp); e  j) explicar o funcionamento funcionamento de um um diodo diodo Zener (Cp).

Introdução  No texto III, você examinou o funcionamento funcionamento do diodo diodo relacionando o símbolo, símbolo, junção e características físicas dos diodos.  No texto V, você também teve a oportunidade de estudar as características e circuitos a transistor de junção, bem como relacionar as configurações possíveis. Agora, neste texto, você terá a oportunidade de relacionar os principais características dos dispositivos especiais a transistor e diodo. É fundamental que você perceba, que muitos tópicos que irão ser estudados, foram relacionados em assuntos anteriores a este texto. 126

Então, aproveite bem o assunto que iremos abordá-lo, pois ele será de grande valia para os conhecimentos futuros das telecomunicações. Vamos em frente !

Diodo Zener O diodo Zener é um diodo que funciona de maneira similar a um diodo de junção comum, porém, quando ele está polarizado inversamente, além de não deixar passar a corrente elétrica, ele apresenta uma característica muito especial: consegue manter a tensão entre seus terminais a um valor preestabelecido. Por exemplo, usando um diodo Zener de valor nominal 5,0 V conseguimos “transformar” qualquer tensão original acima de 5,0 V em 5,0V. Devido a estas características o diodo Zener é usado como regulador de tensão (circuitos que mantêm a tensão na carga quase constante) das fontes de alimentação, como foi visto no texto V deste módulo.

Funcionamento do Diodo Zener

a) Símbolo Zener   b) Curva do diodo Zener  Fig. 1 Uma típica curva características V-I (tensão-corrente) de um diodo zener, é mostrada na figura 1. Note que as características gerais, direta e reversa, do diodo zener, são similares àquelas dos diodos de junção comuns. O diodo zener é projetado para operar com uma tensão de polarização reversa que é muito alta, e faz com que o dispositivo atinja a região de ruptura e conduza uma alta corrente reversa. A corrente reversa do diodo zener permanece a um valor muito baixo até que a tensão reversa suba a um valor que é suficiente para que o diodo atinja a ruptura. Então, a corrente reversa através do diodo cresce a uma proporção extremamente rápida, com o crescimento da tensão reversa após o ponto de ruptura. A curva V-I, portanto, mostra que, após o ponto de ruptura, uma grande variação na corrente reversa é acompanhada por apenas uma pequena 127

mudança na tensão reversa. Isto ocorre porque a resistência do diodo cai consideravelmente com o acréscimo da tensão reversa após o ponto de ruptura. Uma vez que o ponto de ruptura foi ultrapassado, diz-se que o diodo está operando em sua região de ruptura zener ou simplesmente região zener . A corrente que passa pelo diodo enquanto ele está operando em sua região zener é freqüentemente referida como a corrente zener e pode ser representada pelo símbolo IZ . Examinando a figura 1 atentamente, notaremos que a ruptura não ocorre instantaneamente. A curva é arredondada na proximidade do ponto de ruptura. A ruptura de um diodo zener é determinada pela sua resistividade, a qual por sua vez,  pode ser controlada pela várias técnicas de dopagem que são usadas para construir dispositivo. Um diodo zener é feito para ter um valor específico de tensão de ruptura, o qual é comumente denominado de tensão zener e é designado como V Z (comumente entre 3,3 a 9,1 volts). É importante perceber que quando um diodo zener é classificado com uma tensão zener  específica V Z, esse valor não representa a tensão reversa que é necessária inicialmente para levar o diodo à ruptura. A tensão zener é um valor nominal que representa a tensão reversa sobre o diodo, quando a corrente zener é um valor qualquer especificado, chamado de corrente de teste zener (I ZT). A curva V-I na figura 1- mostra os valores da tensão zener relativa (V Z) e da corrente de teste zener (I ZT) para um diodo zener típico. A corrente corrente de teste zener simplesmente representa valor típico de corrente reversa que é sempre menor que a máxima corrente reversa (I ZM) com a qual o diodo pode trabalhar seguramente. A figura também mostra que uma pequena corrente reversa ou de fuga (I R ), passa pelo diodo antes que o ponto de ruptura seja atingido. Sendo que o diodo zener normalmente é usado em sua região de ruptura ( com certa tolerância), esta corrente não é, de modo geral, muito importante. Entre outras aplicações do diodo Zener, citamos: como chave, em circuitos limitadores, em circuitos de estabilização da polarização de transistores, na proteção de circuitos, na  proteção de medidores, na supressão de faísca e na regulação de tensão alternada.

Diodo Túnel Os diodos comuns de junção e os diodos zener até agora vistos têm junções PN levemente dopadas e características de tensão/corrente bastante similares. Entretanto, há um tipo especial de diodo de junção, produzido através de uma técnica especial e fortemente dopado (com uma alta concentração de impurezas). Este dispositivo é chamado de diodo túnel.

Fig. 2

128

Um diodo de junção PN existe aproximadamente um átomo de impureza para cada 10 milhões de átomos de silício ou germânio. Já no diodo Túnel existem 1.000 átomos de impureza para cada 10 milhões de átomos de silício ou germânio. Esse excesso de portadores (elétrons livres ou lacunas) fez com que a barreira de potencial do diodo ficasse menor. Por  causa dessa forma diferente de ser construído, a curva característica de um diodo Túnel é totalmente diferente daquela de um diodo de junção. Existe uma região de resistência negativa, que vemos claramente figura 3.

