apostila_analogica_ii

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SumárioI – CIRCUITO DE POLARIZAÇÃO DE TRANSISTORES - REVISÃO 02I.1 – A RETA DE CARGA DE UM TRANSISTOR 02II – FONTE DE TENSÃO ESTABILIZADA UTILIZANDO TRANSISTORES 04

III - O TRANSISTOR COMO CHAVE ELETRÔNICA 04III.1 - CORRENTE DE BASE 05IV – CONEXÃO DARLINGTON 06IV.1 – CONEXÃO DARLINGTON NPN 06IV.2 – GANHO DE CORRENTE TOTAL (βt) 06V.1 – JFET 07V.2 – POLARIZAÇÃO DE UM JFET 07V.3 - CURVA CARACTERÍSTICA DE DRENO 08V.4 CURVA DE TRANSCONDUTÂNCIA 08V.5 – AUTOPOLARIZAÇÃO 08V.6 - RETA DE AUTO POLARIZAÇÃO 09V.7 - SELEÇÃO DO RS 10

V.8 - TRANSCONDUTÂNCIA 10V.9 - TRANSCONDUTÂNCIA DE UM TRANSISTOR BIPOLAR 11VI - MOSFET 11VI.1 - MOSFET DE MODO DEPLEÇÃO 11VI.2 - MOSFET DE MODO CRESCIMENTO OU INTENSIFICAÇÃO 12VII – AMPLIFICADOR DE POTÊNCIA – CLASSE B E CLASSE A-B 14VII.1 – AMPLIFICADORES CLASSE B 14VII.3 - RETA DE CARGA CA 14VII.2 – AMPLIFICADORES CLASSE AB 15VIII - OSCILADOR DE BAIXA FREQÜÊNCIA 16IX - OSCILADOR POR DESLOCAMENTO DE FASE 16X - FOTOTRANSISTOR E ACOPLADOR ÓPTICO 17X.1 FOTOTRANSISTOR 17X.2 - ACOPLADOR ÓPTICO 18XI – AMPLIFICADORES OPERACIONAIS 19XI.1 – AMPLIFICADOR OPERACIONAL IDEAL 19XI.2 MONTAGEM BÁSICA 20XI.3 - MONTAGEM INVERSORA 20XI.4 - MONTAGEM NÃO INVERSORA 22XI.5 – SEGUIDOR DE TENSÃO 22XI.6 – SOMADOR INVERSOR 23XI.6 – AMPLIFICADOR INVERSOR 24XII – ELETRÔNICA DE POTÊNCIA: UJT - SCR – DIAC – TRIAC 25XII.1 TRANSISTOR UNIJUNÇÃO – UNIJUNCTION TRANSISTOR (UJT) 25XII.2 – ESTRUTURA INTERNA 25

XII.3 – SÍMBOLO ELETRÔNICO DO UJT E CIRCUITO EQUIVALENTE 26XII.4 – IDENTIFICAÇÃO DOS TERMINAIS E POLARIZAÇÃO DE UJT 26XII.5– CURVA CARACTERÍSITCA DO UJT 27XIII – TIRISTORES – RETIFICADOR CONTROLADO DE SILÍCIO – SCR 27XIII.1 – ESTRUTURA INTERNA E SÍMBOLO DE UM SCR 28XIII.2 – CIRCUITOS EQUIVALENTES DE UM SCR 28XIII.3 – IDENTIFICAÇÃO DOS TERMINAIS E POLARIZAÇÃO DE SCR 28XIII.4 – PRINCÍPIO DE FUNCIONAMENTO DO SCR 29XIV – TIRISTORES – DIODO DE CORRENTE ALTERNATIVA - DIAC 30XIV.1 – ESTRUTURA INTERNA E SÍMBOLO DE UM DIAC 30XV – TIRISTORES – DIODO DE CORRENTE ALTERNATIVA - TRIAC 31XVI.1 – ESTRUTURA INTERNA E SÍMBOLO DE UM TRIAC 32

XVII – EXERCÍCIOS 33XVIII - BIBLIOGRAFIA 36




I – CIRCUITO DE POLARIZAÇÃO DE TRANSISTORES - REVISÃO

Um circuito transistorizado pode ter uma infinidade de funções, e os transistores para cada função tem um ponto defuncionamento correto. Por esse motivo, o entendimento de como polarizar um transistor se faz importante parautiliza-lo nos circuitos que estudaremos nesta apostila.

I.1 – A RETA DE CARGA DE UM TRANSISTOR

A Figura A-1 mostra um circuito com polarização de base de um transistor. O problema consiste em saber osvalores de correntes e tensões nos diversos componentes. A reta de carga estabelece esses valores.

O conceito de reta de carga, estudado em diodos, também se aplica a transistores. usa-se a reta de carga emtransistores para obter a corrente IC e VCE considerando a existência de um RC. A análise da malha esquerdafornece a corrente IC:

IC = (VCC - VCE )/ RC (E1)

Nesta equação existem duas incógnitas, IC e VCE. A solução deste impasse é utilizar o gráfico IC x VCE. Com ográfico em mãos, basta Calcular os extremos da reta de carga. Observe as duas situações abaixo, querepresentam, respectivamente, os pontos superior e inferior em relação à equação E1:

Para VCE = 0 IC = VCC / RCPara IC = 0 VCE = VCC

A partir da reta de carga e definido uma corrente IB chega-se aos valores de IC e VCE.

Exemplo 1.1 – Vamos supor o valor de RB=500, no circuito da Figura A-1. Construindo-se a linha de carga nográfico da Figura A-2 e medindo-se a corrente IC e VCE de operação, teremos os pontos de reta de carga daseguinte maneira:

VCE = 0 <=> IC = VCC / RC (15 )/1k5 = 10mA no ponto superiorIC = 0 <=> VCE = VCC = 15V no ponto inferior

Figura A - 1



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Obs: A corrente de base é a mesma que atravessa o resistor RB :

Após traçar a reta de carga na curva do transistor chega-se aos valores de IC =6mA e VCE=5,5V. Este é o ponto deoperação do circuito (ponto Q- ponto quiescente). O ponto Q varia conforme o valor de IB. um aumento no IB aproxima otransistor para a região de saturação, e uma diminuição de IB leva o transistor região de corte conforme mostra a próximailustração. O ponto onde a reta de carga intercepta a curva IB =0, é conhecido como corte. Nesse ponto a corrente de base ézero e corrente do coletor é muito pequena ( ICEO). A interseção da reta de carga e a curva IB= IBn(SAT) é chamada saturação.Nesse ponto a corrente de coletor é máxima.

Figura A-2



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II – FONTE DE TENSÃO ESTABILIZADA UTILIZANDO TRANSISTORES

Muitas fontes de alimentação, apesar de garantir o funcionamento dos dispositivos eletro eletrônicos, nãoconseguem fornecer uma tensão estável, comprometendo a funcionalidade dos sistemas. Dessa forma, o transistorusado como regulador de tensão no circuito, permite a ampliação da faixa de corrente do circuito.

Abaixo temos um circuito utilizando um diodo zener, ligado à base do transistor, fornece uma tensão de referência.A tensão no resistor R4 será dada pela expressão: VR4 = VD-VBE, onde VD é tensão no diodo zener e VBE étensão base emissor no transistor Q3.Podemos considerar as tensões VD e VBE, praticamente constante, o quegarantirá a estabilidade da tensão na carga R4.

