Eletrônica Básica Parte I e II

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Eletrônica Básica

Professor: Paulo Thiago

Graduado em Mecatrônica Industrial Especializando em Eng. de Sistemas

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Assunto:

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História

 _{Tales de Mileto – Atritou a pele de um animal com um}

pedaço de âmbar e percebeu que este passava a atrair pequenos objetos

leves, como pedacinhos de palha, pequenas

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História

 _{Willian Gilbert – Médico da rainha Elizabeth I, rainha da}

Inglaterra, notou que além do âmbar

outros materiais sofriam o mesmo fenômeno. ( Vidro, enxofre e resinas)

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História

 _{Otto Von Guericke – Prefeito da cidade de}

Magdeburgo, Alemanha, montou a primeira

máquina eletrostática de que se tem notícia.

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História

7

História

 _{Alessandro Volta – físico italiano que construiu a}

primeira pilha elétrica, o que tornou

possível a obtenção da corrente

elétrica, isto é, cargas elétricas em

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História

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Elétron e Modelo atômico

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Cargas em Corpos

 Positiva

 Negativa

 Neutra

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Tipos de Corpos

 Condutores

 Semicondutores

 Isolantes

 Supercondutores

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Eletrização

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Distribuição de Cargas

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Distribuição de Cargas

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Cargas em Corpos

 Positiva

 Negativa

 Neutra

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 Atrito

 Contato

 Indução

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Eletrização por Atrito

18

Eletrização por Contato

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Eletrização por Indução

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Corrente Elétrica

É definida como:

21

Corrente Elétrica

22

Corrente Elétrica

-

+

SE APROXIMARMOS UM PÓLO POSITIVO DE

UM LADO E UM NEGATIVO DE OUTRO:

Estes elétrons passam a ter um movimento ordenado, dando origem à corrente elétrica.

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Unidade de Medida Segundo o (SI)

Corrente Elétrica

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Corrente Elétrica

Múltiplos e Submúltiplos

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Corrente Elétrica

Portanto:

=

23 mA

A

=

62,5 mA

A

=

0,2 kA

A

=

6,6 kA

A

0,023

0,0625

200

6600

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Lei de OHM

Numa visão simplificada podemos imaginar que os portadores de carga vão colidindo com as partículas que constituem o condutor, e parte da energia elétrica é transformada em energia térmica. Essa propriedade apresentada pelos condutores é o fenômeno que chamamos de

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Lei de OHM

Mantendo-se constante a temperatura do resistor, sua resistência elétrica permanecera constante.

Se aplicarmos uma ddp (diferença de potencial ou tensão ou Va - Vb) nos terminais de um resistor, este será atravessado por uma corrente elétrica proporcional a tensão aplicada.

28

Lei de OHM

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Lei de OHM

U

→

ddp/tensão (V)

R

→

Resistência (Ω)

i

→

corrente elétrica (A)

1ª Lei de OHM

30

Lei de OHM

31

Lei de OHM

32

Lei de OHM

Associação de Resistores

Os resistores podem ser associados basicamente de

33

Lei de OHM

Associação em Série

Vários resistores estão associados em série, quando são

34

Lei de OHM

Na associação em série...

• Todos os resistores são percorridos pela mesma corrente elétrica.

• As potências elétricas dissipadas são diretamente proporcionais às respectivas resistências.

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Lei de OHM

• A resistência equivalente é igual à soma das resistências associadas:

• A ddp total é a soma das ddps parciais:

R

R

R

Rs







U

U

U

U







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Lei de OHM

Associação em Paralelo

37

Lei de OHM

• Todos os resistores estão submetidos à mesma ddp. • A intensidade de corrente total é igual à soma das intensidades de correntes nos resistores associados:

• O inverso da resistência equivalente é igual à soma dos inversos das resistências associadas:

• As potências elétricas dissipadas são inversamente proporcionais às respectivas resistências.