Figura 3

CARACTERÍSTICAS:    



Junção altamente dopada e barreira de potencial interna elevada; Região de depleção muito estreita; Tensão reversa de ruptura bastante baixa (conduz altas correntes quando polarizado reversamente); Resistência negativa , isso significa que um aumento na tensão direta produz uma diminuição na corrente direta (numa parte da curva direta, entre Vp – tensão de pico e Vv tensão de vale). A resistência negativa dos diodos túneis é útil em circuitos osciladores (conversão de   potência cc em potência ca) que são projetados para gerar sinais alternados de alta freqüência (microondas perto de 200 Mhz até 10 Ghz) e também circuitos de comutação (chave eletrônica) de alta velocidade, capacidade especial do diodo túnel, já que ele requer   potências muito baixas para operar a velocidades muito altas.

Pela curva do diodo, ele começa conduzir a uma tensão muito mais baixa do que um diodo de junção, porém há uma região chamada vale, na qual, em vez de o diodo continuar  conduzindo, ele começa a apresentar uma resistência, ou seja, ele vai deixando de conduzir, até atingir o fim do vale, onde o diodo túnel passa a operar com um diodo convencional. Esse pico inicial é que é a grande vantagem diodo túnel, pois sua rápida comutação e tensão de condução permite que ele seja utilizado em circuitos de radiofreqüencia operando a freqüência muito altas, onde os diodos de junção normalmente não podem ser usados por  serem lentos demais para a aplicação desejada. 129

A figura 3-1, mostra um circuito ressonante LC com diodo túnel (oscilador), a resistência negativa é usada para suportar oscilações que são produzidas no circuito LC e as  perdas de potência neste são efetivamente reduzidas a zero por causa da presença do diodo túnel.

Figura 3-1

DIODO VARACTOR OU VARICAP Os varactores são diodos de silício otimizados para que suas capacitância sejam variáveis (figura 4), isto é, esses diodos foram projetados para tirar o máximo proveito da capacitância variável. Como a capacitância é controlada pela tensão CC, os varactores substituem os capacitores de sintonia mecânica na maioria das aplicações, tais como os receptores de televisão e rádios de automóveis. As folhas de dados dos varactores fornecem um valor de referência de capacitância medida numa tensão reversa específica, tipicamente de –  4V. Por exemplo, a folha de dados do 1N5142 fornece uma capacitância de referência de 15pF a –4V. Estes diodos podem ser aplicados em VHF, UHF ou nas freqüências mais baixas de faixa de AM e são usados em controles automáticos de freqüência. Além do valor de referência de capacitância, as folhas de dados fornecem uma faixa de sintonia e uma faixa de tensão, por exemplo, junto com o valor de referência de 15 pF, a folha de dados do 1N5142 mostra uma faixa de sintonia de 3:1 para uma faixa de tensão de –4 a –  60V. Isso significa que a capacitância diminui de 15 para 5 pF quando a tensão varia de –4 a –  60V. A faixa de sintonia de um varactor depende do nível de dopagem. Por exemplo, a figura 4 (b) mostra o perfil da dopagem para um diodo com junção abrupta (o tipo comum de diodo). Observe que a dopagem é uniforme em ambos os lados da junção. Isso significa que o número de lacunas e elétrons livres é igualmente distribuído. A faixa de sintonia de um diodo de junção abrupta está entre 3:1 e 4:1.

Fig 4

130

Para obter faixas de sintonia maiores, alguns varactores têm uma junção hiperabrupta, cujo perfil de dopagem é mostrado na figura 4 - C. Esse perfil revela que a densidade de cargas aumenta à medida que no aproximamos da junção. A concentração mais forte leva a uma camada de depleção mais estreita e a uma capacitância maior. Além disso, variando a tensão reversa, obtemos efeitos mais pronunciados na capacitância. Um varactor hiperabrupto tem uma faixa de sintonia de 10:1, suficiente para sintonizar uma rádio em AM por toda sua faixa de freqüência (535 até 1.605Khz).

Circuitos Moduladores FM Em telecomunicações, circuitos moduladores consistem em alterar uma característica da onda portadora (onda transportadora de sinal) proporcionalmente ao sinal modulante (sinal a ser transportado – sinal de informação). O sinal de informação (fig 4-1 (a)), mediante a alteração da característica da onda portadora (fig 4-1(b)), interfere nesta freqüência, modificando-a sua estrutura. O sinal modificado (e(t) – fig 4-1 (c)) é transmitido através da antena da estação transmissora para a antena da estação receptora, que então demodula e devolve o sinal de informação, sinal de áudio, para o alto-falante do receptor. A figura 4-1 mostra as freqüências, eo(t) = sinal da portadora , fig 4-1 (b), em(t) = sinal de informação, fig 4-1 (a), e e(t) = sinal modulado , fig 4-1 (c),. (d) (a)