Essa primeira análise, que reflete o comportamento do zener no circuito, pode nos fazer pensar que a tensão desaída fica estabilizada em função do diodo, mas em um circuito de tensão estabilizada, temos que equacionar asmalhas de tensões de entrada, tensões no transistor e tensão na carga do circuito. Logo teremos:

- Malha de entrada: V3=VR5+VD (Eq.1)- Transistor: VCB=VCE-VBE (Eq.2)- Malha de saída: VR4=V3-VCE (Eq.3)

Na Eq.1 a tensão em VR5 irá aumentar, se aumentarmos a tensão em V3. Isso ocorrerá porque VD é constante. Emrelação ao transistor, teremos a tensão base coletor (VCB) variando igual a tensão em R5. Se VCB aumenta, pelaEq.2 teremos um aumento de VCE já que VBE é constante. Dessa forma podemos concluir que se aumentarmos atensão de entrada, provocaremos um aumento na tensão VCE (Eq.3), ou seja o controle da tensão de entrada efeito pelo transistor Q3, mantendo R4 imune às variações de que possam ocorrer.

III - O TRANSISTOR COMO CHAVE ELETRÔNICA

A forma mais simples de se usar um transistor é como uma chave, significando uma operação na saturação ou nocorte e em nenhum outro lugar ao longo da reta de carga. Quando o transistor está saturado, é como se houvesse

uma chave fechada do coletor para o emissor. Quando o transistor está cortado, é como uma chave aberta.




III.1 - CORRENTE DE BASE

A corrente de base controla a posição da chave. Se IB for zero, a corrente de coletor é próxima de zero e otransistor está em corte. Se IB for IB(SAT) ou maior, a corrente de coletor é máxima e o transistor satura. Saturação

fraca significa que o transistor está levemente saturado, isto é, a corrente de base é apenas suficiente para operar otransistor na extremidade superior da reta de carga. Não é aconselhável a produção em massa de saturação fraca

devido à variação de βcc e em IB(SAT). Saturação forte significa dispor de corrente da base suficiente para saturar

o transistor para todas as variações de valores de βcc. No pior caso de temperatura e corrente, a maioria dos

transistores de silício de pequeno sinal tem um βcc maior do que 10. Portanto, uma boa orientação de projeto para

a saturação forte é de considerar um βcc (SAT)=10, ou seja, dispor de uma corrente de base que seja deaproximadamente um décimo do valor saturado da corrente de coletor. A Figura A-4 mostra um circuito dechaveamento com transistor acionado por uma tensão em degrau. Qual a tensão de saída?SOL.: Quando a tensão de entrada for zero, o transistor está em corte. Neste caso, ele se comporta como umachave aberta. Sem corrente pelo resistor de coletor, a tensão de saída iguala-se a +5V.

Quando a tensão de entrada for de +5V, a corrente de base será:

IB=5-0,7 / 3 KΩ = 1,43 mA

Supondo o transistor com um curto entre coletor e o emissor (totalmente saturado). A tensão de saída vai a zero e acorrente de saturação será:

Ic (sat) = 5 / 330 = 15,2 mA

Isto é aproximadamente 10 vezes o valor da corrente de base, ou seja, certamente há uma saturação forte no

circuito. No circuito analisado, uma tensão de entrada de 0V produz uma saída de 5V e uma tensão de entrada de5V, uma saída de 0V. Em circuitos digitais este circuito é chamado de porta inversora e tem a representação abaixo:

Exercício de fixação: Recalcular os resistores Rb e Rc no circuito da Figura A-4 para um IC=10mA.

Solução:- Cálculo de IB:

Se IC =10mA! IB (sat) = IC / βcc (SAT) = 10m /10 = 1,0mA- Cálculo de RC:

Figura A-4



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Ao considerar o transistor saturado, o VCE de saturação é próximo de zero.RC = VCC / IC = 5 /10mA = 500Ω Cálculo de RB:

RB = VE - VBE / IB = 5 - 0.7 / 1mA = 4k3Ω

IV – CONEXÃO DARLINGTON

Em alguns circuitos eletro eletrônicos se faz necessário um aumento no ganho de corrente. Para que isso aconteça,os transistores são interligados comportando-se como se fosse um único componente. Essa interligação é chamadade CONEXÃO DARLINGTON. Essa conexão pode ser feita utilizando-se transistores NPN e PNP

IV.1 – CONEXÃO DARLINGTON NPN

O desenho mostra a configuração Darlington para transistores tipo NPN. Para efeito de análise do circuito,consideramos apenas um transistor, mas com seus parâmetros alterados em relação aos de cada transistor. Naconexão Darlington não se utilizam resistores de polarização entre os terminais internos dos transistoresinterligados. Apesar da conexão, cada transistor tem seu ganho de corrente (β) específico. Analisando as correntesdo circuito podemos afirmar que no transistor equivalente, o qual chamaremos de Te, a corrente de base é igual acorrente de base de T1, a corrente de coletor será igual a soma das correntes dos coletores de T1 e T2 e a correntede emissor será a corrente de emissor de T2. Já o ganho de corrente total será dado pelos respectivos ganhosindividuais de corrente ou seja: βt= Ic / Ib

Para transistores tipo PNP, fazemos a mesma análise para a conexão Darlington, onde o transistor equivalentetambém terá seus parâmetros alterados e a configuração é mostrada na figura abaixo:

IV.2 – GANHO DE CORRENTE TOTAL (βt)

Matematicamente, podemos demonstrar o porque o ganho de corrente total da conexão Darlington é dado pelaexpressão: βT=βt1. βt2. Tomemos a configuração de transistores NPN como referencial para nossa análise,baseando-se nas características definidas anteriormente.Dessa forma teremos:

t1

t2

NPN

=

=

=

IB



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IC = Ic1+Ic2 A corrente de coletor é a soma das correntes de coletor de t1 e t2Ic1 = β1.IB e Ic2 = β2.Ib2=β2.Ie1=β2.( β1+1).IB

IC = β1.IB + β2(β1+1).IB IC = β1.IB + β1. β2.IB +β2. IBLogo, BT = IC/IB = β1 + β1. β2 + β2 = β1. β2 em função de que β1. β2 ser maior que β1 e β2

V - TRANSISTORES ESPECIAIS

Até agora, foram estudados os transistores bipolares, que se baseiam em dois tipos de cargas: lacunas e elétrons, esão utilizados amplamente em circuitos lineares. No entanto existem aplicações nos quais os transistores unipolarescom a sua alta impedância de entrada são uma alternativa melhor. Este tipo de transistor depende de um só tipo decarga, daí o nome unipolar. Há dois tipos básicos: os transistores de efeito de campo de junção (JFET - JunctionField Effect transistor) e os transistores de efeito de campo de óxido metálico (MOSFET).

V.1 – JFET

Na Figura A-5, é mostrada a estrutura e símbolo de um transistor de efeito de campo de junção ou JFET

A condução se dá pela passagem de portadores de carga da fonte (S - Source) para o dreno (D), através do canalentre os elementos da porta (G - Gate). O transistor pode ser um dispositivo com canal n (condução por elétrons) oucom canal p (condução por lacunas). Tudo que for dito sobre o dispositivo com canal n se aplica ao com canal p com sinais opostos de tensão e corrente.

