eletrÔnica · eletrÔnica aula 01 introdução dispositivos semicondutores aplicações de...
TRANSCRIPT
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
Profa. Dra. Giovana Tripoloni Tangerino - 2015
HISTÓRIA ELETRÔNICOS
3
Profa. Dra. Giovana Tripoloni Tangerino - 2015
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.
Profa. Dra. Giovana Tripoloni Tangerino - 2015
DISPOSITIVOS SEMICONDUTORES
5
Profa. Dra. Giovana Tripoloni Tangerino - 2015
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.
Profa. Dra. Giovana Tripoloni Tangerino - 2015
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
Profa. Dra. Giovana Tripoloni Tangerino - 2015
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
Profa. Dra. Giovana Tripoloni Tangerino - 2015
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
Profa. Dra. Giovana Tripoloni Tangerino - 2015
Visão geral: Dispositivos Semicondutores
Diodo de junção PN
Diodo Zener
Diodo Schottky
Diodo túnel
Diodo emissor de luz
Fotodiodo
Varicap
Profa. Dra. Giovana Tripoloni Tangerino - 2015
Visão geral: Dispositivos Semicondutores
BJTTransistor Bipolar de
Junção(Bipolar Junction
Transistor)
JFET
MOSFETTransistor de Efeito de
Campo Metal-Óxido-Semicondutor(Metal-Oxide-
Semiconductor Field Effect Transistor)
IGBTTransistor Bipolar de
Porta Isolada(Insulated Gate Bipolar
Transistor
UJTTransistor de Unijunção
(Unijunction Transistors)
Profa. Dra. Giovana Tripoloni Tangerino - 2015
Visão geral: Dispositivos Semicondutores
SCRRetificador Controlado de
Silício(Silicon Controlled
Rectifier)
GTOTiristor de desligamento
de porta (Gate TurnoffThyristor)
DiacChave semicondutora de
três camadas e dois terminais
Triac
SCSChave controladora de
Silício
MCTTiristor Controlado MOS
(MOS ControlledThyristor)
Profa. Dra. Giovana Tripoloni Tangerino - 2015
APLICAÇÕES
13
Profa. Dra. Giovana Tripoloni Tangerino - 2015
APLICAÇÕES - DIODOS• PORTAS LÓGICAS
Fonte: BOYLESTAD (2005)
Profa. Dra. Giovana Tripoloni Tangerino - 2015
APLICAÇÕES –RETIFICADORES
• Fontes CC
• Carregadores de celular
• Carregadores de baterias de carro
• (transformador + retificador + regulador)
Fonte: BOYLESTAD (2005)
Profa. Dra. Giovana Tripoloni Tangerino - 2015
APLICAÇÕES – TRANSISTORES BJT• Chave
• Acionador de relé
Fonte: BOYLESTAD (2005)
Profa. Dra. Giovana Tripoloni Tangerino - 2015
APLICAÇÕES – TRANSISTORES BJT• Fonte de corrente constante (CCS)
Fonte: BOYLESTAD (2005)
Profa. Dra. Giovana Tripoloni Tangerino - 2015
APLICAÇÕES – TRANSISTORES BJT• Portas lógicas
Fonte: BOYLESTAD (2005)
Profa. Dra. Giovana Tripoloni Tangerino - 2015
APLICAÇÕES – TRANSISTORES BJT• Amplificadores
• Pequenos sinais• Misturador de áudio
• Pré amplificador
• Gerador de ruído aleatório
• Etc...
Fonte: BOYLESTAD (2005)
Profa. Dra. Giovana Tripoloni Tangerino - 2015
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.
Profa. Dra. Giovana Tripoloni Tangerino - 2015
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.