Eletronica

CURSO DE ELETRNICA

1- www.gerosat.xpg.com.br

RESISTORES, CAPACITORES, BOBINAS E TRANSFORMADORES Componentes importantes sero examinados nesta lio. Os componentes estudados fazem parte de todos os computadores, perifricos e circuitos eletrnicos de uso geral como, televisores, monitores, impressoras, amplificadores, etc. O conhecimento de suas funes essencial para reparao de qualquer aparelho eletrnico ou para sua montagem. Alm disso, conheceremos o princpio de funcionamento de alguns transdutores, ou seja, dispositivos que convertem energia como os alto-falantes, fones e microfones. Teremos finalmente, uma apresentao do mais importante de todos os instrumentos eletrnicos, o multmetro, com as aplicaes bsicas que voc precisa conhecer para us-lo na descoberta de problemas dos computadores e de muitos outros equipamentos eletrnicos: a) resistores b) potencimetros e trim-pots c) capacitores d) bobinas e indutores e) corrente contnua, corrente alternada e transformadores f) transdutores: alto- falantes, fones e microfones g) os galvanmetros e os multmetros a) RESISTORES

Caso no haja limitao para a corrente eltrica num circuito, dada pela resistncia de suas partes, a sua intensidade no poder ser controlada e isso pode provocar uma converso de energia em calor em uma quantidade alm do previsto: o caso do curto-circuito em que temos uma produo descontrolada de calor, com efeitos destrutivos. Para reduzir, de maneira controlada, a intensidade da corrente, oferecendo-lhe uma oposio ou resistncia, ou ento para fazer cair a tenso num circuito a um valor mais conveniente a uma determinada aplicao, usamos componentes denominados resistores. Os resistores mais comuns so os de pelcula ou filme de carbono ou metlico, que tem o aspecto mostrado na figura 1. A quantidade de resistncia que um resistor oferece corrente eltrica, ou seja, sua resistncia nominal medida em ohms ( ) e pode variar entre 0,1 e mais de 22 000 000 . Tambm usamos nas especificaes de resistncias os mltiplos do ohms, no caso o quilohm (k ) e o megohm (M ). Assim, em lugar de falarmos que um resistor tem 4700 comum dizermos 4,7 k ou simplesmente 4k7, onde o k substitui a vrgula. Para um resistor de 2 700 000 ohms falamos simplesmente 2,7 M ou ento 2M7.

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NO COMPUTADOR: No computador alm de usarmos muitos resistores, tambm empregamos

mltiplos e submltiplos de diversas unidades, O quilo (k) e o mega (M) indicando milhares e milhes podem ser encontrado nas especificaes de quantidade de memria (quilobyte e megabyte abreviados por kB e mB) ou ainda de velocidade ( quilohertz e megahertz abreviados por kHz e MHz). Como os resistores so componentes em geral pequenos, os seus valores no so marcados com nmeros e letras, ou atravs de um cdigo especial que todos os praticantes de eletrnica devem conhecer. Neste cdigo so usadas faixas coloridas conforme explicamos a partir da seguinte tabela:

TABELA 1

Cor 1 anel 2 anel 3 anel 4 anel Preto - 0 x1 - Marrom 1 1 x10 1% Vermelho 2 2 x100 2% Laranja 3 3 x1000 3% Amarelo 4 4 x10000 4% Verde 5 5 x100000 - Azul 6 6 x1000000 - Violeta 7 7 - - Cinza 8 8 - - Branco 9 9 - - Prata - - x0,01 10% Dourado - - x0,1 5%

Partindo desta tabela, o valor de um resistor dado por 3 ou 4 faixas coloridas que so lidas da ponta para o centro, conforme mostra a figura 2. Vamos supor que estejamos de posse de um resistor cujas cores na ordem so: amarelo, violeta, vermelho e dourado (figura 2). Qual ser o seu valor?

A primeira e a segunda faixa fornecem os dois algarismos da resistncia, ou seja: Amarelo=4 Violeta=7 Formamos assim, a dezena 47. A terceira faixa nos d o fator de multiplicao, ou quantos zeros devemos acrescentar ao valor j lido. No caso temos: Vermelho = 00 ou x 100 Temos ento 47 + 00 = 4700 ohms ou 4k7.

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A quarta faixa nos diz qual a tolerncia no valor do componente, quando ela existe. Se esta faixa no existe, temos um resistor de 20%, ou seja, que pode ter at 20% de diferena entre o valor real da resistncia que ele apresenta e o valor que temos na marcao. No nosso caso, a faixa dourada diz que se trata de um resistor com 5% de tolerncia. Existem resistores de fio que por serem maiores, tm a marcao de resistncia feita diretamente com nmeros e outras indicaes.

NO COMPUTADOR: Examine uma placa de computador (ser interessante voc conseguir uma placa usada ou queimada em algum depsito de sucata). Veja quantos resistores ela tem. Procure ler seus valores pelo cdigo que explicamos.

Vimos na lio anterior que, quando uma corrente eltrica fora uma passagem por um meio que lhe oferea oposio ela despende energia na forma de calor. No caso do resistor, se o componente no for capaz de transferir este calor para o meio ambiente, ele acaba por aquecer demais e queimar. A capacidade de um resistor de transferir calor para o meio ambiente est diretamente ligada ao seu tamanho (superfcie de contato com o ar). Esta capacidade dada pela potncia (dissipao) do resistor, a qual expressa em watts (W). Assim, os menores resistores so de 1/8 ou 1/4 W enquanto que os maiores podem chegar a 20 ou mais watts (alguns fabricantes especificam as potncias em valores decimais como 0,125 W ). Estes resistores de grandes potncias so de material resistentes alta temperatura e em lugar do carbono ou filme metlico so feitos fios de nicromo (uma liga de metais). So chamados tambm de resistores de fio (figura 3).

ATENO Os resistores de grande porte fsico so do tipo resistor de fio, e estes so usados em circuito que consome corrente elevada. EX: Encontramos na fonte de alimentao dos computadores, monitores.

CIRCUITO SRIE DE RESISTORES Quando ligamos resistores em srie, conforme mostra a figura 4, a resistncia

resultante que obtemos equivale soma das resistncias dos vrios resistores. Na figura 4 temos a associao de resistores de 22,33 e 100 ohms, que resulta numa resistncia total de 155 ohms FORMULA

R equivalente = R1+R2+R3 ....Rn R total = R1+R2+R3 R total = 155

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CIRCUITO PARALELO DE RESISTORES

Na associao (ou ligao) em paralelo, a resistncia equivalente dada pela frmula: Reg = R1 x R2 R1 + R2 ou 1 / R = 1 / R1 + 1 / R2

Para o caso da figura 5, a resistncia equivalente ligao de um resistor de 20 ohms com um de 30 em paralelo de 12 . Observe que na ligao em srie obtemos resistncias maiores do que a dos resistores associados e na ligao em paralelo obtemos resistncias menores.

Frmula para duas resistncias. Reg = 30 x 20 = 600 = 12 30 + 20 50 ATENO Quando no temos um determinado valor de resistor, podemos substituir por dois ou mais resistores em paralelo ou em srie.

NO COMPUTADOR Resistores podem ser ligados em srie e em paralelo nos computadores. O conceito de que qualquer coisa que tenha uma certa resistncia pode ser ligada em srie e em paralelo e podemos calcular a resistncia equivalente, importante no estudo dos computadores.

b) POTENCIMETROS E TRIM-POTS

So resistores variveis, ou seja, dispositivos que podemos usar para variar a resistncia apresentada circulao de uma corrente eltrica. Na figura 6 temos os aspectos destes componentes. So constitudos por um elemento de resistncia, que pode ser de carbono ou fio de ncromo, sobre o qual corre uma lingeta denominada cursor. Conforme a posio deste cursor temos a resistncia apresentada pelo componente. Veja que, tomando o potencimetro ou trimpot da figura 7, medida que o cursor vai de A para B, aumenta a resistncia entre A e X ao mesmo tempo que diminui a resistncia entre X e B. A resistncia total entre A e B a resistncia nominal do componente, ou seja, o valor mximo que podemos obter.

TRIMPOT Resistor de ajuste localizado geralmente nos circuitos. Com ajuste interno do equipamento pelo usurio. POTENCIMETRO - Resistor de ajuste, localizado geralmente no setor frontal do equipamento.

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Podemos encontrar potencimetros e trimpots com valores na faixa de frao de ohms at milhes de ohms. Se o mesmo eixo controlar dois potencimetros, diremos que se trata de um potencimetro duplo. Alguns potencimetros incorporam um interruptor que controlado pelo mesmo eixo, como acontece com os controles de volume de rdios e amplificadores. No mesmo controle podemos aumentar e diminuir o volume e ligar e desligar o aparelho (figura 8).

Os potencimetros so usados em diversas funes, como por exemplo, controles de volume, controle de tonalidade, sensibilidade, j que permitem o ajuste, a qualquer momento, das caractersticas desejadas.

J os trimpots so usados quando se deseja um ajuste nico, ou seja, somente num determinado momento, levando o aparelho a um comportamento que deve ser definitivo ( claro que o ajuste pode ser refeito sempre que necessrio, mas o trimpot normalmente fica dentro do aparelho, que nesse caso precisa ser aberto).

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Na figura 9 mostramos um trimpot de preciso, do tipo multivoltas, muito usado em equipamentos de preciso. NO COMPUTADOR Encontramos facilmente potencimetros nos monitores de vdeo. So eles que fazem o ajuste do brilho, contraste e posicionamento da imagem na tela. Nos sistemas multimdia encontramos potencimetros como controles de volume e tom nas caixas amplificadas ou nos drives de CD-ROM.

c) CAPACITORES

Os capacitores (que tambm so chamados erroneamente de condensadores) so componentes eletrnicos formados por conjuntos de placas de metal entre as quais existe um material isolante que define o tipo. Assim, se o material isolante for a mica teremos um capacitor de mica, se for uma espcie de plstico chamado polister, teremos um capacitor de polister. Duas placas, tendo um material isolante entre elas (chamado genericamente dieltrico), adquirem a propriedade de armazenar cargas eltricas e com isso energia eltrica. Na figura 10 mostramos um capacitor em que o dieltrico o vidro e as placas, chamadas armaduras so planas. Quando encostamos uma placa na outra ou oferecemos um percurso para que as cargas se neutralizem, interligando as armaduras atravs de um fio, o capacitor se descarrega. A capacidade de um capacitor em armazenar cargas, melhor chamada de capacitncia, medida em Farad (F), mas como se trata de uma unidade muito grande, comum o uso de seus submltiplos. Temos ento o microfarad (F) que equivale milionsima parte do Farad ou 0,000 001 F. Em capacitores muito antigos encontramos o microfarad abreviado como mFd. Um submltiplo ainda menor o nanofarad, que equivale a 0,000 000 001 F ou a milsima parte do microfarad e abreviado por nF. Temos ainda o picofarad (pF) que a milsima parte do nanofarad ou 0,000 000 000 001 F.

comum a utilizao de potncias de 10 para expressar nmeros com muitos zeros. Assim temos as indicaes da tabela 2:

TABELA 2

1F = 10-6F `1nF = 10-9 F 1pF = 10-12F

Veja ento que 1 nF equivale a 1 000 pF e que 1 F equivale a 1 000 nF ou 1 000 000 pF.

