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Introdução à Electrónica - Universidade do Algarve

1. 17 de Setembro de 2006 JF LAB DE INTRODUCAO ELECTR NICA 2004 05 5 Caracter stica Corrente tens o do D odo TI Rectificac o de Meia Onda Canal 1 V DIV Canal 2 B de Tempo s DIV V DIV Canal 1 V DIV Canal 2 B de Tempo s DIV VIDIV JF 17 de Setembro de 2006 LAB DE INTRODUCAO ELECTR NICA 2004 05 5 Caracter stica Corrente tens o do D odo 78 Fun o de transfer ncia do d odo m todo din mico Canal 1 V DIV Canal 2 B de Tempo S DIV V DIV Fun o de transfer ncia do d odo M todo alternativo Canal 1 V DIV Canal 2 B de Tempo S DIV V DIV JF 17 de Setembro de 2006 LAB DE INTRODUGAO A ELECTR NICA 2004 05 6 Circuitos de Rectifica o e de Detec o de Pico 79 Circuitos de Rectifica o e de Detec o de Pico O d odo de jun o um elemento n o linear i e possui uma caracter stica corrente tens o V n o linear Como elemento n o linear apresenta in meras aplica es Uma das mais comuns a rectifica o de uma tens o alternada i e transforma o de corrente bidireccional em corrente unidireccional Outra aplica o do d odo baseada na sua propriedade de rectifica o em circuitos detectores de pico empregues na detec o de ondas moduladas em amplitude nos receptores de r dio Neste trabalho analisam se
2. Vg 20V em Input Voltage Range Ta 25 12 13 V TAMIN TA lt 12 13 V Large Signal Voltage Gain TA 25 RL 2kQ Vs 20V Vo 15V 50 V mV Vs 15V Vo 10V 50 200 20 200 V mV Tamin TA lt 2kQ Vs 20V Vo 15V 32 V mV Vs 15V Vo 10V 25 15 V mV Vs 5V Vo 2V 10 V mV Electrical Characteristics Note 3 Continued LM741A LM741E LM741 LM741C Parameter Conditions Units Min Typ Min Typ Max Min Typ Max Output Voltage Swing Vs 20V RL gt 10kQ V RL 2k0 t V Vs t15V gt 10kQ 14 12 V RL 2k0 13 10 V Output Short Circuit TA 25 C 10 25 35 25 25 mA Current TAMIN TA TAMAX 10 40 mA Common Mode TAMIN TA TAMAX Rejection Ratio Rs lt 10 Vom 12V 70 90 70 90 dB Rs lt 500 Vom 12V 80 95 dB Supply Voltage Rejection TAMIN TA lt Ratio Vg 20V to Vg 5V Rs lt 509 86 96 dB Rs lt 10 77 96 77 96 Transient Response TA 25 C Unity Gain Rise Time 0 25 0 8 0 3 0 3 us Overshoot 6 0 20 5 5 Yo Bandwidth Note 4 TA 25 C 0 437 1 5 MHz Slew Rate Ta 25 C Unity Gain 0 3 0 7 0 5 0 5 V us Supply Current TA 25 1 7 2 8 1 7 2 8 mA Power Consumption TA 25 Vs 20V 80 150 mW Vs t15V 50 85 50 85 mW LM741A Vs t20V Ta TAMIN 165 mW TA
3. Vi corrente 7 ser de A B A resist ncia el ctrica R do condutor dada pelo cociente 8 i e numa resist ncia a intensidade de corrente el ctrica 7 directamente proporcional tens o V 2 V V5 aos seus terminais A rela o V R I designada lei de Ohm A unidade SI de resist ncia el ctrica o ohm s mbolo no esquema de um circuito el ctrico uma resist ncia representada ou ir O inverso da resist ncia el ctrica designa se por condut ncia el ctrica G G 1 R a unidade SI de condut ncia o siemens s mbolo S A Fig 1 mostra resist ncias de diferentes pot ncias e o c digo de leitura do valor da resist ncia el ctrica de uma resist ncia Ist digit TERN 3rd digit fontes ew aif Percent tolerance Multiplier Number of zeros following 3rd digit 2nd digit Fig 1 Resist ncias de diferentes pot ncias c digo de leitura do valor da resist ncia el ctrica de uma resist ncia Uma resist ncia n o armazena energia el ctrica Pelo contr rio dissipa energia por efeito de Joule P onde P representa a pot ncia dissipada na resist ncia Leis de Kirchhoff As leis dos circuitos el ctricos resultam de dois princ pios de conserva o o princ pio de conserva o de energia e o princ pio de conserva o de carga el ctrica Lei dos nodos a soma alg brica das intensidades de corrente que concorre
4. Transistor colector base 5 emissor colector base 1 emissor o o n sclipop jun op m jung amp op metal sclipop jung amp op n jung amp op n metal Fig 1 Representa o esquem tica da estrutura dos trans stores bipolares npn e pnp S o tamb m indicados os respectivos s mbolos Como no caso do d odo as setas no terminal emissor indicam o sentido convencional da corrente entre a base e o emissor e o emissor e a base Ter em conta que o fluxo de electr es no sentido oposto No transistor npn existem jun es p n entre a base e o emissor jun o emissora e a base e o colector jun o colectora no transistor pnp as jun es p n s o formadas entre o colector e a base e entre o emissor e a base Na Fig 2 s o apresentadas de forma esquem tica a estruturas dos dois trans stores bipolares B base metal metal E sc tipon sctipop E C E RAS emissor ie colector emissor Suresh colector jun o p n jun o p n jun op n jun o p n base emissor base colector emissor base colector base Fig 2 Esquemas simplificados dos trans stores bipolares npn e pnp Os materiais mais usados s o o sil cio e o germ nio No entanto e em geral o sil cio prefer vel ao Ad E OR a r 0 germ nio essencialmente porque possibilita a opera o a temperaturas mais elevadas at 175 C para A Ue Lo 26 0 transistores de germ nio a temperatura m xima
5. importante referir contudo que quanto maior for o n mero de electr es difundidos do emissor para a base maior ser o n mero de recombina es na base e maior ser o n mero de electr es fornecidos ao circuito exterior pelo terminal da base desta isto maior ser Jp Do circuito da Fig 3 considerando as correntes e as tens es indicadas na figura e das leis de Kirchhoff resulta Ig7 Ic Ig 1 Von Vcg Vcg 0 2 JF 17 de Setembro de 2006 LAB DE INTRODUGAO A ELECTR NICA 2003 04 7 Tra ado das Curvas Caracter sticas de um Transistor Bipolar 93 Tendo em conta as considera es acima g p resultando g Quantitativamente verifica se uma rela o quase de proporcionalidade entre a corrente do colector Jc e a corrente de base Jg If 3 Das Eqs 1 3 resulta que g B 1 a ou J alp onde o B B 1 B designado ganho em corrente na montagem emissor comum Notar que a pequenas varia es em a correspondem grandes varia es em o que se manifesta fisicamente com o facto de que transistores do mesmo tipo possuem diferentes valores de B a representa o ganho em corrente na montagem base comum A depend ncia linear entre a corrente de base Jg e a corrente de colector c caracteriza o transistor no modo activo por isso sendo tamb m designado como modo linear e apenas aproximada A difus o de electr es do emissor para a base depende da concentra o de electr es nesta e da j
6. JF 17 de Setembro de 2006 LAB DE INTRODU O ELECTR NICA 2004 05 2 Circuitos de Corrente Alternada Filtros Circuitos RC e RLC 28 IV Filtros Nos circuitos el ctricos com resist ncias capacidades e indut ncias a rela o entre a intensidade de corrente e a tens o aos terminais dos diversos componentes linear Estes circuitos elementos designam se por lineares Aplicando a um circuito linear um sinal sinusoidal a resposta em regime estacion rio tamb m um sinal sinusoidal i e o sinal de sa da tem a mesma forma que o sinal de entrada podendo no entanto a amplitude do sinal ser diferente Esta caracter stica exclusiva dos sinais sinusoidais Para nenhuma outra forma de onda peri dica ou n o isto se verifica em geral o sinal de sa da pode nem ter qualquer semelhan a com o sinal de entrada Um filtro um dispositivo circuito electr nico que permite a passagem de determinada banda de frequ ncias impedindo a passagem de outras que est o fora dessa banda eliminando sinais indesej veis e melhorando por exemplo a resolu o de imagem e ou fidelidade de som Em geral os filtros s o constitu dos por componentes passivos em particular por condensadores e bobines que seleccionam a passagem de sinais sinusoidais em fun o do valor da sua frequ ncia permitindo a passagem exclusiva de sinais em determinada banda espectral Quanto ao comportamento em frequ ncia existem quatro tipos b sicos de filt
7. Infelizmente o nosso pa s encontra se no ltimo grupo II Semicondutores e Jun es p n Num material cristalino por exemplo no germ nio os electr es de val ncia de um tomo s o repartidos entre os tomos adjacentes formando liga es covalentes as orbitais de val ncia dos tomos isolados d o origem a bandas de val ncia num material cristalino Num cristal semicondutor a zero kelvin a banda de val ncia est totalmente preenchida apresentando se a banda imediatamente superior banda de condu o onde os electr es podem comportar como electr es quase livres completamente desocupada Contudo medida que a temperatura do semicondutor aumenta parte dos electr es de val ncia adquirem energia 20 A v lvula de tr odo consiste de um tubo de v cuo com tr s el ctrodos o c todo no qual os electr es s o emitidos o nodo que recebe os electr es e a grelha que serve para controlar o fluxo de electr es e possibilitar a amplifica o de sinais 2 A menor separa o em energia entre dois estados electr nicos destas duas bandas designa se por hiato do semicondutor e representa se por E Nos semicondutores mais usados em electr nica e optoelectr nica E 2 eV JF 17 de Setembro de 2006 LAB DE INTRODUCAO ELECTR NICA 2004 05 5 Caracter stica Corrente tens o do D odo 66 suficiente para escaparem influ ncia directa dos tomos ocupando estados na banda de condu o Dado que os to
8. Nos circuitos anal gicos estudados at aqui dado significado a toda e qualquer varia o altera o nos sinais Nos sistemas digitais os sinais apenas podem assumir uma gama de valores discretos Nos sistemas digitais bin rios os sinais assumem apenas um de dois valores poss veis representados por duas gamas de valores de tens o ou de corrente designados pelos valores bin rios 0 e 1 valores l gicos O e 1 A unidade de informa o digital bin ria designada por bit binary digit Os circuitos componentes analisados at aqui incluem se na designa o Electr nica Anal gica Os circuitos componentes a estudar pertence ao ramo da Electr nica Digital A grande diferen a reside essencialmente no seguinte aspecto enquanto na Electr nica Anal gica os sinais quer de entrada quer de sa da podem variar de um modo cont nuo dentro de limites relativamente largos em Electr nica Digital os sinais quer entradas quer sa das apenas podem pertencer a duas gamas de valores Em circuitos digitais as tens es assumem um n mero limitado de valores Os sistemas digitais mais comuns empregam dois valores e s o referidos como sistemas bin rios Circuitos digitais operam com sinais de entrada bin rios e produzem sinais de sa da tamb m bin rios costume designar esses dois intervalos de tens o por um e zero s mbolos 1 e 0 ou alto high e baixo low ou ainda por verdadeiro e falso Os circuitos digitais s o aplicados qua
9. o transmitida tens o de sa da A tens o de sa da depende tamb m da carga i e se se pedir corrente a tens o diminui Por m h um sem n mero de equipamentos que n o tolera varia es na tens o cont nua de alimenta o sendo necess rio adicionar ao circuito rectificador com filtragem um bloco estabilizador corrente definir a regula o de uma fonte de tens o como Regula o gt Vovazio Vocarga maxima VovazioX 1 00 2 Pode se definir de modo inteiramente an logo uma regula o para varia es da tens o de entrada costume falar em regula o de linha e regula o de carga O d odo de Zener um dispositivo capaz de manter uma diferen a de potencial praticamente constante entre os seus terminais ainda que varie sensivelmente a corrente que o atravessa e muitas vezes empregue na estabiliza o da tens o de sa da do circuito rectificador Um d odo Zener polarizado inversamente de tens o de ruptura igual ao valor da tens o pretendida para a sa da colocado em s rie com uma resist ncia entre aos terminais de sa da do circuito rectificador com filtragem A tens o n o regulada deve ser superior tens o de ruptura do d odo essencial que a corrente que percorre o d odo seja suficiente para o manter em regime de ruptura ou avalanche Para tens es pequenas poucos volts comum usar d odos rectificadores polarizados directamente em s rie at perfazer a tens o
10. out Para al m do caso puramente resistivo ha duas topologias simples conten do um elemento capacitivo amplificador diferenciador V 47 Rf Xe Vin amplificador integrador V 47 Xc R Fin Fig 3 Montagem inversora com impedancias A configura o integradora correspondente situa o indicada na Fig 4 a onde ZizR e 2 R 5 Fig 4 Montagens integradora a e diferenciadora b JF 17 de Setembro de 2006 LAB DE INTRODUCAO ELECTR NICA 2004 05 4 Amplificador Operacional Circuitos Operativos 61 inl A corrente na resist ncia J como nao entra corrente no amplificador pela entrada inversora tem se Portanto o condensador vai carregar com uma corrente a qual constante enquanto o for A tens o de sa da Vou fun o da carga do condensador e esta da corrente Q _ EP 2 te y A carga Q no condensador dada por Q I dt onde I T Substituindo se Q na express o 2 fi obt m se 1 te te Vou RCI Vou Vidt 3 fi A configura o diferenciadora correspondente situa o em que Z C e Z R Esta situa o est representada na Fig 4 b Da an lise da Figura conclui se que uma tens o de entrada V constante produz uma corrente apenas enquanto o condensador estiver a carregar se Nesta configura o dQ Vou IgR 1 Atendendo a que Q CV e que 7 ae obt m se t d Vini
11. trans stor bipolar de jun o BJT bipolar junction trans stor 30 Do ingl s redu o de trans fer res istor que transmite sinais el ctricos por meio de uma resist ncia Do grego treis tr s od s caminho i e dispositivo de tr s terminais 32 I Comparar com o d odo JF 17 de Setembro de 2006 LAB DE INTRODUCAO ELECTR NICA 2003 04 7 Tra ado das Curvas Caracter sticas de um Transistor Bipolar 90 I Introduc o Um transistor bipolar de jun o constitu do por duas jun es p n formadas num mesmo cristal semicondutor rever gui o do 2 trabalho ligadas em s rie Nestes trans stores ambos os portadores de carga electr es e lacunas participam na corrente el ctrica dai o nome bipolar As duas jun es p n podem ser implementadas em duas configura es diferentes originando dois tipos de transistores bipolares os transistores npn pnp O transistor npn pnp obtido por exemplo criando num cristal semicondutor tipo primeiro uma regi o de tipo p e nesta uma camada relativamente estreita de semicondutor tipo p designada base e outra regi o do tipo n p mas mais fortemente dopada n Fig 1 As camadas laterais separadas pela base s o designadas emissor e colector Tipicamente os n veis de dopagens do emissor da base e do colector s o da ordem de 10 10 e 10 em respectivamente C E B B Transistor
12. Greece No 15 25th March Street GR 17778 TAVROS ATHENS Tel 30 1 4894 339 239 Fax 30 1 4814 240 Hungary see Austria India Philips INDIA Ltd Band Box Building 2nd floor 254 D Dr Annie Besant Road Worli MUMBAI 400 025 Tel 91 22 493 8541 Fax 91 22 493 0966 Indonesia see Singapore Ireland Newstead Clonskeagh DUBLIN 14 Tel 353 1 7640 000 Fax 353 1 7640 200 Israel RAPAC Electronics 7 Kehilat Saloniki St PO Box 18053 TEL AVIV 61180 Tel 972 3 645 0444 Fax 972 3 649 1007 Italy PHILIPS SEMICONDUCTORS Piazza IV Novembre 3 20124 MILANO Tel 39 2 6752 2531 Fax 39 2 6752 2557 Japan Philips Bldg 13 37 Kohnan 2 chome Minato ku TOKYO 108 Tel 81 3 3740 5130 Fax 81 3 3740 5077 Korea Philips House 260 199 Itaewon dong Yongsan ku SEOUL Tel 82 2 709 1412 Fax 82 2 709 1415 Malaysia No 76 Jalan Universiti 46200 PETALING JAYA SELANGOR Tel 60 3 750 5214 Fax 60 3 757 4880 Mexico 5900 Gateway East Suite 200 EL PASO TEXAS 79905 Tel 49 5 800 234 7381 Middle East see Italy For all other countries apply to Philips Semiconductors Marketing amp Sales Communications a worldwide company Netherlands Postbus 90050 5600 PB EINDHOVEN Bldg VB Tel 31 40 27 82785 Fax 31 40 27 88399 New Zealand 2 Wagener Place C P O Box 1041 AUCKLAND Tel 64 9 849 4160 Fax 64 9 849 7811 Norway Box 1 Manglerud 0612 OSLO Tel 47 22 74 8000 Fax 47 22 74 8341 Phil
13. V t _ e s Vei 10 J uma corrente sinusoidal i t sin t 9 representa se por 0 ds a JF 17 de Setembro de 2006 LAB DE INTRODU O ELECTR NICA 2004 05 2 Circuitos de Corrente Alternada Filtros Circuitos RC e RLC 27 I t lej As formas complexas da corrente e da tens o sinusoidais V I designam se por fasores de tens o e de corrente Gragas notac o complexa podemos abordar qualquer circuito com resist ncias condensadores bobines e alimentado a corrente alternada sinusoidal como se fosse um circuito resistivo alimentado com corrente cont nua Lei de Ohm Generalizada Em corrente alternada sinusoidal a rela o V R I toma a forma V 2 1 lei de Ohm generalizada V Z e I s o em geral grandezas complexas Ter em aten o que quer a tens o quer a corrente devem ser expressas de forma consistente 1 e ambas referidas aos valores de pico aos valores eficazes ou aos valores m dios A grandeza Z R jX designa se por imped ncia e em geral uma fun o complexa em que a parte real corresponde componente resistiva do elemento Zp R e a parte imagin ria o resultado das componentes capacitiva react ncia capacitiva Xc 1 C e indutiva react ncia indutiva X oL do elemento i e X X Xc A forma geral da imped ncia Z R j L 1 C donde resulta claramente que a imped ncia de um circuito
14. a b o 4 AE M o Fig 8 Fases da rectifica o de meia onda Conclui se que o circuito da Fig 7 elimina as altern ncias negativas da tens o de entrada obtendo se na sa da apenas metade do sinal de entrada i e h supress o de uma altern ncia e aproveitamento da outra O circuito funciona como um rectificador de meia onda o valor m dio do sinal rectificado igual a Ter em aten o que durante a arcada negativa a tens o aos terminais do diodo igual ao valor de pico da tens o de entrada Portanto a tens o a rectificar deve ter um valor de pico significativamente inferior tens o de ruptura do d odo Vr Bibliografia F sica de Materiais e Dispositivos Electr nicos S rgio M Rezende Editora da Universidade Federal de Pernambuco Brasil 1996 Electr nica Anal gica Ant nio J G Padilla Editora McGraw Hill de Portugal 1993 VI Procedimento Experimental Objectivo Determinar experimentalmente a caracter stica corrente tens o de um d odo Rectificador de meia onda Material Fonte de tens o cont nua vari vel d odo resist ncias amper metro e oscilosc pio Atenc o Dever registrar todas figuras observadas no oscilosc pio A Tra ado da Caracter stica J V de um D odo M todo Est tico a Monte o circuito da Fig 8 formado por uma fonte de tens o vari vel 0 a 15 V em s rie com o d odo em estudo 1N4001 ou equivalente e uma resist ncia de
15. detalhadamente circuitos rectificadores e de filtragem I Introdu o Em geral um circuito electr nico com componentes discretos e ou integrados necessita de uma tens o de alimenta o cont nua para um funcionamento eficiente Uma vez que o fornecimento de energia el ctrica realizado na forma de tens o alternada necess rio transformar esta tens o em tens o cont nua A grande maioria dos equipamentos el ctricos electr nicos tem em geral associada uma fonte de alimenta o de tens o cont nua ou circuito complementar que realiza a necess ria convers o O processo de transforma o de uma tens o alternada em tens o cont nua designado por rectifica o Na rectifica o uma das altern ncias do sinal alterno eliminada ou ent o o seu sentido invertido Em associa o com condensadores e resist ncias os d odos s o usados em circuitos detectores de pico i e circuitos que determinam o valor de pico de um dado sinal Os circuitos detectores de pico podem ser tamb m usados como circuitos desmoduladores O d odo aplicado em circuitos limitadores e circuitos fixadores de n vel Com circuitos contendo d odos e resist ncias poss vel alterar por exemplo uma onda triangular transformando a aproximadamente numa sinus ide Os d odos s o tamb m muito teis em circuitos multiplicadores de tens o As aplica es atr s enumeradas podem ser consideradas aplica es de pot ncia Os d odos s
16. o limitam a sua utiliza o a circuitos muito espec ficos para os quais seja virtualmente imposs vel qualquer das outras tecnologias dispon veis Finalmente a fam lia CMOS tem algumas variante nomeadamente as portas l gicas CMOS l gica complementar o Pseudo NMOS e a l gica din mica As portas CMOS s o a escolha de elei o para a grande generalidade dos circuitos digitais e sempre que poss vel para circuitos mistos sendo a tecnologia base dos microprocessadores e demais electr nica de consumo As topologias Pseudo NMOS s o 36 Do ingl s redu o de trans fer res istor que transmite sinais el ctricos por meio de uma resist ncia 37 Do grego treis tr s od s caminho i e dispositivo de tr s terminais JF 17 de Setembro de 2006 LAB DE INTRODUGAO A ELECTR NICA 2003 04 9 Circuito de Comuta o com um Transistor Bipolar 112 semelhantes topologia CMOS dado que a estrutura dos transistores NMOS id ntica No entanto em vez de utilizar o circuito dual PMOS usa um unico transistor como carga activa A l gica din mica utilizada na implementa o de mem rias din micas DRAM pois permite densidades de integra o muito superiores nomeadamente face s mem rias est ticas implementadas com portas CMOS comuns SRAM II Modos de Operac o de um Trans stores Bipolares Num circuito o trans stor npn pode ser operar em tr s regimes modo activo ou linear em saturac o em cor
17. 0 l gico entrada resultando na sa da num 1 l gico acontece quando sendo necess rio que neste caso Vout seja no m nimo igual a Vipin i 0 max Admitindo no limite V tem se V V Vo max V Vona V L ce min _ Omax BE gt R BR Omax BE 6 Re P R i Vo Vi min A argumenta o anterior indica que uma tens o Vin pertencente ao intervalo associado ao 0 l gico originar uma tens o Vout correspondente ao 1 l gico quando VY Var max 7 Cy uy cc min N vel L gico um entrada Nesta situa o Vi situa se no intervalo v V max Para que a tens o de sa da corresponda ao 0 lmin l gico Vou dever ser no m ximo igual a Vomax Utilizando os mesmos argumentos que anteriormente a situa o menos favor vel corresponde a ter se que dever associar se uma tens o V min max Considere se Vo may quando V Vmin A an lise do circuito da Fig 6 indica que V V I Voma V min V 1 lmin BE C _ Tec max R 1 min 8 R p p Re Vo Vo max Em face deste resultado da argumenta o apresentada tem se 9 Defini o do Intervalo de Valores para Rg Combinando as express es 6 e 8 obt m se V nax V BR 0 lt R lt BR lmin 10 lmin Voy Conhecidos os intervalos correspondentes aos n veis l gicos 0 e 1 a
18. 10 Vin Para o circuito da esquerda Vout ser igual a Ve se tens o Vin for positiva e igual Vcc se for negativa Para o circuito da direita o funcionamento ser sim trico Vout Vec se Vin lt 0 e Vout Vec se Vin gt 0 Como foi referido um amplificador operacional nas montagens da Fig 10 s utiliz vel como amplificador linear quando a amplitude do sinal de entrada extremamente pequena A aplica o do amplificador operacional seria muito maior se o ganho fosse bastante menor Contudo poss vel atrav s de uma malha externa controlar o ganho efectivo do circuito global amp op malha externa e simultaneamente outras caracter sticas do amplificador Pode se obter um ganho efectivo praticamente independente do ganho do amp op utilizando o conceito de re alimentac o negativa negative feedback O ganho efectivo final ser tanto mais independente do ganho em malha aberta quanto maior for este conforme discutido na sec o seguinte IV Realimenta o A realimenta o num amplificador consiste em re introduzir uma parte do sinal de sa da na entrada Dependendo da s malha s exterior es a realimenta o pode refor ar o sinal de entrada ou contrari lo JF 17 de Setembro de 2006 LAB DE INTRODUGAO A ELECTR NICA 2004 05 3 Amplificador Operacional montagens inversora e n o inversora 50 Fig 11 Assim a realimentac o positiva correspondente a um refor o do sinal de e
19. A unidade SI de capacidade el ctrica o farad s mbolo FQ no esquema de um circuito el ctrico um condensador representada por F Na Fig 3 indicam se alguns tipos de Ds ge Fig 3 Condensadores condensador Um condensador em corrente cont nua actua como um aberto Num circuito com um condensador a tens o aos seus terminais est relacionada com a corrente que o percorre do seguinte modo pus f i 1 dt Cp C Para carregar um condensador necess rio fornecer energia que armazenada no condensador sob a forma de energia electrost tica se entre os terminais de um condensador de capacidade C existir uma diferen a de potencial V a energia electrost tica armazenada no campo el ctrico existente entre as armaduras do condensador ser Wc 1C V Esta energia poder ser mais tarde restitu da ao circuito contendo o condensador quando este se descarrega Um condensador perfeito n o dissipa energia a possibilidade de armazenar energia que respons vel pela grande diferen a de comportamento el ctrico do condensador em rela o resist ncia Existem v rios tipos de condensadores Condensadores de capacidade fixa condensadores de mica de 1 pF a 100 nF e tens es entre 100 V e 2500 V cc de cer mica de 1 pF a 3 uF e tens es at v rios kV de filmes de pl stico capacidade at 100 uF e electrol ticos Os condensadores electrol ticos s o polarizados e portanto devem ser inseridos nos
20. EXPRESS WRITTEN APPROVAL OF THE PRESIDENT OF NATIONAL SEMICONDUCTOR CORPORATION As used herein 1 Life support devices or systems are devices or Systems which a are intended for surgical implant into the body or b support or sustain life and whose failure to perform when properly used in accordance with instructions for use provided in the labeling can be reasonably expected to result in a significant injury to the user 2 A critical component is any component of a life support device or system whose failure to perform can be reasonably expected to cause the failure of the life support device or system or to affect its safety or effectiveness National Semiconductor National Semiconductor N Corporation Europe 1111 West Bardin Road Fax 49 0 180 530 85 86 Arlington TX 76017 Email cnjwge tevm2 nsc com Tel 1 800 272 9959 Deutsch Tel 49 0 180 530 85 85 Fax 1 800 737 7018 English Tel 49 0 180 532 78 32 Fran ais Tel 49 0 180 532 93 58 Italiano Tel 49 0 180 534 16 80 National Semiconductor Japan Ltd Tel 81 043 299 2309 Fax 81 043 299 2408 National Semiconductor Hong Kong Ltd 13th Floor Straight Block Ocean Centre 5 Canton Rd Tsimshatsui Kowloon Hong Kong Tel 852 2737 1600 Fax 852 2736 9960 National does not assume any responsibility for use of any circuitry described no circuit patent licenses are implied and National reserves the right at any time without
21. Largura de Banda razo vel esperar que o funcionamento de um amplificador operacional dependa da frequ ncia No caso dum amplificador operacional ideal a largura de banda intervalo de frequ ncias no qual o amplificador funciona com as suas caracter sticas nominais ou pouco se afasta delas infinita isto estende se de zero cc dc at ao infinito A largura de banda tamb m designada banda passante finita para qualquer amplificador real Seja um amplificador cujo ganho 4 Se a amplitude do sinal de entrada for constante existir uma frequ ncia para a qual a amplitude do sinal de sa da ser m xima Voutmax Define se largura de banda como o intervalo de frequ ncias em que a amplitude do sinal de sa da superior a um valor pr determinado normalmente 1 4 2 da tens o m xima em termos de pot ncia quando a pot ncia se reduz a metade do seu valor m ximo numa escala logar tmica 3dB F pontos 3dB ev n Largura de Banda Sos Fig 7 Definic o de largura de banda Pontos 3 dB No caso do 741 o valor m ximo ocorre para fc 7 0 Hz e o valor a 3dB ocorre para 10 Hz em malha aberta Usando re alimenta o negativa ver adiante consegue se obter uma curva de resposta em frequ ncia com largura de banda bastante superior Ganho x Largura de Banda 1 MHz Tens o de sa da nula quando V V Como j foi referido um amplificador operacional ideal s
22. Monte o circuito projectado Todas as tens es devem ser referidas a um ponto comum terra JF 17 de Setembro de 2006 LAB DE INTRODUGAO A ELECTR NICA 2004 05 3 Amplificador Operacional montagens inversora e n o inversora 54 Fig 15 Montagem amplificadora n amp o inversora Note que o valor das resist ncias Rj e R2 deve ser igual ou superior a 1 para limitar a corrente a valores compat veis com o amplificador Dever usar a resist ncia que todavia n o necess ria para o dimensionamento do circuito No entanto ela deve ser colocada para diminuir a assimetria da montagem O seu valor deve ser aproximadamente a resist ncia vista do terminal inversor i e o paralelo de Rj com R2 l Tenha em aten o que se aplicar 500 mV entrada o sinal de sa da seria de 50 V o que consideravelmente superior tens o de alimenta o do amp op 15 V Dever aplicar um sinal de entrada com amplitude significativamente inferior a 15 V 101 0 15 V por exemplo 50 mV A frequ ncia do sinal deve ser 10 kHz Observe os sinais de entrada e de sa da no oscilosc pio Meca o ganho do amplificador a essa frequ ncia Determine a resposta em frequ ncia do circuito i e como varia o ganho em fun o da frequ ncia do sinal de entrada Primeiro comece por variar a frequ ncias observando o comportamento do sinal de sa da ap s o que dever ter uma ideia qualitativa da resposta em frequ ncia do circuito Fa
23. O r pido desenvolvimento tecnol gico e comercial experimentado pela Electr nica Digital nas ltimas tr s d cadas tem levado prolifera o universal dos aparelhos digitais com acentuada recess o dos anal gicos electromec nicos Mais recentemente os aparelhos digitais que s o invariavelmente electr nicos incluem tamb m uma representa o pseudo anal gica 5 Utilizam se os termos normalizados na nomenclatura portuguesa 1 com as defini es que lhes correspondem a n vel internacional 2 JF 17 de Setembro de 2006 LAB DE INTRODU O A ELECTR NICA 2004 05 1 Circuitos de Corrente Continua Medi o de Grandezas El ctricas 19 Especialmente em Electr nica mas tamb m na Electricidade h frequentemente necessidade de avaliar a evolu o temporal das grandezas particularmente as tens es e ou correntes nestas situa es em que s o usados os oscilosc pios muitas vezes impropriamente designados por oscil grafos Os oscilosc pios permitem a representa o gr fica de tens es em fun o do tempo sobre um ecr de um tubo de raios cat dicos a que est associado uma grelha que constitui as escalas das ordenadas tens o e das abcissas tempo O oscilosc pio ser tratado com detalhe no pr ximo trabalho laboratorial Mult metro Face sua grande versatilidade o mult metro tornou se o aparelho de medida el ctrico universal no laborat rio na oficina etc Os mult metro
