ELETRÔNICA

AULA 01

Introdução

Dispositivos semicondutores

Aplicações de circuitos eletrônicos

Prof. Dra. Giovana Tripoloni Tangerino

Profa. Dra. Giovana Tripoloni Tangerino - 2015

Circuitos Elétricos e Eletrônicos

Elementos ativos:

. Válvulas

. Semicondutores.. Diodos.. Transistores.. Tiristores

Elétrica. Filtros Passivos. Transformadores. Motores. Geração/Transmissão/Distribuição. Instalações Residenciais/Prediais/Industriais

Eletrônica Analógica:. Retificadores/ Ceifadores/ Grampeadores/ Multiplicadores de tensão

. Fontes de alimentação(reguladores de tensão)

. Amplificadores

. Filtros Ativos

. Geradores de sinais: Osciladores/ Multivibradores

. Circuitos de Instrumentação

Elementos Passivos:

. Resistores

. Capacitores

. Indutores

CircuitosElétricos

Circuitos Eletrônicos

Eletrônica Digital:. Portas digitais. Circuitos combinacionais.. Codificadores e decodificadores.. Multiplexador e demultiplexador.. Somador e subtrator

. Circuitos sequenciais.. Flip-flop RS, JK, D e T

. Registradores

. Contadores síncronos e assíncronos

. Memórias

. Conversores A/D e D/A

Eletrônica de Potência:. Classes de saída: A, B, AB, C. Reguladores.. Regulador CA ou controlador CA (CA p/CA).. Regulador CC: chopper ou recortador (CC p/CC)

. Conversores de potência.. Retificadores de potência (CA p/ CC).. Inversores de potência (CC p/ CA).. Inversores de frequência.. Conversores de fator de potência: compensador

. Acionamento de máquinas elétricas

.. Trimpots

.. Potenciômetros

.. Trimmer

.. variáveis

.. Solenóides

Circuitos Integrados:. Amp-op

. etc

.. BJT

.. JFET

.. MOSFET

.. IGBT

.. UJT

.. de junção

.. Zener

.. Schottky

.. Emissor de luz

.. Fotodiodos

.. SCR

.. Diac/Triac

.. GTO

.. SCS

Fontes de alimentação:. Corrente contínua. Corrente alternada. Fonte independente. Fonte dependente

Transmissão de dados:. Sistemas analógicos. Sistemas digitais

APLICAÇÕES:TEORIAS:. Leis básicas.. Lei de Ohm.. Lei das tensões de Kirchhoff.. Lei das correntes de Kirchhoff

. Bipolos, quadripolos, geradores, receptores

. Energia e potência

. Métodos de análise.. Análise nodal.. Análise de malhas.. Correntes fictícias de Maxwell

. Teoremas de rede.. Circuitos lineares.. Princípio da Superposição.. Teoremas de Thévenin.. Teoremas de Norton.. Transferência máxima de potência

. Transformada de Laplace

. Análise de Fourier

. Resposta em frequência

. Processamento de sinais (analógico e digitais)

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.. Circuitos de 1ª e 2ª ordem.. Circuitos RL, RC, RLC.. Filtros passivos

. Circuitos monofásicos e polifásicos.. fator de potência.. Ligações estrela e triângulo

. Circuitos em regime permanente CC

. Circuitos em regime permanente CA.. Excitação senoidal, fasores

. Análise em regime transitório.. Resposta ao degrau e ao impulso

. Análise em regime permanente.. Valor médio e eficaz.. Energia, potência

. Magnetismo e eletromagnetismo.. Transformadores

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HISTÓRIA ELETRÔNICOS

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HISTÓRIA• A maioria dos dispositivos em uso foi inventada há décadas.

• Grande parte dos novos desenvolvimentos são melhoria constante em técnicas de construção, características gerais e técnicas de aplicação, em vez do desenvolvimento de novos elementos e projetos.

• Diodo descoberto em 1939.

• Transistor descoberto em 1947.

• Primeiro circuito integrado desenvolvido em 1958 por Jack Kilby na TexasInstruments.