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Os capacitores tubulares, que so formados por folhas de condutores e dieltricos enrolados so usados em circuitos de baixas freqncias enquanto que os possuem armaduras e dieltricos planos so usados em circuitos de altas freqncias. O porque ser visto em lies futuras. Um tipo importante de capacitor o eletroltico, cuja estrutura bsica mostrada na figura 12. Uma de suas armaduras de alumnio que, em contato com uma substncia quimicamente ativa, se oxida formando uma finssima camada de isolante que vai ser o dieltrico. Desta forma, como a capacitncia tanto maior quanto mais fino for o dieltrico, podemos obter capacitncias muito grandes com um componente relativamente pequeno. preciso observar que os capacitores eletrolticos so componentes polarizados, ou seja, a armadura positiva ser sempre a mesma. Se houver uma inverso, tentando-se carregar a armadura positiva com cargas negativas, o dieltrico ser destrudo e o capacitor inutilizado. Na famlia dos capacitores eletrolticos temos um tipo que emprega uma substncia que permite obter capacitncias ainda maiores que as obtidas pelo xido de alumnio. Trata-se do xido de tntalo, o que nos leva aos capacitores de tntalo (figura 13). Estes capacitores podem ser encontrados na faixa de 0,1 F at de 100 000 F.

Simbologia Capacitor eletroltico (smbolo)

a)

+

c)

+

b)

NO COMPUTADOR Nas placas dos computadores, fontes e diversos dispositivos encontramos capacitores de todos os tipos estudados, de acordo com sua funo e valor. Assim, nas fontes de destacam os eletrolticos de valores elevados e nas placas me podemos encontrar os tipos de tntalo e cermicos em predominncia.

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Alm da capacitncia os capacitores possuem ainda uma outra especificao muito importante: a tenso de isolao ou de trabalho. Se aplicarmos uma tenso muito grande s armaduras de um capacitor, a ddp (diferena de potencial) entre estas armaduras pode ser suficiente para provocar uma centelha que atravessa o dieltrico e causa a destruio do componente. Assim, nunca devemos usar um capacitor num circuito que mantenha uma tenso maior do que a especificada. Na figura 14 mostramos a maneira como normalmente especificada esta tenso mxima. Para alguns tipos de capacitores tambm existem cdigos especiais para especificaes de valores. Os cermicos de discos, conforme mostra a figura 15, por exemplo, possuem dois tipos de especificaes que no devem ser confundidas. Para os pequenos valores, temos a especificao direta em picofarad (pF) em que existe uma ltima letra maiscula que indica a sua tolerncia, ou seja, a variao que pode haver entre o valor real e o valor indicado. F = 1% J = 5% M = 20% H = 2,5% K = 10% Observe que o K maisculo neste caso, no deve ser confundido com k minsculo que indica quilo ou x 1 000. Para os valores acima de 100 pF pode ser encontrado o cdigo de 3 algarismos, conforme mostra a figura 16.

Simbologia Capacitor simples

a) b)

.

Neste caso, multiplica-se os dois primeiros algarismos pelo fator dado pelo terceiro. Por exemplo, se tivermos um capacitor com a indicao 104: Temos que acrescentar 4 zeros ao 10 obtendo 10 0000 pF ou ento 10 por 10 000 = 100 000 pF o que a mesma coisa.

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E, claro que devemos considerar a diviso por 1000 se quisermos obter os valores em nanofarad. Assim, 104 que resulta em 100 000 pF o mesmo que 100 nF. Para os capacitores cermicos temos tambm a marcao direta, conforme mostra a figura 17 em que os valores so dados em microfarad (F). Para obter o equivalente em nanofarad basta multiplicar por 1 000: assim 0,01 F equivale a 10 nF.

Capacitor de disco de pequena capacitncia. ATENO: Quando o capacitor est descarregado, e aplicamos uma tenso (DCV) neste capacitor, neste instante passa a existir uma corrente instantnea, e em seguida

com o capacitor carregado, a corrente deixa de existir, ou seja, a corrente igual a zero.

NOS COMPUTADORES Nos computadores a maioria dos circuitos opera com tenses de 5 ou 12V. Isso significa que os capacitores usados devem ser especificados para operar com tenses pouco acima destes valores. Apenas nas fontes de alimentao ou em pontos mais crticos que encontramos capacitores com tenses de trabalho mais elevadas. Como nos casos dos resistores, tambm existem capacitores variveis. Na figura 18 mostramos os tipos mais comuns, os trimmers e os capacitores variveis propriamente ditos. Os trimmers so capacitores de ajuste com valores pequenos, normalmente de alguns picofarad. So especificados pela faixa de valores que podem adquirir. Um trimmer de 2-20 pF um trimmer que pode ter sua capacidade ajustada entre estes dois valores. Os variveis so usados em sintonia e podem ser especificados pela capacitncia mxima, ou seja, quando esto com o eixo todo fechados. Tambm podemos associar capacitores em srie e paralelo, conforme indica a figura 19. Na associao em paralelo, todos os capacitores ficam submetidos mesma tenso e o valor final obtido a soma das capacitncias associadas. Na associao em srie, os capacitores ficam submetidos a tenses diferentes, mas adquirem a mesma carga em suas armaduras. A capacitncia equivalente (C) dada pela frmula:

1 / C = 1 / C1 + 1 / C2 + 1 / C3 + 1/cn Se tivermos mais capacitores basta acrescentar a expresso 1/Cn onde Cn a capacitncia destes capacitores adicionados soma.

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NO COMPUTADOR: Podemos encontrar capacitores associados em alguns pontos dos computadores, mas isso raro. O caso mais importante ocorre quando no temos um capacitor do valor desejado e ligamos dois ou mais de certa forma a obter este valor desejado.

d) BOBINAS OU INDUTORES Muitas (ou poucas) voltas de fio enroladas de modo a formar uma bobina nos levam a um importante componente eletrnico. As bobinas ou indutores apresentam propriedades eltricas principalmente em relao s variaes rpidas de corrente. Estas propriedades so dadas pelo que chamamos de indutncia. A indutncia de uma bobina medida em Henry (H) e tambm comum o uso de seus submltiplos: o milihenry (mH) que vale a milsima parte do henry e o microhenry (uH) que equivale milionsima parte do henry. Na figura 20 temos alguns tipos de bobinas e indutores encontrados nos computadores e em muitos circuitos eletrnicos.

As bobinas de poucas espiras, sem ncleos ou com ncleo de ferrite (que aumentam sua indutncia) so usadas em circuitos de altas freqncias ou que trabalham com variaes muito rpidas de corrente. J as bobinas de muitas espiras, os choques de filtro, por exemplo, que podem ter ncleos de ferrite ou mesmo ferro laminado trabalham com correntes de mdias e baixas freqncias.

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NO COMPUTADOR As bobinas so componentes importantes do computador podendo ser encontradas em diversas funes. Uma delas justamente filtrar variaes muito rpidas da corrente que poderiam afetar o funcionamento de certas partes crticas. Os denominados filtros de linha e alguns outros tipos de filtros fazem uso desta propriedade das bobinas e seu funcionamento ficar claro medida que nos aprofundamos no estudo.

CIRCUITOS DE TEMPO, INDUTORES E CAPACITORES EM CA, SOM E ONDAS DE RDIO Nesta lio analisaremos o que ocorre com os capacitores e os indutores tanto em circuito de corrente contnua como em circuitos de corrente alternada. Estudaremos tambm um pouco da natureza dos sons e das ondas de rdio, que so utilizados em diversos tipos de aparelhos eletrnicos inclusive nos computadores. Distinguiremos bem estes dois tipos de vibraes para que os leitores no tenham dvidas sobre todas as suas aplicaes e propriedades. Teremos os seguintes itens a estudar: a) Circuito RC b) Circuito LC c) Capacitores em circuitos de corrente alternada d) Indutores em circuitos de corrente alternada e) O som f) Ondas de rdio a) CIRCUITO RC

Quando associamos um resistor e um capacitor em srie, conforme mostra a figura 21.

VC

R

S1+ Ve

0

Fig. 21 - Circuito rc srie

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Obtemos um circuito RC srie que apresenta propriedades bastante interessantes que sero analisadas a partir de agora. Supondo que inicialmente a chave S1 esteja aberta e que o capacitor esteja completamente descarregado, bvio que a tenso entre as suas armaduras ser nula (zero volt). No instante em que fechamos a chave, estabelecendo assim uma corrente no circuito, como o capacitor est completamente descarregado, comea a fluir uma corrente que tende a carreg-lo. Neste instante inicial, o capacitor se comporta como uma resistncia praticamente nula, de modo que a corrente que circula pelo circuito limitada apenas pelo valor do resistor. Esta corrente ento mxima no instante em que ligamos a chave S1. medida que o capacitor se carrega, a tenso entre suas armaduras comea a subir (lembre-se que ele estava com zero volt no momento em que ligamos o circuito), o que significa que existir uma diferena de tenso menor entre a bateria e o prprio capacitor para bombear mais cargas. Em outras palavras, medida que o capacitor se carrega ele passa a representar uma resistncia maior para a circulao da corrente, diminuindo assim a velocidade com que as novas cargas so transferidas para as suas armaduras. Fazendo um grfico do que ocorre temos ento uma subida inicialmente rpida da tenso nas armaduras, mas medida que o capacitor se carrega a carga vai se tornando mais lenta, conforme mostra a figura 22.

V (v)

100%+ Ve

63% SUBIDAINICIALMENTE RPIDA

SUBIDA LENTA( CURVA EXPONENCIAL )

RCT (s)

Observe que, como a velocidade da carga diminui medida que a tenso nas armaduras se eleva, ela nunca chega a ser igual estabelecida pela bateria. Em outras palavras, temos uma curva exponencial que se aproxima infinitamente da tenso aplicada ao circuito, mas que na verdade nunca chega a ela.

