Eletric i Dade

EELLEETTRRIICCIIDDAADDEE

Fundamentos e Conceitos de

Eletricidade

Manual de Experiências

IVAN JORGE CHUEIRI

Eletricidade

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Fundamentos e Conceitos de Eletricidade

Ivan Jorge Chueiri

Eletricidade

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2010 – 1ª Edição,

Curitiba, PR.

Eletricidade

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Í N D I C E

PREFÁCIO ....................................................................................................................................................................................... 4

BIBLIOGRAFIA .............................................................................................................................................................................. 5

A EVOLUÇÃO DA ELETRICIDADE ......................................................................................................................................... 6

RESISTORES ................................................................................................................................................................................... 14

CAPACITORES ............................................................................................................................................................................... 16

INDUTORES ................................................................................................................................................................................... 19

DIODOS ............................................................................................................................................................................................ 23

INSTRUMENTOS DE BANCADA .............................................................................................................................................. 27

TRANSFORMADORES ................................................................................................................................................................ 29

LEI DE OHM ....................................................................................................................................................................................... 32

LEIS DE KIRCHHOFF ...................................................................................................................................................................... 32

RESISTORES E A LEI DE OHM ..................................................................................................................................................... 34

CAPACITORES ................................................................................................................................................................................... 37

INDUTORES ........................................................................................................................................................................................ 40

DIODOS EMISSORES DE LUZ ........................................................................................................................................................ 42

REGULADORES DE TENSÃO ......................................................................................................................................................... 46

FONTE REGULADA E GERADOR DE BASE DE TEMPO ......................................................................................................... 49

FONTE REGULADA DE 12V E 5V COM GERADOR DE BASE DE TEMPO TTL – FIXO 60Hz E VARIÁVEL .............. 53

OSCILADORES ................................................................................................................................................................................... 56

GERADOR DE IMPULSOS ......................................................................................................................................................... 59

TRANSISTORES ............................................................................................................................................................................ 61

ACIONAMENTO DE RELÉS ATRAVÉS DE RESISTORES ................................................................................................ 65

FONTE REGULADA COM AJUSTE E PROTEÇÃO ............................................................................................................. 67

TRANSISTORES DE UNIJUNÇÃO ........................................................................................................................................... 69

TRANSISTORES DE EFEITO DE CAMPO - JFET ...................................................................................................................... 73

TRANSISTORES DE EFEITO DE CAMPO - MOSFET ............................................................................................................... 81

AMPLIFICADORES OPERACIONAIS .......................................................................................................................................... 82

FONTE DE ALIMENTAÇÃO LINEAR – VARIÁVEL DE 2 A 30VDC ........................................................................................ 91

CIRCUITO SEQUÊNCIAL DE 16 CANAIS – UP/DOWN ............................................................................................................ 92

CONTADOR SEQUÊNCIAL ............................................................................................................................................................ 93

Eletricidade

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PREFÁCIO:

Este manual foi elaborado para execução de experimentos e desenvolvimentos de circuitos elétricos.

Diferentemente de outros manuais, este começa ensinando princípios de corrente alternada (AC), desde a

Geração, Transmissão e Distribuição de energia. Neste caso por distribuição temos a Tensão medida na tomada

elétrica, onde com um multímetro na escala de tensão apropriada, podemos medir o valor de tensão RMS (Root

Mean Square ou Valor Médio Quadrático), de um sinal Senoidal em uma freqüência de 60Hz, ou período de

16,66 ms (lembrando que o Período é o inverso da Frequência). A partir daí será mostrado como esta Tensão

gerada por uma Usina de Eletricidade, nos permite utilizá-la em equipamentos eletro-eletrônicos. Para que

possamos utilizar esta tensão que é de 127V ou de 220V (dependendo da região no Brasil), temos que usar um

componente elétrico conhecido como transformador. O transformador transforma uma tensão de alto valor

(127Volts) em uma ou mais tensões de baixo valor (15Volts, 12Volts, 9Volts). E a partir deste ponto começamos a

utilizar componentes elétricos para criar circuitos eletro-eletrônicos. Os componentes básicos, conhecidos como

componentes passivos são os Resistores, Capacitores, Indutores e Diodos.

A partir deste ponto será dada a noção de funcionamento destes componentes e utilização de instrumentos

adequados para a leitura de seus valores, verificação de polaridade e as demais características. Uma vez

conhecidos estes componentes, poder-se-á dar início a montagem de circuitos básicos de eletricidade e eletrônica,

com a ajuda deste manual.

Desde a invenção do transistor (transfer resistor) por John Bardeen, Willian Shockley e Walter Brattain,

cientistas do Bell Telephone Laboratories no dia 16 de dezembro de 1948 -- cinqüenta anos depois da descoberta

do elétron por Joseph John Thomson e cem anos depois do nascimento de Alexander Graham Bell, o transistor

valeu a seus inventores o prêmio Nobel de Física de 1956. É citado na edição de janeiro de 1998 da revista

“Proceedings of the IEEE” (edição comemorativa dos 50 anos do transistor) como “... a invenção da engenharia

elétrica mais revolucionária do século XX, cujo impacto é sentido todo momento, em todo lugar na era da

informação”.

Considerada a maior invenção do século XX, onde todo e qualquer equipamento movido, acionado, controlado

através da eletricidade, utiliza transistores. Modernos computadores, eletrônica embarcada, meios de

comunicação, equipamentos de diagnósticos, brinquedos, domótica e tudo mais no mundo da tecnologia, utilizam

transistores. A evolução da microeletrônica vem permitindo cada vez mais a diminuição do tamanho dos

transistores, que por sua vez vem permitindo maior quantidade de transistores em áreas de silício que outrora

permitia a criação de circuitos em VLSI (Very Large Scale of Integration). Hoje ultrapassa o conceito ULSI

(Ultra Large Scale of Integration), aumenta-se a velocidade dos dispositivos e finalmente diminui-se mais ainda o

tamanho dos transistores.

Eletricidade

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BIBLIOGRAFIA

ELETRICIDADE BÁSICA, Milton Gussow, ISBN 978-85-346-6122-7, Pearson Education do Brasil, São Paulo, 2ª ed., 639 pp;

CIRCUITOS ELÉTRICOS E ELETRÔNICOS, Carlos Peres Quevedo, LTC – Livros Técnicos e Científicos Editora S.A., Rio de Janeiro, 2ª ed., 476 pp;

CURSO DE CIRCUITOS ELÉTRICOS, VOL 1, VOL 2, L. Q. Orsini, Denise Consonni, ISBN 85-212-0332-2, Editora Edgard Blücher Ltda., São Paulo, 2ª ed., 723 pp;

LABORATÓRIO DE ELETRICIDADE E ELETRÔNICA, Francisco Gabriel Capuano, Maria Aparecida Mendes Marino, ISBN 978-85-7194-016-1,Editora Érica, São Paulo,

24ª ed., 309 pp;

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

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

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

THE ART OF ELECTRONICS, Horovitz and Hill, ISBN 0521370957, Cambridge University Press, 1125 pp;

BASIC ELECTRONICS,

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

INTEGRATED CONVERTERS,

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

THE 555 TIMER APPLICATION SOURCEBOOK, WITH EXPERIENCES,

Howard M. Berlin, ISBN 0-672-21538-1, Ed. Howard W. Sams & Co., Inc.; 158pp;

IC TIMER COOKBOOK,

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

CMOS COOKBOOK,

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

DIGITAL DESIGN WITH CPLD APPLICATIONS AND VHDL,

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

DIGITAL SYSTEMS: HARDWARE ORGANIZATION AND DESIGN, Frederick J. Hill & Gerald Peterson, ISBN: 0471808067, 3rd edition, John Wiley & Sons, 601 pp;

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

ELEMENTOS DE ELETRÔNICA DIGITAL,

Ivan V. Idoeta & Francisco G. Capuano, Editora Érica;

LOGIC CIRCUIT DESIGN,

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

LOGICWORKS 4.0, Book & CD ROM Edition, ISBN 0201326825, Addison-Wesley Pub Co., 202pp;

TTL COOKBOOK,

Don Lancaster, ISBN 0672210355, Howard W. Sans and Company, and 335pp;

Eletricidade

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A EVOLUÇÃO DA ELETRICIDADE

O estudo da eletricidade se divide em três grandes partes:

Eletrostática: Estuda o comportamento das cargas elétricas em repouso como, por exemplo, o estudo e compreensão do que é

carga elétrica, o que é campo elétrico e o que é potencial elétrico. O estudo científico da eletrostática é dividido em três partes:

atrito, contato e indução.

Eletrodinâmica: Estuda as cargas elétricas quando em movimentação. Ela estuda o que é corrente elétrica, os elementos de

um circuito elétrico (resistores e capacitores) bem como a associação deles, tanto em série quanto em paralelo.

Eletromagnetismo: Estuda o comportamento e o efeito produzido pela movimentação das cargas elétricas. É a partir desse

estudo que fica possível entender como ocorrem as transmissões de rádio e televisão, bem como entender o que vem a ser campo magnético, força magnética e muito mais.

Ambar amarelo

Tales de Mileto (624 A.C. – 556 A.C.)

William Gilbert (1544-1603)

Otto Von Guerick (1602-1686)

O filósofo Tales da cidade de Mileto (Grécia), no século VI A.C., já possuia o

conhecimento das propriedades elétricas e procurava descrever o efeito da eletrostática

no âmbar.O fenômeno eletrostático mais antigo conhecido é o que ocorre com o âmbar

amarelo no momento em que recebe o atrito e atrai corpos leves.

Também os indus da antiguidade aqueciam certos cristais que atraiam cinzas

quentes atribuindo ao fenômeno causas sobrenaturais. O fenômeno porém, permaneceu

através dos tempos apenas como curiosidade.

Foi no século XVI que o termo “eletricidade” passou a ser utilizado, quando

William Gilbert, físico e médico inglês publicou seu principal trabalho “De Magnete,

Magneticisque Corporibus, et de Magno Magnete Tellure” (Sobre os ímãs, os corpos

magnéticos e o grande imã terrestre) em 1600. Neste trabalho descreve suas

experiências com seu modelo de terra chamado terrella. Das experiências, conclui que

a Terra era magnética e esse era o motivo pelo qual as bússolas apontam para o norte

(anteriormente, era se dito que isto se devia a estrela polar ou as grandes ilhas

magnéticas no pólo norte que atraiam a bússola).

Em seu livro, mostra estudos sobre a eletricidade estática usando âmbar; em grego,

âmbar é chamado elektron, então, Gilbert decidiu chamar de eletricidade.

Foi o primeiro a usar os termos de força elétrica, atração elétrica, e pólo magnético. Também foi o primeiro intérprete na Inglaterra da mecânica celestial copérnica, e

postulou que estrelas fixas não estão todas a mesma distância da Terra.

A unidade de força magnetomotriz, também conhecido como potencial magnético,

é nomeado de gilbert em sua homenagem.

O cientista alemão Otto von Guerick, dedicou suas pesquisas ao estudo do vácuo e

eletrostática. Inventou o primeiro dispositivo gerador de eletricidade estática,

constituído de uma esfera giratória composta de enxofre com o qual foi conseguida a

primeira centelha elétrica através de máquinas.

O que o levou a criar esse aparelho foram as pesquisas de Gilbert, feitas em 1672,

sobre a eletrização por atrito.

Cientista inglês, Stephen Gray em 1727 observou que os condutores permitiam a

tranferência de eletricidade por indução. Mostrou o princípio do funcionamento dos

transformadores.

Foi o descobridor da eletrização por indução, observada em corpos metálicos.

Explicou as propriedades de condutores e isolantes, seu trabalho, porém, não é citado

na literatura corrente.

Foi laureado com as duas primeiras Medalhas Copley:

1731 - "Por seus novos experimentos sobre eletricidade: como encorajamento

devido à rapidez que sempre mostrou à Royal Society com suas descobertas e melhoramentos nesta parte das ciências naturais".

1732 - "Pelos experimentos realizados durante o ano 1732".

Eletricidade

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Stephen Gray (1666-1736)

Charles François de Cisternay du Fay

(1698 – 1739)

James Watt, (1736 – 1819)

Charles-Augustin de Coulomb

(1736 – 1806)

Charles Du Fay, químico frânces, descobriu trabalhando com corrente contínua,

que esta possuia polaridade, sendo que uma positiva e outra negativa. Através de

materiais pode comprovar sua teoria, a da existência de dois tipos de eletricidade, a

vítrea e a resinosa. A primeira positiva e a segunda negativa.

A partir do modelo primitivo de Otto Von Guerick, aprofundou as pesquisas

sobre as propriedades elétricas de numerosos materiais. Desenvolveu diversos experimentos a cerca da condução da eletricidade observando que um fio de barbante

seco era isolante enquanto que o barbante úmido era condutor. Estudou detalhadamente

o fenômeno da repulsão em corpos carregados, descobrindo também que os objetos

carregados se atraíam em certas circunstâncias enquanto que em outras se repeliam e

concluiu pela existência de duas espécies diferentes de eletricidade, que designou,

conforme o material de referência, por vítrea, a correspondente a hoje carga positiva, e

a resinosa, a forma negativa da carga elétrica.

Comprovou a existência de dois tipos de força elétrica: uma de atração, já

conhecida, e outra de repulsão. Para ele estava definido que a eletricidade tinha a

propriedade de atrair corpos leves. Assim, baseando-se em experiências com várias

substâncias, ele foi o primeiro a dividir os corpos em dois grandes grupos, segundo seu comportamento elétrico. A existência de dois tipos de eletricidade foi também

comprovada de forma independente pelo cientista estadunidense Benjamim Franklin,

que aparentemente desconhecia os trabalhos desenvolvidos na Europa. O norte-

americano criou o conceito de carga elétrica e atribuiu os sinais positivo e negativo

para distinguir os dois tipos. Nessa época, já haviam sido reconhecidas duas classes de

materiais: isolantes e condutores.

Construtor de instrumentos científicos, o matemático e engenheiro James Watt,

nascido em Greeock, Escócia destacou-se pelos melhoramentos que introduziu no

motor a vapor. Este feito constituiu num passo fundamental para a Revolução

Industrial. Foi um importante membro da Lunar Society.

Watt iniciou seus experimentos com vapor, incentivado por seu amigo o professor

John Robinson. Watt nunca havia trabalhado com máquinas a vapor, mas mesmo assim

ele persistiu na construção de um modelo. Encontrou muita dificuldade a princípio, mas continuou com seus experimentos. Descobriu a importância do calor latente, e

compreendeu a engenharia aplicada em tais máquinas, através dos conhecimentos de

Joseph Black, professor físico-químico que acabou por tornar-se famoso alguns anos

mais tarde, pelas suas idéias.

Watt, no Sistema Internacional, é a unidade de medida de potência. Refere-se à

potência de uma fonte capaz de fornecer, contínua e uniformemente, um joule por

segundo.

Engenheiro francês por formação, Charles Augustin de Coulomb foi

principalmente físico. Publicou sete tratados sobre a Eletricidade e o Magnetismo, e

outros sobre os fenômenos de torção, o atrito entre sólidos. Experimentador genial e

rigoroso, realizou uma experiência histórica com uma balança de torsão para

determinar a força exercida entre duas cargas elétricas, que originou a Lei de Coulomb.

A Lei de Coulomb é a lei da física que descreve a interação eletrostática entre

partículas eletricamente carregadas. Foi formulada e publicada em 1783 pelo físico francês Charles Augustin de Coulomb e foi essencial para o desenvolvimento do

estudo da Eletricidade.

Esta lei estabelece que o módulo da força entre duas cargas elétricas puntiformes

(q1 e q2) é diretamente proporcional ao produto dos valores absolutos (módulos) das

duas cargas e inversamente proporcional ao quadrado da distância (r) entre eles. Esta

força pode ser atrativa ou repulsiva dependendo do sinal das cargas. É atrativa se as

cargas tiverem sinais opostos. É repulsiva se as cargas tiverem o mesmo sinal.

O físico Alessandro Volta nasceu em Como, Itália. Em 1780, Volta mostrou que a

origem da corrente elétrica, descoberta por Luigi Galvani, não estava nos seres vivos,

mas sim no contato entre dois metais diferentes num meio ionizado. Volta contrariava

assim as afirmações de Galvani apoiadas em experiências com órgãos de animais e

eletricidade.

Decorrente destas suas investigações construiu as primeiras pilhas químicas no

Eletricidade

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Alessandro Giuseppe Antonio Anastasio

Volta (1745 - 1827)

Thomas Johann Seebeck (1770 – 1831)

Jean Charles Athanase Peltier

(1785 - 1845)

Hans Christian Oersted (1777-1851)

final do século XVIII, marcando o início do estudo da eletricidade e dos circuitos

elétricos. Estes estudos foram as bases do rápido desenvolvimento da teoria

eletromagnética nas décadas seguintes. Volta também descobriu e isolou o gás metano

e inventou o eletróforo, aparelho que permite produzir cargas eletrostáticas por atrito.

A pilha de Volta foi o primeiro gerador estático de energia elétrica a ser criado.

Volta construiu um equipamento capaz de produzir corrente elétrica continuamente. Ele empilhou alternadamente discos de zinco e de cobre, separando-os por pedaços de

tecido embebidos em solução de ácido sulfúrico. A pilha de Volta, produzia energia

elétrica sempre que um fio condutor era ligado aos discos de zinco e de cobre,

colocados na extremidade da pilha.

Em 1801 fez uma demonstração da pilha química a Napoleão, que o condecorou

com o título de conde. Foi diretor da Faculdade de Filosofia da Universidade de Pádua.

Em 1881, a unidade elétrica, o volt, foi nomeada em homenagem a Volta.

Thomas Johann Seebeck foi o físico alemão que em 1821 descobriu o efeito

termoeléctrico. Seebeck graduou-se em Medicina pela Universidade de Göttingen no

ano de 1802. Optou pela área de Física. Seus trabalhos na área de Termodinâmica permitiu-lhe descobrir em 1821 o efeito termoelétrico, através de uma junção de metais

distintos que produzia uma tensão elétrica. Conhecido como efeito Seebeck, explica o

funcionamento do termopar.

O efeito Seebeck é a produção de uma diferença de potencial (tensão elétrica)

entre duas junções de condutores (ou semicondutores) de materiais diferentes quando

elas estão expostos ao efeito da temperatura (força eletromotriz térmica).

O potencial (DDP) depende dos materiais que a compõem e da temperatura a que

se encontra.

Jean Charles Athanase Peltier, foi um físico francês que descobriu, em 1834, que

uma junção metálica (hoje conhecida como termopar) pode produzir calor ou frio,

dependendo da direção da corrente elétrica rendendo o nome de Efeito Peltier em sua homenagem. Embora o Efeito Seebeck, que produz energia elétrica através do calor,

tenha sido descoberto 13 anos antes por Thomas Johann Seebeck, Peltier descobriu a

capacidade reversível dos termopares para refrigerar, ou seja, gerar frio na junção

metálica.

O efeito Seebeck é a produção de uma DDP entre duas junções de condutores de materiais diferentes quando elas estão a diferentes temperaturas.

O reverso, é o efeito Peltier que é a produção de um gradiente de temperatura em duas junções de dois condutores de materiais diferentes quando aplicada uma DDP. A inversão de polaridade faz com que o lado frio, torne-se quente.

Estes dois efeitos podem ser também considerados como um só e denominado de efeito Peltier-Seebeck ou efeito termelétrico.

