Eletronica

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Fundamentos e Conceitos de

Eletrônica

Manual de Experiências

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Fundamentos e Conceitos de Eletrônica

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2007 – 1ª Edição, 2008 – 2ª Edição, 2009 – 3ª Edição, 2010 – 4ª Edição, 2011 – 5ª Edição. Curitiba, PR.

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Í N D I C E

PREFÁCIO ... 5 BIBLIOGRAFIA ... 6 A EVOLUÇÃO DA ELETRÔNICA ... 7 RESISTORES ... 11 CAPACITORES ... 13 INDUTORES ... 16 DIODOS ... 20

LEVANTAMENTO DA CURVA CARACTERISTICA DO DIODO RETIFICADOR ... 24

LEVANTAMENTO DA CURVA CARACTERISTICA DO DIODO ZENER ... 27

CIRCUITOS A DIODOS ... 30

CIRCUITO RETIFICADOR DE MEIA ONDA ... 32

FONTE REGULADA E GERADOR DE BASE DE TEMPO ... 35

CIRCUITO RETIFICADOR ONDA COMPLETA EM PONTE ... 39

CIRCUITOS CEIFADORES ... 42

GRAMPEADORES E DOBRADORES DE TENSÃO ... 46

TRANSISTOR BIPOLAR (BJT) ... 49

CURVA DO TRANSISTOR MODO EMISSOR COMUM ... 53

POLARIZAÇÃO DC EM MODO EMISSOR COMUM ... 56

TRANSISTOR: CORTE E SATURAÇÃO - CONCEITO DE “OPEN COLECTOR” ... 58

FONTE REGULADA COM AJUSTE E PROTEÇÃO ... 60

GANHO CA DE UM CIRCUITO TRANSISTORIZADO ... 62

CIRCUITO TRANSISTORIZADO DE DOIS ESTÁGIOS EM CASCATA ... 65

CIRCUITO TRANSISTORIZADO DE DOIS ESTAGIOS COM REALIMENTAÇÃO ... 67

AMPLIFICADOR DE AÚDIO – CLASSES DE AMPLIFICADORES ... 69

CIRCUITO TOTEM POLE (PUSH-PULL OU AMPLIFICADOR CLASSE B) ... 71

TRANSISTOR DE UNIJUNÇÃO (UJT) ... 74

MISTURADOR DE CORES UTILIZANDO UJT ... 78

TRANSISTOR DE EFEITO DE CAMPO (JFET) ...……….………….………..………… 79

JFET – TRANSISTOR DE EFEITO DE CAMPO – CURVA CARACTERÍSTICA ... 87

JFET – AMPLIFICADOR DC EM CONFIGURAÇÃO AUTOPOLARIZAÇÃO ... 89

JFET – AMPLIFICADOR DC EM CONFIGURAÇÃO DIVISOR DE TENSÃO ... 91

JFET – AMPLIFICADOR FONTE COMUM, DIVISOR DE TENSÃO ... 93

TRANSISTOR DE EFEITO DE CAMPO (MOSFET) ...……….………….…....………..………… 95

MOSFET – TRANSISTOR DE EFEITO DE CAMPO – CURVA CARACTERÍSTICA ... 96

MOSFET – TRANSISTOR DE EFEITO DE CAMPO – PORTAS LÓGICAS ... 98

MOSFET – TRANSISTOR DE EFEITO DE CAMPO COMO CHAVE ON/OFF ... 101

AMPLIFICADOR DIFERENCIAL ... 103

OP AMP – AMPLIFICADOR DIFERENCIAL BJT ... 107

OP AMP – AMPLIFICADOR DIFERENCIAL JFET ... 110

AMPLIFICADOR OPERACIONAL ... 113

OP AMP – DRIVER E REFERÊNCIA DE TENSÃO ... 122

OP AMP – INVERSOR – NÃO INVERSOR ... 124

OP AMP – ASSOCIAÇÃO EM CASCATA ... 128

OP AMP – GANHO CONTROLADO POR JFET ... 130

OP AMP – INTEGRADOR E DIFERENCIADOR ... 132

OP AMP – SOMADOR ... 135

OP AMP – SUBTRATOR ... 138

OP AMP – COMPARADOR ... 141

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OSCILADOR HARMONICO EM PONTE WIEN ... 144

OSCILADOR HARMONICO POR DESLOCAMENTO DE FASE (PHASE SHIFT OSCILLATOR) ... 146

OSCILADOR HARMONICO TIPO DUPLO T (TWIN-T OSCILLATOR) ... 149

OSCILADOR HARMONICO COLPITTS (COLPITTS OSCILATTOR) ... 151

OSCILADOR HARMONICO CLAPP (THE CLAPP OSCILATTOR) ... 153

OSCILADOR HARMONICO HARTLEY (THE HARTLEY OSCILATTOR) ... 155

OSCILADOR HARMONICO ARMSTRONG (THE ARMSTRONG OSCILATTOR) ……...……….. 157

OSCILADOR DE REALAXAÇÃO ... 159

OSCILADOR PWM ... 161

CIRCUITO GERADOR DE BURST ... 163

GERADORES DE FUNÇÕES ... 167

GERADOR DE ONDA QUADRADA ... 168

GERADOR DE ONDA TRIANGULAR ... 170

GERADOR ONDA SENOIDAL A PARTIR DE ONDA TRIANGULAR ... 172

GERADOR DE IMPULSOS ... 174

GERADOR DE FUNÇÕES – DIGITAL ... 176

GERADOR DE FUNÇÕES – ANALÓGICO ... 178

FILTROS ... 180

PLL – PHASE LOOKED-LOOP ... 181

REGULADORES DE TENSÃO ... 182

REGULADORES DE CORRENTE ... 185

PRÉ-AMPLIFICADOR DE AÚDIO INTEGRADO ... 186

PRÉ-AMPLIFICADOR DE AÚDIO DISCRETO ... 187

EXPANSOR LINEAR DE VOLUME ... 188

AGC – CONTROLE AUTOMÁTICO DE GANHO ... 189

CURRENT DUMPING AMPLIFIER – 50WRMS ... 190

LM12 – AMPLIFICADOR DE POTÊNCIA ... 191

LM12 – AMPLIFICADOR EM PONTE ... 192

FONTE DE ALIMENTAÇÃO LINEAR – VARIÁVEL 2 A 30VDC ... 193

CIRCUITO SEQUÊNCIAL DE 16 CANAIS – UP/DOWN ... 194

CONTADOR SEQUÊNCIAL ... 195

FOTOCÉLULA INTELIGENTE ... 196

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P

REFÁCIO

Este manual foi elaborado para execução de experimentos e desenvolvimentos de circuitos eletrônicos. Desde a invenção do transistor (transfer resistor) por John Bardeen, Willian Shockley e Walter Brattain, cientistas do Bell Telephone Laboratories no dia 16 de dezembro de 1948 -- cinqüenta anos depois da descoberta do elétron por Joseph John Thomson e cem anos depois do nascimento de Alexander Graham Bell, o transistor valeu a seus inventores o prêmio Nobel de Física de 1956. É citado na edição de janeiro de 1998 da revista “Proceedings of the IEEE” (edição comemorativa dos 50 anos do transistor) como “... a invenção da engenharia elétrica mais revolucionária do século XX, cujo impacto é sentido todo momento, em todo lugar na era da informação”.

Considerada a maior invenção do século XX, onde todo e qualquer equipamento movido, acionado, controlado através da eletricidade, utiliza transistores. Modernos computadores, eletrônica embarcada, meios de comunicação, equipamentos de diagnósticos, brinquedos, domótica e tudo mais no mundo da tecnologia, utilizam transistores. A evolução da microeletrônica vem permitindo cada vez mais a diminuição do tamanho dos transistores, que por sua vez vem permitindo maior quantidade de transistores em áreas de silício que outrora permitia a criação de circuitos em VLSI (Very Large Scale of Integration). Hoje ultrapassa o conceito ULSI (Ultra Large Scale of Integration), aumenta-se a velocidade dos dispositivos e finalmente diminui-se mais ainda o tamanho dos transistores.