A curva exponencial que o grfico mostra pode ser estabelecida atravs de uma frmula que muito usada nos clculos que envolvam circuitos de temporizao, osciladores, e importante para se determinar as velocidades mximas em que podem operar os circuitos de computadores. No entanto, para os nossos leitores que procuram um conhecimento bsico existe um valor que pode ser calculado de maneira simples e que aparece muito nas especificaes de circuitos que envolvam tempo e em centenas de projetos de circuitos eletrnicos. Trata-se da constante de tempo de um circuito RC e que abreviada normalmente por t. A constante de tempo, de um circuito RC obtida multiplicando-se o valor do resistor (R) em ohms pelo valor do capacitor (C) em Farad, obtendo-se um valor em segundos.

t = R x C

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Mas, o que significa este valor? O valor RC nos diz quanto tempo decorre entre o instante em que a chave S1 fechada at que a tenso no capacitor cheque a 63% do valor da tenso aplicada pela bateria ou fonte externa. Veja o leitor que o mesmo raciocnio tambm vlido para a descarga de um capacitor, conforme mostra a figura 23.

Assim, partindo de um capacitor completamente carregado, em que a tenso entre as armaduras mxima, no momento em que fechamos a chave S1, a descarga comea atravs do resistor R. medida que a tenso cai, entretanto, a corrente de descarga tambm diminui de modo que a descarga se torna cada vez mais lenta, obtendo-se um grfico conforme mostrado na figura 24.

V (v)

+ Ve

SUBIDA LENTA( CURVA EXPONENCIAL )

RCT (s)

37%

DESCARGA INICIALMENTE RPIDA

Fig. 24 - Descarga de um capacitor atravs de um resistor.

Este grfico tambm nos fornece uma curva exponencial que nunca encontra com a horizontal de zero volt, o que quer dizer que teoricamente o capacitor nunca se descarrega completamente. Aplicando a mesma frmula da constante de tempo T = R x C obtemos um ponto muito importante neste grfico: o instante em que a tenso nas armaduras do capacitor de 37% da tenso com que ele estava inicialmente carregado. Os circuitos de tempo so muito importantes na eletrnica. Um exemplo dado na figura 25 em que temos um dispositivo que sente quando a tenso na sua entrada atinge um determinado valor, por exemplo, 2/3 da tenso de alimentao, o que est bem prximo dos 63% da constante de tempo do circuito RC.

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C

SENSOR

ENTRADA DO CIRCUITO SENSOR

SADA AO CIRCUITOCONTROLADO

+ v

R

Fig. 25 - Rede RC usada num circuito temporizador

Neste circuito, depois de decorrido o tempo determinado pelos componentes RC da rede de tempo, quando a tenso atinge 2/3 da tenso de alimentao, o dispositivo sente este valor e realiza alguma funo ligando ou desligando uma carga externa. Trata-se de um temporizador.

NO COMPUTADOR Os circuitos internos de um computador e qualquer placa na verdade so formados de resistores e capacitores. Assim, eles se comportam como redes RC e por isso no conseguem mudar rapidamente de estado, ou seja, no possvel fazer com que as tenses mudem rapidamente de valor. Ora, num computador todo o funcionamento est baseado nestas mudanas de valor das tenses que passam pelos denominados nveis lgicos de que falaremos oportunamente. Isso significa que muito importante para os projetistas diminuir ao mximo os efeitos das capacitncias de placas e outros componentes de modo que eles se tornem rpidos. Assim, a capacitncia que juntamente com as resistncias dos circuitos, o principal fator que limita a velocidade de operao de todos os dispositivos do PC.

b) CIRCUITO LC

Uma bobina (Indutor) e um resistor ligados em srie, conforme mostra a figura 26, formam um circuito LC.

0 VFig. 26 - Circuito LR

Supondo inicialmente que neste circuito a chave S1 esteja aberta, a corrente circulante ser nula. No haver campo magntico criado pelo indutor. No instante em que o interruptor fechado, a corrente tende a se estabelecer circulando pelo resistor e pelo indutor onde vai criar um campo magntico.

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No entanto, o campo magntico que a corrente tende a criar, tem linhas de fora que se expandem e que cortam as espiras do prprio indutor de modo a induzir uma corrente que se ope quela que est sendo estabelecida, conforme mostra a figura 27.

CORRENTE INDUZIDA

CORRENTE ESTABELECIDA

Fig. 27 - A corrente induzida pela expanso das linhas do campo se ope corrente estabelecida

O resultado disso que inicialmente a corrente no indutor encontra uma forte resistncia que diminui consideravelmente sua intensidade. Fazendo um grfico para visualizar melhor o que ocorre, vemos que no instante em que a chave (S1) fechada, a corrente praticamente nula. Somente medida que as linhas do campo magntico criado pela bobina vo se expandindo que sua oposio corrente diminui e ela pode aumentar de intensidade. Como no caso do capacitor, temos para a corrente uma curva de crescimento exponencial que mostrada na figura 28.

I ( A )

100 %

SUBIDA LENTA

T (s)

63 %

SUBIDA RPIDA

RLFig. 28 - Carga de um indutor atravs de um resistor.

Tambm neste caso teoricamente a corrente nunca atinge o mximo, que o valor dado apenas pelo resistor. A constante de tempo de circuito obtida quando multiplicamos o valor da indutncia do indutor em henry (H) pelo valor do resistor em ohms ().

t = L x R Numericamente este valor nos diz, depois de quanto tempo a partir do instante em que fechamos a chave que a corrente atinge 63% do valor mximo.

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Do mesmo modo, partindo do circuito em que a corrente seja mxima no indutor e que momentaneamente seja comutada, conforme mostra a figura 29, a constante de tempo RL tambm nos d uma informao importante.

I MAX

+

RL

Fig. 29 - Circuito para descarga de um indutor.

Com a interrupo da corrente, as linhas do campo magntico se contraem induzindo uma corrente que vai circular pelo resistor, dissipando assim a energia existente no circuito na forma de calor. A corrente induzida inicialmente alta e gradualmente vai caindo, obtendo-se um grfico conforme mostra a figura 30.

I (A)

100 %

RLT (s)

37%

Fig. 30 - Descarga de um indutor atravs de um resistor.

Neste grfico o ponto que corresponde ao produto L x R nos fornece o instante em que a corrente cai a 37% do valor mximo. Trata-se da constante de tempo do circuito LR.

Nas aplicaes prticas, dada a dificuldade de se obter indutores de valores muitos altos (o que no ocorre com os capacitores) os circuitos RL no so usados seno nos casos em que se necessitam de tempos muito pequenos de retardo para temporizao ou outras aplicaes. Acima de alguns milihenries, a obteno de um indutor j se torna problemtica, pois estes componentes comeam a se tornar volumosos, caros e pesados. NO COMPUTADOR Os fios e as trilhas de cobre que conduzem as correntes nas placas de circuito impresso as comportam como indutores. Tanto maior ser seu valor quanto mais compridas forem e quanto mais curvas tiverem. Isso significa que, do mesmo modo que as capacitncias indesejveis dos circuitos, os fios e trilhas de cobre, por apresentarem certa indutncia, limitam a velocidade de funcionamento dos circuitos.

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Estes fatores tambm so muito importantes quando vamos ligar dois dispositivos por meio de um cabo, por exemplo, o computador a uma impressora, O fato do cabo apresentar capacitncias e indutncias indevidas (por menores que sejam), impede que ele funcione bem alm de um certo comprimento. As indutncias e as capacitncias impedem que os sinais sejam transmitidos sem deformaes de um ponto a outro dos circuitos.

c) CAPACITORES EM CIRCUITOS DE CORRENTE ALTERNADA

No item (a) desta lio vimos o que ocorre com um capacitor, associado com um resistor, num circuito de corrente contnua, ou seja, em que estabelecemos uma corrente num sentido nico para a carga ou descarga do capacitor. O que aconteceria com um capacitor se ele fosse usado num circuito alimentado por corrente alternada? Conforme j vimos na lio anterior, numa corrente alternada o fluxo de cargas inverte-se rapidamente e de forma constante, no nosso caso a razo de 60 vezes por segundo. Isto , em cada segundo a corrente circula 60 vezes num sentido e 60 vezes noutro. A inverso no se faz de maneira rpida, mas sim suave, de modo que, partindo de um instante que a corrente nula, ela cresce suavemente at atingir o mximo num sentido, para depois diminuir at se tornar nula novamente. Depois, ela inverte crescendo suavemente at o mximo no sentido oposto para depois diminuir, isso num processo contnuo que nos d um grfico conforme mostra a figura 31.

I (A)

100 %

RLT (s)

37%

Fig. 31 - Descarga de um indutor atravs de um resistor.

A curva representada neste grfico recebe o nome de senide, de modo que a corrente que obtemos nas tomadas de nossas casas senoidal de 60hertz. (Alguns pases usam correntes de 50 hertz). O que acontece se ligarmos um capacitor a um circuito que fornea uma corrente desta conforme mostra a figura 32?

1 CICLO

SEMICICLONEGATIVO

PONTO DEINVERSO

+ MAX (+ )

0 0

MAX (-)-

Fig. 32 - Representao de uma corrente alternada senoidal

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Partindo de um instante em que a tenso seja nula, medida que ela aumenta de valor numa certa polaridade, ela bombeia cargas para o capacitor, que comea a carregar com a mesma polaridade. Quando a tenso alternada atinge o mximo num sentido, o capacitor tambm atinge sua carga mxima. Depois, quando a tenso diminui, as cargas se escoam do capacitor at que, quando a tenso na rede atinge zero, o capacitor tambm estar descarregado. No semiciclo (metade do ciclo) seguinte, a corrente comea a aumentar, mas no sentido oposto, carregando assim as armaduras do capacitor com a polaridade oposta, tudo conforme mostra a seqncia da figura 33.