Em um ensaio publicado em 1813, Hans Christian Oersted previu que deveria

existir uma ligação entre a eletricidade e o magnetismo. Em 1819, durante uma aula de

Eletricidade, aproximou uma bússola de um fio percorrido por corrente. Com surpresa,

observou que a agulha se movia, até se posicionar num plano perpendicular ao fio.

Quando a corrente era invertida, a agulha girava 180º, continuando a se manter nesse

plano. Esta foi a primeira demonstração de que havia uma relação entre eletricidade e

magnetismo.

Esse efeito, que foi chamado efeito de Oersted, que pode ser verificado com uma

pilha comum de 3volts, um pedaço de cobre e uma bússola de bolso. Faça o fio passar sobre o vidro da bússola. Ligue uma ponta do fio a um dos pólos da pilha e a outra ao

pólo oposto. Assim que fizer a segunda ligação, a agulha da bússola mudará de

direção: deixará de apontar para o Norte para se colocar perpendicular ao fio de cobre.

Oersted publicou suas observações sobre o fenômeno em 1820. No mesmo ano,

apresentou-as em Paris, causando grande interesse entre os pesquisadores.

Sua descoberta acidental ocorrida no meio de uma aula pode hoje ser vista como a

iniciadora de um novo ramo de estudos: o eletromagnetismo.

Eletricidade

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André-Marie Ampère (1775 – 1836)

Johann Carl Friedrich Gauss, (Latin:

Carolus Fridericus Gauss - 1777– 1855)

Georg Simon Ohm (1789-1854)

André-Marie Ampère foi um físico, filósofo, cientista e matemático francês que

fez importantes contribuições para o estudo do eletromagnetismo, a partir dos trabalhos

iniciados por Hans Christian Oersted.

A partir dos experimentos de Oersted sobre o efeito magnético da corrente elétrica,

soube estruturar e criar a teoria que possibilitou a construção de um grande número de

aparelhos eletromagnéticos. Descobriu também as leis que regem as atrações e repulsões das correntes elétricas

entre si. Idealizou o galvanômetro, inventou o primeiro telégrafo elétrico e, em

colaboração com Arago, o eletroimã.

Entre suas obras, deixou por terminar Ensaio sobre a filosofia das Ciências, na

qual iniciou a classificação do conhecimento do homem.

Publicou Recueil d'Observations électro-dynamiques; La théorie des phénomènes

électro-dynamiques; Précis de la théorie des phénomènes électro-dynamiques;

Considérations sur la théorie mathématique du jeu; Essai sur la philosophie des

sciences.

Extraordinário professor, Ampère desenvolveu trabalhos muito importantes nos

campos da física, química e da matemática. Entre 1807 e 1816, estabeleceu a diferença entre átomos e moléculas. Enunciou o chamado “princípio de Avogadro”, descobriu

um ácido ao qual deu o nome de Fluorine, publicou uma tese sobre a refração da luz e

concebeu uma classificação de elementos, precursora da tabela periódica de elementos.

Em sua homenagem, foi dado o nome de ampère (símbolo: A ) à unidade de

medida da intensidade de corrente elétrica.

Johann Carl Friedrich Gauss, foi um matemático, astrônomo e físico alemão.

Conhecido como o príncipe dos matemáticos, muitos o consideram o maior gênio da

história da matemática. Seu QI foi estimado por psicólogos de cognição em cerca de

240.

Na física, a lei de Gauss é a lei que estabelece a relação entre o fluxo elétrico que

passa através de uma superfície fechada e a quantidade de carga elétrica que existe dentro do volume limitado por esta superfície. A lei de Gauss é uma das quatro

Equações de Maxwell e foi elaborada por Gauss no século XIX.

Matematicamente,

ou na forma diferencial

Onde:

E é o campo elétrico;

Γ é a superfície;

QΓ é a carga envolta por Γ;

ρ é a densidade volumétrica de carga;

ε0 é a permissividade do vácuo.

A forma diferencial e integral são equivalentes. É possível relacionar as

formulações através do teorema da divergência.

LEI DE OHM

Entre 1825 e 1827, Georg Simon Ohm desenvolveu a primeira teoria matemática da condução elétrica nos circuitos, baseando-se no estudo da condução do calor de

Fourier e fabricando os fios metálicos de diferentes comprimentos e diâmetros usados

nos seus estudos da condução elétrica. Este seu trabalho não recebeu o merecido

reconhecimento na sua época, tendo a famosa Lei de Ohm permanecido desconhecida

até 1841 quando recebeu a medalha Copley da Royal Society de Londres. O seu nome

foi dado à unidade de resistência elétrica no Sistema Internacional (SI) de unidades por

decisão do Congresso Mundial Elétrico reunido, em Chicago, em 1893.

Resistência elétrica é a capacidade de um corpo qualquer se opor à passagem de

corrente elétrica pelo mesmo, quando existe uma diferença de potencial aplicada. Seu

Eletricidade

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Michael Faraday (1791 — 1867)

Joseph Henry (1797 – 1878)

James Clerk Maxwell (1831-1879)

cálculo é dado pela Lei de Ohm e, segundo o Sistema Internacional de Unidades (SI), é

medida em ohms.

O RESISTOR

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

aplicada aos seus terminais.

Michael Faraday foi um físico e químico inglês, sendo considerado um dos

cientistas mais influentes de todos os tempos. Suas contribuições mais importantes e

seus trabalhos mais conhecidos foram nos intimamente conectados fenômenos da

eletricidade e do magnetismo, mas ele também fez contribuições muito importantes em

química.

A lei da indução de Faraday, elaborada por Michael Faraday em 1831, afirma que

“a corrente elétrica induzida em um circuito fechado por um campo magnético, é

proporcional ao número de linhas do fluxo que atravessa a área envolvida do circuito, na unidade de tempo”.

Gaiola de Faraday foi um experimento conduzido por Michael Faraday para

demonstrar que uma superfície condutora eletrizada possui campo elétrico nulo em seu

interior dado que as cargas se distribuem de forma homogênea na parte mais externa da

superfície condutora.

Farad (símbolo F) é a unidade SI de capacitância elétrica. Seu nome foi dado em

homenagem ao cientista britânico Michael Faraday.

O farad é uma unidade muito grande, valores de capacitores são geralmente

expressos em microfarads (μF), nanofarads (nF), ou picofarads (pF).

Joseph Henry, cientista norte-americano, ainda em vida foi considerado o maior

desde Benjamin Franklin. Descobriu a auto-indução em circuitos elétricos, trabalhou no envio de sinais

elétricos à distância e explicou as bases para a criação de transformadores. Apesar do

seu êxito profissional, muitas das suas descobertas passaram despercebidas na época

talvez por utilizar uma metodologia qualitativa, recorrendo raramente à matemática nos

seus artigos.

A Henry também é creditada a invenção do motor elétrico, embora mais uma vez,

não tenha sido o primeiro a registrar a patente. Seus estudos acerca do relê

eletromagético foram a base do telégrafo elétrico, inventado por Morse e Wheatstone.

Mais tarde provou que as correntes podem ser induzidas à distância, magnetizando

uma agulha com a ajuda de um relâmpago a 13 quilómetros de distância.

Após a sua morte, a unidade de indutância ou resistência indutiva no Sistema Internacional (SI), foi batizada de henry (H), em reconhecimento do seu trabalho.

Em 1864 James Clerk Maxwell com 33 anos, havia predito matematicamente a

existência de ondas eletromagnéticas.

Equações de Maxwell

A teoria do eletromagnetismo foi sua obra-prima. Maxwell conseguiu pensar e

descrever matematicamente os fenômenos elétricos e magnéticos com um só grupo de

equações, as chamadas equações de Maxwell, que exprimem, em suas relações, a

unidade dos fenômenos elétricos e magnéticos. Lançavam-se as bases de toda a teoria

Eletricidade

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Heinrch Rudolf Hertz (1857-1894)

Guglielmo Marconi (1874-1937)

Thomas Alva Edison (1847-1931)

do eletromagnetismo, e as equações de Maxwell ainda hoje auxiliam, em sua forma

original, tanto o projetista de antenas como o estudioso da teoria da relatividade.

Servem também para calcular o movimento de um elétron dentro de uma máquina

aceleradora ou para entender o movimento de uma protuberância na atmosfera solar.

Além disso, prepararam o caminho para a invenção do rádio.

As transmissões sem fio começaram a ser vislumbradas com os estudos de

Heinrich Rudolf Hertz, físico alemão que no ano de 1887 fez a primeira demonstração

do processo de propagação de ondas eletromagnéticas através do espaço.

Em 1880, ano de sua diplomação, Hertz tornou-se assistente de von Helmholtz e,

durante os três anos que passou no instituto berlinense, ocupou-se com pesquisas

experimentais sobre a elasticidade dos gases e sobre as descargas elétricas através

destes. Em 1883, obteve a docência na Universidade de Kiel, onde começou a estudar a

eletrodinâmica de Maxwell. Este havia previsto teoricamente a existência das ondas

eletromagnéticas, mas o fato ainda não havia sido comprovado experimentalmente.

Guglielmo Marconi nasceu na cidade de Bolonha a 25 de abril de 1874. Filho de Giuseppi Marconi, um negociante casado com Ana Jameson, mãe de Guglielmo, que

descendia de uma famosa família de destiladores de Dublin. Desde a mais tenra idade

Guglielmo Marconi sempre foi um sonhador. Tinha uma paixão pela eletricidade e

passava horas a brincar com baterias e fios.

Em 1894 com 20 anos, Guglielmo teve conhecimento das descobertas de Hertz no

domínio da eletricidade. Hertz era um físico brilhante que provara a existência das

ondas eletromagnéticas, usando um equipamento rudimentar, fizera passar energia

elétrica entre dois pontos sem utilizar fios. Marconi pensou em controlar as ondas

Hertzianas para fins de comunicação. Bastaria juntar um manipulador telegráfico ao

transmissor e emitir as ondas em código Morse para enviar mensagens invisíveis

através do ar. Com dificuldades de concentração na escola, tornou-se um jovem

obcecado em inventar a telegrafia sem fios (TSF). De um dos lados de uma colina conseguiu que um sinal Morse fosse recebido do outro lado, a uma distância de dois

quilômetros e meio.

Seu maior feito foi a invenção do rádio. Aos 35 anos em 1909, Marconi recebe o

prêmio Nobel de Física, pelos seus inventos e suas contribuições.

Thomas Alva Edison nasceu no dia 11 de fevereiro de 1847 em Milan, Ohio. Por

volta de 1855, o reverendo Engle era o professor da única sala de aula da cidade, e

queixava-se de Thomas, que se recusava a fazer as lições. "O garoto é confuso da

cabeça, não consegue aprender", dizia. Três meses depois, Thomas Alva Edison deixou

a classe e nunca mais voltaria a freqüentar uma escola.

Edison registrou seu primeiro invento - uma máquina de votar, pela qual ninguém se interessou - quando tinha 21 anos. Dois anos mais tarde, inventou um indicador

automático de cotações da bolsa de valores. Vendeu-o por 40 mil dólares e tomou a

decisão de trabalhar em um laboratório próprio, num subúrbio de Nova York.

Em 1876, já famoso, a grandeza de seus recursos e a amplitude de suas atividades

motivaram a construção de um verdadeiro centro de pesquisas em Menlo Park. Era

quase uma cidade industrial. Possuía oficinas, laboratórios, assistentes e técnicos

capacitados. Nessa época, Edison chegou a propor-se a meta de produzir uma nova

invenção a cada dez dias. Não chegou a tanto, mas é verdade que, num certo período

de quatro anos, conseguiu patentear 300 novos inventos, o que equivale praticamente a

uma criação a cada cinco dias.

Em 1877 inventou o fonógrafo. Quando a gravação estava completa, a ponta era

substituída por uma agulha; a máquina desta vez reproduzia as palavras quando o cilindro era girado mais uma vez.

Em 1878, com 31 anos, propôs a si mesmo o desafio de obter luz a partir da

energia elétrica. Edison tentou inicialmente utilizar filamentos metálicos. Foram

necessários enormes investimentos e milhares de tentativas para descobrir o filamento

ideal: um fio de algodão parcialmente carbonizado. Instalado num bulbo de vidro com

vácuo, e se aquecia com a passagem da corrente elétrica até ficar incandescente sem,

porém derreter, sublimar ou queimar. Em 1879, uma lâmpada assim construída brilhou

por 48 horas contínuas e, nas comemorações do final de ano, uma rua inteira próxima

ao laboratório, foi iluminada para demonstração pública. Durante os trabalhos de

Eletricidade

12

Nikola Tesla (1856-1943)

Alexander Graham Bell (1847-1922)

Antonio Meucci (1808-1889)

desenvolvimento da lâmpada, Edison detectou outro fenômeno que passou a ser

chamado de Efeito Edison, que redundou na primeira válvula termiônica.

Nikola Tesla nasceu na Croácia. Foi engenheiro e estudou nas Universidades de

Gratz na Áustria e na de Praga na Checoslováquia. Em 1884 emigrou para os Estados

Unidos da América onde trabalhou para Edison. Três anos depois criou o seu próprio laboratório onde inventou o motor de indução que funciona com corrente alternada não

precisando de escovas. Trabalhou para Westinghouse impulsionando o uso da corrente

alternada na rede elétrica versus a utilização de corrente contínua defendida por

Edison.

O sistema de corrente alternada acabaria por se impor, devido às suas vantagens.

Tesla registrou inúmeras patentes entre as quais destaca-se a bobina de Tesla, uma

lâmpada precursora das lâmpadas fluorescentes e uma bomba que funcionava sem

palhetas. Tinha uma personalidade bastante excêntrica vivendo num mundo de

fantasia. Razão pela qual não lhe foi dado o devido crédito.

Tesla construiu um laboratório em Colorado Springs, em 1899, para efetuar

experimentos com eletricidade de alta freqüência e outros fenômenos. Naquele

laboratório ele recebeu e registrou ondas de rádio cósmicas, através de instrumentos

muito sensíveis desenvolvidos por ele. Quando anunciou que havia recebido sinais de

rádio extraterrestres, a comunidade científica não acreditou em suas palavras, porque

ainda não se tinha conhecimento da real existência das ondas cósmicas.

Alexander Graham Bell nasceu no dia 3 de março de 1847, em Edimburgo, na

Escócia. Sua família tinha tradição e renome como especialista na correção da fala e no

treinamento de portadores de deficiência auditiva.

Mais tarde, após ter emigrado para os Estados Unidos da América, em Boston,

fundou uma escola e nela lecionava fisiologia vocal. A partir da idéia de Antonio

Meucci, Graham Bell registrou a patente do telefone em 1876. No ano seguinte formou

a empresa "Bell Telephone Company". As suas invenções são imensas e viram

contribuir para um rápido desenvolvimento de muitas ansiedades da humanidade.

Bell apresentou seu invento ao público na Exposição do Centenário, na Filadélfia.

Porém, em 1856 Meucci construiu um telefone eletromagnético - que denominou

telettrofono - para conectar seu escritório ao seu quarto, localizado no segundo andar da casa, pois sua esposa sofria de reumatismo.

Porém, devido a dificuldades financeiras, Meucci apenas conseguiu pagar a patente

provisória de sua invenção. Acabou vendendo o protótipo do telefone a Alexander

Graham Bell, que, em 1876, patenteou a invenção como sua. Meucci o processou, mas

acabou falecendo durante o julgamento e o caso foi encerrado. Assim, Graham Bell foi

considerado durante muitos anos como inventor do telefone.

O trabalho de Meucci foi reconhecido postumamente em 11 de junho de 2002,

quando o Congresso dos Estados Unidos aprovou a resolução N°. 269, estabelecendo

que o inventor do telefone fora, na realidade, Antonio Meucci e não Alexander Graham

Bell, como vinha sendo divulgado.

Eletricidade

13

John Ambrose Fleming (1849-1945)

Bardeen, Shockley e Brattain

Jack Kilby (1923-2005)

Frank Wanlass (1933-2010)

O DIODO

Nove anos após Edison ter descoberto o efeito que passou a ter seu nome (Efeito

Edison), em 1904, outro pesquisador inglês, John Ambrose Fleming daria

prosseguimento e obteria o primeiro resultado prático. Ao contrário de Edison e

Preece, que utilizaram como segundo elemento, apenas um fio metálico, ao professor Fleming ocorreu à idéia de envolver todo o filamento da lâmpada com uma placa

metálica. Fleming foi aluno James Clerk Maxwell nas cadeiras de matemática e

eletricidade. Foi consultor científico de Marconi de 1899 a 1905, onde desenvolveu

técnicas de radiotelegrafia, osciladores de centelhamento, geradores de ruído branco, e

desenvolvimento de circuitos sintonizados.

O TRANSISTOR

Inventado por cientistas do Bell Telephone Laboratories no dia 16 de dezembro de

1947 - cinqüenta anos depois da descoberta do elétron por Joseph John Thomson e

cem anos depois do nascimento de Alexander Graham Bell - o transistor valeu aos seus inventores o prêmio Nobel de Física de 1956.

O invento de John Bardeen, William Bradford Shockley e Walter Houser

Brattain (todos com formação em física), possibilitou uma enorme evolução na

eletrônica contemporânea. Por este feito os três cientistas receberam o Prêmio Nobel

de Física em 1956.

John Bardeen foi o único cientista a receber dois prêmios NOBEL, o segundo pela

comprovação da supercondutividade conhecida como Teoria BCS (Bardeen, Cooper e

Schrieffer).

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

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

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

O CIRCUITO INTEGRADO

O primeiro circuito integrado (U.S. Patent 3,435,516), um conjunto de transistores

em uma mesma lâmina de silício e transistores em germânio foi inventado pelo

pesquisador da TEXAS Instruments, Jack St. Clair Kilby (físico e engenheiro

eletricista), também inventor da primeira calculadora portátil (U.S. Patent 3,496,333)

e impressoras térmicas (U.S. Patent 3,819,921). Além de ganhador do Nobel de Física

em 2000, pela sua contribuição à microeletrônica, em sua homenagem um dos flip-

flops mais utilizado em circuitos digitais leva suas iniciais. Flip-flop JK. O projeto da impressora térmica foi conseqüência do desenvolvimento da

calculadora, pois à época, não existiam displays de cristal líquido e os displays tipo

tubos NIXIE (válvulas a vácuo com números luminescentes) eram grandes e trabalham

com tubos alta tensão.

A TECNOLOGIA CMOS

No início da tecnologia MOS, os transistores pMOS foram mais utilizados, apesar

do conceito de Complementary MOS (CMOS) já estivesse sido introduzido por

Weimer. O problema ainda é a dificuldade de eliminação de estados de superfície nos

transistores nMOS.

A tecnologia CMOS foi inventada por Chih-Tang Sah e Frank Wanlass da

Fairchild R&D Laboratory (US Patent 3,356,858 - "Low Stand-By Power

Complementary Field Effect Circuitry") onde mostravam circuitos lógicos combinando

transistores canal P e transistores canal N em simetria complementar.

Eletricidade

14

RESISTORES

RESISTÊNCIA ELÉTRICA:

Por definição, é todo material ou dispositivo que transforma energia elétrica em calor, explicado pelo Efeito Joule.Um

resistor ideal é um componente com uma resistência elétrica que permanece constante independentemente da tensão ou

corrente elétrica que circular pelo dispositivo.

A característica principal de um resistor é sua resistência, dada em Ohms, possuindo relação entre tensão e corrente.

