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ETEC LAURO GOMES

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CENTRO ESTADUAL DE EDUCAÇÃO TECNOLÓGICA PAULA SOUZA ESCOLA TÉCNICA ESTADUAL “LAURO GOMES”

APOSTILA DE ELETRÔNICA ANALÓGICA

AN1 – 1ª SÉRIE DE ELETRÔNICA – PERÍODO NOTURNO

PROFº GIUSEPPE GIOVANNI MASSIMO GOZZI

SÃO BERNARDO DO CAMPO

2012

ETEC LAURO GOMES

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SUMÁRIO

TEORIA DOS SEMICONDUTORES ......................................................................................................... 02

Semicondutor puro ..................................................................................................................................... 02 Dopagem ........................................................................................................................................ ........... 03 Semicondutor tipo P ...................................................................................................................... 04 Semicondutor tipo N ...................................................................................................................... 05 EXPERIÊNCIA Nº 01 ................................................................................................................................. 06

DIODO RETIFICADOR DE SILÍCIO .......................................................................................................... 09 Circuitos de polarização do diodo .............................................................................................................. 10 Polarização direta .......................................................................................................................... 10 Polarização reversa ....................................................................................................................... 12 Curva característica ................................................................................................................................... 14 Modelos de trabalho .................................................................................................................................. 14 Especificações do diodo semicondutor ...................................................................................................... 15 EXPERIÊNCIA Nº 02 ................................................................................................................................. 16 EXERCÍCIOS ............................................................................................................................................. 18 CIRCUITOS COM DIODOS ....................................................................................................................... 27 Sinais elétricos alternados ......................................................................................................................... 27 EXPERIÊNCIA Nº 03 ................................................................................................................................. 29 Circuitos ceifadores .................................................................................................................................... 31 Circuitos retificadores ................................................................................................................................. 32 Circuito retificador de meia onda ................................................................................................... 32 Circuito retificador de onda completa com center tap ................................................................... 34 Circuito retificador de onda completa tipo ponte ........................................................................... 37 EXERCÍCIOS.................................................................................................................................... 39 LED ............................................................................................................................................................ 54 REFERÊNCIA BIBLIOGRÁFICA .............................................................................................................. 56

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TEORIA DOS SEMICONDUTORES SEMICONDUTOR PURO (INTRÍNSECO) O diodo é um dispositivo bastante utilizado na Eletrônica, com diversas aplicações. Ele é constituído de um elemento chamado semicondutor. Um elemento semicondutor puro é aquele que, à temperatura ambiente, possui um comportamento elétrico classificado entre o condutor e o isolante. Dentre os materiais semicondutores, os mais comuns são o Silício e o Germânio, sendo que vamos destacar o primeiro. O Silício é um elemento cujo átomo possui quatro elétrons em sua última órbita, a camada de valência.

FIGURA 01: ÁTOMO TETRAVALENTE Os átomos de Silício podem se combinar de maneira a formar uma estrutura cristalina. Desta forma, os átomos terão oito elétrons na última camada, graças às ligações covalentes:

FIGURA 02: LIGAÇÃO COVALENTE

FIGURA 03: GERAÇÃO DE UMA LACUNA

DEVEMOS NOS LEMBRAR DE QUE NUM

ÁTOMO, A QUANTIDADE DE CARGAS POSITIVAS (PRÓTONS) É IGUAL À

QUANTIDADE DE CARGAS NEGATIVAS (ELÉTRONS): SENDO ASSIM, TODO ÁTOMO É

ELETRICAMENTE NEUTRO!

SEM A PRESENÇA DO ELÉTRON, TEMOS UM PRÓTON CUJA CARGA NÃO FICA ANULADA, COMO ACONTECE COM OS OUTROS TRÊS. DEVIDO A ESTE FATO, É PRÁTICA COMUM

ASSOCIAR À LACUNA A CARGA POSITIVA DO PRÓTON EXCEDENTE; PORTANTO, VAMOS

CONSIDERAR QUE A LACUNA POSSUI CARGA POSITIVA.

Como pode se notar, os elétrons na estrutura cristalina estão fortemente combinados; então, torna-se difícil a condução da

eletricidade. Porém, com uma energia adicional externa, alguns elétrons podem se desprender das ligações químicas; quando isto acontece, temos um par de portadores de cargas elétricas, o par

elétron-lacuna.

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Mas, devido a pouca quantidade de portadores de cargas, o material não é um bom elemento condutor de eletricidade:

Ocasionalmente, um elétron pode preencher uma lacuna; a isto chamamos de recombinação. Apesar desta estar constantemente acontecendo, os pares de portadores de carga não deixam de existir, pois a temperatura ambiente é suficiente para produzir novas lacunas.

FIGURA 04: CRISTAL PURO Porém, ao se adicionar energia (na forma de calor, por exemplo) as moléculas do cristal irão vibrar. Esta vibração quebra algumas ligações covalentes, formando mais portadores de carga elétrica.

FIGURA 05: CONDUÇÃO ATRAVÉS DA TEMPERATURA

DOPAGEM (SEMICONDUTORES EXTRÍNSECOS)

Quando se confecciona um diodo, a primeira coisa a ser feita é submeter o cristal de Silício a um aquecimento bem elevado, de forma a obter um cristal completamente puro. Depois, os cristais são cortados em tiras em forma de disco: Na figura ao lado podemos observar, no interior de um tubo de quartzo, discos de Silício completamente puros. Porém,o cristal puro não possui boa condutividade, pois a quantidade de cargas elétricas livres, na temperatura ambiente, é pequena. Para aumentarmos a quantidade de cargas elétricas livres, é necessário adicionar ao cristal puro elementos que causem o desequilíbrio entre cargas elétricas (ou o cristal possui um excesso de cargas Positivas ou um excesso de cargas Negativas). Estes elementos são chamados de impurezas, e elas podem ser trivalentes (três elétrons na última camada), como por exemplo o Alumínio, o Boro, o Gálio ou o Índio, ou pentavalentes (cinco elétrons na última camada), como por exemplo, o Antimônio, o Arsênio ou o Fósforo. O processo de adição de impurezas é chamado de dopagem. Dopando-se o cristal semicondutor puro FIGURA 06: DISCOS DE SILÍCIO FIGURA 06: PROCESSO DE DOPAGEM chamado de dopagem. Dopando-se o cristal semicondutor puro com impurezas trivalentes, obtém-se o semicondutor tipo P; com impurezas pentavalentes, teremos o semicondutor tipo N. Num cristal dopado, as cargas elétricas em maior número são chamadas de majoritárias; as que estão em menor número são as minoritárias.

A CONDUÇÃO ELÉTRICA DE UM CRISTAL SEMICONDUTOR PURO

DEPENDE DA TEMPERATURA!

Fonte: Enciclopédia de Ciência e Técnica COMO FUNCIONA – São Paulo, Abril, 1976. V.6 pág. 1365

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Semicondutor Tipo P Como exemplo, vamos utilizar o Alumínio:

FIGURA 07: ÁTOMO DE ALUMÍNIO Se substituirmos um dos átomos de Silício por um de Alumínio, os seus três elétrons farão parte da ligação covalente. Mas, como se pode notar na figura, estará sobrando uma lacuna. Esta lacuna poderá ser preenchida por um elétron de um átomo vizinho, como mostrado abaixo:

FIGURA 08: LIGAÇÃO COVALENTE EM UM ÁTOMO TRIVALENTE

Então, teremos o semicondutor tipo P, onde os portadores de carga que determinam a condução elétrica (os majoritários) são as lacunas.

