ELETRÔNICA · ELETRÔNICA AULA 01 Introdução Dispositivos semicondutores Aplicações de...

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)

Prof. Dra. Giovana Tripoloni Tangerino

.. 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


HISTÓRIA ELETRÔNICOS

3


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.


DISPOSITIVOS SEMICONDUTORES

5


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.


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


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


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



Diodo de junção PN

Diodo Zener

Diodo Schottky

Diodo túnel

Diodo emissor de luz

Fotodiodo

Varicap



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)



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)


APLICAÇÕES

13


APLICAÇÕES - DIODOS• PORTAS LÓGICAS

Fonte: BOYLESTAD (2005)


APLICAÇÕES –RETIFICADORES

• Fontes CC

• Carregadores de celular

• Carregadores de baterias de carro

• (transformador + retificador + regulador)



APLICAÇÕES – TRANSISTORES BJT• Chave

• Acionador de relé



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



APLICAÇÕES – TRANSISTORES BJT• Portas lógicas



APLICAÇÕES – TRANSISTORES BJT• Amplificadores

• Pequenos sinais• Misturador de áudio

• Pré amplificador

• Gerador de ruído aleatório

• Etc...



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.


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.

ELETRÔNICA · ELETRÔNICA AULA 01 Introdução Dispositivos semicondutores Aplicações de...

Documents

Transcript of ELETRÔNICA · ELETRÔNICA AULA 01 Introdução Dispositivos semicondutores Aplicações de...