Essa relação é dada por uma simples equação, Lei de Ohm:

R = E/i

R = Resistência dada em Ohms (Ω);

E = Tensão dada em Volts (V);

I = Corrente dada em Ampère (A).

RESISTIVIDADE ELÉTRICA:

A resistência elétrica de um material condutor depende da sua geometria e composição. O parâmetro relativo ao

material e denominado resistividade elétrica. Em um dado material homogêneo de comprimento l e seção transversal A a

resistividade será:

R = ρ l / A (Ωm)

R = Resistência elétrica dada em Ohms (Ω);

ρ = Resistividade elétrica do material;

l = Comprimento;

A = Área da seção transversal.

SÉRIES E6, E12, E24 (Resistores de quatro faixas)

SÉRIE E6 1,0 – 1,5 – 2,2 – 3,3 – 4,7 – 6,8

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

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

6,2 – 6,8 – 7,5 – 8,2 – 9,1

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

SÉRIE E48 1,00 – 1,05 – 1,10 – 1,15 – 1,21 – 1,33 – 1,40 – 1,47 – 1,54 – 1,62 – 1,69 – 1,78 – 1,87 – 1,96 – 2,05 – 2,15

2,26 – 2,37 – 2,49 – 2,61 – 2,74 – 2,87 – 3,01 – 3,16 – 3,32 – 3,48 – 3,65 – 3,83 – 4,02 – 4,22 – 4,42 – 4,64 4,87 – 5,11 – 5,36 – 5,62 – 5,90 – 6,19 – 6,49 – 6,81 – 7,15 – 7,50 – 7,87 – 8,25 – 8,66 – 9,09 – 9,53

SÉRIE E96 1,00 – 1,02 – 1,05 – 1,07 – 1,10 – 1,13 –1,15 – 1,18 – 1,21 – 1,24 – 1,27 – 1,30 – 1,33 – 1,37 – 1,40 – 1,43 1,47 – 1,50 – 1,54 – 1,58 – 1,62 – 1,65 – 1,69 – 1,74 – 1,78 – 1,82 – 1,87 – 1,91 – 1,96 – 2,00 – 2,05 – 2,10

2,15 – 2,21 – 2,26 – 2,32 – 2,37 – 2,43 – 2,49 – 2,55 – 2,61 – 2,67 – 2,74 – 2,80 – 2,87 – 2,94 – 3,01 – 3,09

3,16 – 3,24 – 3,32 – 3,40 – 3,48 – 3,57 – 3,65 – 3,74 – 3,83 – 3,92 – 4,02 – 4,12 – 4,22 – 4,32 – 4,42 – 4,53

4,64 – 4,75 – 4,87 – 4,99 – 5,11 – 5,23 – 5,36 – 5,49 – 5,62 – 5,76 – 5,90 – 6,04 – 6,19 – 6,34 – 6,49 – 6,81

7,15 – 7,32 – 7,50 – 7,68 – 7,87 – 8,06 – 8,25 – 8,66 – 8,87 – 9,09 – 9,31 – 9,53 – 9,76

SÉRIE E192 1,00 – 1,01 – 1,02 – 1,04 – 1,05 – 1,06 – 1,07 – 1,09 – 1,10 – 1,11 – 1,13 – 1,14 –1,15 – 1,17 – 1,18 – 1,20

1,21 – 1,23 – 1,24 – 1,26 – 1,27 – 1,29 – 1,30 – 1,32 – 1,33 – 1,35 – 1,37 – 1,38 – 1,40 – 1,42 – 1,43 – 1,45

1,47 – 1,49 – 1,50 – 1,52 – 1,54 – 1,56 – 1,58 – 1,60 – 1,62 – 1,64 – 1,65 – 1,67 – 1,69 – 1,72 – 1,74 – 1,76

1,78 – 1,80 – 1,82 – 1,84 – 1,87 – 1,89 – 1,91 – 1,93 – 1,96 – 1,98 – 2,00 – 2,03 – 2,05 – 2,08 – 2,10 – 2,13

2,15 – 2,18 – 2,21 – 2,23 – 2,26 – 2,29 – 2,32 – 2,34 – 2,37 – 2,40 – 2,43 – 2,46 – 2,49 – 2,52 – 2,55 – 2,58

2,61 – 2,64 – 2,67 – 2,71 – 2,74 – 2,77 – 2,80 – 2,84 – 2,87 – 2,91 – 2,94 – 2,98 – 3,01 – 3,05 – 3,09 – 3,12 3,16 – 3,20 – 3,24 – 3,28 – 3,32 – 3,36 – 3,40 – 3,44 – 3,48 – 3,52 – 3,57 – 3,61 – 3,65 – 3,70 – 3,74 – 3,79

3,83 – 3,88 – 3,92 – 3,97 – 4,02 – 4,07 – 4,12 – 4,17 – 4,22 – 4,27 – 4,32 – 4,37 – 4,42 – 4,48 – 4,53 – 4,59

4,64 – 4,70 – 4,75 – 4,81 – 4,87 – 4,93 – 4,99 – 5,05 – 5,11 – 5,17 – 5,23 – 5,30 – 5,36 – 5,42 – 5,49 – 5,56

5,62 – 5,69 – 5,76 – 5,83 – 5,90 – 5,97 – 6,04 – 6,12 – 6,19 – 6,26 – 6,34 – 6,42 – 6,49 – 6,57 – 6,65 – 6,73

6,81 – 6,90 – 6,98 – 7,06 – 7,15 – 7,23 – 7,32 – 7,41 – 7,50 – 7,59 – 7,68 – 7,77 – 7,87 – 7,96 – 8,06 – 8,16

8,25 – 8,35 – 8,45 – 8,56 – 8,66 – 8,76 – 8,87 – 8,98 – 9,09 – 9,19 – 9,31 – 9,42 – 9,53 – 9,65 – 9,76 – 9,88

Eletricidade

15

Para maior compreensão das tabelas acima, acesse: Identificação de Resistores http://samengstrom.com/nxl/2020/6_band_resistor_color_code_page.en.html

Tabelas das séries de resistores http://www.logwell.com/tech/components/resistor_values.html

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

utilizado nesta área.

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

Rt = R1 + R2 + Rn 1/Rt = 1/R1 + 1/R2 + 1/Rn Rt= R1 + R2 + (R3 x R4 / R3 + R4)

Resistor de Filme Metálico

(Metal Oxide Film Resistor)

Resistor de Filme Carbono

(Carbon Film Resistor)

Resistor de Fio com Dissipador de Alumínio

(Aluminum Housed Wire Wound Power

Resistor)

Resistor Cerâmico

(Wire wound ceramic resistor)

Resistor de Fio (Wire Resistor)

http://samengstrom.com/nxl/2020/6_band_resistor_color_code_page.en.html

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

Eletricidade

16

CAPACITORES

CAPACITORES OU CONDENSADORES:

Capacitores diferentemente dos resistores que são utilizados para limitar a passagem de corrente elétrica, causando

uma queda de tensão sobre eles próprios, é um componente que armazena energia elétrica.

Esta característica é evidenciada pela sua construção. Um capacitor é constituído por duas placas paralelas isoladas

por um material denominado dielétrico. As placas de um capacitor podem ser de alumínio, poliéster, polipropileno, tântalo ou outro tipo de material. O dielétrico pode ser mica, vidro, papel e até mesmo o ar.

Capacitores são utilizados para eliminar sinais indesejados, oferecendo um caminho mais fácil pelo qual a energia

associada a esses sinais espúrios pode ser escoada, impedindo-a de invadir o circuito protegido. Nestas aplicações,

normalmente quanto maior a capacitância melhor o efeito obtido e podem apresentar grandes variações de tolerâncias.

Já capacitores empregados em aplicações que requerem maior precisão, tais como os capacitores que determinam a

freqüência de oscilação de um circuito, possuem tolerâncias menores, são mais precisos e mais estáveis, principalmente com as

variações de temperatura.

A capacitância de um capacitor é uma constante característica do componente, assim, ela vai depender de certos

fatores próprios do capacitor. A área das armaduras, por exemplo, influi na capacitância, que é tanto maior quanto maior for o

valor desta área. Em outras palavras, a capacitância C é proporcional à área A de cada armadura, ou seja:

C A A espessura do dielétrico é outro fator que influi na capacitância. Verifica-se que quanto menor for a distância d entre

as armaduras maior será a capacitância C do componente, isto é:

C 1/d Este fator também é utilizado nos capacitores modernos, nos quais se usam dielétricos de grande poder de isolamento,

com espessura bastante reduzida, de modo a obter grande capacitância.

C = ke0 . A/d Onde:

Material Rigidez (kV/cm Constante (k)

C: Capacitância; Ar 30 1

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

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

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

Borracha Pura 330 3

Óxido de alumínio 8,4

Pentóxido de Tântalo 26

Cera de abelha 1100 3,7

Parafina 600 3,5

A unidade de capacitância é expressa em Farad, em homenagem ao cientista britânico Michel Faraday. Já que o farad é

uma unidade muito grande, valores de capacitores são geralmente expressos em microfarads (μF), nanofarads (nF), ou

picofarads (pF).

Como o milifarad é raramente usado na prática, uma capacitância de 4.7×10-3 F, por exemplo, é geralmente escrita como

4.700μF (embora também possa ser 4,7mF).

TIPOS DE CAPACITORES

Capacitores de mica;

Capacitores de papel;

Capacitores Stiroflex;

Capacitores de polipropileno;

Capacitores de poliéster;

Capacitores de policarbonato;

Capacitores cerâmicos;

Capacitores eletrolíticos – Alumínio ou Tântalo;

Supercapacitores.

Eletricidade

17

SIMBOLOGIA E CÓDIGO DE CORES

TABELA DE APLICAÇÕES:

Eletricidade

18

ASSOCIAÇÃO DE CAPACITORES:

ASSOCIAÇÃO SÉRIE

321.

321

321

1111

tan

CCCC

UUUU

teconsQQQ

eq

ASSOCIAÇÃO PARALELA

321.

321

321 tan

CCCC

QQQQ

teconsUUU

eq

MÚLTIPLOS DO FARAD

REATÂNCIA CAPACITIVA:

A reatancia capacitiva só existe em circuitos de tensão alternada. Em circuitos de tensão continua, um capacitor apresenta

resistencia infinita. Em um circuito de tensão alternada, o capacitor atua como um reistor (não que esta seja sua função no

circuito, porém seu comportamento é de apresentar uma resistência). A resistência varia em função da frequência e do valor do capacitor.

A reatância é capacitiva (XC) e o seu valor em ohms é dado por:

Eletricidade

19

INDUTORES

INDUTORES:

Indutor é um dispositivo elétrico passivo que armazena energia na forma de campo magnético, normalmente

combinando o efeito de vários laços da corrente elétrica. Indutore podem ser utilizados em circuitos como filtros passa baixa,

passa bandas, passa altas ou rejeitando freqüências, ou então como filtros em fontes de alimentação. Outra aplicação é em

fontes chaveadas. Geralmente o indutor constituido de uma bobina de material condutor, por exemplo, fio de cobre. Um núcleo de

material ferromagnético aumenta a indutância concentrando as linhas de força de campo magnético que fluem pelo interior das

espiras.

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

fabricação de transistores.

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

frequências de 0Hz a 400Hz, usa-se como núcleo o aço silício.

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

Núcleos de Ferrite Thornton

Permeabilidade é o grau de magnetização de um material em resposta a um campo magnético. A permeabilidade absoluta é

representada pela letra grega µ (pronuncia-se “mi”).

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

magnético.

Eletricidade

20

No sistema internacional de unidades, a densidade do fluxo magnético é medida em teslas (T), a força do campo

magnético em Ampères por metro (A/m) e a permeabilidade em Henry por metro (H/m), ou Newton por Ampère ao quadrado

(N/A2).

A permeabilidade relativa, por vezes escrita com o símbolo µr e frequentemente apenas com µ, é a razão entre a

permeabilidade absoluta e a permeabilidade do espaço livre (vácuo) µ0:

µr = µ / µ0 onde: µ0 = 4π × 10-7 N·A-2

TABELA DE CONVERSÕES

FÓRMULAS

Eletricidade

21

NÚCLEOS DE FERRITE

Fabricados com materiais níquel-zinco e magnésio-zinco, e designados pelo prefixo “FT”; os núcleos de ferrite de

níquel-zinco têm alto volume de resistividade, alto “Q” de 500 kHz a 100 MHz, moderada estabilidade de temperatura e vão

de 125 a 850 na escala de permeabilidade relativa (µr). Já os núcleos de ferrite de magnésio-zinco tem uma permeabilidade

relativa (µr) muito alta, de 850 a 5000, alto “Q” de 1 kHz a 1 MHz, baixo volume de resistividade e moderada saturação, sendo

muito utilizados em fontes de alimentação e filtros de RFI (é o caso dos ferrites utilizados em antenas internas de rádios AM).

INDUTÂNCIA

Indutância é a grandeza física associada aos indutores, é simbolizada pela letra L, medida em Henry (H), e

representada graficamente por um fio helicoidal. Em outras palavras é um parâmetro dos circuitos lineares que relaciona a

tensão induzida por um campo magnético variável à corrente responsável pelo campo. A tensão entre os terminais de um

indutor é proporcional à taxa de variação da corrente que o atravessa. Matematicamente temos:

onde u(t) é a tensão instântanea, sua unidade de medida é o volt (V), L é a indutância, sua unidade de medida é o Henry (H), i é

a corrente, sua unidade de medida é o ampere (A) e t o tempo (s).

ENERGIA

A energia (medida em joules, no SI) armazenada num indutor é igual à quantidade de trabalho necessária para

estabalecer o fluxo de corrente através do indutor e, conseqüentemente, o campo magnético. É dada por:

Onde I é a corrente que circula pelo indutor.

Eletricidade

22

Um indutor resiste somente a mudanças de corrente. Um indutor ideal não oferece resistência para corrente contínua,

exceto quando a corrente é ligada e desligada, caso em que faz a mudança de modo mais gradual. Porém, a maioria dos

indutores do mundo real são construídos a partir de materiais com resistência elétrica finita, que se opõe até mesmo à corrente

direta.

A relação entre a variação da tensão de acordo com o tempo u(t) através de um indutor com indutância L e a variação

da corrente de acordo com o tempo i(t) que passa por ele é descrita pela equação diferencial:

Quando uma corrente alternada (CA) senoidal flui por um indutor, uma tensão alternada senoidal (ou forç

eletromotriz, Fem) é induzida. A amplitude da Fem está relacionada com a amplitude da corrente e com a freqüência da senóide pela seguinte equação:

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

REATÂNCIA INDUTIVA:

É a oposição que a corrente alternada sofre ao passar por um indutor.

A reatância indutiva é definida por:

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

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

A impedância complexa de um indutor é dada por:

onde j é a unidade imaginária.

ASSOCIAÇÃO DE INDUTORES

Cada indutor de uma configuração em paralelo possui a mesma diferença de potencial (tensão) que os demais. Para

encontrar a indutância equivalente total (Leq):

ASSOCIAÇÃO SÉRIE

ASSOCIAÇÃO PARALELA

A corrente através de indutores em série permanece a mesma, mas a tensão de cada indutor pode ser diferente. A soma

das diferenças de potencial é igual à tensão total.

Eletricidade

23

D I O D O S

A primeira válvula eletrônica, o diodo, surgiu quando Thomas Alva Edison em 1879 faz funcionar mais uma de suas

invenções, que foi a lâmpada elétrica. Neste momento ele não imaginava estar também fazendo nascer à técnica que

proporcionaria a construção da primeira válvula de rádio.

A lâmpada de Edison consistia em um filamento de carvão colocado dentro de uma

ampola de vidro, na qual era produzido o vácuo. Apesar do sucesso inicial, algo começou a

preocupar o inventor. Depois de algumas horas ligada a lâmpada apresentava certo enegrecimento em sua ampola de vidro, reduzindo, portanto a luminosidade. Estudando o

fenômeno, concluiu Edison que partículas de carvão se desprendiam do filamento em

direção à ampola, causando seu enegrecimento. Em uma das tentativas de resolver o

problema, colocou dentro da lâmpada e em paralelo com o filamento, um segundo elemento

que consistia em um simples fio metálico. A intenção era que este novo elemento retivesse

as partículas de carvão, evitando assim que atingissem a ampola.

Conectando este fio a uma tensão positiva, notava-se uma deflexão no

galvanômetro conectado em série, indicando uma passagem de corrente entre este novo

elemento e o filamento da lâmpada. Confirmou-se então a suposição de que o novo elemento

solucionaria a questão do enegrecimento. Edison então concluiu que a corrente que circulava

entre o filamento e o fio metálico (que hoje chamaríamos de placa) não circulava através do vácuo, mas sim através das partículas de carvão emitidas pelo filamento.

Observou também que ao aplicar uma tensão negativa ao novo elemento, o galvanômetro nada indicava, concluindo,

pois que a corrente circulava em um único sentido. Embora não o tenha conseguido explicar convenientemente, batizou a nova

descoberta como "EFEITO EDISON”, fato este levado ao público em 1883. Em verdade sem o saber, Edison havia construído

a primeira válvula termiônica.

Outros pesquisadores haveriam de prosseguir os estudos sobre a descoberta de T. A. Edison, assim é que em 1895, W.

R. Preece, na Inglaterra estudou mais profundamente o fenômeno, chegando a conclusões bem mais concretas. Concluiu

Preece que partículas carregadas de eletricidade negativa eram emitidas pelo filamento e atraídas pelo segundo elemento

carregado com eletricidade positiva e repelidas pelo mesmo, quando carregado negativamente (emissão de elétrons). Apesar do

estudo mais aprofundado, não ocorreram a Preece quaisquer usos práticos, resultantes das conclusões a que chegou.

O assunto caiu no esquecimento e somente nove anos mais tarde, em 1904, outro pesquisador inglês, John Ambrose

Fleming daria prosseguimento e obteria o primeiro resultado prático. Ao contrário de Edison e Preece, que utilizaram como segundo elemento, apenas um fio metálico, ao professor Fleming ocorreu à idéia de envolver todo o filamento da lâmpada com

uma placa metálica. Como resultado obteve correntes muito maiores circulando entre o filamento e a placa observando que

também variavam de intensidade de acordo com o diâmetro da placa e a distancia desta em relação ao filamento. A primeira

válvula "diodo" de uso prático estava criada, pois Fleming teve a feliz iniciativa de usá-la como detector de ondas

radioelétricas.

A válvula Diodo dois elementos internos: placa e catodo. Algumas não possuem catodo, sendo chamadas de diodos

de aquecimento direto. O próprio filamento emite os elétrons para a placa. Os diodos com catodo são chamados de

aquecimento indireto. Abaixo vemos alguns tipos e o funcionamento.

O diodo moderno é o mais simples dispositivo semicondutor; constituído de uma junção PN semicondutora, permite

conduzir em um só sentido, tal qual a lâmpada de Edison, que originou a primeira válvula. Os tipos mais usados são de Si (Silício) e de Ge (Germânio). O seu comportamento elétrico depende da distribuição

de impurezas e da geometria da junção.

São classificados como diodos de sinal, retificadores, zeners, reguladores de tensão, detectores, emissores de luz,

fotos-diodo, etc..