FIGURA 09: SEMICONDUTOR TIPO P Apesar de não estar representado na figura acima, no semicondutor tipo P temos também elétrons livres, porém estes estão em menor número (minoritárias).

DESTA FORMA, O ÁTOMO DE ALUMÍNIO FICARÁ

ELETRICAMENTE NEGATIVO, JÁ QUE POSSUIRÁ UM ELÉTRON A MAIS. PORÉM, ESTA CARGA NEGATIVA

ESTÁ COMBINADA COM O NÚCLEO, NÃO SENDO ADEQUADA PARA A CONDUÇÃO. POR OUTRO LADO,

SEMPRE EXISTIRÁ UMA LACUNA A MAIS, QUE SERÁ A NOSSA CARGA ELÉTRICA LIVRE (ADEQUADA PARA

CONDUÇÃO)!

PARA DIFERENCIARMOS MELHOR OS TIPOS DE

SEMICONDUTORES, O TIPO P SERÁ REPRESENTADO POR UM MATERIAL AZUL (QUE

REPRESENTA OS ÁTOMOS DE ALUMÍNIO NEGATIVOS) COM ESFERAS VERMELHAS

(LACUNAS, QUE ASSOCIADAS AOS PRÓTONS SÃO POSITIVAS)!

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Semicondutor Tipo N

Como exemplo, vamos utilizar o Antimônio:

FIGURA 10: ÁTOMO DE ANTIMÔNIO Se substituirmos um dos átomos de Silício por um de Antimônio, quatro de seus elétrons farão parte da ligação covalente. Mas, como se pode notar na figura, fica sobrando um elétron, que não se combina com nenhum outro. Sendo assim, fica fácil para este escapar de sua órbita, tornando-se um elétron livre.

FIGURA 11: LIGAÇÃO COVALENTE COM UM ÁTOMO PENTAVALENTE Então, teremos o semicondutor tipo N, onde os portadores de carga que determinam a condução elétrica (os majoritários) são os elétrons.

FIGURA 12: SEMICONDUTOR TIPO N

Apesar de não estar representado na figura acima, no semicondutor tipo N temos também lacunas, porém estas estão em menor número (minoritárias).

DESTA FORMA, O ÁTOMO DE ANTIMÔNIO FICA

ELETRICAMENTE POSITIVO, JÁ QUE POSSUI UM ELÉTRON A MENOS. PORÉM, ESTA CARGA

POSITIVA ESTÁ COMBINADA COM O NÚCLEO, NÃO SENDO ADEQUADA PARA A CONDUÇÃO. POR

OUTRO LADO, SEMPRE TEREMOS UM ELÉTRON A MAIS, QUE SERÁ A NOSSA CARGA ELÉTRICA

LIVRE (ADEQUADA PARA CONDUÇÃO)!

PARA DIFERENCIARMOS MELHOR OS TIPOS DE

SEMICONDUTORES, O TIPO N SERÁ REPRESENTADO POR UM MATERIAL CUJA

SUPERFÍCIE É VERMELHA (QUE REPRESENTA OS ÁTOMOS DE ANTIMÔNIO POSITIVOS) COM

ESFERAS AZUIS (ELÉTRONS LIVRES, QUE SÃO CARGAS NEGATIVAS)!

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EXPERIÊNCIA Nº 1: UTILIZAÇÃO DO OSCILOSCÓPIO

OBJETIVO: Identificar e praticar com o osciloscópio, conhecendo seus controles e compreendendo suas funções. MATERIAL A SER UTILIZADO: 01 Osciloscópio com duas pontas de prova PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL: 1ª PARTE: Conhecendo o osciloscópio

1. Localize a parte frontal do osciloscópio; 2. Antes de ligar o instrumento, certifique-se que os controles e chaves abaixo relacionados estejam

conforme tabela a seguir:

TABELA 01: POSICIONAMENTO DE CHAVES E CONTROLES ITEM AJUSTE

POWER POSIÇÃO OFF

INTEN GIRAR NO SENTIDO HORÁRIO (POSIÇÃO 3 hs)

FOCUS METADE DO CURSO

VERT MODE CH1

POSITION POSIÇÃO CENTRAL

VOLTS/DIV 0.5 V / DIV

VARIABLE CAL (GIRANDO NO SENTIDO HORÁRIO)

AC-DC-GND GND

SOURCE SELECIONADO PARA CH1

COUPLING AC

SLOPE +

TRIG ALT LIBERADO

LEVEL LOCK PRESSIONADO

HOLDOFF MIN (GIRANDO NO SENTIDO ANTI-HORÁRIO)

TRIGGER MODE AUTO

TIME/DIV 0,5 ms / DIV

POSITION METADE DO CURSO

SWP.UNCAL LIBERADO

CHOP LIBERADO

CH2 INV LIBERADO

X-Y LIBERADO

X10 MAG LIBERADO

3. Através do botão de força principal do instrumento (POWER), ligue o osciloscópio. Descreva o que

acontece.

4. Verifique e anote o que acontece ao acionarmos os seguintes controles do osciloscópio: 4.1. INTEN; 4.2. FOCUS; 4.3. TRACE ROTATION; 4.4. AC-DC-GND; 4.5. VERT MODE; 4.6. POSITION 4.5.a. CH1; 4.7. TIME/DIV 4.5.b. CH2; 4.5.c.DUAL

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2ª PARTE: Calibrando o osciloscópio

1. Depois de posicionar os controles e chaves de acordo com a tabela 01, deverá aparecer

um traço na tela reticulada cerca de 20 segundos depois de pressionado o botão POWER; se nenhum traço aparecer, mesmo após cerca de 1 minuto, repita todo o procedimento de ajustes da tabela 01;

2. Regula o traço para um brilho apropriado e para uma imagem bem nítida.

Que controles devem ser utilizados para esse fim?

3. Verifique se o traço esteja alinhado com a linha horizontal central do reticulado Que controles devem ser utilizados para esse fim?

4. Conecte o terminal BNC da ponta de prova ao terminal de entrada INPUT de CH1 e

aplique na outra extremidade (a ponta de prova propriamente dita, visível ao se retrair a capa protetora, conhecida como “ chapéu de bruxa ” ) da ponta, ajustada em 1:1, o sinal de 2,0 Vpp proveniente do CALIBRATOR. RESPONDA: O que é um sinal Vpp?

5. Coloque o botão AC - GND – DC na posição AC (Responda o porquê disso). Anote a

forma de onda na figura abaixo:

6. Ajuste o controle FOCUS até obter um traço bem nítido. 7. Ajuste os controles POSITION e POSITION em posições adequadas, tais que, a

forma de onda mostrada na tela fique alinhada com o reticulado, para que a tensão e o período possam ser lidos como desejado. (RESPONDA: O que é período? E freqüência?)