~ C

Fig. 33 - Capacitor num circuito de corrente alternada

A carga e descarga acompanhadas o ritmo de inverso de polaridade da rede ocorre indefinidamente. A quantidade de cargas que bombeada e extrada do capacitor depende no s da tenso aplicada, mas tambm do prprio tamanho do capacitor, ou seja, de sua capacitncia. Esta capacitncia determina ento a corrente mdia que circula por este componente no processo de carga e descarga, j que no podemos falar num valor em cada instante, pois ela varia, conforme vimos. Podemos dizer que o capacitor se comporta como uma resistncia neste circuito, permitindo que uma corrente varivel circule. Como o termo resistncia no se aplica neste caso, pois o que temos corrente de carga e descarga circulado, adota-se um outro termo para indicar o comportamento do capacitor no circuito de corrente alternada. Este termo adotado reatncia e no caso do capacitor temos uma reatncia capacitiva representada por Xc. O valor de Xc dado em ohms e depende basicamente de dois fatores: a freqncia da corrente alternada e o valor do capacitor. Para calcular a reatncia capacitiva apresentada por um capacitor utilizamos a seguinte frmula:

)2(1

CfXc =

Onde: Xc = reatncia capacitiva em ohms () = constante que vale 3,14 f = freqncia em hertz (Hz) C = capacitncia em farad (F) Onde: XL = reatncia capacitiva em ohms () = constante que vale 3,14 f = freqncia da corrente em hertz (Hz) L = indutncia em henry (f)

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Observe que a frmula nos mostra claramente que quanto maior for a freqncia da corrente, maior ser a oposio encontrada para ela se estabelecer num circuito que exista um indutor. Dizemos que os indutores oferecem uma oposio maior aos sinais de freqncia mais altas. Seu uso em combinao com os capacitores nos circuitos de filtros permite a separao de sinais de freqncias diferentes, conforme veremos oportunamente. NO COMPUTADOR Qualquer fio ou mesmo trilha numa placa de circuito impresso apresenta uma certa indutncia. Se, conforme vimos, a indutncia tem um efeito tanto maior num circuito quanto maior a sua freqncia, a velocidade de operao de um computador est seriamente dependente deste fator. De fato, quanto maior for a velocidade de operao de um computador, ou seja, a freqncia de seu clock (que ser estudada em pormenores mais adiante), maior sero os efeitos de qualquer indutncia que seja apresentada de forma indevida nos seus circuitos. por isso que, para transmitir sinais de um ponto a outro, como, por exemplo, em redes ou para a impressora, muito importante que os cabos usados e demais elementos do circuito tenham uma indutncia muito baixa. Caso contrrio, os sinais so afetados pela forte oposio apresentada surgindo os problemas de funcionamento.

OS SEMICONDUTORES JUNES DIODOS

Nas lies precedentes estudamos alguns componentes denominados passivos assim chamados porque no amplificam nem geram sinais. Estes componentes bsicos como os resistores, capacitores e transformadores so muitos importantes nos circuitos dos computadores e de muitos outros equipamentos eletrnicos, pois complementam as funes exercidas pelos componentes denominados ativos como os transistores, circuitos integrados e outros. Na construo dos transistores e de um outro componente passivo importante que o diodo entram os chamados materiais semicondutores que sero justamente o assunto central desta lio. Veremos tambm o que ocorre quando estes materiais so dopados com impurezas e formo junes, chegando assim ao primeiro componente semicondutor importante de nosso curso, que o diodo. Nesta lio teremos ento os seguintes itens: a) Materiais semicondutores b) Junes PN c) O diodo semicondutor d) Tipos de diodo e) O diodo zener f) O diodo emissor de luz ou LED g) Os foto-diodos a) MATERIAIS SEMICONDUTORES

Conforme estudamos na primeira lio, existem materiais que podem conduzir a corrente eltrica com facilidade, como por exemplo, os metais, e que so chamados condutores. Por outro lado, existem materiais em que a corrente eltrica no pode passar, pois os portadores de cargas no tm mobilidade e que so denominados isolantes. Dentre os isolantes, destacamos os plsticos, o vidro, a mica e a borracha.

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Num grupo intermedirio, situado entre condutores e isolantes temos alguns materiais que no so nem bons condutores e nem isolantes, e entre os elementos qumicos com estas caractersticas destacamos os dois mais importantes, que so o germnio (Ge) e o silcio (Si) (figura 35).

OO

RESISTIVIDADEOURO

CONDUTORES

ALUMNIOCOBRE

SEMICONDUTORES

GERMNIO

SILCIOSELNIO

PLSTICOPAPEL

BORRACHA ISOLANTES

VIDROMICA

Fig. 35 - Posio relativa dos matriais em relao condutividade eltrica.

Existem outros elementos semicondutores igualmente importantes para a Eletrnica, mas eles s sero estudados futuramente, como o Selnio (Se) , o Glio (Ga), etc. A principal caracterstica que nos interessa no caso do Silcio e do Germnio que estes elementos possuem tomos com 4 eltrons na sua ltima camada e que eles se dispem numa estrutura ordenada conforme mostra a figura 36.

TOMOS

ESTRUTURACRISTALINA

O Germnio e o Silcio formam ento cristais onde os tomos se unem compartilhando os eltrons da ltima camada. Se o leitor consultar livros de qumica no ginsio e do colgio ver que os tomos dos diversos elementos que existem na natureza tm uma tendncia natural em obter um equilbrio quando sua ltima camada adquire o nmero mximo de eltrons que 8. Assim, formando um cristal, tanto o Germnio como o Silcio fazem com que os tomos, um ao lado do outro possam compartilhar os eltrons havendo sempre 8 deles em torno de cada ncleo, o que resulta num equilbrio bastante estvel para o material . De fato, os eltrons ficam to firmemente presos aos tomos nestas condies que no tendo mobilidade no podem funcionar como portadores de cargas e com isso transmitir a corrente eltrica com facilidade. Por este motivo, o Silcio e o Germnio quando puros, na forma cristalina, apresentam uma resistncia eltrica muito alta, muito mais prxima dos isolantes do que propriamente dos condutores, se bem que numa faixa intermediria ainda. (figura 3) Nesta forma cristalina de grande pureza o Silcio e o Germnio no servem para a elaborao de dispositivos eletrnicos, mas a situao muda quando adicionamos certas impurezas ao material.

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Estas impurezas consistem em tomos de algum elemento que tenha nmero diferente de 4 eltrons na sua ltima camada e se faz em propores extremamente pequenas, da ordem de poucas partes por milho (ppm). Temos ento duas possibilidades de adio de impurezas: - Elementos com tomos dotados de 5 eltrons na ltima camada - Elementos com tomos dotados de 3 eltrons na ltima camada. O primeiro caso, mostrado na figura 4 do elemento Arsnio (As). Como os tomos vizinhos s podem compartilhar 8 eltrons na formao da estrutura cristalina, sobra um que, que no tendo a que se ligar, adquire mobilidade no material, e que por isso pode servir como portador de cargas. O resultado que a resistividade ou capacidade do material de conduzir a corrente se altera e o Germnio ou Silcio dopados desta forma, se tornam bons condutores de correntes eltricas. Como o transporte das cargas feito neste material pelos eltrons que sobram ou eltrons livres que so cargas negativas, o material semicondutor obtido desta forma, pela adio deste tipo de impureza, recebe o nome de semicondutor do tipo N (N de negativo). Na segunda possibilidade, acrescentamos uma impureza cujos tomos tenham 3 eltrons na sua ltima camada, como por exemplo o ndio (In) obtendo-se ento uma estrutura conforme a mostrada na figura 5. Veja que, no local em que se encontra o tomo de ndio no existem 8 eltrons para serem compartilhados de modo que sobra uma vaga, ou lacuna. Esta lacuna tambm funciona como um portador de cargas, pois eltrons que queiram se movimentar atravs do material podem saltar de lacuna em lacuna encontrando assim um percurso com pouca resistncia. Como os portadores de carga neste caso so lacunas, e a falta de eltrons corresponde ao predomnio de uma carga positiva, dizemos que o material semicondutor assim obtido do tipo P (P de positivo). Podemos formar materiais semicondutores do tipo P e N tanto com elementos como o Germnio e o Silcio, como alguns outros que encontram muitas aplicaes na Eletrnica.

NO COMPUTADOR Os componentes denominados chips dos computadores, que conforme veremos nada mais so do que circuitos integrados, baseia-se totalmente nos materiais semicondutores que vimos. Minsculas pastilhas de silcio onde so gravadas regies do tipo N e do tipo P formam os milhares de elementos eletrnicos de um computador. Isso significa que toda a eletrnica do PC baseada nas propriedades dos materiais P e N dos circuitos integrados.

b) JUNES PN Um importante dispositivo eletrnico obtido quando juntamos dois materiais semicondutores de tipos diferentes formando entre eles uma juno semicondutora. A juno semicondutora parte importante de diversos dispositivos como os diodos, transistores, SCRs, circuitos integrados, etc. Por este motivo, entender seu comportamento muito importante e isso que veremos agora. Supondo que temos dois pedaos de materiais semicondutores, um do tipo P e um outro do tipo N, se unimos de modo a estarem num contato muito prximo, formam uma juno, conforme mostra a figura 37.

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Esta juno apresenta propriedades muitos importantes. Analisaremos inicialmente o que ocorre na prpria juno. No local da juno os eltrons que esto em excesso no material N e podem movimentar-se procuram as lacunas que esto presentes no material P preenchendo-as. O resultado que estas cargas se neutralizam e ao mesmo tempo o aparece uma certa tenso entre os dois materiais (P e N). Esta tenso que aparece na juno consiste numa verdadeira barreira que precisa ser vencida para que possamos fazer circular qualquer corrente entre os dois materiais. Conforme o fenmeno sugere, o nome dado barreira de potencial. Esta barreira possui um valor que depende da natureza do material semicondutor, sendo tipicamente de 0,2 V para o Germnio e 0,6 V para o Silcio. A estrutura indicada, com dois materiais semicondutores P e N, forma um componente que apresenta propriedades eltricas bastante interessantes e que denominamos diodo semicondutor.

c) O DIODO SEMICONDUTOR

Para fazer uma corrente circular numa estrutura conforme a estudada, com dois materiais P e N formando uma juno, temos duas possibilidades ou dois sentidos possveis: a corrente pode fluir do material P para o N ou vice-versa. Na prtica, veremos que estas duas correntes encontram obstculos de natureza completamente diferente. Vamos supor que uma bateria seja ligada nos pedaos de material semicondutor que formam a juno, conforme mostra a figura 38.

O material P conectado ao plo positivo da bateria enquanto que o material N conectado ao plo negativo. Ocorre ento uma repulso, que faz com que os portadores do pedao de material N se afastem do plo negativo dirigindo-se juno, enquanto que os portadores do material P se afastam deste plo tambm se dirigindo a juno. Temos ento na regio da juno uma recombinao, j que os eltrons que chegam passam a ocupar as lacunas que tambm so empurradas para esta regio. O resultado que este fenmeno abre caminho para que novas cargas, tanto do material P como do N, se dirijam para esta regio, num processo contnuo que significa a circulao de uma corrente.

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Esta corrente ento intensa, o que quer dizer que o pedao de material semicondutor polarizado desta forma, ou seja, no sentido direto, deixa passar a corrente com facilidade. No entanto se invertemos a polaridade da bateria em relao aos semicondutores, o que ocorre uma atrao dos portadores de material N para o plo positivo e do material P para o negativo, ou seja, eles se afastam da juno, conforme mostra a figura 39.

