Eletrônica Analógica

© Gustavo R. Alves IPP-ISEP-DEE

Electrónica analógica

• Historial

• A junção P-N, dispositivos semicondutores(díodos e transístores)

• Modelo do transístor, análise de circuitos comtransístores

• Circuitos realimentados e circuitosamplificadores, amplificadores operacionais


Alguns marcos na história daelectrónica do estado sólido

• 1948: invenção do transístor bipolar de junção, por W.Schockley, J. Bardeen e W. Brattain, dos Laboratórios Bell.

• 1958: invenção do circuito integrado (CI), por Jack Kilby, daTexas Instruments.

• 1960: SSI (small scale integration), < 100 transístores por CI.

• 1966: MSI (medium ..), 100 < trans. < 1.000.

• 1969: LSI (large ..), 1.000 < trans. <10.000.

• 1975: VLSI (very large ..) trans. > 10.000.

• 1989: o Intel 80486 tem mais de 1.000.000 de transístores.

• 1992: a Texas Instruments lança o primeiro CI com mais de3.000.000 de transístores.


A jun ção P-N

• O Silício (Si) é o material semicondutor maiscomum.

• Por dopagem conveniente do Silício, podem-seformar semicondutores dos tipos N e P.

• A junção de duas pastilhas semicondutoras dostipos P e N forma uma junção que está na base detoda a (micro)electrónica: a junção P-N.


O díodo

• O díodo é o componente electrónico mais simples.É constituído por uma única jun ção P-N.

• O símbolo do díodo é o seguinte:

• O díodo é um componente unidireccional: sóconduz do ânodo para o cátodo.

• O díodo ideal apresenta uma queda de tensão emcondu ção nula e uma corrente inversa (de fugas)nula.

Ânodo Cátodo

i

P N


O díodo "real"

• Um díodo real apresenta uma queda detensão em condu ção com cerca de 0,6 V(para os díodos de sinal).

• Enquanto a tensão directa (do ânodo para ocátodo) não ultrapassar este limiar, o díodonão conduz.

• A queda de tensão em condu ção varia com atemperatura.


Tipos de díodos mais comuns

• Díodos de sinal.

• Díodos para rectifica ção ou potência.

• Díodos zéner.

• Díodos emissores de luz (LED)


Exemplo: Rectifica ção(numa fonte de alimenta ção)

Desenhar formas de onda !


O transístor - 1

• O transístor é o componente básico de todaa (micro)electrónica. É constituído por duasjun ções P-N.

• O símbolo do transístor bipolar é o seguinte:Colector

Emissor

Base

Ic

Ib

Colector

Emissor

Base

Ic

Ib

NPN PNP


O transístor - 2

• O transístor é também um componenteunidireccional. A corrente passa do colectorpara o emissor nos transístores NPN, e doemissor para o colector nos transístoresPNP.

• O transístor pode funcionar em dois modos:como amplificador linear, ou em regime decomuta ção.


O transístor como comutador(interruptor)

• A corrente de base é zero, para manter otransístor na não-condu ção (corte), ou osuficiente para o fazer passar ao estado decondu ção plena (satura ção).

• As características de amplifica ção mantêm-se, uma vez que a corrente de base é muitoinferior à corrente entre colector e emissor.

• Exemplo: utilizar um transístor paraalimentar a bobina de chamada de um relé.


O transístor como amplificador linear

• A corrente de colector é directamenteproporcional à corrente de base: I c = KIb, emque K representa o ganho do transístor.

• Atendendo à necessidade dos 0,6 V entrebase e emissor (jun ção P-N) o transístor épreviamente polarizado.

• A malha de polariza ção pode tambémcompensar varia ções exteriores, como avaria ção com a temperatura.


O transístor como amplificador linear:exemplo de um circuito de polariza ção

Note-se que a resistência

de emissor é capaz de

compensar o efeito de

perturba ções externas

(devidas a varia ções de

temperatura, por exemplo).

+ Vcc

Vi

Vo

Re

RcR1

R2


O conceito de realimenta ção

• Na entrada de um circuito realimentadoestão presentes não só o próprio sinal deentrada (proveniente do exterior do circuito),mas também uma parcela proveniente dasaída do próprio circuito.

• A realimenta ção pode ser de dois tipos:positiva ou negativa.


A realimenta ção negativa

• A realimenta ção negativa estabiliza ofuncionamento de um circuito.

• Num circuito realimentado negativamente, aparcela devida ao sinal de saída subtrai-seao sinal de entrada exterior:

X e X s

X r

A

B

+

-


A realimenta ção positiva

• Num circuito realimentado positivamente, aparcela devida ao sinal de saída soma-se aosinal de entrada exterior.

• Sob certas condi ções, o circuito podefuncionar mesmo sem entrada exterior(princípio dos osciladores):

X s

X r

A = 2

B = 1/2


O amplificador operacional (AmpOp)

• O AmpOp é um circuito constituído porvários andares de polariza ção eamplifica ção, todos incluídos num únicocomponente (circuito integrado, CI).

• O símbolo do AmpOp é o seguinte:

+

-

+ V cc

- V cc

V oentrada inversora

entrada não inversora


Características do AmpOp ideal

• Ganho infinito (isto é, a queda de tensãoentre os terminais de entrada é nula).

• Resistência de entrada infinita (isto é, acorrente nos terminais de entrada é nula).

• Ainda algumas outras: largura de bandainfinita, características independentes datemperatura, etc.


Aplica ções: o amplificador inversor

+

-

+ Vcc

- Vcc

Vo

ViR1

R2

Vo = - (R2/R1)xVi

Explicar o funcionamento !


Aplica ções: o amplificador não inversor

+

-

+ V cc

- Vcc

Vo

Vi

R1

R2

Vo = (1 + R 2/R1)xVi

Explicar o funcionamento !


Aplica ções: o comparador

+

-

+ Vcc

- Vcc

Vo

Vref

R1

R2

Vi

Vo

Vi


Aplica ções: gerador de forma de onda

+ Vcc

- Vcc

R

C

+ Vcc

- VccVref

R1

R2

+

-+

-

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