_____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ _____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

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8. Para visualização de sinais, ajuste os controles VOLTS/DIV e TIME/DIV nas posições conforme tabela a seguir, tais que, a forma de onda do sinal seja apresentada na tela com uma amplitude apropriada e um número conveniente de picos:

VOLTS/DIV Nº DE

DIVISÕES VERTICAIS

AMPLITUDE TENSÃO

Vpp TIME/DIV

Nº DE DIVISÕES

HORIZONTAIS

VALOR DO

PERÍODO

VALOR DA FREQÜÊNCIA

1ª 5V/DIV 2ms/DIV

2ª 2V/DIV 1ms/DIV

3ª 1V/DIV 0,5ms/DIV

4ª 0,5V/DIV 0,2ms/DIV

RESPONDA: Como se calculam a AMPLITUDE, a tensão VPP, o PERÍODO e a FREQÜÊNCIA?

Qual ou quais são as melhores escalas para a medida a ser efetuada? _____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ _____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

9. Para cada uma das medidas efetuadas, desenhe a forma de onda:

1ª 2ª 3ª 4ª

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DIODO RETIFICADOR DE SILÍCIO

O diodo retificador de Silício é um dispositivo formado pela união física dos semicondutores tipo P e N. Esta união é mais conhecida como Junção PN.

FIGURA 13 : JUNÇÃO PN REAL Basicamente temos então um disco de Silício puro, onde de um lado ele está dopado com impurezas trivalentes, e do outro, com impurezas pentavalentes :

FIGURA 14: REPRESENTAÇÃO ILUSTRATIVA DA JUNÇÃO PN

As cargas elétricas, tanto no lado P como no N, estão em movimento, fora o fato da repulsão existente entre cargas elétricas de mesmo sinal. Sendo assim, algumas cargas do lado P migram para o meio, acontecendo a mesma coisa para as cargas do lado N. Os elétrons que migraram para o meio deixaram no lado N íons positivos, assim como as lacunas que “migraram” também para o meio deixaram íons negativos no lado P. Forma-se então uma região ionizada, que impede outras cargas de migrarem. Esta região ionizada é chamada de barreira de potencial, possuindo um valor que, no Silício, é de aproximadamente 0,7 V. Esta região ionizada também é conhecida como camada de depleção.

FIGURA 15: DIODO SEMICONDUTOR – CAMADA DE DEPLEÇÃO

No lado P, coloca-se um terminal denominado ANODO (A) e no lado N, coloca-se um terminal denominado CATODO (K). A seguir, pode-se observar o desenho esquemático de um diodo:

TIPO P TIPO N

NA FIGURA AO LADO, TEMOS UMA VISTA EM CORTE DE UMA JUNÇAO PN FORMADA POR UM FIO DE OURO DOPADO COM GÁLIO (ELEMENTO TRIVALENTE) E A SUPERFÍCIE

DE UMA PASTILHA SEMICONDUTORA.

TEMOS ENTÃO UM CRISTAL DE SILÍCIO PURO

(AMARELO) DOPADO COM IMPUREZAS TRIVALENTES (LADO ESQUERDO) E COM

IMPUREZAS PENTAVALENTES (LADO DIREITO), FORMANDO O DIODO.

A FIGURA AO LADO REPRESENTA COMO É

INTERNAMENTE UM DIODO DE SILÍCIO.

Fo

nte

: E

ncic

lop

édia

de

Ciê

ncia

e

Técnic

a C

OM

O F

UN

CIO

NA

– S

ão

P

aulo

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bril, 1

97

6. V

.6 p

ág.

13

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FIGURA 16: DIODO SEMICONDUTOR

CIRCUITOS DE POLARIZAÇÃO DO DIODO

Polarização direta: Para que o diodo possa conduzir, é necessário polarizá-lo diretamente, ou seja, conectá-lo a um circuito da seguinte maneira:

FIGURA 17: CIRCUITO DE POLARIZAÇÃO DIRETA DE UM DIODO Como o potencial maior (+) estará no lado P, as cargas positivas serão repelidas, tendendo a migrar para o outro lado; da mesma maneira, as cargas negativas do lado N serão repelidas pelo potencial menor (-), também tendendo a migrar para o outro lado. O que acaba acontecendo é que todo o dispositivo ficará com excesso de cargas livres (que é a característica elétrica de um condutor). Então, o diodo “torna-se” um elemento condutor de eletricidade. Se cessarmos o fornecimento de energia elétrica para o diodo, ele voltará ao seu normal:

FIGURA 18: COMPORTAMENTO DO DIODO NA POLARIZAÇÃO DIRETA

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Fonte: Enciclopédia de Ciência e Técnica COMO FUNCIONA – São Paulo, Abril, 1976. V.2 pág. 436

NA FIGURA AO LADO, TEMOS VÁRIOS TIPOS DE DIODOS SEMICONDUTORES.

OBSERVE QUE O POTENCIAL MAIOR DA

TENSÃO ELÉTRICA SOBRE O DIODO ESTÁ NO ANODO (A), ENQUANTO QUE O POTENCIAL MENOR DA MESMA ESTÁ DO

CATODO (K); NESTAS CONDIÇÕES, O DIODO CONDUZ!

Ve 0,7 V

NA FIGURA ACIMA, TEMOS O DESENHO

ESQUEMÁTICO DO DIODO.

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O valor da corrente que atravessa o diodo é calculado da seguinte maneira:

Rs

VDVe

Rs

VRsID

, sendo VVD 7,0

Podemos representar o diodo polarizado de forma direta graficamente:

FIGURA 19: REPRESENTAÇÃO GRÁFICA DA CONDUÇÃO DE UM DIODO

Existe a possibilidade de determinar os valores de VD e ID, em um circuito de polarização direta, através do gráfico. Este método consiste em encontrar o ponto de trabalho do diodo no circuito em questão: (1o) PASSO: Analisar o circuito sem o diodo em dois casos extremos – circuito aberto e curto circuito, para obtermos a reta de carga:

FIGURA 20 : CIRCUITO ABERTO : 1º PONTO DO GRÁFICO - TENSÃO DA FONTE

FIGURA 21: CIRCUITO “FECHADO”: 2º PONTO DO GRÁFICO - CORRENTE MÁXIMA

O DIODO NÃO É UM

COMPONENETE LINEAR; SUA RESISTÊNCIA POSSUI VALORES

DIFERENTES EM CADA PONTO DO GRÁFICO. ISTO ACONTECE

DEVIDO À SUA PRÓPRIA CONSTITUIÇÃO.

Primeiro ponto da reta de carga:

Tensão máxima = Tensão da fonte

Ve

Segundo ponto da reta de carga:

Corrente máxima (corrente de

curto circuito)

Rs

Veáx Im

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(2o) PASSO: Com os dois pontos principais já encontrados, traça-se a reta de carga no gráfico da curva característica do diodo; onde a reta de carga encontrar a curva característica (ponto de interseção) temos o ponto de trabalho do diodo no circuito:

FIGURA 22: PONTO QUIESCENTE (3o) PASSO: Através do ponto Q, traçam-se retas paralelas aos eixos x e y, obtendo-se os valores de tensão (VD) e corrente (ID) do diodo no circuito:

FIGURA 23: VALORES QUIESCENTES DE TENSÃO E CORRENTE

Polarização reversa:

Se ligarmos o diodo a um circuito da maneira mostrada abaixo, o diodo passará a ter um comportamento elétrico semelhante a um isolante:

FIGURA 24: CIRCUITO DE POLARIZAÇÃO REVERSA DE UM DIODO

O PONTO DE TRABALHO TAMBÉM

É CONHECIDO POR PONTO QUIESCENTE (PONTO Q).