Como ferramenta auxiliar para estes desenvolvimentos sugerimos a utilização da ferramenta PSPICE em conjunto com a ferramenta de desenvolvimento OrCAD, tanto para projetos eletrônicos como em microeletrônica, que na realidade, nos dias de hoje já é chamada de nano eletrônica em função das dimensões dos dispositivos eletrônicos.

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B

IBLIOGRAFIA

MICROELETRÔNICA,

A. S. Sedra e K. C. Smith, ISBN 978-85-7605-022-3, PEARSON, Prentice Hall, São Paulo, 5ª ed., 848 pp;

DISPOSITIVOS ELETRÔNICOS E TEORIA DE CIRCUITOS,

Robert L. Boylestad & Louis Nashelsky, ISBN 85.87918-22-2, PEARSON, Prentice Hall, São Paulo, 8ª ed., 672 pp;

INTEGRATED ELETRONICS,

Millman & Halkias, ISBN 79-172657, McGRAW-HILL KOGAKUSHA, Ltd., Japan, 1ª ed., 1972, 911 pp;

THE ART OF ELECTRONICS,

Horovitz and Hill, ISBN 0521370957, Cambridge University Press, 1125 pp;

BASIC ELECTRONICS,

Bernard Grob – ISBN 0-07-024923-7 - Fourth Edition, McGraw-Hill KOGAKUSHA, LTD;

INTEGRATED CONVERTERS,

Paul Jespers, ISBN 0-19-856446-5, Oxford University Press;

THE 555 TIMER APPLICATION SOURCEBOOK, WITH EXPERIENCES, Howard M. Berlin, ISBN 0-672-21538-1, Ed. Howard W. Sams & Co., Inc.; 158pp;

IC TIMER COOKBOOK,

Walter G. Jung, ISBN 0672214164, Ed. Howard. W. Sams; 1st edition (1977), 287 pp;

CMOS COOKBOOK,

Don Lancaster, ISBN 0750699434, Howard W. Sans and Company, and 512 pp;

CONTEMPORARY LOGIC DESIGN,

Randy H. Katz, ISBN 0805327037, Addison-Wesley Pub Co, 699 pp;

DIGITAL DESIGN WITH CPLD APPLICATIONS AND VHDL,

Robert K. Dueck, ISBN 0-7668-1160-3, Delmar – Thomson Learning, 2nd ed., 846 pp;

DIGITAL LOGIC SIMULATION AND CPLD PROGRAMMING, Steve Waterman, ISBN 0-13-084256-7, Prentice Hall, USA, 2000, 314 pp.

DIGITAL SYSTEMS: HARDWARE ORGANIZATION AND DESIGN,

Frederick J. Hill & Gerald Peterson, ISBN: 0471808067, 3rd edition, John Wiley & Sons, 601 pp;

ELECTRONICS - CIRCUITS, AMPLIFIERS AND GATES, D. V. Bugg, ISBN 075030109 0, Edit. IOP Publishing Ltd., 377 pp;

ELEMENTOS DE ELETRÔNICA DIGITAL, Ivan V. Idoeta & Francisco G. Capuano, Editora Érica;

FUNDAMENTALS OF DIGITAL LOGIC WITH VHDL DESIGN WITH CD ROM,

Stephen Brown, ISBN: 0072355964, Book & CD Rom edition, McGraw-Hill Higher Education, 840 pp;

LOGIC AND COMPUTER FUNDAMENTALS,

M. Morris Mano and Charles R. Kime, ISBN 0-13-012468-0, Prentice Hall, 2nd edition (2000), 652pp;

LOGIC CIRCUIT DESIGN,

Alan W. Shaw, ISBN 0030507936, Oxford University Press, 702pp; LOGICWORKS 4.0,

Book & CD ROM Edition, ISBN 0201326825, Addison-Wesley Pub Co., 202pp; TTL COOKBOOK,

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A EVOLUÇÃO DA ELETRÔNICA

Hans Christian Oersted (1777-1851)

Georg Simon Ohm (1789-1854)

James Clerk Maxwell (1831-1879)

Em um ensaio publicado em 1813, Hans Christian Oersted previu que deveria existir uma ligação entre a eletricidade e o magnetismo. Em 1819, durante uma aula de Eletricidade, aproximou uma bússola de um fio percorrido por corrente. Com surpresa, observou que a agulha se movia, até se posicionar num plano perpendicular ao fio. Quando a corrente era invertida, a agulha girava 180º, continuando a se manter nesse plano. Esta foi a primeira demonstração de que havia uma relação entre eletricidade e magnetismo.

Esse efeito, que foi chamado efeito de Oersted, que pode ser verificado com uma pilha comum de 3volts, um pedaço de cobre e uma bússola de bolso. Faça o fio passar sobre o vidro da bússola. Ligue uma ponta do fio a um dos pólos da pilha e a outra ao pólo oposto. Assim que fizer a segunda ligação, a agulha da bússola mudará de direção: deixará de apontar para o Norte para se colocar perpendicular ao fio de cobre. Oersted publicou suas observações sobre o fenômeno em 1820. No mesmo ano, apresentou-as em Paris, causando grande interesse entre os pesquisadores.

Sua descoberta acidental ocorrida no meio de uma aula pode hoje ser vista como a iniciadora de um novo ramo de estudos: o eletromagnetismo.

LEI DE OHM

Entre 1825 e 1827, Georg Simon Ohm desenvolveu a primeira teoria matemática da condução elétrica nos circuitos, baseando-se no estudo da condução do calor de Fourier e fabricando os fios metálicos de diferentes comprimentos e diâmetros usados nos seus estudos da condução elétrica. Este seu trabalho não recebeu o merecido reconhecimento na sua época, tendo a famosa Lei de Ohm permanecido desconhecida até 1841 quando recebeu a medalha Copley da Royal Society de Londres. O seu nome foi dado à unidade de resistência elétrica no Sistema Internacional (SI) de unidades por decisão do Congresso Mundial Elétrico reunido, em Chicago, em 1893.

Resistência elétrica é a capacidade de um corpo qualquer se opor à passagem de corrente elétrica pelo mesmo, quando existe uma diferença de potencial aplicada. Seu cálculo é dado pela Lei de Ohm e, segundo o Sistema Internacional de Unidades (SI), é medida em ohms.

O RESISTOR

Resistência elétrica de um elemento passivo de circuito que é percorrido por uma corrente invariável de um Ampère, quando uma tensão elétrica constante de um Volt é aplicada aos seus terminais.

Em 1864 James Clerk Maxwell com 33 anos, havia predito matematicamente a existência de ondas eletromagnéticas.

Equações de Maxwell

A teoria do eletromagnetismo foi sua obra-prima. Maxwell conseguiu pensar e descrever matematicamente os fenômenos elétricos e magnéticos com um só grupo de equações, as chamadas equações de Maxwell, que exprimem, em suas relações, a unidade dos fenômenos elétricos e magnéticos. Lançavam-se as bases de toda a teoria

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Heinrch Rudolf Hertz (1857-1894)

Guglielmo Marconi (1874-1937)

Thomas Alva Edison (1847-1931)

do eletromagnetismo, e as equações de Maxwell ainda hoje auxiliam, em sua forma original, tanto o projetista de antenas como o estudioso da teoria da relatividade. Servem também para calcular o movimento de um elétron dentro de uma máquina aceleradora ou para entender o movimento de uma protuberância na atmosfera solar. Além disso, prepararam o caminho para a invenção do rádio.

As transmissões sem fio começaram a ser vislumbradas com os estudos de Heinrich Rudolf Hertz, físico alemão que no ano de 1887 fez a primeira demonstração do processo de propagação de ondas eletromagnéticas através do espaço.