V.2 – POLARIZAÇÃO DE UM JFET

A Figura A-6 mostra a polarização convencional de um JFET com canal n. Uma alimentação positiva VDD é ligadaentre o dreno e a fonte, estabelecendo um fluxo de corrente através do canal. Esta corrente também depende dalargura do canal. Uma ligação negativa VGG é ligada entre a porta e a fonte. Com isto a porta fica com umapolarização reversa, circulando apenas uma corrente de fuga e, portanto, uma alta impedância entre a porta e afonte. A polarização reversa cria camadas de depleção em volta das regiões p e isto estreita o canal condutor (D-S).Quanto mais negativa a tensão VGG, mais estreito torna-se o canal. Para um dado VGG , as camadas de depleçãotocam-se e o canal condutor (D-S) desaparece. Neste caso, a corrente de dreno está cortada. A tensão VGG queproduz o corte é simbolizada por VGS(Off) .

Figura A-5



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V.3 - CURVA CARACTERÍSTICA DE DRENO

Para um valor constante de VGs, o JFET age como um dispositivo resistivo linear (na região ôhmica) até atingir a

condição de pinçamento ou estrangulamento. Acima da condição de estrangulamento e antes da ruptura poravalanche, a corrente de dreno permanece aproximadamente constante. Os índices IDSS referem-se a corrente dodreno para a fonte com a porta em curto (VGS=0V). IDSS é a corrente de dreno máxima que um JFET pode produzir.Quando o JFET está saturado (na região ôhmica), VDS situa-se entre 0 e 4V, dependendo da reta de carga. Atensão de saturação mais alta (4V) é igual à intensidade da tensão de corte da portafonte (V GS(Off) = -4V). Esta éuma propriedade inerente a todos os JFET’s.

Para polarizar um transistor JFET é necessário saber a função do estágio, isto é, se o mesmo irá trabalhar comoamplificador ou como resistor controlado por tensão. Como amplificador, a região de trabalho é o trecho da curva,após a condição de pinçamento e à esquerda da região de tensão VDS de ruptura. Se for como resistor controladopor tensão a região de trabalho é entre VDS igual a zero e antes de atingir a condição de pinçamento.

V.4 CURVA DE TRANSCONDUTÂNCIA

A curva de transcondutância de um JFET é um gráfico da corrente de saída em função da tensão de entrada, ID emfunção de VGS. A sua equação é:

V.5 - AUTOPOLARIZAÇÃO

A polarização de um transistor JFET se faz de maneira semelhante à polarização de transistor bipolar comum. Emoutras palavras, usa-se o transistor JFET como se fosse um transistor bipolar. Para um JFET funcionarcorretamente devemos lembrar que, primeiramente, o mesmo deve estar reversamente polarizado entre porta e a

Figura A-6



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fonte. Na Figura mostrada a seguir vemos um JFET polarizado, ou seja, com resistores ligados ao terminais paralimitar tensões e correntes convenientemente, como visto na polarização de transistores bipolares.

Esse é o tipo de polarização mais comum e se chama autopolarização por derivação de corrente, pois o VGSaparece devido à corrente de dreno sobre RS, o que resulta em VRS.Essa tensão, distribui-se entre RG e a junção reversa, que possui uma alta resistência. Assim aparecem VRG eVGS que somadas perfazem VRS.VRG = VRS + VGS (Eq. 1)O diodo porta-fonte está reversamente polarizado e a corrente IG é uma pequena corrente de fugaaproximadamente igual a zero. Logo, teremos:VRG = IGRG≅ 0 (Eq. 2)Ao relacionarmos as duas equações, acharemos a expressão abaixo:VRS = -VGS = RS.IS (Eq. 3)A corrente de fonte é a soma da corrente de dreno e de porta. Naturalmente a corrente de dreno é muito maior quea de porta. Dessa forma teremos a seguinte relação:ID ≅ IS Analisando a malha do lado direito do circuito, teremos a seguinte expressão:VDD = ID(RD + RS) + VDS

V.6 - RETA DE AUTO POLARIZAÇÃO

Para a polarização do JFET, uma alternativa é o uso da curva de transcondutância para encontrar o ponto Q deoperação. Seja a curva da Figura A-10 a base para encontrar o ponto Q. A corrente de dreno máxima é de 13,5mA,e a tensão de corte da porta-fonte é de -4V. Isso significa que a tensão da porta tem de estar entre 0 e -4V. Paradescobrir este valor, pode-se fazer o gráfico da Figura A-10 e ver onde ela intercepta a curva de transcondutância.

Exercício de fixação (EF1): Usando o gráfico da figura seguinte, e considerando o resistor da fonte de um circuitode auto polarização no valor de 300Ω, qual será o ponto Q.



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A expressão que usaremos será a do cálculo de VGS que é dada por: VGS= Idx300Para traçar a reta, basta considerar ID = 0 e ID = IDSS. Para ID nulo, VGS=0 e para o outro valor de ID, VGS=13,5mAx300Ω=-4V. Aplicando na curva, o ponto Q é : VGS= -1,5V e ID =5mA

V.7 - SELEÇÃO DO RS

O ponto Q varia conforme o valor de RS. O ideal é escolher um RS em que o ponto Q fique no na região central,como no exercício de fixação EF1. O método mais simples para escolher um valor para RS é:

RS = VGS (off) / IDSS

Este valor de RS não produz um ponto Q exatamente no centro da curva, mas é aceitável para a maioria doscircuitos.

V.8 - TRANSCONDUTÂNCIA

Grandeza designada por gm e é dada pela expressão abaixo (Eq. 1):

gm é a inclinação da curva de transcondutância para cada pequena variação de VGS. Em outras palavras, é umamedida de como a tensão de entrada controla efetivamente a corrente de saída. A unidade é o mho, (razão entre acorrente e a tensão - 1/Ohm).

A Figura A-11 mostra o circuito equivalente ca simples para um JFET válida para baixas freqüências. Há umaresistência RGS muito alta entre a porta e a fonte. Esse valor está na faixa de centenas de M . O dreno do JFETfunciona como uma fonte de corrente com um valor de gm VGS.



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A expressão a seguir (Eq. 2) mostra como obter VGS(Off) a partir da corrente máxima de dreno e datranscondutância para VGS= 0V (gmo ).

O valor de gm para um dado VGS será: gm = gm0 ( 1 – Vgs / Vgs (off) )

V.9 - TRANSCONDUTÂNCIA DE UM TRANSISTOR BIPOLAR

O conceito de transcondutância pode ser usado em transistores bipolares. Ela é definida como para os JFET’s. Combase na Eq. 1, mostrada no tópico V.8, teremos:

como r’e = vbe / ie, resultará na expressão:

VI - MOSFET

O FET de óxido de semicondutor e metal , MOSFET, tem uma fonte, uma porta e um dreno. A diferença básica para

o JFET é porta isolada eletricamente do canal. Por isso, a corrente de porta é extremamente pequena, paraqualquer tensão positiva ou negativa.

VI.1 - MOSFET DE MODO DEPLEÇÃO

A Figura a seguir mostra um MOSFET de modo depleção canal n e o seu símbolo. O substrato em geral éconectado a fonte (pelo fabricante), Em algumas aplicações utiliza-se o substrato para controlar também a correntede dreno. Neste caso o encapsulamento tem quatro terminais. Os elétrons livres podem fluir da fonte para o drenoatravés do material n . A região p é chamada de substrato, e ela cria um estreitamento para a passagem dos elétronslivres da fonte ao dreno.

Figura A-11



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A fina camada de dióxido de silício (SiO2), que é um isolante, impede a passagem de corrente da porta para omaterial n .