24. a agora cerca de 15 medidas no intervalo de frequ ncias 20 Hz 1 MHz por exemplo 20 50 100 200 500 1k 2k 5k 10k 20k 30k 50k 100k 200k 500k e 1 MHz Para cada valor de frequ ncia me a sempre as amplitudes do sinal de entrada e de sa da Com os valores obtidos no ponto 2 trace o gr fico da resposta em frequ ncia rever notas do trabalho de amplificadores com trans stores Estime a largura de banda da montagem LB f fc Bibliografia Microelectronic Circuits A S Sedra and K C Smith Saunders College Publishing London 1991 Electr nica Anal gica Ant nio J G Padilla Editora McGraw Hill de Portugal 1993 Electronics Fundamentals Circuits Devices and Applications T L Floyd Prentice Hall 2000 The Art of Electronics 2 edi o P Horowitz W Hill Cambridge University Press 1989 JF 17 de Setembro de 2006 LAB DE INTRODUCAO ELECTR NICA 2004 05 3 Amplificador Operacional montagens inversora e n o inversora 55 Amplificador Operacional montagens inversora Dimensionamento do Circuito Ganho 10 Rj R R3 Formas de onda de entrada e de saida V DIV Canal 1 V DIV Canal 2 B de Tempo S DIV VIDIV Dimensionamento do circuito divisor de tens o 5 V V 2 5V Re Rp JF 17 de Setembro de 2006 LAB DE INTRODUGAO A ELECTR NICA 2004 05 3 Amplificador Operacional montagens inversora e n o inversora 56 Amplificador Operacional mon
25. agora determinar os valores das resist ncias dos percursos de carga e de descarga dos condensadores entrada e sa da do amplificador 1 Condensador de entrada Considere se que o sinal a entrada do amplificador prov m de uma fonte de sinal v com resist ncia interno Rs R Da an lise do esquema do circuito da Fig 3 conclui se que a partir da fonte de sinal at ao comum existem tr s percursos poss veis para a carga e descarga do condensador nomeadamente 1 atrav s da resist ncia R para o comum percurso esse com resist ncia Rs R3 2 atrav s da resist ncia para a fonte de alimenta o continua a qual normalmente possibilita percursos quase directos para a terra A este percurso est associada uma resist ncia de carga e descarga aproximadamente igual a Rs Rj 3 atrav s do percurso fonte de sinal condensador base do transistor emissor do transistor gt resist ncia comum Considere se que a resist ncia total deste percurso Rint Estes tr s percursos competem entre si o que equivalente a afirmar se que est o em paralelo A resist ncia equivalente de carga e de descarga do condensador R RYXR ER ERR R R R R R Rj 2R R R 2 jr RI Rin gt R R R pois Rin normalmente muito superior a R Rs e RP Rs Da rela o 13 obt m se para o condensador _ MARAR 2R ARARIR R IS 14 Naturalmen
26. dV Vou ese RC 1 Von 4 dt dt E conhecido do estudo da corrente alternada sinusoidal que as rela es obtidas em corrente cont nua s o v lidas em corrente alternada desde que se substituam as resist ncias por imped ncias Da analise da Fig 3 e das rela es 3 4 resultam as seguintes express es para tens es de entrada sinusoidais v Vje 1 1 NEL vindt Vout UE Vint out CR ini joCR e d 5 y Vout E joCR Vini Vout CR E IV Computador anal gico Com foi referido anteriormente poss vel realizar c lculos mais ou menos complicados como por exemplo resolver equa es diferenciais A um circuito deste tipo costume chamar se computador anal gico ou simulador anal gico uma vez que a s equa o es que rege m o circuito s o a s mesma s que governa m o fen meno a simular A titulo de exemplo considere se o circuito amplificador da Fig 5 na pr tica e por quest es de estabilidade os terminais n o inversores dever o ser ligados massa atrav s de uma resist ncia IMO H H D 1 MC 1 uF G LC 3 V t 4 6 V JF 17 de Setembro de 2006 LAB DE INTRODUGAO A ELECTR NICA 2004 05 4 Amplificador Operacional Circuitos Operativos 62 Fig 5 Simula o da queda de um grave superficie da Terra O circuito da Fig 5 simula a queda de um grave de massa m superf cie da Terra Trata se de um 2 movimento com
27. descida ou seja com os tempos de comuta o de baixo para alto e de alto para baixo respectivamente do sinal de sa da em resposta ao sinal de entrada O tempo de subida tr rise time definido como o intervalo de tempo que a tens o na entrada da porta l gica demora a subir entre 10 e 90 do seu valor m ximo O tempo de descida tf fall time definido de forma an loga 38 Nesta situa o a pot ncia m xima dissipada no transistor ser IcmaxVcesa 2 mW bem inferior ao valor limite de 300 mW indicado para os transistores BC107 e BC109 JF 17 de Setembro de 2006 LAB DE INTRODUCAO ELECTR NICA 2003 04 9 Circuito de Comuta o com um Transistor Bipolar 117 Von You Voi vo Von Hor Von Vor Tempos de transi o na subida e na descida Da mesma forma s o definidos os tempos de transi o na subida e na descida dos sinais nas sa das tTHL tTLH respectivamente Tempo de Propaga o e de Atraso Os tempos de propaga o de baixo para alto tPLH de alto para baixo tPHL s o definidos como os intervalos tempo que a tens o de sa da demora a atingir o valor m dio entre os valores m ximo e m nimo da tens o de saida desde o momento em que a entrada comuta Ou seja o tempo que decorre entre a defini o do nivel l gico de entrada e a defini o do nivel l gico na sa da Naturalmente desej vel que tPHL tPLH sejam iguais dado que o pior destes tempos define a f
28. m se A 1 R es Nestas condi es o ganho em malha fechada amplificador com realimenta o negativa praticamente independente do ganho do amp op A realimenta o negativa diminui a depend ncia do ganho efectivo no ganho individual do amplificador operacional permitindo uma maior na facilidade de projecto de circuitos electr nicos As vantagens da realimenta o negativa n o se limitam estabiliza o do ganho respeitam tamb m s resist ncias de entrada e de sa da aumento da resist ncia de entrada e diminui o da resist ncia de sa da e melhoria da resposta em frequ ncia 19 P Uma rede de comunica o requer presen a de amplificadores em determinadas localiza es longo da sua extens o de forma a compensar as perdas de sinal JF 17 de Setembro de 2006 LAB DE INTRODUGAO A ELECTR NICA 2004 05 3 Amplificador Operacional montagens inversora e n o inversora 51 Realimenta o Positiva Na realimenta o positiva parte do sinal de sa da do amplificador re injectado em fase na entrada i e o sinal re injectado refor a o sinal de entrada fazendo com que a satura o seja atingida mais rapidamente A realimenta o positiva tamb m til por exemplo em circuitos de detec o de zero e osciladores V Circuitos lineares com Amp Ops Consideram se circuitos lineares aqueles em que o amplificador n o est saturado ou seja que recorrem a real
29. o do transistor refere se determina o do ponto de funcionamento do transistor i e ao c lculo das correntes e das tens es cont nuas nos terminais emissor colector e base que s o fun o das resist ncias Rc e Rp da tens o Vcc Fig 4 O ponto de funcionamento escolhido para que amplificador funcione em termos de ganho excurs o do sinal de sa da etc de acordo com o que foi planeado o que em geral implica a escolha criteriosa das correntes cont nuas nos terminais do transistor quando os circuitos de entrada e de sa da n o est o ligados Fig 4 Voc A Vo 2 E vic Us ti Ra Re Fig 4 Esquema do circuito de polarizac o do transistor npn JF 17 de Setembro de 2006 LAB DE INTRODUGAO A ELECTR NICA 2003 04 8 Circuito Amplificador com um Trans stor Bipolar 102 Assegurando a manuten o do ganho pretendido A R Rz as resist ncias Rj Ro Rc e Rg podem ser escolhidas seguindo o crit rio de optimiza o do funcionamento do amplificador 1 e deve ser maximizada a excurs o sim trica da corrente do colector c em torno do ponto de funcionamento para diminuir a possibilidade de se obter amplifica o com distor o de sinais de entrada com amplitudes pr ximas do m ximo permitido Considerando que a corrente de colector Jg m nima zero o que acontece quando o transistor est em corte e que a corrente colector m xima dada por y ees I 3
30. o em curto circuito entre si Nessas condi es seria de esperar que a tens o de sa da fosse nula Infelizmente tal n o acontece A tens o que aparece sobreposta a qualquer sinal de sa da do amplificador designa se tens o de desequil brio sa da output offset voltage vantajoso considerar esta tens o de desequil brio sa da como proveniente de um gerador colocado entrada de um amplificador ideal A f e m desse gerador designa se tens o de desequil brio entrada input offset voltage No caso do 741 tens o de desequil brio entrada 15 mV valor t pico Tempo de resposta Num amplificador ideal a tens o de sa da segue sem atraso a tens o de entrada Num amplificador real h sempre atrasos Considere se por exemplo que o sinal de entrada em degrau step input isto uma varia o brusca de tens o de um n vel para outro Fig 9 Num amplificador ideal a tens o de sa da teria exactamente a mesma forma No caso real a varia o n o instant nea mas gradual costume definir a grandeza taxa de atraso slew rate que caracteriza o crescimento da tens o sa da perante um est mulo em degrau Taxa de atraso At a y Pl s P overshot ps Fig 9 Tempo de resposta JF 17 de Setembro de 2006 LAB DE INTRODUGAO A ELECTR NICA 2004 05 3 Amplificador Operacional montagens inversora e n o inversora 49 De notar tamb m que a
31. o v t decresce a tens o de entrada v vai evoluir at atingir o seu valor m nimo e come ar de novo a aumentar A partir do instante em que vj iguala Vc o d odo passa a conduzir novamente e a tens o aos terminais do condensador acompanha o crescimento de v at a tens o de entrada atingir Vp O processo agora descrito repete se enquanto subsistir vj Se gt gt o condensador descarrega muito pouco at ao inicio do per odo de carga seguinte Se o circuito a montante do condensador for rectificador de onda completa a situa o mais vantajosa do ponto de vista energ tico uma vez que compete com 7 2 i e o condensador tem menos tempo para descarregar JF 17 de Setembro de 2006 LAB DE INTRODUGAO A ELECTR NICA 2004 05 6 Circuitos de Rectifica o e de Detec o de Pico 82 O sinal de sa da apresenta uma oscilac o com amplitude Vo Vei como est esquematicamente representado na Fig 5 Ter em aten o que durante a fase de bloqueio o d odo est sujeito a uma tens o inversa igual a 2 Vp Yi un pe Fig 5 Formas de onda de entrada e de saida do circuito da Fig 4 A ondula o da tens o de sa da devida carga seguida da descarga do condensador conhecido como ripple ou ondula o residual e o valor da amplitude da ondula o designa se por tens o residual ou de ripple vp A amplitude da tens o residual V depende da rela o entre o tempo de descarg
32. s da resist ncia R As express es que traduzem a varia o da tens o aos terminais do condensador s o as seguintes ee wt 1 R C carga 1 ROV vA E le descarga 1 R 2 8 A constante de tempo muitas vezes usada como a unidade de tempo para os fen menos em causa Na P Os filtros LC possuem a vantagem de o comportamento da fun o de transfer ncia em frequ ncia apresentar um declive de 12 dB oitava em compara o com 6 dB oitava dos filtros RC JF 17 de Setembro de 2006 LAB DE INTRODU O A ELECTR NICA 2004 05 2 Circuitos de Corrente Alternada Filtros Circuitos RC e RLC 32 fase de carga a tens o aos terminais do condensador atinge aproximadamente 63 da tens o m xima segundos ap s o seu in cio e mais de 99 da carga m xima para t 5r s Na descarga de um condensador a tens o aos seus terminais para 7s cerca de 37 do valor de tens o inicial e pode considerar se descarregado ao fim de t 5r s V Oscilosc pio Em Electr nica mas tamb m na Electricidade h frequentemente necessidade de avaliar a evolu o temporal das grandezas particularmente as tens es e ou correntes Os oscilosc pios Fig 11 muitas vezes tamb m impropriamente designados por oscil grafos permitem a representa o gr fica de tens es em fun es do tempo sobre um ecr de um tubo de raios cat dicos a que est associada uma gre
33. todos estudados nas aulas dever o ditar as ferramentas que deve usar JF 17 de Setembro de 2006 LAB DE INTRODUGAO A ELECTR NICA 2004 05 Guia para a Resoluc o de Problemas de Electr nica 12 5 Usea sua criatividade Se suspeitar que a sua resposta n o tem base ou os seus c lculos parecem n o ter fim sem ocorrerem simplifica es significativas na direc o da solu o deve fazer uma pausa e considerar alternativas Pode ter que revisitar as suas suposi es aproxima es ou seleccionar um m todo de solu o diferente Ou pode ter que usar um m todo de an lise menos convencional por exemplo andando para tr s a partir da soluc o quando conhecida Em geral no mundo real as respostas n o s o conhecidas mas s vezes pode ter uma solu o em mente para um dado problema a partir da qual poder andar para tr s Outras aproxima es criativas incluem a possibilidade de visualizar paralelismos com outros tipos de problemas que resolveu anteriormente com sucesso seguindo a sua intui o ou dicas como prosseguir e simplesmente por o problema de lado temporariamente e regressar a sua resolu o mais tarde 6 Teste a sua solu o Pergunte se se a solu o faz sentido Ser que o valor obtido razo vel a solu o fisicamente aceit vel Pode querer ir mais longe e resolver o problema via outro m todo alternativo Isto n o s permitir verificar a validade da solu o obtida como permitir desenvolv
34. 10 da frequ ncia 2 Determine a largura de banda do amplificador determinando a s frequ ncia s s qual is o ganho em tens o diminui 3 dB frequ ncia s 3dB relativamente ao valor m ximo do ganho NOTA No dimensionamento do circuito deve utilizar as express es 5 para as resist ncias e as express es 14 e 15 para os condensadores de entrada e sa da respectivamente Considere Voz 0 2 Ve Vix 0 7V Bibliografia Microelectronic Circuits A S Sedra and K C Smith Saunders College Publishing London 1991 Electronics Fundamentals Circuits Devices and Applications T L Floyd Prentice Hall 2000 Electr nica Anal gica Ant nio J G Padilla Editora McGraw Hill de Portugal 1993 JF 17 de Setembro de 2006 LAB DE INTRODUGAO A ELECTR NICA 2003 04 8 Circuito Amplificador com um Trans stor Bipolar 107 Circuito Amplificador com um Trans stor Bipolar Folha de registo de dados Dimensionamento do Circuito Foe R R R Rg C Formas de onda de entrada de sa da Canal 1 V DIV Canal 2 B de Tempo s DIV V DIV JF 17 de Setembro de 2006 LAB DE INTRODU O ELECTR NICA 2002 04 8 Amplificador Operacional Circuitos Operativos 108 Canal 1 V DIV Canal 2 B de Tempo S DIV VIDIV JF 17 de Setembro de 2006 LAB DE INTRODUGAO A ELECTR NICA 2003 04 9 Circuito de Comuta o com um Transistor Bipolar 109 Circuito de Comuta o com um Transistor Bipolar
35. 2 5 BC107A BC108A BC107B BC108B BC109B BC108C BC109C DC current gain 22mA Vcg 5 BC107A BC108A BC107B BC108B BC109B BC108C BC109C Vcesat collector emitter saturation voltage lc 10 mA lg 0 5 mA VBEsat base emitter saturation voltage lc 10 mA lg 0 5 mA note 1 VBE base emitter voltage lc 2 mA Vcg 5 V note 2 Cc collector capacitance le ig 0 Vcg 10 V f 1 MHz Ce emitter capacitance lc 0 Veg 0 5 V f 1 MHz fr transition frequency lc 10 mA 5 V f 100 MHz F noise figure lc 200 uA Vcg 5 V Rg 2 BC109B BC109C f 30 Hz to 15 7 kHz F noise figure lc 200 uA Vcg 5 V Rg 2 BC107A BC108A f 1 kHz 200 Hz 10 BC107B BC108B BC108C BC109B BC109C 4 dB Notes 1 VBesat decreases by about 1 7 mV K with increasing temperature 2 Vee decreases by about 2 mV K with increasing temperature 1997 Sep 03 4 Philips Semiconductors Product specification NPN general purpose transistors BC107 BC108 BC109 PACKAGE OUTLINE Metal can cylindrical single ended package 3 leads SOT18 3 seating plane DIMENSIONS millimetre dimensions derived from the original inch dimensions UNIT A a b D D1 j k L w a mm 2 54 0 40 45 OUTLINE REFERENCES EUROPEAN VERSI
36. 356 0 508 TYP ALL LEADS 0 406 1 270 0 008 _ ALL LEADS 0 203 MOBA REV Small Outline Package Order Number LM741CM NS Package Number M08A 0 373 0 400 8 474 10 16 0 090 gt 2 286 oe a 020 005 2 337 n 0 813 0 127 M RAD 3 xo 6 35 0 127 PIN NO 1 IDENT OPTION 1 Y 21 280 un oon AMO np OPTION 2 0 030 py 1 016 0 039 0 145 0 200 0 300 0 320 0 762 Mae 0 991 p rm 15 128 i Phe I 680 000 0 125 0 140 E mer ous 206 175 50 cam 0 009 0 015 ss 59 905 4 0 508 0 229 0 381 PI 0 040 NOM 0 018 0 003 0 325 0 457 0 076 7 SADIA 0 100 0 010 TE 2 540 0 254 0 045 0 015 1 143 40 381 0 060 Tm 1 524 1 270 NOBE REV F Order Number LM741CN or LM741EN NS Package Number NO8E LM741 Operational Amplifier Physical Dimensions inches millimeters Continued 0 080 0 270 MAX 9 055 0 050 0 005 m 0 005 MIN TYP 0 035 THES peca 0 026 10 TYP 0 370 0 250 1 0 270 MAX 0 260 e GLASS 0 238 0 012 0 008 DETAIL DETAIL A 0 350 EE 0 250 PIN 1 em IDENT W104A REV E 0 006 0 004 0 019 0 045 0 015 LIFE SUPPORT POLICY 10 Lead Ceramic Flatpak W Order Number LM741W 883 NS Package Number W10A NATIONAL S PRODUCTS ARE NOT AUTHORIZED FOR USE AS CRITICAL COMPONENTS IN LIFE SUPPORT DEVICES OR SYSTEMS WITHOUT THE
37. Electronics 2 edi o P Horowitz W Hill Cambridge University Press 1989 Amplificador Operacional Circuitos Operacionais Canal 1 V DIV Canal 2 B de Tempo S DIV V DIV JF Canal 1 V IDIV Canal 2 B de Tempo s DIV 17 de Setembro de 2006 VIDIV LAB DE INTRODUCAO ELECTR NICA 2004 05 3 Caracter stica Corrente tens o do D odo 64 Amplificador Operacional Circuitos Operacionais A Amplificador subtractor Canal 1 V DIV Canal 2 B de Tempo V DIV B Amplificador diferenciador Canal 1 V DIV Canal 2 B de Tempo VIDIV JF 17 de Setembro de 2006 LAB DE INTRODUCAO ELECTR NICA 2004 05 5 Caracter stica Corrente tens o do D odo 65 Caracteristica Corrente tens o do Diodo O facto de se poder dopar diversas regi es de um mesmo material semicondutor com diferentes impurezas possibilita a fabrica o de uma grande variedade de dispositivos electr nicos optoelectr nicos a partir de um mesmo material semicondutor ou de uma liga semicondutora A transi o brusca de uma regi o de tipo p regi o com excesso de cargas livres positivas para outra de tipo n regi o com excesso de cargas livres negativas no mesmo semicondutor designada de jun o p n Neste trabalho o aluno ir determinar as caracter sticas terminais de um dos mais simples componentes electr nicos semicondutores o d odo rectificador I Introdu o A electr nica surgiu com a inven o por De Forest
38. JF 17 de Setembro de 2006 LAB DE INTRODU O A ELECTR NICA 2004 05 2 Circuitos de Corrente Alternada Filtros Circuitos RC e RLC 38 b Para cada um dos circuitos determine as frequ ncias de resson ncia as imped ncias caracter sticas o valor de R para que Q seja igual a 1 Bibliografia 1 Vocabul rio Electrot cnico Internacional Cap tulo 301 Termos gerais relativos a medi es em electricidade Norma Portuguesa NP 2626 301 1993 Vocabul rio Electrot cnico Internacional Cap tulo 302 Instrumentos de medi o el ctricos Norma Portuguesa NP 2626 302 1993 2 International Electrotechnical Vocabulary Publication 50 301 302 303 1983 3 F sica Experimental M C Abreu L Matias e L F Peralta Editorial Presen a 1994 4 Aparelhos de Medic o El ctricos Dietmar Appelt Departamento de F sica Universidade do Porto 1996 5 Dicionario da Lingua Portuguesa 8 edic o Dicion rios Editora Porto Editora 1999 6 Electronics Fundamentals circuits devices and applications 4th ed T L Floyd Prentice Hall 1998 JF 17 de Setembro de 2006 LAB DE INTRODUGAO A ELECTR NICA 2004 05 2 Circuitos de Corrente Alternada Filtros Circuitos RC e RLC 39 Circuitos de Corrente Alternada Circuitos RC e RLC Filtros Estudo do Regime Transit rio ondas quadradas Canal 1 V DIV Canal 2 B de Tempo S DIV VIDIV Canal 1 V DIV Canal 2 B de Tempo S DIV V DIV JF 17 de Set
39. LC s o usados principalmente mas n o exclusivamente em aplica es de alta frequ ncia Os dois tipos principais de filtros LC s o o filtro s rie e o filtro paralelo Fig 8 filtros passa banda e rejeita banda respectivamente A ac o destes circuitos consequ ncia do comportamento das react ncias do condensador e da bobine com a frequ ncia b Fig 8 Filtros LC a s rie e b paralelo No caso do circuito s rie o caso paralelo an logo a imped ncia de entrada do circuito igual diferen a entre estas duas react ncias mais a resist ncia R R representa a resist ncia da bobine A ac o do circuito tal que a react ncia do condensador diminui e a da bobine aumenta com o aumento da frequ ncia NR Are RAD 1 E e vice versa A uma frequ ncia particular frequ ncia de resson ncia fp 27 LC as react ncias do condensador e da bobine s o iguais e a imped ncia de entrada efectiva igual a A imped ncia da bobine Z ou do condensador ZC frequ ncia fp designada a imped ncia caracter stica do circuito Zo NL C Supondo que tal ocorre quando as react ncias do condensador e a da bobine s o iguais a 1 e a resist ncia R iguala 10 a imped ncia de entrada cair para 10 e a tens o aos terminais de R V out ser igual tens o de entrada V A corrente atrav s de R contudo percorre L e C que apresentam n individualmente react
40. TAMAX 135 mW LM741E Vs t20V TA TAMIN 150 mW TA TAMAX 150 mW LM741 Vs t15V TA TAMIN 60 100 mW Ta TAMAX 45 75 mW Note 1 For operation at elevated temperatures these devices must be derated based on thermal resistance and Tj max listed under Absolute Maximum Ratings Tj Ta 6a Pp Thermal Resistance Cerdip J DIP N HO8 H SO 8 M 9ja Junction to Ambient 100 C W 100 C W 170 C W 195 C W Junction to Case N A N A 25 C W N A Note 2 For supply voltages less than 15V the absolute maximum input voltage is equal to the supply voltage Note 3 Unless otherwise specified these specifications apply for Vg 15 55 C TA lt 125 C LM741 LM741A For the LM741C LM741E these specifications are limited to 0 C lt TA lt 70 C Note 4 Calculated value from BW MHz 0 35 Rise Time s Note 5 For military specifications see RETS741X for LM741 and RETS741AX for LM741A Note 6 Human body model 1 5 kQ in series with 100 pF Connection Diagrams Metal Can Package OFFSET NULL 1 INVERTING INPUT 2 NON INVERTING INPUT 3 5 OFFSET NULL v TL H 9341 2 Order Number LM741H LM741H 883 LM741AH 883 or LM741CH See NS Package Number HO8C Dual In Line or S O Package OFFSET NULL INVERTING INPUT NON INVERTING INPUT OFFSET NULL TL H 9341 3 Order Number LM741J LM741J 883 LM74
41. a da jun o at se igualarem os n veis de Fermi em ambos os lados da jun o Esta distribui o de carga origina uma barreira de potencial na jun o os electr es para continuarem a deslocar se para o lado p t m que se fornecer energia o mesmo se aplica s lacunas Quando se aplica uma ddp positiva entre o nodo regi o p e o c todo regi o n como indicado na Fig 1 b a barreira de potencial decresce e estabelece se uma corrente el ctrica de p para n o sentido convencional O estado de franca condu o inicia se quando a tens o de polariza o directa anula a barreira de potencial isto quando a tens o aplicada igual altura da barreira de potencial Vo que no caso de jun es p n em silicio da ordem de 0 7 V Quando em perfeita condu o a queda de tens o aos terminais da jun o varia muito pouco com a corrente mantendo se aproximadamente igual a V 0 7 V no caso do sil cio 0 3 V para jun es de germ nio Nestas condi es a jun o diz se polarizado directamente A tens o e a corrente s o consideradas positivas quando o dispositivo encontra polarizado directamente i e quando o potencial na regi o superior ao potencial na regi o n A rela o corrente tens o I V i e caracter stica corrente tens o Z V da jun o p n em polariza o directa est representada no 1 quadrante do gr fico da Fig 2 1 mm d y 3 p zona de bloqueio 5
42. a situa es claras de funcionamento do trans stor no modo de corte ou de saturag o respectivamente Por exemplo se ao 0 l gico corresponder o intervalo de tens es 0 0 7 V qualquer valor de tens o neste intervalo entrada do circuito origina uma situa o de corte para o transistor independentemente do valor do sendo a sa da igual a Vcc isto no 1 l gico Os intervalos de tens o correspondentes aos n veis l gicos adoptados neste trabalho s o n vel l gico 0 tens es Vo no intervalo 0 0 9 V n vel l gico 1 tens es V no intervalo 2 5 5 V VI Resposta em Frequ ncia e Tempos de subida de descida de Propaga o e de Atraso A caracter stica essencial de um sinal ou onda anal gica a sua varia o cont nua no tempo observando se a altera o mais ou menos r pida da grandeza em apre o mas sem transi es bruscas Ao contr rio os sinais digitais t m como caracter stica fundamental a sua varia o brusca por transi es muito r pidas quase descont nuas entre os valores de tens o correspondentes aos n veis um e zero e vice versa As portas l gicas devem apresentar tempos de comuta o mais r pidos que a transi o dos sinais digitais isto a largura de banda das portas circuitos digitais deve ser superior largura de banda dos sinais digitais Tempos de subida e de descida O tempo que uma porta l gica demora a comutar est relacionado com os tempos de subida e
43. a tens o para o que se usam aparelhos correntemente designados volt metros eventualmente milivolt metros microvoltimetros nanovoltimetros picovolt metros etc de acordo com a ordem da grandeza da tens o a medir Com efeito a tens o el ctrica a grandeza de mais f cil medi o sendo igualmente f cil reduzir a ela a maioria das outras grandezas el ctricas ou n o Na medi o de intensidade de corrente el ctrica usam se amperimetros tamb m aqui de acordo com a ordem de grandeza se utilizam miliamper metros microamper metros etc Em laborat rio e na t cnica de manuten o industrial utilizam se correntemente aparelhos combinados que permitem a medi o de qualquer uma daquelas grandezas e ainda de outras como a resist ncia designam se por ohm metros os aparelhos para medir resist ncia Estes aparelhos combinados s o habitualmente designados por mult metros Para al m destas grandezas mais frequentes tens o corrente resist ncia h uma multiplicidade de outras grandezas que correntemente se medem directamente em Electricidade e Electr nica utilizando os aparelhos correspondentes pot ncia watt metro frequ ncia frequenc metro desfasamento fas metro pot ncia reactiva var metro fluxo magn tico flux metro etc Tradicionalmente os aparelhos de medi o apresentavam se como aparelhos anal gicos no sentido atr s referido sendo de constitui o electromec nica
44. a tens o de entrada G 7i vi unidade SI siemens S A transresist ncia define se a raz o entre a tens o de sa da e a corrente de entrada Rm Vout iin unidade SI ohm s mbolo Estas duas grandezas s o muitas vezes tratadas como representando ganhos ainda que n o correspondam a raz es entre duas tens es ou duas correntes Como j foi referido a finalidade de um circuito amplificador fornecer sa da um sinal el ctrico de maior amplitude que o aplicado entrada mas proporcional a este Consoante a natureza dos sinais de entrada e de sa da um amplificador poder ser de tens o de corrente de transcondut ncia ou de transresist ncia Muitas vezes o sinal amplificado n o corresponde uma imagem fiel do sinal de entrada isto o sinal amplificado apresenta se com distor es As distor es resultam fundamentalmente da n o linearidade das caracter sticas dos elementos que constituem o amplificador A distor o pode ser de amplitude n o linearidade da fun o de transfer ncia de frequ ncia sinais de frequ ncias diferentes s o amplificados de forma distinta 1 o ganho do circuito varia com a frequ ncia ou de fase quando o sinal de sa da se encontra desfasado em rela o ao de entrada As distor es de frequ ncia e de fase est o relacionadas entre si ambas s o devidas aos condensadores existentes nos circuitos ou elementos amplificadores Um amplificador bem projectado apresenta uma lar
45. amplifica a diferen a de potencial entre as duas entradas a inversora e a nao inversora i e Vout A V Aq V Vo em que 4 representa o valor de amplifica o do sinal diferen a Se existisse uma componente comum aos dois sinais ela n o apareceria na sa da Como exemplo considere o circuito da Fig 8 neste caso a sa da seria nula qualquer que fosse Vs E Or al Fig 8 Amplifica o em modo comum JF 17 de Setembro de 2006 LAB DE INTRODUGAO A ELECTR NICA 2004 05 3 Amplificador Operacional montagens inversora e n o inversora 48 Na realidade as coisas n o se passam assim O sinal de sa da depende n o s da diferen a dos sinais de entrada mas tamb m do n vel m dio tamb m designado sinal em modo comum V y 2 sto a sa da no circuito da Fig 8 apresenta efectivamente um sinal de sa da que depende do valor de Vs Neste caso Ve Vs tem se Vout 4c Ve onde representa o ganho em modo comum Um amplificador ser tanto melhor quanto maior for Aq ganho diferencial e quanto menor for Ac corrente designar a raz o entre os dois como um factor de qualidade figure of merit do amplificador diferencial Factor de Rejei o do Modo Comum CMRR E c Num amplificador operacional de qualidade m dia CMRR da ordem de 80 dB como no 741 Tens o de offset Um caso particular de funcionamento em modo comum aquele em que os terminais de entrada est
46. aos terminais do trans stores Como os n veis de dopagem s o em geral bastante elevados as correstes s o limitadas pelas resist ncias do circuito exterior E como a concentra o de portadores livres no emissor electr es muito superior concentra o de portadores livres na base lacunas e no colector electr es a corrente de difus o predominante a corrente de electr es do emissor para o colector i e no modo saturado Jg Jp Como mencionado atr s em satura o as barreiras de potencial nas jun es s o praticamente inexistentes sendo razo vel admitir que a tens o entre o colector e o emissor Vcg aproximadamente nula Para transistores de sil cio uma jun o em franca condu o i e fortemente polarizada directamente apresenta a uma diferen a de potencial de aproximadamente 0 7 V Assim no modo de satura o o potencial da base 0 7 V superior ao do emissor e ao do colector o que implica uma diferen a de potencial entre o colector e a base aproximadamente nula i e em satura o o transistor funciona como um curto circuito entre o colector e o emissor Na realidade devido resist ncia hmica do material semicondutor e para o sil cio Vcg 0 2 V Em resumo no modo de satura o praticamente inexistente o controle da corrente do emissor por parte da corrente de base uma vez que a barreira de potencial entre a jun o base emissor praticamente deixa de existir O que contra
47. apontamentos no qual far o registo dos aspectos relevantes execu o dos trabalhos Nos gui es dos trabalhos s o dadas as informa es necess rias realiza o dos mesmos e dos resultados a recolher e a analisar Os trabalhos de Introdu o Electr nica ser o efectuados pelos alunos da disciplina segundo a ordem listada Todas as bancadas de trabalho dispor o do mesmo material base Deveres do aluno O aluno deve comportar se no laborat rio tendo em aten o os cuidados necess rios para evitar danos f sicos em si ou nas outras pessoas ou estragar o material os alunos t m de preparar os trabalhos antes da aula i e estudado o trabalho e os instrumentos a utilizar bem como a teoria relacionada com ele constante nestas notas Sup e se como atitude normal pelo menos duas horas de prepara o antes de cada trabalho Deveres do professor O professor deve diligenciar pelo bom funcionamento do laborat rio dentro dos condicionalismos de material existentes Durante as aulas o professor dever esclarecer d vidas pontuais sobre equipamentos e t cnicas laboratoriais ficando o esclarecimento de outras d vidas ou conversas mais demoradas para os tempos de atendimento aos alunos O docente tem um hor rio de atendimento de alunos no gabinete ou no laborat rio sala C2 3 47 correspondente a hora e meia por cada turma pr tica Este hor rio a afixar no in cio do semestre possibilitar aos alunos a repeti o de