O resultado que em lugar de termos uma aproximao das cargas na regio da juno tem seu afastamento, com um aumento da barreira de potencial que impede a circulao de qualquer corrente. O material polarizado desta forma no deixa passar corrente alguma. Na prtica, uma pequena corrente denominada de fuga circula, da ordem milionsimos de ampre, devido ao fato de que o calor do prprio material pode soltar portadores de carga dos tomos da juno, os quais se recombinam. Como esta corrente varia com a temperatura, o material polarizado desta forma funciona como um excelente sensor para esta grandeza.

d) DIODO SEMICONDUTOR

Uma simples estrutura PN de Silcio ou Germnio resulta num importante componente eletrnico, que o diodo semicondutor. Na figura 37 temos a sua estrutura e tambm seu smbolo. O smbolo uma seta que aponta no sentido em que ocorre a conduo da corrente. Na mesma figura temos o aspecto mais comum para um diodo semicondutor, onde o material N, que o catodo (C ou K) do diodo, identificado por uma faixa ou anel.

A C

A

A

C

C

A

A

C

C

ASPECTOS

ANODO CATODO

SMBOLO

Fig. 37 - O diodo semicondutor.

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Um diodo semicondutor pode ento ser polarizado de duas formas, conforme mostra a figura 38.

+ +

CORRENTE INTENSA

NO HCORRENTE

a) POLARIZAO DIRETA b) POLARIZAO INVERSA

Fig.38 - Polarizao de um diodo semicondutor.

Se o diodo for polarizado como em (a) com o plo positivo de uma bateria ligado em seu anodo, a corrente pode fluir com facilidade, pois o diodo apresenta uma baixa resistncia. Dizemos que o diodo est polarizado no sentido direto. Se a polarizao for feita conforme mostra a mesma figura em (b), ento nenhuma corrente pode circular. Dizemos que o diodo est polarizado no sentido inverso. muito comum que seja feita a comparao do diodo com uma vlvula de reteno hidrulica que mostrada na figura 39.

Se a gua for forada a circular num sentido, a tampa abre e ela flui normalmente (polarizao direta), mas se a gua for forada no sentido inverso ou quiser voltar, a tampa fecha e no ocorre o retorno. O diodo semicondutor, por estas propriedades pode ser usado em muitas aplicaes importantes, conforme teremos oportunidade de ver em nosso curso, nas experincias descritas e mesmo em muitos aparelhos comerciais. Observe ainda que, devido ao fato de precisarmos vencer a barreira de potencial de 0,2 V para os diodos de Germnio ou 0,6 V para os de Silcio, quando ocorre a conduo existe sempre sobre o diodo uma tenso deste valor, independentemente da intensidade da corrente, conforme mostra a figura 40.

CORRENTEGERMNIO

0,2 v

CORRENTESILCIO

0,6 vFig. 40 - Quedas de tenso nos diodos.

Na verdade, como a resistncia do diodo muito baixa na sua condio de conduo da corrente, se no houver algo para limit-la no circuito, o diodo corre o risco de se queimar pois existe um limite para a intensidade da corrente que ele pode conduzir.

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Da mesma forma, tambm existe um limite para a tenso mxima que podemos aplicar num diodo ao polariz-lo inversamente. Chega um ponto em que, mesmo polarizado inversamente, a barreira de potencial no mais pode conter o fluxo de cargas rompendo-se com a queima do diodo. Os diodos comuns so ento especificados em funo da corrente mxima que podem conduzir no sentido direto, abreviada por If (o F vem de forward em ingls que quer dizer direto ), e pela tenso mxima que podem suportar no sentido inverso, abreviada por Vr ( o R vem de Reverse , Que em ingls quer dizer inverso ). Conforme veremos, existem alguns tipos de diodos especiais que podem funcionar polarizados no sentido inverso, e que apresentam caractersticas muito interessantes para a eletrnica.

NO COMPUTADOR Encontramos diodos semicondutores nos computadores em diversas funes. Estes diodos tanto podem estar presentes na forma de um componente independente (como nas fontes de alimentao) e que podem ser retirados ou trocados de uma placa, como podem estar embutidos ou integrados num circuito integrado, ou seja, num daqueles componentes mais complexos com muitos terminais e que na realidade so formados por muitos outros numa nica pastilha de silcio, conforme veremos.

e) TIPOS DE DIODOS J vimos que o material semicondutor usado na formao de junes pode ser tanto o germnio como o silcio, assim temos diodos tanto de germnio como de silcio. E, nestes grupos, os tipos podem ainda ter finalidades diferentes, conforme veremos a seguir: Diodo de germnio Na figura 41 temos a estrutura interna de um diodo de germnio comum.

N

Fig. 41 - Um diodo de germnio.

Este tipo de diodo usado com correntes muito fracas, mas pode operar em velocidades muito altas, assim ele usado principalmente na deteco de sinais de altas freqncias (rdio). Tipos conhecidos desta famlia so o 1N34, 1N60, OA79, etc. Veja que a especificao dos diodos feita segundo uma codificao: para os diodos de origem americana temos a sigla OA ou ainda BA.

Diodos de Silcio de Uso Geral Estes so diodos de silcio fabricados para o trabalho com correntes de pequena intensidade, da ordem de no Mximo uns 200mA e tenses que no vo alm dos 100v. So usados em circuitos lgicos, circuitos de proteo de transistores, polarizao, etc. Na figura 42 temos o 1N4148, que um dos tipos mais populares deste grupo de silcio de uso geral.

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A K

Fig. 42 - Diodo 1N4148 de silcio.

Diodos Retificados de Silcio

Estes so conduo de correntes intensas e tambm operam com tenses relativamente elevadas que podem chegar a 1 000v ou 1 200v no sentido inverso. Uma srie muito importante destes diodos a formada pelos 1N4000 e que comea com o 1N4001. Todos os diodos da srie podem conduzir uma corrente direta de at 1 A, mas a tenso interna vai aumentando medida que o nmero do componente tambm aumenta. Assim temos: Tipo VR 1N4001 50v 1N4002 100v 1N4003 200v 1N4004 400v 1N4005 600v 1N4006 800v 1N4007 1000v Conforme veremos, na pratica, ao usar estes diodos devemos dar uma boa margem de segurana em relao tenso, de modo que ela no chegue ao valor Mximo suportado. Alm dos diodos citados existem muitos outros que apresentam propriedades importantes para a eletrnica e que sero estudados em captulos separados.

f) O DIODO ZENER Conforme vimos, existe um limite para a tenso inversa mxima que podemos aplicar a um diodo. Quando a tenso atinge este valor, que varia de tipo para tipo, a juno rompe-se, e a corrente passa a fluir sem obstculos. Para os diodos comuns, este rompimento no sentido inverso significa a queima do componente. No entanto, existem diodos que so projetados para poderem operar justamente com esta tenso inversa mxima. Na figura 43 temos uma curva que mostra a caracterstica de um diodo comum e que tambm vai servir para o nosso diodo zener.

I (A) - CORRENTE EM AMPRESI

CORRENTE AUMENTA

II

Vp

RUPTURAINVERSA

V (v) TENSO EMVOLTS

III

V 1(0,2 a 0,6)

IV

Fig. 43 - Caracterstica de um diodo.

Alertamos aos alunos que sempre bom saber interpretar grficos como o dado acima. Como este um dos primeiros que damos no nosso curso, vejamos o que ele nos diz. O Grfico, por exemplo, mostra que o diodo s comea a conduzir quando a tenso V1 atingida, quando ento a corrente no diodo pode aumentar bastante (a

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curva sobe), mas a tenso praticamente no varia (pois a curva se mantm quase perpendicular a o valor dado por V1). Por outro lado, no terceiro quadrante (III) temos o ponto em que ocorre a ruptura inversa (Vp) quando ento a corrente pode aumentar muito no sentido inverso (a reta vertical, perpendicular a este ponto Vp), mas a tenso no diodo no varia. Veja ento que, quando ocorre a ruptura no sentido inverso, por mais que a corrente aumente a tenso no diodo se mantm estvel, fixa no valor Vr que a partir de agora, para os diodos zener ser chamado de Vz, ou tenso zener. Isso significa que se tivemos um diodo que possa trabalhar neste ponto da curva caracterstica, ele ser capaz de manter fixa a tenso num circuito independentemente da corrente, ou seja, ele poder funcionar como um regulador de tenso. Na figura 44 temos o smbolo adotado para representar este tipo de diodo, que denominado diodo zener.

A K

Fig. 44 - Smbolo do diodo zener.

Os diodos zener cumprem funo muito importante regulando a tenso de

circuitos de fontes de alimentao, alm de estarem presentes em outras aplicaes em que se necessita de tenso fixa. Diodos zener com tenses entre 2 e 200 volts so encontrados em aparelhos eletrnicos.

NO COMPUTADOR A regulagem da tenso nas fontes dos computadores no feita diretamente por diodos zener. Os diodos zener, no entanto podem ser encontrados em muitos outros circuitos importantes do PC, estabilizando a tenso em determinados pontos. Na figura 45 temos o modo de se usar um diodo zener.

+

R

RESISTOR LIMITADO

FONTE DE TENSO MAIOR

DIODO ZENER

CIRCUITOALIMENTADO

Fig. 45 - Uso do diodo zener.

Veja, em primeiro lugar, que ele polarizado no sentido inverso, ou seja, seu catodo vai ao ponto de alimentao positiva. O circuito que deve ter a tenso estabilizada ligado em paralelo com o diodo zener. O resistor R tem a importante funo de limitar a corrente no diodo zener, pois se ela superar um valor determinado pela capacidade de dissipao do diodo, ele pode queimar-se. O valor mximo da corrente depende da potncia do zener e pode ser calculado facilmente em cada aplicao. Assim, lembrando que a potncia dada pelo produto tenso x corrente, se tivermos um diodo zener de 2 volts, cuja dissipao mxima para a potncia indicada:

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P = U x I 1 = 2 x I I = ampre Para um diodo de 4v, a corrente ser menor: P = U x I

1 = 4 x I I = ampres

Esta corrente mxima determina o valor do resistor que deve ser ligado em

srie com o diodo zener numa aplicao normal. Uma srie de diodos que se emprega muito em projetos e aparelhos

comerciais a BZX79C da Philips Components, formada por diodos de 400 mW. Nesta srie a tenso do diodo dada pelo prprio tipo. Assim:

- BZX79C2V1 onde o 2V1 corresponde a tenso de 2,1v (o V substitui a vrgula decimal ). - BZX79C12V corresponde a um diodo de 12v. O leitor que pretende mexer com computadores deve estar atento as especificaes dos diodos no sentido de saber identifica-los pelo tipo. Por este motivo, manual de equivalncias e dos prprios componentes so muito importantes na oficina.

f) DIODOS EMISSORES DE LUZ OU LEDs A observao de que quando um diodo conduz a corrente no sentido direto h emisso de radiao, normalmente infravermelha (luz invisvel) bem antiga. Este efeito pode ser modificado para a obteno de radiao em outra faixa do espectro avanado ento do infravermelho rumo a faixa de luz visvel. Temos ento componentes cuja estrutura bsica a mesma de um diodo comum, mas que so feitos de materiais como o arseneto de glio (GaAs), ou ainda o arseneto de glio com ndio (GaAsI), e que so denominados light emitting diodes ou abreviadamente LEDs (em portugus chamamos estes componentes de diodos emissores de luz).