A Figura acima, mostra o MOSFET de modo depleção com uma tensão de porta negativa. A tensão VDD força oselétrons livres a fluir através do material n . Como no JFET a tensão de porta controla a largura do canal. Quantomais negativa a tensão, menor a corrente de dreno. Até um momento que a camada de depleção fecha o canal eimpede fluxo dos elétrons livres. Com VGS negativo o funcionamento é similar ao JFET. Como a porta está isoladaeletricamente do canal, pode-se aplicar uma tensão positiva na porta (inversão de polaridade bateria VGG docircuito da Figura 7-12). A tensão positiva na porta aumenta o número de elétrons livres que fluem através do canal.Quanto maior a tensão, maior a corrente de dreno. Isto é que a diferencia de um JFET.

VI.2 - MOSFET DE MODO CRESCIMENTO OU INTENSIFICAÇÃO

O MOSFET de modo crescimento ou intensificação é uma evolução do MOSFET de modo depleção e de usogeneralizado na industria eletrônica em especial nos circuitos digitais.



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A Figura anterior mostra um MOSFET de canal n do tipo crescimento e o seu símbolo. O substrato estende-se portodo caminho até o dióxido de silício. Não existe mais um canal n ligando a fonte e o dreno. Quando a tensão daporta é zero, a alimentação VDD força a ida dos elétrons livres da fonte para o dreno, mas substrato p tem apenas

uns poucos elétrons livres produzidos termicamente. Assim, quando a tensão da porta é zero, o MOSFET fica noestado desligado (Off). Isto é totalmente diferente dos dispositivos JFET e MOSFET de modo depleção. Quando aporta é positiva, ela atrai elétrons livres na região p . Os elétrons livres recombinam-se com as lacunas na regiãopróxima ao dióxido de silício. Quando a tensão é suficientemente positiva, todas as lacunas encostadas a dióxido desilício são preenchidas e elétrons livres começam a fluir da fonte para o dreno. O efeito é o mesmo que a criação deuma fina camada de material tipo n próximo ao dióxido de silício. Essa camada é chamada de camada de inversãotipo n . Quando ela existe o dispositivo, normalmente aberto, de repente conduz e os elétrons livres fluem facilmenteda fonte para o dreno. O VGS mínimo que cria a camada de inversão tipo n é chamado tensão de limiar, simbolizadopor VGS(th). Quando VGS é menor que VGS(th), a corrente de dreno é zero. Mas quando VGS é maior VGS(th), umacamada de inversão tipo n conecta a fonte ao dreno e a corrente de dreno é alta. VGS(th) pode variar de menos de1V até mais de 5V dependendo do MOSFET. As Figuras a seguir mostram as curvas ID x V DS e ID x VGS doMOSFET de modo intensificação e reta de carga típica. No gráfico ID x VDS, a curva mais baixa é para VGS(th).Quando VGS maior que VGS(th), a corrente de dreno é controlada pela tensão da porta. Neste estágio o MOSFETpode trabalhar tanto quanto um resistor (região ôhmica) quanto uma fonte de corrente. A curva I D x VGS, é a curvade transcondutância e é uma curva quadrática. O início da parábola está em VGS(th). Ela é

onde k é uma constante que depende do MOSFET em particular. O fabricante fornece os valores de ID(On) eVGS(On). Então rescrevendo a fórmula: ID = KID(on), onde: K = (VGS – VGS (th) / VGS(on) – VGS(th) )2

VI.3 - TENSÃO PORTA-FONTE MÁXIMA

Os MOSFET têm uma fina camada de dióxido de silício, um isolante que impede a circulação de corrente de portatanto para tensões positivas como negativas. Essa camada isolante é mantida tão fina quanto possível para dar aporta um melhor controle sobre a corrente de dreno. Como a camada é muito fina, é fácil destruí-la com uma tensãoporta fonte excessiva. Além da aplicação direta de tensão excessiva entre a porta fonte, pode-se destruir a camadaisolante devido a transientes de tensão causados por retirada/colocação do componente com o sistema ligado. Osimples ato de tocar um MOSFET pode depositar cargas estáticas suficiente que exceda a especificação de VGSmáximo. Alguns MOSFET são protegidos por diodos zener internos em paralelo com a porta e a fonte. Mas eles temcomo inconveniente, diminuir a impedância de entrada.



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VII – AMPLIFICADOR DE POTÊNCIA – CLASSE B E CLASSE A-B

VII.1 – AMPLIFICADORES CLASSE B

Geralmente os amplificadores de potência classe B e classe AB utilizam dois transistores de potência nummontagem denominada push-pull . A configuração push-pull significa que quando um dos transistores estáconduzindo, o outro está em corte e vice-versa. No amplificador classe B, cada um dos transistores de saída épolarizado num ponto de operação situado na região de corte do transistor, isto é, VBEQ =0. Desta maneira, acorrente de coletor de cada transistor, circula durante um ângulo de condução de 180° , ou seja, a cada semiciclo dosinal de entrada VBE. A Figura abaixo uma forma de conectar um seguidor de emissor push-pull classe B. Foiconectado um seguidor de emissor npn e um seguidor de emissor pnp . O projetista escolhe os resistores depolarização para situar o ponto de operação no corte. Isso polariza o diodo emissor de cada transistor entre 0,6V e0,7V. Dessa forma, teremos ICQ=0

Como os resistores de polarização são iguais, cada diodo emissor é polarizado com a mesma tensão. Comoresultado, metade da tensão de alimentação sofre uma queda entre os terminais coletor e emissor de cadatransistor. Isto é, VCEQ = VCC / 2

VII.2 - RETA DE CARGA CC

como não há resistência cc no circuito do coletor ou do emissor da Figura 5-3, a corrente de saturação é infinita, ou seja, a retaé vertical, (Figura 5-4). É muito difícil encontrar um ponto de operação estável na região de corte num amplificador push-pull .Qualquer diminuição significativa de VBE com a temperatura pode deslocar o ponto de operação para cima da reta de carga cc a valores muito altos de correntes.

VII.3 - RETA DE CARGA CA

A Figura abaixo, mostra a reta de carga ca. Quando um dos transistores está conduzindo, seu ponto de operaçãomove-se para cima ao longo da reta de carga ca. O ponto do outro transistor permanece no corte. A oscilação detensão do transistor em condução pode seguir todo o percurso desde o corte à saturação. No semiciclo oposto, o

outro transistor faz a mesma coisa. Isso significa que a tensão de pico a pico máxima (MPP) não ceifada do sinal desaída é igual a VCC. Isto é o dobro de tensão que de um amplificador classe A sob mesma tensão de alimentação.Em termos de eficiência . máxima teórica será de 78,5%.



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A Figura seguinte, mostra o equivalente ca do transistor em condução. Isso é praticamente idêntico ao seguidor deemissor classe A. O ganho de tensão com carga é:

Ay = RL / RL + re, e A impedância de entrada da base com carga é:

Zent (base) = β(RL + Re)

VII.2 – AMPLIFICADORES CLASSE AB

Os amplificadores de potência AB também utilizam dois transistores de potência numa configuração push-pull . Adiferença para a classe B, é que cada um dos transistores de saída é polarizado num ponto de operação situado umpouco acima da região de corte do transistor, (VBEQ>0). Isto significa que cada um dos transistores estáconduzindo um pequena corrente de base e, consequentemente, uma corrente de coletor proporcional a ela. Acorrente de coletor de cada transistor, circula durante um ângulo de condução de 180°, porém, menor que 360°. Aeficiência teórica fica entre 50% e 78,5%. A grande vantagem é a eliminação da distorção por crossover .



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VIII - OSCILADOR DE BAIXA FREQÜÊNCIA

A Figura abaixo mostra o diagrama de blocos básico de um circuito oscilador.