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DISPOSITIVOS SEMICONDUTORES

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DISPOSITIVOS SEMICONDUTORES• Diodos:

• 2 camadas PN

• chaveamento

• Junção PN, zener, Schottky, diodo túnel, emissor de luz, fotodiodo, varicap

• Transistores: • 3 camadas PNP ou NPN

• Amplificação e chaveamento de potência

• BJT, FET, MOSFET, IGBT, UJT

• Tiristores: • 4 camadas PNPN

• Chaveamento de potência

• SCR, GTO, triac, diac, SCS, MCTMOS

• Vantagem: converter e controlar grandes quantidades de potências em sistemas AC ou DC, utilizando apenas uma pequena potência para o controle.

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Visão geral: Dispositivos Semicondutores• Diodo semicondutor de junção pn

• Diodo Zener

• Diodo Schottky: • Trabalha com baixas tensões e em alta velocidade• Pode desligar muito mais rapidamente do que o de junção PN• Frequências de chaveamento muito maiores• Emprego:

• retificadores em aplicações de baixa tensão, em que a eficiência de conversão é o ponto importante• Fontes de alimentação chaveadas que operam em frequências iguais ou maiores do que 20 Hz.

• Varicap• Possui capacitância variável que é função da tensão à qual ele é submetido• Uso em aparelhos de televisão: seletor de canais automático, sintoniza as frequências dos

canais recebidos em consequência da variação de tensão em seus catodos (polarização reversa), acarretando mudança de capacitância internamente nestes diodos.

• Diodo túnel ou diodo Esaki• Extremamente rápido, opera na casa dos GHz

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Visão geral: Dispositivos Semicondutores

• BJT• Controlado por corrente• Velocidade de chaveamento mais lenta que o MOSFET• Em aplicações de alta tensão, um BJT é preferível, mesmo que às custas de perdas de desempenho em alta

frequência

• MOSFET• Controlado por tensão• Transistor de chaveamento rápido• Preferíveis em aplicações com altas frequências• Alta impedância de entrada• Apropriado para baixas potências (até alguns quilowatts)

• IGBT• Semicondutor de potência que alia as características de chaveamento dos BJTs e a alta impedância dos MOSFETs• Baixa queda de tensão no estado ligado (alta eficiência)• Excelente chaveamento• Velocidade de chaveamento entre as do BJTs e os MOSFETs• Capacidade de bloqueio para tensões inversas é muito ruim

• UJT• Usado para gerar pulsos de acionamento para dispositivos maiores, como retificadores controlados de silício e

triacs• Dispositivo ideal para utilização em osciladores de relaxamento, usados para disparo de um SCR

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Visão geral: Dispositivos Semicondutores• DIAC

• A única maneira de o dispositivo passar para o estado ligado é excedendo a tensão de disparo

• Pode ser chaveado de desligado para ligado para qualquer das polaridades de tensão

• Útil para aplicações AC

• TRIAC• Capaz de conduzir corrente em ambas as direções direta e

inversa, e pode ser controlado por um sinal na porta, positivo ou negativo

• Mais econômico e fácil de controlar• Dois SCRs podem ser usados em vez de um triac caso a

potência a ser regulada seja maior do que os valores nominais dos dispositivos

• Limitações: baixa velocidade, que restringe a freq. operacional

• Usados apenas para regular tensões AC de 60Hz

• MCT• MOS+SCR• Queda de tensão baixa no estado ligado e baixo tempo de

desligamento• Exige corrente de porta menor para o desligamento do

que o GTO• Desvantagem: baixa capacidade de bloqueio de tensão

inversa

• SCR• Para passar o tiristor ao estado ligado é preciso que a

porta recebe um pulso positivo de pequena amplitude apenas por um curto espaço de tempo

• Permanece no estado ligado enquanto a corrente ficar acima de um certo valor

• Chaveamento

• GTO• Passa para o estado ligado com um sinal positivo na porta• Passa para o estado desligado com uma corrente de porta

negativa• Qualidades melhoradas de chaveamento.• Tempo de desligamento muito menor que o SCR• Valores nominais de tensão e corrente menores que o SCR• Queda de tensão mais alta no estado ligado• Uso: acionamento de motores, fontes de alimentação de

funcionamento contínuo, choppers e inversores.