Geralmente, os diodos são utilizados de tal forma a se aproveitar as características de assimetria da relação volt-

ampère; são usados no chaveamento e na geração de tensões e correntes alternadas, em resumo o diodo é um dispositivo de

Eletricidade

24

semicondutor que permite a corrente fluir em uma só direção. Embora um transistor também seja um dispositivo semicondutor,

não opera do mesmo modo que um diodo. Um diodo é feito especificamente para permitir que a corrente flua em uma só

direção.

TIPOS DE DIODOS:

Diodo Retificador Diodo Zener Diodo Túnel Diodo Schottky

Diodo PIN Diodo GUNN Diodo Varicap Diodo LED

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

DIAC SCR TRIAC TransZorb

Eletricidade

25

NOMENCLATURAS:

As nomenclaturas dos dispositivos semicondutores seguem o padrão JEDEC (JOINT ELECTRONIC DEVICES

ENGINEERING COUNCIL), que normaliza (STANDARD) as pinagens e nomenclaturas dos componentes.

A primeira letra indica o tipo de material semicondutor

A segunda letra indica o tipo e aplicação

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

B Silício B Diodo de capacitância variável (VARICAP)

C Arseneto de Gálio C Transistor de aplicação em baixa freqüência

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

R Outros compostos E Diodo Túnel

F Transistor de aplicação em alta freqüência

L Transistor de potência para aplicação em alta freqüência

P Dispositivo sensível à radiação

R Tiristores

S Transistor de aplicação em comutação

T Tiristores

U Transistor de potência para aplicação em comutação

X Diodo multiplicador (VARACTOR);

Y Diodo de potência;

Z Diodo Zener;

NÚMERO PRIMEIRA LETRA SEGUNDA LETRA

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

1 Diodo B Transistor PNP – B.F.

2 Transistor C Transistor NPN – A.F.

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

F TIRISTOR P

G TIRISTOR N

J FET canal P

K FET canal N

Eletricidade

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ENCAPSULAMENTOS:

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

TO-3 PWRTAB PWRTABS SOT-223

SMA SMB SMC D618SL

D2pak Dpak TO-220AB TO-200AC

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

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

DF8 (D71) DF (D70) SMD LED SMD

* International Rectifier

Eletricidade

27

INSTRUMENTOS DE BANCADA

Instrumentos de bancada são aqueles usados em laboratório, diferentemente de instrumentos de campo, estes

instrumentos são alimentados pela rede elétrica (127V ou 220V), possuem grau de proteção (IP-54) menores, pois a finalidade

destes é realmente serem utilizados em laboratórios.

Os instrumentos utilizados nos cursos de Engenharia de modo geral são: Fonte de Alimentação, Multímetro, Gerador

de Funções e Osciloscópio.

Veremos a seguir os modos de utilização e as especificações de cada um destes instrumentos, além das precauções a serem tomados quanto ao correto uso de cada um deles.

Deve ser lembrado sempre que a correta utilização destes tipos de instrumentos garantem a precisão das medidas a

serem realizadas e a vida útil dos mesmos.

FONTE DE ALIMENTAÇÂO TEKTRONIX PS280

Especificações:

Duas saídas de tensão variável.

Tensão: 0 a 30V.

Corrente: 0 a 3ª Uma saída fixa:

Tensão: 5V.

Indicação de fonte em operação: LED VERDE.

Indicação de sobre corrente ou curto circuito: LED VERMELHO

Displays indicadores de Tensão e Corrente através de chaves

seletoras no painel.

Alimentação: 127V/220V

Modo de usar: Antes de ligar o equipamento (CHAVE ON/OFF), coloque os “knobs” (botões) no valor mínimo, girando para à

esquerda.

Ajustar o valor desejado de TENSÃO e CORRENTE antes de alimentar o circuito ou equipamento (DUT - device under test).

Desligar a fonte (Chave ON/OFF) e conectar os cabos de alimentação com as polaridade de modo correto (pontos positivo e

negativo) em seguida ligar o equipamento. Procurar sempre usar cabos identificados ou polarizados, ou seja, Positivo: Cabo Vermelho; Negativo: Cabo Preto.

Em caso de alterações nos componentes do circuito, desligar a fonte de alimentação, fazer as alterações e depois ligá-la

novamente. Uma opção é colocar o ajuste de corrente em zero (girando o botão para esquerda). A saída de tensão será nula e

neste caso não há necessidade de ficar ligando e desligando a fonte de alimentação.

MULTÍMETROS TEKTRONIX DMM912

Especificações:

Medidas de:

- Tensão AC e DC; - Corrente AC e DC;

- Frequência;

- Capacitância;

- Resistência;

-Diodos;

- Teste de continuidade (bipe);

Escalas de ajuste automático para tensão;

Escalas de ajuste manual para corrente (µA, mA e A), além da

troca de posição do cabo de medidas.

Modo de usar: Inserir as pontas de prova no multímetro. A escolha da ponta de prova sempre vai depender da medição a ser executada. Caso seja uma simples medição (Tensão ou componentes), usar a própria ponta de prova do equipamento. Em caso

de medidas contínuas, utilizar cabos banana-jacaré.

Antes de iniciar uma medida contínua, ligue antes o multímetro colocando-o na escala desejada, em seguida conecte ao

circuito.

Nunca mude a chave seletora com os cabos ou ponta de provas conectadas ao circuito em teste. Esta operação irá com certeza

danificar o instrumento.

Eletricidade

28

OSCILOSCÓPIO TEKTRONIX TDA210

Especificações:

Banda: 60MHz ou 100MHz;

Taxa de amostragem: 1 Gs/s;

Número de canais: 2 canais com terra dependente;

Ajuste de base de tempo;

Display gráfico e numérico;

Auto-ajuste;

Trigger programável.

Modo de usar: Inserir as pontas de prova no osciloscópio. Por ser um instrumento de medidas de dois canis, procurar usar o

canal 1 como sinal de entrada e canal 2 como sinal de saída.

Todo osciloscópio possui um gerador padrão de onda quadrada para calibração do mesmo. Conectar o positivo das duas pontas

de prova no ponto “probe” e ajustar as formas de ondas com auxílio da função “auto-set”. A partir daí os demais ajustes tais como amplitude, base de tempo deverão sempre ser executadas de modo manual.

Jamais conecte as pontas de prova de um osciloscópio diretamente a rede AC (127V ou 220V) sem o uso de um

transformador isolador.

GERADOR DE FUNÇÕES CFG253

Especificações:

Banda: 0,03Hz a 3 MHz;

Ajuste de bandas de frequência por seleção; Formas de Ondas: Triangular, Quadrada e Senoidal;

Atenuação: 20dB;

Número de canais: 2 canais;

- Canal Analógico com ajuste de Amplitude;

- Canal Digital (TTL) com valor de saída fixo;

Ajuste manual de off-set;

Ajuste de manual de frequência.

Modo de usar: Inserir o cabo de saída de sinal no gerador de função. Alimentar o gerador e ligá-lo acionando a chave ON/OFF.

Sempre reduzir a amplitude do sinal de saída analógico ao mínimo. Selecionar a banda da frequência desejada.

Para verificar o funcionamento do mesmo e a forma de onda selecionada, conecte o cabo de saída (analógico ou TTL), na

ponta de prova do canal 1 do osciloscópio. Varie a amplitude e a frequência até chegar ao valor desejado. Caso o sinal que estiver aparecendo na tela do osciloscópio

estiver com a amplitude maior, mudar a escala do osciloscópio para um valor maior.

Nunca conectar o cabo de saída do gerador de função, pois o mesmo entrará em curto e queimará o circuito de saída do

mesmo.

PROTO-BOARD

Eletricidade

29

EXPERIÊNCIA 01

TRANSFORMADORES

Este experimento tem por objetivo conhecer melhor a utilização da energia elétrica em corrente alternada. Entender o

funcionamento de transformadores. Avaliar os transformadores assim como aprender a utilizar o multímetro (Voltímetro,

Amperímetro e Ohmímetro) e o osciloscópio.

PRÉ-RELATÓRIO 01

1) Defina o que vem a ser um transformador?

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2) Qual a diferença entre um transformador abaixador e um transformador elevador?

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3) Descreva um autotransformador?

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4) Quais grandezas elétricas podemos medir em um transformador?

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5) Que instrumentos utilizamos para colher medidas de um transformador?

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6) Uma vez escolhido o transformador para este experimento, calcule o valor da carga (resistor) para obter a corrente nominal

do mesmo. Uma vez calculado o valor do mesmo, traga-o para ser usado no experimento. Utilizar resistor de fio (5 Watts),

conforme figura na próxima página.

Data Visto do Orientador: Aluno:

_____/______/_____ ________________________ _______________________________

Eletricidade

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EXPERIMENTO 01

Lista de materiais Transformador 12-0-12V – 500mA;

Resistor 5W (fio) de 33ohms – 5 unidades; Rabicho ou cabo de alimentação – 1 unidade.

Multímetro;

Osciloscópio;

Proto-board.

7) Verificar as características do transformador adquirido, e anotar na tabela abaixo. Calcular os valores não informados.

Primário Secundário

VIN (V) VOUT (V)

PIN (W) POUT (W)

IIN (A) IOUT (A)

RIN (Ω) ROUT (Ω)

F (Hz) F (Hz)

8) Caso o transformador adquirido não tivesse identificação pelas cores dos cabos condutores (fios) da entrada primária e

saída secundária, como poderiam ser identificadas as mesmas?

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______________________________________________________________________________________________________

9) Com multímetro na escala AC, medir a tensão da rede elétrica do laboratório. Anote o valor na tabela abaixo.

Valor especificado (V) Valor medido (V)

10) Alimentar o transformador através da rede elétrica (127V – AC), e verificar a forma de onda na saída secundária do

transformador (ensaio a vazio), conforme figura 1, utilizando o osciloscópio. Em seguida insira o amperímetro (em AC) e

a carga no secundário do transformador. Verifique o valor de corrente fornecida e o valor da tensão sobre a carga com

auxílio do osciloscópio, conforme figura 2. Insira as formas de ondas nos gráficos abaixo juntamente com as respectivas

cotas.

Figura 1 – Ensaio a vazio Figura 2 – Ensaio com carga

Eletricidade

31

gráfico 1 gráfico 2

11) Preencher a tabela abaixo com os valores medidos pelo multímetro e pelo osciloscópio

Gráfico 1 (vazio) Gráfico 2 (c/ carga)

VPP VPP

VP VP

VRMS VRMS

IAC

Frequência (f) Frequência (f)

Período (T) Período (T)

12) Com o multímetro em escala de OHMS, medir a resistência do enrolamento primário e enrolamento secundário do

transformador.

Resistência primária (OHMS) Resistência secundária (OHMS)

13) Como identificar quem é a entrada primária e a saída secundária de um transformador. Explique como?

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______________________________________________________________________________________________________

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14) De que maneira identifica-se visualmente a entrada primária e a saída secundária de um transformador?

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15) Quais as diferenças encontradas nas medidas em vazio e medidas com carga no transformador?

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Data Visto do Orientador: Aluno:________________________________

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Eletricidade

32

LEI DE OHM

Lei de OHM, assim é chama em homenagem ao seu descobridor e formulador Georg Simon Ohm. A Lei de Ohm indica a

diferença de potencial entre dois pontos de um material condutor, proporcional a passagem de corrente elétrica.

Em um dado resistor a lei de Ohm será dada por R = E / i, ou seja, o valor da tensão aplicada (DDP) dividida pela corrente

circulante resulta no valor da resistência.

A partir daí, podemos calcular também a potência dissipada no resistor, em função da corrente elétrica circulante, onde

temos que: P = E x i.

Outras relações são extraídas também:

LEIS DE KIRCHHOFF

Um circuito elétrico é composto por componentes, que por sua vez formam malhas, nós e ramos. Malha é todo o circuito

composto por estes componentes, logo uma malha é um circuito fechado. Um nó por sua vez é o ponto de intersecção entre os

componentes. Um nó é definido pela interligação de três ou mais componentes. O ramo é definido como o ponto

compreendido entre dois nós contíguos.

Modelo de um circuito elétrico correspondente a uma malha:

Por definição malha é todo o circuito com

suas fontes de alimentação e componentes

(resistores, capacitores, indutores). No

circuito ao lado temos uma malha composta

por fonte de alimentação e resistores.

Nós do mesmo circuito:

Por definição, nó é um ponto onde interliga-

se três ou mais componentes. Pode-se

observar que entre os resistores R5 e R6, não

caracteriza-se um nó. Isto ocorre porque os

dois resistores podem ser substituídos por

um único resistor equivalente.

Ramos do mesmo circuito:

Por definição, ramo é parte do circuito

constituído por dois ou mais nós por onde

circula a corrente elétrica.

Eletricidade

33

A maneira mais simples de exemplificar as Leis de Kirchhoff é demonstrando-a através de fontes de alimentação e

resistores. Desta maneira podemos visualizar as duas Leis de Kirchhoff.

PRIMEIRA LEI DE KIRCHHOFF: Em um dado nó, a soma algébrica resultante das correntes é nula, ou seja, igual a zero.

Podemos afirmar neste caso que a soma das correntes que entram é igual à soma das correntes que saem.

Dado o Nó A e considerando as correntes que entram, positivas; e as correntes que

saem, negativas; escrevemos a expressão abaixo:

-I1 – I2 + I3 – I4 – I5 – I6 + I7 + I8 = 0

Igualando os valores, teremos:

I3 + I7 + I8 = I1 + I2 + I4 + I5 + I6

SEGUNDA LEI DE KIRCHHOFF: Em uma malha, a soma algébrica resultante das tensões é nula, ou seja, igual a zero.

Podemos afirmar então que a soma das tensões que entram é igual à soma das tensões que saem.

Dada a malha ABCD, partindo-se do ponto A, temos a expressão abaixo:

-VR1 + VCC2 – VR2 – VR3 + VCC1 = 0

Igualando os valores, teremos:

VCC1 + VCC2 = VR1 + VR2 + VR3

Eletricidade

34

EXPERIÊNCIA 02

RESISTORES E ALEI DE OHM

Este experimento tem por objetivo o conhecimento de resistores, identificação através da tabela de cores, como medi-

los e a verificação da Lei de Ohm e Potência. Trabalhar com as associações de resistores nos modos: Paralelo, Série e Misto.

PRÉ-RELATÓRIO 02

1) Defina o que vem a ser resistência? ______________________________________________________________________________________________________

______________________________________________________________________________________________________

______________________________________________________________________________________________________

2) Defina o que vem a ser condutância?

______________________________________________________________________________________________________

______________________________________________________________________________________________________

______________________________________________________________________________________________________

3) Defina o que vem a ser resistividade elétrica?

______________________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________________

______________________________________________________________________________________________________

4) Dados os circuitos abaixo, calcular a correntes, potências dissipadas por cada um dos resistores e o resistor equivalente;

4a) Circuito série:

4b) Circuito paralelo:

4c) Circuito misto:


_____/______/_____ ________________________ _______________________________

Eletricidade

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EXPERIMENTO 02

Lista de materiais Resistores ¼W ou 1/8W – 10 de cada

22R, 39R, 68R, 100R, 330R, 390R, 1k, 4k7, 10k, 15k, 22k, 33k, 47k, 68k, 100k,

220k, 330k, 470k, 560, 680k, 820k, 1M0

Multímetro;

Fonte de alimentação; Osciloscópio;

Proto-board.

5) Dada a tabela de cores de resistores, e com auxílio do multímetro, medir os valores dos resistores. O uso do multímetro na

escala de ohms permite a medida direta da resistência.

Resistor Valor lido Valor medido Tolerância Erro (%)

10k

15k

22k

33k

47k

68k

100k

220k

680k

1M0

6) Montar o circuito série e medir as tensões e correntes indicadas, e calcular as potências sobre os resistores;

Res. valor

( )

valor

med( )

corrente

(A)

ddp (V) pot (W)

R1 68R

R2 22R

R3 39R

R4 22R

R5 68R

REq

Eletricidade

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7) Calcular a resistência equivalente (apresentar cálculos).

8) Explique a razão das diferenças encontradas entre os valores calculados e os valores experimentais.

______________________________________________________________________________________________________

______________________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________________

______________________________________________________________________________________________________

9) Montar o circuito paralelo e medir as tensões e correntes indicadas;

Res. valor

( )

valor

med( )

corrente

(A)

ddp (V) pot (W)

R1 330k

R2 47k

R3 56k

R4 220k

R5 82k

REq

DDP no Nó A

DDP no Nó B

DDP no Nó C

10) Calcule a resistência equivalente (apresente cálculos e o desenho do circuito equivalente), monte o circuito com o resistor

equivalente e meça a corrente;


_____/______/_____ ________________________ Aluno:________________________________

Eletricidade

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EXPERIÊNCIA 03

CAPACITORES

PRÉ-RELATÓRIO 03

1) Defina o que vem a ser um capacitor?

______________________________________________________________________________________________________

______________________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________________

______________________________________________________________________________________________________

______________________________________________________________________________________________________

2) Qual a principal diferença entre um capacitor eletrolítico e um capacitor disco cerâmico?

______________________________________________________________________________________________________

______________________________________________________________________________________________________

______________________________________________________________________________________________________

______________________________________________________________________________________________________

______________________________________________________________________________________________________

3) Quais as principais aplicações dos capacitores?

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______________________________________________________________________________________________________

______________________________________________________________________________________________________

______________________________________________________________________________________________________

______________________________________________________________________________________________________

4) Acessar a página da Motorola e imprimi uma cópia do datasheet do CI CD40106.

5) Tabela de Capacitores.


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Eletricidade

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EXPERIMENTO 03

Lista de materiais Capacitor Eletrolítico – 3 unidades -

1uF, 2,2uF, 3,3uF, 4,7uF, 6,8uF, 10uF, 47uF, 100uF, 470uF; Tensão de isolação

50V;

Capacitor Disco Cerâmico - 3 unidades -

10pF, 15pF, 10nF, 100nF, 150nF;

CI CD 40106 – 2 unidades;

Potenciômetro linear de 100k.

Multímetro;


Proto-board.

6) Dado a tabela com os capacitores, identificá-los e anotar os seus valores. Com auxílio do multímetro na escala de

capacitância, medir o valor dos mesmos;

Capacitor Valor lido Valor medido Tolerância Erro (%)

1uF

10uF

47uF

100uF

10nF

100nF

7) Com auxílio do proto-board monte a associação em paralelo abaixo e meça o valor da capacitância encontrada.

Valor Medido:

__________________________

Substitua C1 por um capacitor de valor = 100nF e C2 por

10nF, e anote o novo valor obtido.

__________________________

8) Monte a associação em série abaixo e meça o valor da capacitância encontrada

Valor Medido:

__________________________

Substitua C1 por um capacitor de valor = 100nF e C2 por

10nF, e anote o novo valor obtido.

__________________________

9) Com relação às associações de capacitores, qual a principal diferença encontrada comparando-se à associação de resistores?

______________________________________________________________________________________________________

______________________________________________________________________________________________________

______________________________________________________________________________________________________

Eletricidade

39

10) Monte o circuito abaixo e verifique o tempo de carga e descarga do capacitor do circuito. Neste experimento, alem do uso

de resistores e capacitores, será usado um resistor variável conhecido como potenciômetro.

Com auxílio do Ohmímetro, medir a resistência do potenciômetro, colocando as pontas de prova nos bornes extremos do

mesmo. Em seguida com a ponta de prova no borne central e um dos extremos, e variando o eixo do potenciômetro, observe

a variação da resistência.