(b) (e) (c) Figura 4-1

O circuito da figura acima, representa um modulador de FM com diodo varactor. A idéia deste circuito é a seguinte: O oscilador cria o sinal da portadora (eo(t)) através de um Oscilador Hartley (figura 4-1(d)) representado pela indutância dividida L 2 e C3. O sinal de informação ou modulante (em(t)) somado ao sinal Vp (sinal através de R 1, R 2, P1 e L1) aplicada sobre o varicap (Cd) provoca o efeito visto pela figura 4-1 (e), isto é, a capacitância do varicap(Cd) irá variar, em torno de um determinado valor (Co), proporcionalmente ao sinal modulante. O circuito modulador FM, com varicap, aproveita simplesmente a porção linear da curva (figura – 4-1 (e)) para obter uma função de transferência linear na modulação. A modulação FM chega ao emissor do transistor T 1 para onde é direcionada  para os demais blocos do sistema de amplificação. 131

DIODOS PIN Este diodo contém região não-dopada ou intrínseca (semicondutor puro), intercalada entre seções P e N altamente dopadas, como mostra a figura 5.

Fig 5 Uma vez que esse diodo inclui uma camada tipo P, uma camada intrínseca ou I, e uma camada tipo N, ele recebeu a denominação de diodo PIN. Os diodos PIN são capazes de mudar de um estado de operação a outro a uma razão extremamente rápida e são usados, portanto, em aplicações de chaveamento a altas velocidades e geração de pulsos. Quando usado como chave, o diodo PIN é forçado a ligar-se ou desligarse, submetendo-se à sua tensão de polarização direta ou reversa. A resistência interna do diodo PIN varia linearmente com a tensão direta e o dispositivo responde bem às baixas correntes e tensões de polarização. De modo geral, os diodos PIN encontram suas maiores aplicações nas mais altas freqüências (microondas). Encontram-se disponíveis tanto dispositivos de baixa potência como de alta potência.

DIODOS GUNN Os diodos de efeito Gunn são usados para gerar  sinais RF na faixa de microondas. Estes dispositivos são capazes de produzir oscilações quando usados em combinação com um circuito ressonante e uma tensão de operação CC. Os diodos de efeito Gunn são feitos geralmente de cristais semicondutores de arseneto de gálio tipo N e não têm junção PN como os diodos comuns. Entretanto, produzem ainda uma resistência negativa em seu material semicondutor. Embora os diodos de efeito Gunn não tenham uma junção PN e não sejam, portanto, diodos verdadeiros, eles são projetados geralmente para serem polarizados em um sentido específico. Em muitos casos, se forem polarizados no sentido oposto, eles serão danificados.

LED (Light Emitting Diode - Diodos Emissores de Luz) O LED é um diodo que emite luz quando passa corrente por ele. É um componente de estado sólido e que possui polaridade. Se ligarmos diretamente um LED a uma fonte de tensão, ele queima, por esse motivo que devemos ligar um resistor (Rs) para controlar a corrente sobre o LED (veja figura 6).

Fig 6

132

Os LEDs são vendidos em uma variedade incrível de cores, formatos e tamanhos. A escola do tipo de LED a ser usado em um determinado circuito fica a critério puramente estético. Visualmente o pólo negativo (catodo) de um LED pode ser determinado pela existência de um pequeno chanfrado ao seu lado ou pelo comprimento de seu terminal, que é mais longo que o anodo, veja a figura

Existem ainda os displays de 7 segmentos. Esses displays são vários LEDs juntos em uma única peça, formando o dígito 8. Com um display de 7 segmentos é possível montar  qualquer número de 0 a 9 (e até mesmo algumas letras), bastando para isso alimentar os LEDs correspondentes. Veja a figura abaixo

TERMISTORES O termistor é um resistor sensível à temperatura: ou seja, a resistência apresentada entre seus terminais está relacionada com a temperatura de sua estrutura. Não é um dispositivo de   junção, apesar de ser composto de Ge ou Si com uma mistura de óxidos de cobalto, níquel, estrôncio ou manganês. São componentes eletrônicos, que têm a propriedade de aterrar a resistência ôhmica, com a variação da temperatura. Existem termistores com coeficiente de temperatura positivo e negativo, o que equivale a dizer que, no primeiro caso, teremos um aumento de resistência quando ocorrer um aumento de temperatura; no segundo caso teremos o inverso, ou seja, haverá uma diminuição no valor  ôhmico do termistor quando ocorrer um aumento de temperatura. Os termistores são muitos utilizados em circuitos de polarização de transistores, pois neste caso, eles compensariam as variações da polarização devido ao aumento da temperatura. 133

Os termistores com coeficiente de temperatura negativo (NTC) são os mais utilizados em polarizações de transistores.

Fig. 7

Funcionamento A VBE no circuito é 0,7V e a I B é 300 µA . Com o aumento da temperatura ambiente, a IC tende a aumentar devido ao aumento da I CO. Porém, este aumento da temperatura afeta também o NTC, diminuindo a sua resistência, com o conseqüente aumento da corrente através dele. Essa maior corrente solicitada, aumenta a queda de tensão em R E, diminuindo a V BE (VE = VBE + VRE ) e menores serão a I B e IC. O resultado é que este simples dispositivo tende a manter o circuito no seu ponto de operação.