48. as altern ncias negativas da tens o de entrada obtendo se na sa da apenas metade do sinal de entrada i e h supress o de uma altern ncia e aproveitamento da outra circuito funciona como um rectificador de meia onda o valor m dio do sinal rectificado iguala Vy Ter em aten o que durante a arcada negativa a tens o aos terminais do d odo igual ao valor de pico da tens o de entrada Portanto a tens o a rectificar deve ter um valor de pico significativamente inferior tens o de ruptura do diodo Vp B Rectifica o de Onda Completa poss vel aproveitar as duas altern ncias e portanto duplicar o valor m dio do sinal de sa da rectifica o de onda completa O circuito da Fig 3 executa rectifica o de onda completa i e os dois semi ciclos de tens o alternada passam a ter a mesma polaridade aproveitando as duas altern ncias da onda Os d odos assim ligados constituem uma ponte rectificadora 1 Fig 3 Rectificac o de onda completa A an lise cuidada do circuito permite verificar que numa altern ncia um par de d odos colocados em posig es opostas no losango conduz enquanto que o outro par bloqueia Invertendo se os papeis na altern ncia seguinte Desta forma a corrente atrav s da resist ncia apresenta sempre o mesmo sentido e a tens o de sa da tens o aos terminais da resist ncia tem a forma indicada na Fig 3 O valor m dio da tens o de sa da agora igual a 2V m De
49. d odo ideal em s rie com uma fonte de tens o de for a electromotriz igual tens o limiar de condu o Vp 0 7 V Contudo um d odo real quando polarizado directamente apresenta uma pequena resist ncia passagem da corrente resist ncia de condu o directa Rp A Fig 4 c representa a caracter stica de um d odo real linearizada modelo mais pr ximo da realidade I b yz b a 1 E L c A L V Y V Fig 4 Curvas caracter sticas aproximadas e os correspondentes modelos el ctricos do d odo a o d odo ideal b o diodo ideal mais a tens o do limiar de condu o Vp c o d odo com caracter stica linearizada isto o diodo ideal mais a tens o do limiar de condu o Vp mais a resist ncia de condu o directa Rp Estes d odos devem apresentar uma tens o de ruptura significativamente superior em modulo ao valor da tens o pico a pico da onda a rectificar para que a zona de avalanche nunca seja atingida e portanto que a corrente inversa seja igual corrente de fuga que desprez vel H contudo jun es p n desenhadas especificamente para outros fins S o indicados a seguir outros tipos de d odos de jun o e as respectivas aplica es D odo de Zener d odo desenhado especialmente para operar na regi o de avalanche ruptura onde a tens o aos terminais do d odo tens o de Zener Vz permanece praticamente constante ainda que a corrente inversa varie significativamente O dio
50. da corrente sem envolver c lculo elaborado Contudo na grande maioria dos casos necess rio conhecer o valor de com mais rigor E pode mesmo acontecer que ao contr rio do que foi assumido o d odo n o esteja em franca condu o Neste caso teremos que aplicar as leis dos circuitos tendo em conta a caracter stica J V do d odo Como foi referido atr s a Eq 1 descreve em muito boa aproximacao a caracter stica corrente tens o do d odo A determina o rigorosa de J envolve a resolu o de um sistema de duas equa es a equa o da malha e a Eq 1 27 Um semicondutor diz se de hiato directo quando o valor de energia m nima nas bandas de condu o e o valor da energia m xima nas bandas de val ncia ocorre no mesmo ponto do espa o dos momentos k O sil cio um semicondutor hiato indirecto o GaAs um semicondutor directo JF 17 de Setembro de 2006 LAB DE INTRODUCAO ELECTR NICA 2004 05 5 Caracter stica Corrente tens o do D odo 72 V U E RI 7 2 I I e 2 Este sistema permite nos determinar o ponto de funcionamento A solu o laboriosa em virtude de envolver uma equa o transcendente pressup e se o conhecimento dos par metros da Eq 1 para o d odo em considera o No entanto a solu o pode achar se na forma gr fica se dispusermos da curva caracter stica do d odo a equa o da malha corresponde recta de carga do circuito gt Y 3 100 100 Podemos t
51. da corrente el ctrica oposto ao do movimento dos electr es Estando a jun o base colector polarizada inversamente aumenta a altura da barreira de potencial o que diminui a probabilidade de difus o das lacunas da base para o colector e dos electr es do colector para a base No entanto para os electr es existentes na base provenientes do emissor e que por difus o se v o aproximando da jun o BC esta barreira tem como efeito promover a passagem dos electr es da base para colector Uma vez no colector este torna se electricamente negativo o que origina for as el ctricas que transferem o excesso de carga negativa electr es para o circuito exterior isto para a fonte de alimenta o Vcg donde resulta a corrente de colector Ic sendo mantida a neutralidade el ctrica do material semicondutor que forma o colector claro est que estes processos f sicos t m as suas escalas temporais pr prias as quais s o no entanto extremamente curtas da ordem de ns No seu percurso do emissor para o colector os electr es atravessam o material semicondutor da base o e qual do tipo p e onde a concentra o de lacunas apreci vel embora substancialmente inferior concentrac o de electr es vindos do emissor Os tomos aceitadores existentes na base t m tend ncia a captar electr es livres de forma a preencherem as lacunas existentes na liga o covalente este processo designado de recombina o electr o lac
52. em geral fun o da frequ ncia do sinal alternado Z Z v mesmo que a resist ncia R n o dependa de w desprezam se aqui os comportamentos n o lineares A imped ncia de uma resist ncia ideal igual Zp a imped ncia de um condensador ideal dada por Ze a imped ncia de uma indut ncia pura Z jaL Para determinados circuitos alimentados a ca sinusoidal existe uma frequ ncia particular a frequ ncia de resson ncia 1 VLC qual a componente imagin ria da imped ncia do circuito nula i e a imped ncia do circuito real e iguala Zp Associa o de Imped ncias A imped ncia equivalente Z da associa o s rie de imped ncias dada pela soma das imped ncias individuais Z4 Z Z O inverso da imped ncia equivalente 1 Z da associa o paralelo de impedancias obtida pela soma eq dos inversos das impedancias individuais 1 Z 1 Z 1 Z Notar o paralelo com a associa o de resist ncias em corrente cont nua An lise de Circuitos de Corrente Alternada As leis dos circuitos el ctricos de corrente cont nua aplicam se da mesma forma aos circuitos em corrente alternada ca com a ressalva de que a tens o e a corrente devem ser expressas de forma consistente i e ambas referidas aos valores de pico aos valores eficazes aos valores m dios e por ai adiante As resist ncias dos elementos s o substitu das pelas respectivas impedancias
53. frequ ncia 2f no caso de rectifica o completa e de frequ ncia fno caso de rectifica o de meia onda H circuitos equipamentos que s desempenham a sua ac o de forma eficiente se a ondula o do sinal rectificado for muito pequena ou praticamente nula A tens o unidireccional produzida pelo circuito representado na Fig 3 n o constante Esta ondula o pode ser eliminada incorporando um filtro geralmente formado por condensadores e ou bobines sa da da ponte rectificadora O circuito representado na Fig 4 utilizado em diversas aplica es que v o da rectifica o de sinais alternados descodifica o de um sinal AM amplitude modulada Ve D odo ideal Fig 4 Circuito detector de pico Quando se aplica ao circuito a forma de onda indicada na Fig 5 a tens o aos terminais do condensador ve ir acompanhar a tens o de entrada porque sendo a d odo ideal logo que v gt 0 o diodo conduz actua como curto circuito e o condensador carrega com uma constante de tempo muito pequena quando comparada com o per odo da tens o de entrada Ap s v atingir Vp inicia se a fase descendente comegando o condensador a descarregar mas agora com uma constante de tempo t RC muito maior Se t for consideravelmente superior ao per odo 7 do sinal de entrada a tens o v vai diminuir muito mais lentamente do que v e o d odo ficar em corte at que v volte a ser maior ou igual a ve r Enquanto a tens
54. informa o ou simplificar o contexto do problema Deve estar preparado para voltar atr s ou reconsiderar informa o extr nseca e ou as suas suposi es se os c lculos se tornarem pantanosos ou produz respostas que n o parecem fazer sentido 2 Desenhe o diagrama do circuito ou outros modelos visuais Representar um problema com descri o verbal num modelo visual muitas vezes uma etapa muito til no processo de resolu o Se o diagrama do circuito j fornecido pode ter que adicionar informa o por exemplo classifica es valores ou sentidos de refer ncia Pode tamb m simplificar o circuito mantendo contudo a equival ncia formal 3 Pense em v rios m todos de resolu o e decida qual deles lhe parece o mais favor vel Alguns m todos produzem menos equa es a serem resolvidas do que outros ou podem requerer apenas lgebra em vez de c lculo para atingir a solu o Os m todos mais eficientes para um dado problema podem reduzir os c lculos de forma consider vel Ter um m todo alternativo em mente permite continuar a resolu o se a primeira tentativa se tornar pantanosa 4 Calcule uma solu o Nesta fase j dever ter identificado um bom m todo anal tico e as equa es correctas para o problema Agora tempo de determinar a s solu o es dessas equa es Papel e l pis calculadora ou m todos computacionais s o op es poss veis para a resolu o das equa es A efici ncia e os m
55. intervalo de frequ ncias de 50 Hz a algumas centenas de Hz No modo amper metro A Fig 3 b a corrente a medir passa atrav s de uma resist ncia interna conhecida Tipicamente estes mult metros medem correntes entre 10 A e 1 A Dois fus veis um para correntes baixas 200 mA e outro para correntes mais elevadas 7200 mA protegem estes aparelhos de correntes excessivas Para medir resist ncia os mult metros possuem uma fonte de corrente Quando se quer medir uma resist ncia liga se uma das extremidades da resist ncia entrada assinalada com e a outra ao terminal comum COM Fig 3 c mais uma vez o que se mede a tens o criada pela passagem de uma corrente de determinado valor na resist ncia a medir Os mult metros podem medir resist ncia desde de frac o de ohm at dezenas de MQ 6 E E A Miet ue A Ter em aten o que o processo de medi o num mult metro n o instant neo por isso se observa por vezes uma flutuac o descont nua de valores quando a grandeza vari vel JF 17 de Setembro de 2006 LAB DE INTRODUCAO ELECTR NICA 2004 05 1 Circuitos de Corrente Continua Medi o de Grandezas El ctricas 20 m C S o LI LI LIDA Fig 3 a Medi o de tens o b Medi o de intensidade de corrente c Medi o de resist ncia VI C digo de Boa Utiliza o dos Aparelhos de Medi o O xito de uma medi o est parcialmente ligado a uma correct
56. inversor Na montagem amplificadora inversora Fig 13 a malha de realimenta o novamente constitu da pelas resist ncias e Ro Fig 13 Montagem inversora Usando os mesmos pressupostos do caso anterior que se traduzem no facto de se considerar a entrada n o inversora para efeitos do sinal de entrada ligada massa Nesta situa o a entrada inversora designa se terra massa virtual Aplicando a lei de Ohm malha de realimentag o e assumindo o amp op ideal obt m se y 0 R R R y out n Viant Pout R R R R R R resultando V y Re Vin A Vout R R R R Esta equa o id ntica obtida para o amplificador n o inversor se se considerar UM 0 V como Vin Substituindo vem k s E EO Numa outra an lise equivalente mais simples a corrente na resist ncia Rj por sua vez a corrente 1 na resist ncia de realimenta o Lm Como V igual a V amp op ideal e V 0 resulta dado que as correntes em e R2 s o iguais e as correntes de entrada nos terminais e do amp op s o nulas Vin 0 0 You Ry donde resulta Ry V z p out R in Outros Circuitos Lineares JF 17 de Setembro de 2006 LAB DE INTRODUCAO ELECTR NICA 2004 05 3 Amplificador Operacional montagens inversora e n o inversora 53 Existem outros circuitos lineares utilizando realimentag o neg
57. limitada pelos elementos externos jun o zona de avalanche ou ruptura Este valor de tens o de polariza o inversa designa se por tens o de ruptura ou de Zener V tipicamente VR gt gt V9 O processo de ruptura numa jun o pode ocorrer como consequ ncia de dois mecanismos diferentes o efeito de Zener e o mecanismo de avalanche Embora diferentes ambos resultam da ac o do campo el ctrico que existe na regi o de carga especial da jun o p n sobre os portadores livres O processo de ruptura ocorre quando o campo el ctrico na jun o atinge um valor critico A caracter stica V de uma jun o p n na regi o de polariza o directa 1 quadrante do gr fico da Fig 3 tem uma forma quase exponencial Em boa aproxima o a corrente directa dada por V zinc 1 onde V representa a tens o aos terminais da jun o a corrente de fuga O par metro depende da temperatura Vr ksT g onde kg a constante de Boltzmann q a carga el ctrica elementar e T a temperatura absoluta temperatura ambiente 7 300 V1 25 mV No 3 quadrante a corrente praticamente constante e igual corrente de fuga s enquanto a tens o inversa aplicada for inferior tens o de ruptura IV Tipos de D odos O dispositivo mais comum baseado numa jun o p n o d odo rectificador elemento normalmente usado em rectifica o transforma o de corrente bidireccional ca em corrente unidirecciona
58. na base s o id nticos aos do d odo de jun o O funcionamento de um circuito como comutador depende da defini o pr via dos intervalos de tens o correspondentes aos n veis l gicos 0 e 1 pr estabelecidos As resist ncias R e Rc e a fonte de tens o Vcc dever o ser escolhidas para que quando Vin pertencer ao intervalo correspondente ao n vel l gico 0 Vout pertencera ao intervalo associado ao 1 l gico e vice versa i e o n vel l gico ZERO se a tens o Vin Vout estiver compreendida entre Vomin Vomax o n vel l gico UM se a tens o Vin Vou estiver compreendida entre Vimin e Vimax Dimensionamento do Circuito E necess rio separar as duas situa es de tens o de entrada isto quando entrada se tem um 0 l gico ou um 1 l gico A N vel L gico zero entrada Neste caso Vin situa se no intervalo Vo sss Atendendo a que min y out V Icke e ao facto de que em modo linear tem se Vad BI SR Como V V I in BE 4 B TR 4 Ver da ordem de 0 7 V para transistores de sil cio tem se pam V BR 5 B JF 17 de Setembro de 2006 LAB DE INTRODUGAO A ELECTR NICA 2003 04 9 Circuito de Comuta o com um Transistor Bipolar 115 Esta equa o indica que quando Vin aumenta Vouwt diminui o que traduz o car cter inversor da montagem da Fig 6 Assim a situa o mais desfavor vel quando se tem um
59. ncias 100 vezes superiores a R consequentemente o sinal de tens o aos terminais de C ou de L ou V ser 100 vezes superior tens o aos terminais de R Vg este ganho em tens o conhecido como o do circuito dado por Q Z R Note que as tens es atrav s de L e C est o em oposi o de fase e por isso a tens o gerada atrav s da s rie L C nula portanto Os circuitos da Fig 8 podem actuar como filtros passa banda a e rejeita banda b respectivamente Tal como os filtros RC os filtros LC podem ser desenhados para actuarem como filtros passa baixo ou passa alto O filtro LC passa baixo passa alto normalmente formado por uma indut ncia condensador em s rie e um condensador indut ncia em paralelo tal como se mostra na Fig 9 o L1 ne o o R L R cC I Vout Vin L Yout a Fig 9 Filtros LC passa baixo e b passa alto JF 17 de Setembro de 2006 LAB DE INTRODUGAO A ELECTR NICA 2004 05 2 Circuitos de Corrente Alternada Filtros Circuitos RC e RLC 31 Estes filtros s6 actuam como verdadeiros filtros passa baixo ou passa alto se a impedancia do gerador de sinal ou do seu equivalente de Th venin for igual a Z Por exemplo o circuito passa baixo passa alto de facto um filtro ressonante s rie com a sa da tirada aos terminais do condensador bobine Se o circuito for alimentado por uma fonte de baixa imped ncia a sa da ir produzir
60. o os portadores de carga maiorit rios em cada uma das camadas emissor base colector t m tend ncia por difus o a deslocarem se livremente para a s camada s adjacente s Este processo altera nas camadas do trans stor a condi o de neutralidade el ctrica a qual rapidamente reposta pelas correntes el ctricas Jg Ig Jc provenientes das sec es do circuito exterior ligadas aos terminais do trans stores Como os n veis de dopagem s o em geral bastante elevados as correstes s o limitadas pelas resist ncias do circuito exterior E como a concentra o de portadores livres no emissor electr es muito superior concentra o de portadores livres na base lacunas e no colector electr es a corrente de difus o predominante a corrente de electr es do emissor para o colector i e no modo saturado Jp Jp Como mencionado atr s em satura o as barreiras de potencial nas jun es s o praticamente inexistentes sendo razo vel admitir que a tens o entre o colector e o emissor Vcg aproximadamente nula Para transistores de sil cio uma jun o em franca condu o i e fortemente polarizada directamente apresenta a uma diferen a de potencial de aproximadamente 0 7 V Assim no modo de satura o o potencial da base 0 7 V superior ao do emissor e ao do colector o que implica uma diferen a de potencial entre o colector e a base aproximadamente nula i e em satura o o transistor funcio
61. o transistor 3 Para cada valor de Jg me a simultaneamente Ic Vcg e Vcc para por exemplo os seguintes valores de tens o da fonte Vcc 0 1 2 3 15 V Use o oscilosc pio para medir Vcg e Vec 4 Repita sucessivamente os pontos 2 e 3 para outros valores do par metro Jp 5 Trace num mesmo gr fico as caracter sticas c Vcg 6 A partir dos valores medidos determine o ganho em corrente do trans stor JF 17 de Setembro de 2006 LAB DE INTRODUGAO A ELECTR NICA 2003 04 7 Tracado das Curvas Caracter sticas de um Trans stor Bipolar 98 Canal 1 V DIV Canal 2 B de Tempo s DIV VIDIV Canal 1 V DIV Canal 2 B de Tempo s DIV V DIV JF 17 de Setembro de 2006 LAB DE INTRODUGAO A ELECTR NICA 2003 04 8 Circuito Amplificador com um Trans stor Bipolar 99 Circuito Amplificador com um Trans stor Bipolar Os sinais el ctricos provenientes de transdutores e sensores em geral s o de pequena amplitude e portanto insuficiente muitas vezes para excitar directamente a grande maioria dos sistemas electr nicos Por exemplo o sinal gerado pela cabe a magn tica de leitura de uma aparelhagem de som da ordem de 200 mV apresentando o sistema de capta o uma resist ncia de sa da da ordem de 50 kQ Se este sinal for aplicado directamente a um altifalante n o produzir qualquer efeito sonoro Torna se necess rio pois intercalar entre o transdutor e o elemento de sa da uma ou v rias etapas
62. precis o poss vel o utilizador dever escolher a menor gama imediatamente superior ou no limite igual ao valor previsto para a grandeza em medi o se n o fizer a menor ideia do valor que vai medir ser uma situa o verdadeiramente excepcional come ar por seleccionar no aparelho a gama mais elevada da fun o que depois vai diminuindo sucessivamente at obter a maior leitura poss vel sem exceder o limite da gama Como directiva geral s o de evitar medi es que conduzam a valores inferiores a meia escala Quando se mede uma resist ncia com um ohm metro h que verificar previamente o ponto zero ohms curto circuitando os terminais do aparelho Liga o correcta do aparelho de medi o ao circuito Enquanto n o h experi ncia suficiente na realiza o de medi es el ctricas boa pr tica ligar o aparelho de medi o ao circuito em an lise antes de energizar este isto particularmente importante na utiliza o como amper metro Inversamente e em geral dever desenergizar se o circuito antes de se desligar dele o aparelho de medi o JF 17 de Setembro de 2006 LAB DE INTRODU O ELECTR NICA 2004 05 1 Circuitos de Corrente Continua Medi o de Grandezas El ctricas 21 essencial prestar a devida aten o escala seleccionada isto s suas unidades e valor m ximo Nos mult metros anal gicos para al m da utiliza o de diferentes cores na marca o das escalas corresp
63. que amplifiquem o sinal detectado sem o deformar O Objectivo deste trabalho implementar um amplificador de sinal com componente cont nua nula amplificador de ca utilizando um trans stor bipolar I Amplifica o A import ncia da electr nica resulta do facto de poder manipular sinais el ctricos em especial a capacidade de amplificar sinais de forma a permitir manipular e ou enviar de informa o a longas dist ncias At ao advento do trans stor as v lvulas de v cuo tr odo p ntodo etc eram os elementos mais usados A possibilidade de implementar v rios elementos numa pastilha de sil cio circuito integrado permitiu o desenvolvimento de componentes amplificadores de grande fiabilidade Em termos f sicos a amplifica o corresponde multiplica o do sinal a amplificar por uma constante real superior unidade Se o processo f sico corresponder multiplica o por uma grandeza complexa o sinal amplificador distorcido ou deformado Quando a amplitude do sinal final inferior do sinal inicial o sistema actua como um atenuador A Fig 1 representa de forma esquem tica um circuito amplificador um amplificador A com o correspondente equivalente de Th venin do transdutor e uma resist ncia de carga aos terminais da qual aplicado o sinal amplificado amplificador entrada Su cirouito amplificador Fig 1 Representa o simb lica de um amplificador ou circuito amplificador Circuito a
64. razo vel de 10 mA valor da corrente de colector quando o sinal a amplificar nulo Conv m referir que este valor apesar de baseado em considera es de ordem pr tica arbitr rio A condi o a satisfazer obrigatoriamente que a pot ncia m dia dissipada no transistor deve ser significativamente inferior ao valor m ximo Pmax indicado pelo fabricante ou seja JF 17 de Setembro de 2006 LAB DE INTRODUGAO A ELECTR NICA 2003 04 8 Circuito Amplificador com um Trans stor Bipolar 103 Pale Veg lt 6 p p pol max Aplicando a lei das malhas de Kirchhoff malha do colector percurso que inclui Voc Rc Vcg e Re Fig 4 t m se Voc Role E Vor ax lc 0 7 onde se considerou gpo cpo Atendendo s rela es 5 e desprezando Vcesat em face de Vcc obt m se Fa Va 8 donde resulta 2P Ip cim 9 pol V cc Para o transistor que ir utilizar Pmax da ordem de 300 mW e portanto cy dever ser inferior a 120 mA quando Ve 5 V Da Fig 4 resulta que a tens o no colector do trans stor V V A e 10 C C 5 1 onde para a segunda igualdade se utilizaram as rela es 5 A Eq 10 resulta que Ap 1 gt Voo oM 11 Vee 1 gt Voo esc 12 A equa o 12 corresponde situa o em que o amplificador tem um ganho em tens o aproximadamente unit rio o que poder ser til quando se pretende manter os n veis de t
65. rio das fun es anteriores de entradas m ltiplas a fun o n o uma fun o de uma s entrada e uma s sa da S h corrente na resist ncia e portanto VZ 0 V com o interruptor fechado Novamente se UM corresponder ao estado fechado conduz e ZERO ao estado aberto n o conduz pode se elaborar a tabela de verdade da fun o ou porta N O tabela ao lado Ter em aten o que qualquer das montagens apresentadas serve apenas de ilustra o pois s o bastante lentas mais ou menos bvio que no mundo actual em que a rapidez um requisito quase sempre presente a implementa o das fun es E ou OU atrav s dos esquemas apresentados atr s pouca ou nenhuma utilidade teria Aquando do estudo do d odo verificou se que este tem um comportamento muito semelhante ao do de um interruptor Assim de esperar que seja poss vel implementar as fun es l gicas E e OU usando apenas d odos e resist ncias Consideram se por comodidade os d odos de sil cio cujo valor da queda de tens o entre os seus terminais quando em condu o 0 7 V Da an lise dos circuitos propostos para as fun es l gicas E e OU obt m se as tabelas de valores das tens es do circuito das quais se obt m as tabelas de verdade com os valores l gicos que confirmam que se tratam das portas Ou e E Como j referido o intervalo de valores de JF 17 de Setembro de 2006 LAB DE INTRODUGAO A ELECTR NICA 2003 04 9 Circuito de Comuta o co
66. se se variar Vcc novamente O gr fico ic vcg permite determinar o ponto de funcionamento do transistor conforme se pode ver na Fig 4 Como exemplo seja Vcc igual a 6 V e 200 estes par metros definem a recta de carga do circuito ver guido do trabalho de d odos que possui declive 1 Rc e passa pelos pontos Vcg 0 Ic Vcc Rc Ver Vec 1 0 ou 0 V 30 mA e 6 V 0 mA do gr fico Variando Vcc a recta de carga deslocar se paralela a si pr pria e o ponto de funcionamento deslocar se na curva ic vce respeitante ao valor de ig fixado Para se obter a corrente de base Jg necess ria para que Vcg seja igual a um valor previamente escolhido por exemplo 3 V tra a se a recta vertical passando por Vcp 3 V obtendo se o valor de Jg correspondente Alternativamente se conhecido Jp pr determinado obt m se o valor de Vcg a partir da abcissa do ponto de cruzamento da recta de carga com a curva correspondente ao valor de Jg pr determinado Se se variar Vgp a corrente de base Jg altera se e o ponto de funcionamento desloca se na recta de carga obtendo se novo valor de c As diversas curvas J V s o caracter sticas de cada tipo de transistor e s o fornecidas pelo fabricante Na verdade elas representam valores m dios as caracter sticas variam um pouco de componente para componente mesmo sendo do mesmo tipo As caracter sticas dos trans stores tamb m variam com a temperatura sendo comum
67. termi nicas contudo de forma muito mais eficiente O princ pio b sico de funcionamento de um trans stor reside no facto de uma diferenga de potencial tens o aplicada entre dois dos seus terminais poder controlar o fluxo de corrente no terceiro terminal Por exemplo o sinal de controlo pode induzir no terceiro terminal um sinal id ntico ao sinal aplicado mas de amplitude significativamente superior actuando o dispositivo como amplificador A pot ncia do sinal no terceiro terminal em geral maior do sinal aplicado sendo o acr scimo de pot ncia fornecido pela s fonte s de cc Devido capacidade de converter a energia de uma fonte de cc em energia na forma de um sinal alternado o transistor considerado um elemento activo Pode tamb m fazer variar a corrente no terceiro terminal de zero a um valor significativamente elevado ou inverso permitindo ao dispositivo actuar como um interruptor comutador interruptor comutador o elemento b sico dos circuitos digitais O transistor resultou dos desenvolvimentos na investiga o das propriedades fundamentais dos semicondutores nomeadamente das propriedades de superf cies de germ nio com contactos met licos rectificadores realizados por J Bardeen W Brattain e W Schockley em 1947 nos laborat rios da Bell Telephone EUA Nesses estudos eles observaram que a corrente na jun o semicondutor metal variava quando uma outra corrente percorria uma segunda jun o
68. total no circuito Os fotod odos s o d odos desenhados para maximizar a convers o opto electr nica e em geral s o operados em polariza o inversa Estes dispositivos s o utilizados como detectores de luz nas mais diversas aplica es desde simples detectores pticos at sofisticados sistemas de comunica o ptica 1 LED light emitting diode a injec o de portadores de carga na zona da jun o p n aumenta a probabilidade de ocorr ncia de transi es com emiss o radiativa O aumento da concentra o de electr es na regi o p e de vazios na regi o n estimula as transi es da banda de condu o para a banda de val ncia LEDs s o jun es especialmente desenhadas para maximizar a probabilidade das transi es radiativas entre a banda de condu o e a banda de val ncia A emiss o radiativa convers o electro ptica 26 Os vazios s o quase part culas que existem apenas nos semicondutores JF 17 de Setembro de 2006 LAB DE INTRODUCAO ELECTR NICA 2004 05 5 Caracter stica Corrente tens o do D odo 71 s relevante em semicondutores de hiato directo A energia da radia o electromagn tica emitida depende do valor do hiato do semicondutor E Para o GaAs E 1 424 eV e portanto a radia o emitida infra vermelha 870 nm os LEDs de AlGaAs podem ser desenhados para emitir no visivel 400 750 nm D odo laser LED desenhado de forma a maximizar a convers o electro p
69. um pico frequ ncia fp A magnitude desse pico proporcional ao valor do Q do circuito Contudo o circuito pode ser modificado de forma a funcionar como um verdadeiro filtro passa baixo passa alto Basta adicionar ao circuito em s rie com a bobine condensador uma resist ncia tal que a sua soma com a resist ncia do gerador iguala a imped ncia caracter stica do circuito Z A adi o desta resist ncia reduz o valor de unidade e o filtro passa baixo passa alto produz uma sa da sem pico Regime Transit rio Os fen menos transit rios que se observam nos circuitos RC RL e RLC s o fundamentalmente id nticos na medida em que em todos os casos haver uma depend ncia exponencial no tempo da propriedade a medir corrente tens o ou carga O fen meno transit rio ou seja o estabelecimento do regime estacion rio da grandeza em quest o ocorre num intervalo de tempo significativamente pr ximo da chamada constante de tempo do circuito segundo as equa es g ge f A 1 Dada esta identidade formal analisaremos apenas um desses fen menos transit rios varia o da tens o de carga e de descarga de um condensador Fig 10 Fig 10 Circuito RC E for a electromotriz do gerador A amper metro V volt metro Quando se fecha o interruptor o condensador vai carregar se atrav s do paralelo das resist ncias R e R R R R R R e quando se abre o condensador descarrega se atrav