Em 1880, ano de sua diplomação, Hertz tornou-se assistente de von Helmholtz e, durante os três anos que passou no instituto berlinense, ocupou-se com pesquisas experimentais sobre a elasticidade dos gases e sobre as descargas elétricas através destes. Em 1883, obteve a docência na Universidade de Kiel, onde começou a estudar a eletrodinâmica de Maxwell. Este havia previsto teoricamente a existência das ondas eletromagnéticas, mas o fato ainda não havia sido comprovado experimentalmente.

Guglielmo Marconi nasceu na cidade de Bolonha a 25 de abril de 1874. Filho de Giuseppi Marconi, um negociante casado com Ana Jameson, mãe de Guglielmo, que descendia de uma famosa família de destiladores de Dublin. Desde a mais tenra idade Guglielmo Marconi sempre foi um sonhador. Tinha uma paixão pela eletricidade e passava horas a brincar com baterias e fios.

Em 1894 com 20 anos, Guglielmo teve conhecimento das descobertas de Hertz no domínio da eletricidade. Hertz era um físico brilhante que provara a existência das ondas eletromagnéticas, usando um equipamento rudimentar, fizera passar energia elétrica entre dois pontos sem utilizar fios. Marconi pensou em controlar as ondas Hertzianas para fins de comunicação. Bastaria juntar um manipulador telegráfico ao transmissor e emitir as ondas em código Morse para enviar mensagens invisíveis através do ar. Com dificuldades de concentração na escola, tornou-se um jovem obcecado em inventar a telegrafia sem fios (TSF). De um dos lados de uma colina conseguiu que um sinal Morse fosse recebido do outro lado, a uma distância de dois quilômetros e meio.

Seu maior feito foi a invenção do rádio. Aos 35 anos em 1909, Marconi recebe o prêmio Nobel de física, pelos seus inventos e suas contribuições.

Thomas Alva Edison nasceu no dia 11 de fevereiro de 1847 em Milan, Ohio. Por volta de 1855, o reverendo Engle era o professor da única sala de aula da cidade, e queixava-se de Thomas, que se recusava a fazer as lições. "O garoto é confuso da cabeça, não consegue aprender", dizia. Três meses depois, Thomas Alva Edison deixou a classe e nunca mais voltaria a freqüentar uma escola.

Edison registrou seu primeiro invento - uma máquina de votar, pela qual ninguém se interessou - quando tinha 21 anos. Dois anos mais tarde, inventou um indicador automático de cotações da bolsa de valores. Vendeu-o por 40 mil dólares e tomou a decisão de trabalhar em um laboratório próprio, num subúrbio de Nova York.

Em 1876, já famoso, a grandeza de seus recursos e a amplitude de suas atividades motivaram a construção de um verdadeiro centro de pesquisas em Menlo Park. Era quase uma cidade industrial. Possuía oficinas, laboratórios, assistentes e técnicos

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Nikola Tesla (1856-1943)

Alexander Graham Bell (1847-1922)

capacitados. Nessa época, Edison chegou a propor-se a meta de produzir uma nova invenção a cada dez dias. Não chegou a tanto, mas é verdade que, num certo período de quatro anos, conseguiu patentear 300 novos inventos, o que equivale praticamente a uma criação a cada cinco dias.

Em 1877 inventou o fonógrafo. Quando a gravação estava completa, a ponta era substituída por uma agulha; a máquina desta vez reproduzia as palavras quando o cilindro era girado mais uma vez.

Em 1878, com 31 anos, propôs a si mesmo o desafio de obter luz a partir da energia elétrica. Edison tentou inicialmente utilizar filamentos metálicos. Foram necessários enormes investimentos e milhares de tentativas para descobrir o filamento ideal: um fio de algodão parcialmente carbonizado. Instalado num bulbo de vidro com vácuo, e se aquecia com a passagem da corrente elétrica até ficar incandescente sem, porém derreter, sublimar ou queimar. Em 1879, uma lâmpada assim construída brilhou por 48 horas contínuas e, nas comemorações do final de ano, uma rua inteira próxima ao laboratório, foi iluminada para demonstração pública. Durante os trabalhos de desenvolvimento da lâmpada, Edison detectou outro fenômeno que passou a ser chamado de Efeito Edison, que redundou na primeira válvula termiônica (Ver pg. 20).

Nikola Tesla nasceu na Croácia. Foi engenheiro e estudou nas Universidades de Gratz na Áustria e na de Praga na Checoslováquia. Em 1884 emigrou para os Estados Unidos da América onde trabalhou para Edison. Três anos depois criou o seu próprio laboratório onde inventou o motor de indução que funciona com corrente alternada não precisando de escovas. Trabalhou para Westinghouse impulsionando o uso da corrente alternada na rede elétrica versus a utilização de corrente contínua defendida por Edison.

O sistema de corrente alternada acabaria por se impor, devido às suas vantagens. Tesla registrou inúmeras patentes entre as quais destaca-se a bobina de Tesla, uma lâmpada precursora das lâmpadas fluorescentes e uma bomba que funcionava sem palhetas. Tinha uma personalidade bastante excêntrica vivendo num mundo de fantasia. Razão pela qual não lhe foi dado o devido crédito.

Tesla construiu um laboratório em Colorado Springs, em 1899, para efetuar experimentos com eletricidade de alta freqüência e outros fenômenos. Naquele laboratório ele recebeu e registrou ondas de rádio cósmicas, através de instrumentos muito sensíveis desenvolvidos por ele. Quando anunciou que havia recebido sinais de rádio extraterrestres, a comunidade científica não acreditou em suas palavras, porque ainda não se tinha conhecimento da real existência das ondas cósmicas.

Alexander Graham Bell nasceu no dia 3 de março de 1847, em Edimburgo, na Escócia. Sua família tinha tradição e renome como especialista na correção da fala e no treinamento de portadores de deficiência auditiva.

Mais tarde, após ter emigrado para os Estados Unidos da América, em Boston, fundou uma escola e nela lecionava fisiologia vocal. Decorria o ano de 1865 quando lhe surgiu a idéia da transmissão da voz por ondas elétricas, mas apenas registrou a

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Apresentação do telefone

John Ambrose Fleming (1849-1945)

Bardeen, Shockley e Brattain

Medalha do Nobel de Física

Jack Kilby (1923-2005)

patente do telefone em 1876. No ano seguinte formou a empresa "Bell Telephone Company". As suas invenções foram imensas e contribuíram para um rápido desenvolvimento de muitas ansiedades da humanidade.

Bell apresentou seu invento ao público na Exposição do Centenário, na Filadélfia. Em 1898, Bell substituiu o sogro na presidência da Society, transformou o velho boletim da entidade na belíssima National Geographic Magazine, semelhante à que temos hoje.

“Inventor é um homem que olha para o mundo em torno de si e não ficam satisfeitas com as coisas como elas são. Ele quer melhorar tudo o que vê e aperfeiçoar o mundo. É perseguido por uma idéia, possuído pelo espírito da invenção e não descansa enquanto não materializa seus projetos.”

(Palavras de Alexander Graham Bell gravadas em uma placa no museu que leva o seu nome, em Baddeck no Canadá.).

O DIODO

Nove anos após Edison ter descoberto o efeito que passou a ter seu nome (Efeito Edison), em 1904, outro pesquisador inglês, John Ambrose Fleming daria prosseguimento e obteria o primeiro resultado prático. Ao contrário de Edison e Preece, que utilizaram como segundo elemento, apenas um fio metálico, ao professor Fleming ocorreu à idéia de envolver todo o filamento da lâmpada com uma placa metálica. Fleming foi aluno James Clerk Maxwell nas cadeiras de matemática e eletricidade. Foi consultor científico de Marconi de 1899 a 1905, onde desenvolveu técnicas de radiotelegrafia, osciladores de centelhamento, geradores de ruído branco, e desenvolvimento de circuitos sintonizados.