Considere R = R1 + POT1, onde POT1 deverá ser um potenciômetro variável para o ajuste da freqüência a ser obtida. Mostrar

as formas de ondas, carga e descarga do capacitor e de saída. Indicar também as amplitudes nos gráficos.

R1= 1k, POT1=100k, C= 1uF

Saída Capacitor


_____/______/_____ ________________________ Aluno:________________________________

Eletricidade

40

EXPERIÊNCIA 04

INDUTORES

Neste experimento será visto o funcionamento de indutores, também conhecido como bobinas. Relés eletromecânicos

são acionados através de bobinas. Um indutor ou bobina armazena corrente elétrica, que circula através do condutor. Esta

corrente armazenada cria um campo magnético, segundo a lei de Ampère. Bobinas permitem a construção de acionadores ou

solenóides.

PRÉ-RELATÓRIO 04

1) Defina o que vem a ser Indutância e qual a sua grandeza.

______________________________________________________________________________________________________

______________________________________________________________________________________________________

______________________________________________________________________________________________________

______________________________________________________________________________________________________

2) Defina o que é Reatância Indutiva. Mostre sua expressão.

______________________________________________________________________________________________________

______________________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________________

______________________________________________________________________________________________________

3) Descreva o funcionamento de um solenóide.

______________________________________________________________________________________________________

______________________________________________________________________________________________________

______________________________________________________________________________________________________

______________________________________________________________________________________________________

4) Mostre o circuito de um relé (bobina, contatos).


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Eletricidade

41

EXPERIMENTO 04

Lista de materiais Relé Metaltex AY1RC2 ou equivalente;

Carretel circular plástico (de linha); Fio Esmaltado 28AWG;

Diodo 1N4007;

Parafuso ou prego 8mm x 254mm (2pol);

Multímetro;

Fonte de alimentação; Proto-board.

5) Construir um solenóide utilizando o carretel circular e o fio 22 AWG (American Wire Gage). Alimentá-lo com 12VDC e

aproximar o parafuso do mesmo. Observe o que ocorre.

6) O que foi observado quando aplicou-se a tensão na bobina?

______________________________________________________________________________________________________

______________________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________________

7) Montar o circuito abaixo e observar o funcionamento do relé. Retirar a capa do relé para ver o seu funcionamento interno.

Acionar através do relé, um LED.

8) O que se pode observar quanto ao comportamento magnético da bobina

do relé?

___________________________________________________________

___________________________________________________________

___________________________________________________________ ___________________________________________________________

___________________________________________________________

9) Qual a finalidade do diodo neste circuito?

___________________________________________________________

___________________________________________________________

___________________________________________________________

___________________________________________________________

___________________________________________________________

10) Citar outras aplicações utilizando indutores

______________________________________________________________________________________________________

______________________________________________________________________________________________________

______________________________________________________________________________________________________


_____/______/_____ ________________________ Aluno:________________________________

Eletricidade

42

EXPERIÊNCIA 05

DIODOS EMISSORES DE LUZ

Utilização de LED‟s (Light-Emitting Diode), Resistores, Capacitores e Transistores em Circuitos

Eletrônicos servem para auxiliar na sinalização e acionamento de circuitos a serem projetados. Além disso, em Lógica Digital existe a necessidade da utilização de LED‟s para a verificação do funcionamento dos circuitos. A

Experiência 05 permitirá a familiarização e o manuseio destes componentes sendo ela executada com auxílio de

“proto-board” e componentes discretos.

SIMBOLOGIA:

Símbolos básicos que seguem as normas internacionais.

Resistor

Capacitor Eletrolítico Disco, Filme, Policarbonato

Diodo LED Diodo

Transistores

Chave “push-button” normalmente aberta

Chave “push-button” normalmente fechada

Vcc

GND

ACIONAMENTO DIRETO DE LED’s

LED’s, do inglês Light-Emitting Diodes são alimentados com

tensão contínua e em geral estas tensões variam de 1,9V a

3,0V e a corrente máxima em torno de 20mA. A tensão e corrente acima citadas referem-se a LED‟s convencionais.

Circuitos integrados TTL (Transistor Transistor Logic),

trabalham com tensão de 5VCC. É o chamado padrão TTL para

circuitos integrados.

Desta maneira quando se utiliza um LED como sinalizador

necessita-se limitar a corrente e tensão que circulará pelo

mesmo, utilizando-se resistores. Para isto aplica-se a Lei de

OHM (E = R x i), para calcular o valor do resistor a ser

utilizado.

Quando necessitamos acionar mais de um LED associados em série ou paralelo, podemos usar um transistor como chave

para acioná-los.

Neste caso o transistor a ser utilizado como chave funcionará

nas regiões de corte e saturação. Na região de corte o mesmo

estará desligado e não haverá passagem de corrente. Em

saturação o mesmo estará ligado, deixando passar corrente.

O CI CD40106 é uma porta lógica inversora e sua entrada não

pode permanecer em aberto, desta forma é inserido à entrada

um resistor de “pull-up” ou “pull-down”.

Eletricidade

43

PRÉ-RELATÓRIO 05

1) Defina nos termos da Física, o que vem a ser um “LED” (Light-Emitting Diode).

______________________________________________________________________________________________________

______________________________________________________________________________________________________

______________________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________________

______________________________________________________________________________________________________

2) Defina nos termos da Física, o que vem a ser um “diodo”.

______________________________________________________________________________________________________

______________________________________________________________________________________________________

______________________________________________________________________________________________________

______________________________________________________________________________________________________

______________________________________________________________________________________________________

3) Defina nos termos da Física, o que vem a ser um “transistor bipolar de junção” (BJT). ______________________________________________________________________________________________________

______________________________________________________________________________________________________

______________________________________________________________________________________________________

______________________________________________________________________________________________________

______________________________________________________________________________________________________

4) Calcular o valor do resistor para acionar um LED alimentado por 5VCC e uma corrente de 10mA. Repetir o cálculo para

uma alimentação de 12VCC e uma corrente de 15mA.

5) Associar 4 LED‟s em série, que serão controlados por um transistor BC548C, conforme figura da página anterior. Calcular

o resistor RL para uma corrente de 10mA. Considere a tensão de cada LED igual a 1,9V e a fonte de alimentação VDD = 12V. A tensão VCC será de 5V, RB = 2k2 e RPU = 10k.


_____/______/_____ ________________________ _______________________________

Eletricidade

44

EXPERIMENTO 05

Lista de materiais LED convencional - 5mm;

CI CD40106;

Transistor BC548C;

Resistores: 2k2, 10k;

PCB Universal;

Chave Push-Botton NA;

RLED – Calcular;

Capacitor – 100nF

Multímetro;

Osciloscópio;

Gerador de funções;

Proto-board.

6) Montar o circuito abaixo a partir dos cálculos do pré-relatório (item 4) para alimentação direta de um LED, seguindo o

esquemático abaixo.

Medir o valor da fonte de alimentação: ______________

Medir o valor da tensão sobre o resistor: _____________

Medir o valor da tensão sobre o LED: _______________

Medir a corrente total do circuito: __________________

Calcular a potência dissipada no resistor: ____________

7) Montar o circuito abaixo a partir dos cálculos do pré-relatório (item 5) para acionamento de LED‟s associados em série,

utilizando um transistor como chave liga/desliga.

Medir o valor da fonte de alimentação: ______________

Medir o valor da tensão sobre o resistor RL: __________

Medir o valor da tensão sobre os LED‟s: _____________

Medir a corrente total do circuito: __________________

Qual a soma das quedas de tensão nos LED‟s: _________

8) Montar o circuito abaixo levando em conta que a porta lógica trabalha com 5VCC (sinal TTL) e esta será utilizada para

controlar o LED.

Utilizando o CI CD40106 (portas NOT), montar o circuito ao lado. Na

entrada da porta lógica inserir um resistor de “pull-up” (RPU ligado a

Vcc). Na entrada IN, coloque um sinal “verdadeiro” (5VCC) e em

seguida um sinal “falso” (0V). Descreva o resultado obtido. ________________________________________________________

________________________________________________________

________________________________________________________

Insira um sinal de onda quadrada utilizando o gerador de funções.

Varie a frequência deste sinal. Observe o comportamento do LED.

________________________________________________________


_____/______/_____ ________________________ Aluno:________________________________

Eletricidade

45

Eletricidade

46

EXPERIÊNCIA 06

REGULADORES DE TENSÃO

Reguladores de Tensão são utilizados em fontes de alimentação e tem por finalidade manter a tensão de saída

constante, mesmo havendo variações na tensão Contínua de entrada.

Neste experimento será visto a utilização e aplicação de reguladores de Tensão para saídas positiva e negativa.

PRÉ-RELATÓRIO 06

1) De posse do datasheet do regulador de Tensão LM7805, preencher a tabela de características abaixo.

2) Existem reguladores de Tensão da família LM78XX, para várias

tensões de saída.

Preencha a tabela ao lado, mostrando os valores de tensão.

Tipo VOUT

LM7805 5V

3) Qual a tensão máxima de entrada de um regulador de Tensão LM7805?

______________________________________________________________________________________________________

4) Qual tensão mínima de entrada para um regulador de Tensão LM7812?

______________________________________________________________________________________________________


_____/______/_____ ________________________ _______________________________

Eletricidade

47

EXPERIMENTO 06

Lista de materiais

Regulador de tensão 7805, 7812;

Regulador de tensão 7912; Capacitor 470uF x 50V;

Capacitor 1000uF x 50V;

Capacitor 100nF x 50V (disco cerâmico);

LED Vermelho (5mm);

Resistor 330R, 1k;

Resistor de fio 47R (5W).

Multímetro;

Proto-board; Datasheet reguladores de tensão.

5) Monte no proto-board o circuito regulador positivo de 5VCC. Adicione ao

circuito os capacitores e o resistor de carga. Conecte a fonte de alimentação e

proceda conforme a tabela ao lado.

6) A partir de que valor de tensão de entrada o regulador passou a fornecer a

tensão nominal (5VCC)? ________________________________

INPUT OUTPUT

E(V) E(V) I(A)

2VDC

3VDC

4VDC

5VDC

6VDC

7VDC

8VDC

9VDC

10VDC

12VDC

15VDC

20VDC

7) Aplique um curto momentâneo na saída OUTPUT. Descreva o que foi observado no Amperímetro e no Voltímetro

durante o curto e depois da retirada do curto.

______________________________________________________________________________________________________

______________________________________________________________________________________________________

______________________________________________________________________________________________________

8) Substitua o regulador de 5VCC pelo de 12VCC. Adicione ao circuito os

capacitores e o resistor de carga. Conecte a fonte de alimentação e proceda

conforme a tabela ao lado.


tensão nominal (12VCC)? ________________________________

INPUT OUTPUT

E(V) E(V) I(A)

6VDC

8VDC

10VDC

12VDC

13VDC

14VDC

15VDC

18VDC

19VDC

20VDC

25VDC

30VDC

10) Em que faixa de tensão de entrada, a saída do regulador de tensão 7812 mostrou-se estável?

______________________________________________________________________________________________________

11) Quais as vantagens que um regulador de tensão apresenta quando utilizado em fontes de alimentação?

______________________________________________________________________________________________________

______________________________________________________________________________________________________

Eletricidade

48

12) Monte no proto-board o circuito regulador negativo de 12VCC. Adicione ao

circuito os capacitores e o resistor de carga. Conecte a fonte de alimentação e

proceda conforme a tabela ao lado.


tensão nominal (-12VCC)? ________________________________

INPUT OUTPUT

E(V) E(V) I(A)

-6VDC

-8VDC

-10VDC

-12VDC

-13VDC

-14VDC

-15VDC

-18VDC

-19VDC

-20VDC

-25VDC

-30VDC

14) Aplique um curto momentâneo na saída OUTPUT. Descreva o que foi observado no Amperímetro e no Voltímetro

durante o curto e depois da retirada do curto.

______________________________________________________________________________________________________

______________________________________________________________________________________________________

______________________________________________________________________________________________________

15) Em que faixa de tensão de entrada, a saída do regulador de tensão 7912 mostrou-se estável?

______________________________________________________________________________________________________

16) Caso a fonte que alimenta o regulador de tensão variar, o que ocorrerá com a tensão de saída?

______________________________________________________________________________________________________

______________________________________________________________________________________________________


_____/______/_____ ________________________ Aluno:________________________________

Eletricidade

49

EXPERIÊNCIA 07

FONTE REGULADA E GERADOR DE BASE DE TEMPO

Fontes de alimentação com reguladores de tensão permitem uma larga gama de aplicações. A utilização correta destes

reguladores levando-se em conta as suas especificações é encontrada em datasheets fornecidos pelos fabricantes. Alguns itens

são importantes no momento de se projetar circuitos como o apresentado abaixo.

Este circuito é composto por uma fonte de alimentação com retificação em onda completa com derivação central. Alem

disto possui uma saída osciladora em 60Hz (frequência da rede), em nível TTL. O valor TTL é controlado por um diodo zener.

Para melhorar a resposta do sinal de clock (60Hz), coloca-se um circuito Schmitt Trigger na sua saída.

PRÉ-RELATÓRIO 07

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

______________________________________________________________________________________________________

______________________________________________________________________________________________________

______________________________________________________________________________________________________

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

______________________________________________________________________________________________________

______________________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________________

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

______________________________________________________________________________________________________

______________________________________________________________________________________________________

______________________________________________________________________________________________________

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

seja estável?

______________________________________________________________________________________________________

5) Qual a tensão máxima a ser aplicada em um regulador de tensão para +24VCC, na sua entrada, levando-se em conta a corrente máxima, para que sua proteção de sobre tensão não atue?

______________________________________________________________________________________________________

______________________________________________________________________________________________________

______________________________________________________________________________________________________

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

______________________________________________________________________________________________________

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

______________________________________________________________________________________________________

______________________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________________

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

______________________________________________________________________________________________________

______________________________________________________________________________________________________

______________________________________________________________________________________________________

______________________________________________________________________________________________________


_____/______/_____ ________________________ _______________________________

Eletricidade

50

EXPERIMENTO 07

Lista de materiais TR1 – Transformador 127V - 9-0-9V ou 12-0-12V – 500mA;

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

C1 – Capacitor eletrolítico 470uF x 50V (ou tensão maior);

C2 – Capacitor de disco cerâmico 100nF x 35V;

C3 – Capacitor eletrolítico 470uF x 25V;

C4 – Capacitor de disco cerâmico 100nF x 35V;

R1 – Resistor 100R - 1/2W;

D4 – Diodo Zener – 5V1 – 400mW ou 1W;

IC2 – CD40106;

RLED – Calcular;

LED comum – 2 unidades;

LED alto brilho – 2 unidades.

Multímetro;


Proto-board.

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

rede elétrica, que permite gerar trem de pulsos (onda quadrada) a partir da rede elétrica.

9) O circuito abaixo mostra como é possível, a partir de um sinal senoidal retificado obter uma onda de forma quadrada

utilizando um inversor (NOT) tipo Schmitt Trigger. Montar o circuito no “proto-board” e observar o funcionamento

utilizando um osciloscópio, para medir em cada ponto indicado. O LED conectado na saída do circuito é utilizado como

lâmpada piloto, ou seja, sinaliza o funcionamento da fonte de alimentação.

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

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

de teste.


_____/______/_____ ________________________ Aluno:________________________________

Eletricidade

51

Cabo ou Rabicho de Alimentação CA Porta Fusível - Fusível

Transformador de Alimentação (abaixador) Taps Primário e Secundário

Primário: Preto – 0V Marrom – 127V Vermelho – 220V Secundário:

Azul – 12V Preto – 0V Azul – 12V

Diodo Retificador Capacitor Eletrolítico

Capacitor Disco Cerâmico Regulador de Tensão Positivo

Resistores Diodo Zener

Circuito Integrado – CD40106 LED – Light Emitting Diode

Eletricidade

52

Ponto 1 Ponto 2

Ponto 3 Ponto 4

Ponto 5 Ponto 6

Ponto 7 Ponto 8, 9

Eletricidade

53

EXPERIÊNCIA 08

FONTE REGULADA DE 12V E 5V COM GERADOR DE BASE DE TEMPO TTL – FIXO 60Hz

E VARIÁVEL

Fonte de alimentação completa a ser montada e apresentada no final do semestre.

Lista de materiais TR1 – Transformador 127V – 15–0–15V– 1A;

Cabo de alimentação ou chicote com plugue; D1, D2, D3 – Diodo retificador 1N4007 ou equivalente; U1 – Regulador de tensão 7812 – 12V; U2 – Regulador de tensão 7805 – 5V U3 – CD40106; C1 – Capacitor eletrolítico 2200uF x 25V; C2 – Capacitor eletrolítico 2200uF x 25V; C3 – Capacitor eletrolítico 2200uF x 25V; C4 – Capacitor de disco cerâmico 100nF x 35V;

C5 – Capacitor de disco cerâmico 100nF x 35V; C6 – Capacitor de disco cerâmico 100nF x 35V; C7 – Capacitor de disco cerâmico 100nF x 35V; C8 – Capacitor eletrolítico 2,2uF x 25V; C9 – Não utilizar;

R1 – Resistor 100Ω - 1/2W;

R2 – Resistor 1kΩ -1/2W R3 – Resistor 330Ω DZ1 – Diodo Zener – 5V1 – 400mW ou 1W; POT1 – Potenciômetro Linear 100k LED comum – 1 unidade; Suporte para LED – 1 unidade Bornes Fêmea – 2 pretos, 1 vermelho, 1 verde Caixa Patola PB114 – 1 unidade Chave Liga-Desliga – 1 unidade

Porta Fusível – 1 unidade Dissipador M – 2 unidades; Knob ou botão; Soquete DIP 14; Conector modul – macho/fêmea; Tomada RCA – Macho e fêmea – 2 unidades.

Circuito elétrico da fonte de alimentação Vista superior do PCB da fonte de alimentação

Fonte de Alimentação montada

Eletricidade

54

Vista dos componentes para montagem da fonte, conforme tabela acima.

Eletricidade

55

Lay-out da placa de circuito impresso para fonte de alimentação de e gerador de onda quadrada TTL de 60Hz e

frequência variável.

Lay-out para confecção do PCB – Vista inferior

Lay-out para confecção do Silk Screen – Vista superior invertida

Eletricidade

56

EXPERIÊNCIA 09

OSCILADORES

Circuitos osciladores utilizando o CI NE555, do tipo ASTÁVEL e MONOESTÁVEL (one shot) e suas respectivas

expressões para cálculo dos intervalos. Neste experimento será montado um circuito oscilador que acionará dois LED‟s.

O temporizador 555 é um dos mais populares e versáteis circuitos integrados já produzido, ele é composto por 23

transistores, 2 diodos e 16 resistores em um chip de silício em um encapsulamento de 8 pinos duplo em linha (DIP).

Circuito ASTÁVEL

Circuito MONOESTÁVEL

Eletricidade

57

PRÉ-RELATÓRIO 09

Neste experimento será explorada a versatilidade do Oscilador 555. Uma das aplicações mais utilizada é a do tipo

ASTÁVEL. Nesta configuração o circuito projetado torna-se um oscilador contínuo, podendo ter a frequência variada a partir

do ajuste através de um potenciômetro.

Como aplicações podem-se destacar: Sinalizadores com LED‟s, Sirenes, Sirenes de dois tons, Gerador de Impulsos, Gerador de funções em Baixa Frequência.

1) Calcular os valores do resistor e capacitor do circuito abaixo para funcionar como um circuito astável para 10 Hz.