A saída do amplificador de ganho A, realimenta a entrada do próprio amplificador, por meio do circuito derealimentação que possui um ganho B, também chamado de rede de realimentação. Esta forma, o sinal

realimentado VR é somado, ou seja, aplicado em fase com o sinal de entrada VE. Este sinal VE não é um sinalexterno, mas um sinal qualquer de referência, que existe na entrada do amplificador. Portanto, com a aplicação dosinal realimentador VR na entrada do amplificador, este torna-se instável e começa a oscilar. O circuito derealimentação deve, portanto, defasar ou não o sinal de amostragem VA, de tal modo que o sinal VR fornecido àentrada esteja sempre em fase com o sinal de referência VE. A defasagem a ser feita no sinal VA depende dadefasagem imposta pelo amplificador e, portanto, do sinal de saída VS. Por exemplo, se um amplificador possuiruma montagem emissor comum, então o sinal de saída VS estará defasado de 180° em relação ao sinal de entradaVE e o circuito de realimentação deverá, neste caso, provocar uma defasagem de 180°, para que o sinal VRfiquenovamente em fase com o sinal VE. Se a montagem do amplificador for em base comum VS estará em fase com VEe, nesse caso, o circuito ou rede de realimentação não deverá provocar defasagem e assim, o sinal VR já estará emfase com o sinal VE. Um outro critério muito importante para que haja oscilação é que o ganho total do oscilador,

dado por A+B (A- ganho do amplificador, B- ganho da rede de realimentação), deve ser maior que um.

IX - OSCILADOR POR DESLOCAMENTO DE FASE

A Figura a seguir, mostra o circuito de um oscilador por deslocamento de fase. Ele é utilizado para gerar sinais nafaixa de freqüências de áudio.



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O amplificador está na montagem emissor comum e portanto, sua tensão de saída VS está defasada de 180° emrelação a tensão de entrada VE. O sinal de saída é aplicado no circuito de realimentação, formado com resistores Re R3 e os capacitores C, que provoca uma defasagem adicional de 180°, de modo que uma parcela do sinal desaída é novamente aplicada na entrada, mas em fase com o sinal de entrada VE. Ao ligar o circuito será provocadouma instabilidade na base do transistor Q1. Isto é o suficiente para o circuito iniciar a sua oscilação, pois o transistorQ1 amplifica e posteriormente reamplifica o sinal presente em sua base.

X - FOTOTRANSISTOR E ACOPLADOR ÓPTICO

X.1 FOTOTRANSISTOR

Os foto transistores são constituídos basicamente de duas junções, havendo uma janela que permite a incidência dea luz sobre a junção base emissor, aumentando a condutividade deste diodo emissor, com o conseqüente aumentoda corrente de coletor.



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A ilustração abaixo, mostra um exemplo de curva IC x VCE.

Sempre que houver luz incidindo sobre a base, haverá uma corrente de base e, portanto, o transistor deixa seraberto. Abaixo, a representação de um fototransistor: Um fotodiodo é uma alternativa ao foto transistor. A diferençaé que a luz incidindo no fotodiodo gera a corrente que atravessa o diodo, enquanto no foto transistor, esta mesmaluz produz uma corrente de base e por sua vez uma corrente de coletor que é vezes maior que no foto diodo. Amaior sensibilidade do foto ransistor traz como desvantagem uma redução na velocidade de chaveamento.

X..2 - ACOPLADOR ÓPTICO

A Figura a seguir mostra um acoplador óptico. Consiste de um LED próximo a um fototransistor, ambos

encapsulados em um mesmo invólucro. Ele é muito mais sensível que um LED e fotodiodo devido ao ganho . Ofuncionamento é simples, qualquer variação em VS produz uma variação na corrente do LED, que faz variar aemissão de luz e, portanto, a corrente no fototransistor. Isso por sua vez, produz uma variação na tensão dosterminais coletor-emissor. Em suma, um sinal de tensão é acoplado do circuito de entrada para o circuito de saída.

A grande vantagem de um acoplador óptico é o isolamento elétrico entre os circuitos de entrada e de saída. Nãoexiste nenhuma relação entre os terras de entrada e saída.



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XI – AMPLIFICADORES OPERACIONAIS

Os modelos a seguir, se referem a modelos elétricos simplificados para os amplificadores de tensão e de correntesem realimentação. Os modelos consideram três elementos apenas: duas impedâncias, uma de entrada e outra desaída, e uma fonte de tensão dependente.

A ligação de um amplificador a uma fonte de sinal e a uma carga envolve dois divisores de tensão que reduzem oganho máximo obtenível (Figura 1.a). Referindo ao esquema elétrico da Figura 1.b, verifica-se que a construção deuma cadeia de amplificação otimizada passa pelo recurso de amplificadores de tensão que gozem, pelo menos, dasseguintes duas propriedades: impedância de entrada infinita, e impedância de saída nula. Se a estas duaspropriedades se juntarem um ganho de tensão infinito, a não dependência do mesmo com a frequência e apossibilidade de aplicar na entrada e obter na saída quaisquer valores de tensão, então obtém-se aquilo que

vulgarmente se designa por amplificador operacional ideal, ou Amplificador operacional. Apesar deste conjuntoidealizado de propriedades, é um fato que o Amplificador operacional ideal constitui uma boa aproximação dodesempenho elétrico de uma vasta gama de circuitos integrados utilizados na prática. Com efeito, existem nomercado Amplificador operacional cujo ganho ascende a 106, e cujas resistências de entrada e de saída são,respectivamente, várias dezenas a centenas de MW e algumas unidades ou décimas de ohm. Os elevados ganho eresistência de entrada do Amplificador operacional estão na origem do curto-circuito virtual, que em alguns casosparticulares implementa uma massa virtual. Este operador possibilita a realização de amplificadores de tensãocujo ganho depende apenas do cociente entre duas resistências, amplificadores soma e diferença de sinais,circuitos integradores e diferenciadores de sinal, filtros, conversores corrente-tensão e tensão-corrente, conversoresde impedâncias, circuitos retificadores de sinal, comparadores de tensão, etc.. Não é exagero afirmar que, naatualidade, o Amplificador operacional constituiu o paradigma dominante no projeto de circuitos eletrônicos

analógicos. Os amplificadores operacionais são constituídos por múltiplos componentes eletrônicos, nomeadamentetransistores, resistências e capacitores. No entanto, neste texto limitamos o estudo do Amplificador operacional àidentificação e utilização prática das propriedades dos seus terminais de acesso.

XI.1 – AMPLIFICADOR OPERACIONAL IDEAL

O AmpOp ideal constitui um modelo simplificado de um amplo conjunto de amplificadores de tensão atualmenteexistentes no mercado. Caracteriza-se pelas seguintes quatro propriedades:

(i) impedância de entrada infinita;(ii) impedância de saída nula;(iii) ganho de tensão infinito;(iv) ausência de qualquer limitação em freqüência e em amplitude.



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A principal conseqüência do conjunto de propriedades apenas enunciado é, na prática, a possibilidade deestabelecer um curto-circuito virtual entre os dois terminais de entrada do Amplificador operacional. Com efeito, aexistência de uma tensão finita na saída só é compatível com um ganho infinito desde que a diferença de potencialentre os dois terminais de entrada seja nula. A natureza virtual deste curto-circuito deve-se à coexistência de umaigualdade entre tensões sem ligação física entre terminais. Na Figura abaixo, é mostrado o significado prático de um

curto-circuito virtual.