70. 0 100 m zona de avalanche Fig 2 Caracter stica V t pica de uma jun o p n Note as escalas diferentes no 1 e 3 quadrantes A jun o est polarizada inversamente Fig 1 c quando o potencial no nodo inferior ao potencial no c todo isto a ddp entre p e n negativa Nestas condi es a altura da barreira de potencial fortalecida e a jun o conduz muito fracamente apresentando elevada resist ncia A caracter stica J V da jun o em polariza o inversa est representada no 3 quadrante do gr fico da Fig 2 O valor da corrente inversa na 2 ps 3 xs x E a A caracter stica corrente tens o Z V de um dispositivo corresponde representa o gr fica da corrente 7 que percorre o elemento em fun o da tens o V aplicada aos seus terminais JF 17 de Setembro de 2006 LAB DE INTRODU O A ELECTR NICA 2004 05 5 Caracter stica Corrente tens o do D odo 68 zona de fraca condu o designa se por corrente de fuga e depende das propriedades f sicas da jun o A corrente de fuga da ordem de nanoampere para jun es de sil cio da ordem do microampere no caso do germ nio Na pr tica considera se que quando a jun o est polarizada inversamente existe um aberto no ramo do circuito contendo a jun o Para cada jun o existe um valor de tens o de polariza o inversa a partir do qual a corrente inversa i e corrente de para p aumenta bruscamente sendo apenas
71. 1 0 0 9 V O valor l gico 1 refere se a tens es compreendidas entre 2 5 e 5 V Tens es entre 0 9V e 2V s o proibidas i e os circuitos n o sabem como interpret las Nota Quando se diz que uma tens o de entrada zero est se a admitir que h uma liga o massa e n o uma entrada flutuante A caracter stica essencial de um sinal ou onda anal gica a sua varia o cont nua no tempo o que acontece no sinal de sa da de um microfone num oscilador sinusoidal no sinal de v deo ou de imagem na JF 17 de Setembro de 2006 LAB DE INTRODUGAO A ELECTR NICA 2003 04 9 Circuito de Comuta o com um Transistor Bipolar 110 temperatura ambiente etc Em todos estes sistemas se observa a varia o mais ou menos r pida da grandeza em apre o mas de uma forma continua sem transi es bruscas Ao contr rio os sinais digitais t m como caracter stica fundamental a sua varia o brusca por transi es muito r pidas quase descont nua Tal deve se ao facto de um sinal digital ao contr rio do sinal anal gico pertencer a um dos v rios poss veis intervalo de valores de tens o A sua evolu o no tempo consiste precisamente em tomar valores de tens o pertencentes a diferentes intervalos Em geral s o utilizados apenas dois n veis intervalos de tens o bem separados e portanto para se efectuarem decis es l gicas bin rias suficiente reconhecer e manipular apenas os sinais correspondentes a esses n vei
72. 150 0 125 MIN 0 200 909 49 TYP 959 50 PETS 1 SEM 0 410 BOTH ENDS 1 i 0 008 yp 0 018 0 003 TYP 0 012 0 100 0 010 TYP J08A REV K Ceramic Dual In Line Package J Order Number LM741CJ or LM741J 883 NS Package Number J08A 0 785 19 939 MAX 0 025 0 635 RAD 0220 0 310 5 588 7 874 0 290 0 320 0 005 le 0 200 7 366 8 128 10121 GLASS 0 060 0 005 5 080 gt SEALANT 7524 20 127 MAX 9 920 0 060 0 508 1 524 86794 wN y At 0 008 0 012 0 310 0 410 0 203 0 305 opa 0 098 _ inem 0 125 0 200 2489 EE 3 175 5 080 MAX BOTH ENDS el 0 100 0 010 0 150 2 540 0 254 331 MIN 414A REV Ceramic Dual In Line Package J Order Number LM741J 14 883 or LM741AJ 14 883 NS Package Number J14A Physical Dimensions inches millimeters Continued 0 189 0 197 4 800 5 004 8 7 8 5 0 228 0 244 5 791 6 198 0 010 max Peso 1 2 3 4 Dual In Line Package LEAD NO 1 IDENT 0 150 0 157 3 810 3 988 0 053 0 069 0 010 0 020 ag 0 053 0 069 0 254 0 508 5 1 346 1 753 254 0 S UNIES 0 004 0 010 ALL LEADS 0 102 0 254 TS 1 xc ES SEATING 0004 A A i 10 102 10 014 0 080 910 A LEAD TIPS tita Gags 0 080 0 014 0 020 0 203 0 254 1 270 0
73. 1CM LM741CN or LM741EN See NS Package Number J08A M08A or NO8E LM741H is available per JM38510 10101 Ceramic Dual In Line Package NC NC NC NC OFFSET NULL NC IN V IN OUT y OFFSET NULL NC NC TL H 9341 5 Order Number LM741J 14 883 LM741AJ 14 883 See NS Package Number J14A also available per JM38510 10101 also available per JM38510 10102 Ceramic Flatpak LM741W Vt OUTPUT OFFSET NULL TL H 9341 6 Order Number LM741W 883 See NS Package Number W10A Physical Dimensions inches millimeters a 0 350 0 370 B 890 9 398 DIA 0315 0335 8 001 8 509 025 MAX 0 165 0 185 11 7 UNCONTROLLED 4 181 4 699 LEAD DIA 4 191 4 699 y es RS REFERENCE PLANE Es em SEATING PLANE 298 A o 015 0 040 0 500 0 015 0 AT 0 381 1 015 0 016 0 019 0 406 0 483 DIA TYP 0 195 0 205 DIA gt T 4 953 5 207 02 0045 0 737 1 143 0 028 0 034 Orit 0864 Ny 7 Z 45 EQUALLY SPACED X Metal Can Package H Order Number LM741H LM741H 883 LM741AH 883 LM741CH or LM741EH NS Package Number H08C 0 115 0 145 2 921 3 683 DIA HOBC REV E Physical Dimensions inches millimeters Continued 0 400 MAX RO 010 e 5 0 220 0 310 MAX 0 291 GLASS R0 025 TYP GLASS SEALANT 0 290 0 320 0 180 MAX 0 200 TLF LST LS 0 020 1 0
74. 282 6707 Ukraine PHILIPS UKRAINE 4 Patrice Lumumba str Building B Floor 7 252042 KIEV Tel 380 44 264 2776 Fax 380 44 268 0461 United Kingdom Philips Semiconductors Ltd 276 Bath Road Hayes MIDDLESEX UB3 5BX Tel 44 181 730 5000 Fax 44 181 754 8421 United States 811 East Arques Avenue SUNNYVALE CA 94088 3409 Tel 1 800 234 7381 Uruguay see South America Vietnam see Singapore Yugoslavia PHILIPS Trg N Pasica 5 v 11000 BEOGRAD Tel 381 11 625 344 Fax 381 11 635 777 Internet http www semiconductors philips com Building BE p P O Box 218 5600 MD EINDHOVEN The Netherlands Fax 31 40 27 24825 Philips Electronics N V 1997 SCA55 All rights are reserved Reproduction in whole or in part is prohibited without the prior written consent of the copyright owner The information presented in this document does not form part of any quotation or contract is believed to be accurate and reliable and may be changed without notice No liability will be accepted by the publisher for any consequence of its use Publication thereof does not convey nor imply any license under patent or other industrial or intellectual property rights Printed in The Netherlands 117047 00 04 pp8 Philips Semiconductors Date of release 1997 Sep 03 Document order number 9397 750 02817 Lets make things better S PHILIPS QN vationat Semiconductor LM741 Operational Amplifier General Description The LM74
75. 3 onde Vcesa representa a diferen a de potencial m nima entre o colector e o emissor do transistor tipicamente 0 2 V para transistores de sil cio ocorre quando o transistor est em satura o a corrente de polariza o do colector no ponto de funcionamento deve ser metade da corrente na satura o 1 e 1 puce I I sio DR AER ETAG Um outro aspecto pr tico importante consiste em assegurar que a corrente de base g n o perturbe significativamente o divisor de tens o constitu do pelas resist ncias e R2 o que implica que J seja muito maior do que Jp habitual considerar se I 107 4 Trabalhando as equa es 1 2 3 e 4 juntamente com a rela o c g v lida quando o transistor bipolar est a funcionar no modo linear obt m se as rela es seguintes EEA 1 R sm 107 2 4 1 B y B lw ps 7 91 2 4 1 act 5 1 Ve Vor A Ro gt 2 I JAH o 1 I T Vor E 21 4 onde Vera representa a tens o entre a base e o emissor quando o transistor se encontra a funcionar no modo linear i e na sua zona activa para um trans stor bipolar de sil cio essa tens o da ordem de 0 7 V As express es 5 indicam que para um certo ganho os valores das resist ncias dependem do valor especificado para a corrente de polariza o no colector Icpo Para um transistor de baixa pot ncia a utilizar neste trabalho um valor
76. 4 series are general purpose operational amplifi ers which feature improved performance over industry stan dards like the LM709 They are direct plug in replacements for the 709C LM201 MC1439 and 748 in most applications The amplifiers offer many features which make their appli cation nearly foolproof overload protection on the input and November 1994 output no latch up when the common mode range is ex ceeded as well as freedom from oscillations The LM741C LM741E are identical to the LM741 LM741A except that the LM741C LM741E have their performance guaranteed over a 0 C to 70 C temperature range in stead of 55 C to 125 C Schematic Diagram NON INVERTING INPUT OFFSET NULL Offset Nulling Circuit y vt Q14 Q20 v TL H 9341 1 OUTPUT TL H 9341 7 1995 National Semiconductor Corporation TL H 9341 RRD B30M115 Printed in U S A Jeyidury Absolute Maximum Ratings If Military Aerospace specified devices are required please contact the National Semiconductor Distributors for availability and specifications Sales Office Note 5 LM741A LM741E LM741 LM741C Supply Voltage 22V 22V 22V 18V Power Dissipation Note 1 500 mW 500 mW 500 mW 500 mW Differential Input Voltage 30V 30V 30V 30V Input Voltage Note 2 15V 15V 15V 15V Output Short Circuit Duration Continuous Continuous Continuou
77. 91 Electronics Fundamentals Circuits Devices and Applications T L Floyd Prentice Hall 2000 Electr nica Anal gica Ant nio J G Padilla Editora McGraw Hill de Portugal 1993 VI Procedimento Experimental Objectivo Tra ar as curvas caracter sticas de um transistor bipolar Material Fontes de tens o cont nuas vari veis gerador de sinais trans stores resist ncias oscilosc pio e mult metros A Tra ado das curvas caracter sticas I Vce de um transistor bipolar 1 Monte o circuito da Fig 6 Use o transistor BC107 ou BC109 duas fontes de tens o uma dc de 5 V para Vgp e uma tens o vari vel para Vcc 0 15 V Fig 6 Circuito empregue para tra ar as curvas caracter sticas c Vcg de um transistor bipolar 2 Determine os valores m nimos para resist ncias Rg e Rc estes correspondem aos valores que associados ao valor m ximo das tens es das fontes de tens o garantem que Jg e Jc s o sempre inferiores aos m ximos admiss veis para o transistor By ma 100 mA Icy max 100 mA que nunca devem ser atingidos Como sugest o tome Jp igual a 5 uA 10 uA 20 pA 40 uA e 80 uA Para cada valor Jp use para Rg um valor ligeiramente superior ao calculado Este cuidado impede que inadvertidamente seja ultrapassado o valor m ximo da corrente Jg permitido Calcule tal que no limite o valor de m ximo no circuito Ic max lc sat n o corresponda a mais de 50 de max permitido para
78. C GND DC a um amplificador cujo factor de amplifica o ou ganho pode JE 17 de Setembro de 2006 LAB DE INTRODU O A ELECTR NICA 2004 05 2 Circuitos de Corrente Alternada Filtros Circuitos RC e RLC 34 ser controlado pelo comutador VOLT DIV Com o interruptor referido na posi o DC a tens o de entrada amplificada aplicada s placas O factor de proporcionalidade entre o desvio correspondente tens o amplificada e a ddp introduzida V pode ser medido directamente em VOLT DIV ou mV DIV na ny escala do comutador O interruptor na posi o GND terra ground liga a entrada do amplificador massa O ajuste de zero no desvio horizontal obt m se somando uma tens o constante ajustada por regulador POS na rea correspondente aos comandos do canal Y Tal como para as placas de deflex o vertical poss vel aplicar s duas placas verticais X1 e X2 de deflex o horizontal uma tens o depois de amplificada num amplificador com ganho regulado por X O factor de proporcionalidade entre o desvio correspondente tens o amplificada x e a ddp introduzida Vinx pode ser medido directamente em VOLT DIV ou mV DIV na escala do comutador do canal X O ajuste de zero no desvio horizontal obt m se somando uma tens o constante ajustada no regulador POS no canto superior direito do oscilosc pio O oscilosc pio com base de tempo Quando os sinais de tens o n o s o constantes no tempo importante e muito
79. E INTRODUGAO A ELECTR NICA 2004 05 2 Circuitos de Corrente Alternada Filtros Circuitos RC e RLC 33 Revestimento condutor M ssl N Eis 4 X ne Ponto luminoso Brilho Focaliza o Fonte de alta tensao Fig 12 Representa o esquem tica de um tubo de raios cat dicos Os electr es s o emitidos pela superf cie quente do c todo C aquecido por um filamento efeito termi nico Em frente do c todo existe um outro el ctrodo W com um pequeno orif cio que aplicando lhe uma diferen a de potencial ddp negativa relativamente ao c todo serve para controlar o numero de electr es que por ele passam No caso em que V muito negativa praticamente todos os electr es s o repelidos e o feixe incidente no ecr tem uma intensidade muito fraca podendo deixar de ser visivel no caso oposto passam muitos electr es e o ponto no ecr aparece muito luminoso ATEN O N o deve deixar esta situa o durante um tempo longo j que pode deteriorar o ecr Esta tens o regulada no bot o INTENSITY no painel frontal O feixe de electr es originado no c todo em seguida acelerado num campo el ctrico criado pela imposi o de uma tens o elevada entre o c todo e um el ctrodo oco que funciona como nodo O nodo desenhado para funcionar como lente convergente para o feixe de electr es Complementa esta lente electrost tica um el ctrodo cil ndrico interm dio que por aju
80. Forward Voltage Drop iF 1 0 Amp Ty 25 C Figure 1 Maximum Full Cycle Average Forward Voltage Drop lo 1 0 Amp TL 75 C 1 inch leads Maximum Reverse Current rated dc voltage TJ 25 C TJ 100 C Maximum Full Cycle Average Reverse Current lo 1 0 Amp TL 75 C 1 inch leads Indicates JEDEC Registered Data Preferred devices are Motorola recommended choices for future use and best overall value Rev 5 AR MOTOROLA Motorola Inc 1996 1N4001 thru 1N4007 PACKAGE DIMENSIONS NOTES 1 ALL RULES AND NOTES ASSOCIATED WITH JEDEC DO 41 OUTLINE SHALL APPLY 2 POLARITY DENOTED BY CATHODE BAND 3 LEAD DIAMETER NOT CONTROLLED WITHIN F DIMENSION MILLIMETERS INCHES MIN MAX MIN MAX 4 07 5 20 0 160 0 205 2 04 2 7 0 080 0 107 0 71 0 86 0 028 0 034 1 27 0 050 27 94 1 100 CASE 59 03 DO 41 ISSUE M Motorola reserves the right to make changes without further notice to any products herein Motorola makes no warranty representation or guarantee regarding the suitability of its products for any particular purpose nor does Motorola assume any liability arising out of the application or use of any product or circuit and specifically disclaims any and all liability including without limitation consequential or incidental damages Typical parameters which may be provided in Motorola data sheets and or specifications
81. Funcionamento em modo activo ou linear Dada a semelhan a entre os dois transistores analisar se apenas o transistor bipolar npn As considera es s o v lidas com as devidas adapta es para trans stores pnp as altera es s o basicamente a invers o dos sentidos das correntes e da polaridade das tens es entre as jun es Os fluxos de carga num transistor npn em regime linear jun o base emissor polarizada directamente e a jun o base colector polarizada inversamente s o ilustrados na Fig 3 As componentes da corrente devidas difus o dos portadores minorit rios gerados termicamente n o s o consideradas porque em geral s o muito pequenas Duas fontes externas representadas como baterias s o usadas para estabelecer as polariza es requeridas para funcionamento em modo activo A tens o Vgg faz com que a regi o p base esteja a um potencial superior ao da regi o n emissora polarizando directamente a jun o BE A tens o colector base Vcg leva a que a regi o p base apresente um potencial inferior ao da regi o n colectora polarizando a jun o BC inversamente BE Ven Ck a 1 E fe electr es inje c E Fee emissor colector jun o p n jung amp op n Vee E polariz direct polariz invers Fig 3 Fluxo de corrente num transistor npn operando em modo activo linear As componentes da corrente devidas difus o dos portadores minorit rios gerados termicamente n o s o r
82. Guias de Apoio Componente Laboratorial da Disciplina Introdu o Electr nica F sica e Qu mica 3 Ano 1 Semestre The Ideal Amplifier Rin Infinity Rg Zero 0 Vg Ay Vin 05 1 V dc Fy 110 V ac 2202 Ds C 1000 51V N o se deve substituir um fus vel queimado at se perceber porque que ele queimou Jos Longras Figueiredo Departamento de F sica Faculdade de Ci ncias e Tecnologia Universidade do Algarve 2006 07 JE 17 de Setembro de 2006 Guias de Apoio Componente Laboratorial da Disciplina Introdu o Electr nica 2004 05 2 Electr nica s f parte da F sica que estuda o comportamento do electr es sob a ac o de campos el ctricos magn ticos ou uma combina o de campos el ctricos e magn ticos bem como as suas aplica es que trata dos aspectos f sicos fundamentais da emiss o electr nica din mica electr nica e fen menos correlacionados que trata das aplica es das v lvulas electr nicas engenharia radio radar etc ci ncia e tecnologia que t m por objecto o desenvolvimento o comportamento e as aplicag es de circuitos e dispositivos electr nicos Tens o el ctrica diferen a de potencial Voltagem diferen a de potencial ou a for a electromotriz expressa em volts n mero de volts para o qual uma instala o ou aparelho el ctrico foi fabricado e com o qual deve funcionar For a electromotriz trabalho necess rio para transfer
83. J AGORA N O PODERIAS PROCURAR SOBRE MORCEGOS E FAZER UMA C PIA DE TUDO O QUE ENCONTRARES TALVEZ AT SUBLINHARES AS PARTES MAIS IMPORTANTES E DESTAC LAS PARA EU N O TER DE LER TUDO tz z 17 de Setembro de 2006 LAB DE INTRODUCAO ELECTR NICA 2004 05 JE Relat rio tipo 14 17 de Setembro de 2006 LAB DE INTRODU O ELECTR NICA 2004 05 1 Circuitos de Corrente Continua Medi o de Grandezas El ctricas 15 Circuitos de Corrente Cont nua Medicao de Grandezas El ctricas S se conhece verdadeiramente um fen meno quando poss vel exprimi lo sob a forma num rica sir William Thomson Lord Kelvin 1824 1907 A Electricidade e a Electr nica s o reas da F sica intimamente ligadas s actividades humanas sendo as tecnologias da informa o o seu expoente m ximo As duas primeiras aulas laboratoriais de IE t m como objectivo familiarizar o aluno com os componentes os circuitos el ctricos a medi o de grandezas el ctricas bem como com os aparelhos normalmente utilizados neste tipo de medi es o mult metro e o oscilosc pio aparelhos essenciais em qualquer laborat rio o aluno ter ainda oportunidade de trabalhar com fontes de tens o cont nua e com o gerador de fun es I Introdu o As actividades nos dominios da Electricidade e Electr nica exigem constantemente a realiza o de medi es de grandezas el ctricas para o que se uti
84. N o esquecer que a alimenta o 15 V e de referenciar todas as tens es massa 2 Aplique um sinal sinusoidal de frequ ncia 10 kHz e amplitude 100 mV Observe os sinais de entrada e de sa da no oscilosc pio Registe os e interprete o resultado 3 Mega o ganho da montagem e compare o com o valor obtido a partir da express o 4 4 Mantendo a amplitude do sinal de entrada em 100 mV me a as amplitudes dos sinais de entrada e de sa da a diferentes frequ ncias na gama 0 100 kHz cerca de 30 pontos 5 Represente graficamente o ganho em dB em fun o do logaritmo da frequ ncia O circuito pode ser considerado um filtro Em caso afirmativo de que filtro se trata 6 Aplique agora entrada uma onda quadrada de frequ ncia 1 kHz e amplitude 100 mV Visualize os JF 17 de Setembro de 2006 LAB DE INTRODUGAO A ELECTR NICA 2004 05 4 Amplificador Operacional Circuitos Operativos 63 sinais de entrada e de sa da no oscilosc pio Interprete o resultado 7 Repita 6 para um sinal triangular de 1 kHz e 100 mV Registe as formas de onda obtidas Justifique a forma da tens o de sa da luz do funcionamento do circuito Bibliografia Microelectronic Circuits A S Sedra and K C Smith Saunders College Publishing London 1991 Electr nica Anal gica Ant nio J G Padilla Editora McGraw Hill de Portugal 1993 Electronics Fundamentals Circuits Devices and Applications T L Floyd Prentice Hall 2000 The Art of
85. O valor de deve satisfazer as inequa es B ni Vera V eu Von lt R lt Koz Vor Vs rnin f Vor I max E p Vmin I max E Vines V 0 2 V V 0 7V Utilize agora para Vcc a fonte de tens o de 5 V Obtenha a tens o a Vin a partir da fonte de tens o continua vari vel de 0 15 V Fig 8 Circuito de comuta o ou circuito inversor com transistor bipolar 2 Monte o circuito e analise o seu funcionamento Obtenha a tens o a Vin a partir da fonte de tens o continua vari vel de 0 15 V 3 Determine a resist ncia de entrada do circuito Utilize para Vin uma tens o continua de 2 5 V Para determinar a resist ncia de entrada deve medir a corrente JR que percorre RB quando Vin 2 5 diferen a de potencial entre o terminal da esquerda da resist ncia RB e o comum do circuito que deve ser igual a Vin Com os valores medidos determine a resist ncia de entrada a partir da rela o R entrada J ad 4 Substitua a tens o continua Vin por uma onda quadrada cujos valores de tens o correspondam aos valores l gicos 0 e 1 por forma a que quando a sa da corresponder ao nivel l gico 0 ou ao nivel l gico 1 o transistor se encontre no modo de satura o Vour lt 0 5 V ou de corte Voux5S V respectivamente 5 Verifique que o circuito executa a fun o nega o ou inversora 6 Determine a partir de que frequ ncia do sinal de entrada a sa da se afasta de uma o
86. ON IEC JEDEC EIAJ PROJECTION ISSUE DATE SOT18 13 B11 C7 type 3 TO 18 E 97 04 18 1997 Sep 03 5 Philips Semiconductors Product specification NPN general purpose transistors BC107 BC108 BC109 DEFINITIONS Data Sheet Status Objective specification This data sheet contains target or goal specifications for product development Preliminary specification This data sheet contains preliminary data supplementary data may be published later This data sheet contains final product specifications Limiting values Limiting values given are in accordance with the Absolute Maximum Rating System IEC 134 Stress above one or more of the limiting values may cause permanent damage to the device These are stress ratings only and operation of the device at these or at any other conditions above those given in the Characteristics sections of the specification is not implied Exposure to limiting values for extended periods may affect device reliability Application information Where application information is given it is advisory and does not form part of the specification LIFE SUPPORT APPLICATIONS These products are not designed for use in life support appliances devices or systems where malfunction of these products can reasonably be expected to result in personal injury Philips customers using or selling these products for use in such applications do so at their own risk and agree to fully
87. a as marcas pontos identificam o pino 1 e os restantes s o numerados no sentido contr rio ao dos ponteiros do rel gio Quanto s caixas met licas a pequena sali ncia identifica o pino 8 sendo os restantes pinos numerados da mesma maneira Cada modelo de amplificador operacional tal como outro componente referenciado de forma inequ voca por um c digo alfanum rico part identification number PIN colocado no interior do s mbolo e na caixa do componente que identifica o fabricante e o modelo particular Tab s Fig 5 Tipos de encapsulamento TO 5 met lica b e c DIP de 14 e 8 pinos d flatpack A Fig 6 apresenta o diagrama do amplificador genericamente designado por 741 com encapsulamento DIL 8 O amp op 741 um dos mais populares e proficuos modelos jamais fabricados e ser utilizado neste trabalho No diagrama da Fig 6 est o tamb m representadas as liga es internas que dependem do fabricante do modelo e da caixa s o sempre indicadas nas respectivas folhas de caracter sticas do componente data sheets Offset null N C Inverting input V Noninverting input Output Offset null Fig 6 Liga es internas do amp op 741 com encapsulamento 8 O amplificador 741 normalmente alimentado com tens es sim tricas tipicamente 12 V e 12 V ou 15 V e 15 V que s o aplicadas aos respectivos terminais de alimenta o V e V r
88. a do condensador pp r p r a constante de tempo do circuito de descarga RC e o per odo T do sinal de entrada T V Vp 1 r P ORC 1 Para um dado sinal de entrada de frequ ncia constante quanto maior for a constante de tempo t RC menor ser Vr j que maior ser Vc Para uma dada frequ ncia do sinal de entrada a frequ ncia de sa da de rectifica o de onda completa o dobro da frequ ncia de sa da da rectifica o de meia onda Em resultado a filtragem em um rectificador de onda completa energeticamente mais favor vel pois o valor m dio da tens o de sa da superior uma vez que a ondula o residual menor A raz o entre o valor de amplitude da ondula o e o valor m dio da tens o de sa da define o grau de ondula o F V Vm tamb m conhecido como factor de ripple O grau de ondula o indica a maior ou menor aproxima o da tens o de sa da a uma tens o cont nua Define se o factor de forma Ff de uma grandeza ondulat ria como a raz o entre o valor eficaz e o valor m dio da ondula o Na rectifica o de onda completa sem rectifica o obt m se 0 48 e Fg 1 11 F 1 21 e Fg 1 57 no caso de rectifica o de meia onda Idealmente o factor de ripple seria igual a zero F 0 enquanto que o factor de forma seria igual a 1 1 Como veremos mais tarde h circuitos componentes que necessitam de ser alimentados com duas fontes de alimenta o d
89. a utiliza o do aparelho de medi o Um aparelho mal utilizado pode ter consequ ncias negativas muito diversas desde um resultado pouco preciso at danifica o ou destrui o irrevers vel do aparelho de medi o ou mesmo do circuito em que o aparelho foi inserido Eis alguns aspectos importantes a atender sequencialmente no manuseamento de aparelhos de medi o como por exemplo o mult metro Escolha correcta da fun o o utilizador dever estar plenamente consciente da grandeza que pretende medir tens o cc dc tens o ca ac corrente cc corrente ca etc e seleccionar a correspondente fun o no mult metro A fun o ohm metro dever ser utilizada exclusivamente para medi o do valor da resist ncia de uma resist ncia que n o tenha ligado em deriva o quaisquer outros elementos que deixem passar corrente e que n o estejam a ser atravessadas por qualquer outra corrente el ctrica al m da que introduzida pelo ohm metro i e as resist ncias dever o ser medidas individualmente desinseridas de qualquer circuito Escolha da gama de medi o adequada pressup e se que o aparelho de medi o escolhido inclui uma gama apropriada medi o pretendida Se o aparelho tiver selec o autom tica de gama esta verifica o suficiente j que o pr prio aparelho se encarrega por si de fazer a selec o da gama mais adequada no caso de aparelhos mais antigos para conseguir uma leitura com a maior
90. acelera o constante g 9 8 ms dy 2 po g gt x gt vo gt y igt Voyt Yo 6 Em 1 a tens o a da bateria e portanto constante acelera o da gravidade g A tens o em 2 a tens o anterior depois de integrada velocidade do corpo gf O condensador tem em paralelo um interruptor que permite fixar as condi es iniciais do movimento voy Como a tens o al m de integrada invertida junta se um novo inversor com ganho 1 2 Em 3 aparece uma tens o que corresponde primitiva da tens o em 2 deslocamento y 1 2 gt voy VI Procedimento experimental Objectivo Implementar as montagens subtractora e diferenciadora usando um amplificador operacional Material Gerador de sinais amp op 741 resist ncias condensadores e oscilosc pio Aten o Dever registar as figuras observadas no oscilosc pio B Montagem subtractora l Monte o circuito da Fig 2 com 1 Re 1 R 1 e 1 N o esquecer que a alimenta o do amp op 15 V e de referenciar todas as tens es massa 2 Use para Vi uma tens o continua de 1 V Aplique entrada Vinz uma onda quadrada de frequ ncia 1 kHz e amplitude 2 V 3 Observe os sinais de entrada e de sa da no oscilosc pio Registe os sinais obtidos 4 Compare o resultado com o previsto para a montagem da Fig 2 Eq 1 C Montagem diferenciadora 1 Monte o circuito da Fig 4 b com R 1 e C 100 nF
91. ajustando o valor da resist ncia de cada ramo de entrada II Amplificador diferen a Usando apenas um amp op poss vel realizar subtrac es A tens o de sa da da montagem amplificadora subtractiva proporcional diferen a pesada das tens es de entrada Fig 2 JF 17 de Setembro de 2006 LAB DE INTRODUCAO ELECTR NICA 2004 05 4 Amplificador Operacional Circuitos Operativos 60 Aplicando o principio da sobreposic o amplificador inversor V RJ R Ving amplificador nfo nversor VU LIRA R Rol Ry RV o Somando obt m se Vo 1 RR Ro ROVS RARI Fig 2 Montagem diferen a Os coeficientes dependem dos valores das resist ncias Se R RFR gt R os factores de escala aplicados a cada uma das tens es s o iguais 1 e Vou Rg Ri Vio Vim 1 A Eq 1 indica que a tens o de sa da quando R RF R gt Rr proporcional diferen a entre os sinais de entrada Como anteriormente o factor de escala proporcionalidade controlado pelas resist ncias exteriores III Integra o e Diferencia o A montagem inversora apresentada at aqui continha apenas elementos resistivos Contudo a topologia mant m as suas caracter sticas se as resist ncias forem substitu das por imped ncias como se indica na Fig 3 Da mesma forma que na montagem inversora o terminal inversor corresponde a uma terra virtual e ISI l A fun o de transfer ncia em malha fechada dada por Va Var Pe
92. anal CH2 Y do oscilosc pio o sinal de sa da Fig 14 Circuito RC passa baixo JF 17 de Setembro de 2006 LAB DE INTRODUGAO A ELECTR NICA 2004 05 2 Circuitos de Corrente Alternada Filtros Circuitos RC e RLC 37 Estudo do Regime Estacion rio Aplique ao circuito tens es sinusoidais de amplitude 1 V e frequ ncia 50 Hz 100 Hz 250 Hz 500 Hz 750 Hz 1 kHz 1 5 kHz 2 kHz 2 5 kHz 3 kHz 3 5 kHz 4 kHz 5 kHz 7 5 kHz e 10 kHz Registe em forma de tabela para cada frequ ncia a amplitude da tens o de entrada V a amplitude da tens o de sa da n Vout diferen a de fase entre os sinais de entrada e de sa da Estudo do Regime Transit rio d Aplique ondas triangulares de frequ ncia 100 Hz 500 Hz 1 kHz 3 kHz 5 kHz 10 kHz e 20 kHz ao circuito Registe no caderno em forma de tabela para cada frequ ncia as formas dos sinais de entrada e de sa da VERT MODE em DUAL Aplique ondas quadradas de frequ ncia 100 Hz 500 Hz 1 kHz 3 kHz 5 kHz 10 kHz e 20 kHz ao circuito Registe no caderno em forma de tabela para cada frequ ncia as formas dos sinais de entrada e de sa da VERT MODE em DUAL f A partir de algumas formas de onda observadas no ecr dos OSC pode estimar a constante de tempo do circuito 7 rever defini o Mega a constante de tempo do circuito g Em corrente alternada os circuitos RC permitem realizar determinadas opera es matem ticas Tendo em conta as fo
93. anhar portanto que a caracteristica corrente tens o de uma jun o metal semicondutor seja semelhante da jun o p n Na verdade o primeiro elemento semicondutor constru do foi d odo de contacto metal semicondutor usado como detector nos primeiros r dios Foi tamb m com contactos metal semicondutor que o primeiro trans stor foi construido em 1947 Ao contr rio do que acontece numa jun o p n a corrente no d odo Schottky devida aos portadores maiorit rios o que faz com que a frequ ncia de corte neste d odo seja muito superior do diodo de jun o p n Verifica se tamb m que a tens o de franca condu o Vp significativamente inferior da jun o p n Estes d odos n o suportam correntes elevadas n o podendo ser usados em circuitos rectificadores Os diodos Schottky s o muito usados como detectores de sinais de alta frequ ncia D odos de Jun o Optoelectr nicos wa Fotod odo gt a zona de jun o das regi es n e p deficit ria em cargas livres regi o de deple o ou regi o de carga espacial A radia o ptica de energia superior largura da banda proibida entre as bandas de condu o e de val ncia ou hiato do semicondutor incidente na regi o de deple o fortemente absorvida gerando pares de portadores de carga pares electr o vazio que por ac o do campo el ctrico existente na jun o s o removidos da jun o e injectados no circuito contribuindo para a corrente