2) Calcular os valores do resistor e capacitor do circuito abaixo para funcionar como um circuito astável para 38 kHz.

3) Defina o que vem a ser Protocolo IrDA e quais sua principais características?

______________________________________________________________________________________________________

______________________________________________________________________________________________________

______________________________________________________________________________________________________

______________________________________________________________________________________________________


_____/______/_____ ________________________ _______________________________

Eletricidade

58

EXPERIMENTO 09

Lista de materiais

CI NE555 – 3 unidades;

Resistores;

Capacitores.

Fonte de alimentação;

Osciloscópio dois canais;

Proto-board.

4) Montar o circuito ASTÁVEL, para acionar um LED como pisca-pisca, com frequência fixa. Neste caso o circuito terá uma

frequência única determinada pela constante RC (R2 e C1);

5) Montar o circuito ASTÁVEL, para acionar dois LEDS alternadamente.

6) Montar o circuito ASTÁVEL para fornecer um sinal em nível TTL (Transistor Transistor Logic – 5V), com frequência

variável, ajustável através do potenciômetro POT1.


_____/______/_____ ________________________ Aluno:________________________________

Eletricidade

59

EXPERIÊNCIA 10

GERADOR DE IMPULSOS

Circuito gerador de impulsos a partir do CI NE555. Este circuito permite controlar o intervalo dos pulsos assim como

a largura dos mesmos através de décadas capacitivas, conforme figura abaixo.

PRÉ-RELATÓRIO 10

1) Explique a diferença entre um gerador de funções e um gerador de impulsos;

______________________________________________________________________________________________________

______________________________________________________________________________________________________

______________________________________________________________________________________________________

______________________________________________________________________________________________________

2) Descreva o que vem a ser “rise-time” de uma porta lógica?

______________________________________________________________________________________________________

______________________________________________________________________________________________________

______________________________________________________________________________________________________

______________________________________________________________________________________________________

3) Descreva o que vem a ser “fall-time” de uma porta lógica?

______________________________________________________________________________________________________

______________________________________________________________________________________________________

______________________________________________________________________________________________________

______________________________________________________________________________________________________

4) Descreva o que vem a ser “delay” de uma porta lógica?

______________________________________________________________________________________________________

______________________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________________

______________________________________________________________________________________________________


_____/______/_____ ________________________ _______________________________

Eletricidade

60

EXPERIMENTO 10

Lista de materiais

Oscilador NE555;

Resistores e Capacitores;

Fonte de alimentação;

Osciloscópio dois canais;

Proto-board.

5) Montar o circuito gerador de impulsos abaixo.

6) Verifique com auxílio do osciloscópio as variações das freqüências e duração dos pulsos, para cada um dos capacitores do

circuito:

Freqüência Período

Pos 1 C1 Pos 1 C6

Pos 2 C2 Pos 2 C7

Pos 3 C3 Pos 3 C8

Pos 4 C4 Pos 4 C9

Pos 5 C5 Pos 5 C10

7) Qual a amplitude mínima e qual a amplitude máxima de saída do circuito gerador de pulsos?

______________________________________________________________________________________________________

Data Visto do Orientador: Aluno: _______________________________

_____/______/_____ ________________________ Aluno: _______________________________

Eletricidade

61

T R A N S I S T O R E S

TRANSISTORES BIPOLARES DE JUNÇÃO (BJT)

O transistor foi inventado nos Laboratórios da Bell Telephone em dezembro de 1947 (e não em 1948 como é

freqüentemente dito) por Bardeen e Brattain, e inicialmente demonstrado em 23 de Dezembro de 1947 por John Bardeen,

Walter Houser Brattain, e William Bradford Shockley, que foram laureados com o prêmio Nobel da Física em 1956.

Ironicamente, eles pretendiam fabricar um transistor de efeito de campo (FET) idealizado por Julius Edgar Lilienfeld

antes de 1925, mas acabaram por descobrir uma amplificação da corrente no ponto de contacto do transistor, isso evoluiu

posteriormente para converter-se no transistor (transfer resistor) de junção bipolar (BJT). O objetivo do projeto era criar um dispositivo compacto e barato para substituir as válvulas termoiônicas usadas nos sistemas telefônicos da época.

Os transistores bipolares passaram, então, a serem incorporados a diversas aplicações, tais como: aparelhos auditivos,

seguidos rapidamente por rádios transistorizados. Mas a indústria norte-americana não adotou imediatamente o transistor nos

equipamentos eletrônicos de consumo, preferindo continuar a usar as válvulas termoiônicas, cuja tecnologia era amplamente

dominada. Foi através de produtos japoneses; notadamente os rádios portáteis fabricados pela Sony; que o transistor passou a

ser adotado em escala mundial.

Nessa época, o MOSFET (Metal Oxide Silicon Field Effect Transistor - Transistor de Efeito de Campo formado

por Metal / Óxido / Silício) ficou em segundo plano, quase esquecido. Problemas de interface inviabilizavam a construção dos

MOSFETs. Contudo, em 1959, Atalla e Kahng da Bell Labs fabricam e conseguem a operação de um transistor MOS. Nessa

época, os transistores MOS são tidos como curiosidade, devido ao desempenho bastante inferior aos Bipolares.

Em 1960, devido a sua estrutura mais simples, o MOS passou a ser encarado como um dispositivo viável para circuitos digitais integrados. Nessa época, havia muitos problemas com estados de impurezas, o que mantém o uso do MOS

restrito até o fim da década de 60. Entre 1964 - 1969 identificam o Sódio (Na) como o principal causador dos problemas de

estado de superfície, e começam a surgir soluções para esse problema.

No início da tecnologia MOS, os transistores pMOS foram mais utilizados, apesar do conceito de Complementary

MOS (CMOS) já estivesse sido introduzido por Weimer. O problema ainda é a dificuldade de eliminação de estados de

superfície nos transistores nMOS.

A tecnologia CMOS foi inventada por C. T. Sah e Frank Wanlass da Fairchild R & D Laboratory (US Patent

3,356,858 - "Low Stand-By Power Complementary Field Effect Circuitry") onde mostravam circuitos lógicos combinando

transistores canal P e transistores canal N em simetria complementar.

Em 1970, a Intel anuncia a primeira DRAM, fabricada com tecnologia PMOS. Em 1971, a Intel lança o primeiro

microprocessador do mundo, o INTEL 4004, baseado em tecnologia PMOS. Ele foi projetado para ser usado em calculadoras.

Ainda em 1971, resolve-se os problemas de estado de superfície e emerge a tecnologia NMOS, que permite maior velocidade e poder de integração.

O domínio da tecnologia MOS dura até o final dos anos 70. Nessa época, o NMOS passou a ser um problema, pois

com o aumento da densidade dos CIs, a tecnologia demonstrou-se insuficiente, pois surgem grandes problemas com consumo

de potência (que é alto nesse tipo de tecnologia). Com isso, a tecnologia CMOS começa a ganhar espaço.

A partir da década de 80, o uso de CMOS foi intensificado, levando a tecnologia a ser usada em 75% de toda a

fabricação de circuitos, por volta do ano 2000.

DADOS IMPORTANTES:

O primeiro processador 8 bits (8008) usava tecnologia PMOS e tinha freqüência de 0,2 MHz. Ano de fabricação:

abril/1972 - 3500 transistores com 10 um ou 10000nm, com uma tensão de trabalho de 5Vcc. Dez anos depois, a Intel lançou o 80286, com freqüências de 6,10,12 MHz, fabricado com tecnologia CMOS -

134.000 transistores 1,5um ou 1500nm, com uma tensão de trabalho de 5Vcc.

O Pentium 4, lançado em janeiro de 2002, trabalha com freqüências de 2,2GHz a 3,0GHz, e possui 55 milhões de

transistores CMOS 130 nm, sendo que 10% destes transistores são utilizados por circuitos de testes e verificação de cada

processador na linha de produção.

A IMPORTÂNCIA DO TRANSISTOR:

O transistor é considerado uma das maiores descobertas ou invenções da história moderna, tendo tornado possível a

revolução dos computadores e equipamentos eletrônicos. A chave da importância do transistor na sociedade moderna é a sua

habilidade de ser produzido em enormes quantidades usando técnicas simples, resultando em preços irrisórios. É conveniente salientar que é praticamente impossível encontrarmos circuitos integrados que não possuam internamente centenas, milhares

ou mesmo milhões de transistores, juntamente com outros componentes como resistências e condensadores. Por exemplo, o

microprocessador Cell do game PlayStation 3 tem aproximadamente 234 milhões de transistores, usando uma arquitetura de

fabricação de .45 microns, ou seja cada transistor fica distanciado dos outros 45 milionésimos de um milímetro.

Eletricidade

62

O seu baixo custo permitiu que se transformasse num componente quase universal para tarefas não mecânicas. Visto

que um dispositivo comum, como um refrigerador, usaria um dispositivo mecânico para o controle, hoje é freqüente e muito

mais barato usar um microprocessador contendo alguns milhões de transistores e um programa de computador apropriado e

realizar a mesma tarefa. Os transistores hoje em dia têm substituído quase todos os dispositivos eletromecânicos, a maioria dos

sistemas de controle, e aparecem em grandes quantidades em tudo que envolva eletrônica desde os computadores aos carros.

O seu custo tem sido crucial no crescente movimento para digitalizar toda a informação. Com os computadores

transistorizados a oferecer a habilidade de encontrar e ordenar rapidamente informação digital, mais e mais esforço foi posto

em tornar toda a informação digital. Hoje quase todos os meios na sociedade moderna são fornecidos em formato digital

convertidos e apresentados por computadores. Formas análogas comuns de informação, tais como a televisão ou os jornais,

gastam a maioria do seu tempo com informação digital, sendo convertida no formato tradicional apenas numa pequena fração

de tempo.

FABRICAÇÃO:

Os materiais utilizados na fabricação do transistor são

principalmente o Silício (Si), o Germânio (Ge), o Gálio (Ga) e alguns óxidos. Na natureza, o silício é um material isolante elétrico, devido à

conformação das ligações eletrônicas de seus átomos, gerando uma rede

eletrônica altamente estável. Atualmente, o transistor de germânio não é

mais usado, tendo sido substituído pelo de silício, que possui

características muito melhores.

O silício é purificado e passa por um processo que forma uma

estrutura cristalina em seus átomos. O material é cortado em finos

discos, que a seguir vão para um processo chamado de dopagem. Neste

processo são introduzidas quantidades rigorosamente controladas de

materiais selecionados (conhecidos como impurezas) que transformam a

estrutura eletrônica, introduzindo-se entre as ligações dos átomos de

silício, roubando ou doando elétrons dos átomos, gerando o silício P ou N, conforme ele seja positivo (tenha falta de elétrons) ou negativo (tenha

excesso de elétrons). Se a impureza tiver um elétron a mais, um elétron

fica sobrando na estrutura cristalina. Se tiver um elétron a menos, fica

faltando um elétron, o que produz uma lacuna (que funciona como se

fosse um buraco móvel na estrutura cristalina). Como resultado, temos

ao fim do processo um semicondutor.

O transistor é montado justapondo-se uma camada P, uma N e outra P, criando-se um transistor do tipo PNP. O

transistor do tipo NPN é obtido de modo similar. A camada do centro é denominada base, e as outras duas são o emissor e o

coletor. No símbolo do componente, o emissor é indicado por uma seta, que aponta para dentro do transistor se o componente

for PNP, ou para fora se for NPN.

FUNCIONAMENTO:

No transistor de junção bipolar ou TJB (BJT - "Bipolar Junction Transistor" na terminologia inglesa), o controle da

corrente coletor-emissor é feito injetando corrente na base. O efeito transistor ocorre quando a junção coletor-base é polarizada

reversamente e a junção base-emissor é polarizada diretamente. Uma pequena corrente de base é suficiente para estabelecer

uma corrente entre os terminais de coletor-emissor. Esta corrente será tão maior quanto maior for a corrente de base, de acordo

com a carga.

CARACTERÍSTICAS DE UM TRANSISTOR:

O fator de multiplicação da corrente na base (IB) mais conhecido por β (beta) do transistor ou por hFE que é dado pela

expressão: IC = IB x β

IC: corrente de coletor;

IB: corrente de base;

β: beta (ganho);

Configurações básicas de um transistor.

Eletricidade

63

Curva característica de um BJT

Transistor tipo NPN

Transistor tipo PNP

Existem três configurações básicas (BC, CC e EC) cada uma com suas vantagens e desvantagens.

BASE COMUM (BC)

Baixa impedância de entrada;

Alta impedância de saída;

Não há defasagem entre o sinal de

saída e o de entrada;

Amplificação de corrente igual a 1;

Não ocorre inversão de fase.

COLETOR COMUM (CC)

Alta impedância de entrada;

Baixa impedância de saída;

Não há defasagem entre o sinal de

saída e o de entrada;

Amplificação de tensão igual a 1;

Não ocorre inversão de fase.

EMISSOR COMUM (EC)

Média impedância de entrada;

Alta impedância de saída;

Defasagem entre o sinal de saída e

o de entrada de 180º graus;

Pode amplificar tensão e corrente,

até centenas de vezes.

Os transistores apresentam as seguintes especificações que poderão ser consultadas nos datasheets dos fabricantes:

Tipo: é o nome do transistor;

Pol.: polarização; N quer dizer NPN e P quer dizer PNP;

VCEO: tensão entre coletor e emissor com a base aberta;

VCER: tensão entre coletor e emissor com resistor no emissor;

IC: corrente máxima do emissor;

PTOT: é a máxima potência que o transistor pode dissipar;

hFE: ganho (beta);

Ft: freqüência máxima;

ENCAPSULAMENTOS:

A maneira como o fabricante encapsulou o transistor nos fornece a identificação dos terminais. Existem também

outros tipos de transistores, notadamente os de efeito de campo (transistores FET, de Field Effect Transistor), neste caso o

controle da corrente é feito por tensão aplicada à porta.

Eletricidade

64

Eletricidade

65

EXPERIÊNCIA 11

ACIONAMENTO ATRAVÉS DE TRANSISTORES

Transistores possuem três modos de operação: corte, condução e saturação. Em amplificadores estes são polarizados para

operarem no modo de condução. Porém há outra maneira de se fazer uma boa utilização de transistores. É o seu uso como

chave liga-desligamento para acionamento de pequenas cargas.

Uma destas cargas é a bobina de um relé, que necessita de uma chave muitas vezes por estar sendo controlado por um

circuito digital, que não fornece a corrente suficiente e nem mesmo a tensão necessária para a operação do relé (12VCC –

40mA). Outro tipo de carga são as agulhas de impressoras matriciais que utilizam solenóides para acioná-los (Impressoras EPSON ou RIMA).

PRÉ-RELATÓRIO 11

1) Como funcionam os contatos NA e NF de um relé?

______________________________________________________________________________________________________

______________________________________________________________________________________________________

______________________________________________________________________________________________________

2) Descreva o conceito de “open-collector”? ______________________________________________________________________________________________________

______________________________________________________________________________________________________

______________________________________________________________________________________________________


_____/______/_____ ________________________ _______________________________

Eletricidade

66

EXPERIMENTO 11

Lista de materiais Transistor BC548 (A, B ou C) – 3 unidades;

CI CD40106; Relé 12VCC;

Resistores, diodos.

Multímetro;


Proto-board.

3) Montar o circuito abaixo utilizando uma porta lógica NOT como controlador de entrada. Acione o relé alterando o estado

da porta lógica NOT. Utilize uma chave H-H ou push-button;

4) Descreva o funcionamento ao executar a etapa três;

______________________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________________

______________________________________________________________________________________________________

______________________________________________________________________________________________________

5) Substitua o acionamento ON-OFF da porta lógica por um gerador de funções. Aplique um sinal TTL quadrado em

freqüência de 1Hz. Varie a freqüência lentamente até chegar a 10Hz. Descreva o que ocorre?

______________________________________________________________________________________________________

______________________________________________________________________________________________________

______________________________________________________________________________________________________

______________________________________________________________________________________________________

6) Cite as aplicações que podem ser realizadas com este circuito: ______________________________________________________________________________________________________

______________________________________________________________________________________________________

______________________________________________________________________________________________________

______________________________________________________________________________________________________


_____/______/_____ ________________________ Aluno:________________________________

Eletricidade

67

EXPERIÊNCIA 12

FONTE REGULADA COM AJUSTE E PROTEÇÃO

Fontes Lineares na maioria dos casos são compostas de um transformador abaixador, diodos para a retificação e

capacitores como filtros. Estas são as fontes de alimentação mais comuns existentes no mercado. Dispensam qualquer tipo de

conhecimento adicional, porém, podem ser melhoradas quanto ao rendimento e a regulação, quando se tornam fontes Lineares

Reguladas.

Uma fonte linear regulada apresenta excelente regulação e bom desempenho, quando bem projetada. O modelo abaixo

mostra a seqüência de como se projetar uma fonte linear regulada com proteção de sobrecorrente.

PRÉ-RELATÓRIO 12

Projetar a fonte de alimentação conforme circuito abaixo para fornecer uma tensão de 12V e 500mA. Usar como

referência para o projeto o livro Integrated Electronics – Millman-Halkias. Após verificar o funcionamento utilizando uma

fonte externa, projetar o circuito retificador e calcular o capacitor de filtro.


_____/______/_____ ________________________ _______________________________

Eletricidade

68

EXPERIMENTO 12

1) Construir a fonte linear projetada no pré-relatório;

2) Ajustar seu valor de saída;

3) Aplicar a carga máxima permitida, conforme o cálculo (Imáx), e verificar sua regulação.

Regulação (%): ______________________

4) Medir o “ripple”;

Ripple: _____________________________

5) Aumentar a corrente além do limite máximo permitido, aumentando a carga, e verificar a atuação da proteção por sobre

corrente;

Corrente de curto: ____________________

6) Diminuir a corrente e verificar se a fonte volta a operar normalmente.

______________________________________________________________________________________________________

______________________________________________________________________________________________________

7) Variar a tensão de entrada a um valor mínimo que permita a sua regulação normal. Esta tensão mínima é conhecida como

tensão de “drop-out”. Anote o valor.

Tensão mínima de operação com carga máxima: ______________

8) Demais resultados:

______________________________________________________________________________________________________

______________________________________________________________________________________________________

______________________________________________________________________________________________________

______________________________________________________________________________________________________

______________________________________________________________________________________________________

______________________________________________________________________________________________________

______________________________________________________________________________________________________

______________________________________________________________________________________________________

9) Conclusões sobre a fonte projetada:

______________________________________________________________________________________________________

______________________________________________________________________________________________________

______________________________________________________________________________________________________

______________________________________________________________________________________________________

______________________________________________________________________________________________________

______________________________________________________________________________________________________

______________________________________________________________________________________________________


_____/______/_____ ________________________ Aluno:________________________________

Eletricidade

69

TRANSISTORES DE UNIJUNÇÃO (UJT)

O transistor de unijunção (UJT) é um dispositivo semicondutor dos mais antigos. Seu princípio de funcionamento foi

descrito em 1948 pelo francês Welker e por Shockley em 1949. Como seu nome diz, é um dispositivo de três terminais

somente com uma junção PN. Como esperado, suas características e funcionamento são diferentes dos demais transistores.

O UJT é basicamente um comutador que possui mais vantagens se comparado a outros dispositivos semicondutores.