XI.2 MONTAGEM BÁSICA

O amplificador operacional é normalmente utilizado em duas configurações básicas: a montagem inversora e amontagem não-inversora. Os circuitos que veremos neste tópico, constituem essas duas montagens, as suasvariações ou as combinações que podem ser feitas com essas duas configurações básicas. No que diz respeito àsmetodologias de análise de circuitos com amplificador operacional, existem basicamente duas alternativas: Uma queassume a presença de um curto-circuito virtual entre os dois terminais de entrada do amplificador operacional (emconjunto com correntes nulas de entrada); E outra que considera o amplificador operacional como uma fonte detensão controlada por tensão e utiliza as metodologias convencionais de análise de circuitos. Entretanto, a primeirametodologia é de mais simples aplicação aos circuitos com amplificador operacional ideais, ao contrário da

segunda, que se destina essencialmente à análise de circuitos com amplificador operacional reais, neste caso comlimitações em ganho, freqüência, e impedâncias de entrada e de saída.

XI.3 - MONTAGEM INVERSORA

Considere-se na seguinte, o esquema elétrico da montagem inversora do amplificador operacional.



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Tendo em conta o fato da existência de um curto-circuito virtual entre os dois terminais de entrada, o que implica aigualdade v+=v-= 0, e ainda o fato de as correntes nos nós de entrada serem nulas, i-=i+ =0, verifica-se então que:

e que, portanto, teremos:

Como tal, o ganho de tensão da montagem é dado por:

o qual é apenas função do cociente entre os valores das resistências R 2 e R 1. O método alternativo de análiseconsiste em substituir o amplificador operacional por uma fonte de tensão dependente com ganho finito (Figura b).Neste caso trata-se de aplicar um dos métodos de análise introduzidos ao longo desta apostilha, por exemploresolver o sistema de equações

que eqüivale a

de cuja resolução resulta o seguinte ganho:



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cujo limite quando o ganho do amplificador operacional tende para infinito é:

XI.4 - MONTAGEM NÃO INVERSORA

Os circuitos abaixo mostram a estrutura de uma montagem de amplificador operacional não inversor.

A existência de um curto-circuito virtual entre os nós de entrada do amplificador permite escrever a igualdade entreas três tensões.

que em conjunto com a equação do divisor resistivo na saída conduz a relação de ganho:

As duas equações redundam na seguinte expressão:

XI.5 – SEGUIDOR DE TENSÃO

O circuito seguidor de tensão constitui uma das aplicações mais comuns do amplificador operacional e é tambémconhecido como buffer que implementa um ganho unitário. Vejamos a expressão a seguir:



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As ilustrações abaixo mostram dois circuitos que mostram na prática a utilidade do seguidor de tensão: em (a) acarga encontra-se ligada diretamente à fonte, cuja resistência interna introduz um divisor resistivo. Já no circuito (b),a fonte e a carga são intercaladas de um seguidor de tensão.

Temos as seguintes diferenças entre estes dois circuitos: no primeiro caso a tensão na carga é inferior àqueladisponibilizada pela fonte, e é a fonte de sinal quem fornece a potência à carga. Pelo contrário, no caso do circuitoem (b) verifica-se a igualdade designadamente como resultado do ganho infinito e das impedâncias de entradainfinita e de saída nula do amplificador operacional. Para além do mais, neste caso é o amplificador operacional enão a fonte de sinal quem fornece potência à carga. Estas características justificam os títulos de circuito seguidor detensão, isolador ou tampão. O circuito seguidor de tensão pode ser encarado como caso limite da montagem não –inversora estudada anteriormente. Com efeito, e como se indica na Figura 6.b, os dois circuitos coincidemquando aresistência R 1 é feita tender para infinito, situação durante a qual o valor da resistência R2 é irrelevante, excetoquando infinito, dado ser nula a corrente respectiva.

XI.6 – SOMADOR INVERSOR

A montagem inversora pode ser utilizada para implementar a soma pesada de sinais elétricos



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A massa virtual do AmpOp implementa a soma das correntes fornecidas por cada uma das fontes de sinal, e aresistência R converte-as na tensão. Uma das aplicações mais interessantes do somador é a realização de umconversor digital-analógico. Com efeito, se se admitir que as fontes de sinal assumem níveis iguais a 1 V ou 0 Vconsoante o valor lógico dos bit de uma palavra digital, e as resistências Ri se encontram pesadas binariamente emfunção da ordem do bit na palavra, por exemplo R 1=R , R 2=R /2, R 3=R /4... Rk=R /2k- 1, então a expressão da tensãona saída do amplificador operacional é:

Por exemplo, as palavras digitais 10011 e 00001 (em decimal 19 e 1, respectivamente) conduzem aos valores da

tensão na saída respectivamente. Naturalmente que se pode sempre dimensionar o valor da resistência R de modoa redefinir a escala de amplitudes da tensão na saída.

XI.6 – AMPLIFICADOR INVERSOR

Na prática, uma das limitações da montagem inversora simples é a dificuldade de construir amplificadores com,simultaneamente, elevados ganho e resistência de entrada. Na montagem inversora simples, a especificação de umganho de tensão elevado, - R 2/ R 1, convida a estabelecer um valor nominal relativamente pequeno para aresistência R1, ao passo que a exigência de uma elevada resistência de entrada, dada por recomenda exatamenteo oposto. Um modo de obviar a esta limitação é a utilização do circuito representado na Figura 15.9, cuja análise sepode efetuar nos seguintes passos:

- Determinação da corrente que incide na massa virtual



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- Determinação da tensão vx

- Obtenção da expressão da corrente nas resistências R 3 e R4 ,

- Determinação da tensão no nó de saída do amplificador operacional.

Finalmente teremos o ganho de montagem através da seguinte expressão:

XII – ELETRÔNICA DE POTÊNCIA: UJT - SCR – DIAC – TRIAC

XII.1 TRANSISTOR UNIJUNÇÃO – UNIJUNCTION TRANSISTOR (UJT)

O UJT é um componente eletrônico que, em função de suas características elétricas, possibilita a elaboração decircuitos eletrônicos de controle, reduzindo a quantidade de componentes auxiliares.

A figura abaixo ilustra a estrutura interna de um UJT:

XII.2 – ESTRUTURA INTERNA

Sua estrutura interna, consiste de uma barra de silício TIPO N com poucos elétrons, levemente dopada, e umapequena quantidade de material TIPO P com bastantes lacunas (devemos lembrar da constituição do diodo

Emissor

Base 1

Base 2



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semicondutor), denominada de pastilha. A barra de silício recebe dois terminais que serão denominados de BASE1E BASE2 e na pastilha teremos e terminal denominado EMISSOR. A pastilha tipo P está localizada próxima aoterminal da BASE2, fazendo surgir uma única junção, ao contrário do transistor BIPOLAR. Dái o nome UNIJUNÇÃO.

XII.3 – SÍMBOLO ELETRÔNICO DO UJT E CIRCUITO EQUIVALENTE

Em eletrônica, todos os componentes possuem um determinado símbolo, que o identifica em um circuito, bem comoum circuito equivalente. As ilustrações a seguir representam, respectivamente o símbolo e o circuito equivalente deum UJT.

Observe que o circuito equivalente e dotado de um diodo semicondutor, ligado ao emissor e duas resistênciaslogadas às bases B1 e B2, sendo a resistência de B1 aparentemente variável. Essas resistências são RB2 e RB1,onde RB2 representa a resistência da barra entre B2 e o emissor do UJT.

Obs. Na prática não podemos utilizar dois resistores comuns e um diodo para obtermos um UJT.