3 2 1

i

i

i

i







38

Lei de OHM

Associação Mista

39

Lei de OHM

40

Lei de OHM

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Código de Cores

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O átomo é formado basicamente por três tipos de partículas elementares: Elétrons, prótons e nêutrons. A carga do elétron é igual a do próton, porém de sinal contrário. Os elétrons giram em torno do núcleo distribuindo-se em diversas camadas, num total de até sete camadas. Em cada átomo, a camada mais externa é chamada de valência, e geralmente é ela que participa das reações químicas.

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Materiais condutores de eletricidade: São

materiais que não oferecem resistência à passagem de corrente elétrica. Quanto menor for à oposição à passagem de corrente, melhor condutor é o material. O que caracteriza o material bom condutor é o fato de os elétrons de valência estar fracamente ligados ao átomo, encontrando grande facilidade para abandonar seus átomos e se movimentarem livremente no interior dos materiais.

Propriedades dos

Elementos Químicos.

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Materiais Isolantes: São materiais que

possuem uma resistividade muito alta, bloqueando a passagem da corrente elétrica. Os elétrons de valência estão rigidamente ligados aos seus átomos, sendo que poucos elétrons conseguem desprender-se de seus átomos para se transformarem em elétrons livres.

Material semicondutor: Materiais que

apresentam uma resistividade elétrica

intermediária. Como exemplos têm o germânio e silício.

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Semicondutor

É um elemento de valência quatro. Isso significa que um átomo isolado desse material possui quatro elétrons na sua órbita mais ou órbita de valência.

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Germânio

O germânio é um exemplo semicondutor.No centro há um núcleo com 32 prótons, os elétrons distribuem-se nas suas órbitas como segue: 2 elétrons na primeira órbita, 8 na segunda e 18 na terceira. Os últimos quatro elétrons estão na órbita mais externa ou órbita de valência.

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Silício

O semicondutor mais usado é o silício. Um átomo isolado de silício possui 14 prótons e 14 elétrons, a primeira órbita contém 2 elétrons e a segunda, 8 elétrons. Os 4 elétrons restantes estão na órbita externa ou órbita de valência.

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Os cristais de silício

Quando átomos de silício (ou germânio) se combinam para formar um sólido, eles são arranjados segundo um padrão ordenado chamado cristal. Cada átomo de silício cede seu elétron aos outros átomos de silício (ou germânio), assim a órbita de valência fica com oito elétrons.

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Ligação Covalente

É um tipo de ligação química

entre átomos, caracterizada pelo

compartilhamento de um ou mais

pares de elétrons entre átomos,

causando uma atração mútua entre

eles, que mantêm a molécula

resultante unida

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Semicondutores intrínsecos

Semicondutor intrínseco é um

semicondutor puro. Um cristal será um semicondutor intrínseco se todos os átomos de cristal forem silício. Na temperatura ambiente, um cristal de silício

comporta-se como um isolante

aproximadamente, porque ele tem apenas alguns elétrons e lacunas produzidos pela energia térmica.

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Semicondutor extrínseco

É um semicondutor intrínseco que passa pelo um processo de “dopagem”.

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Dopagem de um semicondutor

É adicionar impurezas aos átomos de um cristal intrínseco para alterar sua

condutibilidade elétrica, ou seja,

aumentar condutibilidade elétrica. Um semicondutor dopado é chamando semicondutor extrínseco.

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Dois tipos de semicondutor extrínsecos

Semicondutor tipo N: a dopagem adiciona

impureza pentavalente, n está relacionado com negativo. Os elétrons livres são chamados portadores majoritário e as lacunas, portadores minoritários.

Semicondutor tipo P: a dopagem adiciona

impureza trivalente, p está relacionado com positivo. Os lacunas são chamados portadores majoritário e os elétrons livres, portadores minoritários.

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Camada de Depleção

No ânodo, os elétrons livres ficam se movimentando aleatoriamente, e alguns deles podem passar para o catodo. No catodo tem mais lacunas do que elétrons, tendo como portador majoritário as lacunas e portador minoritário os elétrons livres. No anodo tem mais elétrons livres do que lacunas, tendo como portador majoritário os elétrons livres e como portador minoritário as lacunas.