A. A tensão de disparo é baixa em relação a tensão de alimentação. A freqüência de oscilação de um oscilador UJT

independe da tensão de alimentação

B. Possui uma região de resistência negativa estável, o que permite o seu uso em circuitos osciladores e de disparo de

tiristors.

C. Comparado a BJTs, o uso de UJTs, reduz pela metade o número de componentes em um circuito oscilador.

D. A resistência interna de um UJT em estado de CORTE é relativamente alta (de 5k a 10k), deste modo o seu consumo

em repouso é baixo.

E. Necessita de baixa corrente para disparo (de 2 a 10uA).

F. Permite acionar tiristores diretamente, pois sua tensão de saída pode variar de 3V a 5V de pico.

G. As correntes de fuga (leakage current) são da ordem de 1 a 10nA.

A estrutura básica do UJT é essencialmente uma barra de material semicondutor tipo N, com material semicondutor

tipo P difundido na mesma, como mostra a figura abaixo. Os contatos referem-se a Base 1, Base 2 e Emissor. Assim podemos

observar que é diferente do BJT que possui Coletor, Base e Emissor.

Seu símbolo como podemos observar então é Base2, Emissor e Base1. O UJT é construído de duas maneiras. A

primeira utilizando uma estrutura em barra e a segunda utilizando uma estrutura cúbica.

Seu circuito equivalente apresentado figura abaixo mostra duas resistências e um diodo diretamente polarizado entre estas.

RBB é conhecido como resistência de interbase, representado pela soma de RB1 e RB2, logo:

RBB = RB1 + RB2 (1)

Deve-se observar que a expressão acima só é válida enquanto o Emissor for um circuito aberto.

VRB1 é a queda de tensão sobre RB1 e é dada por:

VRB1 = RB1 / (RB1 + RB2) (2)

Igualando a expressão (1) com (2), termos: VRB1 = (RB1/RBB) x VBB (3)

A razão RB1/RBB refere-se como a razão intrínseca e é denotada por η

Aplicando uma tensão VE no emissor do UJT, o circuito terá uma nova configuração conforme figura abaixo e sua curva

característica de VE em função de IE

Eletricidade

70

Se VE for menor VRB1, o diodo estará reversamente polarizado e o circuito comporta-se como um emissor aberto. Se

entre tanto VE for incrementado a ponto de exceder o valor de VRB1 em pelo menos 0,7V, o diodo estará diretamente polarizado

e a corrente IE fluirá para a região da BASE1. Quando isto ocorrer o valor de RB1 diminuirá. Isto ocorre devido a presença

adicional de lacunas na barra do semicondutor. Um aumento adicional de VE faz com que a corrente de emissor aumente e

desta maneira reduza mais ainda o valor de RB1, aumentando a corrente sobre o mesmo. Este efeito é chamado de efeito de

regeneração. O valor de VE que causa este efeito é chamado de pico de tensão VP e é dado por:

VP = η AVVBB + VD (4)

Quando a tensão VE começa a ser incrementada, a corrente é pequena, em torno de micro ampères. Quando o ponto de pico é

atingido, a corrente sobe rapidamente atingindo o ponto máximo levando o dispositivo a saturação. Neste ponto RB1 vai para o

seu menor valor que é chamado de resistência de saturação.

APLICAÇÃO TÍPICA UTILIZANDO UJT:

A aplicação mais conhecida utilizando UJT é o circuito Oscilador de Relaxação que é definido pela carga lenta e

descarga rápida do capacitor do circuito, como podemos ver na figura abaixo.

O circuito básico e o circuito prático estão mostrados acima. O resistor R3 no circuito funciona como um limitador de

corrente de emissor e provê o pulso de tensão enquanto R2 a compensação em temperatura. As formas de ondas mostradas abaixo ocorrem no EMISSOR a na BASE1, são respectivamente um dente de serra e um pulso de curta duração.

Eletricidade

71

A operação deste circuito se dá pela carga de C1 através de R1 até que a tensão atinja o ponto de pico. A corrente de EMISOR

cresce rapidamente, descarregando C1, através da região da BASE1 e R3. O repentino aumento da corrente através de R3

produz um pulso de tensão. Quando a corrente cai para o valor de IV (ver curva característica), o UJT desliga e o ciclo se repete

novamente.

Temos que o tempo t entre pulsos sucessivos é dado por:

t + R1C ln (VBB – VV/VBB – VP) (5)

DESENVOLVIMENTO DE UM CIRCUITO DE RELAXAÇÃO PARA 1kHz

O oscilador usa um UJT 2N2646, operando na tensão de 10V.

Power Dissipation 300Mw

RMS Emitter Current 50mA

Peak Emitter Current (Capacitor discharge <10µF) 2A

Emitter Reverse Voltage 30V

Interbase Voltage 35V

ESPECIFICAÇÕES

Intrinsic Standoff Ratio (VBB = 10v) ή 0.69

Interbase Resistance (VBB = 3v, Ie = 0) RBB0 6.7

Emitter Saturation Voltage (VBB = 10v, IE = 50mA) VE(sat) 2

Emitter Reverse Current (VB2E = 30V IB1 = 0) IE0 0.001

Peak Point Emitter Current (VBB = 25v) IP 0.8

Valley Point Current (VBB = 20v RB2 = 100R) IV 5 Base-One Peak Pulse Voltage V0B1 8.5

É importante que o valor de R1 seja suficientemente pequeno para que a corrente de emissor atinja o valor de IP enquanto a o

capacitor atinja a tensão VP, e ao mesmo tempo, grande o suficiente para que quando o capacitor descarregar, possa atingir a

corrente inferior IV, quando o capacitor ao se descarregar atinja VV.

Os valores limite para R1 é dado por:

R1(máx) = (VBB – VP) / IP e R2(mín) = (VBB – VV) / IV

Das especificações do UJT 2N2646, o valor médio de η será 0,56 + 0,75 = 0,655. Substituindo na equação abaixo, teremos

VP = 0,655 x 10V + 0,7V logo VP = 7,25V

Cálculo de R1

R1 = (10 – 7,25) / 5µA, logo R1 = 550kΩ,

Se VV = aprox. VBB/10, logo R1 (mín)= (10 – 1) / 4mA, teremos R1 = 2k25

Tomando o valor de R1 = 10kΩ, podemos calcular o valor de C

t + R1C ln (VBB – VV/VBB – VP), logo

C = 0,001/ 104 ln (9/2,75), logo C= 84nF

R2 não é importante e neste caso o valor a ser utilizado será de 470R

Eletricidade

72

OSCILADOR SENOIDAL UTILIZANDO UJT

CIRCUITO GERADOR DE DENTE DE SERRA UTILIZANDO UJT

Eletricidade

73

TRANSISTORES DE EFEITO DE CAMPO

JUNCTION GATE FIELD-EFFECT TRANSISTOR (JFET)

Há muitos tipos de transistores além do transistor de junção bipolar (BJT) que discutimos até agora. Uma importante

classe de transistores de 3 terminais são os dispositivos de efeito de campo. Para estes, o parâmetro de controle é o campo

elétrico através da junção, em oposição à corrente do BJT. Já que um campo elétrico está associado a uma tensão, a vantagem

importante dos dispositivos de efeito de campo é que não precisa haver uma corrente no elemento de controle (a porta).

Isso resulta em uma impedância de entrada bastante elevada, e uma corrente de fuga bastante baixa.

Os mais fáceis de entender são os transistores de efeito de campo de junção (JFETs), que iremos discutir primeiro e com certo detalhe. Os FETs semicondutores de óxido de metal (MOSFETs) são muito importantes para implementações de

lógica digital.

O FET é conhecido como transistor unipolar porque a condução de corrente acontece por apenas um tipo de portador

(elétron ou lacuna), dependendo do tipo do FET, de canal n ou de canal p. O nome “efeito de campo” decorre do fato que o

mecanismo de controle do componente é baseado no campo elétrico estabelecido pela tensão aplicada no terminal de controle.

O Transistor JFET recebe este nome porque é um transistor FET de Junção.

CONSTRUÇÃO SÍMBOLO

A figura acima apresenta um JFET de canal n (existe também o JFET de canal p). Seu diagrama construtivo

simplificado representa uma “barra” de silício semicondutor tipo n (semicondutor dopado com impurezas doadoras) e contendo

incrustadas duas regiões tipo p. O JFET da figura 01 tem as seguintes partes constituintes:

FONTE: (source) fornece os elétrons livres,

DRENO: (drain) drena os elétrons,

PORTA: (gate) controla a largura do canal, controlando o fluxo dos elétrons entre a fonte e o dreno. As regiões p da porta são

interligadas eletricamente.

Ainda observando a figura acima, a seta apontando para dentro representa uma junção pn de um diodo.

O JFET de canal p tem as mesmas partes constituintes de um JFET de canal n, porém seu símbolo apresenta a seta em

sentido contrário, e as correntes e tensões são consideradas invertidas em relação ao JFET de canal n. Sendo que o JFET canal

n é o mais utilizado.

CARACTERÍSTICAS MAIS IMPORTANTES DO JFET

Controle por Tensão: a corrente entre o dreno e a fonte é controlada pela tensão aplicada na porta, em contraste com o

transistor BJT, cuja corrente de coletor é controlada pela corrente de base. Alta Impedância de Entrada: para que seja possível o controle de corrente do canal n é necessário que se produza uma

polarização reversa das junções da porta, provocando desta forma um aumento na região de depleção destas junções e em

decorrência disto um estreitamento do canal; com isto, tem-se baixas correntes de porta, e conseqüentemente, alta impedância.

Curvas Características: o comportamento do JFET pode ser sumarizado por suas curvas de dreno e de transcondutância.

Outras características: os transistores JFET apresentam menores ganhos em relação aos transistores BJT e em decorrência

disto têm maior estabilidade térmica; geometricamente, os JFET têm dimensões menores quando comparados com os

transistores BJT.

JFETs são utilizados em circuitos semelhantes aos que utilizam BJTs

BJT = Controlado por corrente [ Ic => f(IB) ];

JFET = Controlado pó tensão [ID => f(VGS) ].

Eletricidade

74

Analogia do fluxo de água para o mecanismo de controle do JFET:

Na figura abaixo temos um JFET canal n, em que foi aplicada uma tensão positiva VDS, através do canal, e a porta foi

conectada diretamente à fonte para estabelecer a condição VGS = 0V. O resultado são os terminais porta e fonte no mesmo

potencial. Ao ser aplicado VDD, temos ID = IS. Nesta condição o fluxo de elétrons é irrestrito e limitado apenas pela resistência

intrínseca do canal n entre dreno e fonte.

JFET canal n

Nota-se que a região de depleção é maior na parte superior, pois a polarização reversa dreno/porta é maior que a

polarização reversa porta/fonte.

Considerando uma resistência uniforme ao longo do canal n, logo ID estabelecerá os níveis ao longo do canal.

Próximo a fonte a queda de tensão será menor (menor resistência) e próximo ao dreno a queda de tensão será maior (maior

resistência). Como VGS=0, logo IG=0 e a junção PN estará sempre polarizada reversamente.

Eletricidade

75

Aumentando-se VDS gradativamente de 0V para alguns Volts, a corrente aumentará como previsto pela lei de OHM,

como podemos ver no gráfico IDS x VDS para VGS=0.

Ao atingir o nível de saturação quanto mais horizontal for a curva, significa que a resistência de canal é a maior

possível. O ponto de pinch-off (VP), resulta do aumento de VDS e onde as duas regiões de depleção se tocam como mostra a

figura abaixo.

Nesta condição (saturação) ID tenderia a zero. Porém, isto não acontece uma vez que ID mantém o valor de saturação

definido por IDSS. Isto quer dizer que há um canal muito estreito, com uma corrente de alta densidade.

IDSS é a corrente máxima de dreno para um JFET e é definida pela condição VGS = 0 e VDS > | VP| .

Portanto uma vez que VDS > VP esteja estabelecido, o JFET apresenta as características de uma fonte de corrente,

como mostra a figura acima a corrente fica fixa no valor ID = IDSS. Porém a tensão VDS (para níveis maiores que VP) é

determinada pela carga aplicada.

Eletricidade

76

A escolha da notação IDSS deriva do fato de a corrente ter sentido dreno – fonte (drain – source – DS), com uma

conexão de curto-circuito da porta para fonte (gate-source).

A polarização negativa de VGS aumenta as camadas de depleção diminuindo a área de passagem de corrente

O valor de VGS que resulta em ID = 0mA é definido por VGS = VP, com VP sendo uma tensão negativa para dispositivos de

canal n e uma tensão positiva para dispositivos de canal p.

Desta maneira VGS para canal n variará de 0V, -1V, -2V, -3V, -4V, até se igualar a VP, ou seja a curva ser totalmente

horizontal. Para canal p ocorrerá o contrário, onde VGS será 0V, 1V, 2V, 3V, 4V, até se igualar a VP.

Curva característica do JFET canal n com IDSS = 8mA e VP = - 4V

RESISTOR CONTROLADO POR TENSÃO

Na sua região ôhmica, o JFET pode ser utilizado como um resistor controlado por tensão.

Eletricidade

77

Expressão 5.1 (Boylestad)

ro = resistência com VGS = 0V;

rd = resistência específica para um determinado VGS.

JFET canal p

O JFET canal p tem exatamente a mesma estrutura que o dispositivo canal n, diferindo somente na deposição dos materiais.

Os sentidos das correntes são invertidos, assim como as polaridades das tensões VGS e VDS. Para o dispositivo de canal

p, a região de depleção vai se contrair para tensões positivas crescentes aplicadas à porta (gate) com relação à fonte (source) e a

tensão VDS será negativo, conforme a curva abaixo que apresenta um IDSS = 6mA, e tensão de pinch-off (VP) de VGS = +5V

Na figura abaixo temos a aplicação do valor VDSmáx para cada VGS fazendo com que o transistor JFET atinja a tensão

de ruptura, o que ocorre da mesma forma em transistores de canal n.

Eletricidade

78

O fluxo de elétrons da fonte para o dreno depende da largura do canal, isto é, polarização reversa na porta causa

aumento das regiões de depleção, diminuindo a largura do canal e dificultando desta forma a passagem da corrente entre o

dreno e a fonte (é uma região de íons, formada pela difusão pela junção). Desta forma temos as seguintes condições:

a) LARGURA DO CANAL: depende da tensão VGG, isto é, quanto mais negativa, maior será a região de depleção e portanto

mais estreito o canal;

b) TENSÃO DE CORTE: é a tensão suficiente para desaparecer o canal (VGScorte) também conhecida como tensão de ruptura

(pinch-off);

c) CORRENTE DE FUGA DA PORTA: Como a junção da porta opera em polarização reversa, tem-se uma corrente baixa;

desta forma, a CORRENTE DE DRENO é igual à CORRENTE DA FONTE (ID). Esta é a causa da alta impedância de entrada

dos JFET.

OBS: Como a polarização reversa entre a porta e a fonte (VGS) não consome corrente e a largura do canal depende de VGS, o

controle de ID é efetivamente feito pela tensão da porta.

A corrente máxima é definida por IDSS e ocorre quando VGS

= 0V e VDS >= |VP|, mostrado no circuito ao lado.

Para tensões VGS entre porta e fonte menores do que o valor

de pinch-off, a corrente de dreno é 0 A (ID = 0A), mostrado

no circuito ao lado.

Para todos os valores de VGS entre 0 V e o valor de pinch-

off, a corrente ID vai variar entre IDSS e 0 A,

respectivamente como mostra o circuito ao lado.

Eletricidade

79

CURVA DE TRANSFERÊNCIA DO JFET

Transistores bipolares de junção (BJT) são controlados por

corrente, conforme expressão abaixo:

IC = IB (5.2)

Transistores de junção de efeito de campo (JFET) são

controlados por tensão como mostra a equação de

Shockley:

(5.3)

A curva de transferência pode ser obtida utilizando-se a equação de Shockley ou as curvas características da curva de

canal n. Na figura abaixa constam os dois gráficos com a escala vertical em mA para cada um dos gráficos. O gráfico à

esquerda é ID versus VGS. Utilizando-se as curvas características de dreno à direita do eixo „y‟, pode-se desenhar uma linha

horizontal da região de saturação da curva, denotada por VGS = 0V, ao eixo ID. O valor da corrente resultante para ambos os gráficos é IDSS. O ponto de interseção na curva ID versus VGS ficará como o mostrado, pois o eixo vertical é definido por VGS =

0V.

Em resumo, quando VGS = 0V, ID = IDSS.

Quando VGS = VP = -4V, a corrente de dreno é 0 mA, definindo outro ponto na curva de transferência.

Ou seja: Quando VGS = VP, ID = 0mA.

Eletricidade

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APLICAÇÃO DA EQUAÇÃO DE SHOCKLEY:

A curva de transferência da figura acima pode ser obtida diretamente da equação de Shockley (5.3), tendo-se apenas os valores

de IDSS e VP. Os valores de IDSS e VP definem os limites da curva em ambos os eixos, faltando apenas encontrar alguns pontos

intermediários.

Substituindo VGS = 0V, temos:

ID = IDSS ( 1- VGS/VP)2

= IDSS ( 1- 0/VP)2 = IDSS (1 – 0) 2

Logo:

Substituindo VGS = VP, obtemos:

ID = IDSS ( 1- VP/VP)2

= IDSS ( 1- 1)2 = IDSS (0)

Logo:

Para VGS = -1 V, teremos ID= 4,5mA,verificar utilizando as expressões 5.4. Para confirmarmos o valor de VGS, utilizamos a

expressão abaixo:

Calcular VGS para ID= 4,5 mA e IDSS= 8mA.

Referência: Dispositivos Eletrônicos e Teoria de Circuitos – Boylestad & Nacheslky – 8ª Edição.

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81

TRANSISTOR DE EFEITO DE CAMPO - MOSFET

Transistores de efeito de campo com metal-oxido conhecidos como MOSFETs, é um dispositivo usado para amplificar ou comutar sinais eletrônicos, como transistores bipolares ou outros tipos do tipo FET. O princípio básico deste transistor foi

proposto primeiramente por Julius Edgar Lilienfeld em 1925. Nos MOSFETs, uma tensão sobre o óxido porta isolada pode

acionar o canal de condução entre os dois outros contatos chamados a fonte eo dreno. Este canal pode ser do tipo n ou tipo p, e

é, portanto, chamado de nMOSFET ou pMOSFET (também comumente nMOS, PMOS). É de longe o transistor mais comum

em ambos os circuitos analógicos e digitais, embora sua maior contribuição seja nos processos de fabricação digital.

O termo “metal” no nome é considerado um equívoco, isto porque o material depositado no gate deste tipo de dispositivo é

na maioria dos casos uma camada de polisilício (silício policristalino). O alumínio foi o material utilizado para para deposição

no gate ou porta até meados de 1970, quando tornou-se dominante o polisilício. Dada à sua capacidade de formar portas auto-

alinhados o polisilício passou a ser utilizado em larga escala.

Portas ou gates de transistores utilizando deposições metálicas estão recuperarando espaço neste cenário, já que é difícil aumentar a velocidade de operação dos transistores, sem portas de metal.

Na figura abaixo podemos ver a seção transversal de MOSFET canal N, que é fabricado em um substrato p. Para que se

possa construir um dispositivo MOSFET canal P, deve-se primeiramente fazer um implante ou deposição de material N.

Os símbolos frequentemente utilizados para identificar um FET, podem ser vistos na figura acima. Lembrando que um

transistor FET é identificado pela letra M, um transistor bipolar pela letra Q e um MESFET, pela letra Z.