O TRANSISTOR

Inventado por cientistas do Bell Telephone Laboratories no dia 16 de dezembro de 1947 - cinqüenta anos depois da descoberta do elétron por Joseph John Thomson e cem anos depois do nascimento de Alexander Graham Bell - o transistor valeu aos seus inventores o prêmio Nobel de física de 1956.

O invento de John Bardeen, William Bradford Shockley e Walter Houser Brattain, possibilitou uma enorme evolução na eletrônica contemporânea. Por este feito os três cientistas receberam o Prêmio Nobel de Física em 1956.

A invenção do transistor é citada na edição de janeiro de 1998 da revista

Proceedings of the IEEE (edição comemorativa dos 50 anos do transistor) como “a

invenção da engenharia elétrica mais revolucionária do século XX, cujo impacto é sentido todo momento, em todo lugar na era da informação”.

O CIRCUITO INTEGRADO

O primeiro circuito integrado, um conjunto de transistores em uma mesma lâmina de silício e transistores em germânio foi inventado pelo pesquisador da TEXAS Instruments, Jack St. Clair Kilby, também inventor da primeira calculadora portátil e impressoras térmicas. Além de ganhador do Nobel de Física em 2000, pela sua contribuição à microeletrônica, em sua homenagem um dos flip-flops mais utilizado em circuitos digitais leva suas iniciais. Flip-flop JK.

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RESISTORES

RESISTÊNCIA ELÉTRICA:

Por definição, é todo material ou dispositivo que transforma energia elétrica em calor, explicado pelo Efeito Joule.Um resistor ideal é um componente com uma resistência elétrica que permanece constante independentemente da tensão ou corrente elétrica que circular pelo dispositivo.

A característica principal de um resistor é sua resistência, dada em Ohms, possuindo relação entre tensão e corrente. Essa relação é dada por uma simples equação, Lei de Ohm:

R = E/i

R = Resistência dada em Ohms (Ω); E = Tensão dada em Volts (V); I = Corrente dada em Ampère (A).

RESISTIVIDADE ELÉTRICA:

A resistência elétrica de um material condutor depende da sua geometria e composição. O parâmetro relativo ao material e denominado resistividade elétrica. Em um dado material homogêneo de comprimento l e seção transversal A a resistividade será:

R = ρ l / A

(Ωm)

R = Resistência elétrica dada em Ohms (Ω); ρ = Resistividade elétrica do material; l = Comprimento;

A = Área da seção transversal.

SÉRIES E6, E12, E24 (Resistores de quatro faixas) SÉRIE E6 1,0 – 1,5 – 2,2 – 3,3 – 4,7 – 6,8

SÉRIE E12 1,0 – 1,2 – 1,5 – 1,8 – 2,2 – 2,7 – 3,3 – 3,9 – 4,7 – 5,6 – 6,8 – 8,2

SÉRIE E24 1,0 – 1,1 – 1,2 – 1,3 – 1,5 – 1,6 – 1,8 – 2,0 – 2,2 – 2,4 – 2,7 – 3,0 – 3,3 – 3,6 – 3,9 – 4,3 – 4,7 – 5,1 – 5,6 – 6,2 – 6,8 – 7,5 – 8,2 – 9,1

SÉRIES E48, E96, E192 (Resistores de cinco faixas)

SÉRIE E48 1,00 – 1,05 – 1,10 – 1,15 – 1,21 – 1,33 – 1,40 – 1,47 – 1,54 – 1,62 – 1,69 – 1,78 – 1,87 – 1,96 – 2,05 – 2,15 2,26 – 2,37 – 2,49 – 2,61 – 2,74 – 2,87 – 3,01 – 3,16 – 3,32 – 3,48 – 3,65 – 3,83 – 4,02 – 4,22 – 4,42 – 4,64 4,87 – 5,11 – 5,36 – 5,62 – 5,90 – 6,19 – 6,49 – 6,81 – 7,15 – 7,50 – 7,87 – 8,25 – 8,66 – 9,09 – 9,53 SÉRIE E96 1,00 – 1,02 – 1,05 – 1,07 – 1,10 – 1,13 –1,15 – 1,18 – 1,21 – 1,24 – 1,27 – 1,30 – 1,33 – 1,37 – 1,40 – 1,43 1,47 – 1,50 – 1,54 – 1,58 – 1,62 – 1,65 – 1,69 – 1,74 – 1,78 – 1,82 – 1,87 – 1,91 – 1,96 – 2,00 – 2,05 – 2,10 2,15 – 2,21 – 2,26 – 2,32 – 2,37 – 2,43 – 2,49 – 2,55 – 2,61 – 2,67 – 2,74 – 2,80 – 2,87 – 2,94 – 3,01 – 3,09 3,16 – 3,24 – 3,32 – 3,40 – 3,48 – 3,57 – 3,65 – 3,74 – 3,83 – 3,92 – 4,02 – 4,12 – 4,22 – 4,32 – 4,42 – 4,53 4,64 – 4,75 – 4,87 – 4,99 – 5,11 – 5,23 – 5,36 – 5,49 – 5,62 – 5,76 – 5,90 – 6,04 – 6,19 – 6,34 – 6,49 – 6,81 7,15 – 7,32 – 7,50 – 7,68 – 7,87 – 8,06 – 8,25 – 8,66 – 8,87 – 9,09 – 9,31 – 9,53 – 9,76 SÉRIE E192 1,00 – 1,01 – 1,02 – 1,04 – 1,05 – 1,06 – 1,07 – 1,09 – 1,10 – 1,11 – 1,13 – 1,14 –1,15 – 1,17 – 1,18 – 1,20 1,21 – 1,23 – 1,24 – 1,26 – 1,27 – 1,29 – 1,30 – 1,32 – 1,33 – 1,35 – 1,37 – 1,38 – 1,40 – 1,42 – 1,43 – 1,45 1,47 – 1,49 – 1,50 – 1,52 – 1,54 – 1,56 – 1,58 – 1,60 – 1,62 – 1,64 – 1,65 – 1,67 – 1,69 – 1,72 – 1,74 – 1,76 1,78 – 1,80 – 1,82 – 1,84 – 1,87 – 1,89 – 1,91 – 1,93 – 1,96 – 1,98 – 2,00 – 2,03 – 2,05 – 2,08 – 2,10 – 2,13 2,15 – 2,18 – 2,21 – 2,23 – 2,26 – 2,29 – 2,32 – 2,34 – 2,37 – 2,40 – 2,43 – 2,46 – 2,49 – 2,52 – 2,55 – 2,58 2,61 – 2,64 – 2,67 – 2,71 – 2,74 – 2,77 – 2,80 – 2,84 – 2,87 – 2,91 – 2,94 – 2,98 – 3,01 – 3,05 – 3,09 – 3,12 3,16 – 3,20 – 3,24 – 3,28 – 3,32 – 3,36 – 3,40 – 3,44 – 3,48 – 3,52 – 3,57 – 3,61 – 3,65 – 3,70 – 3,74 – 3,79 3,83 – 3,88 – 3,92 – 3,97 – 4,02 – 4,07 – 4,12 – 4,17 – 4,22 – 4,27 – 4,32 – 4,37 – 4,42 – 4,48 – 4,53 – 4,59 4,64 – 4,70 – 4,75 – 4,81 – 4,87 – 4,93 – 4,99 – 5,05 – 5,11 – 5,17 – 5,23 – 5,30 – 5,36 – 5,42 – 5,49 – 5,56 5,62 – 5,69 – 5,76 – 5,83 – 5,90 – 5,97 – 6,04 – 6,12 – 6,19 – 6,26 – 6,34 – 6,42 – 6,49 – 6,57 – 6,65 – 6,73 6,81 – 6,90 – 6,98 – 7,06 – 7,15 – 7,23 – 7,32 – 7,41 – 7,50 – 7,59 – 7,68 – 7,77 – 7,87 – 7,96 – 8,06 – 8,16 8,25 – 8,35 – 8,45 – 8,56 – 8,66 – 8,76 – 8,87 – 8,98 – 9,09 – 9,19 – 9,31 – 9,42 – 9,53 – 9,65 – 9,76 – 9,88

(13)

Para maior compreensão das tabelas acima, acesse: Identificação de Resistores

http://samengstrom.com/nxl/2020/6_band_resistor_color_code_page.en.html Tabelas das séries de resistores

http://www.logwell.com/tech/components/resistor_values.html

O uso de resistores se faz em todo e qualquer tipo de circuito que utilize energia elétrica, portanto é o componente passivo mais utilizado nesta área.