XII.4 – IDENTIFICAÇÃO DOS TERMINAIS E POLARIZAÇÃO DE UJT

Na prática, podemos identificar os terminais de um UJT, medindo os valores de resistência entre esses terminais.Entre os terminais de B1 e B2 deveremos encontrar um valor de resistência dentro de uma faixa entre 4KΩ e 10KΩ,sem levar em consideração a polarização aplicada aos terminais. Dessa forma, ao identificarmos B1 e B2,saberemos quem é o emissor do UJT. Vale ressaltar que, em relação ao emissor, a resistência RB1 será sempremaior que a resistência RB2, em função da proximidade da pastilha P. O circuito abaixo mostram a polarização doUJT.

O funcionamento do UJT depende do surgimento de uma corrente no emissor. A fonte de alimentação VBB polarizaos terminais de RB1 e RB2, dando origem a uma corrente IBB. Essa condição não garante o funcionamento do UJT,

B2

B1

E

B2

B1

E

V1

VB



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já que é necessária uma corrente IE no emissor. Se a tensão na fonte V1 for zero, teremos o diodo polarizadoreversamente, pois a fonte VBB irá fazer surgir uma tensão VRB1( O potencial na catodo estará mais positivo queno anodo do diodo). Matematicamente, a corrente IE irá surgir e disparar o UJT se o potencial aplicado ao emissor

for igual ou maior do VD + VRB1. Daí teremos:

VE VD + VRB1 (A), onde:

VE = Tensão aplicada no emissorVD = Tensão de junção no diodoVRB1 = Tensão em RB1

Agora vamos analisar o efeito da corrente: Se a tensão VBB faz surgir um corrente IBB em RBB, teremos:

VRB1 = RB1xIBB (B)IBB = VBB / RBB (C), dessa forma podemos substituir C em B, o que resultará em:

VRB1 = RB1 x VBB / RBB (D). Substituindo agora D em A: VE VD + RB1 x VBB / RBB ou seja:

VE VD + RB1 / VBB x VBB. O termo em destaque é chamado de η (êta), que é a relação intrínseca de corte doUJT e é estabelecido pelo fabricante. A expressão será:

VE VD + η x VBB

O disparo do UJT ocorre quando o diodo que representa a junção fica polarizado diretamente, permitindo o fluxo de

corrente do emissor para a base do componente. O valor de η está definido em uma faixa entre 0,51 e 0,82. Oaumento da corrente fará com que a RB1 diminua de valor e por esse motivo ele é representado como um resistorvariável.

XII.5– CURVA CARACTERÍSITCA DO UJT

Esse componente possui três regiões que representam a sua curva:

- Região de corte

- Região de resistência negativa ( RNN)- Região de saturação

O UJT encontra-se na região de corte quando a junção não atingiu a polarização direta no diodo representativo,suficiente para ele conduzir. Ou seja, VE < VD + η x VBB. Em funcionamento, a resistência RB1 atinge um valorbem menor, estabelecendo a região da curva de RNN. E a região de saturação é aquela onde a resistência RB1permanecerá constante, pois o aumento de corrente do emissor IE, será controlado pelo aumento da tensão VE.

XIII – TIRISTORES – RETIFICADOR CONTROLADO DE SILÍCIO - SCR

Em eletrônica, denominamos de tiristores, todo dispositivo semicondutor que possua quatro ou mais camadassemicondutoras. Os tiristores operam como chaves de acionamento e podem ter a corrente circulando em sentidounidirecional e bidirecional. . O SCR um tipo de tiristor, onde o fluxo de corrente ocorre em um sentido. Inicialmente



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o tiristior foi desenvolvido para substituir um tipo de válvula chamado Thyratron. Entretanto as vantagensoperacionais do SCR são bem maiores do que às de uma válvula.

XIII.1 – ESTRUTURA INTERNA E SÍMBOLO DE UM SCR

O SCR possui quatro camadas condutoras semicondutoras. As ilustrações abaixo mostram, respectivamente, aestrutura interna e o símbolo de um SCR:

XIII.2 – CIRCUITOS EQUIVALENTES DE UM SCR

Ao contrário do UJT, o SCR pode ser representado por circuitos equivalentes a diodos e transistores, conforme as

respectivas figuras abaixo (pág. 21)

XIII.3 – IDENTIFICAÇÃO DOS TERMINAIS E POLARIZAÇÃO DE SCR

Um SCR pode ser testado da mesma forma que se fossemos testar os diodos representados no circuito equivalentemostrado anteriormente. Na junção entre o GATE e o CATODO, encontraremos uma baixa resistência no circuitocom polarização direta. Em casos de sinais de interferência no circuito e nesse caso termos duas baixas

P

N

P

N

ANODO

GATE

CATODO

ANODO

GATE

CATODO

GATE

ANODO

CATODO

T1

T2



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resistências GATE-CATODO E ANODO-CATODO e o terminal comum encontrado será o CATODO. Com o uso deum multiteste, podemos atestar o efeito do disparo por ruído, basta que coloquemos uma ponteira em um dosterminais de baixa resistência e a outra no CATODO em curto com o outro terminal. Se a resistência for ALTA, o

curto foi feito entre o GATE e o CATODO. Alguns SCR possuem uma resistência entre o GATE e o CATODO, paradiminuir a sensibilidade, evitando disparos indesejáveis.

Obs. O mesmo pode ser feito com o circuito equivalente à transistor, onde o curto feito entre o GATE-CATODO, queé a junção BASE-EMISSOR do transistor T2

XIII.4 – PRINCÍPIO DE FUNCIONAMENTO DO SCR

- POLARIZAÇÃO DIRETA ANODO-CATODO E GATE ABERTO (BREAKOVER)

Vejamos que, acordo com o circuito abaixo, o SCR começará a conduzir quando aumentarmos o valor da tensãofornecida por V1, observando que não temos nenhum sinal no GATE e a corrente de fuga no coletor do transistor T1será injetada na base do transistor T2. Observe que a corrente de base de T1 surgira também da corrente de fugano coletor de T2. Esse processo é chamado de realimentação positiva, pois as correntes aumentam de intensidadea proporção que os transistores são polarizados em suas bases.

Obs. A tensão ANODO-CATODO tem que ser muito alta para gerar o processo de realimentação.

- POLARIZAÇÃO REVERSA ANODO-CATODO E GATE ABERTO (BKEAK DOWN)

Nessa configuração, os transistores estão polarizados reversamente, existindo apenas uma corrente de fuga

circulando. A tensão reversa pode danificar o componente. Na prática o SCR é usado reversamente, mas submetidoa uma tensão reversa limitada.Os circuitos a seguir mostram a polarização reversa do SCR com GATE aberto (pág. 24).

- POLARIZAÇÃO DIRETA ANODO-CATODO E POLARIZAÇÃO DIRETA GATE-CATODO

Ao aplicarmos uma tensão no GATE, utilizando um resistor de polarização, teremos uma corrente circulando para abase de T2, que gera uma corrente de coletor. Essa corrente polariza a base de T1 que também irá conduzir e suacorrente de coletor será a corrente de base de T2. A vantagem é que a corrente do GATE, injetada na base de T1,dispensa um valor de tensão V1 muito alta, para que a realimentação do circuito possa ocorrer. Dessa formapodemos retirar o pulso de tensão no GATE já que o SCR já esta em funcionamento ou seja já foi disparado. O

valor da tensão ANODO-CATODO, quando o SCR conduz é na ordem de 0,7Vv a 2,0V. Nesse estado a carga RLtem a mesma queda de tensão da fonte V1.