94. aos terminais da resist ncia no canal dois do oscilosc pio b Ligue o circuito Comute os dois canais para modo DC Registe na folha de registo as formas de onda obtidas C Observe agora apenas a tens o aos terminais da resist ncia no canal dois do oscilosc pio Para poder visualizar correctamente no oscilosc pio o sinal aos terminais da resist ncia deve isolar o contacto de terra da ficha de alimentag o do oscilosc pio ver painel traseiro de forma a tornar as terras do aparelho flutuantes em rela o terra da fonte e Explique por palavras suas porque que se deve isolar a terra do oscilosc pio Justifique tamb m porque que nao se pode visualizar simultaneamente a entrada e a sa da d Descreva o funcionamento do circuito e justifique as formas de onda obtidas tendo em conta que o d odo nao ideal comparado as com o que obteria se o d odo fosse ideal Discuta as diferengas B Detec o de Pico e Filtragem a Monte o circuito da Fig 4 utilizando um potenci metro de 100 ajustar inicialmente para o seu valor m ximo e um condensador de 22 nF c digo 223 Aplique entrada uma tens o alternada sinusoidal de 4 V de amplitude e 4 V de valor m dio offset e frequ ncia 1 kHz Antes de ligar o circuito me a e registe o valor da resist ncia do potenci metro b Ligue o circuito Comute os dois canais para modo DC Observe no oscilosc pio e registe as formas de onda da entrada e da sa da Pa
95. as como por exemplo da imped ncia s o representados em it lico Z v JF 17 de Setembro de 2006 LAB DE INTRODUGAO A ELECTR NICA 2004 05 2 Circuitos de Corrente Alternada Filtros Circuitos RC e RLC 29 Se 7 positivo o circuito apresenta ganho amplificador se 7 negativo o circuito atenua o sinal de sa da atenuador Usando o decibel grandezas muito grandes ou muito pequenas s o expressas usando n meros com poucos d gitos Outra vantagem que as atenua es ou ganhos em dBs de circuitos ligados em sucess o se somam uma vez que o logaritmo do produto igual soma do logaritmo dos factores Largura de Banda de um Circuito Em corrente alternada ca a imped ncia de um filtro circuito varia com a frequ ncia Define se largura de banda de um circuito como o espectro de frequ ncias no qual o modulo da fun o de transfer ncia em tens o ou corrente maior ou igual a 2 B x 0 707 ou 3 dB ou o intervalo de Vout IV ou 1 frequ ncias qual a pot ncia de sa da maior ou igual metade ou 3 dB da pot ncia m xima do sinal de sa da Fig 6 Tamb m se costuma designar a largura de banda como a banda passante do circuito 120 1 0 05 P Pontos 3 dB ee s Largura de banda di ii Wei Wes Fig 6 Resposta espectral de um circuito Largura de banda Pontos 3 dB Na Fig 6 representam as frequ ncias de corte inferior e s
96. ativa Alguns desses circuitos ser o objecto do pr ximo trabalho VI Procedimento experimental Objectivo Implementar um circuito amplificador usando um amplificador operacional Material Fontes de tens o cont nua gerador de sinais amp op 741 resist ncias e oscilosc pio Aten o Dever registar as figuras observadas no oscilosc pio A Amplificador em malha aberta l Monte o amp op 741 na placa de teste como mostra a Fig 14 use Vecs V 15 V e 15 V As montagens a estudar est o indicadas na Fig 10 Todas as tens es devem ser referidas a um ponto comum terra Offset N C Inverting input 4V UT Noninverting input Output Offset null E E Fig 14 Instala o do Amp Op na placa de teste 2 Aplique entrada n o inversora montagem esquerda da Fig 10 um sinal sinusoidal de pequena amplitude 10 mV e frequ ncia 1 kHz Observe no oscilosc pio simultaneamente a entrada e a sa da para diferentes valores de amplitude e de frequ ncias do sinal de entrada Registe o que considerar relevante Repita este ponto aplicando agora uma tens o sinusoidal com 100 mV de amplitude 3 Repita o procedimento da al nea anterior para a montagem direita da Fig 10 i e aplicando agora o sinal ao terminal inversor B Configura o n o inversora Dimensione o circuito da Fig 15 de forma a obter um ganho de 101
97. c o de Pico 7 Tra ado das Curvas Caracter sticas de um Trans stor Bipolar 8 Circuito Amplificador com um Trans stor Bipolar 9 Circuito de Comuta o com um Trans stor Bipolar Ap ndices Folha de especifica o de d odos 1N400x Folha de especifica o de transistores BC107 108 109 4 Folha de especifica o do amplificador operacional 741 JE 11 15 23 41 59 65 79 89 99 109 123 125 135 17 de Setembro de 2006 LAB DE INTRODUGAO A ELECTR NICA 2004 05 Regras de Funcionamento do Laborat rio de Introdu o Electr nica 5 Regras de Funcionamento do Laborat rio de Introdu o Electr nica As aulas pr ticas ter o lugar no laborat rio C2 3 47 O objectivo da disciplina ajudar a formar uma atitude experimentalista na rea da Electr nica nos estudantes do curso de F sica e Qu mica A forma o em Electr nica de fundamental import ncia quer para quem pretende seguir uma profiss o de ndole cient fica quer para os alunos que pretendam seguir a via de ensino uma vez que as reas da Microelectr nica e Optoelectr nica s o dois dos grandes motores do desenvolvimento tecnol gico actual Nas aulas de Laborat rios ser o realizados trabalhos que ter o por finalidade a experimenta o pr tica de conceitos aprendidos nas aulas te ricas Para a realiza o desses trabalhos os alunos formar o grupos de dois elementos Cada aluno deve possuir um caderno de
98. can and do vary in different applications and actual performance may vary overtime All operating parameters including Typicals must be validated for each customer application by customer s technical experts Motorola does not convey any license under its patent rights nor the rights of others Motorola products are not designed intended or authorized for use as components in systems intended for surgical implant into the body or other applications intended to support or sustain life or for any other application in which the failure of the Motorola product could create a situation where personal injury or death may occur Should Buyer purchase or use Motorola products for any such unintended or unauthorized application Buyer shall indemnify and hold Motorola and its officers employees subsidiaries affiliates and distributors harmless against all claims costs damages and expenses and reasonable attorney fees arising out of directly or indirectly any claim of personal injury or death associated with such unintended or unauthorized use even if such claim alleges that Motorola was negligent regarding the design or manufacture of the part Motorola and are registered trademarks of Motorola Inc Motorola Inc is an Equal Opportunity Affirmative Action Employer Mfax is a trademark of Motorola Inc How to reach us USA EUROPE Locations Not Listed Motorola Literature Distribution JAPAN Nippon Motorola Ltd SPD Strategic Plan
99. circuitos tendo em conta os sinais de polaridade Estes condensadores podem apresentar valores de capacidade de centenas de mF com tens es de ruptura relativamente baixas valor t pico at 350 V A corrente de fuga nestes condensadores elevada Os condensadores de capacidade vari vel s o usados em circuitos onde h necessidade de ajustar o valor da capacidade manual ou automaticamente como por exemplo em sintonizadores de r dio e de TV O varactor um condensador semicondutor cuja capacidade fun o da tens o aos seus terminais N o confundir com o faraday Ver defini o de faraday JE 17 de Setembro de 2006 LAB DE INTRODUGAO A ELECTR NICA 2004 05 2 Circuitos de Corrente Alternada Filtros Circuitos RC e RLC 26 Os condensadores s o usados para armazenar energia el ctrica como filtros em fontes de tens o e em circuitos de filtragem de sinais alternados S o tamb m usados para bloquear sinais cont nuos e para acoplar sinais alternados entre diferentes sec es de um circuito Os condensadores s o componentes fundamentais em circuitos temporizadores e mem rias Bobina e Indut ncia A bobina um componente el ctrico formado por um enrolamento geralmente cil ndrico de um condutor num meio material n cleo de permeabilidade magn tica Na Fig 4 mostram se v rios tipos de N t a Fig 4 V rios tipos de bobines bobines Uma bobine ideal caracterizada electricamente pela respe
100. co B2 Func o de Transfer ncia do D odo M todo Dinamico b Comute o oscilosc pio para o modo X Y Com os canais em GND coloque o ponto visualizado no centro do ecr e em seguida comute ambos os canais para DC Repare que a forma de onda obtida corresponde caracter stica de transfer ncia do circuito Desenhe a na folha de registo de dados c Com base na caracter stica determinada anteriormente determine os valores de Vp e de Rp d Descreva o funcionamento do circuito e analise as formas de onda registadas em a Como seriam os sinais registados em a se o d odo fosse ideal Discuta as diferen as C Func o de Transfer ncia do D odo M todo Alternativo A determina o dos elementos do modelo equivalente de um d odo pode ser feita de uma forma mais directa sem necessidade de recorrer ao tra ado da curva do d odo a Monte o circuito da Fig 9 com R 100 Q Aplique entrada do circuito uma tens o alternada sinusoidal de 5 V de amplitude e frequ ncia 100 Hz Visualize o sinal de entrada no canal 1 do oscilosc pio e o sinal de sa da no canal 2 Fig 9 Circuito aplicado para obter a fun o de transfer ncia do d odo m todo alternativo b Actuando no comando POS de cada um dos canais sobreponha os e manipulando a base de tempo obtenha apenas duas arcadas centradas no ecr do oscilosc pio conforme se mostra na Fig 10 Registe as formas de onda assim obtidas A determina o de Vp e de Rp
101. conveniente referindo se nesse caso como ganho em malha fechada bvio que um ganho infinito n o poss vel Contudo em geral muito elevado digamos entre 5 000 e algumas centenas de milhar o valor t pico do ganho no 741 200 000 De qualquer modo importante registar que se trata de um valor muit ssimo elevado Quais ser o as consequ ncias de um ganho t o elevado Note se que um ganho de 200 000 n o implica uma tens o de sa da de 200 000 V quando a entrada tem o valor de 1 V A excurs o da tens o de sa da est limitada ao valor das tens es das fontes de alimenta o do op amp Quando a tens o de sa da igual tens o de alimenta o diz se que o amplificador est em satura o Seja um amplificador com ganho de 200 000 i e 2 105 e com tens o de alimenta o 15 A m xima varia o permitida entrada em regime linear n o saturado ser portanto 15 20 75x107 20 075 mV 2x10 V Para operar no regime de funcionamento linear a tens o de entrada diferencial de um amplificador operacional tem que ser da ordem dos uV ver Fig 4 onde se representa a caracter stica de transfer ncia JF 17 de Setembro de 2006 LAB DE INTRODUCAO ELECTR NICA 2004 05 3 Amplificador Operacional montagens inversora e n o inversora 47 de um amplificador operacional isto o tra ado da tens o de sa da em fun o da tens o de entrada mostrando a satura o em
102. corrente de base quando o transistor se encontra afastado das zonas de corte 0 e de satura o Ic limitada pelos elementos externos a tens o entre a base e o emissor constante quando em condu o esta jun o comporta se como um d odo que nesta aproxima o corresponde a um d odo ideal em s rie com uma fonte de tens o ver gui o do primeiro trabalho do d odo Funcionamento em Corte Neste modo de opera o ambas as jun es base emissor e base colector est o polarizadas inversamente Isto o transistor est em corte quando a tens o entre a base e o emissor inferior tens o de franca condu o da jun o BE Para transistores de sil cio isso significa que Vgp lt 0 7 V e Vgc 0 7 V Fig 3 Em consequ ncia os fluxos de carga atrav s das jun es s o nulos e o trans stor comporta se como circuito aberto entre a base o emissor e o colector Neste caso todas as correntes de base de emissor e de colector s o nulas JF 17 de Setembro de 2006 LAB DE INTRODUGAO A ELECTR NICA 2003 04 7 Tracado das Curvas Caracter sticas de um Trans stor Bipolar 94 Funcionamento em Satura o Em satura o as jun es base emissor e base colector est o polarizadas directamente e de forma acentuada i e as barreiras de potencial nas jun es BE e BC que se op em difus o dos portadores de carga entre as v rias regi es s o atenuadas ou mesmo eliminadas Nesta situa
103. ctiva indut ncia Uma indut ncia tende a apor se a varia es de corrente el ctrica no esquema de um circuito el ctrico a indut ncia representada por A for a electromotriz f e m induzida entre os terminais de uma bobine E t proporcional Ov z j di derivada da corrente que atravessa E t Le A queda de tens o aos terminais da bobine v t t t dada por 0 15 A constante de proporcionalidade L representa a indut ncia do componente A t unidade SI de indut ncia el ctrica o henry s mbolo H Em corrente cont nua uma bobine ideal indut ncia pura comporta se como um condutor perfeito curto circuito Uma bobine ideal n o dissipa energia armazenando energia no campo magn tico existente no enrolamento W 1L I Esta energia poder ser mais tarde restitu da ao circuito contendo a indut ncia As bobines podem apresentar indut ncia fixa ou vari vel Tanto umas como as outras podem ser classificadas de acordo com o tipo de material usado no n cleo ar ferro ou ferrite As indut ncias s o aplicadas em fontes de tens o continua como filtros em circuitos de telecomunica es para sintoniza o em circuitos de r dio frequ ncia rf para impedir que o sinal de rf chega a determinadas partes do circuito como por exemplo fontes de tens o III Leis dos Circuitos em Corrente Alternada Na representa o exponencial uma tens o sinusoidal v t V sin t escreve se
104. da regi o na caracter stica J Vcg onde o ponto de funcionamento est situado bem como a forma e a amplitude de varia o do sinal aplicado ao terminal base o transistor pode desempenhar diferentes fun es actuar como um amplificador ou como um elemento inversor Como veremos no pr ximo trabalho para funcionar como bom amplificador necess rio que o ponto de operac o permaneca sempre na regi o activa do transistor Fig 4 A solu o tamb m pode obter se embora de forma aproximada trabalhando analiticamente estas equa es e assumindo Jc ganho em corrente do trans stor determinando Jp Ic e Vcg I _ Vee VBE S SUSHI Rg Vs V Io fl E BE B Vas V 4 Ig 8 1 1 81 T e B JF 17 de Setembro de 2006 LAB DE INTRODUGAO A ELECTR NICA 2003 04 7 Tra ado das Curvas Caracter sticas de um Transistor Bipolar 97 V Vcg Voc Relc Vco Rep E B Como referido anteriormente estas equa es s s o v lidas quando o transistor est a funcionar na regi o linear 1 o seu ponto de funcionamento est afastado das zonas de corte e de satura o Bibliografia F sica de Materiais e Dispositivos Electr nicos S rgio M Rezende Editora da Universidade Federal de Pernambuco Brasil 1996 Physics of Semiconductor Devices S M Sze John Wiley London 1981 Microelectronic Circuits A S Sedra and K C Smith Saunders College Publishing London 19
105. de opera o inferior a 100 bem como menores correntes de fuga Os trans stores npn em sil cio s o os mais comuns porque os electr es possuem mobilidade superior das lacunas sendo portanto mais r pidos Al m de que estes trans stores s o mais adequados produ o em massa H contudo situa es em que necess rio utilizar os dois tipos de transistores bipolares 3 No transistor encapsulado em geral n o existe qualquer diferen a externa entre os dois tipos necess rio consultar a folha de dados do fabricante para saber de que tipo se trata e fazer a identifica o dos terminais JF 17 de Setembro de 2006 LAB DE INTRODUCAO ELECTR NICA 2003 04 7 Tra ado das Curvas Caracter sticas de um Transistor Bipolar 91 II Modos de Operac o de um Trans stores Bipolares Num circuito o trans stor npn pode ser operar em tr s regimes modo activo ou linear em saturac o em corte e no modo activo inverso Cada estado de funcionamento do transistor fun o do tipo de da polariza o directa ou inversa em cada uma das jun es p n Em corte ambas as jun es est o polarizadas inversamente na regi o linear ou activa a jun o BE est polarizada directamente enquanto que a jun o BC est polarizada inversamente em satura o ambas as jun es est o polarizadas directamente em modo inverso a jun o BE est polarizada inversamente e a jun o BE est polarizada directamente
106. do de Zener muito utilizado em circuitos estabilizadores de tens o como elemento de refer ncia de tens o D odo de T nel 1 1 este diodo obtido dopando fortemente as regi es p e n da jun o Nestas condi es a barreira de potencial existente entre os lados p e n da ordem de grandeza do comprimento de onda dos electr es no semicondutor permitindo que os electr es de condu o do lado atravessem a jun o transitando para a banda de val ncia do lado p Este processo uma demonstra o do efeito de t nel em estruturas semicondutoras efeito de natureza inteiramente qu ntica O contr rio do que acontece no d odo rectificador em polariza o directa a corrente come a por aumentar com a tens o at atingir um m ximo local decrescendo em seguida at atingir um m nimo local aumentando monotonamente a partir deste ponto nesta regi o a curva J V do diodo t nel id ntica do d odo rectificador Uma das caracter sticas mais importantes da curva J V do diodo t nel a exist ncia de uma regi o na qual d dV 0 o que corresponde a uma resist ncia negativa para sinais de ca cujo valor depende da tens o aplicada ao d odo Quando operando nesta regi o de resist ncia negativa o d odo t nel fornece pot ncia ac ao circuito ao contr rio de uma resist ncia ou d odo rectificador que dissipam sempre energia Estes d odos s o utilizados em circuitos osciladores e amplificadores de sinal Como o te
107. do dos divisores de tens o e de corrente Consultar notas das aulas te ricas sobre divisores de tens o e de corrente Material Utilizado Fonte de alimenta o mult metro resist ncias e cabos de liga o Divisor de Tens o Monte o circuito representado na Fig 4 a com V 25V 100Q e 0 2 na placa de teste soll Vi so Vs 5 Jio v 2 3 33 V 10V R 21500 s 130 Vs io v 6 67 v Fig 4 a Circuito resistivo s rie com duas resist ncias b Divisor de tens o exemplo num rico a Mega o valor da resist ncia das resist ncias b Verifique o valor da tens o aos terminais da fonte em aberto e ap s a conex o ao circuito Mega a tens o aos terminais de cada resist ncia considere o erro de leitura d Mega a intensidade de corrente el ctrica que percorre o circuito e Compare os resultados obtidos com os valores previstos JE 17 de Setembro de 2006 LAB DE INTRODUCAO ELECTR NICA 2004 05 1 Circuitos de Corrente Continua Medi o de Grandezas El ctricas 22 Divisor de Corrente Monte o circuito da Fig 5 onde V 5 V 0 1kO e 0 2 Fig 5 Circuito resistivo paralelo divisor de corrente a Mega o valor de cada resist ncia b Verifique o valor da tens o aos terminais da fonte em aberto e ap s a conex o ao circuito c Mega a tens o aos terminais de cada resist ncia d Mega a corrente fornecida pela fonte ao circui
108. dutivo dos componentes electr nicos s se revela durante o estabelecimento do regime estacion rio i e no per odo transit rio No regime estacion rio em cc a Como habitual na linguagem electrot cnica designa se por tens o uma diferen a de potencial ddp el ctrico JF 17 de Setembro de 2006 LAB DE INTRODUCAO ELECTR NICA 2004 05 1 Circuitos de Corrente Continua Medi o de Grandezas El ctricas 16 corrente el ctrica num circuito fun o apenas das caracter sticas das tens es das fontes de tens o das intensidades de corrente das fontes de corrente das resist ncias internas das v rias fontes das resist ncias e das cargas load resist ncias ou outros componentes no circuito Contudo como veremos mais tarde em corrente alternada ca os componentes s o caracterizados pela respectiva imped ncia Z o equivalente resist ncia em corrente cc Resist ncia El ctrica Quando se aplica a mesma diferenga de potencial s extremidades de v rios condutores as intensidades de corrente resultantes s o em geral diferentes umas das outras mostrando que uns condutores oferecem maior oposic o ou resist ncia passagem de corrente el ctrica do que outros Se num condutor existir uma diferenga de potencial ou tens o entre os seus terminais A e B tal que o potencial em maior do que o potencial em B i e V gt Vg o sentido convencional da intensidade de
109. e no estado UM como um interruptor aberto n o deixando passar corrente O valor destes estados depende da corrente do colector que controlada pela corrente tens o da base Quando a tens o Vin aplicada ao terminal ligado base nula ou inferior a 0 7 V ZERO l gico a corrente de base zero e o transistor est em corte 0 A tens o no terminal colector Vou igual a Vcc estado UM l gico Quando a tens o de entrada Vin sobe para UM l gico a corrente de base Jp ser suficientemente grande assumindo Vin 770 7 V fazendo o transistor entrar em modo de satura o Vou Vcesa0 2 V estado ZERO l gico Em resultado da mudan a de estado da entrada de ZERO para UM o estado da sa da passou de UM para ZERO O trans stor opera agora de forma semelhante a um rel electromec nico por m com muitas vantagens Ao contr rio do rel o trans stor n o tem partes m veis e n o usa contactos mec nicos O trans stor bastante mais r pido e de maior durabilidade Num circuito comutador ideal a transi o entre estados deve ser feita instantaneamente evidente que isto n o corresponde a uma situa o real O tempo de transi o entre estados finito dado que necess rio remover ou introduzir portadores de carga na regi o da base o que n o pode ocorrer instantaneamente pois corresponderia a uma corrente infinita Os tempos de subida descida da tens o de sa da Vou tempos de decaimento decrescimento de carga
110. e pico a pico Vpp 2 Vo 21 unidades SI volt V e ampere A E T valor eficaz V JH v ddt Iy JH i t dt o equivalente continuo da tens o corrente que provocaria a mesma dissipa o de energia numa resist ncia Condensadores e Bobines Em corrente continua cc os componentes s o caracterizados unicamente pela respectiva resist ncia Para sinais de tens o sinusoidais v t V sin t onde representa a fase inicial do sinal fase em 0s unidade SI radiano rad a tens o eficaz dada por V Vo ato 17 de Setembro de 2006 LAB DE INTRODUGAO A ELECTR NICA 2004 05 2 Circuitos de Corrente Alternada Filtros Circuitos RC e RLC 25 el ctrica e o car cter capacitivo e ou indutivo dos componentes electr nicos s se revela durante o estabelecimento do regime permanente Em corrente alternada qualquer condutor ou elemento pode apresentar ao mesmo tempo comportamento resistivo capacitivo e indutivo Condensador Em Electricidade e Electr nica um sistema formado por dois condutores extensos separados um do outro por um material diel ctrico designado por condensador Se um condutor tem uma carga Q e o outro uma carga Q e se a diferen a de potencial entre eles V a capacidade el ctrica do condensador por defini o C 2 Q Vc A capacidade de um condensador depende da forma dos condutores e do meio existente entre eles e uma propriedade do condensador
111. e polaridade oposta Vc Na Fig 6 representa se o esquema de um circuito de rectifica o de onda completa bipolar Qualquer das duas fontes parciais indicadas na Fig 6 de rectifica o de onda completa 28 n z m a tens o que temos vindo a usar corresponde tens o monof sica Contudo a da rectificac o aumenta se forem empregues sinais de entrada polif sicos por exemplo sinais trif sicos A frequ ncia da tens o monof sica em Portugal igual a 50 Hz o valor de pico da tens o amplitude 311 V 220 0 17 de Setembro de 2006 LAB DE INTRODUGAO A ELECTR NICA 2004 05 6 Circuitos de Rectifica o e de Detec o de Pico 83 ec Fig 6 Circuito rectificador bipolar Deve ter se em aten o ao dimensionar uma fonte deste tipo necess rio n o esquecer que quando um d odo n o conduz fica sujeito a uma tens o inversa igual ao valor da tens o de pico Conv m tamb m lembrar que para al m do valor da capacidade necess rio conhecer a tens o m xima qual o condensador pode estar sujeito assim como o valor da corrente que o vai atravessar IV Estabiliza o O valor da tens o de sa da no circuito da Fig 4 acompanha as varia es do valor de pico da tens o de entrada isto se o valor de pico da tens o alternada variar o valor m dio da tens o de sa da segue essa varia o 1 e a varia o da tens o alternada essa varia
112. e quer em qualidade fornecem circuitos de elevada qualidade e a pre os baix ssimos alguns c ntimos A principal raz o da popularidade dos amp ops a sua versatilidade em electr nica pode se fazer quase tudo usando amp ops Outros aspectos n o menos importantes s o as caracter sticas do amp op que se aproximam das de um amp op ideal O que torna bastante f cil projectar circuitos usando amp ops Neste trabalho estuda se o amplificador operacional e analisam se as topologias mais comuns I Amplificador operacional Um amplificador operacional op amp um circuito integrado constitu do por um conjunto de trans stores com os respectivos circuitos de polariza o e compensa o resist ncias e condensadores sendo especialmente desenhado para ser utilizado como um bloco funcional em montagens electr nicas O amplificador um dispositivo de dois portos i e possui dois terminais de entrada e dois terminais de sa da e como o nome indica serve para amplificar um sinal el ctrico uma tens o ou uma corrente Existem quatro tipos b sicos de amplificadores Amplificador de corrente entrada em corrente e sa da em corrente Amplificador de transimped ncia entrada em corrente e sa da em tens o Amplificador de transcondut ncia entrada em tens o e sa da em corrente Amplificador de tens o entrada em tens o e sa da em tens o Neste guia considera se apenas o amplificador de tens o As considera es d
113. em 1907 da v lvula tr odo um dispositivo que tornou poss vel a amplifica o de sinais el ctricos O principal produto da electr nica na primeira metade do s culo XX foi o r dio que possibilitou a difus o sonora de informa o dist ncia Mais tarde surgiu o sistema de transmiss o de sons e imagens em movimento a televis o Por m a electr nica baseada em v lvulas de v cuo apresentava grande inconveniente As v lvulas eram grandes fr geis e aqueciam muito tinham vida curta e a sua fabrica o era dispendiosa al m de terem outras desvantagens t cnicas Por estas raz es desde logo se come ou a procurar um dispositivo que n o apresentasse as desvantagens das v lvulas O grande passo foi dado em 1947 por J Bardeen W Brattain e W Schockley tr s f sicos dos laborat rios da Bell Telephone que estudavam as propriedades de condu o electr nica em semicondutores naquele ano eles desenvolveram o transistor O aperfei oamento do transistor e a miniaturiza o dos sistemas electr nicos com o desenvolvimento dos circuitos integrados levaram difus o das aplica es da electr nica O advento da electr nica dos semicondutores e das tecnologias associadas foi uma das alavancas mais importantes das transforma es econ micas e sociais ocorridas no s culo passado Os pa ses que mais investiram no dom nio da tecnologia electr nica e ou tecnologias afins t m hoje grande vantagem competitiva em rela o aos demais
114. embro de 2006 LAB DE INTRODU O A ELECTR NICA 2004 05 2 Circuitos de Corrente Alternada Filtros Circuitos RC e RLC 40 Canal 1 V DIV Canal 2 B de Tempo S DIV V DIV Canal 1 V DIV Canal 2 B de Tempo s DIV V DIV JF 17 de Setembro de 2006 LAB DE INTRODUGAO A ELECTR NICA 2004 05 3 Amplificador Operacional montagens inversora e n o inversora 41 Amplificador Operacional montagens inversora e nao inversora O estudo de componentes electr nicos como o d odo e o transistor permite fazer a an lise detalhada do circuito electr nico de import ncia universal conhecido como amplificador operacional abreviadamente amp op O amplificador operacional come ou por ser fabricado usando componentes discretos inicialmente v lvulas e depois trans stores e o seu custo era proibitivamente alto dezenas de d lares euros O primeiro circuito integrado amplificador operacional o pA 709 surgiu em meados dos anos 60 e compreendia um n mero consider vel de trans stores e resist ncias todos implementados na mesma bolacha de sil cio Embora a sua qualidade fosse baixa para os padr es actuais e o seu pre o ainda fosse elevado o seu aparecimento significou o nascimento de uma nova era no projecto de circuitos electr nicos anal gicos Em poucos anos o uso do amp op generalizou se e o seu pre o caiu em flecha De ent o para c os fabricantes de semicondutores respondendo demanda quer em quantidad
115. encontrar curvas a diferentes temperaturas JF 17 de Setembro de 2006 LAB DE INTRODUGAO A ELECTR NICA 2003 04 7 Tracado das Curvas Caracter sticas de um Trans stor Bipolar 96 IV Circuito com Trans stor Bipolar em Montagem Emissor Comum Como a resposta de um transistor altamente n o linear o ponto de opera o ou de funcionamento cujos par metros s o as correntes e as tens es em regime continuo em geral determinado de forma an loga ao do d odo usando o m todo gr fico A Fig 5 ilustra um transistor npn na configura o emissor comum que a mais frequentemente utilizada com o circuito de polariza o Fig 5 Configura o em emissor comum Como a resist ncia da jun o BE muito pequena a corrente de base dada por Ig Vagg Rg Para determinar a corrente de colector Ic utiliza se a curva correspondente ao valor da corrente g nas caracter sticas V de emissor comum como as da Fig 4 A equa o da malha do colector Veo Rc Ic Verlie Ig 0 malha colector emissor Esta equa o representada no plano c Vcg por uma recta a recta de carga Fig 4 Para obter c basta obter os pontos de intersec o com os eixos Ic Vce a Ic corrente corresponde intersec o da recta de carga com a curva Ic Vce do transistor As outras equa es das malhas s o Vg 0 malha base emissor Ig Ig t Ic nodo trans stor Dependendo