Resistores podem ser associados de três maneiras: Série, Paralela ou de forma Mista.

R

t

= R

1

+ R

2

+ R

n

1/R

t

= 1/R

1

+ 1/R

2

+ 1/R

n

R

t

= R

1

+ R

2

+ (R

3

x R

4

/ R

3

+ R

4

)

Resistor de Filme Metálico (Metal Oxide Film Resistor)

Resistor de Filme Carbono (Carbon Film Resistor)

Resistor de Fio com Dissipador de Alumínio (Aluminum Housed Wire Wound Power Resistor)

Resistor Cerâmico

(Wire wound ceramic resistor)

Resistor de Fio (Wire Resistor)

(14)

CAPACITORES

CAPACITORES OU CONDENSADORES:

Capacitores diferentemente dos resistores que são utilizados para limitar a passagem de corrente elétrica, causando uma queda de tensão sobre eles próprios, é um componente que armazena energia elétrica.

Esta característica é evidenciada pela sua construção. Um capacitor é constituído por duas placas paralelas isoladas por um material denominado dielétrico. As placas de um capacitor podem ser de alumínio, poliéster, polipropileno, tântalo ou outro tipo de material. O dielétrico pode ser mica, vidro, papel e até mesmo o ar.

Capacitores são utilizados para eliminar sinais indesejados, oferecendo um caminho mais fácil pelo qual a energia associada a esses sinais espúrios pode ser escoada, impedindo-a de invadir o circuito protegido. Nestas aplicações, normalmente quanto maior a capacitância melhor o efeito obtido e podem apresentar grandes variações de tolerâncias.

Já capacitores empregados em aplicações que requerem maior precisão, tais como os capacitores que determinam a freqüência de oscilação de um circuito, possuem tolerâncias menores, são mais precisos e mais estáveis, principalmente com as variações de temperatura.

A capacitância de um capacitor é uma constante característica do componente, assim, ela vai depender de certos fatores próprios do capacitor. A área das armaduras, por exemplo, influi na capacitância, que é tanto maior quanto maior for o valor desta área. Em outras palavras, a capacitância C é proporcional à área A de cada armadura, ou seja:

C A

A espessura do dielétrico é outro fator que influi na capacitância. Verifica-se que quanto menor for a distância d entre as armaduras maior será a capacitância C do componente, isto é:

C 1/d

Este fator também é utilizado nos capacitores modernos, nos quais se usam dielétricos de grande poder de isolamento, com espessura bastante reduzida, de modo a obter grande capacitância.

C = ke

0 . A/d

Onde:

Material Rigidez (kV/cm Constante (k)

C: Capacitância; Ar 30 1

Ke0: Constante dielétrica; Vidro 75-300 3,8

d: Distância entre as superfícies condutoras; Ebonite 270-400 2,8

A: Área dos condutores. Mica 600-750 5,4-8,7

Borracha Pura 330 3

Óxido de alumínio 8,4

Pentóxido de Tântalo 26

Cera de abelha 1100 3,7

Parafina 600 3,5

A unidade de capacitância é expressa em Farad, em homenagem ao cientista britânico Michel Faraday. Já que o farad é uma unidade muito grande, valores de capacitores são geralmente expressos em microfarads (μF), nanofarads (nF), ou picofarads (pF).

Como o milifarad é raramente usado na prática, uma capacitância de 4.7×10-3 F, por exemplo, é geralmente escrita como 4.700μF (embora também possa ser 4,7mF).

TIPOS DE CAPACITORES Capacitores de mica; Capacitores de papel; Capacitores Stiroflex; Capacitores de polipropileno; Capacitores de poliéster; Capacitores de policarbonato; Capacitores cerâmicos;

Capacitores eletrolíticos – Alumínio ou Tântalo; Supercapacitores.

(15)

SIMBOLOGIA E CÓDIGO DE CORES

(16)

ASSOCIAÇÃO DE CAPACITORES: ASSOCIAÇÃO SÉRIE 3 2 1 . 3 2 1 3 2 1

1

1 tan

C

U

te

cons

Q

eq ASSOCIAÇÃO PARALELA 3 2 1 . 3 2 1 3 2 1

tan

C

Q

te

cons

U

eq MÚLTIPLOS DO FARAD

(17)

INDUTORES

INDUTORES:

Indutor é um dispositivo elétrico passivo que armazena energia na forma de campo magnético, normalmente combinando o efeito de vários laços da corrente elétrica. Indutore podem ser utilizados em circuitos como filtros passa baixa, passa bandas, passa altas ou rejeitando freqüências, ou então como filtros em fontes de alimentação. Outra aplicação é em fontes chaveadas.

Geralmente o indutor constituido de uma bobina de material condutor, por exemplo, fio de cobre. Um núcleo de material ferromagnético aumenta a indutância concentrando as linhas de força de campo magnético que fluem pelo interior das espiras.

Indutores, assim como capacitores podem ser construídos em circuitos integrados utilizando o mesmo processo de fabricação de transistores.

Para frequências acima de 400Hz utiliza-se nucleos de ferrite. Quanto maior a frequência, menor será o núcleo. Para frequências de 0Hz a 400Hz, usa-se como núcleo o aço silício.

Um grande fabricante de núcleos de ferrite é a empresa brasileira Thornton Eletrônica Ltda.

Núcleos de Ferrite Thornton

Permeabilidade é o grau de magnetização de um material em resposta a um campo magnético. A permeabilidade absoluta é representada pela letra grega µ (pronuncia-se “mi”).

µ = B / H

onde B é a densidade do fluxo magnético (também conhecida como indução magnética) no material e H é a força do campo magnético.

(18)

No sistema internacional de unidades, a densidade do fluxo magnético é medida em teslas (T), a força do campo magnético em Ampères por metro (A/m) e a permeabilidade em Henry por metro (H/m), ou Newton por Ampère ao quadrado (N/A2).

A permeabilidade relativa, por vezes escrita com o símbolo µr e frequentemente apenas com µ, é a razão entre a permeabilidade absoluta e a permeabilidade do espaço livre (vácuo) µ0:

µr = µ / µ0

onde: µ0 = 4π × 10-7 N·A-2

TABELA DE CONVERSÕES

(19)

NÚCLEOS DE FERRITE

Fabricados com materiais níquel-zinco e magnésio-zinco, e designados pelo prefixo “FT”; os núcleos de ferrite de níquel-zinco têm alto volume de resistividade, alto “Q” de 500 kHz a 100 MHz, moderada estabilidade de temperatura e vão de 125 a 850 na escala de permeabilidade relativa (µr). Já os núcleos de ferrite de magnésio-zinco tem uma permeabilidade relativa (µr) muito alta, de 850 a 5000, alto “Q” de 1 kHz a 1 MHz, baixo volume de resistividade e moderada saturação, sendo muito utilizados em fontes de alimentação e filtros de RFI (é o caso dos ferrites utilizados em antenas internas de rádios AM).

INDUTÂNCIA

Indutância é a grandeza física associada aos indutores, é simbolizada pela letra L, medida em Henry (H), e representada graficamente por um fio helicoidal. Em outras palavras é um parâmetro dos circuitos lineares que relaciona a tensão induzida por um campo magnético variável à corrente responsável pelo campo. A tensão entre os terminais de um indutor é proporcional à taxa de variação da corrente que o atravessa. Matematicamente temos:

onde u(t) é a tensão instântanea, sua unidade de medida é o volt (V), L é a indutância, sua unidade de medida é o Henry (H), i é a corrente, sua unidade de medida é o ampere (A) e t o tempo (s).