DISPOSITIVOS FOTOSSENSÍVEIS Dispositivos fotossensíveis são aqueles que apresentam novas características quando sobre ele incide um fluxo luminoso. Dentro do grupo de componentes fotossensíveis, destacam-se:

a) b) c) d)

Fotorresistor Fototransistor Fotodiodo Fotovoltaica a) Fotorresistor – LDR (Light Dependent Resistor – resistor dependente de luz)

Os fotorresistores são constituídos de material semicondutor. Quando o fluxo luminoso incide sobre os mesmos a sua condutividade aumenta , ou, falando em termos de resistência, a sua resistividade diminui. Os materiais mais utilizados para a construção dos fotorresistores são: o sulfeto de cádmio e o sulfeto de chumbo.

134

Aplicação:

Fig.8

Quando não há fluxo luminoso, a resistência LDR é alta, e a corrente que circula na   bobina do relé não é suficiente para acioná-lo. Quando um fluxo luminoso incide sobre o fotorresistor a sua resistência diminui, e a corrente aumenta atingindo um valor suficiente para operar o relé. Consequentemente, com este simples circuito é possível efetuar o controle automático de portas, alarme contra ladrões, controle de iluminação em recinto, contagem industrial, etc.

b) FOTODIODO

P

N

Fig. 9

Quando incide na região de transição um feixe luminoso, são quebradas ligações covalente, aumentando a concentração dos portadores minoritários e , consequentemente, a corrente de fuga aumenta. Este aumento da corrente vai atuar num circuito acoplado ao fotodiodo.

135

Características: O fotodiodo é constituído por uma junção PN encerrada num cilindro metálico, tendo uma lente em uma extremidade, por onde penetra o fluxo luminoso.

Aplicação: Como exemplo de aplicação, tomemos a ilustração da figura 10 que tem por objetivo  processar a contagem de produtos que estão sendo transportados por uma correia. O fluxo luminoso proveniente de uma lâmpada é interrompido quando o produto se interpõe entre a lâmpada e o fotodiodo.

Fig. 10

Quando isto acontece a corrente através do diodo diminui, fazendo com que a tensão estática aplicada na base do transistor amplificador aumenta, isto provoca uma aumento na   polarização direta BE, logo, IC aumenta, fazendo com que a tensão coletor-terra diminua, originando um pulso no coletor que é acoplado ao contador. Estes pulsos serão registrados pelo contador, o qual informará a quantidade de objetos.

c) FOTOTRANSISTOR  Os fototransistores são constituídos por duas junções PN acondicionados num invólucros, tendo em uma de suas extremidades uma pequena lente que converge o feixe luminoso sobre a junção base-emissor, a qual é denominada de junção fotossensível. Quando a luz incide em sua junção base-emissor, sua condutividade aumenta, ocasionando um aumento na corrente do coletor. Quanto mais intenso for o fluxo luminoso, mais intensa será sua corrente de coletor. Devido a sua amplificação, o fototransistor fornece 10 vezes mais corrente do que o fotodiodo, sob mesmas circunstâncias.

136

Aplicação Os fototransistores possuem as mesmas aplicações dos fotodiodos. Podemos citar, como por exemplo, a leitura óptica , controle automático de brilho, alarme contra incêndio, etc.

Figura 11

d) FOTOVOLTAICAS Conforme o nome indica., tais células produzem uma tensão elétrica quando submetidas a ação de um fluxo luminoso. Símbolo fotovoltaico Figura 12 A célula fotovoltaica é basicamente um dispositivo da junção PN feito de materiais semicondutores. O selênio e silício são os preferidos. O desenvolvimento das pesquisas no campo dos semicondutores permitiu a fabricação de células fotovoltaicas de silício de excelente rendimento..

Aplicação Sua principal aplicação tem sido gerar a energia elétrica que alimenta satélites de comunicações e meteorológicos .

137

Bateria Solar Um grande número de células são colocadas lado a lado e ligadas de maneira conveniente, em série, em paralelo, ou em combinação série e paralelo. Quando exposta a luz solar, o conjunto pode fornecer energia suficiente para o funcionamento dos instrumentos de uma aeronave militar ou de um satélite artificial.

OBS: A transformação da energia solar em eletricidade é obtida através do efeito fotovoltaico.

TRANSISTOR DE EFEITO DE CAMPO O transistor de efeito de campo (FET – Field Effect Transistor – Transistor de Efeito de Campo) é um exemplo de um transistor unipolar (movimento de elétrons livres ou lacunas). A aplicação típica de um FET é a mesma de um transistor convencional: amplificador (lembre-se de que o FET tem muito pouco ganho de tensão do que o transistor bipolar). Enquanto este trabalha como dispositivo controlado por corrente (corrente de base) e usados para altas tensões, aquele, o FET, é um dispositivo que é controlado pela tensão entre porta e fonte (V GS) e usados para altas impedâncias de entrada. O FET, no entanto, apresenta algumas vantagens sobre os transistores convencionais (bipolares ou de junção): ♦ Alta impedância de entrada (na ordem de 100 M Ω). Permite criar amplificadores de vários estágios com muito mais facilidade do que o transistor de junção ou bipolar. ♦ Baixíssimo nível de ruído, isto é, imune à interferências. ♦ Maior estabilidade térmica (possibilidade de adquirir boa estabilização de transistor);

