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EE530 Eletrônica Básica I1A – Introdução

Prof. Fabiano Fruett

Introdução

• Eletrônica versusMicroeletrônica

• Exemplo de sistemas microeletrônicos

• Conceitos Básicos– Circuitos Analógicos e Digitais

– Teoremas Básicos

Eletrônica Discreta versusIntegrada (Micro ou nanoeletrônica)

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Por que Integrar?Quais são as vantagens e desvantagens?

Quando e Como integrar?

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Evolução da Eletrônica Integrada19581947 1961 1997

1 transistor 7,5 M transistores

Comparativo e evolução da tecnologia para microprocessadores

8-Core Itanium

3,100,000,000 2012 Intel 32 nm * 544 mm²

62-Core Xeon Phi

5,000,000,000 2012 Intel 22 nm

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Intel 4004 2,300 1971 Intel 10 µm 12 mm²

Nome nº de transistores ano Fabricante Pitch Área de Si

*

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Exemplo de sistemas eletrônicos

• Sistema de monitoramento da pressão em pneus de automóveis

• Câmera Digital

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IE 012 6

Sistema para Monitoramento da pressão dos pneus

Fonte da figura: VW

Produção nacional de veículos em 2012: 3.8 milhões

Mercado potencial: 16 milhões de CIs por ano

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Câmera Digital

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Funcionamento de um fotodiodo

Matriz de Pixels em uma câmera Digital

Uma coluna da Matriz

Conexão do Focal Planar Array (FPA) com o ADC

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Eletrônica Analógica

Eletrônica Digital

Processamento de sinais

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Sinais Analógicos e Sinais Digitais

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Sinal Digital de 100 Mb/s e 1 Gb/s

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Efeito do Ruído em um Sinal Digital

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Amostragem para conversão analógico-digital

Circuito Sample and Hold

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Conversor analógico-digital

0 1 2 10 1 2 12 2 2 ... 2N

ND b b b b −−= + + +

b0 é o bit menos significativo (Least Significant Bit – LSB) ebN-1éo bit mais significativo (Most Significant Bit – MSB).

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A 13

Exemplo de aplicação dos conversores de dados:

Sistema de controle

Fonte: R. Tocci and N. Widmer, Digital Systems

Continua em EE610 Eletrônica Digital ...

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Considerações sobre precisão e exatidãoem sistemas analógicos e digitais

Precisão Exatidão

8

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Precisãovs. Exatidão

exatidão boa precisão pobre

exatidão pobreprecisão boa

exatidão boaprecisão boa

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Precisão e Exatidão

Precisão:É a capacidade do sistema de medida fornecer a mesma leitura quando a mesma quantidade é medida nas mesmas condições (ambiente, operador etc). A precisão não considera a coincidência entre o resultado e o verdadeiro valor da medida.

Exatidão: Considera o desvio entre o valor representado na saída do sistema e o valor ideal ou verdadeiro aplicado em sua entrada.

Quantidade medida

Núm

ero

de

me

dida

s

9

Pergunta: Como podemos relacionar precisão e exatidão com sistemas de

medida analógicos e digitais?

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Circuitos Analógicos – Circuitos Digitais e Circuitos MixSignal (AMS)

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Exemplos de circuitos e sistemas AMS:

• Câmera Digital

• DVD Player

• Telefone celular

• RFID tags

• Conversores de sinais (A/D e D/A)

• Transdutores (sensores e atuadores)etc

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Informações importantes aos descrentes da tecnologia analógica

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• A grande maioria dos CIs digitais incorpora circuitos analógicos.

• Os limites dos sinais digitais tem natureza analógica.

• Sensores e Atuadores são, em grande maioria, elementos estritamente analógicos

• Engenheiros eletrônicos analógicos são minoria no mercado, portanto ...

Teoremas Básicos de Circuitos

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Lei das Correntes de Kirchhoff (LCK) ou Lei dos nós

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Lei das Tensões de Kirchhoff (LTK)

A 21

Circuito Equivalente de Thévenin

A 22

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Circuito Equivalente de Norton

A 23

A 24

0SR ≃

+

−( )sv t

SR

( )si tSR

SR ∞≃

Fonte de tensão Fonte de corrente

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Análise de circuitos eletrônicos

Blocos:• Fonte de sinal• Circuito eletrônico• Carga

Exemplo:

• Microfone

• Amplificador

• Alto falante

de sinal

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Fonte

Sinal representado por uma fonte de tensão

Sinal representado poruma fonte de corrente

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CargaElemento que recebe o sinal processado pelo circuito eletrônico; pode ser uma simples associação de componentes passivos ou ser composta por um estágio do circuito

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Circuito eletrônico

Processa o sinal da fonte antes de entregá-lo à carga

Exemplo: Amplificador de tensão

ii

i

vZ

i=

Sinal de entrada nulo

oo

o

vZ

i=

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Exemplo 1.5

29

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Amplificador de tensão com fonte de sinal de entrada e carga resistiva

Sedra/Smith Fig. 1.17

16

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Parâmetros relacionados ao ganho

Ganho de tensão decircuito aberto

Ganho de tensão

Ganho de tensão global

o i Lvo

s i s L o

v R RA

v R R R R=

+ +L

ovo

i R

vA

v→∞

≅

o Lv vo

i L o

v RA A

v R R≅ =

+

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Amplificador de corrente

Sedra/Smith Tab. 1.1

17

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Amplificador de transcondutância

Sedra/Smith Tab. 1.1

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Amplificador de transresistência

Sedra/Smith Tab. 1.1

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Conceitos básicos de análise e projetos de circuitos eletrônicos

Análise: Uma vez conhecidos os valores ecaracterísticas dos componentes do circuito, trata-se da obtenção dos valores de tensão e/ou correntepara estes componentes ou de parâmetros decircuitos, como impedâncias ou ganhos.

Geralmente os modelos de amplificadores sãounilaterais, isto é, o sinal é unidirecional, sócircula da entrada para a saída. Portanto a análiseparte de fonte em direção a carga.

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Projeto

Processo de calcular valores e especificações decomponentes e de escolher dispositivos de formaque os circuitos realizem o processamentonecessário do sinal.

O projeto é feito utilizando-se das equaçõesobtidas durante a análise para obtenção dosvalores dos componentes.

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SimulaçãoA simulação é uma ferramenta valiosa dentro doprocesso de análise e projeto de circuitos. Contudo afidelidade do resultado de simulação depende dosmodelos e parâmetros utilizados. A análise dosresultados de simulação deve ser criteriosa.

A simulação é uma caricatura da realidade

O programa de simulação de circuitos eletrônicosmais utilizado é o PSPICE.

http://www.orcad.com/downloads/demo/default.asp

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Dicas • Os livros Razavi e Sedra/Smith trazem ao final de

cada capítulo alguns exemplos de simulação com PSPICE.

• O livro do Boylestad traz exemplos de análise computacional passo-a-passo.

• Material Complementar (página do curso)– Apostila PSPICE, Prof. Rodrigo Cutri– Pspice Exemplo 1.5 (Sedra), resposta em freq. dos

amplif.

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Sugestão de estudo

• Razavi Cap. 1

• Sedra/Smith quarta edição– Cap. 1, seções 1.1, 1.3, 1.4 e 1.5

– Problemas : 1.1, 1.2, 1.11, 1.15 e 1.16

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FIM