ENERGIA

A energia (medida em joules, no SI) armazenada num indutor é igual à quantidade de trabalho necessária para estabalecer o fluxo de corrente através do indutor e, conseqüentemente, o campo magnético. É dada por:

(20)

Um indutor resiste somente a mudanças de corrente. Um indutor ideal não oferece resistência para corrente contínua, exceto quando a corrente é ligada e desligada, caso em que faz a mudança de modo mais gradual. Porém, a maioria dos indutores do mundo real são construídos a partir de materiais com resistência elétrica finita, que se opõe até mesmo à corren te direta.

A relação entre a variação da tensão de acordo com o tempo u(t) através de um indutor com indutância L e a variação da corrente de acordo com o tempo i(t) que passa por ele é descrita pela equação diferencial:

Quando uma corrente alternada (CA) senoidal flui por um indutor, uma tensão alternada senoidal (ou força eletromotriz, Fem) é induzida. A amplitude da Fem está relacionada com a amplitude da corrente e com a freqüência da senóide pela seguinte equação:

onde ω é a freqüência angular da senóide definida em termos da freqüência f por:

A reatância indutiva é definida por:

onde XLé a reatância indutiva medida em Ohms (medida de resistência), ω é a freqüência angula, f é a freqüência em hertz, e L

é a indutância. A reatância indutiva é o componente positivo imaginário da impedância.

A impedância complexa de um indutor é dada por:

onde j é a unidade imaginária.

ASSOCIAÇÃO DE INDUTORES

Cada indutor de uma configuração em paralelo possui a mesma diferença de potencial (tensão) que os demais. Para encontrar a indutância equivalente total (Leq):

A corrente através de indutores em série permanece a mesma, mas a tensão de cada indutor pode ser diferente. A soma das diferenças de potencial é igual à tensão total. Para encontrar a indutância total:

(21)

D I O D O S

A primeira válvula eletrônica, o diodo, surgiu quando Thomas Alva Edison em 1879 faz funcionar mais uma de suas invenções, que foi a lâmpada elétrica. Neste momento ele não imaginava estar também fazendo nascer à técnica que proporcionaria a construção da primeira válvula de rádio.

A lâmpada de Edison consistia em um filamento de carvão colocado dentro de uma ampola de vidro, na qual era produzido o vácuo. Apesar do sucesso inicial, algo começou a preocupar o inventor. Depois de algumas horas ligada a lâmpada apresentava certo enegrecimento em sua ampola de vidro, reduzindo, portanto a luminosidade. Estudando o fenômeno, concluiu Edison que partículas de carvão se desprendiam do filamento em direção à ampola, causando seu enegrecimento. Em uma das tentativas de resolver o problema, colocou dentro da lâmpada e em paralelo com o filamento, um segundo elemento que consistia em um simples fio metálico. A intenção era que este novo elemento retivesse as partículas de carvão, evitando assim que atingissem a ampola.

Conectando este fio a uma tensão positiva, notava-se uma deflexão no galvanômetro conectado em série, indicando uma passagem de corrente entre este novo elemento e o filamento da lâmpada. Confirmou-se então a suposição de que o novo elemento solucionaria a questão do enegrecimento. Edison então concluiu que a corrente que circulava entre o filamento e o fio metálico (que hoje chamaríamos de placa) não circulava através do vácuo, mas sim através das partículas de carvão emitidas pelo filamento.

Observou também que ao aplicar uma tensão negativa ao novo elemento, o galvanômetro nada indicava, concluindo, pois que a corrente circulava em um único sentido. Embora não o tenha conseguido explicar convenientemente, batizou a nova descoberta como "EFEITO EDISON”, fato este levado ao público em 1883. Em verdade sem o saber, Edison havia construído a primeira válvula termiônica.

Outros pesquisadores haveriam de prosseguir os estudos sobre a descoberta de T. A. Edison, assim é que em 1895, W. R. Preece, na Inglaterra estudou mais profundamente o fenômeno, chegando a conclusões bem mais concretas. Concluiu Preece que partículas carregadas de eletricidade negativa eram emitidas pelo filamento e atraídas pelo segundo elemento carregado com eletricidade positiva e repelidas pelo mesmo, quando carregado negativamente (emissão de elétrons). Apesar do estudo mais aprofundado, não ocorreram a Preece quaisquer usos práticos, resultantes das conclusões a que chegou.

O assunto caiu no esquecimento e somente nove anos mais tarde, em 1904, outro pesquisador inglês, John Ambrose Fleming daria prosseguimento e obteria o primeiro resultado prático. Ao contrário de Edison e Preece, que utilizaram como segundo elemento, apenas um fio metálico, ao professor Fleming ocorreu à idéia de envolver todo o filamento da lâmpada com uma placa metálica. Como resultado obteve correntes muito maiores circulando entre o filamento e a placa observando que também variavam de intensidade de acordo com o diâmetro da placa e a distancia desta em relação ao filamento. A primeira válvula "diodo" de uso prático estava criada, pois Fleming teve a feliz iniciativa de usá-la como detector de ondas radioelétricas.

A válvula Diodo dois elementos internos: placa e catodo. Algumas não possuem catodo, sendo chamadas de diodos de aquecimento direto. O próprio filamento emite os elétrons para a placa. Os diodos com catodo são chamados de aquecimento indireto. Abaixo vemos alguns tipos e o funcionamento.

O diodo moderno é o mais simples dispositivo semicondutor; constituído de uma junção PN semicondutora, permite conduzir em um só sentido, tal qual a lâmpada de Edison, que originou a primeira válvula.

Os tipos mais usados são de Si (Silício) e de Ge (Germânio). O seu comportamento elétrico depende da distribuição de impurezas e da geometria da junção.

São classificados como diodos de sinal, retificadores, zeners, reguladores de tensão, detectores, emissores de luz, fotos-diodo, etc..

Geralmente, os diodos são utilizados de tal forma a se aproveitar as características de assimetria da relação volt-ampère; são usados no chaveamento e na geração de tensões e correntes alternadas, em resumo o diodo é um dispositivo de

(22)

semicondutor que permite a corrente fluir em uma só direção. Embora um transistor também seja um dispositivo semicondutor, não opera do mesmo modo que um diodo. Um diodo é feito especificamente para permitir que a corrente flua em uma só direção.

TIPOS DE DIODOS:

Diodo Retificador Diodo Zener Diodo Túnel Diodo Schottky

Diodo PIN Diodo GUNN Diodo Varicap Diodo LED

Diodo Emissor de Luz Diodo Receptor ou fotodiodo Foto-acoplador Diodo LASER

(23)

NOMENCLATURAS:

As nomenclaturas dos dispositivos semicondutores seguem o padrão JEDEC (JOINT ELECTRONIC DEVICES ENGINEERING COUNCIL), que normaliza (STANDARD) as pinagens e nomenclaturas dos componentes.