Identificamdo os FETs básicos, suas estruturas e funcionamento. O JFET O primeiro tipo de transistor que discutiremos é o FET de junção, abreviado como JFET. Aqui está a idéias básica por de trás de um FET. A figura 13(a) mostra um pedaço de um semicondutor tipo n. isso não é um JFET, mas é o primeiro passo para a construção de um JFET. A extremidade inferior é chamada fonte e a superior, dreno. A tensão de alimentação VDD força os elétrons livres a fluírem da fonte para o dreno. Estes elementos de um JFET são análogos ao emissor e ao coletor de um transistor bipolar. Para construir um JFET, um fabricante difunde duas áreas de semicondutor tipo p no semicondutor tipo n, como mostrado na figura 13 b. cada uma dessas regiões  p é chamada  porta. Quando o fabricante conecta um terminal para cada porta, o dispositivo é chamado JFET de porta dupla. O principal uso de um JFET de porta dupla é com misturador de sinais (mixer), um circuito especial usado em equipamentos de comunicação com a finalidade de misturar um sinal de áudio (sinal modulante) com um sinal de uma portadora para transmissões em amplitude ou freqüência moduladas (dispositivo quadrático). 138

A maioria dos JFETs tem as duas portas interconectadas internamente para obter um único terminal de porta externo, como as duas portas estão sempre no mesmo potencial, o dispositivo funciona como se ele tivesse apenas uma única porta. A porta de um JFET é análoga à base de um transistor bipolar.  Na figura 13 b, a porta é uma região  p, enquanto a fonte e o dreno são regiões n. por  isso, um JFET é parecido com dois diodos. A porta e a fonte constituem um dos diodos, e a  porta e o dreno constituem o outro. Como os JFETs são dispositivos de silício, eles necessitam de apenas 0,7V de polarização direta para obter uma corrente significativa em qualquer diodo.

BIPOLAR

JFET

Emissor

Fonte (S – source)

Base

Porta ( G – gate)

Coletor

Dreno (D –drain)

Figura 13

Como ele funciona

Figura 14 A tensão de alimentação no dreno é positiva e na porta é negativa. Por isso, a tensão entre a porta e o dreno é negativa. Portanto, o diodo porta-dreno é reversamente polarizado. Os dois diodos em um JFET são reversamente polarizados para um funcionamento normal.   No momento em que a tensão de alimentação de dreno é aplicada ao circuito, os elétrons livres começam a circular da fonte para o dreno. Esses elétrons livres têm de passar  através do estreito canal entre as camadas de depleção. A tensão da porta controla a largura desse canal. Quanto mais negativa a tensão da porta, mais estreito é o canal e menor a corrente de dreno. 139

Quase todos os elétrons livres passam através do canal em direção ao dreno. Por isso, I D = IS .

Símbolos:

Figura 15

OBS: A resistência de entrada em JFET polarizado é bastante alta chegando a ter  centenas de megaohms. Essa é a grande vantagem que um JFET tem sobre um transistor bipolar. Ela é a razão dos JFETs predominarem em aplicações nas quais uma alta impedância de entrada é necessária (seguidor de fonte). O MOSFET DE MODO DEPLEÇÃO O FET de óxido de semicondutor e metal, ou MOSFET, tem uma fonte, uma porta e um dreno. Contudo, ao contrário de um JFET, a porta está eletricamente isolada do canal. Por isso, a corrente de porta é extremamente pequena, mesmo que a porta seja positiva ou negativa. O MOSFET é algumas vezes chamado IGFET, que quer dizer FET de porta isolada. Devido ao isolamento da porta por uma camada de óxido, a impedância de entrada de um MOSFET é maior que a de um JFET. A Idéia Básica A figura 16 mostra um MOSFET de modo depleção canal n. ele é uma parte de material tipo n com uma região p à direita e uma porta isolada à esquerda. Os elétrons livres podem fluir da fonte para o dreno através do material n. A região p é chamada substrato (ou corpo). Os elétrons que fluem da fonte para o dreno têm de passar através do estreito canal entre a  porta e a região p .

140

A fina camada de dióxido de silício (SiO 2) é depositada no lado esquerdo do canal. Dióxido de silício é o mesmo que vidro, que é um isolante. Em um MOSFET, a porta é um eletrodo metálico. Como a porta metálica está isolada do canal, um valor insignificante de corrente de  porta flui mesmo quando a tensão da porta é positiva.

Símbolo esquemático –MOSFET modo depleção canal tipo N

MOSFET de modo depleção Figura 16

A figura 17(a) mostra o MOSFET de modo depleção com uma tensão de porta negativa. A tensão de alimentação V DD força os elétrons livres a fluir da fonte para o dreno. Esses elétrons fluem através do estreito canal à esquerda do substrato. Como em um JFET, a tensão da porta controla a largura do canal. Quanto mais negativa a tensão da porta, menor a corrente de dreno. Quando a tensão da porta é suficientemente negativa, a corrente de dreno é cortada. Como a porta do MOSFET está eletricamente isolada do canal, podemos aplicar uma tensão positiva na porta, como mostrado na figura 17(b) . a tensão positiva na porta aumenta o número de elétrons livres que fluem através do canal. Quanto maior a tensão positiva na porta, maior a condução da fonte para o dreno. A possibilidade do uso de uma tensão positiva na  porta é que distingue o MOSFET de modo depleção do JFET.