Os diodos emissores de luz ou LEDs podem produzir uma luz incrivelmente pura, pois como a emisso ocorre por um processo de transferncia de energia entre eltrons que esto em rbitas definidas nos tomos, sua freqncia nica (este processo semelhante ao laser, da os LEDs serem considerados dispositivos aparentados dos lasers).

Assim diferente da luz branca que formada pela mistura de todas as cores, a luz emitida por um LED tem cor nica. Trata-se de uma fonte de luz monocromtica, conforme mostra a figura 46.

INFRAVERMELHO INTENSIDADE

VERMELHO AMARELO VERDE

ESPECTRO DE LEDS

ESPECTRO DE UMA LMPADA COMUM(INCANDESCENTE)

VIOLETA

VERMELHO FREQUNCIA

Os primeiros LEDs colocados no comrcio operavam na faixa do infravermelho,

emitindo pois uma luz que no podamos ver. Atualmente temos LEDs que emitem que emitem luz no espectro visvel como, por exemplo, os de cores vermelha, laranja, amarelo, verde e mais recentemente os azuis.

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Na figura 47 temos o aspecto e o smbolo de um LED.

AK

TERMINALMAIS CURTO

LADO CHATO

A K

SMBOLO

Fig. 47 - Aspecto e smbolo de um LED.

Para saber usar um LED precisamos conhecer suas caractersticas eltricas e

isso pode ser facilmente conseguido a partir de sua curva caracterstica mostrada na figura 48.

I (A) - CORRENTE EM AMPRESI

CORRENTE AUMENTA

II

Vp

RUPTURAINVERSA

V (v) TENSO EMVOLTS

III

V 1(0,2 a 0,6)

IV

Fig. 48 - Caracterstica de um diodo.

Por esta curva temos diversas informaes interessantes. A primeira delas nos mostra que o ponto Vf, ou seja, o instante em que o LED comea a conduzir corresponde a uma tenso bem maior do que a de diodos comuns de silcio ou germnio. De fato, para um LED vermelho esta tenso esta em torno de 1,6v enquanto que para os LEDs de outras cores pode chegar a 1,8 ou mesmo 2,1v.

Isso significa que precisamos de uma tenso com pelo menos este valor para que o LED acenda, pois ele precisa conduzir no sentido no sentido direto para isso.

Por outro lado, vemos que a tenso inversa de ruptura (Vr) est em torno de 5v e os LEDs no suportam que isso ocorra.

Assim, nunca devemos aplicar mais de 5v no sentido inverso de um LED, pois ele pode queimar-se. Outro fato importante a ser analisado que, a partir da conduo no sentido direto, a corrente aumenta numa quase vertical, o que quer dizer que, comeando a conduzir, o LED apresenta uma resistncia muito baixa. Isso significa que, se no houver algum meio para limitar corrente neste componente, ela pode superar o valor Mximo que ele suporta, causando a queima.

Para os LEDs comuns esta corrente de apenas 50 mA ou pouco mais, o que significa que estes componentes so muito frgeis.

J vimos nas partes prticas das primeiras ligaes que podemos usar resistores para limitar a corrente num LED a valores seguros.

Nunca devemos ligar um LED diretamente a qualquer fonte de tenso (pilhas, baterias, etc) sem o resistor, pois no havendo limitao para a corrente, temos sua queima imediata.

Os LEDs comuns so indicados por tipos de fbrica tais como os da sigla TIL (TIL221, etc) da Texas instruments, CQV (da Philips), ou LD (Icotron).

NO COMPUTADOR

Os LEDs so encontrados nos painis dos computadores, monitores e em muitos outros pontos em que se deseja um indicador luminoso.

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Estes LEDs podem ter as mais diversas cores e operam exatamente pelo mesmo princpio que estudamos agora. g) FOTO DIODOS

Conforme j estudamos, uma pequena corrente pode fluir por um diodo quando polarizado no sentido inverso devido liberao de portadores de cargas e que permite a utilizao do diodo de uma nova maneira. Se a luz incidir na juno polarizada no sentido inverso, conforme sugere a figura 49, portadores de carga podem ser liberados.

N

P

+ LUZ

PORTADORES DECARGA LIBERADOS

O resultado que pode circular uma corrente no sentido inverso que depende de intensidade de luz incidente. Com isso podemos elaborar componentes denominados foto-diodos, conforme mostra a figura 50, em que propositalmente se expe a juno luz de modo a se obter uma corrente proporcional intensidade da luz.

JANELA PARAENTRAR LUZ

INVLUCRO PLSTICOTRANSPARENTE

SMBOLO

K

A

Fig. 50 - Tipos de foto - diodos. Os foto-diodos se caracterizam tanto pela sua sensibilidade como pela velocidade com que podem responder s variaes da intensidade da luz incidente. Estes componentes podem ser usados na leitura de cdigos de barras, cartes perfurados ou ainda na recepo da luz modulada de um LASER via uma fibra ptica. NO COMPUTADOR Encontramos foto-diodos em muitas aplicaes importantes num computador. Na leitura dos CD-ROMs, por exemplo, so usados foto-diodos para receber as informaes de um feixe de laser que incide na superfcie dos CDs. Diversos outros dispositivos importantes dos computadores fazem uso de sensores de luz que podem ser foto-diodos.

Como extenso desta propriedade do diodo ser sensvel luz, tambm temos a sensibilidade radiao nuclear.

Partculas de certa energia que penetrem na juno de um diodo polarizado no sentido inverso podem liberar portadores de cargas e portanto influir na corrente conduzida. Assim, so usado diodos com grandes junes que so expostas radiao para se fazer a sua deteco e medida, conforme sugere a figura 51.

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JANELADE MICA

PARTCULAS ALFA

DIODO DE GRANDE JUNO

Fig. 51 - Diodo usado na deteco de partculas nucleares.

Na figura 52 temos a caracterstica de sensibilidade de um foto-diodo

mostrando que estes componentes podem ver mesmo a luz que nossos olhos no conseguem, ou seja, possuem uma sensibilidade a radiao infravermelha e mesmo a ultravioleta.

INTENSIDADE RELATIVA

OLHO HUMANO

FOTO-DIODO DE SILCIO

X 1000

A

0,3 0,5 1,0

AZUL VERDE AMARELO VERMELHO

Fig. 52 - Resposta de um foto-diodo comparada ao olho humano.

QUESTIONRIO

1. D exemplos de materiais semicondutores. 2. D exemplo de impureza usada na preparao de um semicondutor tipo

N ? 3. Quais so os portadores de carga num material tipo P ? 4. Qual o fenmeno que ocorre na juno entre dois materiais

semicondutores, um do tipo N, e outro do tipo P? 5. Quais so os componentes formados por uma nica juno entre

materiais tipo P e N ? 6. Qual a tenso mnima que precisamos aplicar a um diodo de

germnio no sentido inverso ? 7. A que se deve a pequena corrente que circula num diodo polarizado no

sentido inverso ? 8. Quais so os matrias semicondutores usados na fabricao dos

diodos emissores de luz ? 9. De que maneira polarizado um diodo zener para funcionamento

normal ?

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10. O que ocorre na juno de um diodo polarizado inversamente quando exposta luz ?

EXPERINCIAS E MONTAGENS

As experincias e montagens que apresentamos, no s servem para que o leitor aprenda um pouco mais sobre o assunto explorado na lio, como at tenha aproveitamento maior montando um aparelho para seu prprio uso. Este aparelho pode ser utilidade no teste de alguns componentes mais simples do PC, encontrados em fontes de alimentao.

1. PROVADOR DE COMPONENTES Nossa primeira montagem de instrumento til na prova de componentes e

que utiliza um LED como elemento indicador. O que temos um simples circuito alimentado por pilhas que serve para nos dizer se um componente est bom ou no. Alm de bobinas, transformadores, resistores e capacitores, o provador tambm testa diodos e transistores. Seu princpio de funcionamento o seguinte: temos uma bateria de 3v (duas pilhas) um resistor e um LED, todos em srie e com eles duas pontas de prova. Se entre as pontas de prova for ligado qualquer componente que apresenta baixa resistncia e portanto deixe a corrente passar, o LED acende indicando isso. Caso contrrio, no havendo circulao da corrente, o LED no acende. Na figura 53 temos a montagem completa do provador que pode ser instalado numa pequena caixa plstica.

USO Daremos o uso para o caso de diodos, ficando por conta do leitor, com base nas outras lies deduzir como empregar o aparelho no teste de outros componentes. Quando encostamos as pontas de prova nos terminais de um diodo polarizado-o de modo direto, havendo a conduo da corrente o LED acende. Invertendo o diodo, no havendo conduo (polarizao inversa) o LED no acende, conforme mostra a figura 54.

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Se o LED acender nas duas posies do diodo, ento dizemos que ele est em curto, ou seja, trata-se de um diodo queimado. Se o LED no acender em nenhuma das posies, ento dizemos que ele est aberto. Tambm neste caso, trata-se de um diodo queimado. Veja que estes procedimentos tambm servem para se identificar o anodo e o catodo que esteja com a marcao apagada.

NO COMPUTADOR Nas placas dos PCs e em muitos outros dispositivos como fontes e drives, existem diodos que podem queimar. O leitor poder testar estes diodos (sempre fora da placa) usando o provador que descrevemos. LISTA DO MATERIAL LED LED vermelho comum B1 3v duas pilhas pequenas R1 200 x 1/8w resistor (vermelho, vermelho, marrom) PP1, PP2 - pontas de prova Diversos: suporte de pilhas, fios, caixa para montagem, solda, etc.