• SCS • Pode passar para o estado ligado com aplicação de pulso

positivo na porta do cátodo ou com um pulso negativo na porta do ânodo.

• Se estiver ligado, passará para desligado com um pulso positivo na porta do ânodo ou um pulso negativo na porta do cátodo

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Visão geral: Dispositivos Semicondutores

Diodo de junção PN

Diodo Zener

Diodo Schottky

Diodo túnel

Diodo emissor de luz

Fotodiodo

Varicap

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Visão geral: Dispositivos Semicondutores

BJTTransistor Bipolar de

Junção(Bipolar Junction

Transistor)

JFET

MOSFETTransistor de Efeito de

Campo Metal-Óxido-Semicondutor(Metal-Oxide-

Semiconductor Field Effect Transistor)

IGBTTransistor Bipolar de

Porta Isolada(Insulated Gate Bipolar

Transistor

UJTTransistor de Unijunção

(Unijunction Transistors)

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Visão geral: Dispositivos Semicondutores

SCRRetificador Controlado de

Silício(Silicon Controlled

Rectifier)

GTOTiristor de desligamento

de porta (Gate TurnoffThyristor)

DiacChave semicondutora de

três camadas e dois terminais

Triac

SCSChave controladora de

Silício

MCTTiristor Controlado MOS

(MOS ControlledThyristor)

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APLICAÇÕES

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APLICAÇÕES - DIODOS• PORTAS LÓGICAS

Fonte: BOYLESTAD (2005)

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APLICAÇÕES –RETIFICADORES

• Fontes CC

• Carregadores de celular

• Carregadores de baterias de carro

• (transformador + retificador + regulador)

Fonte: BOYLESTAD (2005)

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APLICAÇÕES – TRANSISTORES BJT• Chave

• Acionador de relé

Fonte: BOYLESTAD (2005)

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APLICAÇÕES – TRANSISTORES BJT• Fonte de corrente constante (CCS)

Fonte: BOYLESTAD (2005)

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APLICAÇÕES – TRANSISTORES BJT• Portas lógicas

Fonte: BOYLESTAD (2005)

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APLICAÇÕES – TRANSISTORES BJT• Amplificadores

• Pequenos sinais• Misturador de áudio

• Pré amplificador

• Gerador de ruído aleatório

• Etc...

Fonte: BOYLESTAD (2005)

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BIBLIOGRAFIA BÁSICA

• BOYLESTAD, Robert L. Dispositivos eletrônicos e teoria de circuitos. 8ª ed. São Paulo: Pearson Prentice-Hall do Brasil, 2005.

• SEDRA, A.S.; SMITH, K.C. Microeletrônica. 4ª ed. São Paulo: Pearson Makron Books, 2000.

• MALVINO, A,. BATES, D.J. Eletrônica. V. 1. São Paulo: Mcgraw Hill, 2008.

• MALVINO, A,. BATES, D.J. Eletrônica. V. 2. São Paulo: Mcgraw Hill, 2008.

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BIBLIOGRAFICA COMPLEMENTAR• PERTENCE JR, Antônio. Eletrônica Analógica: amplificadores operacionais e

filtros ativos: teoria, projetos, aplicações e laboratório - 6ª ed. Bookman. 2003.

• ASHFAQ, Ahmed. Eletrônica de Potência. São Paulo: Bookman, 2000.

• CRUZ, Eduardo C. A.; CHOUERI JR., Salomão. Eletrônica aplicada. São Paulo: Erica, 2007.

• TURNER, L. W. Eletrônica aplicada. São Paulo: Hemus, 2004.

• KAUFMAN, Milton. Eletrônica básica. São Paulo: McGraw-Hill do Brasil, 1984.

• WIRTH, Almir. Eletricidade e eletrônica básica. Rio de Janeiro: Alta Books, 2007.