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Polarização Direta

O terminal negativo da fonte está conectado ao material tipo n e o terminal positivo está conectado ao material tipo p. Essa conexão é chamada polarização direta.

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Polarização Reversa (indireta)

O terminal negativo da bateria está conectado ao material tipo p e o terminal positivo da bateria está conectado ao material tipo n. Essa conexão é chamada Polarização Reversa (indireta).

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Diodo

Diodo semicondutor é um dispositivo ou componente eletrônico composto de cristal semicondutor de silício ou germânio numa película cristalina cujas faces opostas são dopadas por diferentes gases durante sua formação. É o tipo mais

simples de componente eletrônico

semicondutor, usado como retificador de corrente elétrica.

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Tensões no diodo

Os diodos possuem tensões elétricas diferentes conforme o semicondutor utilizado: silício tem tensão de 0,7 V e germânio tem uma tensão de 0,3V

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Região de Ruptura

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

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Polarização direta

Tensão de Joelho: Ao se aplicar a polarização

direta, o diodo não conduz intensamente até que se ultrapasse a barreira potencial. À medida que a bateria se aproxima do potencial da barreira, os elétrons livres e as lacunas começam a atravessar a junção em grandes quantidades. A tensão para a qual a corrente começa a aumentar rapidamente é chamada de tensão de joelho. ( No Si é aprox. 0,7V).

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Corrente de fuga da superfície: quando o

diodo polarização reversamente, circula uma pequena corrente pela superfície, ela é causada pelas impurezas e pelas imperfeições na estrutura superfície.

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Ruptura: Os diodos têm tensões normais

máximas, eles existem um limite do valor de

tensão reversa que um diodo pode suportar

antes de ser destruído. Uma tensão reversa

muita alta pode produzir um efeito de

avalanche ou Zener. Portanto, a corrente

alta ruptura destrói o diodo. Em geral, os

diodos nunca operam na zona de ruptura, a

única exceção é o diodo zener.

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O efeito avalanche ocorre em tensões reversas altas, 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. Esses novos portadores

minoritários somam-se aos já existentes e colidem com outros átomos.

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Diodo real: É aqueles que possuem certa

resistência elétrica característica intrínseca do material utilizado na dopagem.

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Diodo ideal: Ele possui uma resistência zero

quando diretamente polarização e resistência infinita quando reversamente polarizado.

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Tipos de diodo

Diodo Zener: Funciona na zona de avalanche, e é utilizado como referência de tensão (a tensão varia pouco com a corrente nessa zona). Varistor ou varicap: Todos os díodos apresentam uma capacidade que é variável com a tensão aplicada. Os varistores são díodos especialmente desenhados para se obter uma capacidade fortemente dependente da tensão. São usados em osciladores cuja frequência é controlada por tensão (VCO).

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Fotodíodo: Quando a zona da junção recebe luz, geram-se pares de portadores de carga que geram uma tensão ou uma corrente no dispositivo. Existe, assim, conversão opto - eletrônica. Estes dispositivos são utilizados como detectores de luz, nas mais diversas aplicações.

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LED: Para certos tipos de materiais semicondutores, quando é injetada uma corrente na junção do diodo, é gerada radiação eletromagnética na zona do visível ou infravermelho próximo (conversão eletro-óptica). Existem componentes em que vários LED estão dispostos sob a forma de traços ou pontos numa matriz, permitindo a apresentação de algarismos e letras (displays).

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Diodos schottky: Diodos de junção metal e semicondutor não são coisas recentes. Os primitivos rádios de galena, do início do século XX, usavam um fio metálico e um cristal de galena (sulfeto de chumbo) para formar um diodo detector de radiofreqüência.

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Simbologia dos diodo

Diodo Varistor ou varicap

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Diodo Fotodido