OBSERVE QUE O POTENCIAL MAIOR

DA TENSÃO ELÉTRICA SOBRE O DIODO ESTÁ NO CATODO (K),

ENQUANTO QUE O POTENCIAL MENOR DA MESMA ESTÁ DO ANODO (A);

NESTAS CONDIÇÕES, O DIODO NÃO CONDUZ!

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Internamente no diodo, ocorre o seguinte:

Como o potencial maior (+) estará no lado N, as cargas negativas serão atraídas, tendendo a migrar para a extremidade; da mesma maneira, as cargas positivas do lado P serão atraídas pelo potencial menor (-), também tendendo a migrar para a outra extremidade. O que acontece é que a barreira de potencial acaba aumentando, dificultando a passagem da corrente elétrica (que é a característica elétrica de um isolante). Então, o diodo “torna-se” um elemento isolante.

FIGURA 25: DIODO POLARIZADO REVERSAMENTE

Podemos representar o diodo polarizado de forma reversa graficamente:

FIGURA 26: REPRESENTAÇÃO GRÁFICA DA POLARIZAÇÃO REVERSA Uma parcela desta corrente é chamada de corrente de saturação (IS), que existe por causa dos portadores minoritários existentes no dois lados da junção (produzidos continuamente devido à energia térmica aplicada ao diodo). Esta parcela depende única e exclusivamente da temperatura, ou seja, mesmo se aumentarmos a tensão aplicada reversamente ao diodo, não haverá aumento de corrente de fuga. É regra comum adotarmos que a corrente de fuga de um diodo de Silício dobra de valor a cada aumento de temperatura correspondente a 10oC. Outra parcela da corrente reversa é a corrente de fuga superficial (IFS), uma corrente formada por impurezas da superfície do diodo, que criam caminhos para a corrente percorrer. Esta parcela depende da tensão aplicada ao diodo.

Algo a ser notado no gráfico é um ponto máximo de tensão. Este ponto é chamado de tensão de ruptura (VR), e como o próprio nome diz, se a tensão aplicada ao diodo ultrapassar este valor, ele se danificará. Isto acontece porque se aplicando a polarização reversa ao diodo, elétrons livres são deslocados a ponto de se chocarem com outros elétrons, tornando-os livres também; estes, agora livres, podem se chocar com outros e assim sucessivamente, criando um efeito cascata chamado de efeito avalanche. Por causa da grande quantidade de elétrons livres, o diodo se rompe devido à potência dissipada, muito maior do que ele pode suportar.

FIGURA 27: TENSÃO DE RUPTURA

COMO PODEMOS NOTAR, A

CORRENTE NA REGIÃO REVERSA, EMBORA MUITO PEQUENA, NA REALIDADE

EXISTE. ESTA CORRENTE É CHAMADA DE CORRENTE

REVERSA (IR).

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CURVA CARACTERÍSTICA

Com os gráficos da polarização direta e da reversa, temos a curva característica do diodo:

FIGURA 28: CURVA CARACTERÍSTICA DE UM DIODO SEMICONDUTOR Como neste caso estamos utilizando diodos retificadores, só nos interessa a parte da região direta. Como se pode notar pela curva característica, os valores de VD e IR são muito pequenos, porém, há casos em que estes valores não podem ser desprezados. Surge então a necessidade de utilizar circuitos equivalentes ao diodo. São três os circuitos mais utilizados: MODELOS DE TRABALHO: 1

o MODELO: O DIODO COMO CHAVE

Neste caso, o diodo se comporta como uma chave que abre na polarização reversa e fecha na direta:

FIGURA 29: 1º MODELO DE TRABALHO DO DIODO

ESTE MODELO É

CONHECIDO COMO DIODO

IDEAL.

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MODELO: O DIODO COM TENSÃO VD Neste caso, temos o diodo sendo representado com uma chave que liga e desliga, de acordo com a polarização, em série com uma fonte de tensão que representa a barreira de potencial:

FIGURA 30: 2º MODELO DE TRABALHO DO DIODO 3

o MODELO: O DIODO COM TENSÃO VD E RESISTÊNCIA RD

Neste caso, o diodo é representado com uma chave liga e desliga em série com a fonte VD e em série com uma resistência RD, que representa sua resistência na polarização direta:

FIGURA 31: 3º MODELO DE TRABALHO DO DIODO

ESPECIFICAÇÕES DO DIODO SEMICONDUTOR:

1. O DIODO SÓ CONDUZ NUMA POLARIZAÇÃO DIRETA SE A TENSÃO

APLICADA SOBRE O MESMO NÃO FOR INFERIOR Ã TENSÃO DE BARREIRA;

2. NUMA POLARIZAÇÃO DIRETA, O DIODO SUPORTA UMA CORRENTE MÁXIMA

DIRETA (Idmáx); POR CONSEGUINTE, SUPORTA UMA POTÊNCIA MÁXIMA

(Pdmáx).

3. NA POLARIZAÇÃO REVERSA, A TENSÃO APLICADA AO DIODO NÃO PODE

SER SUPERIOR À TENSÃO REVERSA MÁXIMA (VRmáx OU VBr).

4. NA POLARIZAÇÃO REVERSA, EMBORA MUITO PEQUENA, HÁ A CORRENTE

REVERSA (IR).

ESTE É O MODELO MAIS UTILIZADO NA

RESOLUÇÃO DE PROBLEMAS.

ESTE É O MODELO MAIS PRÓXIMO DO

DIODO REAL. É CONHECIDO COMO MODELO LINEAR.

Pdmáx = VD x IDmáx

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EXPERIÊNCIA Nº 02 : A CURVA DO DIODO OBJETIVO: Medir as tensões e correntes num diodo polarizado direta e reversamente, dando condições de se desenhar a curva característica. MATERIAL A SER UTILIZADO:

01 Protoboard com fonte de tensão; 01 Resistor de 220 ½ W

02 Multímetros; 01 Resistor de 1 k ½ W

01 Diodo retificador – 1N4001; 01 Resistor de 100 k ½ W PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL: 1. Monte o circuito abaixo :

2. Para cada valor de tensão da fonte listado na tabela abaixo, meça e anote a tensão e a corrente no diodo:

Ve (V) Vd (V) Id (mA) Ve (V) Vd (V) Id (mA)

0 2,5

0,2 3

0,4 3,5

0,6 4

0,8 5

1 6

1,2 7

1,4 9

1,6 10

1,8 12

2 15

3. Responda: A resistência direta do diodo possui uma resposta linear ? Por quê ? ____________________________________________________________________________ ____________________________________________________________________________ ____________________________________________________________________________

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4. Inverta a polaridade da fonte de tensão, montando o circuito abaixo e para cada valor de tensão da fonte listado na tabela a seguir, meça e anote a tensão e a corrente no diodo : OBS . : NESTE CASO, DEVE-SE MEDIR A TENSÃO SEPARADAMENTE DA CORRENTE, COMO MOSTRA A FIGURA :

Ve (V) VR (V) IR (μA)

0

-0,5

-1

-1,5

-2

-3

-4

-5

-7

-10

-12

-15

5. Plote os valores obtidos nas tabelas, desenhando o gráfico da curva característica do diodo. 6. Responda: 6.1. Quando um diodo age como uma resistência alta ? _____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ 6.2. Como um diodo difere de um resistor comum ? _____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

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EXERCÍCIOS

1) Um material semicondutor é aquele que:

a) Somente se comporta como condutor; b) Possui oito elétrons na última camada; c) Só se comporta como isolante; d) Possui características elétricas ora condutoras, ora isolantes.