Figura 17

141

OBSERVAÇÃO:  





Os terminais FONTE e DRENO do MOSFET não devem ser invertidos. MOSFET possui baixa capacitância de entrada e essa característica o torna apto a trabalhar em altas freqüências. Por causa do seu baixo ruído, o MOSFET modo depleção são usados nos estágios de entrada de equipamentos de altas freqüências (VHF na faixa de 30 a 300 Mhz e UHF na faixa de 300 a 3000 Mhz). Quando usados como amplificadores “ Cascode”, o MOSFET modo depleção proporciona uma maior ganho de tensão, em altas freqüências, do que um amplificador bipolar. Uma dificuldade inerente ao MOSFET é o perigo de danos à sua fina camada de óxido. Cargas eletrostáticas podem furar essa camada e danificar o dispositivo. As cargas se acumulam facilmente devido à impedância de entrada que impede sua descarga. Os MOSFETs não devem ser retirados do circuito com a alimentação ligada.

O MOSFET DE MODO CRESCIMENTO OU INTENSIFICAÇÃO Embora o MOSFET de modo depleção seja usado em situações especiais, porém, ele desempenha um importante papel na história porque fez parte da evolução em direção ao   MOSFET de modo crescimento ou intensificação, um dispositivo que revolucionou a indústria eletrônica. Esse segundo tipo de MOSFET tornou-se muito importante em eletrônica digital e computadores. Sem ele, os computadores pessoais não existiriam.

A Idéia Básica A figura 18(a) mostra um MOSFET de canal n do tipo crescimento ou intensificação. O substrato estende-se por todo o caminho até o dióxido de silício. Como você vê, não há mais um canal n entre a fonte e o dreno. Como ele funciona? A figura 18(b) mostra a polarização normal. Quando a tensão da  porta é zero, a alimentação V DD tenta forçar a ida dos elétrons livres da fonte para o dreno, mas o substrato p tem apenas uns poucos elétrons livres produzidos termicamente. Pondo de lado esses portadores minoritários e alguma fuga de superfície, a corrente entre a fonte e o dreno é zero (VGS = 0). Por isso, um MOSFET de modo crescimento ou intensificação está normalmente no estado desligado (off) quando a tensão da porta é zero. Isso é completamente diferente dos dispositivos de modo depleção como o JFET ou o MOSFET de modo depleção. Quando a porta é suficientemente positiva, ela atrai elétrons livres na região p. Os elétrons livres recombinam-se com as lacunas na região próxima ao dióxido de silício. Quando a tensão da porta é suficientemente positiva, todas as lacunas encostadas ao dióxido de silício são preenchidas e elétrons livres começam a fluir da fonte para o dreno. O efeito é o mesmo que a criação de uma fina camada de material tipo n próxima ao dióxido de silício. Essa camada condutora é chamada camada de inversão tipo n. Quando ela existe o dispositivo, normalmente aberto, de repente conduz e os elétrons livres fluem facilmente da fonte para o dreno. 142

O VGS mínimo que cria a camada de inversão tipo n é chamado tensão de limiar , simbolizado por V GS(th). Quando VGS é menor do que V GS(th), a corrente de dreno é zero. Mas quando VGS é maior do que VGS(th), uma camada de inversão tipo n conecta a fonte ao dreno e a corrente de dreno é grande. Dependendo do dispositivo em particular que está sendo usado, VGS(th) pode variar de menos de 1 V até mais de 5V.

Símbolo MOSFET modo intensificação Canal N 

Figura. 18

OBSERVAÇÃO 

Os JFETs e os MOSFETs de modo depleção são classificados como dispositivos de modo depleção porque suas condutividades dependem do funcionamento das camadas de depleção.



O MOSFET de modo intensificação é classificado como um dispositivo de modo intensificação porque a sua condutividade depende do funcionamento da camada de inversão tipo n. Os dispositivos de modo depleção são normalmente fechados quando a tensão da porta é zero, enquanto os dispositivos de modo intensificação são normalmente abertos quando a tensão da porta é zero.

SCR (Silicon Controlled Rectifier – Retificador Controlado de Silício) O SCR é um diodo PNPN com um terminal chamado de porta (gate). È da família dos tiristores e funciona como chave eletrônica. Aplicando uma pequena corrente na porta de um SCR ele dispara e então a chave é fechada. O SCR é como um relé eletrônico, com a vantagem de não usar nenhum componente mecânico para fechar o contato.

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Figura 19

Funcionamento de um SCR 

Figura 20

Admita que a trava da figura 20 (a) esteja aberta. Então, o circuito equivalente é uma chave aberta como mostra na figura 20 (b). Como não há corrente através do resistor de carga, a tensão de saída é igual à tensão de alimentação. Isso significa que o ponto de operação está na extremidade inferior da reta de carga (figura 20 (d)). Como podemos fechar a trava? Uma forma é pelo disparo. A idéia é aplicar um pulso estreito para polarizar diretamente o diodo base-emissor de Q 2 na figura 20(a). No ponto A do eixo do tempo, o disparo liga momentaneamente a corrente de base de Q 2. A corrente de coletor de Q2 avança subitamente e força uma corrente de base através de Q 1. Por sua vez, a corrente de coletor de Q 1 avança e aciona com maior intensidade a base de Q 2. Como o coletor  de Q1 agora alimenta a corrente de base de Q 2, o pulso de disparo não é mais necessário. Uma vez que a realimentação positiva comece, ela irá auto-sustentar e levará os dois transistores à saturação. A mínima corrente de entrada necessária para indicar a operação de chaveamento é chamada corrente de disparo.