Obs1: O sinal no GATE permite que o SCR conduza com valores de tensão bem menores entre ANODO-CATODO.Em corrente alternada essa característica influencia ainda mais na aplicação de um menor valor de tensão entreesses terminais.Obs2: Os circuitos que utilizam SRC, possuem duas etapas: Etapa de disparo e etapa de potência, que sãoatribuídas respectivamente ao GATE e a junção ANODO-CATODO.

- MÉTODOS DE DISPARO DO SCR:

- Disparo por tensão de BREAKOVER- Disparo através de sinal aplicado ao GATE- Disparo por ruído- Disparo por efeito DV / dt



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- Disparo por temperatura- Disparo pela luz

XIV – TIRISTORES – DIODO DE CORRENTE ALTERNATIVA - DIACOs DIAC´s são componentes utilizados em aplicações eletro eletrônicas com o objetivo de fazer o disparo docomponente TRIAC, que será o tema do nosso próximo capítulo. O DIAC é chamado de Diodo de CorrenteAlternada.

XIV.1 – ESTRUTURA INTERNA E SÍMBOLO DE UM DIAC

A constituição interna de um DIAC assemelha-se a um transistor bipolar, onde existem três camadassemicondutoras. Vejamos a estrutura e o símbolo desse componente, respestivamente

:

A diferença do DIAC para o transistor bipolar está na concentração de dopagem em torno das duas junções PNPque são iguais e na quantidade de terminais que são apenas dois. Esses terminais estão ligados nas camadasexternas tipo P, conforme mostra a ilustração. Sua estrutura física pode assemelhar-se a um diodo comum ou a umtransistor convencional com dois terminais.Podemos testar um DIAC utilizando um multiteste e deveremos encontrar uma alta resistência entre os seusterminais T1 e T2. Logicamente se a resistência encontrada for baixa, o componente não estará em perfeito estado.No circuito, o DIAC deve começar a conduzir quando a tensão aplicada aos seus terminais atingir de 25V a 35Vaproximadamente. Uma outra característica do DIAC é que podemos polariza-lo bilateralmente, ou seja T1 e T1podem estar submetidos a polaridades diferentes , sem provocar o comportamento do componente. Dessa forma,na curva característica do DIAC poderemos observar um valor de tensão denominado de VALOR MÁXIMO DATENSÃO DE ASSIMETRIA, que explicaremos em sala de aula. Algumas aplicações do DIAC:

- Proteção contra sobre tensão: A figura abaixo mostra a aplicação do DIAC como proteção. Podemos observar que,a tensão na carga aumentar, o DIAC irá conduzir.

P

N

P

T1

T2

T1

T2



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- Gerador dente de serra: O circuito assemelha-se a um oscilador, onde a carga e a descarga do capacitor provoca

o corte e saturação do transistor. Claro que são circuitos diferentes, mas ambos têm na saída uma forma de ondasemelhante. A ilustração mostra a configuração do DIAC:

XV – TIRISTORES – DIODO DE CORRENTE ALTERNATIVA - TRIAC

Vimos anteriormente que o SCR é um dispositivo que tem a finalidade de controlar o fluxo de corrente em umcircuito. Entretanto, isso acontece de forma unidirecional, conforme já estudamos. Agora vamos imaginar um circuitoem CA (Corrente Alternada), onde será necessário o uso de dois SCR´s? Para essas necessidades surgiu o TRIAC,que é um componente capaz de controlar o fluxo de corrente de um circuito, de forma bidirecional, e possui asmesmas características básicas de comutação do SRC.

R1

CARGA

DIAC

R1

DIAC

P1

C1



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XVI.1 – ESTRUTURA INTERNA E SÍMBOLO DE UM TRIAC

As ilustrações abaixo mostram, respectivamente, a estrutura interna de um TRIAC e o símbolo eletrônico. Se

observamos com atenção, veremos uma similaridade com dois SCR´s em antiparalelo com os seus GATESinterligados:

Obs: Veremos em sala de aula a estrutura das camadas P e N de um TRIAC, em perspectiva, onde teremos ummelhor entendimento sobre sua constituição. Ressaltamos que, na maioria das vezes, a carcaça de um TRIAC é opróprio terminal MT2. Dessa forma os outros terminais são o terminal MT1 e o GATE, que podem ser identificadosatravés do manual. Para testarmos o componentes, identificados o GATE e MT1, deveremos achar uma baixaresistência nos dois sentidos de polarização do multiteste. Isso ocorre porque estamos medindo a resistência dapastilha P que é comum à esses terminais.

- CURVA CARACTERÍSTICA DE UM TRIAC: A curva característica de um TRIAC mostra claramente ascaracterísticas funcionais de um SCR nas dois sentidos de polarização. Entretanto no TRIAC, quando a corrente no

GATE é aumentada, a tensão do disparo é diminuída. O SCR só admite uma tensão de GATE positiva, enquantoque o TRIAC responde a uma tensão negativa ou positiva no GATE. Dessa forma podemos reduzir o disparofazendo com que o MT1 seja usado como terminal de referência, em função da negatividade ou positividade doGATE.

GATE

ANODO 2 / MT2

ANODO 1 / MT1

SÍMBOLO DO TRIAC



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XVI - EXERCÍCIOS:

Ex. 1) No circuito da Figura abaixo, calcule ID , RS e RD . Dados: RD+RS=12kΩ, VDD=20V, VDS=8V e VGS=-1,2V.

Ex. 2) Dados: VDD = +12V, VGSQ=-0,5V (tensão de operação de VGS) e ID = 8mA (paraVDS= 0V). Calcule RD ,RS e RG (suponha IG=5 A), para o circuito de autopolarização. Utilize o método da reta de carga e a curva a seguir.



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Ex. 3) No circuito da figura abaixo calcule AV e ZENT . Dados: gm=3000 mho, RG=2M2Ω, RS=1kΩ, RD=4k7Ω eVDD=18V.

Ex. 4) No circuito seguidor de fonte, com RG = 1M e RS= 3k , calcule o ganho de tensão, sabendo que: VDD=+9V,VGSQ = -4V, IDQ =1,6mA, IDSS = 16mA e VGS(OFF)= -5V.

Ex. 5) Um 2N5457 tem IDSS=5mA e gmo=5.000 mho. Qual ID para VGS=-1v? Qual o valor de gm para essacorrente de dreno?

Ex. 6) Se gm=3.000!mho na figura 3. Qual a tensão c.a. de saída? Dados: vent=2mV, Rent=100kΩ, RG=10MΩ,

RS=270Ω, RD=1kΩ, RL=10kΩe VDD =+15V



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Ex. 7) O amplificador JFET da figura abaixo, tem VGS(OFF)= -4V e IDSS =12mA. Nesse caso qual a tensão c.a. de

saída? Dados: vent=2mV, Rent = 100kΩ, RG = 10MΩ, RS= 270Ω, RD = 1kΩ, RL=10kΩ e VDD = +15V.

Ex. 8) Se o seguidor de fonte da figura abaixo tem gm = 2.000 mho, qual a tensão c.a. de saída? Dados: vent=5mV,

Rent =100kΩ, RG=10MΩ, RS=3900Ω, RL=1kΩ e VDD=+15V.




XVII – BIBLIOGRAFIA

- Eletrônica Industrial – Análise de dispositivos e suas aplicações- Andrade, Edna A. – NovoTipo

- Eletrônica Básica- Bertoli, Roberto Ângelo - Unicamp

- Sistemas Analógicos – Circuitos com diodos de transistores- Markus, Otávio – Editora Érica

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