2) O que é a camada de valência?

________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

3) As lacunas: a) São “buracos” sem carga elétrica; b) Não se movem; c) Elas se movem e possuem carga negativa; d) Elas se movem e possuem carga positiva.

4) Em um cristal de semicondutor puro:

a) Não há maneira de haver uma boa condução de eletricidade; b) Sempre se comportará como condutor; c) A condução elétrica depende da temperatura; d) Pode existir boa condutibilidade sem necessariamente aquecê-lo.

5) Explique o que são átomos trivalentes, tetravalentes e pentavalentes.

________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

6) Por que a adição de impurezas num cristal semicondutor é necessária?

________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

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7) O semicondutor tipo P chama-se assim por que: a) As impurezas adicionadas possuem carga positiva; b) Possui um excesso de lacunas; c) As impurezas adicionadas possuem carga negativa; d) Possui um excesso de elétrons.

8) O semicondutor tipo N chama-se assim por que: a) As impurezas adicionadas possuem carga positiva; b) Possui um excesso de lacunas; c) As impurezas adicionadas possuem carga negativa; d) Possui um excesso de elétrons.

9) O que é um diodo?

________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

10) Ao se unir os cristais P e N, as cargas livres próximas à junção tendem a migrar para o outro lado. Por que o restante das cargas não faz o mesmo?

________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

11) O terminal no lado P é chamado de ANODO, assim como o terminal no lado N é chamado de CATODO. Por que esses terminais possuem esses nomes?

________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

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12) Sabendo-se que Ve = 10 V, VD = 0,7 V e RS = 1 k, determine o valor da corrente do diodo (ID).

DADOS: FÓRMULAS: CALCULAR :

Ve = 10 V Ve 0,7 V Rs

VDVe

Rs

VRsID

ID = ????

VD = 0,7 V Pdmáx = VD x IDmáx

RS = 1 k, VVD 7,0 Rs

Veáx Im

RESOLUÇÃO:

13) Sabendo-se que Ve = 8 V, VD = 0,7 V e RS = 15 k, determine o valor da corrente do diodo (ID).

DADOS : FÓRMULAS : CALCULAR :

Ve = 8 V Ve 0,7 V Rs

VDVe

Rs

VRsID

ID = ????

VD = 0,7 V Pdmáx = VD x IDmáx

RS = 15 k, VVD 7,0 Rs

Veáx Im

RESOLUÇÃO:

PARA OS EXERCÍCIOS 12 A 19,

CONSIDERE O CIRCUITO AO LADO:

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21

14) Sabendo-se que Ve = 20 V, VD = 0,7 V e RS = 470 , determine o valor da corrente do diodo (ID).


Ve = Ve 0,7 V Rs

VDVe

Rs

VRsID

ID = ????

VD = Pdmáx = VD x IDmáx

RS = VVD 7,0 Rs

Veáx Im

RESOLUÇÃO:

15) Sabendo-se que Ve = 15 V, VD = 0,7 V e RS = 100 , determine o valor da corrente do diodo (ID).


Ve = ID = ????

VD = RS = RESOLUÇÃO:

ETEC LAURO GOMES

22

16) Sabendo-se que Ve = 5 V, VD = 0,7 V e PD = 7 mW, determine o valor do resistor RS. DADOS : FÓRMULAS : CALCULAR :

RS = ????

RESOLUÇÃO:

17) Sabendo-se que Ve = 7 V, VD = 0,7 V e PD = 10 mW, determine o valor do resistor RS. DADOS: FÓRMULAS : CALCULAR :

RESOLUÇÃO:

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23

18) Sabendo-se que Ve = 3 V, VD = 0,7 V e PD = 3 mW, determine o valor do resistor RS. DADOS : FÓRMULAS : CALCULAR :

RESOLUÇÃO:

19) Sabendo-se que Ve = 12 V, VD = 0,7 V e PD = 14 mW, determine o valor do resistor RS.


RESOLUÇÃO:

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24

DADO O CIRCUITO E GRÁFICO ABAIXO, RESOLVA OS EXERCÍCIOS 20 E 21:

20) Sabendo-se que Ve = 2 V e RS = 400 , os valores de VD e ID, são, respectivamente:

a) VD = 0,9 V e ID = 0,75 mA ; b) VD = 1,0 V e ID = 2,50 mA ; c) VD = 0,7 V e ID = 3,25 mA ; d) VD = 1,0 V e ID = 1,50 mA .


RESOLUÇÃO:

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25

21) Sabendo-se que Ve = 2 V e RS = 200 , os valores de VD e ID, são, respectivamente:

a) VD = 0,7 V e ID = 6,50 mA; b) VD = 1,0 V e ID = 2,25 mA; c) VD = 1,2 V e ID = 4,50 mA; d) VD = 1,0 V e ID = 2,50 mA.


RESOLUÇÃO:

22) O diodo não conduz na polarização reversa por que:

a) Os portadores minoritários não permitem; b) A camada de depleção aumenta; c) A barreira de potencial diminui; d) O aumento de energia térmica conseqüente não permite.

23) A corrente de saturação: a) Depende da tensão; b) Depende da temperatura; c) Depende do tipo de impureza; d) Depende da resistência.

24) A corrente de fuga superficial:

a) Depende da tensão; b) Depende da temperatura; c) Depende do tipo de impureza; d) Depende da resistência.

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26

25) Considerando o circuito abaixo: DADOS : FÓRMULAS : CALCULAR :

RESOLUÇÃO:

e sabendo-se que RS = 1k5 , RD = 15 e Ve = 30 V, determine o valor da corrente ID, utilizando o 3

o modelo de diodo.

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27

CIRCUITOS COM DIODOS

SINAIS ELÉTRICOS ALTERNADOS

Tanto a tensão como a corrente elétrica pode ser de dois tipos: CONTÍNUA ou ALTERNADA.

Uma fonte de tensão contínua é aquela cuja tensão NÃO MUDA DE SENTIDO conforme o tempo. Abaixo, na figura 32, temos um exemplo de fonte de tensão contínua e constante:

FIGURA 32: FONTE DE TENSÃO CC

Exemplos de fontes de tensão contínua são as pilhas e as baterias, pois mantém sempre a mesma polaridade da tensão. As fontes de tensão ALTERNADA são chamadas assim porque a tensão alternada MUDA DE SENTIDO conforme o tempo:

FIGURA 33: FONTE DE TENSÃO CA

Neste caso, a tensão elétrica é gerada por um fenômeno eletromagnético chamado indução eletromagnética.

No exemplo acima, temos uma tensão alternada correspondente a uma função seno. Não que todas as tensões alternadas sejam assim, porém é desse tipo que vamos utilizar em nossos circuitos eletrônicos com diodos.