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Quando saturados, os dois transistores se parecem idealmente com curto-circuitos, e a trava estará fechada (figura 20 (c)). Idealmente, a trava tem zero volt de tensão através dela quando fechada, e o ponto de operação está na extremidade superior da reta de carga (Figura 20 (d)). Como se abre uma trava ? Uma forma de abrir a trava é aplicar um disparo com  polaridade reversa no circuito da Figura 20 (a) . Quando se usa um disparo negativo, em vez de um positivo, a corrente de Q 2 diminui. Isso força a corrente de base de Q 1 diminuir. Como a corrente de coletor de Q 1 também diminui, a realimentação positiva leva os dois transistores ao corte, o que abre a trava. Uma outra forma de abrir um SCR é por meio de um desligamento  por baixa corrente (reduzir Vcc a zero). Quase todos os SCR são dispositivos industriais que podem trabalhar com correntes de altos valores, variando num faixa de menos de 1 até mais de 2500 A. Possuem tensões de disparo e correntes de manutenção (corrente abaixo da qual o SCR não conduz) relativamente altas. Uma das mais importantes aplicação do SCR é a de proteger cargas delicadas (circuitos integrados) e caras contra sobretensões da fonte de alimentação.

TRIAC (Triode Alternative Current - Triodo para corrente alternada) O SCR controla a corrente em apenas uma direção e necessitaríamos de artifícios para usá-lo no corrente dos dois ciclos CA. O TRIAC vem contornar esse problema e é também conhecido como “triodo tiristor bidirecional”.

Estrutura O TRIAC possui duas seções de quatro camadas em paralelo, sendo uma PNPN e a outra NPNP, podendo ser comparado a dois SCR’s ligados em paralelo e em direções opostas. Apresentamos apenas o circuito equivalente e o símbolo mais usado. Como podemos ver na figura 21 o TRIAC pode ser comparado como dois SCR’s ligados em paralelos, em direção opostas. O TRIAC possui três terminais: anodo 1 anodo 2 e porta (gate). ANODO

2

A2

(G) PORTA G

ANODO

A1

1

b) Símbolo

Figura 21

145

Observação : Um TRIAC pode ser ativado pelo semiciclo positivo ou semiciclo negativo, enquanto um SCR só pode ser ativado pelo semiciclo positivo. TRANSISTOR DE UNIJUNÇÃO - UJT (Unijunction Transistor) Da família do Tiristor, o UJT é um dispositivo que não é um amplificador. Seu uso é  para uma ampla variedade de aplicações: osciladores, circuitos de disparo (usado como chave eletrônica, ele gera ondas úteis no desempenho de muitas funções de circuitos eletrônicos), geradores dente de serra, etc, além de ser um dispositivo de baixa absorção de potência que o torna muito importante em projetos de sistemas relativamente eficientes. É constituído fisicamente por duas regiões dopadas com três terminais externos, isto é,  possui um emissor e duas bases. O emissor é fortemente dopado e por esta razão, a resistência entre as bases é relativamente alta, tipicamente de 5 a 10K  Ω quando o emissor está aberto (resistência interbase, simbolizada por R BB) .

A

B

C Figura 22

 Na figura 22 C a tensão através de R 1 é chamada de tensão intrínseca de afastamento (V1) porque ela mantém o diodo emissor com polarização reversa para todas as tensões de emissor menores que V 1. Idealmente temos que aplicar um pouco mais que V 1 para que a tensão no emissor ligue o diodo emissor.

OBS: O transistor de unijunção é utilizado em osciladores (geradores dentes-de-serra)

O circuito da figura 23 mostra um UJT com três saídas úteis: ondas dente de serra, disparos positivos e disparos negativos. Os disparos aparecem durante o tempo de retorno da onda dente de serra, porque o UJT conduz intensamente nesse momento.

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Figura 23

Chegamos ao final deste texto. Agora, você deverá fazer exercícios propostos e se por  acaso houver dúvidas reestude o texto para consolidar  seus conhecimentos.

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Exercícios do Texto XI 1 – Qual dos transistores abaixo é unipolar ? (a) NPN (b) PnP (c) J-FET (d) TJU 2 – O FET possui ________________________ impedância e ______________ capacitância de entrada. (a) Alta-alta (b) Alta-baixa (c) Baixa-baixa (d) Baixa-alta 3 – Um sensor de calor é chamado de (a) VDR  (b) TERMISTOR  (c) FOTOCÉDULA (d) LDR  4 – Um diodo zener é normalmente empregado quando polarizado ___________________  5 – Os dispositivos fotossensíveis, que alteram sua resistividade com a incidência de luz são as (a) foto células (b) células fotocondutivas (c) células fotovoltaicas (d) células fotoelétricas 6 – Um tiristor pode ser usado como (a) um resistor  (b) um amplificador  (c) uma chave (d) uma fonte de alimentação

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Gabarito do Texto XI 1–C

2–B

3–B

4 – inversamente

5–B

6-C

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Auto-Avaliação 1 - Calcule a corrente de carga I L e a tensão de carga V L no circuito da figura abaixo aplicando o teorema de Thevenin.