116. ens o dos sinais e aumentar a pot ncia do sinal de sa da por via de um ganho efectivo em corrente Dimensionamento dos condensadores de acoplamento C e C A fun o dos condensadores de entrada C1 e de sa da C5 no circuito isolar as tens es cont nuas de polariza o do transistor daquelas que possam existir nos circuitos a montante e a jusante do amplificador respectivamente Naturalmente a presen a dos condensadores n o deve prejudicar a passagem do sinal alternado a amplificar do circuito a montante entrada do amplificador e do sinal amplificado para o circuito a jusante Isso corresponde a afirmar que o valor da imped ncia dos condensadores frequ ncia angular 1 C desprez vel quando comparada com a imped ncia dos outros elementos da montagem No dom nio dos tempos esta condi o equivalente a considerar que as constantes de tempo de carga e de descarga dos condensadores s o muito superiores ao per odo T do sinal que se pretende amplificar Quantificando arbitrariamente este muito superior como correspondendo a um factor de 10 e tendo em conta a constante de tempo de carga e de descarga de condensadores RC onde R a resist ncia do percurso de carga e de descarga tem se 10 RC 10T C 13 Rf JF 17 de Setembro de 2006 LAB DE INTRODUGAO A ELECTR NICA 2003 04 8 Circuito Amplificador com um Trans stor Bipolar 104 onde f a frequ ncia do sinal a amplificar E necess rio
117. ente alternada corresponde a sinais de tens o e corrente vari veis no tempo e cujo sentido se inverte periodicamente percorrendo o seu ciclo de valores uma vez em cada per odo A forma mais comum de corrente alternada a sinusoidal Uma tens o corrente puramente alternada tem valor m dio durante um per odo nulo Gerador de Sinais habitual na linguagem electr nica corrente designar se por gerador de fun es sinais uma fonte de tens o vari vel no tempo A Fig 1 mostra a vista frontal de um gerador de sinais t pico Fig 1 Gerador de fun es sinais Formas de onda A fun o que representa a varia o temporal da tens o corrente identifica a forma de onda de tens o corrente alternada gerada pela fonte de sinais Em Electr nica consideram se tipicamente tr s formas de onda de tens o ver canto superior direito do painel frontal do gerador Fig 1 tens o quadrada tens o triangular e tens o sinusoidal Uma tens o corrente que varie no tempo de modo peri dico e com componente cont nua nula caracterizada pelos seguintes par metros valor da tens o corrente em cada instante v t i t unidades SI volt V e ampere A amplitude da tens o corrente Vo Jo unidades SI volt V e ampere A per odo 7 unidade SI segundo s frequ ncia fundamental 1 unidade SI hertz Hz frequ ncia angular fundamental m 27f unidade SI radiano segundo rad s tens o corrent
118. ento colocadas no laborat rio Ap s a realiza o do trabalho o material ser obrigatoriamente arrumado nos respectivos locais de armazenamento Componentes danificados n o dever o obviamente ser misturados com os restantes antes dever o ser entregues ao docente no fim da aula Um dossier existente no laborat rio cont m as instru es de opera o dos instrumentos As refer ncias 1 2 3 cont m informa o muito til sobre a instrumenta o a utilizar e s o de consulta recomendada Placas de Teste As placas de montagem ou teste permitem aparelhar e ligar entre si e com relativa facilidade os componentes electr nicos de um circuito prot tipo A Fig 1 mostra o esquema de organiza o de uma placa de montagem t pica Each row of five sockets is connected Top view n P These five groups are connected by a common strip on the bottom by a common strip on the bottom These five groups are a connected by a common f strip on the bottom Each row of five sockets is connected 2 by a common strip on the bottom Bottom view Fig 1 Placa de teste faces superior e inferior Todos os buracos t m internamente um sistema de mola que permite um bom contacto el ctrico com o fio de liga o Os buracos encontram se ligados internamente de acordo com o esquema da figura as placas usadas permitem ver as liga es internas pela face inferior A separa o e
119. envio de coment rios para jlongras ualg pt Estas notas n o dispensam e ali s aconselham a consulta de outras fontes nomeadamente as citadas na bibliografia Bom trabalho Agradecimentos Os guias resultam da adapta o das notas dos trabalhos da disciplina de Electr nica do curso de Fisica da Faculdade de Ci ncias da Universidade do Porto 1998 99 e das cadeiras Bases F sicas de Electr nica Electr nica I e T cnicas de Electr nica do Departamento de Engenharia Electr nica e Inform tica da Universidade Lus ada 1991 92 O autor agradece a todos os que participaram de alguma forma na sua elabora o em particular reconhece as contribuig es do Dr Jos Mariano para este manuscrito no decurso do ano lectivo de 2000 01 JF 17 de Setembro de 2006 Guias de Apoio Componente Laboratorial da Disciplina Introdu o Electr nica 2004 05 ndice ndice Regras de Funcionamento do Laborat rio de Introdu o Electr nica Equipamento de Base nas Bancadas do Laborat rio de Instrumenta o e Electr nica Guia para a resolu o de problemas de electr nica Trabalhos 1 Circuitos de Corrente Cont nua Medi o de Grandezas El ctricas 2 Circuitos de Corrente Alternada Filtros Circuitos RC e RLC 3 Amplificador Operacional montagens inversora e n o inversora 4 Amplificador Operacional Circuitos Operativos 5 Caracter stica Corrente tens o do D odo 6 Circuitos de Rectifica o e de Dete
120. epresentadas Em geral num transistor bipolar npn a regi o emissora fortemente dopada com elementos dadores do grupo V da tabela peri dica existindo portanto um grande n mero de electr es fracamente ligados estrutura cristalina e da com grande mobilidade importante ter sempre presente que o material semicondutor intr nseco ou dopado com elementos dadores ou aceitadores electricamente neutro Sendo a jun o base emissor polarizada directamente a barreira de potencial na zona de deple o correspondente ver notas sobre os d odos reduzida para um valor que depende da tens o de polariza o directa aplicada jun o o que permite que por difus o parte dos electr es do emissor passem para a base ao mesmo tempo parte das lacunas da base tamb m se difunde para o emissor no entanto como o material semicondutor da base normalmente mais fracamente dopado cerca de duas ordens de grandeza inferior ao n vel de dopagem do emissor a corrente de lacunas pode ser ignorada numa primeira aproxima o JF 17 de Setembro de 2006 LAB DE INTRODUGAO A ELECTR NICA 2003 04 7 Tracado das Curvas Caracter sticas de um Trans stor Bipolar 92 A difus o de electr es do emissor para a base torna o emissor momentaneamente positivo o que atrai electr es do circuito exterior entenda se das fontes de alimentag o originando se assim a corrente de electr es g ver Fig 3 o sentido convencional
121. er a sua intui o acerca dos m todos de solu o mais eficientes para os v rios tipos de problemas No mundo real esquemas que envolvem aspectos de seguran a cr ticos s o sempre verificados por m todos independentes Habituar se a testar as suas respostas ser ben fico quer como estudante quer como cientista ou engenheiro IMPORTANTE Estes passos de resolu o de problemas n o devem ser usados como um receita para resolver todos os problemas Pode ter que omitir alterar a ordem ou aprofundar certos passos para resolver um problema particular Use estas indica es com um guia para desenvolver um estilo de resolu o de problemas que funcione no seu caso JF 17 de Setembro de 2006 JF LAB DE INTRODUCAO A ELECTR NICA 2004 05 ESTA SUSIE FALA O CALVIN SABES DA REDAC O QUE TEMOS DE FAZER PARA ESCOLA POIS O MEU TEMA 05 MORCEGOS O QUE HEI DE FAZER PARA A REDAC O SOBRE MORCEGOS Relat rio tipo ELEFANTES HUM ENT O VAIS BIBLIOTECA LER SOBRE ELEFANTES VAIS BESTIAL TENS DE AJUDAR ME HOBBES ENT O TURMA QUEM QUER LER A REDAC O PRIMEIRO ORA QUEM SABE ORA CALVIN UMA SURPRESA SERES TU O VOLUNT RIO DEVES TANTO COMO EU SEI N O LEVA MUITO TEMPO A FAZ LA A MINHA DEMOROU UNS 15 MINUTOS I Pt ASAS MACIAS MORCEGOS COM 9 OLHOS VERMELHOS BRILHANTES E PRESAS LUZIDIAS ESTES INENARRAV IS INSECTOS GIGANTES DESCEM
122. es operativos nomeadamente o amplificador operacional subtractor e a montagem diferenciadora I Amplificador somador Muitas vezes necess rio proceder soma ou subtrac o de formas de onda anal gicas Considere o circuito da Fig 1 o amplificador somador No amplificador somador duas ou mais tens es Vin s o aplicadas entrada da montagem amplificadora inversora e a tens o de sa da Vou proporcional ao sim trico da soma pesada das tens es de entrada A demonstra o na Fig 1 assume que a resist ncia de entrada do amp op infinita e que o terminal inversor uma terra virtual le m Con ri Ra Vae Rdg Rey ht Vas RAV ia Rat V Ro Se R amp R R k Vm Up Va Hin Fig 1 Montagem somadora O pequeno bice associado ao sim trico da soma pode ser eliminado ligando a sa da a um amplificador inversor de ganho 1 Se R gt R R R R o ganho da montagem superior 1 i e o sinal de sa da corresponde soma dos sinais de entrada multiplicada pela constante Ry R Os coeficientes da soma podem ser seleccionados escolhendo o valor da resist ncia de cada ramo da entrada O sinal de sa da corresponde m dia dos sinais de entrada se a raz o corresponder ao rec proco do n mero de tens es de entrada Por exemplo se n 3 e R R 1 3 a tens o de sa da Vou VinitVinzt Vin3 3 A m dia pesada obtida atribuindo a cada entrada pesos diferentes simplesmente
123. escalas factores de escala funcionamento em DC e AC As Fig 3 mostra exemplos de montagens usando a placa de teste assim como o emprego do mult metros na medi o de tens es correntes e de resist ncias 53 C S iA ULI AS LS DIGITAL MULTIMETER IGITAL MULTIMETER Fig 3 Medi o de tens o corrente e resist ncia respectivamente usando o mult metro Oscilosc pios Ver as notas sobre oscilosc pios no guia do segundo trabalho pr tico Sugere se ainda a consulta de 2 3 Atentar que as leituras das escalas vertical tens o horizontal tempo ou tens o s ser o v lidas no modo calibrado CAL Fontes de alimentac o As fontes de alimenta o dispon veis s o fontes de tens o que apresentam v rios terminais de sa da Os valores indicados referem se tens o entre esses terminais e o terminal comum Este s estar ao potencial da terra se for montada a liga o externa respectiva Geradores de sinal JF 17 de Setembro de 2006 LAB DE INTRODUCAO ELECTR NICA 2004 05 Equipamento de Base nas Bancadas do Laborat rio de Instrumenta o e Electr nica 9 Os Geradores de sinal utilizados s o geradores de sinais program veis que produzem uma variedade de formas de onda ver notas sobre formas de onda no gui o do 2 trabalho Possuem v rios comandos e terminais a saber amplitude atenuador frequ ncia formas de onda offset modula o interna externa Comp
124. esenvolvidas s o aplic veis com as devidas adapta es aos outros amplificadores Na Fig 1 representa se esquematicamente um amplificador de tens o 14 designa o amplificador operacional resulta das fun es executadas pelos primeiros circuitos em computadores anal gicos e em instrumenta o Os primeiros amp ops eram usados para implementar opera es matem ticas como a integra o a diferencia o a adi o subtrac o invers o JF 17 de Setembro de 2006 LAB DE INTRODUGAO A ELECTR NICA 2004 05 3 Amplificador Operacional montagens inversora e n o inversora 42 Fig 1 Representa o esquem tica de um amplificador de tens o A entrada do amplificador aplicado o sinal Vig A tens o aos terminais de sa da dependente dos par metros de entrada O equivalente de Th venin da sa da compreende uma fonte de tens o dependente Egyt em s rie com uma resist ncia Rout Em geral Vout gt Vin Define se ganho do amplificador em malha aberta como a raz o alg brica O amplificador operacional basicamente um amplificador de tens o caracterizado por apresentar elevado ganho em tens o imped ncia de entrada elevada baixa imped ncia de sa da e elevada largura de banda costume representar um amplificador operacional pelo s mbolo da Fig 2 a O tri ngulo aponta no sentido do terminal de sa da O n mero de terminais indicado al m do comum n o representado o m nimo indis
125. espectivamente Como foi referido nos esquemas el ctricos estes terminais s o frequentemente omitidos representando se apenas as entradas e a sa da do amp op Fig 2 a Antes de apresentar as caracter sticas do amplificador operacional 741 conveniente fazer o sum rio das caracter sticas de um amplificador operacional ideal A an lise e a s ntese de circuitos com amp ops s o efectuadas habitualmente pelo menos em primeira aproxima o considerando o amplificador operacional como ideal As caracter sticas de um amplificador operacional ideal sao Imped ncia de entrada Rip oo Impedancia de sa da Royt 0 16 Dual in line package 17 Introduzido em 1968 pela Fairchild Semicondutor E U A 8 As iniciais NC indicam terminal n o ligado not connected JF 17 de Setembro de 2006 LAB DE INTRODUGAO A ELECTR NICA 2004 05 3 Amplificador Operacional montagens inversora e n o inversora 46 Ganho de tens o Ay 00 Largura de banda LB 00 Tempo de resposta fg 0 segundos Tens o de sa da nula quando v v independentemente do valor de V Caracter sticas independentes da temperatura Resist ncia de entrada do 741 Como se pode ver na Fig 6 o amplificador operacional 741 tem dois terminais de entrada o inversor e o n o inversor Trata se de um amplificador diferencial e portanto se fosse ideal apenas amplificaria a diferenga de potencial entre as duas entradas Define se a res
126. feita medindo as cotas 4 B e C A cota C est relacionada com Vp e as cotas B e A permitem calcular Rp Determine estas rela es JF 17 de Setembro de 2006 LAB DE INTRODUCAO ELECTR NICA 2004 05 5 Caracter stica Corrente tens o do D odo 75 Fig 10 Fun o de transfer ncia do d odo m todo alternativo c Explique o funcionamento do circuito Compare os par metros do modelo obtidos com os determinados em A e B Bibliografia Microelectronic Circuits Sections 3 3 Analysis of Diode Circuits e 3 6 Rectifier Circuits 3 Edi o A S Sedra and K C Smith Saunders College Publishing London 1991 Electr nica Anal gica Antonio J G Padilla Editora McGraw Hill de Portugal 1993 Electronics Fundamentals Circuits Devices and Applications T L Floyd Prentice Hall 2000 JF 17 de Setembro de 2006 LAB DE INTRODUCAO ELECTR NICA 2004 05 76 5 Caracter stica Corrente tens o do D odo Tracado da Curva I V de um d odo m todo est tico
127. gicas digitais Apesar da tecnologia dominante actualmente ser a tecnologia CMOS devido ao seu baixo custo e grande densidade de portas l gicas que permite integrar por unidade de rea existem tecnologias alternativas que tamb m apresentam algumas vantagens e s o usadas correntemente em circuitos comerciais As tecnologias comuns s o Bipolar TBJ BiCMOS e Arsenieto de GaAs A tecnologia bipolar percursora dos circuitos digitais nomeadamente atrav s das fam lias RTL resistor transistor logic e DTL diode transistor logic pode ser vantajosa em termos de velocidade face s tecnologias baseadas em transistores MOS mas uma solu o mais cara mais complexa pouco competitiva em termos de consumo de pot ncia e n o permite a implementa o de sistemas de larga escala devido rea por porta l gica As principais variantes actuais da tecnologia bipolar s o as fam lias TTL e ECL respectivamente vocacionados para circuitos l gicos gen ricos e de muito alta velocidade A tecnologia BICMOS combina as vantagens dos circuitos bipolares e CMOS mas partilha tamb m algumas das desvantagens da tecnologia bipolar nomeadamente o custo e rea A sua utiliza o bastante limitada sendo por vezes uma boa op o em circuitos mistos anal gicos e digitais A tecnologia de GaAs permite a realiza o de circuitos de muito alta frequ ncia acima de 10 GHz no entanto a menor densidade e o seu levado custo de fabrica
128. gura de banda na qual n o se produz distor o ou a distor o presente admiss vel Os fabricantes de circuitos ou componentes amplificadores costumam fornecer as curvas de ganho em tens o e do ngulo de mudan a de fase em fun o da frequ ncia i e a resposta em frequ ncia do amplificador O conjunto destas curvas com o ganho expresso em dB a mudan a de fase em graus e o eixo das abcissas em Hz frequ ncia numa escala logar tmica base 10 designado de diagramas de Bode Fig 2 Nestes gr ficos as zonas lineares s o aproximadas por rectas q 20 m 60 2430 m n H a 30 i 60 T 90 100 1k 10k 100k 1Meg 10Meg 100 1k 10k 100k 1Meg 10Meg Ref Ground X frequency Hz Ref Ground X frequency Hz Fig 2 Diagramas de Bode Distor o de frequ ncia e distor o de fase II Trans stor Bipolar como Elemento Amplificador O transistor um elemento activo sendo muito usado em amplifica o de sinais A Fig 3 representa uma montagem amplificadora com um transistor npn Este circuito frequentemente referido como a configura o de amplifica o universal utilizando trans stores a grande maioria das montagens amplificadoras baseadas nesta topologia JF 17 de Setembro de 2006 LAB DE INTRODUCAO ELECTR NICA 2003 04 8 Circu
129. hru This data sheet provides information on subminiature size axial lead 1 N4007 mounted rectifiers for general purpose low power applications 134004 134007 are Mechanical Characteristics Motorola Preferred Devices e Case Epoxy Molded Weight 0 4 gram approximately e Finish All External Surfaces Corrosion Resistant and Terminal Leads are LEAD MOUNTED Readily Solderable RECTIFIERS e Lead and Mounting Surface Temperature for Soldering Purposes 50 1000 VOLTS 220 C Max for 10 Seconds 1 16 from case DIFFUSED JUNCTION e Shipped in plastic bags 1000 per bag Available Tape and Reeled 5000 per reel by adding a RL suffix to the part number e Polarity Cathode Indicated by Polarity Band e Marking 1N4001 1N4002 1N4003 1N4004 1N4005 1N4006 1N4007 CASE 59 03 DO 41 MAXIMUM RATINGS 1N4006 1N4007 Unit Peak Repetitive Reverse Voltage ELM Working Peak Reverse Voltage VRWM 200 UA DC Blocking Voltage VR Non Repetitive Peak Reverse Voltage VRSM 120 240 720 1000 1200 Volts halfwave single phase 60 Hz RMS Reverse Voltage ews Je ro imeem we Average Rectified Forward Current single phase resistive load 60 Hz see Figure 8 TA 75 C Non Repetitive Peak Surge Current 30 for 1 cycle surge applied at rated load conditions see Figure 2 Operating and Storage Junction 65 to 175 Temperature Range Teg ELECTRICAL CHARACTERISTICS Maximum Instantaneous
130. ime estacion rio Em corrente alternada ca os componentes s o caracterizados pela respectiva imped ncia Z o equivalente resist ncia em corrente cont nua O objectivo deste trabalho familiarizar o aluno com a medi o de grandezas el ctricas caracter sticas da corrente alternada usando o mult metro e o oscilosc pio o aluno ter ainda oportunidade de estudar circuitos b sicos contendo resist ncias condensadores e bobines I Introdu o A energia el ctrica nos fornecida em geral na forma de sinais de tens o e corrente vari veis no tempo e cujo sentido se inverte periodicamente percorrendo o seu ciclo de valores uma vez em cada per odo A tens o corrente alternada tem valor m dio durante um per odo nulo A forma mais comum de corrente alternada a sinusoidal Contudo no in cio do s culo XIX a energia el ctrica era fornecida quase exclusivamente na forma de corrente cont nua O uso prim rio da electricidade era a ilumina o Mais tarde a demonstra o de pequenos motores el ctricos por parte de Faraday e de Henry generalizou o uso da energia el ctrica A corrente cont nua cc apresenta algumas vantagens as baterias podem ser usadas como sistemas de alimenta o de reserva quando os d namos falham ou em regimes de baixo consumo os d namos podem ser operados em paralelo de forma a aumentar a pot ncia o uso de alternadores em paralelo dif cil devidos aos problemas de sincroniza o A
131. imenta o negativa Nestas condi es devido ao elevado ganho do amp op a diferen a de potencial A entre as entradas e nula caso contr rio o amplificador entraria rapidamente em satura o Amplificador n o inversor Na montagem amplificadora n o inversora Fig 12 a malha de realimenta o constitu da pelas resist ncias R e Fig 12 Montagem n o inversora A an lise do amplificador n o inversor directa atendendo ao estudo da realimenta o efectuado na sec o anterior Considerando o amp op ideal a tens o na entrada ser Vin V V Va onde VR tens o aos terminais da resist ncia Como a imped ncia de entrada do amp op ideal infinita a corrente nas entradas do amplificador nula donde resulta que A RR out Assim a tens o na entrada do amp op V V ser R in d Vout Por compara o com as equa es de realimenta o negativa tem se neste caso R R Assim o ganho em malha fechada E l RFR 1 B A B R R Ar Numa an lise equivalente mais habitual considerando as tens es de entrada Vi Vn gt JV R out JF 17 de Setembro de 2006 LAB DE INTRODUGAO A ELECTR NICA 2004 05 3 Amplificador Operacional montagens inversora e n o inversora 52 e assumindo que o amp op n o est saturado equivalente a considerar V V_ obt m se Amplificador
132. indemnify Philips for any damages resulting from such improper use or sale 1997 Sep 03 6 Philips Semiconductors Product specification NPN general purpose transistors BC107 BC108 BC109 NOTES 1997 Sep 03 7 Philips Semiconductors Argentina see South America Australia 34 Waterloo Road NORTH RYDE NSW 2113 Tel 61 2 9805 4455 Fax 61 2 9805 4466 Austria Computerstr 6 A 1101 WIEN P O Box 213 Tel 43 160 1010 Fax 43 160 101 1210 Belarus Hotel Minsk Business Center Bld 3 r 1211 Volodarski Str 6 220050 MINSK Tel 375 172 200 733 Fax 375 172 200 773 Belgium see The Netherlands Brazil see South America Bulgaria Philips Bulgaria Ltd Energoproject 15th floor 51 James Bourchier Blvd 1407 SOFIA Tel 359 2 689 211 Fax 359 2 689 102 Canada PHILIPS SEMICONDUCTORS COMPONENTS Tel 1 800 234 7381 China Hong Kong 501 Hong Kong Industrial Technology Centre 72 Tat Chee Avenue Kowloon Tong HONG KONG Tel 852 2319 7888 Fax 852 2319 7700 Colombia see South America Czech Republic see Austria Denmark Prags Boulevard 80 PB 1919 DK 2300 COPENHAGEN S Tel 45 32 88 2636 Fax 45 31 57 0044 Finland Sinikalliontie 3 FIN 02630 ESPOO Tel 358 9 615800 Fax 358 9 61580920 France 4 Rue du Port aux Vins BP317 92156 SURESNES Cedex Tel 33 1 40 99 6161 Fax 33 1 40 99 6427 Germany HammerbrookstraBe 69 D 20097 HAMBURG Tel 49 40 23 53 60 Fax 49 40 23 536 300
133. inversora JF 17 de Setembro de 2006 LAB DE INTRODUCAO ELECTR NICA 2004 05 3 Amplificador Operacional montagens inversora e n o inversora 43 inverting input terminal Fazendo v 0 o sinal amplificado est em fase com sinal de entrada terminal referido como entrada n o inversora non inverting input terminal Um amplificador ideal de tens o apresenta ganho infinito imped ncia de entrada infinita imped ncia de sa da nula e largura de banda infinita Em amplificadores operacionais reais em geral existem terminais adicionais que permitem mediante a liga o de elementos convenientes corrigir afastamentos do comportamento ideal ver adiante Aos amplificadores operacionais normalmente adicionada uma malha de re alimenta o para controlo do ganho das imped ncia de entra e sa da e da largura de banda e s o muitas vezes interligados em estruturas de m ltiplos andares e com fun es que transcendem a simples amplifica o Em face do n mero de terminais vantajoso estabelecer desde j uma conven o quanto medi o de tens es e correntes num amplificador operacional habitual considerar um nodo de refer ncia usualmente representado por um dos s mbolos indicados na figura que s o os habituais de terra comum massa de notar por m que o sinal gr fico usado mesmo que o comum ou refer ncia n o esteja directamente ligado terra L Considerando este e
134. ippines Philips Semiconductors Philippines Inc 106 Valero St Salcedo Village P O Box 2108 MCC MAKATI Metro MANILA Tel 63 2 816 6380 Fax 63 2 817 3474 Poland UI Lukiska 10 PL 04 123 WARSZAWA Tel 48 22 612 2831 Fax 48 22 612 2327 Portugal see Spain Romania see Italy Russia Philips Russia Ul Usatcheva 35A 119048 MOSCOW Tel 7 095 755 6918 Fax 7 095 755 6919 Singapore Lorong 1 Toa Payoh SINGAPORE 1231 Tel 65 350 2538 Fax 65 251 6500 Slovakia see Austria Slovenia see Italy South Africa S A PHILIPS Pty Ltd 195 215 Main Road Martindale 2092 JOHANNESBURG P O Box 7430 Johannesburg 2000 Tel 27 11 470 5911 Fax 27 11 470 5494 South America Rua do Rocio 220 5th floor Suite 51 04552 903 S o Paulo SAO PAULO SP Brazil Tel 55 11 821 2333 Fax 55 11 829 1849 Spain Balmes 22 08007 BARCELONA Tel 34 3 301 6312 Fax 34 3 301 4107 Sweden Kottbygatan 7 Akalla S 16485 STOCKHOLM Tel 46 8 632 2000 Fax 46 8 632 2745 Switzerland Allmendstrasse 140 CH 8027 Z RICH Tel 41 1 488 2686 Fax 41 1 481 7730 Taiwan Philips Semiconductors 6F No 96 Chien Kuo N Rd Sec 1 TAIPEI Taiwan Tel 886 2 2134 2865 Fax 886 2 2134 2874 Thailand PHILIPS ELECTRONICS THAILAND Ltd 209 2 Sanpavuth Bangna Road Prakanong BANGKOK 10260 Tel 66 2 745 4090 Fax 66 2 398 0793 Turkey Talatpasa Cad No 5 80640 G LTEPE ISTANBLL Tel 90 212 279 2770 Fax 90 212
135. ir a unidade de carga do p lo positivo para o negativo dentro de um gerador Polariza o estabelecimento de uma diferen a de potencial el ctrico entre dois el ctrodos Volt metro electr metro com que se mede a for a electromotriz de um gerador ou a diferen a de potencial Mult metro aparelho de medi o el ctrica que permite determinar diferentes grandezas como a intensidade da corrente a resist ncia e a diferen a de potencial Oscilosc pio aparelho que permite a visualiza o dos sinais el ctricos num ecr fluorescente Condutibilidade s f propriedade que os corpos t m de ser bons ou maus condutores de calor de electricidade etc Condutividade electr nica condutividade associada com o movimento de electr es Corrente cont nua corrente el ctrica cujo sentido sempre o mesmo aquela cujo sentido de propaga o n o varia e cuja intensidade constante Corrente alternada corrente el ctrica de intensidade vari vel e cujo sentido se inverte periodicamente O termo corrente alterna muitas vezes usado desadequado Imped ncia valor da resist ncia total passagem do fluxo el ctrico numa corrente alternada ou cont nua grandeza complexa cuja parte real corresponde resist ncia hmica e a parte imagin ria corresponde react ncia React ncia num circuito de corrente alternada a componente da imped ncia causada pela indut ncia e pela capacidade do circuito Indut ncia constante
136. ist ncia de entrada usualmente representada por Rip como a resist ncia vista dos dois terminais de entrada com um deles qualquer ligado ao comum No caso ideal a resist ncia de entrada infinita mas na pr tica evidentemente finita variando entre 5 e de 20 MQ para amp ops baseados em transistores bipolares o valor t pico no 741 2 MQ ou da ordem de TO em amplificadores operacionais com FETs Como se ver oportunamente poss vel obter mediante a introdu o de uma malha passiva no circuito uma imped ncia de entrada efectiva muito superior ao valor caracter stico do dispositivo Resist ncia de Sa da Quando em funcionamento o amplificador operacional comporta se como uma fonte de tens o ou gerador de sinal caracterizada por uma determinada tens o em circuito aberto e uma resist ncia de sa da equivalente de Th venin esta resist ncia equivalente que num amplificador operacional ideal nula Num amplificador operacional real Royt vai de alguns ohm a algumas centenas de ohm o valor t pico no 741 75 Q Tal como para Rin poss vel controlar o seu valor efectivo actuando sobre o circuito Ganho em tens o O ganho do amp op tamb m chamado ganho em malha aberta isto o ganho intr nseco do amplificador definido no projecto e fabrica o do circuito Contudo o valor efectivo do ganho pode ser modificado tal como as grandezas anteriores por inclus o de uma malha exterior
137. ito Amplificador com um Trans stor Bipolar 101 Fig 3 Circuito de amplifica o utilizando um transistor bipolar O ganho da montagem amplificadora da Fig 3 dado por 1 O ganho desta montagem n o depende do factor do transistor ganho em corrente o que constitui a maior vantagem desta configura o amplificadora Lembrar que varia com a temperatura e tamb m de transistor para transistor A configura o da Fig 3 tamb m designada de montagem emissor comum porque quer a entrada quer a sa da t m como terminal comum o emissor do transistor A fun o dos condensadores bloquear as componentes cont nuas que existam nos circuitos a montante e a jusante e que poderiam perturbar a polariza o do transistor i e permitem o acoplamento de sinais cont nuos e alternados Para um correcto funcionamento como amplificador o transistor deve ser polarizado de forma a funcionar sempre na regi o linear o que requer um dimensionamento adequado dos componentes resist ncias e fontes de alimenta o 1 os valores das resist ncias Ri Ro Rc e Re da fonte de tens o continua Vcc determinam o ponto de funcionamento ou ponto quiescente do transistor ii as capacidades dos condensadores e C que isolam as componentes cont nuas dos sinais devem apresentar imped ncia desprez vel no intervalo de frequ ncias para o qual o circuito projectado Polariza o do Trans stor O termo polariza
138. l cc e em processamento de sinal associado rectifica o Na Fig 3 indicado o s mbolo gen rico de um d odo rectificador ou simplesmente d odo Os terminais A e C designam se por nodo jun o metal semicondutor tipo p e C todo jun o semicondutor tipo n metal rever Fig 1 b A C Fig 3 S mbolo do d odo A caracter stica J V de um diodo rectificador d odo de jun o id ntica da Fig 2 Contudo em muitos casos conveniente usar vers es aproximadas mais simplificadas da caracter stica real de um d odo A caracter stica de um d odo ideal isto um d odo com resist ncia el ctrica em polariza o directa nula e com tens o de limiar de condu o Vp igual a O V est representada na Fig 4 a A tens o Vp representa a queda 3 Desde que a corrente no d odo seja inferior a um valor que depende das caracter sticas da jun o este processo de ruptura nada tem de destrutivo 24 As denomina es nodo e c todo correspondem s designa es dos el ctrodos da v lvula termi nica muito usada antes da inven o do transistor como rectificador de corrente constitu da por dois el ctrodos nodo e c todo em um g s nobre muito rarefeito JF 17 de Setembro de 2006 LAB DE INTRODUCAO ELECTR NICA 2004 05 5 Caracter stica Corrente tens o do D odo 69 de tens o aos terminais do d odo em condu o Na Fig 4 b indica se um modelo mais aproximado do diodo real um