PODEMOS NOTAR PELO

GRÁFICO Vxt QUE A TENSÃO ELÉTRICA U NÃO VARIA CONFORME O TEMPO t.

PODEMOS NOTAR PELO

GRÁFICO Vxt QUE A TENSÃO ELÉTRICA U VARIA

CONFORME O TEMPO t. TEMOS ENTÃO U(t), UMA TENSÃO EM FUNÇÃO DO

TEMPO.

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28

Sendo assim, vamos definir alguns valores importantes para esta função periódica:

FIGURA 34: VALORES CARACTERÍSTICOS DE UM SINAL ELÉTRICO

PERÍODO : É o intervalo de tempo, em segundos, que o sinal elétrico

periódico necessita para completar o seu ciclo. No nosso caso, o

período (T) vai, por exemplo, do começo do semiciclo positivo (t1) até o

final do semiciclo negativo (t2) :

12 ttT

FREQÜÊNCIA: É o número de ciclos que o sinal elétrico possui em um

intervalo de tempo de um segundo. A unidade desta grandeza (f) é o

hertz (Hz).

Tf

1

VALOR MÁXIMO : É o máximo valor absoluto que o sinal elétrico pode

atingir. Também chamado de VALOR DE PICO. No nosso caso, o valor de

pico da tensão é Up.

VALOR MÍNIMO : É o mínimo valor absoluto que o sinal elétrico pode

atingir. No nosso caso, o valor mínimo da tensão é o valor de pico

negativo (-Up), uma vez que o sinal elétrico é simétrico.

VALOR DE PICO-A-PICO : É a diferença entre o valor máximo e o valor

mínimo. No nosso caso, esta diferença resultará no dobro do valor de

pico (Vpp = 2Up).

VALOR MÉDIO : É a média aritmética de todos os valores do sinal

elétrico envolvidos em um ciclo completo. No nosso caso, como o sinal

é simétrico e periódico, o valor médio (Vm) da tensão vale zero.

VALOR EFICAZ : Corresponde a um valor de tensão ou corrente (abaixo

do valor máximo) alternada capaz de fornecer a mesma energia (ou

dissipar a mesma potência) equivalente a um valor de tensão ou

corrente contínua. No nosso caso, o valor eficaz da tensão vale :

2

UpUef

EM TENSÃO ALTERNADA, É

COMUM NOS REFERIRMOS A VALOR EFICAZ, POIS É BASTANTE

UTILIZADO NA PRÁTICA, ABRANGENDO NÃO SÓ CIRCUITOS

ELETRÔNICOS COMO OS ELÉTRICOS E TAMBÉM AS

ESPECIFICAÇÕES DE MÁQUINAS ELÉTRICAS E DE APARELHOS

ELETRODOMÉSTICOS.

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29

EXPERIÊNCIA Nº 3 : UTILIZAÇÃO DO GERADOR DE ÁUDIO

OBJETIVO: Identificar e praticar com o gerador de áudio, conhecendo seus controles e compreendendo suas funções. MATERIAL A SER UTILIZADO : 01 Osciloscópio com duas pontas de prova; 01 Gerador de áudio. PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL:

1. Localize o gerador de áudio. Descreva seus principais botões e controles:

2. Ligue o gerador de áudio e verifique com o professor a melhor posição das chaves e

botões do mesmo. 3. Conecte o terminal BNC da outra ponta de prova na saída de áudio do osciloscópio. 4. Interligue os dois cabos de osciloscópio (ponta de prova com ponta de prova; garra “jacaré”

com garra “jacaré”).

5. Selecione o sinal do tipo “ ~ “ do gerador de áudio. RESPONDA: Que tipo de sinal é este?

6. Coloque o botão AC – GND – DC do osciloscópio na posição AC.

7. Coloque os controles do osciloscópio VOLTS/DIV em 2V/DIV e TIME/DIV em 0,5 ms/DIV.

8. Com o ajuste de AMPLITUDE do gerador de áudio, injete no CH1 um sinal de 4V de pico a pico. Após isso, ajuste a freqüência do sinal do gerador de áudio para obter 1 kHz. Ajuste os controles POSITION e POSITION do osciloscópio em posições adequadas para que a forma de onda mostrada na tela fique alinhada com o reticulado. Desenhe a forma de onda:

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30

9. Mude o tipo de sinal para: a) triangular e b) quadrada. Desenhe as formas de onda: a) b)

10. Agora, para a tabela a seguir, você deve ajustar a melhor escala no osciloscópio para que a forma de onda do sinal seja apresentada na tela com uma amplitude apropriada e um número conveniente de picos:

TIPO DE ONDA

PERÍODO TEÓRICO

FREQUÊNCIA (GERADOR DE

ÁUDIO)

Nº DIVI HORIZ

TIME/ DIV

PERÍODO MEDIDO

AMPLITUDE (GERADOR DE

ÁUDIO)

Nº DE DIVISÕES

VERTICAIS VOLTS/DIV

SE

NO

IDA

L

16,67 ms 60 Hz 2 V

10 ms 100 Hz 4 V

2 ms 500 Hz 3 V

0,5 ms 2 kHz 5 V

50 µs 20 kHz 6 V

TR

IAN

GU

LA

R

100 ms 10 Hz 10 V

20 ms 50 Hz 8 V

5 ms 200 Hz 7 V

0,2 ms 5 kHz 4,6 V

5 µs 200 kHz 5,5 V

QU

AD

RA

DA

0,5 ms 2 kHz 5,2 V

0,1 ms 10 kHz 3,4 V

20 µs 50 kHz 6,3 V

10 µs 100 kHz 4 V

2 µs 500 kHz 6 V

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31

CIRCUITOS CEIFADORES Observe o circuito abaixo:

FIGURA 35: CEIFADOR SÉRIE NEGATIVO

Como V2 é uma tensão alternada, ora o diodo vai conduzir (quando polarizado diretamente, no semiciclo positivo da tensão), e ora o diodo não vai conduzir (quando polarizado reversamente, no semiciclo negativo da tensão).Isto fará com que, quando o diodo conduzir, haverá tensão na saída; quando ele não conduzir, não haverá tensão na saída.:

FIGURA 36: SEMICICLO POSITIVO DA TENSÃO ALTERNADA V2

FIGURA 37: SEMICICLO NEGATIVO DA TENSÃO ALTERNADA V2

NOTE QUE A TENSÃO

APLICADA AO CIRCUITO CEIFADOR É V2, UMA TENSÃO

MENOR DO QUE A TENSÃO DE ALIMENTAÇÃO V1. ISTO FOI CONSEGUIDO GRAÇAS AO TRANSFORMADOR (TR)

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32

Vale lembrar que quando o diodo está conduzido, há uma tensão em seus terminais de 0,7 V; portanto, a tensão de pico da saída Vs vale:

7,02 pUpU S

Porém utilizaremos o 1º modelo de trabalho do diodo (diodo ideal) para analisar o funcionamento desses circuitos. Sendo assim, a tensão de saída VS acaba possuindo o mesmo valor de V2. Voltando ao gráfico, podemos notar que uma parte da tensão não chegou à saída do circuito; diz-se então que esta parte foi retirada, ceifada. Daí o nome de circuito ceifador. Como a parte negativa da tensão de entrada (V2) foi tirada da saída, dizemos que este circuito é um ceifador negativo. Para obtermos um ceifador positivo, basta inverter o diodo:

FIGURA 38: CEIFADOR SÉRIE POSITIVO

CIRCUITOS RETIFICADORES Circuito retificador de meia onda: A configuração mais simples de um retificador permite a passagem de apenas um dos semiciclos da tensão de entrada para a saída. É semelhante ao ceifador série. Na figura 39, temos um exemplo de circuito retificador meia onda:

FIGURA 39: RETIFICADOR DE MEIA ONDA ↔ CEIFADOR SÉRIE NEGATIVO

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33

Pode-se observar que, na saída VS, temos apenas a parte positiva da tensão. Apesar de esta ir de zero a um valor máximo e novamente a zero (sinal pulsante), ela é contínua, pois não inverte de sentido. Para o sinal de tensão de saída VS, os valores característicos são:

FIGURA 40: VALORES CARACTERÍSTICOS DE MEIA ONDA

Valor eficaz:

2

pUeficU s

S

Valor médio:

pUmU S

S

As especificações dos diodos devem obedecer aos limites impostos pelo circuito:

Corrente direta máxima:

RL

pUIDmáx S

Potência direta máxima:

IDmáxVDPDmáx

Tensão reversa máxima:

pUVRmáx 2

Como se pode notar, a saída é um sinal pulsante. As aplicações para este tipo de sinal não são muito abrangentes e para o tipo de circuito abordado aqui, este tipo de sinal pode danificar componentes eletrônicos. Sendo assim, é necessário tentar tornar o sinal o mais constante possível. Isto pode ser conseguido com a utilização de um filtro capacitivo:

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34

FIGURA 41: FILTRAGEM DE MEIA ONDA

Como no semiciclo positivo o diodo está conduzindo, o capacitor irá se carregar, até atingir o valor máximo. Para ficar mais fácil o entendimento, vamos considerar o circuito ideal, onde o capacitor ficará carregado com U2p. Então, no pico positivo, a tensão em C é U2p. Logo após o pico positivo, a tensão em V2 é ligeiramente menor que a tensão em C. Sendo assim, a tensão no capacitor polarizará reversamente o diodo, “abrindo-o”. O capacitor se descarrega através da resistência RL. A tendência é o capacitor perder toda a sua carga, o que não acontece porque a constante de tempo ζ de descarga é tal que a sua duração é bem maior do que o período T do sinal alternado. Sendo assim, ele perde uma pequena parte de sua carga, até o ponto onde a tensão em V2 seja maior do que a tensão em C, repetindo o processo acima descrito. A tensão US é quase uma tensão constante. Só não o é por causa das constantes cargas e descargas do capacitor, chamadas de ondulação. Esta tensão – ONDULAÇÃO OU RIPPLE – vale:

CfRL

UspVOND

onde f é a freqüência de entrada (da rede; 60 Hz). A ondulação não deve ultrapassar 10% de Usp. Circuito retificador onda completa com transformador de derivação central (center-tap): Neste tipo de circuito, onde o transformador possui uma derivação no meio do secundário, dois diodos são colocados de maneira que, tanto no semiciclo positivo como no negativo, a tensão na saída sempre estará no mesmo sentido:

FIGURA 42: CIRCUITO RETIFICADOR DE ONDA COMPLETA COM CENTER TAP

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35

No semiciclo positivo, o diodo D1 conduz, enquanto que D2 não. Assim, temos

2

21Vna saída. No semiciclo negativo, é a vez de D2 conduzir e D1 não; temos

2

22V na saída,

porém, graças à forma de como estão dispostos os diodos em relação ao transformador, a tensão na saída possui o mesmo sentido que antes, como podemos observar nas figuras 43 e 44:

FIGURA 43: SEMICICLO POSITIVO NO CIRCUITO DE ONDA COMPLETA

FIGURA 44: SEMICICLO NEGATIVO NO CIRCUITO DE ONDA COMPLETA Deve-se notar que nunca os diodos funcionam ao mesmo tempo. Se isto ocorrer, o transformador estará em curto-circuito. Para o sinal de tensão de saída VS, os valores característicos são:

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36

FIGURA 45: VALORES CARACTERÍSTICOS DA RETIFICAÇÃO ONDA COMPLETA

Valor eficaz:

2

pUeficU S

S

Valor médio:

pUmáxU S

S

2

As especificações dos diodos são:


RL

pUIDmáx S


IDmáxVDPDmáx Tensão reversa máxima:

pUVRmáx 22

Para que a tensão de saída seja apenas negativa, é necessário inverter os dois diodos. Na filtragem, a tensão na saída tem o seguinte aspecto:

FIGURA 46: FILTRAGEM NA RETIFICAÇÃO ONDA COMPLETA COM CENTER TAP

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37

Circuito retificador onda completa tipo ponte:

Este tipo de circuito utiliza quatro diodos montados numa configuração chamado ponte:

FIGURA 47: CIRCUITO RETIFICADOR DE ONDA COMPLETA TIPO PONTE

No semiciclo positivo, os diodos D4 e D2 estarão polarizados diretamente, enquanto que os diodos D1 e D3 estarão polarizados reversamente. No semiciclo negativo acontece o contrário.

FIGURA 48: SEMICICLO POSITIVO NO RETIFICADOR TIPO PONTE

FIGURA 49 : SEMICICLO NEGATIVO NO RETIFICADOR TIPO PONTE

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38

Para o sinal de tensão de saída VS, os valores característicos são:

FIGURA 50: VALORES CARACTERÍSTICOS NA RETIFICAÇÃO TIPO PONTE

Valor eficaz:

2

pUeficU S

S

Valor médio:

pUmáxU S

S

2


RL

pUIDmáx S


IDmáxVDPDmáx

Tensão reversa máxima:

pUVRmáx 2

O aspecto da tensão de saída com o filtro fica:

FIGURA 51: CIRCUITO RETIFICADOR DE ONDA COMPLETA TIPO PONTE COM FILTRO A ondulação vale (f = 120 Hz, se a freqüência da rede for 60 Hz), não devendo ser acima de 10 % de Usp.

CfRL

UspVOND

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39

EXERCÍCIOS

26) Para a forma de onda abaixo, calcule os valores do período (T), da freqüência (f), dos valores médio (Um) e eficaz (Uefic) ::

DADOS: FÓRMULAS: CALCULAR:

Up = 4 V 12 ttT T = ?????

Upp = 8 V T

f1

f = ?????

Um = ?????

2

UpUef Uef = ?????

RESOLUÇÃO:

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40

27) Para a forma de onda abaixo, determine os valores do período (T), da freqüência (f), dos valores médio (Um) e eficaz (Uefic).


Up = 10 V T = ?????