2 – Mostre o equivalente Thevenin e calcule V L. Determine VL por superposição. Calcule V L  pelo teorema do equivalente Norton.

3 – Determinar a potência relativa a – 10 dBm. 4 – Determinar a potência em dBm relativa a 2 W. Dado log 2 = 0,3. 5 – Quantos elétrons de valência tem um átomo de germânio ? a) 0 b) 1 c) 2 d) 4 6 – Um semicondutor intrínseco tem algumas lacunas na temperatura ambiente. O que originou essas lacunas ? a) a dopagem b) os elétrons livres c)a energia térmica 7 – Que tipo de dispositivo é o diodo ? a) bilateral b) linear c) não-linear d) unipolar  150

d) os elétrons de valência

8 – A tensão de saída de um retificador em ponte é um sinal a) de onda completa.  b) de meia onda . c) senoidal. d) defasado . 9 – A forma de conversão de energia AC em DC é chamada de __________ . a) transformador.   b) conversor DC. c) inversor. d) fonte retificadora. 10 – Quanto ao transistor, a base é estreita e a) fortemente dopada.   b) levemente dopada. c) Metálica. d) dopada com material pentavalente. 11 - Na configuração emissor comum a entrada do sinal será na ________ . a) base.   b) emissor. c) coletor. d) no diodo retificador. 12 - Polarização por divisor de tensão (PDT) é a que proporciona a __________ estabilidade do ponto Q na polarização de transistor. a) menor

b) maior

c) pior

d) equilibrada

13 - Em sistemas de RF, acoplamento mais empregado é o a) a transformadores c) sintonizado

b) direto d) por impedância

14 – Num transmissor AM-DSB, como o que está mostrado na figura abaixo, o bloco que  produz energia DC em AC é chamado de a)  b) c) d)

Modulador AM-DSB. Oscilador de RF. Amplificador de potência RF. Amplificador de potência de Áudio.

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15 - O multivibrador é o dispositivo eletrônico capaz de produzir uma tensão de saída em onda a) quadrada ou retangular.  b) senoidal. c) senoidal e retangular. d) triangular e quadrada. 16 – Dispositivo eletrônico capaz de produzir resposta de freqüência infinita (BW= ∞) é chamado de a) conversor de freqüências.   b) Ampliador operacional. c) Filtro passivo. d) Amplificador de potência. 17 – O ampliador operacional de ganho unitário é também chamado de a)  b) c) d)

seguidor de emissor  seguidor de fonte conversor de sinais conversor digital-analógico.

18 - Os “circuitos integrados” compostos por circuitos lógicos utilizados na eletrônica digital –  tais como portas lógicas, flip-flops, contadores são considerados a) analógicos   b) digitais c) de freqüência senoidal d) retificadores 19 - Se refere a CIs que têm de 12 a 100 componentes integrados por chip ? a) SSI   b) MSI c) LSI d) VSI 20 - O diodo Zener é usado como __________  a)  b) c) d)

regulador de corrente. conversor de tensão. regulador de tensão. conversor de corrente.

21 – NÃO é considerado um tiristor ? a) SCR    b) UJT c) TRIAC d) JFET 152

Gabarito da Auto-Avaliação 1 – R Th = 10Ω; VTh = 60 V ; IL = 1,5 A e VL = 45V . 2 - R Th = 3Ω; VTh = 22,5 V e VL = 18V . I N = 7,5 A e R  N = 3 Ω. 3 – P = 0,1 mW. 4 – P = 33 dBm 5–D 6–C 7–C 8–A 9–D 10 - B 11 – A 12 - B 13 - C 14 – B 15 - A 16 – B 17 – B 18 – B 19 – B 20 – C 21 – D

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Conclusão Caro aluno(a), você deve ter percebido que após o término dos assuntos, esse módulo mostrou ao instruendo como identificar os princípios básicos dos semicondutores e relacionálos aos processos de telecomunicações. Sabe-se , porém, que o assunto não se esgota por aqui, há muito o que aprender em outras disciplinas de nossa especialidade. Fique certo, que os conhecimentos adquiridos no módulo 1 serão úteis para complementação do módulo 2 (Eletrônica Digital). Por outro lado, com aquisição de modernas aeronaves pela Força Aérea Brasileira, a eletrônica vem sendo a principal ferramenta capaz de dar suporte aos especialistas que utilizam de uma sub-rede aviônica, rede esta constituída por equipamentos analógicos e digitais de última geração. Sendo assim, a importância da eletrônica no ramo da aviação, faz com que os conhecimentos de componentes eletrônicos possam levá-los(las) a entender o meio de transmissão de dados em equipamentos de transcepção de sinais, além de propiciar  metodologias na geração de sinais de sistemas criptográficos através de equipamentos destinados para tal. Portanto, amigo(a), aproveite bem esse módulo para acompanhá-lo(a) em assuntos   posteriores e aplicações imediatas das Telecomunicações do Sistema de Controle do Espaço Aéreo Brasileiro – SISCEAB O AUTOR.

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