139. l ctrodo de refer ncia a ddp entre dois pontos aparece como a diferen a entre as tens es de cada um deles e o comum ex V V_ V Vom V V com A Fig 3 representa o circuito equivalente de um amplificador operacional real e respectiva polariza o Em geral as tens es de alimenta o V e V s o sim tricas relativamente ao comum i e t m o mesmo valor absoluto Vcc Embora seja esta a situa o mais comum n o de modo nenhum essencial que assim seja A folha de dados do amplificador identifica as poss veis condi es de polariza o Fig 3 Circuito equivalente de um amplificador operacional real incluindo a polariza o No esquema de um circuito contendo amp ops em geral s o omitidas as fontes de alimenta o e os terminais de alimenta o dos amp ops sendo representados apenas os terminais inversor n o inversor e o terminal de sa da Fig 2 a Os nodos de refer ncia s o tamb m omitidos Conv m no entanto ter em atenc o que o esquema amp op simplificado pode induzir um analista menos atento num erro grave Considerando o circuito completo indicado na Fig 3 da lei dos nodos de Kirchhoff assumindo o amplificador como um nodo obt m se i tig t 1 t Ie iout 0 JF 17 de Setembro de 2006 LAB DE INTRODUGAO A ELECTR NICA 2004 05 3 Amplificador Operacional montagens inversora e n o inversora 44 Em geral i e i s o muito menores que qualquer da
140. l m de variar de um modo mais lento a tens o de sa da ao chegar ao valor final ultrapassa o overshoot regressando a esse valor pouco depois nalguns casos ap s oscila es ringing em torno dele A taxa de atraso Slew rate no 741 0 5 Vis tipico Caracteristicas independentes da temperatura Ao contrario do que acontece com um amplificador ideal as caracteristicas de um amplificador real variam com a temperatura basta recordar que o amplificador fabricado em material semicondutor e cont m varios transistores Os data sheets dos fabricantes fornecem essa informa o Apresenta se em anexo a folha de caracter sticas do amplificador operacional 741 Este o amplificador operacional de uso gen rico mais utilizado sendo fornecido por quase todos os fabricantes de componentes semicondutores Analog Devices AD741 Texas Instruments SN72741 Fairchild 741 Motorola MCI741 RCA CA741 com caracter sticas praticamente id nticas III Funcionamento do amplificador operacional 741 em malha aberta Um amplificador operacional em malha aberta entra facilmente em satura o excepto se a tens o entrada for da ordem de uV e o amp op estiver compensado para a tens o de offset Dado o elevado ganho pode se utilizar o amp op como detector de qualquer pequeno sinal da tens o de entrada Para tal basta V TE Fig 10 Montagens em malha aberta utilizar um dos circuitos da Fig
141. l em malha aberta sem realimenta o Um amplificador com ganho muito elevado normalmente tem pouca utilidade uma vez que sinais de t o baixa amplitude s o extremamente dif ceis de tratar devido presen a de ru do e porque normalmente n o s o necess rios ganhos t o elevados No entanto estes factores podem ser controlados inserindo uma malha de re alimenta o no circuito do amplificador Amplificador operacional 741 versus amplificador operacional ideal A estrutura interna de um amplificador operacional em geral muito complexa sendo constitu do por dezenas de transistores e resist ncias e condensadores fabricados em pastilhas de sil cio chip Os amplificadores fabricados numa mesma pastilha s o depois separados por clivagem do cristal de sil cio e montados em caixas de suporte met licas de cer mica ou de pl stico contendo contactos met licos ligados a pistas condutoras s quais se conectam os diferentes terminais do amp op individualmente com 5 Por oposi o ao ganho em malha fechada ou em re alimenta o JF 17 de Setembro de 2006 LAB DE INTRODUCAO ELECTR NICA 2004 05 3 Amplificador Operacional montagens inversora e n o inversora 45 uma rea com cerca de 1 mm As caixas de suporte s o depois devidamente seladas ficando acess veis apenas os contactos met licos A Fig 5 mostra algumas das caixas de suporte encapsulamento existentes Olhando para as caixas de cim
142. ldades de respira o 75 mA fibrila o ventricular 250 mA fibrila o ventricular usualmente fatal ap s 5 s 4000 mA paragem card aca 5000 mA queimadura dos tecidos Refer ncias 1 Electr nica Anal gica Ant nio J G Padilla Editora McGraw Hill de Portugal 1993 2 The Art of Electronics P Horowitz W Hill 2 edi o Cambridge Press 1989 3 Fisica Experimental Uma Introdu o M C Abreu L Matias L F Peralta Editorial Presen a 1994 4 Trabalhos pr ticos de laborat rio de F sica III Departamento de F sica Faculdade de Ci ncias da Universidade do Porto 1998 Fibrilac o s f medic sucess o irregular desordenada de contrac es e relaxa es das fibras de um m sculo como o cora o o diafragma e outros Do fr fibrillation id JF 17 de Setembro de 2006 LAB DE INTRODUGAO A ELECTR NICA 2004 05 Equipamento de Base nas Bancadas do Laboratorio de Instrumentac o e Electr nica JF 10 17 de Setembro de 2006 LAB DE INTRODUGAO A ELECTR NICA 2004 05 Guia para a Resoluc o de Problemas de Electr nica 11 Guia para a Resolug o de Problemas de Electronica Numa situa o real a um cientista engenheiro n o ser pedido para resolver problemas que j foram anteriormente solucionados Quer seja na tentativa de melhorar o desempenho de um sistema existente ou na implementa o de um novo sistema o cientista engenheiro trabalhar na resolu o de problemas n
143. lha que constitui as escalas das ordenadas tens o e das abcissas tempo S o essencialmente aparelhos anal gicos a representa o gr fica de uma grandeza constitui um modo de representa o anal gico muito embora o processamento do resultado da medi o at sua apresenta o possa envolver tecnologias digitais em maior ou menor extens o utilizam se cada vez mais oscilosc pios digitais corrente estar associada representa o gr fica da grandeza medida alguma informa o alfanum rica por exemplo os factores de escala gt ttt t t t tut t t t ut t tt aram A 5105 we Fig 11 Painel frontal de um oscilosc pio O oscilosc pio um aparelho de medida caracteriza o essencial num laborat rio de Electricidade e Electr nica e n o s Se bem que as ddp possam ser medidas recorrendo a mult metros o oscilosc pio apresenta a vantagem suplementar de permitir observar ddp vari veis no tempo O elemento essencial de um oscilosc pio o tubo de raios cat dicos Fig 12 tubo no qual se fez o vazio e que cont m um canh o de electr es que gera um feixe de electr es de velocidade elevada um par de el ctrodos placas horizontais para desvio vertical do feixe Y2 um par de el ctrodos placas verticais para desvio horizontal do feixe X1 X2 um ecr fluorescente que brilha sob o impacto dos electr es Alvo JF 17 de Setembro de 2006 LAB D
144. lizam aparelhos adequados Tamb m noutros dom nios cient ficos e tecnol gicos as medi es se reduzem as mais das vezes a medi es de grandezas el ctricas porquanto a utiliza o cada vez mais generalizada de transdutores adequados remete a tarefa da medi o de grandezas n o el ctricas para um problema de medi o de uma ou mais grandezas el ctricas mais geralmente tens es ou correntes A grandeza el ctrica mais frequentemente medida a tens o Com efeito a tens o el ctrica a grandeza de mais f cil medi o sendo igualmente f cil reduzir a ela a maioria das outras grandezas el ctricas ou n o Outra grandeza cuja medi o imediata a intensidade de corrente el ctrica Fontes de Tens o e de Corrente El ctrica habitual na linguagem electrot cnica corrente designar se por fonte de tens o uma fonte cuja ddp constante no tempo e por gerador de fun es fonte de sinais uma fonte cuja ddp vari vel no tempo Assim uma fonte de tens o um aparelho capaz de estabelecer e manter uma diferen a de potencial entre dois pontos terminais da fonte de tens o constante no tempo entre os terminais da fonte uma fonte de corrente um dispositivo capaz de fornecer e manter uma corrente el ctrica constante no tempo II Corrente Cont nua cc Em corrente cont nua cc os componentes s o caracterizados unicamente pela respectiva resist ncia el ctrica e o car cter capacitivo e ou in
145. ltima semana de aulas do semestre dois relat rio detalhados sobre dois dos trabalhos realizados com excep o dos dois primeiros trabalhos Na pen ltima semana de aulas ser o sorteados os trabalhos sobre os quais versar o os relat rios detalhados Exame pr tico na ltima semana de aulas cada aluno repartir um trabalho pr tico a sortear n o sendo considerados os dois primeiros trabalhos para este fim A nota final da pr tica NP ser determinada tendo em conta os seguintes aspectos avalia o continua correspondente observa o da participa o desempenho do aluno na realiza o do trabalho A falta a uma aula far com que o aluno faltoso tenha relativamente a essa aula nota zero avalia o dos relat rios detalhados exame pr tico Se a nota final de laborat rio NP for inferior a 10 valores o aluno n o tem frequ ncia n o sendo admitido a exame final O docente Jos Figueiredo JF 17 de Setembro de 2006 LAB DE INTRODUGAO A ELECTR NICA 2004 05 Equipamento de Base nas Bancadas do Laborat rio de Instrumenta o e Electr nica 7 Equipamento de Base nas Bancadas do Laborat rio de Instrumenta o e Electr nica Sobre cada bancada existir um oscilosc pio um gerador de sinal uma fonte de alimenta o sa das de 5 15 e 15 V um mult metro uma placa de montagem e fios de liga o As montagens s o efectuadas com aux lio de componentes existentes nas caixas de armazenam
146. m num nodo nula considerando se positivas as que se aproximam e negativas as que se afastam do nodo Nos guias laboratoriais de IE representa uma corrente el ctrica constante i t indica uma corrente el ctrica vari vel no tempo e i o valor instant neo da intensidade de corrente el ctrica A mesma conven o adoptada para a tens o V v t e v JF 17 de Setembro de 2006 LAB DE INTRODU O A ELECTR NICA 2004 05 1 Circuitos de Corrente Continua Medi o de Grandezas El ctricas 17 Lei das malhas numa malha fechada qualquer a soma alg brica das for as electromotrizes das fontes A pais 0 x 4 igual soma alg brica das quedas de tens o nos v rios ramos que constituem a malha III Placas de Montagem As placas de montagem permitem montar circuitos el ctricos e electr nicos prot tipos assegurando a estabilidade mec nica e a realiza o de liga es entre os diversos componentes electr nicos do circuito discretos ou n o com relativa facilidade Na Fig 2 mostra se o esquema de organiza o de uma placa de montagem t pica Todos os buracos das placas de teste t m internamente um sistema de mola que permite um bom contacto el ctrico com o fio de liga o Grupos de buracos encontram se ligados internamente entre si no caso da placa da Fig 2 todos os buracos nas linhas verticais dos dois grupos centrais correspondem a um mesmo nodo as placas usadas permitem ver as diversas liga e
147. m um Transistor Bipolar 111 tens o correspondentes ao valor l gico 0 0 0 9 V Ao valor l gico 1 referem se as tens es compreendidas entre 2 5 5 V Ao contr rio das montagens OU e E n o poss vel implementar a fun o N O apenas com d odos resist ncias Pode ser bastante instrutivo despender algum tempo a tentar faz lo O interruptor da montagem NAO pode ser substitu do por um rel Contudo o tempo de comuta o deste dispositivo da ordem de milisegundo o que para a rapidez do mundo moderno n o de modo nenhum suficiente at considerado muito lento Relembrar que os microprocessadores apresentam frequ ncias de rel gio superiores a 1 GHz a que correspondem tempos de comuta o inferiores ao nanosegundo Um trans stor um tr odo de cristal semicondutor muito utilizado em electr nica geralmente de sil cio capaz de amplificar detectar modular etc isto de efectuar fun es semelhantes s das v lvulas termi nicas contudo de forma muito mais eficiente Pode tamb m fazer variar a corrente no terceiro terminal de zero a um valor significativamente elevado ou o inverso permitindo ao dispositivo actuar como um interruptor comutador O interruptor comutador o elemento b sico dos circuitos digitais II Tecnologias e topologias dispon veis para a implementa o de portas l gicas digitais Existem v rias tecnologias e topologias dispon veis para a implementa o de portas l
148. minosa em vez de um tra o Se desligar a base de tempo bot o X Y para dentro observa um ponto ou uma mancha luminosa fixos no ecr c Verifique que todas as escalas est o na posi o de calibradas CAL Conecte uma ponta de prova entrada do canal CH1 X Coloque o comutador VERTICAL MODE em CHI X Assegurando que o oscilosc pio OSC est no MODO Y T i e a base de tempo activada me a a tens o aos terminais de uma fonte de tens o cont nua usando os terminais da ponta de prova Observe o efeito do JF 17 de Setembro de 2006 LAB DE INTRODU O ELECTR NICA 2004 05 2 Circuitos de Corrente Alternada Filtros Circuitos RC e RLC 36 comutador VAR da entrada CH1 X posi o em GND DC e AC Fa a medi es nas escalas de 2 V DIV e 5 V DIV d Meca a mesma ddp com o mult metro Confronte ambos os resultados Indique em ambos os casos o erro de leitura e Mega a resist ncia de entrada nos canais do OSC com os comutadores VAR em AC DC e GND Conecte a sa da do gerador de sinais entrada CH2 Y do oscilosc pio f Com VAR em AC observe no OSC sinais sinusoidais de frequ ncia da ordem de 150 Hz regul vel no gerador de sinais e com amplitudes 100 mV e 1 V aproximadamente g Verifique os efeitos do bot o TRIGGER e dos comutadores COUPLING e SOURCE e do comutador VAR da entrada CH2 Y em GND DC e AC Com COUPLING em AUTO verifique o efeito do bot o TRIGGER LEVEL h Determine a amplitude o valor pico a
149. mos eram electricamente neutros um n mero de tomos igual ao n mero de electr es quase livres adquire agora carga positiva A aus ncia de um electr o na liga o covalente aparece como uma carga positiva na banda de val ncia no ponto onde o electr o se encontrava o qual poder atrair e aceitar um electr o ligado a um tomo vizinho A concentra o de electr es na banda de condu o de um semicondutor puro ou intr nseco varia exponencialmente com a temperatura o que faz com que a sua condutividade dependa fortemente da temperatura Esta propriedade faz com que os semicondutores intr nsecos sejam pouco usados em dispositivos electr nicos optoelectr nicos A condutividade dos semicondutores pode no entanto ser drasticamente alterada dopando o semicondutor com tomos diferentes dos que comp em o cristal semicondutor puro A dopagem de um semicondutor consiste na substitui o de uma frac o muito pequena de tomos do semicondutor puro por um n mero igual de tomos de tamanho id ntico e com mais menos um electr o de val ncia Quando a dopagem efectuada com tomos com mais um electr o de val ncia impureza dadora do que o tomo original o semicondutor obtido designa se do tipo n cria se um excesso de cargas livres negativas em n mero id ntico ao das impurezas dadoras se o tomo dopante possuir menos um electr o de val ncia o semicondutor resultante diz se do tipo p as liga es covalentes entre o tomo do
150. mplificador completo ganho do amplificador em tens o em corrente ou em pot ncia corresponde raz o entre a amplitude tens amp o corrente pot ncia do sinal final e a amplitude tens amp o corrente pot ncia do sinal inicial comum expressar os ganhos em decibel dB Al m dos ganhos necess rio ter em conta o valor das resist ncias de entrada e de sa da A resist ncia de entrada Rin determinada com a carga R ligada Rin Vin iin A resist ncia de sa da Roy obtida com a 4 uso de v lvulas de v cuo est hoje reservado amplifica o de sinais de grande pot ncia ou em amplificadores udio de grande precis o 35 Um circuito integrado um elemento electr nico formado numa pequena por o de material semicondutor que inclui v rios componentes elementares resist ncia condensadores d odos e trans stores as bobines s o de dif cil implementa o em materiais semicondutores bem como as respectivas liga es JF 17 de Setembro de 2006 LAB DE INTRODUGAO A ELECTR NICA 2003 04 8 Circuito Amplificador com um Trans stor Bipolar 100 resist ncia de carga desligada e a fonte equivalente de Th venin v da entrada substitu da por um curto circuito Rout Vout Zout Duas grandezas de grande import ncia em determinados tipos de amplificadores e alguns circuitos realimentados s o a transcondut ncia e a transresist ncia A primeira corresponde raz o entre a corrente de sa da e
151. mpo de transi o muito pequeno o d odo t nel um dispositivo bastante r pido a frequ ncia de corte destes componentes pode atingir dezenas de GHz 25 ros I RD E E Existem v rios d odos com uma ou mais jun es p n muito usados em osciladores e geradores de microondas com a capacidade de produzir pot ncias de dezenas de watt JF 17 de Setembro de 2006 LAB DE INTRODU O A ELECTR NICA 2004 05 5 Caracter stica Corrente tens o do D odo 70 Varactor varicap varistor H em geral a capacidade el ctrica da jun o de um diodo varia com a tens o aos seus terminais Os varactores s o d odos de jun o especialmente desenhados de forma a fortalecer a depend ncia na tens o da capacidade da jun o S o muito usados em osciladores cuja frequ ncia controlada por tens o voltage control oscillators VCOs D odo de Barreira de Schottky Quando um metal colocado em contacto directo com um semicondutor ocorre uma transfer ncia de cargas de um lado para o outro de modo a igualar os n veis de Fermi semelhan a do que acontece numa jun o p n A diferen a entre o contacto de dois semicondutores e o contacto metal semicondutor resulta de os vazios n o poderem passar do semicondutor para o metal A transfer ncia de carga origina zonas de carga de polaridade opostas de ambos os lados da jun o resultando numa barreira de potencial designada de barreira de Schottky N o de estr
152. na como um curto circuito entre o colector e o emissor Na realidade devido resist ncia hmica do material semicondutor e para o sil cio Von 0 2 V Em resumo no modo de satura o praticamente inexistente o controle da corrente do emissor por parte da corrente de base uma vez que a barreira de potencial entre a jun o base emissor praticamente deixa de existir O que contrasta com a opera o no modo linear no qual a altura da barreira de potencial e por consequ ncia o movimento de electr es do emissor para a base controlado pelo potencial aplicado base Uma vez na base e ignorando o efeito do processo de recombina o os electr es deslocam se por difus o para a regi o fronteira da jun o base colector atravessando a para o colector por arrastamento devido ao maior potencial no colector III Curvas Caracter sticas do Trans stor npn O transistor bipolar em geral usado numa das configura es seguintes emissor comum base comum ou colector comum O termo comum indica que o emissor a base ou o colector respectivamente est o ligados directamente ou via outro componente normalmente uma resist ncia ao comum do circuito Curvas caracter sticas do trans stor As equa es que descrevem as correntes no transistor equa es de Ebers Moll n o apresentadas neste gui o mostram que o transistor pode ser caracterizado por apenas quatro par metros Estes s o em geral fornecidos pelo fabrican
153. nda quadrada frequ ncia de corte superior do circuito 7 Registe os tempos de atraso e de subida descida 8 Qual a frequ ncia de corte inferior do circuito Bibliografia Microelectronic Circuits A S Sedra and K C Smith Saunders College Publishing London 1991 Electronics Fundamentals Circuits Devices and Applications T L Floyd Prentice Hall 2000 Electr nica Anal gica Ant nio J G Padilla Editora McGraw Hill de Portugal 1993 JF 17 de Setembro de 2006 LAB DE INTRODUGAO A ELECTR NICA 2003 04 9 Circuito de Comuta o com um Transistor Bipolar 119 Canal 1 V DIV Canal 2 B de Tempo s DIV V DIV Canal 1 V DIV Canal 2 B de Tempo S DIV V DIV JF 17 de Setembro de 2006 LAB DE INTRODUGAO A ELECTR NICA 2003 04 9 Circuito de Comuta o com um Transistor Bipolar 120 Canal 1 V DIV Canal 2 B de Tempo s DIV VIDIV Canal 1 V DIV Canal 2 B de Tempo s DIV V DIV JF 17 de Setembro de 2006 LAB DE INTRODUCAO ELECTR NICA 2003 04 Ap ndices 121 Ap ndices A Folha de especifica o de d odos 1N400x 123 B Folha de especifica o de transistores BC107 108 109 4 125 C Folha de especifica o do amplificador operacional 741 135 JF 17 de Setembro de 2006 LAB DE INTRODUGAO A ELECTR NICA 2003 04 Ap ndice 122 JF 17 de Setembro de 2006 MOTOROLA Order this document SEMICONDUCTOR TECHNICAL DATA by 1N4001 D Axial Lead 1N4001 Standard Recovery Rectifiers t
154. ning Office 4 32 1 P O Box 5405 Denver Colorado 80217 303 675 2140 or 1 800 441 2447 Nishi Gotanda Shinagawa ku Tokyo 141 Japan 81 3 5487 8488 Mfax RMFAX0 email sps mot com TOUCHTONE 602 244 6609 ASIA PACIFIC Motorola Semiconductors H K Ltd 8B Tai Ping Industrial Park US amp Canada ONLY 1 800 774 1848 51 Ting Kok Road Tai Po N T Hong Kong 852 26629298 INTERNET http motorola com sps MOTOROLA 1N4001 D DISCRETE SEMICONDUCTORS DATA SHEET BC107 BC108 BC109 NPN general purpose transistors Product specification 1997 Sep 03 Supersedes data of 1997 Jun 03 File under Discrete Semiconductors SC04 Philips PHILIPS Semiconductors DH LI p Philips Semiconductors Product specification H LLAC LLLtLLLLLLULK A ee NPN general purpose transistors BC107 BC108 BC109 LEE eee FEATURES PINNING Low current max 100 mA PIN DESCRIPTION Low voltage max 45 V emitter base APPLICATIONS 3 collector connected to the case General purpose switching and amplification DESCRIPTION 1 3 NPN transistor in a TO 18 SOT18 metal package PNP complement BC177 2 3 MAM264 1 Fig 1 Simplified outline TO 18 SOT18 and symbol QUICK REFERENCE DATA SYMBOL PARAMETER CONDITIONS MIN MAX UNIT collector base voltage open emitter BC107 BC108 BC109 collector emitter voltage o
155. notice to change said circuitry and specifications
156. ntrada pela sa da e realimentac o negativa ao caso oposto Fig 11 Realimenta o A rela o entre o sinal de sa da Vout e o sinal de entrada Vin ver figura V out AV tB onde BVout a frac o do sinal de sa da re injectada na entrada Se BVout tiver o mesmo sinal que Vin a equa o anterior divergir Isto corresponde ao ganho em malha fechada tender para oo realimenta o positiva No entanto se BVout tiver sinal oposto a Vin a equa o converge esta situa o corresponde realimenta o negativa Para este ltimo caso tem se Realimenta o Negativa O conceito de realimenta o negativa negative feedback foi introduzido em 1927 por Harold S Black um jovem engenheiro dos laborat rios Bell E U A para reduzir os n veis de distor o presentes nos amplificadores de v lvulas da poca usados nas redes de transmiss o de informa o Na realimenta o negativa parte do sinal de sa da do amplificador re injectado em oposi o de fase na entrada i e a frac o do sinal de sa da re injectada na entrada reduz o valor efectivo do sinal de entrada O princ pio de realimenta o negativa aplicado praticamente em todas as montagens amplificadores O ganho de uma montagem com realimenta o negativa ganho em malha fechada dado por A Ap 1 B A Se B A for muito maior que 1 o que acontece com amplificadores ideais e mesmo reais obt
157. ntre buracos de 1 10 de polegada dimens o caracter stica de base dos componentes electr nicos A zona central permite montar directamente circuitos integrados As linhas laterais s o particularmente indicadas para liga o das alimenta es e ou sinais a ser ligados a diferentes pontos na montagem ver Fig 2 Power supply leads a Senes b Parallel Fig 2 Exemplos de montagens na placa de teste resist ncias em serie e em paralelo respectivamente JF 17 de Setembro de 2006 LAB DE INTRODUGAO A ELECTR NICA 2004 05 Equipamento de Base nas Bancadas do Laborat rio de Instrumenta o e Electr nica 8 Devido s liga es internas estas placas apresentam indut ncias e capacidades que n o aconselham a sua utiliza o a frequ ncias superiores a algumas dezenas de megahertz a t tulo de exemplo a capacidade entre linhas adjacentes da ordem de 10 pF Os fios de liga o mais indicados s o de espessura pequena adequada aos furos e monofilares IMPORTANTE As pontas de prova dos equipamentos dever o ser mantidas nas bancadas junto dos aparelhos Mult metros O gui o do primeiro trabalho cont m indica es fundamentais sobre mult metros a sua leitura atenta muito importante Sugere se ainda a consulta de 2 3 Ressalta se aqui a absoluta necessidade de conhecimento b sico sobre escolha de terminais selec o de grandezas a medir tens o intensidade de corrente resist ncia
158. o a posi o x do ponto segundo a horizontal proporcional a f o eixo XX convertido no eixo dos tempos O comutador da base de tempo TIME DIV define a constante de proporcionalidade e portanto determina a escala de tempos Como os electr es do tubo de raios cat dicos se deslocam a grande velocidade o desvio do feixe em resposta a uma tens o aplicada s placas muito r pido incomparavelmente mais r pido que o de qualquer JF 17 de Setembro de 2006 LAB DE INTRODUGAO A ELECTR NICA 2004 05 2 Circuitos de Corrente Alternada Filtros Circuitos RC e RLC 35 sistema mec nico ou mult metro o que permite a observag o e medig o no oscilosc pio de sinais v r de alta frequ ncia neste oscilosc pio sinais com frequ ncias at 1 MHz Com o modo de funcionamento Y T base de tempo activada a entrada X deixa de estar ligada s placas verticais X1 e X2 de deflex o horizontal ligada s placas de deflex o vertical permitindo a visualiza o de outro sinal independentemente do sinal aplicado ao canal CH2 Y Y Ambos os canais s o ligados s placas de deflex o vertical embora n o se encontrem ligadas simultaneamente para podermos visualizar os dois sinais CH1 e CH2 ao mesmo tempo no ecr o oscilosc pio disp e de um processo de comuta o autom tico modo de funcionamento DUAL Os comandos TRIG LEVEL COUPLING e SOURCE servem para assegurar a visualiza o de um padr o estaci
159. o tamb m muito usados em aplica es de sinal Outra aplica o do d odo em electr nica digital D odos em associa o com resist ncias podem ser usados para implementar as portas l gicas digitais OU e E II Rectifica o A capacidade de conduzir num s sentido faz do d odo de jun o um elemento extremamente til para materializar v rias fun es O d odo de jun o alimentado por uma tens o alternada conduz numa das altern ncias passando ao estado de bloqueio na altern ncia seguinte Assim usando um ou mais d odos poss vel transformar uma tens o alternada em tens o unidireccional A Rectifica o de Meia Onda Consideremos o circuito da Fig 1 ao qual aplicada uma tens o sinusoidal v Qual ser a forma do sinal de sa da v Fig 1 Circuito rectificador de meia onda JF 17 de Setembro de 2006 LAB DE INTRODUGAO A ELECTR NICA 2004 05 6 Circuitos de Rectifica o e de Detec o de Pico 80 Para simplificar vamos supor que se trata de um d odo ideal isto durante as arcadas positivas da sinus ide comporta se como um interruptor fechado e como um interruptor aberto para as arcadas negativas Fig 2 a A forma de onda de sa da est representada em Fig 2 b t 0 0 Vo Vo E E A f t Tur t e Yi o al Vo Xx Fig 2 Fases da rectifica o de meia onda Conclui se que o circuito da Fig 1 elimina
160. on rio no ecr dos sinais aplicados aos canais do oscilosc pio VI Procedimento Experimental Registe no seu caderno todos os valores medidos e as formas de onda dos sinais observados no oscilosc pio Treino com o Oscilosc pio e o Gerador de Sinais Objectivo Observa o e medi o de diferen as de potencial constantes e vari veis no tempo usando o mult metro e o oscilosc pio Material Utilizado Oscilosc pio fontes de tens o cont nua gerador de sinais mult metro pontas de prova e cabos de liga o a Comece por identificar no painel frontal do oscilosc pio os comandos INTENSITY FOCUS X Y POS h tr s POWER VOLT DIV h dois um para o canal CHI X e outro para o canal CH2 Y TIME DIV TIME BASE VAR h dois com posi es AC GND DC VAR SWEEP VERTICAL MODE TRIGGER LEVEL COUPLING SOURCE e HOLD OFF b Certifique se que n o existe nenhum sinal aplicado s entradas e que a base de tempo est activada bot o X Y para fora Ligue o aparelho POWER ON e obtenha no ecr um tra o cont nuo com boa qualidade ptica se n o encontrar o tra o procure o com os potenci metros POS nos pain is de controlo dos canais e CH2 assegure que os comutadores VAR est o no estado GND e centre o tra o com o aux lio dos controlos POS A qualidade regulada com o potenci metro de INTENSITY e FOCUS Se usar um tempo de varrimento grande por exemplo TIME DIV em 50 ms DIV observa uma mancha lu
161. ondentes s varias fun es habitual uma mesma escala entenda se neste contexto arco de circunfer ncia dividido em intervalos parcelares por pequenos tra os ter associada v rias gradua es correspondentes s v rias gamas Nos aparelhos digitais especialmente nos mais modernos a leitura correcta est mais facilitada j que o ecr indica al m do valor num rico a unidade e o eventual multiplicador Os aparelhos digitais s o activos isto cont m circuitos electr nicos que t m de ser alimentados para o que os aparelhos est o equipados com pilhas acumuladores ou fontes de alimenta o interna ou externa Em qualquer caso para operar o aparelho necess rio ligar a alimenta o no respectivo interruptor Qualquer aparelho de medi o por mais simples e barato que seja sempre fornecido com um manual em que devem estar resumidas as especifica es el ctricas e operacionais assim como dados sobre a precis o e instru es de opera o Em caso de d vida encoraja se vivamente o utilizador a consultar esses elementos Nalguns aparelhos h um resumo dos aspectos mais importantes na base costas dos mesmos VII Procedimento Experimental IMPORTANTE Registe no seu caderno todos os valores medidos Treino com o Mult metro e Placa de Teste Objectivo Medi o de diferen as de potencial de intensidades de corrente el ctrica e de resist ncia usando o mult metro Verifica o da lei de Ohm Estu
162. onentes A informa o sobre componentes electr nicos d odos transistores Amp Ops encontra se nos respectivos data sheets em dossier pr prio no laborat rio Regras Comportamentos de Seguran a Evitar contacto com os terminais das fontes Desligar as fontes antes de trabalhar no circuito Descarregar os condensadores antes de tocar no circuito N o trabalhar em equipamentos sem conhecer os procedimentos e os cuidados a ter N o manusear instrumentos com as m os molhadas n o trabalhar em piso molhado Conhecer os locais onde se encontram os interruptores de seguran a e as sa das de emerg ncia N o usar valores de corrente superiores s necessidades do circuito Fazer em ltimo lugar a conex o ao ponto de maior tens o do circuito os componentes electr nicos operam em geral a elevada temperatura o que pode originar queimaduras e aumentar o risco de inc ndio Efeitos da Corrente El ctrica no Corpo Humano Choque el ctrico E a corrente e n o a tens o que causa o choque A severidade do choque depende claro do valor da diferen a de potencial e do caminho percorrido pela corrente no corpo Resist ncia t pica do corpo humano 10 a 50 220 22 mA Efeitos no corpo humano da corrente el ctrica 2 mA come o da percep o 10 mA choque sem dor e sem perda de controlo muscular 20 mA choque com dor 30 mA choque com dor severa contrac o muscular dificu