Upp = 20 V f = ????? Um = ????? Uef = ????? RESOLUÇÃO:

ETEC LAURO GOMES

41

28) Para a forma de onda abaixo, calcule os valores do período (T), da freqüência (f), dos valores médio

(Um) e eficaz (Uefic) são, respectivamente :


T = ?????

f = ????? Um = ????? Uef = ????? RESOLUÇÃO:

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42

29) Para a forma de onda abaixo, calcule os valores do período (T), da freqüência (f), dos valores médio

(Um) e eficaz (Uefic):


RESOLUÇÃO

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43

30) Desenhe a forma de onda de tensão de saída de um ceifador positivo:

31) Desenhe a forma de onda de tensão de saída do circuito abaixo:

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44

32) Para um retificador de meia onda, considere a tensão U2 EFIC 8,485 V e a freqüência da rede igual a 60 Hz. Calcule os valores médio e eficaz da tensão de saída US


Retificador meia onda 2

pUeficU s

S Usefic = ?????

U2EFIC 8,485V

pUmU S

S Usm = ?????

2

22

pUeficU

RESOLUÇÃO:

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45

33) Quais são as especificações do diodo do exercício 32 ?


Retificador meia onda RL

pUIDmáx S IDmáx=???

U2EFIC 8,485 V IDmáxVDPDmáx PDmáx=???

f = 60 Hz

RL = 150 pUVRmáx 2 VRmáx=???

RESOLUÇÃO:

34) Para um retificador de meia onda, considere a tensão U2 EFIC 10,6066 V e a freqüência da rede igual a 60 Hz. Calcule os valores médio e eficaz da tensão de saída US.


RESOLUÇÃO:

ETEC LAURO GOMES

46

35) Para o circuito do exercício 34, se considerarmos RL = 330 , qual o valor mais próximo do capacitor para que a ondulação na filtragem não ultrapasse 10 % de Usp?


RESOLUÇÃO:

36) Quais as especificações para o diodo do exercício 36?

DADOS: FÓRMULAS: CALCULAR: RESOLUÇÃO:

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47

37) Para um retificador de onda completa com center tap, considere a tensão U2 EFIC 14,1421 V e a freqüência da rede igual a 60 Hz. Determine os valores médio e eficaz da tensão de saída US.


Onda completa center tap 2

pUeficU s

S UM =?????

U2EFIC 14,1421 V

f = 60 Hz

pUmU S

S

2 UEFIC =?????

2

22

pUeficU

RESOLUÇÃO:



RESOLUÇÃO:

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48

39) Quais as especificações para o diodo do exercício 38 ?


40) Para um retificador de onda completa com center tap, considere a tensão U2 EFIC 21,2132 V e a freqüência da rede igual a 60 Hz. Quais os valores médio e eficaz da tensão de saída US?


RESOLUÇÃO:

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49



RESOLUÇÃO:



ETEC LAURO GOMES

50

43) Para um retificador tipo ponte, considere a tensão U2 EFIC 21,2132 V e a freqüência da rede igual a 60 Hz. Quais são os valores médio e eficaz da tensão de saída US?


RESOLUÇÃO:



RESOLUÇÃO:

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51



46) Para um retificador do tipo ponte, considere a tensão U2 EFIC 14,1421 V e a freqüência da rede igual a 60 Hz. Os valores médio e eficaz da tensão de saída US são :


RESOLUÇÃO:

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52



RESOLUÇÃO:

48) As especificações para o diodo do exercício 47 são :


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53

LED (Light Emitting Diode) – DIODO EMISSOR DE LUZ Geralmente, devido à baixa potência dissipada, esquece-se que um diodo de silício libera calor ao conduzir. Os LED’s são diodos compostos de arseneto de gálio, fazendo que a energia descrita no parágrafo anterior seja liberada na forma de luz, visível ou não.

FIGURA 52: DIODO EMISSOR DE LUZ – LED Na figura 52, pode-se observar como o LED é fisicamente; percebe-se que internamente (1) o catodo – K, é maior que o anodo – A, e que o lado do catodo é reto (2), além de como o diodo é representado simbolicamente (3). Sendo utilizados como sinalizadores em aparelhos e instrumentos eletrônicos, o LED funciona como se fosse um diodo comum: só funcionam se polarizados diretamente. A diferença é que eles conduzem com uma tensão maior, geralmente entre 1,5 e 2,5 V, além da corrente elétrica ser de intensidade menor (geralmente até 50 mA). Por causa disso, ao se utilizar um LED, é necessário associar um resistor em série na polarização direta:

FIGURA 53: CIRCUITO DE POLARIZAÇÃO DIRETA DE UM LED

Geralmente neste tipo de circuito, deseja-se calcular o valor do resistor Rs; para que isto seja possível, é necessário :

CONHECER O VALOR DA TENSÃO DE ENTRADA Ue;

CONHECER OS DADOS QUIESCENTES DO LED (VD E ID).

Na figura 53, se aplicarmos a lei de Kirchhoff das malhas (tensões), teremos:

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54

Ue = VRs + VD VRs = Ue – VD

A tensão no resistor Rs, pela 1ª Lei de Ohm, vale

VRs = Rs x ID Sendo assim, a corrente no LED vale :

Rs

VRsID

Rs

VDUeID

Portanto, o resistor Rs vale : Os LED’s também podem ser utilizados na confecção de um indicador chamado DISPLAY:

FIGURA 54: DISPLAY DE 7 SEGMENTOS

ID

VDUeRs

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55

No caso, o LED corresponde ao que se chama de segmento:

FIGURA 55: SEGMENTOS DE UM DISPLAY

Existem dois tipos de display de sete segmentos :

FIGURA 56: PRINCÍPIO DO DISPLAY TIPO CATODO COMUM

Na figura 56, todos os CATODOS dos segmentos estão interligados no terra (GND) ; por isso ele é denominado catodo comum. Sendo assim, para ligá-los, é necessário enviar um nível de tensão elétrica nas entradas dos segmentos (a, b, c, d, e, f, g), para que os mesmos fiquem polarizados diretamente e acendam.

FIGURA 57: PRINCÍPIO DO DISPLAY TIPO ANODO COMUM

Na figura 57, todos os ANODOS dos segmentos estão interligados em uma tensão elétrica (+ Vcc) ; por isso ele é denominado anodo comum. Sendo assim, para ligá-los, é necessário enviar o terra (GND) nas entradas dos segmentos (a, b, c, d, e, f, g), para que os mesmos fiquem polarizados diretamente e acendam.

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BIBLIOGRAFIA

ANZENHOFER, Karl ... et al. Eletrotécnica para escolas profissionais. 3ª Edição – São Paulo, Mestre Jou, 1980. CASSIGNOL, Etienne. Semicondutores : física e eletrônica. Rio de Janeiro, Edgar Blucher,1980 -----------------------------. Semicondutores : circuitos. Rio de Janeiro, Edgar Blucher,1980 CAPUANO, Francisco G. & MARINO, Maria A. M. Laboratório de eletricidade e eletrônica. São Paulo, Érica, 1989. CAPUANO, Francisco Gabriel. Elementos da eletrônica digital. São Paulo. Érica, 1996. COMO funciona. Enciclopédia de ciência e técnica. São Paulo, Abril Cultural, c. 1974 6V. MALVINO, Albert Paul. Eletrônica. São Paulo, McGraw-Hill, 1987. Vol. 1

MARQUES, Angelo... et al. Dispositivos semicondutores: diodos e transistores. São Paulo, Érica, 1997. Coleção Estude e Use MILLMAN, Jacob. Microeletrônica. Lisboa, McGraw-Hill, 1986. Vol. 1

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