APLICAÇÕES DIGITAIS:

A grande vantagem do dispositivo MOSFET para comutação digital é que a camada de óxido entre o gate e o canal impede

a passagem de corrente contínua, reduzindo ainda mais o consumo de energia e dando uma impedância de entrada muito

grande. O óxido formado entre o gate e o canal efetivamente isola um MOSFET, por tornar-se uma camada capacitiva. Esta

camada capacitiva por ter uma alta impedância, consome menos corrente para acionar o dispositivo. Lembrando-se que em

circuitos digitais, dispositivos deste tipo operam somente na região de corte e saturação. Além disso estes dispositivo possui

alta capacidade de fan-out.

O crescimento das tecnologias digitais, como o microprocessador forneceu a motivação para o avanço da tecnologia

MOSFET mais rápido do que qualquer outro tipo de transistor de silício.

APLICAÇÕES ANALÓGICAS:

As vantagens do MOSFET nos circuitos digitais não traduz a supremacia em todos os circuitos analógicos. Os circuitos

digitais são cahveados, passando a maior parte do seu tempo fora da região de comutação, enquanto os circuitos analógicos

dependem do comportamento MOSFET realizada precisamente na região de comutação de operação. O transistor bipolar de

junção (BJT) tem sido tradicionalmente o transistor mais utilizado em circuitos analógicos, em grande parte devido à sua maior

transcondutância e sua impedância de saída mais elevada.

Atualmente os circuitos BiCMOS, vem ocupando este espaço, principalmente por permitir alta impedância de entrada

(CMOS) e alta corrente de saída em baixas impedâncias (BJT). Seu processo de fabricação é mais complexo se comparados

aos processos MOS e BJT.

Eletricidade

82

AMPLIFICADOR OPERACIONAL

O amplificador operacional recebeu este nome porque foi projetado inicialmente para realizar operações matemáticas

utilizando a tensão como uma analogia de outra quantidade. Esta é a base dos computadores analógicos onde os op amps eram

utilizados para realizar as operações matemáticas básicas (adição, subtração, integração, diferenciação, e outras). Neste

sentido, um verdadeiro amplificador operacional é um elemento do circuito ideal. Os amplificadores reais utilizados, feitos de

transistores, válvulas, ou outros componentes amplificadores, são aproximações deste modelo ideal.

Os op amps foram desenvolvidos na era das válvulas termoiônicas, onde eles eram usados em computadores

analógicos. Os op amps modernos são normalmente construídos em circuitos integrados, apesar de ocasionalmente serem

feitos com transistores discretos, e geralmente possuem parâmetros uniformes com encapsulamentos e necessidades de

alimentações padronizadas, possuindo muitos usos na eletrônica.

A maioria dos op amps simples, duplos ou quádruplos disponíveis possuem uma pinagem padronizada que permite

que um tipo seja substituído por outro sem mudanças na pinagem. Um op amp específico pode ser escolhido pelo seu ganho

em malha aberta, largura de banda, nível de ruído, impedância de entrada, consumo da potência, ou uma combinação de alguns

destes fatores.

Historicamente, o primeiro op amp integrado a tornar-se largamente disponível foi o Fairchild UA-709, no final dos anos 60, porém isto foi rapidamente modificado pela performance superior do LM741, que é mais fácil de utilizar, e

provavelmente o mais conhecido da eletrônica - todos os principais fabricantes produzem uma versão deste chip clássico. O

LM741 possuí transistores bipolares, e segundo os padrões modernos possui uma performance considerada média.

Projetos melhorados baseados no transistor FET surgiram no final dos anos 70, e as versões com MOSFET no início

dos anos 1980s. Há ainda os chamados op amps Bi-FET, que combinam transistores bipolares e MOSFETs, e que aproveitam

as melhores características de ambos. Bi-FETs típicos são os LF411 e LF351 da NATIONAL, assim como CA3130 e CA3140

da RCA.

O AMPLIFICADOR OPERACIONAL IDEAL

O amplificador operacional ideal tem um ganho infinito em malha aberta, largura de banda infinita, impedância de entrada infinita, impedância de saída nula e nenhum ruído, assim como offset de entrada é zero (exatamente 0 V na saída

quando as duas entradas forem exatamente iguais) e nenhuma interferência térmica. Os circuitos integrados de op amps

utilizando MOSFETs são os que mais se aproximam destes valores ideais em limites de largura de banda.

O amplificador operacional é provavelmente o dispositivo único mais bem sucedido na área de circuitos eletrônicos

analógicos. Com apenas alguns poucos componentes externos, ele pode ser ajustado de modo a fazer uma grande variedade de

funções em processamento de sinal. Também possui um preço relativamente baixo.

USO NO PROJETO DE SISTEMAS ELETRÔNICOS:

A possibilidade de usar os modelos em blocos dos amplificadores operacionais durante o projeto de circuitos faz com

que circuitos complicados se tornem mais simples para se trabalhar e compreender, especialmente em esquemas muito

grandes. Os op amps podem ser usados como se tivessem propriedades idealizadas (ganho infinito, dissipação de calor perfeita,

resposta de freqüência estável, impedância de entrada infinita, impedância de saída nula, e outras respostas ideais).

Eletricidade

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Após o projeto inicial de o circuito ter sido concluído (e muitas vezes modelado em computador), op amps específicos

são escolhidos de modo a ser o mais próximo possível dos critérios de projeto e de custo. Pode ocorrer que um op amp com

todos os parâmetros desejados não possa ser encontrado e então se procura o amplificador operacional que mais se aproxime

da sua função pretendida no seu subcircuito.

O circuito projetado provavelmente precisará de modificações para aceitar as qualidades dos amplificadores operacionais reais. O mesmo é feito para praticamente todas as partes eletrônicas durante do desenvolvimento do projeto (onde

estas também são utilizadas como perfeitas), isto deve ser feito de modo a fazer com que os componentes reais ajam os mais

próximos possíveis dos componentes ideais. Este processo de desenvolver os circuitos com partes ideais e então ajustá-las de

acordo com suas versões reais e comumente verdadeiro em todos os componentes eletrônicos incluindo condensadores,

indutores, resistências, transistores, diodos, etc.

Após as modificações necessárias, o resultado é um circuito final utilizando op amps ideais. O objetivo do projeto é

que qualquer erro ou discrepância restante seja insignificante na prática.

COMPORTAMENTO EM CORRENTE CONTÍNUA:

O ganho em malha aberta é definido como a amplificação da entrada para a saída sem nenhuma realimentação (feed-

back) aplicada. Para a maioria dos cálculos práticos, o ganho em malha aberta é definido como infinito; na realidade,

entretanto, ele é limitado pela quantidade de tensão aplicada à alimentação do amplificador operacional, (terminais Vs+ e Vs-

no diagrama acima). Os dispositivos típicos possuem um ganho de malha aberta em Corrente Contínua entre 100,000 e 1

milhão. Isto permite que o ganho da aplicação seja ajustado utilizando a realimentação negativa. Os op amps possuem limites

de performance que o projetista deve manter em mente e muitas vezes trabalhar em torno disto.

COMPORTAMENTO EM CORRENTE ALTERNADA:

O ganho do op amp calculado em DC não se aplica a corrente alternada a freqüências mais altas. Isto ocorre devido às

limitações do componente, tais como sua largura de banda finita, e às características em AC do circuito aonde é colocada. O

problema mais bem conhecido no desenvolvimento de projetos com op amps é a tendência de estes ressonarem a Altas freqüências, aonde mudanças na realimentação negativa mudam para realimentação positiva devido à mudança de fase.

Os op amps típicos, de baixo custo possuem uma largura de banda de alguns MHz. Op amps específicos e de alta

velocidade podem atingir uma largura de banda de centenas de MHz. Para circuitos de freqüência muito alta, um tipo

completamente diferente de op amp, chamado amplificador operacional de realimentação de corrente é frequentemente usado.

NOTAÇÃO:

Um símbolo elétrico para o amplificador operacional é mostrado abaixo:

Os seus terminais são:

V+: entrada não-inversora

V−: entrada inversora

Vout: saída

+VDC: alimentação positiva

−VDC: alimentação negativa

Os pinos de alimentação (VS+ e VS−) podem ser nomeados de diferentes formas. Ver pinos de alimentação dos CIs.

Para op amps baseados em tecnologia FET, o positivo, ou alimentação de dreno comum é chamada de VDD e o negativo, ou

alimentação de fonte comum é chamado de VSS. Para op amps baseados em TBJ (BJT), o pino VS+ torna-se VCC e o pino VS− torna-se VEE. Eles são muitas vezes chamados VCC+ e VCC−, ou mesmo V+ e V−, no caso de as entradas serem nomeadas

diferentemente, a função permanecerá a mesma. Muitas vezes estes pinos são retirados dos esquemas elétricos para uma maior

claridade, e a configuração de alimentação é dada ou previsível através do circuito.

A posição dos pinos de polaridade pode ser invertida em diagramas para uma maior claridade. Neste caso, os pinos de

alimentação continuam nas mesmas posições: o pino de alimentação mais positivo é sempre no topo, e o pino de alimentação

mais negativo na parte inferior. O símbolo inteiro não é invertido, apenas as suas entradas de alimentação.

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TIPOS DE Op Amps

Uso Geral LM741 The LM741 series are general purpose operational amplifiers which feature improved performance over industry standards like the LM709. They are direct, plug-in replacements for the 709C, LM201, MC1439 and 748 in most applications.

The amplifiers offer many features which make their application nearly foolproof: overload protection on the input and output, no latch-up when the common mode range is exceeded, as well as freedom from oscillations.

LM351 The LF351 is a low cost high speed JFET input operational amplifier with an internally trimmed input offset voltage (BI-FET IITM technology). The device requires a low supply current and yet

maintains a large gain bandwidth product and a fast slew rate. In addition, well matched high voltage JFET input devices provide very low input bias and offset currents. The LF351 is pin compatible with the standard LM741 and uses the same offset voltage adjustment circuitry. This feature allows designers to immediately upgrade the overall performance of existing LM741 designs.

Banda Larga Sample&Hold Multiplexer Multiplier Comparator

CA3080

Baixa Alimentação

TLV2322/24

The TLV232x operational amplifiers are in a family of devices that has been specifically designed for use in low-voltage single-supply applications. This amplifier is especially well suited to ultra-low-power systems that require devices to consume the absolute minimum of supply

currents. Each amplifier is fully functional down to a minimum supply voltage of 2 V, is fully characterized, tested, and specified at both 3-V and 5-V power supplies. The common-mode input voltage range includes the negative rail and extends to within 1 V of the positive rail. These amplifiers are specifically targeted for use

in very low-power, portable, battery-driven applications with the maximum supply current per operational amplifier specified at only 27 mA over its full temperature range of –40°C to 85°C.

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Alta Tensão de Alimentação

LM143 The LM143 is a general purpose high voltage operational amplifier featuring operation to g40V, complete input overvoltage protection up to g40V and input currents comparable to those of other super-b op amps. Increased slew rate,

together with higher common-mode and supply rejection, insure improved performance at high supply voltages. Operating characteristics, in particular supply current, slew rate and gain, are virtually independent of supply voltage and temperature. Furthermore, gain is unaffected by output loading at high supply voltages due to thermal symmetry on the die.

The LM143 is pin compatible with general purpose op amps and has offset null capability.

Detalhes do PCB

PB58

MSK130

Baixo Consumo

TLV2322/24

Consumo: 17uA por canal

Rail-to-Rail LM358

Utilizing the circuit designs perfected for Quad Operational Amplifiers, these dual operational amplifiers feature low power drain, a common mode input voltage range extending to ground/VEE, and single supply or split supply operation. The LM358 series

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Baixo Ruído AD797

LM318

The AD797 is a very low noise, low distortion operational amplifier ideal for use as a preamplifier. The low noise of

0.9nV/√Hz and low total harmonic distortion of −120dB in audio bandwidths give the AD797 the wide dynamic range necessary for preamps in microphones and mixing consoles. The AD797 is also useful in

infrared (IR) and sonar imaging applications, where the widest dynamic range is necessary. The low distortion and 16-bit settling time of the AD797 make it ideal for buffering the inputs to Σ-Δ ADCs or the outputs of high resolution DACs, especially when the device is used in

critical applications such as seismic detection or in spectrum analyzers. Key features such as a 50mA output current drive and the specified power supply voltage range of ±5V to ±15V make the AD797 an excellent general-purpose amplifier.

The LM318 are precision, fast

operational amplifiers designed for applications requiring wide bandwidth and high slew rate. They feature a factor-of-ten increase in speed over general-purpose devices without sacrificing dc performance. These operational amplifiers

have internal unity-gain frequency compensation. This considerably simplifies their application because no external components are necessary for operation. However, unlike most internally compensated amplifiers, external

frequency compensation may be added for optimum performance. For inverting applications, feed-forward compensation boosts the slew rate to over 150V/µs and almost double the bandwidth. Overcompensation can be used with the amplifier for greater

stability when maximum bandwidth is not needed. Further, a single capacitor can be added to reduce the settling time for 0.1% error band to under 1 µs. The high speed and fast settling time of these operational amplifiers make them useful in A/D converters, oscillators,

active filters, sample-and-hold circuits, and general-purpose amplifiers.

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Baixo Offset LF411

These devices are low cost, high speed JFET input operational amplifiers with very low input offset voltage and guaranteed

input offset voltage drift. They require low supply current yet maintain a large gain bandwidth product and fast slew rate. In addition, well matched high voltage JFET input devices provide very low input bias and offset currents.

The LF411 is pin compatible with the standard LM741 allowing designers to immediately upgrade the overall performance of existing designs. These amplifiers may be used in applications such as high speed integrators, fast D/A converters, sample and hold circuits and

many other circuits requiring low input offset voltage and drift, low input bias current, high input impedance, high slew rate and wide bandwidth.

Instrumentação INA114

The INA114 is a low cost, general purpose instrumentation amplifier offering excellent

accuracy. Its versatile 3-op amp design and small size make it ideal for a wide range of applications. A single external resistor sets any gain from 1 to 10,000. Internal input protection can withstand up to ±40V without

damage. The INA114 is laser trimmed for very low offset voltage (50mV), drift (0.25mV/°C) and high common-mode rejection (115dB at G = 1000). It operates with power supplies as low as ±2.25V, allowing use

in battery operated and single 5V supply systems. Quiescent current is 3mA maximum. The INA114 is available in 8-pin plastic and SOL-16 surface-mount packages. Both are specified for the –40°C to +85°C temperature range.

Potência LM12

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CIRCUITOS BÁSICOS COM OP AMPS

SEGUIDOR DE TENSÃO - IMPEDÂNCIA DE SAÍDA DO OP AMP:

Nesta configuração, o ganho de malha aberta é unitário.

AVcl(VF) = 1

Esta configuração possui alta impedância de entrada e baixa

impedância de saída. Sua função é operar como um driver.

AMPLIFICADOR OPERACIONAL COMO AMPLIFICADOR NÃO INVERSOR:

Ganho da configuração não inversora

AVcl = VOUT/VIN

AVcl = 1 + (Rf / Ri)

AMPLIFICADOR OPERACIONAL COMO AMPLIFICADOR INVERSOR:

Ganho da configuração inversora

AVcl = - VOUT/VIN

O sinal negativo representa a inversão de fase

AVcl = - Rf/Ri

ASSOCIAÇÃO DE ESTÁGIOS EM CASCATA

AVCL = VO/VI

AVCL = VO1/VI x VO2/VO1 x ... x VO / VO(n-1)

AMPLIFICADOR OPERACIONAL COMO INTEGRADOR:

AVcl = 1 / 2πfRC

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AMPLIFICADOR OPERACIONAL COMO DIFERENCIADOR:

AVCL = 2πfRC

AMPLIFICADOR OPERACIONAL COMO SOMADOR NÃO INVERSOR:

VO = (1 + RF / R) x (G1V1 + G2V2 + G3V3/ G1 + G2 + G3)

AMPLIFICADOR OPERACIONAL COMO SOMADOR INVERSOR:

VO = - RF (V1/R1 + V2/R2 + V3/R3)

AMPLIFICADOR OPERACIONAL COMO SUBTRATOR:

VO = R2 / R1 (V2 – V1)

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TIPOS DE ENCAPSULAMENTOS (PACKAGE OPTIONS):

NOVAS TENDÊNCIAS:

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EXPERIÊNCIA 14

FONTE DE ALIMENTAÇÃO LINEAR – VARIÁVEL 2 A 30VDC

Fontes de alimentação para bancadas são essenciais em se tratando de desenvolvimento de projetos. De um modo geral

fontes para este tipo de aplicação necessitam de proteção contra curtos ou sobre correntes. A fonte da alimentação apresentada

fornece 1A, podendo ser alterada para 3A, trocando-se o transformador e ajustando-se o resistor limitador de corrente, uma vez

que o transistor de potência suporta tal corrente.

Fonte de alimentação variável: 2 a 30VDC; Corrente máxima: 1 A;

Proteção contra sobrecorrente;

Regulação: 0,6%;

Ripple: < 3mV;

EXPERIMENTO 14

Lista de materiais

T1 Trafo 127/220V – 30V – 1A;

D1,D2,D3,D4 1N4007;

D5 Led Verde; D6 1N914;

D7 Led Vermelho;

D8 Zener 6,2V – 1W;

C1 4700uF x 50V;

C2 220nF x 50V;

C3 470uF x 50V;

C4 100nF x 64V;

Q1 2N2905;

Q2 BC408;

Q3 2N3053;

Q4 2N2905; Q5 2N3055;

R1 3k9;

R2 3k9;

R3 1,2R – 2W;

R4 2k7;

R5 5k6;

R6 22k – linear;

R7 2k7;

R8 680R


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EXPERIÊNCIA 15

CIRCUITO SEQUÊNCIAL DE 16 CANAIS – UP/DOWN

Circuito flash de 16 canais crescente/decrescente com CLEAR e circuito de CLOCK a partir de um circuito astável (Experiência 08). O circuito deste experimento pode ser montado utilizando “proto-board” ou utilizando o

Kit ALTERA.

Lista de materiais

CD4011 74LS154 74LS193

CI 74193; CI 74154;

CI CD4011;

Resistores;

Capacitores;

Osciloscópio;

Proto-board


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EXPERIÊNCIA 16

CONTADOR SEQUÊNCIAL

Circuito seqüencial utilizando o CI CD4017, podendo fazer contagem de 0 a 10, com reset aplicável a qualquer valor da contagem.

Utiliza como gerador de CLOCK um circuito astável a partir do CI NE555 (Experiência 08 - Osciladores). O

componente POT é o potenciômetro que permite o ajuste da velocidade de CLOCK.

Lista de materiais CI NE555;

CI CD4017;

LEDs 5mm

Resistores;

Capacitores;

Potenciômetro;

Multímetro; Osciloscópio;

Proto-board

O contador pode ser ajustado para executar sequências de um a N. Para isto basta colocar uma das saídas (1 a 10),

na entrada RESET.


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Rev. 0.0 – jan/2010 Rev. 0.1 – jun/2011

Elaborado por: Ivan Jorge Chueiri, MSc – Professor Assistente PUCPR – Pontifícia Universidade Católica do Paraná e-mail: [email protected] Todos os direitos reservados. Nenhuma parte desta apostila poderá ser reproduzida, sejam quais forem os meios

empregados, sem a permissão dos autores. ijC/ijc

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