A primeira letra indica o tipo de material semicondutor

A segunda letra indica o tipo e aplicação

A Germânio A Diodo de sinal (diodo detector, de comutação a alta velocidade, misturador);

B Silício B Diodo de capacitância variável (VARICAP)

C Arseneto de Gálio C Transistor de aplicação em baixa freqüência

D Antimônio de Índio D Transistor de potência para aplicação em baixa freqüência

R Outros compostos E Diodo Túnel

F Transistor de aplicação em alta freqüência

L Transistor de potência para aplicação em alta freqüência P Dispositivo sensível à radiação

R Tiristores

S Transistor de aplicação em comutação T Tiristores

U Transistor de potência para aplicação em comutação X Diodo multiplicador (VARACTOR);

Y Diodo de potência; Z Diodo Zener;

NÚMERO PRIMEIRA LETRA SEGUNDA LETRA

0 Foto-transistor S Semicondutor A Transistor PNP – A.F.

1 Diodo B Transistor PNP – B.F.

2 Transistor C Transistor NPN – A.F.

3 Semicondutor com duas portas D Transistor NPN – B.F.

F TIRISTOR P

G TIRISTOR N

J FET canal P K FET canal N

(24)

ENCAPSULAMENTOS:

DO-3 D0-35 DO-41 TO-220AC

TO-3 PWRTAB PWRTABS SOT-223

SMA SMB SMC D618SL

D2pak Dpak TO-220AB TO-200AC

B380C1000G (GS) KBPC (D46) KBB (D37) GBL

GBU* GBPC (D34) * MB (D34) MT (D63)

DF8 (D71) DF (D70) SMD LED SMD

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EXPERIÊNCIA 01

LEVANTAMENTO DA CURVA CARACTERÍSTICA DO DIODO RETIFICADOR

PRÉ-RELATÓRIO 01

1) Defina o que vem a ser um diodo retificador;

______________________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________________ 2) Quais as principais diferenças entre diodos de germânio e diodos de silício;

______________________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________________ 3) Quais efeitos a variação de temperatura pode causar nas características intrínsecas de um diodo retificador;

______________________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________________ 4) Defina o que vem a ser tensão de ruptura de um diodo retificador;

______________________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________________ 5) Descreva os dois modos principais de operação do diodo semicondutor genérico (polarização direta, polarização reversa); ______________________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________________

Data Visto do Orientador: Aluno:

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EXPERIMENTO 01

Lista de materiais

Diodo Retificador 1N4007 – 3 unidades; Resistor 100R, 5W (fio) – 3 unidades; Resistor 100R, 1/4W – 3 unidades. Papel milimetrado; Multímetro; Fonte de alimentação; Osciloscópio; Proto-board.

6) Utilizando o datasheet do diodo 1N4007, preencher a tabela abaixo com suas características principais;

Parâmetros Nomenclatura Valor

Tensão reversa de pico máxima Tensão reversa contínua Corrente contínua direta Corrente de pico repetitiva

Corrente direta de surto (não repetitiva) Tensão direta

Corrente reversa

7) A primeira parte do experimento é extrair a curva direta do diodo, ou seja, a curva de condução, conforme mostra a figura abaixo: Vin VD (V) ID (mA) 0,10 0,20 0,30 0,40 0,50 0,60 0,70 0,80 0,90 1,00 2,00 3,00 4,00 5,00 6,00 7,00 8,00 9,00 10,0

Complete a tabela com valores da tensão VD e da corrente ID medidas, com VIN variando de 0,1V a 10 VCC. Para tensões da fonte entre 0,1V e 1,0V, varie VIN em incrementos de 0,1V. A partir de 1,0V, os incrementos de VIN devem ser de 1,0V. A

(27)

8) A segunda parte do experimento é extrair a curva reversa do diodo, ou seja, a curva de corte, conforme mostra a figura abaixo: Vin VD (V) ID (mA) 0,10 0,20 0,30 0,40 0,50 0,60 0,70 0,80 0,90 1,00 2,00 3,00 4,00 5,00 6,00 7,00 8,00 9,00 10,0

Complete a tabela com valores da tensão VD e da corrente ID medidas, com VIN variando de 0,1V a 10 VCC. Para tensões da fonte entre 0,1V e 1,0V, variar VIN em incrementos de 0,1V. A partir de 1,0V, os incrementos de VIN devem ser de 1,0V. A

tensão sobre o diodo não pode ultrapassar a máxima tensão reversa.

9) Com os dados obtidos, faça um esboço da curva VD x ID em papel milimetrado, identificando a tensão de ruptura (se

houver). Anexar o gráfico obtido ao experimento.

10) O que ocorre se ultrapassarmos a máxima tensão reversa na segunda parte do experimento?

______________________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________________

11) A variação de temperatura causa influência no funcionamento dos diodos. O que pode-se concluir sobre esta influência?

______________________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________________

Data Visto do Orientador: Aluno:________________________________

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EXPERIÊNCIA 02

LEVANTAMENTO DA CURVA CARACTERÍSTICA DO DIODO ZENER

1) Defina o que vem a ser um diodo zener;

______________________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________________ 2) Qual a diferença entre diodos zener e retificador;

______________________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________________ 3) Quais efeitos a variação de temperatura pode causar nas características intrínsecas de um diodo zener;

______________________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________________ 4) Defina o que vem a ser efeito zener em um diodo;

______________________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________________ 5) Descreva o que vem a ser efeito avalanche em um diodo zener?

______________________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________________ 6) Descreva as principais aplicações de diodos zener em circuitos eletrônicos;

______________________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________________ 7) De que forma a variação de temperatura influência no funcionamento de diodos zener? Se verdadeira, ao fazermos uma

regulação zener de 36VCC, qual a melhor solução? (Ref.: Integrated Electronics Millman – Chap 3 – Junction-Diode) ______________________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________________

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EXPERIMENTO 02

Lista de materiais

Diodo Zener 6,8V (1N754) – 3 unidades; Resistor 100R, 5W (fio) – 3 unidades; Resistor 100R, 1/4W – 3 unidades. Papel milimetrado; Multímetro; Fonte de alimentação; Osciloscópio; Proto-board.

8) Utilizando o datasheet do diodo 1N754 ou equivalente, preencher a tabela abaixo com suas características principais;

Parâmetros Nomenclatura Valor

Tensão zener nominal Corrente zener de teste Impedância máxima Corrente reversa máxima Máxima corrente zener

Dissipação de potência em CC Forward Voltage

9) A primeira parte do experimento é extrair a curva direta do diodo, ou seja, a curva de condução, conforme mostra a figura abaixo: Vin VD (V) ID (mA) 0,10 0,20 0,30 0,40 0,50 0,60 0,70 0,80 0,90 1,00 2,00 3,00 4,00 5,00 6,00 7,00 8,00 9,00 10,0

Complete a tabela com valores da tensão VD e da corrente ID medidas, com VIN variando de 0,1V a 10VCC. Para tensões da fonte entre 0,1V e 1,0V, varie VIN em incrementos de 0,1V. A partir de 1,0V, os incrementos de VIN devem ser de 1,0V. A

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10) A segunda parte do experimento é extrair a curva reversa do diodo, ou seja, tensão zener, como mostra a figura abaixo: Vin VD (V) ID (mA) 0,10 0,20 0,30 0,40 0,50 0,60 0,70 0,80 0,90 1,00 2,00 3,00 4,00 5,00 6,00 7,00 8,00 9,00 10,0

Complete a tabela com valores da tensão VD e da corrente ID medidas, com VIN variando de 0,1V a 10VCC. Para tensões da fonte entre 0,1V e 1,0V, variar VIN em incrementos de 0,1V. A partir de 1,0V, os incrementos de VIN devem ser de 1,0V. A

tensão sobre o diodo não pode ultrapassar a máxima tensão reversa.

11) Com os dados obtidos, faça um esboço da curva VD x ID em papel milimetrado, identificando a tensão de ruptura (se

houver). Anexar o gráfico obtido ao experimento.

12) No circuito acima (item 9), associe dois diodos zener em série. Explique o que foi observado.

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13) O que ocorre se ultrapassarmos a máxima tensão reversa na segunda parte do experimento? Associe as duas saídas da fonte de alimentação no modo série. Varie a tensão até chegar ao máximo (60VCC). Observe a variação de corrente e tensão sobre o diodo zener.

______________________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________________

14) Quais as principais diferenças observadas entre diodo retificador e diodo zener em termos de funcionamento?