2. INDICADOR DE POLARIDADE

Eis um outro aparelho simples baseado no que estudamos e que pode ser de utilidade na bancada dos leitores iniciantes, estudantes e mesmo daqueles que ainda no possuam equipamentos de prova mais sofisticados, como por exemplo um multmetro. O que temos um aparelho que nos permite determinar a polaridade de uma fonte de alimentao, bateria ou mesmo se um ponto de um circuito est submetido a uma tenso contnua ou alternada. O circuito completo de aparelho mostrado na figura 55e funciona da seguinte maneira:

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Se a ponta de prova PPI estiver positiva em relao a PP2, ento o LED1 polarizado no sentido direto, enquanto que o LED2 polarizado no sentido inversor. O resultado que apenas o LED1 (verde) acende, indicando que a polaridade das pontas coincide com a do circuito analisado. Por outro lado, se a ponta de prova PP1 estiver negativa em relao a PP2 , o LED1 polarizado inversamente, enquanto que o LED2 polarizado diretamente acendendo (vermelho) indicando que a polaridade das pontas de prova est invertida em relao ao circuito. Se as pontas de prova forem ligadas a um circuito de corrente alternada, LED1 ficar polarizado no sentido direto nos semiciclos positivos e o LED2 ficar polarizado diretamente nos semiciclos negativos. O resultado que os dois LEDs acendero, conforme mostra a figura 56.

Em suma, temos: PP1 positiva PP2 negativa LED1 aceso PP1 negativa PP2 positiva LED2 aceso Corrente alternada LED1 e LED2 aceso O circuito apresentado projetado para suportar tenses tanto contnuas como alternadas de no mximo, 15v. Portanto, se no tiver certeza de que o circuito analisado tenha tenso nesta faixa, no use seu provador, pois caso contrrio ele vai queimar-se. Os alunos podem reunir este aparelho ao anterior e mont-lo numa caixinha, obtendo assim um equipamento de utilidade para sua bancada de trabalhos eletrnicos. NO COMPUTADOR

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Este provador pode ser de grande utilidade na verificao da presena de tenso nas sadas dos conectores das fontes de alimentao do PC, inclusive ajudando o aluno que tenha duvidas a identificar sua polaridade. Nos conectores de sada das fontes dos PCs temos tenses de 5 e 12 v tanto positivas como negativas e com este provador possvel fazer sua identificao.

LISTA DE MATERIAL LED1 LED vermelho comum

LED2 - LED verde comum R1 1,2 k x 1/8 w resistor (marrom, vermelho, vermelho) PP1, PP2 pontas de prova vermelha e preta diversos: caixa para montagem,

fios, etc.

3. LUZ EM DOIS NVEIS Eis aqui uma utilidade para sua casa feita com apenas um diodo e que vai at lhe proporcionar uma certa economia de energia eltrica. Com o circuito apresentado voc pode ter duas intensidades para uma lmpada comum. Com a chave numa posio a lmpada acende com o brilho normal e com a chave na outra ela acende com metade do brilho, proporcionando assim uma iluminao suave ou econmica. Na figura 57 emos o circuito de nosso aparelho. Veja que vai substituir o interruptor simples da parede por um duplo j que teremos duas funes: liga/desliga e alto/baixo.

O diodo ser o 1N4004 se a tenso da rede de energia de sua casa for de 110v e o 1N4007 se a tenso de sua rede for de 220v. Seu funcionamento simples de entender agora que o aluno j foi apresentado ao diodo: com a chave S2 na posio de luz mxima ou alto, toda a corrente passa diretamente para a lmpada que acende normalmente com Mximo brilho. No entanto, com a chave S2 aberta, que corresponde luz suave ou baixa, o diodo fica em srie com o circuito. Como a tenso da rede local alternada, o diodo s pode conduzir os semiciclos positivos, ou seja, quando o anodo fica positivo em relao ao catodo. O resultado que os semiciclos negativos (quando o anodo fica negativo em relao ao catodo) so cortados. Com isso, apenas metade da potncia disponvel aplicada lmpada, que ento acende com o brilho reduzido.

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Veja que, no conduzindo a metade dos semiciclos, o diodo fica submetido no sentido inverso a uma tenso igual ao pico da rede de corrente alternada. Assim, levando em conta que na rede de 110v o pico , ou seja, o mximo que a tenso atinge est em torno de 154v, o diodo usado deve ser do tipo capaz de suportar pelo menos isso. Por este motivo que optamos pelo 1N4004 que indicado para picos de 400v, mas uma tenso alternada de 200v. este mesmo diodo no poderia ser usado na rede de 220v onde os picos chegam aos 300v. OBS:

a) No use o sistema de luz em dois nveis com qualquer outro tipo de aparelho. Ele s deve ser usado com lmpadas incandescentes.

b) Nas experincias de lies anteriores j estvamos usando LEDs para obter indicaes diversas. Se o aluno teve dvidas ao realizar aquelas experincias, talvez agora com um conhecimento maior sobre o princpio de funcionamento deste componente, elas possam ser melhor entendidas. Sugerimos que o aluno volte a lio anterior, estudando as experincias e montagens.

OS TRANSISTORES

Vimos nas duas lies precedentes um dos dispositivos semicondutores mais simples, porm de grande importncia na eletrnica. O diodo o dispositivo semicondutor mais simples, assim como alguns componentes, derivados que estudamos j que possuem uma nica juno. No entanto, com o passar do tempo, novos dispositivos semicondutores mais complexos foram desenvolvidos a partir dos diodos. Um destes dispositivos e talvez o mais importante o que veremos nesta lio. O transistor que possui 2 junes semicondutoras utilizado na maioria dos projetos eletrnicos, e sem ele a construo dos computadores no seria possvel. Realizando funes importantes como a amplificao de sinais, a produo de sinais, o controle de diversos dispositivos como chave eletrnica no processamento de dados, o transistor est presente em todos os equipamentos eletrnicos. Conhecendo o transistor, os leitores j podero ter uma atuao prtica na eletrnica muito mais intensa com o entendimento um pouco mais profundo de algumas funes dos circuitos do PC e at de seu funcionamento, assim como os encontrados em publicaes tcnicas. Nesta lio teremos os seguintes itens:

a) A estrutura do transistor b) Polarizao c) Configuraes d) O transistor na prtica e) Tipos e identificao de terminais.

a) A ESTRUTURA DO TRANSISTOR A palavra transistor vem de transference resistor, um dispositivo anunciado pelos pesquisadores Bardeen, Brattain e Shockley, nos Estados Unidos, nos laboratrios da Bell Telephone, em junho de 1948. O transistor original que era do tipo ponto de contato, logo foi aperfeioado com a elaborao de novos dispositivos, muitos dos quais at hoje so utilizados amplamente nas aplicaes prticas. A capacidade do transistor amplificar sinais eltricos permitiu que em pouco tempo este dispositivo, muito menor e consumido muito menos energia, aplicaes eletrnicas, conforme mostra a figura 58. O transistor, diferentemente das vlvulas, no necessita de uma corrente adicional para aquece-lo e muito menor que a vlvula equivalente.

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NO COMPUTADOR Sem os transistores os computadores no seriam possveis. O que denominamos de chip que na verdade a pastilha do circuito integrado, o componente mais comum e mais importante do PC, no qual encontramos centenas, milhares ou mesmo milhes de transistores. Isso significa que praticamente tudo que o PC faz, em ltima anlise depende de extrema importncia entender o funcionamento dos transistores para podermos chegar ao conhecimento do princpio de funcionamento de um computador ou de qualquer um de seus perifricos. Para entender como funciona um transistor vamos partir de sua estrutura bsica mostrada na figura 59.

Conforme podemos ver, para obter uma estrutura equivalente a um transistor devemos empilhar ou formar trs regies semicondutoras de polaridades alternadas de modo que entre elas existam duas junes. As regies semicondutoras recebero os nomes de emissor (E), base (B), coletor (C). Podemos obter a estrutura indicada de duas formas diferentes, o que leva a dois tipos de transistores. Podemos formar regies na seqncia N-P-N ou P-N-P. Para efeito do estudo inicial vamos tomar como exemplo uma estrutura N-P-N, ou seja, um transistor N-P-N. Cada uma das junes do transistor se comporta como um diodo, mas quando aplicamos tenses no dispositivo de determinada maneira e as duas junes podem entrar em ao ao mesmo tempo, o comportamento da estrutura passa a ser um pouco mais complexo do que simplesmente dois diodos ligados juntos. Para que tenhamos a ao diferenciada destas junes, vamos partir da situao em que o

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transistor seja alimentado com fontes externas de determinadas polaridades e caractersticas. Em suma, para que o transistor funcione, precisamos polariz-lo convenientemente. Inicialmente vamos fazer uma polarizao que nos permite apenas estudar o seu funcionamento. Na prtica existem diversas outras maneiras de polarizar o transistor e que estudaremos nos captulos posteriores desta lio e mesmo de outras. Tomando o nosso transistor NPN como exemplo. Para polariza-lo ligamos uma bateria de tenso maior (B2) entre o coletor e o emissor e uma bateria menor (B1) atravs de um potencimetro na sua base, conforme mostra a figura 60.

Vejamos ento o que ocorre.

c) POLARIZAO Partimos inicialmente da condio em que o cursor do potencimetro est todo para o lado negativo da bateria B1, ou seja, a tenso aplicada base do transistor 0. Nestas condies, a juno que existe entre a base e o emissor, que seria o percurso para uma corrente da bateria B1 , no tem polarizao alguma e nenhuma corrente pode fluir. A corrente de base do transistor zero. Da mesma forma, nestas condies a corrente entre o coletor e o emissor do transistor, percurso natural para a corrente da bateria B2 nula, conforme mostra a figura 61.

Movimentando gradualmente o cursor do potencimetro no sentido de aumentar a tenso aplicada base do transistor, vemos que nada ocorre de anormal at atingirmos o ponto em que a barreira de potencial da juno emissor base do transistor vencida. A tenso que precisamos para iniciar a conduo a mesma que estudamos no caso dos diodos. Precisamos de aproximadamente 0,6 V se o transistor for de silcio. Com uma tenso desta ordem, comea a circular uma pequena corrente entre a base e o emissor. Esta corrente entretanto tem um efeito interessante sobre o transistor: uma corrente tambm comea a circular entre o coletor e o emissor e esta corrente proporcional corrente de base, conforme mostra a figura 62.