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EXPERIÊNCIA 03

CIRCUITOS A DIODOS

Diodos são utilizados em várias aplicações, onde em cada uma delas, especificamente são necessários os mais diversos tipos de diodos, já mostrados nesta apostila. Além da sua utilização em circuitos analógicos tais como; fontes de alimentação, ceifadores, grampeadores, proteção; os mesmos são utilizados também em circuitos digitais, na elaboração de portas lógicas. Neste experimento será visto a associação de diodos e construção de portas lógicas.

1) Dado o circuito abaixo, determinar VD e ID;

ID

VOUT

2) Dado o circuito abaixo, determinar VOUT;

VOUT

3) Dado o circuito abaixo, analisá-lo e mostrar o comportamento dos LED‟s. Quais irão acender, quais não irão acender e quais não irão funcionar normalmente;

4) Analisar o funcionamento dos circuitos abaixo e definir o tipo de porta lógica. Escrever a expressão lógica de cada circuito;

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EXPERIMENTO 03 Lista de materiais Diodo de sinal 1N4148; Resistores; LED‟s. Multímetro; Fonte de alimentação; Osciloscópio; Proto-board.

5) Montar o circuito do item 1 e comparar os valores teóricos e experimentais;

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EXPERIÊNCIA 04

CIRCUITO RETIFICADOR EM MEIA ONDA

Desenvolvimento e montagem de um circuito retificador em meia onda, que será alimentado pela rede elétrica.

Lista de materiais

Transformador 12V-0-12V – 500mA; Diodo 1N4007;

Resistor de carga – 5W fio (calcular); Capacitor Eletrolítico (calcular); Capacitor 100nF – Disco Cerâmico.

Multímetro; Osciloscópio; Proto-board.

1) Desenvolva um circuito retificador de meia onda alimentado por 12VCA e 175mA. Mostre a forma de onda da tensão

secundária do transformador no gráfico 1, e a tensão retificada, com seu valor de Pico (VP) e valor médio (Vmédio) no

gráfico 2.

Gráfico 1 Gráfico 2

2) Calcule o valor do capacitor de filtro para a corrente de 175mA. Determine qual a tensão de isolação necessária para este capacitor;

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EXPERIMENTO 04

3) Verifique a forma de onda na saída secundária do transformador (ensaio a vazio), conforme figura 3.1, utilizando o osciloscópio. Em seguida insira o amperímetro (em CA) e a carga no secundário do transformador. Verifique o valor de corrente fornecida e o valor da tensão sobre a carga com auxílio do osciloscópio, conforme figura 3.2. Insira as formas de ondas nos gráficos (figura 3.1 – gráfico 1, figura 3.2 gráfico2, abaixo juntamente com as respectivas cotas.

Figura 3.1 Figura 3.2

gráfico 1 gráfico 2

4) Monte no proto-board o circuito retificador de meia onda em etapas conforme figura 3.3. Com osciloscópio verifique a forma de onda entre o secundário do transformador e o diodo retificador, em seguida verifique o sinal entre o diodo e a carga RL, sem o capacitor. Insira as formas de ondas e valores obtidos nos gráficos abaixo com as respectivas cotas;

Figura 3.3

gráfico 3 (canal 1) gráfico 4 (canal 2)

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5) Compare e descreva os resultados obtidos nos gráficos 1 e 3.

______________________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________________

6) Coloque o filtro (capacitor C1) no circuito, observe a forma de onda, e insira no gráfico abaixo. Adicione em paralelo a carga RL, mais uma carga com o mesmo valor. Esta carga irá para 50% do valor nominal de RL. Qual o valor da “tensão de ripple” encontrado?

gráfico 5 (canal 2) gráfico 6 (canal 2)

7) Volte à carga original e coloque o osciloscópio em modo CA. Meça o ruído CA na saída do circuito. Qual o valor do ruído de alta freqüência (VCA) encontrado?

Gráfico 1 Gráfico 2 Gráfico 3 Gráfico 4

VPP Carga = RL Carga = 50%RL

VP VP VCC VCC

VRMS VCC VCA VCA

IDC IDC IDC

Frequência (f) fpulsante Vripple Vripple

Período (T) Tpulsante Regulação (%) Regulação (%)

8) Qual o percentual de regulação da fonte, medida sem carga e com carga? Qual o percentual em relação à “tensão de ripple”?

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EXPERIÊNCIA 05

FONTE REGULADA E GERADOR DE BASE DE TEMPO

Fontes de alimentação com reguladores de tensão permitem uma larga gama de aplicações. A utilização correta destes reguladores levando-se em conta as suas especificações é encontrada em datasheets fornecidos pelos fabricantes. Alguns itens são importantes no momento de se projetar circuitos como o apresentado abaixo.

Este circuito é composto por uma fonte de alimentação com retificação em onda completa com derivação central. Alem disto possui uma saída osciladora em 60Hz (frequência da rede), em nível TTL. O valor TTL é controlado por um diodo zener. Para melhorar a resposta do sinal de clock (60Hz), coloca-se um circuito Schmitt Trigger na sua saída.

1) Defina os tipos de reguladores de tensão quanto as suas saídas;

______________________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________________ 2) Quais os reguladores de tensão mais comuns para saída positiva?

______________________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________________ 3) Quais os reguladores de tensão mais comuns para saída negativa?

______________________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________________ 4) Qual a tensão mínima a ser aplicada em um regulador de tensão de +5VCC, na sua entrada, para que sua regulação na saída

seja estável?

______________________________________________________________________________________________________ 5) Qual a tensão máxima a ser aplicada em um regulador de tensão para +24VCC, na sua entrada, levando-se em conta a

corrente máxima, para que sua proteção de sobre tensão não atue?

______________________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________________ 6) Qual a temperatura máxima para que a proteção de sobre corrente não atue nos reguladores?

______________________________________________________________________________________________________ 7) Defina o que vem a ser tensão de “ripple”

______________________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________________ 8) Defina o que vem a ser CMRR (Common Mode Rejection Ratio)?

______________________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________________

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EXPERIMENTO 05

Lista de materiais

TR1 – Transformador 127V - 9-0-9V ou 12-0-12V – 500mA; Cabo de alimentação com plugue (dois pinos);

D1, D2, D3 – Diodo retificador 1N4007 ou equivalente; IC1 – Regulador de tensão 7805 – 5V;

C1 – Capacitor eletrolítico 470uF x 50V (ou tensão maior); C2 – Capacitor de disco cerâmico 100nF x 35V;

C3 – Capacitor eletrolítico 470uF x 25V; C4 – Capacitor de disco cerâmico 100nF x 35V; R1 – Resistor 100R - 1/2W;

D4 – Diodo Zener – 5V1 – 400mW ou 1W; IC2 – CD40106, ou 7414;

RLED – Calcular;

LED comum – 2 unidades; LED alto brilho – 2 unidades.

Multímetro;

Fonte de alimentação; Osciloscópio; Proto-board.

Para os Circuitos Seqüenciais e Máquinas de Estados Finito funcionarem, é necessário que exista a função Clock (CLK). Para isto, montar o circuito abaixo onde tem-se além da fonte de alimentação um gerador de clock a partir da freqüência de rede elétrica, que permite gerar trem de pulsos (onda quadrada) a partir da rede elétrica.

9) O circuito abaixo mostra como é possível, a partir de um sinal senoidal retificado obter uma onda de forma quadrada utilizando um inversor (NOT) tipo Schmitt Trigger. Montar o circuito no “proto-board” e observar o funcionamento utilizando um osciloscópio, para medir em cada ponto indicado. O LED conectado na saída do circuito é utilizado como lâmpada piloto, ou seja, sinaliza o funcionamento da fonte de alimentação.

Obs.: Medir o ponto 2 sem C1 e C2, ponto 3 com C1 e C2.

10) Desenhe as formas de ondas obtidas nos gráficos da próxima página. Descrever os resultados encontrados em cada ponto de teste.

Obter os resultados dos pontos mostrados no circuito e anexar ao relatório final, a ser entregue na próxima aula de laboratório.