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A medida que movimentamos mais o potencimetro no sentido de aumentar a corrente de base, observamos que a corrente do coletor do transistor aumenta na mesma proporo. Se uma corrente de base de 0,1 mA provoca uma corrente de coletor de 10mA, dizemos que o ganho de corrente ou fator de amplificao do transistor 100 vezes. A corrente de coletor 100 vezes maior que a corrente de base. A proporcionalidade entre a corrente de base e a corrente de coletor no se mantm em toda a faixa possvel de valores. Existe um ponto em que um aumento de corrente de base no provoca mais um aumento na corrente de coletor que ento se estabiliza. Dizemos que chegamos ao ponto de saturao, ou seja, o transistor satura. Observe ento que existe um trecho linear deste grfico que denominado curva caracterstica do transistor, em que existe uma proporo direta entre a corrente de base e a corrente de emissor que elas provocam. Transistores comuns podem apresentar ganhos de corrente entre 2 e 100, dependendo do modo como so fabricados e a finalidade a que se destinam. O que vimos nestas explicaes que a corrente contnua do coletor do transistor na verdade consiste numa corrente contnua aplicada base que amplificada. No entanto, podemos levar um pouco adiante nosso raciocnio e analisar o que ocorre se aplicarmos uma corrente contnua aplicada base que amplificada. No entanto, podemos levar um pouco adiante nosso raciocnio e analisar o que ocorre se aplicarmos uma corrente alternada base do transistor, ou seja, um sinal que pode vir de um microfone, por exemplo. Para isso, ajustamos inicialmente o potencimetro que polariza a base do transistor atravs de B1 de modo que ele aplique uma corrente que fique a meio caminho da saturao, conforme mostra a figura 63.

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Aplicando ento um sinal senoidal na base do transistor, ele vai provocar variaes desta corrente no sentido de aument-la e diminu-la em torno do valor previamente fixado. O resultado que a corrente obtida no coletor tambm vai variar acompanhando a corrente de base, mas numa proporo muito maior, pois o transistor amplifica a corrente. Teremos ento uma amplificao do sinal conforme mostra a figura 64.

Na prtica, os circuitos amplificadores com transistores levam componentes adicionais tanto para limitar como para estabelecer as correntes em cada eletrodo (terminal) do transistor como ainda para fazer com que os sinais cheguem at os pontos desejados. So usados ento resistores e capacitores nestes circuitos. Na figura 65 temos o funcionamento de um transistor PNP observando-se que a nica diferena em relao ao transistor NPN est no sentido de circulao das correntes e portanto na polaridade das baterias usadas.

A presena de resistores nos circuitos com transistores nos leva a uma anlise um pouco mais profunda de suas aplicaes na eletrnica. Para isso vamos tomar inicialmente o circuito mostrado na figura 66.

Neste circuito, a corrente no coletor limitada por um resistor de carga ou resistor de coletor Rc. Este resistor impede que a corrente suba muito no coletor do

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transistor quando na aplicao de uma corrente de base mais alta, e com isso o componente venha a se queimar. A corrente na base do transistor determinada na condio de repouso por um resistor de polarizao de base. Como a corrente de base muito menor que a corrente de coletor, o resistor usado na base do transistor tem valor muito maior que o ligado ao coletor. Vamos supor que o resistor colocado para polarizar a base do transistor tenha tal valor que a corrente que circule no resistor de carga (Rc) provoque uma queda de tenso neste componente igual metade da tenso de alimentao. Isso significa que teremos no coletor do transistor, na condio de ausncia de sinal, uma tenso fixa igual metade da tenso de alimentao, conforme mostra a figura 67.

Quando aplicamos na entrada do circuito, ou seja, na sua base um sinal senoidal de pequena intensidade, conforme sejam os semiciclos positivos ou negativos, haver um aumento ou diminuio da corrente de base. Assim, nos semiciclos positivos, a corrente de base aumenta, pois temos a soma da corrente do sinal com a de polarizao, e com isso a corrente de coletor tende aumentar. como se o transistor passasse a apresentar uma resistncia menor entre o coletor e o emissor. O resultado que, acompanhando este aumento da corrente de coletor temos uma queda de tenso neste mesmo elemento. Por outro lado, nos semiciclos negativos, a corrente de base diminui e o resultado um aumento da resistncia que o transistor passa a apresentar entre o coletor e o emissor. A tenso neste ponto do circuito sobe, conforme mostra a figura 68.

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Fazendo um grfico do que ocorre com a corrente na base do transistor que corresponde ao sinal de entrada, e da tenso na sada do transistor, temos uma viso interessante, mostrada na figura 69.

A fase do sinal de sada oposta do sinal de entrada. Em outras palavras, quando usamos o transistor desta forma, ele amplifica um sinal, mas inverte sua fase. Conforme veremos mais adiante, existem modos de se usar o transistor em que no ocorre esta inverso. Outro ponto importante a ser considerado quando falamos de um transistor como amplificador refere-se ao tipo de ganho que obtemos. J vimos que ligando o transistor da maneira indicada, as variaes muito maiores da corrente no coletor do transistor. Isso significa que temos um ganho ou amplificao da corrente. Se considerarmos agora que precisamos de uma pequena variao de tenso na base do transistor para provocar a variao de corrente suficiente para o transistor funcionar, e como o resistor de coletor menor e a variao de corrente maior, vemos que a tenso no coletor varia segundo uma faixa de valores muito maior. Assim, nesta configurao tambm temos ganho de tenso no sentido de que pequenas variaes da tenso de entrada produzem variaes maiores da tenso de sada. O produto tenso x corrente, conforme j estudamos caracteriza a potncia eltrica. Assim, se num transistor temos tanto a corrente de sada como a corrente de sada, maiores que as correntes e tenses de entrada, isso significa que no circuito dado temos um ganho de potncia. Nas aplicaes de um transistor num circuito amplificador no preciso ter necessariamente ganho de tenso e de corrente. Se um dos ganhos for suficiente para compensar o outro de modo que o ganho de potncia seja maior que 1, o transistor j pode ser usado como amplificador. Isso nos leva a trs modos de ligao ou configuraes do transistor que sero vistas a seguir:

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c) CONFIGURAES A configurao bsica que estudamos a mais comum e como proporciona

tanto ganho de tenso como de corrente a que produz maior ganho de potncia. Uma representao simples para esta configurao dada na figura 70.

Como o sinal entra, entre a base e o emissor, e sai entre, o coletor e o emissor, sendo o emissor um elemento comum entrada e sada, dizemos que se trata de uma configurao de emissor comum. No desenho so eliminados os resistores de polarizao. Conforme j vimos, a fase do sinal de sada invertida em relao a fase do sinal de entrada e temos tanto ganho de tenso como ganho de correntes, elevados. Como caractersticas importantes adicionais temos ainda que a impedncia de entrada do circuito baixa, isso significa que um circuito externo, que vai aplicar sinal a um transistor nesta configurao, v o transistor como se ele fosse uma resistncia relativamente baixa, conforme mostra a figura 71.

Esta informao muito importante num projeto, pois se a impedncia do circuito no for a mesma da entrada da etapa em que est o transistor, o sinal no totalmente transferido e temos uma perda de rendimento. Para que o transistor tenha o mximo rendimento (ou qualquer outro circuito amplificador) preciso que a impedncia da fonte de sinal seja igual a da sua entrada. Por outro lado, uma etapa deste tipo tem uma alta resistncia de sada ou alta impedncia de sada, o que tambm deve ser levado em conta em muitos projetos. Quando acoplarmos um transistor a outro, ou seja, interligarmos os transistores, veremos como pode ser feita uma adaptao destas caractersticas levando o circuito sempre ao melhor rendimento. Uma outra configurao importante muito usada mostrado na figura 72.

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Nesta configurao o sinal aplicado entre a base e o coletor e retirado entre o emissor e o coletor. O coletor ento o elemento comum entrada e sada, sendo por isso denominada a configurao de Coletor Comum. Nesta configurao temos um ganho de corrente muito alto, o que quer dizer que pequenas variaes da corrente de base provocam variaes muito maiores da corrente de emissor. No entanto, se levarmos em conta que a corrente no emissor circula por um resistor de carga de valor baixo, as variaes de corrente neste resistor produzem pequenas variaes de tenso no resistor de sada so menores que as variaes da tenso do sinal de entrada. Dizemos que o ganho de tenso menor que 1, neste caso. Apesar disso o transistor nesta configurao apresenta ganho de potncia (no muito alto) e outras caractersticas que so muito importantes em projetos eletrnicos. Alm disso, a fase do sinal de sada a mesma do sinal de entrada, ou seja, no h inverso de fase. A impedncia de entrada desta configurao muito alta, enquanto que a impedncia de sada muito baixa. Esta configurao tambm chamada de seguidor de emissor. Finalmente, temos a configurao mostrada na figura 73.

Nesta configurao o sinal aplicado entre o emissor e a base e retirado entre a base e o coletor. A base o elemento comum, pelo que a denominao dada ao circuito base comum. Na configurao de base comum temos um bom ganho de tenso, mas o ganho de corrente inferior unidade. No geral obtemos ento um ganho de potncia menor que o da configurao de coletor comum. No h inverso de fase para o sinal amplificado, e a impedncia de entrada muito baixa. A impedncia de sada, por outro lado, muito alta. Nos circuitos eletrnicos encontramos transistores tanto NPN como PNP ligados nas trs configuraes, dependendo da aplicao. Na figura 74 temos transistores PNP nas trs configuraes, observando-se que o que inverte-se apenas a polaridade da alimentao e portanto o sentido de circulao das correntes.

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NO COMPUTADOR Os circuitos integrados so formados por pequenas pastilhas (chips) em que so implantados num processo nico de fabricao os transistores e outros componentes. Os transistores consistem na grande maioria dos componentes destes chips e podem ser tanto do tipo NPN como PNP. Uma caracterstica importante da maioria dos chips que a configurao e o modo de ligao dos transistores se repetem muitas vezes. Assim, a complexidade de um chip normalmente no dada pela maneira como os transistores so ligados, mas sim pela quantidade deles. No entanto, no computador tambm existem funes em que necessitamos apenas de um transistor. Neste caso podemos encontr-lo como componente isolado numa placa ou ainda dentro de algum dispositivo, como uma fonte, um drive, etc. Importante para o aluno saber que, falando de eletrnica, os transistores certamente estaro presentes. c) O TRANSISTOR NA PRTICA

Os primeiros transistores eram dispositivos simples destinados a operar apenas com correntes de baixa intensidade, sendo por isso quase todos iguais nas principais caractersticas. No entanto, com o passar do tempo ocorreram muitos aperfeioamentos nos processos de fabricao que levaram os fabricantes a produzirem uma enorme quantidade de tipos de transistores, capazes de operar no s com pequenas intensidades de corrente mas tambm com correntes elevadas, o mesmo ocorrendo em relao s tenses e at mesmo s velocidades. Assim, de modo a facilitar um estudo do transistor na prtica ser conveniente dividir estes dispositivos em famlias em que as caractersticas principais se mantm. Para as outras caractersticas, as diferenas so normalmente fornecidas pelos fabricantes na forma de folhas de dados (data sheets), manuais, CD-ROMs e os disquetes de caractersticas de componentes so especialmente interessantes para a consulta, pois eles podem facilmente procurar todos os componentes de uma certa famlia que tenha uma especificao comum, quando digitamos estas caractersticas. As caractersticas d

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