163. ons T L Floyd Prentice Hall 2000 Electr nica Anal gica Ant nio J G Padilla Editora McGraw Hill de Portugal 1993 JF 17 de Setembro de 2006 LAB DE INTRODUGAO A ELECTR NICA 2004 05 6 Circuitos de Rectifica o e de Detec o de Pico 86 Circuitos de Rectificac o e de Detecc o de Pico Folha de registo de dados Al Rectifica o de meia onda Canal 1 V DIV Canal 2 B de Tempo s DIV V DIV Canal 1 V DIV Canal 2 B de Tempo s DIV V DIV JF 17 de Setembro de 2006 LAB DE INTRODUGAO A ELECTR NICA 2004 05 6 Circuitos de Rectifica o e de Detec o de Pico 87 A2 Rectificac o de Onda Completa Canal 1 V DIV Canal 2 B de Tempo s DIV VIDIV Canal 1 V DIV Canal 2 B de Tempo S DIV VIDIV JF 17 de Setembro de 2006 LAB DE INTRODUGAO A ELECTR NICA 2004 05 6 Circuitos de Rectifica o e de Detec o de Pico 88 B Detec o de Pico e Filtragem Canal 1 V DIV Canal 2 B de Tempo s DIV V DIV Canal 1 V DIV Canal 2 B de Tempo s DIV VIDIV JF 17 de Setembro de 2006 LAB DE INTRODUGAO A ELECTR NICA 2003 04 7 Tra ado das Curvas Caracter sticas de um Transistor Bipolar 89 Tracado das Curvas Caracter sticas de um Trans stor Bipolar Um transistor um tr odo de cristal semicondutor muito utilizado em electr nica geralmente de sil cio capaz de amplificar detectar modular etc isto de efectuar fun es semelhantes s das v lvulas
164. pante impureza aceitadora os seus vizinhos efectuam se agora com menos um electr es de val ncia i e cria se uma lacuna buraco na liga o Verifica se que a car ncia de um electr o nas liga es em n mero igual ao da frac o das impurezas aceitadoras se comporta sobe a ac o de um campo el ctrico como uma carga positiva A defici ncia de um electr o designada de lacuna ou vazio Os semicondutores dopados s o designados por semicondutores extr nsecos O semicondutor mais usado em electr nica o sil cio elemento do quarto grupo da tabela peri dica em optoelectr nica os mais usados s o o arsenieto de g lio material de que s o feitos os lasers semicondutores presentes nos leitores de disco compacto o fosfato de ndio e ligas sint ticas de InGaAsP e InGaAlAs ligas semicondutoras usadas para fabricar os lasers empregues em redes de comunica o por fibra ptica Em quase todos os componentes semicondutores existe uma ou mais jun es p n O comportamento dos electr es e dos vazios nas jun es p n de um dispositivo determina a s caracter stica s corrente tens o I V do dispositivo O d odo semicondutor formado por uma jun o p n A palavra diodo resulta do grego di hod s elemento com dois contactos ou duas vias no sentido lato uma resist ncia por exemplo tamb m um d odo Contudo a designa o d odo aplica se unicamente a dispositivos semicondutores com dois terminais com ou sem j
165. para o observador rectil neo horizontal ou vertical estes sao mais usados em instalag es fixas tais como em quadros arm rios ou pain is el ctricos A apresenta o digital num rica num apresentador ecr realizado em qualquer das tecnologias actuais cristais l quidos LCDs filamentos luminosos do dos electroluminescentes LEDs plasma etc apresentado o valor num rico da grandeza em medi o geralmente acompanhado de alguma informa o alfab tica adicional s mbolo SI da unidade de medi o valor relativo etc A telemedi o tem lugar sempre que a medi o local indesejada ambientes inacess veis por exemplo na tecnologia aeroespacial e hostis por exemplo reactores nucleares instala es de alta tens o reas t xicas etc s o apenas alguns exemplos Neste tipo de situa es as medi es das grandezas s o geralmente feitas colocando uma sonda adequada medi o da grandeza em apre o junto ao local onde se pretende fazer a medi o a que se segue todo um sistema mais ou menos extenso e ou complexo amplificador transmissor linha de transmiss o receptor condicionador da informa o recebida e finalmente apresenta o Em situa es deste tipo o extremo da cadeia de medi o habitualmente constitu do por um sistema inform tico mais concretamente um sistema de aquisi o de dados V Aparelhos de Medi o A grandeza el ctrica mais frequentemente medida
166. pen base BC107 BC108 BC109 peak collector current total power dissipation Tamb 25 C DC current gain 2 Vog 5 107 BC108 BC109 transition frequency lc 10 mA Vce 5 V f 100 MHz 1997 Sep 03 2 Philips Semiconductors Product specification NPN general purpose transistors BC107 BC108 BC109 LIMITING VALUES In accordance with the Absolute Maximum Rating System IEC 134 SYMBOL PARAMETER CONDITIONS MIN MAX UNIT collector base voltage open emitter BC107 BC108 BC109 collector emitter voltage open base BC107 BC108 BC109 emitter base voltage open collector BC107 BC108 BC109 collector current DC peak collector current peak base current total power dissipation storage temperature junction temperature Tamb operating ambient temperature 65 4150 C THERMAL CHARACTERISTICS SYMBOL PARAMETER CONDITIONS VALUE UNIT ius a thermal resistance from to ambient note 1 K mW Note 1 Transistor mounted on an FR4 printed circuit board 1997 Sep 03 3 Philips Semiconductors Product specification NPN general purpose transistors BC107 BC108 BC109 CHARACTERISTICS Tj 25 C unless otherwise specified SYMBOL PARAMETER CONDITIONS MIN TYP MAX UNIT collector cut off current le 0 Vcg 20V le 0 Vcs 20 V Tj 150 C emitter cut off current lc 0 Vep 5V DC current gain lc 10 uA Vce
167. pens vel e apenas existiria num amplificador operacional ideal O s mbolo da Fig 2 b para al m dos terminais de entrada e sa da representa os terminais de alimenta o V e V alguns amplificadores operacionais possuem apenas um terminal de alimenta o o seu funcionamento est inclu do neste estudo se considerarmos V 0 V A Fig 2 c representa o circuito equivalente de um amplificador operacional ideal terminal comum da s 4 fonte s de alimenta o Fig 2 S mbolos gen ricos de um amp op a e b Circuito equivalente de um amplificador operacional c Antes de continuar conv m referir as fun es dos terminais indicados nos s mbolos Os terminais 1 e 2 s o os terminais de entradas e s o geralmente identificados com os sinais e importante referir que os sinais e n o est o associados polaridades dos sinais a aplicar aos terminais De facto tanto a um como ao outro podem ser aplicadas tens es negativas ou positivas O terminal 3 representa o terminal de sa da o sinal de sa da em geral referenciado massa do circuito dado por Vout Alv YV onde v representa a tens o aplicada entre o terminal e o comum e v a tens o aplicada entre o terminal e o comum Se v 0 o sinal de sa da amplificado est em oposi o de fase relativamente ao sinal de entrada Porque o terminal introduz uma diferen a de fase o terminal designa se entrada
168. pico e o per odo do sinal a partir do per odo calcule a frequ ncia do sinal Com o bot o de ganho em CAL verifique o efeito do comutador x10 da ponta de prova i Mega a tens o eficaz dos sinais sinusoidais usando o mult metro Compare os valores medidos com as medidas da amplitude obtidas com o oscilosc pio j Observe no OSC um sinal triangular de frequ ncia da ordem de 150 Hz regul vel no gerador de sinais e com amplitude 1 V Determine a amplitude o valor pico a pico e o per odo do sinal a partir do per odo calcule a frequ ncia do sinal Repita para sinais quadrados k Aplique s duas entradas do OSC dois sinais sinusoidais de 2 V de amplitude com aproximadamente a mesma frequ ncia 100 Hz Active o modo X Y do oscilosc pio bot o XY comandos SOURCE e VERT MODE Varie a frequ ncia de um dos sinais observando no ecr do oscilosc pio a evolu o do respectivo padr o Estudo de Circuitos RC Objectivo Observa o e medi o de tens es vari veis no tempo usando o oscilosc pio Estudo de circuitos RC em regime estacion rio e transit rio Material Utilizado Oscilosc pio gerador de sinais resist ncia condensador pontas de prova e cabos de liga o Circuito RC Passa Baixo a Calcule a fun o de transfer ncia do circuito da Fig 14 circuito RC passa baixo b Monte o circuito representado na Fig 14 com C 1 0 uF e R 100 Observe no canal CH1 X do oscilosc pio o sinal de entrada e no c
169. pr pria de um circuito el ctrico que depende exclusivamente da sua disposi o geom trica e do meio em que est mergulhado raz o entre o fluxo magn tico que atravessa esse meio e a intensidade da corrente que o percorre D odo do grego duas vias v lvula termi nica muito usada como rectificador de corrente constitu da por dois el ctrodos c todo e nodo em g s nobre muito rarefeito dispositivo semicondutor substituto da v lvula termi nica v lvula termi nica constitu da por um tubo de v cuo de vidro com dois el ctrodos c todo e nodo utilizada sobretudo para rectificar corrente alternada Transistor do ingl s gue transmite sinais el ctricos por meio de uma resist ncia triodo de semicondutor capaz de amplificar detectar modular etc 1 e de efectuar fun es semelhantes s das v lvulas termi nicas muito utilizado em electr nica receptor port til de r dio equipado com estes dispositivos e alimentado a pilhas Guia t tulo de v rias publica es de ensino pr tico in Dicion rio da Lingua Portuguesa 5 Edi o Porto Editora 1983 in Dicion rio Universal da Lingua Portuguesa Texto Editora http www priberam pt DLPO JF 17 de Setembro de 2006 Guias de Apoio Componente Laboratorial da Disciplina Introdu o Electr nica 2004 05 3 Nota Pr via Este conjunto de textos poder e tem com certeza erros involunt rios Agradece se a comunica o dos mesmos bem como o
170. pretendida Contudo existem circuitos integrados contendo a ponte rectificadora o circuito de filtragem e o elemento bloco de estabiliza o capazes de proporcionar uma tens o cont nua regul vel Antes de terminar este guia conv m fazer refer ncia a um aspecto de ordem pr tica quando desligamos uma fonte se aos seus terminais n o se encontrar ligada qualquer carga os condensadores de filtragem permanecem carregados o que pode ser perigoso para pessoas e equipamentos E por isso conveniente conhecimento da pot ncia a dissipar no d odo Zener fundamental para a escolha do d odo a utilizar JF 17 de Setembro de 2006 LAB DE INTRODUGAO A ELECTR NICA 2004 05 6 Circuitos de Rectifica o e de Detec o de Pico 84 colocar em paralelo com eles uma resist ncia de sangria de valor muito superior ao da carga habitual a qual assegura a descarga do condensador ao fim de alguns segundos V Procedimento Experimental Objectivo Estudar detalhadamente alguns circuitos de aplica o de d odos Material Gerador de sinais d odos resist ncias condensadores e oscilosc pio Atenc o Dever registar as figuras observadas no oscilosc pio A Rectifica o de Onda Completa a Monte o circuito da Fig 3 usando uma resist ncia da ordem de 1 e aplique entrada uma tens o alternada sinusoidal de 5 V de amplitude e frequ ncia 1 kHz Observe o sinal aplicado no canal 1 do oscilosc pio e a tens o
171. principal vantagem da corrente alternada a efici ncia com que pode ser transmitida A tens o alternada pode ser facilmente transformada em alta tens o reduzindo deste modo as perdas associadas s linhas de transmiss o se a resist ncia da linha e a pot ncia transmitida V 7 a perda na linha ser R I Assim se a tens o transmitida for elevada e a corrente for baixa as perdas na linha ser o minimizadas O final do s culo XIX caracterizado pela competi o entre estas duas modalidades de fornecimento de energia el ctrica V rios cientistas Thomas Edison por exemplo eram defensores dos sistemas de cc mas o advento do transformador e a necessidade de transmitir energia el ctrica da central at aos consumidores tornou os sistemas alternados dominantes Nas primeiras redes de distribui o a frequ ncia dos sinais de ca era superior a 100 Hz tipicamente 133 Hz No in cio do s culo XX Nikola Tesla o inventor do motor de indu o demonstrou que este n o funcionaria de forma eficiente a frequ ncias superiores a 100 Hz nos Estados Unidos a frequ ncia da ca 60 Hz enquanto que na Europa a distribui o realizada a 50 Hz 7 A corrente cont nua gerada por d namos enquanto a corrente alternada obtida a partir de alternadores JF 17 de Setembro de 2006 LAB DE INTRODUGAO A ELECTR NICA 2004 05 2 Circuitos de Corrente Alternada Filtros Circuitos RC e RLC 24 II Corrente Alternada ca A corr
172. protec o dever utilizar uma resist ncia de 200 Q tendo em aten o que a corrente no diodo n o deve exceder a corrente maxima suportada pelo d odo 1 A Assegure que a tens o aos terminais da fonte zero Deve fazer as medidas da tens o aos terminais do d odo e da corrente que o atravessa em simult neo A tens o deve ser medida usando o oscilosc pio Fig 8 Circuito usado para obter tra ado da caracter stica de um d odo m todo est tico JF 17 de Setembro de 2006 LAB DE INTRODUCAO ELECTR NICA 2004 05 5 Caracter stica Corrente tens o do D odo 74 b Comece por aumentar progressivamente tens o aplicada ao circuito Meca os pares de valores V c Trace o gr fico V com os valores obtidos no ponto anterior d Com base na caracter stica constru da estime o valor aproximado de Vp e de Rp B Func o de Transfer ncia do Diodo M todo Din mico B1 Rectificac o de Meia Onda a Monte o circuito da Fig 9 onde vj representa uma onda sinusoidal de amplitude 5 V e frequ ncia 100 Hz e R 2100 Q Visualize vj no canal 1 e vo no canal 2 Ligue o circuito e comute os dois canais do oscilosc pio para modo DC ap s sobrepor a linha de zero dos dois canais Observe e registe as formas de onda obtidas Registe os sinais Nota Antes de montar o circuito me a o valor da resist ncia R Fig 9 Circuito empregue para obter a fun o de transfer ncia do d odo m todo din mi
173. ra medir bem o valor da tens o de ondula o de sa da coloque o canal em que est a observar a sa da em acoplamento AC e altere a escala de tempo de modo a ter maior precis o c Explique as diferen as entre o gr fico obtido experimentalmente e o gr fico da Fig 5 d Mega durante quanto tempo 1 em cada per odo o condensador est em descarga e Indique a express o matem tica que descreve a tens o de descarga do condensador ve t Tenha em JF 17 de Setembro de 2006 LAB DE INTRODUGAO A ELECTR NICA 2004 05 6 Circuitos de Rectifica o e de Detec o de Pico 85 aten o o valor de tens o com que o condensador inicia a descarga Qual seria a diferen a na express o se consider ssemos o d odo ideal f Verifique que v t igual tens o em que a descarga se interrompe e v volta a acompanhar vj Procure justificar as pequenas diferen as eventualmente existentes entre o valor te rico e o valor obtido na pr tica g Reduza o valor da resist ncia de modo a obter uma varia o vis vel da tens o de ondula o Mega o valor da resist ncia desligando a do circuito h Repita os procedimentos b a f usando agora o potenci metro com o valor da resist ncia medida na al nea a Bibliografia Microelectronic Circuits Section 3 6 Rectifier Circuits 3 Edi o A S Sedra and C Smith Saunders College Publishing London 1991 Electronics Fundamentals Circuits Devices and Applicati
174. racar num mesmo gr fico a recta de carga do circuito e a caracter stica do d odo O valor da corrente no circuito corresponde ao ponto de intersec o da recta de carga do circuito e da caracter stica do d odo i e e V V Esta situa o est representada na Fig 6 Do gr fico obt m se 42 mA 1 mA Fig 6 Recta de carga do circuito e caracter stica I V do d odo VI Rectificac o de Meia Onda A capacidade de conduzir num s sentido faz do diodo de jun o um elemento extremamente til para materializar v rias fun es O d odo de jun o alimentado por uma tens o alternada conduz numa das altern ncias passando ao estado de bloqueio na altern ncia seguinte Assim usando um ou mais d odos poss vel transformar uma tens o alternada em tens o unidireccional Consideremos o circuito da Fig 1 ao qual aplicada uma tens o sinusoidal v Qual ser a forma do sinal de sa da v Fig 7 Circuito rectificador de meia onda Para simplificar vamos supor que se trata de um d odo ideal isto durante as arcadas positivas da sinus ide comporta se como um interruptor fechado e como um interruptor aberto para as arcadas negativas Fig 8 a A forma de onda de sa da est representada em Fig 8 b JF 17 de Setembro de 2006 LAB DE INTRODUCAO ELECTR NICA 2004 05 5 Caracter stica Corrente tens o do D odo 73 Yi ee Y Vp Vo HER a n i Vv o 9 H T od
175. rcursos para a carga descarga do condensador C nomeadamente a atrav s da fonte de alimenta o Vcc resist ncia Rc condensador resist ncia R do circuito a jusante Terra A resist ncia total deste percurso ser aproximadamente Rc RL JF 17 de Setembro de 2006 LAB DE INTRODUGAO A ELECTR NICA 2003 04 8 Circuito Amplificador com um Trans stor Bipolar 105 b atrav s da resist ncia condensador colector do transistor base do transistor gt emissor do transistor resist ncia Terra Considere se a resist ncia total deste percurso Rce Quando o transistor est a funcionar como amplificador encontra se no regime linear e portanto a jun o base colector est polarizada inversamente isto apresenta uma resist ncia muito elevada Por conseguinte a resist ncia total do percurso b Rce muito grande e este percurso pode ser ignorado Assim o percurso efectivo para a carga descarga do condensador C o percurso a resultando a partir da express o 13 10 Rc RS Para o valor de C aplica se igualmente o argumento considerado para o caso do condensador Cy i e 15 2 adopta se o valor normalizado mais pr ximo do calculado No caso de se observar o sinal voy num oscilosc pio o valor de tipicamente 1 MQ Resposta em Frequ ncia A express o 1 indica que o ganho do amplificador independente da frequ ncia do sinal que se pre
176. requ ncia m xima a que a porta l gica pode operar As figuras acima mostram esquematicamente os tempos de propaga o e de comuta o de baixo para alto e de alto para baixo Bibliografia Fisica de Materiais e Dispositivos Electr nicos S rgio M Rezende Editora da Universidade Federal de Pernambuco Brasil 1996 Physics of Semiconductor Devices S M Sze John Wiley London 1981 Microelectronic Circuits A S Sedra and K C Smith Saunders College Publishing London 1991 VI Procedimento Experimental Objectivo An lise do circuito de comuta o ou circuito inversor com um trans stor bipolar Material Fontes de tens o cont nuas vari veis gerador de sinais trans stores resist ncias oscilosc pio e multimetros Aten o Dever registar as figuras observadas no oscilosc pio A Montagem de circuito de comuta o ou circuito inversor com transistor bipolar 1 Dimensione o circuito da Fig 8 utilizando o transistor BC107B ou BC109B de forma a obter o funcionamento desejado Estes transistores t m um ganho de corrente factor de 320 25 C Em corte a corrente do colector nula e na satura o dever ser limitada por exemplo em 10 mA que deve JF 17 de Setembro de 2006 LAB DE INTRODUGAO A ELECTR NICA 2003 04 9 Circuito de Comuta o com um Transistor Bipolar 118 obviamente ser inferior corrente m xima permitida pelo transistor Jcmax i e tome agora max c sat 10 mA
177. rmas de onda registadas em d e e capaz de identificar a opera o matem tica que este circuito executa An lise de Resultados g Represente graficamente o modulo da fun o de transfer ncia do circuito em fun o da frequ ncia do sinal de entrada o modulo da fun o de transfer ncia do circuito em fun o do logaritmo da frequ ncia do sinal o modulo da fun o de transfer ncia do circuito em dB em fun o do logaritmo da frequ ncia do sinal de entrada a fase da fun o de transfer ncia em radianos em fun o da frequ ncia do sinal h A partir dos gr ficos obtidos em estime a constante de tempo do circuito Actividades Extra Aula Circuito RC Passa Alto Usando o software Microcap ou CircuitMaker estude o circuito RC passa alto use por exemplo C 720 47 R 200 Com as devidas adapta es repita os pontos de a a h da subsec o anterior Circuitos RCL Usando o software Microcap ou CircuitMaker estude os circuitos representados na Fig 9 tome por exemplo C 20 47 L 0 5 mH a Para cada um dos circuitos e tr s valores de R represente graficamente o modulo da fun o de transfer ncia dos circuitos em fun o da frequ ncia do sinal de entrada o modulo da fun o de transfer ncia dos circuitos em fun o do logaritmo da frequ ncia do sinal o modulo da fun o de transfer ncia do circuito em dB em fun o do logaritmo da frequ ncia
178. ro trabalho do d odo Funcionamento em Corte Neste modo de opera o ambas as jun es base emissor e base colector est o polarizadas inversamente Isto o trans stor est em corte quando a tens o entre a base e o emissor inferior tens o de franca condu o da jun o BE Para transistores de sil cio isso significa que Vgg 0 7 V e Vgc 0 7 V Fig 3 Em consequ ncia os fluxos de carga atrav s das jun es s o nulos e o trans stor comporta se como circuito aberto entre a base o emissor e o colector Neste caso todas as correntes de base de emissor e de colector s o nulas Funcionamento em Satura o Em satura o as jun es base emissor e base colector est o polarizadas directamente e de forma acentuada i e as barreiras de potencial nas jun es BE e BC que se op em difus o dos portadores de carga entre as v rias regi es s o atenuadas ou mesmo eliminadas Nesta situa o os portadores de carga maiorit rios em cada uma das camadas emissor base colector t m tend ncia por difus o a deslocarem se livremente para a s camada s adjacente s Este processo altera nas camadas do trans stor a condi o de JF 17 de Setembro de 2006 LAB DE INTRODUGAO A ELECTR NICA 2003 04 9 Circuito de Comuta o com um Transistor Bipolar 113 neutralidade el ctrica a qual rapidamente reposta pelas correntes el ctricas Jg Ig Jc provenientes das secc es do circuito exterior ligadas
179. ros passa baixo passa alto passa banda e rejeita banda Fun o de Transfer ncia Os filtros lineares em geral s o circuitos com dois pares de terminais um dos quais se considera como entrada do circuito e o outro como a sa da Fig 5 e cuja resposta isto a rela o entre as vari veis de entrada I eas de sa da e Iou dependente da frequ ncia Vn E Z 2 Vou Fig 5 Filtro linear constituido por dois componentes de esp cies diferentes A raz o V V Iou 0 designada por ganho atenua o do circuito por fun o de transmiss o do circuito ou por fun o de transfer ncia do circuito T V out em geral uma quantidade complexa Neste trabalho estudaremos a resposta em frequ ncia de circuitos contendo condensadores e bobines Decibel dB Para exprimir raz es de pot ncias tens es etc frequente usar se o decibel dB Se a pot ncia a corrente e a tens o de entrada de um circuito s o dadas por 1 e V in respectivamente e a pot ncia a IL eV out corrente e a tens o de sa da por P ent o a atenua o ou ganho do circuito em dB ut out 7 10log T o 20loglV V out 1 As grandezas e as fun es complexas como a imped ncia Z os fasores de tens o e de corrente V e I a fun o resposta em frequ ncia H representa se em estilo romano No entanto o m dulo e a fase das grandezas complex
180. s Continuous Operating Temperature Range 55 C to 125 C 0 C to 70 C 55 C to 125 0 C to 70 C Storage Temperature Range 65 C to 150 C 65 C to 150 65 C to 150 C 65 C to 150 C Junction Temperature 150 C 100 C 150 C 100 C Soldering Information N Package 10 seconds 260 C 260 C 260 C 260 C J or H Package 10 seconds 300 C 300 C 300 C 300 C M Package Vapor Phase 60 seconds 215 C 215 C 215 C 215 C Infrared 15 seconds 215 C 215 C 215 C 215 C See AN 450 Surface Mounting Methods and Their Effect on Product Reliability for other methods of soldering surface mount devices ESD Tolerance Note 6 400V 400V 400V 400V Electrical Characteristics note 3 Parameter Conditions LM741A LM741E LM741 LM741C Units Min Max Min Typ Max Min Typ Max Input Offset Voltage TA 25 Rs 10 kQ 1 0 5 0 2 0 6 0 mV Rs 500 0 8 3 0 mV TAMIN TA Rs lt 500 4 0 mV Rs 10kQ 6 0 7 5 mV Average Input Offset Voltage Drift 13 EVIC d Input Offset Voltage TA 25 C Vg 20V 10 15 15 mV Adjustment Range Input Offset Current Ta 25 3 0 30 20 200 20 200 nA TAMIN lt lt 70 85 500 300 nA Average Input Offset 2 Current Drift Input Bias Current TA 25 C 30 80 80 500 80 500 nA TAMIN TA TAMAX 0 210 1 5 0 8 pA Input Resistance TA 25 C Vs 20V 1 0 6 0 0 3 20 0 3 2 0 Tamin TA
181. s internas na face inferior A separa o entre buracos de 1 10 de polegada dimens o caracter stica de base dos componentes electr nicos integrados A zona central permite montar directamente circuitos integrados As linhas laterais s o particularmente indicadas para liga o das alimenta es e ou sinais a ser ligados a diferentes pontos na montagem Top view a x Each row of five socke onnecte _ These five groups are RES five sockets is connected connected by a common strip on the bottom by a common strip on the bottom auum These five groups are connected by a common strip on the bottom Each row of five sockets is connected p by a common strip on the bottom Bottom view Fig 2 Placa de teste Devido s liga es internas estas placas apresentam indut ncias e capacidades que n o aconselham a sua utiliza o a frequ ncias superiores a algumas dezenas de MHz a t tulo de exemplo a capacidade entre linhas adjacentes da ordem de 10 pF Os fios de liga o mais indicados s o de espessura pequena adequada aos furos e monofilares IV Medi o de Tens o e de Intensidade de Corrente El ctrica Utilizam se habitualmente duas filosofias distintas para realizar a medi o de tens o ou de correntes medi o no local e medi o dist ncia telemedi o Para as medi e
182. s no local utilizam se aparelhos de medi o integrados isto aparelhos que integram numa mesma unidade a entrada normalmente dois ou mais terminais que ser o ligados por condutores el ctricos aos pontos onde se pretende medir a grandeza e a sa da isto uma apresenta o do resultado numa forma facilmente interpret vel para o utilizador Actualmente a sa da assume essencialmente uma de duas formas a apresenta o anal gica ou a digital A apresenta o anal gica habitualmente constitu da por um quadrante com escala graduada uma ou v rias sobre o qual se desloca uma agulha em movimento angular de tal forma que o desvio sofrido pela agulha proporcional ao valor da grandeza em medi o na generalidade dos aparelhos deste tipo a agulha A for a electromotriz f e m de uma fonte gerador numericamente igual energia qu mica mec nica etc convertida em energia el ctrica pela fonte gerador por unidade de carga que a atravessa a unidade SI o joule coulomb ou volt JF 17 de Setembro de 2006 LAB DE INTRODU O A ELECTR NICA 2004 05 1 Circuitos de Corrente Continua Medi o de Grandezas El ctricas 18 desloca se no sentido retr grado o dos ponteiros do rel gio e em geral tem um desvio m ximo de 7 2 rad em rela o sua posi o de repouso Dentro desta categoria h tamb m aparelhos de medi o em que o deslocamento da agulha aparentemente
183. s observadas no oscilosc pio 1 Dimensione o circuito da figura utilizando o transistor BC107B de forma a obter um ganho de 10 para sinais com frequ ncia 10 kHz Este transistor t m um ganho de corrente factor B 340 temperatura de 25 C e corrente de polariza o do colector de 10 mA Utilize Vcc 5 V A amplitude do sinal sinusoidal a amplificar n o dever exceder 100 mV Para o dimensionamento dos condensadores e considere que a resist ncia de carga igual resist ncia de entrada do oscilosc pio 1 MQ e a resist ncia interna do gerador de sinal Rs 50 Voc 1 Monte o circuito com os valores calculados no ponto anterior Note que dada a varia o poss vel de p relativamente ao valor nominal indicado poder ter necessidade de ajustar os valores das resist ncias em Sa gt R particular e Ro v 2 Aplique entrada do circuito um sinal sinusoidal de 100 mV de amplitude e frequ ncia 10 kHz Verifique o funcionamento do circuito o Vs ef A forma de onda sa da polaridade ganho registando os valores relevantes Sr Sp 3 Determine a resposta em frequ ncia do amplificador Para isso deve 2 E manter a amplitude do sinal de entrada em 100 mV e variar a frequ ncia entre 500 Hz e 1 MHz registando a frequ ncia e medindo a amplitude do sinal de sa da registe pelo menos 20 pontos 1 Construa o gr fico do ganho em dB em fun o do logaritmo base
184. s outras correntes devido elevada imped ncia de 55 entrada nos terminais e Em primeira aproxima o resulta que Ig ke iout Considerando apenas o esquema simplificado Fig 2 o risco de esquecer e Ic elevado que poderia levar conclus o geral de que i94420 porque as correntes ij e iz s o muito pequenas O amplificador operacional um amplificador diferencial i e amplifica a diferen a entre as tens es aos terminais de entrada Fig 3 Se v e v forem as tens es aplicadas s entradas n o inversora e inversora respectivamente e vo for a tens o de sa da ent o Vo A v onde A representa o ganho do amplificador dito em malha aberta Mesmo em amplificadores reais o ganho normalmente muito elevado sendo da ordem de 10 ou superior A tens o m xima de sa da igual ou ligeiramente inferior tens o de alimenta o por exemplo Vec t15 V o que significa que em malha aberta uma diferen a de tens o da ordem de 100 uV entre as duas entradas suficiente para elevar a sa da a 15 V saturando o amplificador Na Fig 4 representa se a caracter stica de transfer ncia de um amplificador operacional isto o tra ado da tens o de sa da em fun o da tens o de entrada satura o positiva F V mV Zona de funcionamento linear da orem de mV s Vee satura o negativa Fig 4 Fun o de transfer ncia de um amplificador operaciona
185. s que s o vulgarmente designados por um e zero s mbolos 1 e 0 alto high e baixo low ou ainda por verdadeiro e falso A separa o em tens o entre os dois n veis faz com que os circuitos digitais apresentem em geral uma grande imunidade ao ru do e consequentemente quase nula probalidade de erro Existem tr s fun es l gicas b sicas a porta OU a porta E e a porta N O A opera o de circuitos com portas digitais facilmente descrita usando lgebra de Boole A porta OU OR tem v rias entradas e apenas uma sa da A sa da encontra se ao n vel l gico 1 quando pelo menos uma das entradas se encontra ao n vel l gico 1 O s mbolo ao lado representa uma porta OU de duas entradas A porta E AND semelhante porta OU mas fornece uma sa da 1 apenas quando todas as entradas se encontram igualmente ao n vel 1 O s mbolo ao lado representa uma porta E de duas entradas A porta N O NOT tem uma nica entrada e uma nica sa da esta ter um valor 1 quando a entrada se encontra ao n vel l gico 0 e vice versa Esta porta chamada tamb m porta inversora ou simplesmente inversor visto que a sa da se encontra sempre no estado oposto ao da entrada Os valores l gicos 0 e 1 correspondem por exemplo a um interruptor estar desligado ou ligado a um d odo n o conduzir ou conduzir a um Trigger de Schmitt ou ter sa da em VCC ou em VCC embora a entrada n o esteja sujeita a uma condi o deste tipo Ao contr
186. s re nem num s aparelho a possibilidade de medir pelo menos tens o corrente alternada ca ou cont nua cc e resist ncia Idealmente um volt metro deve ter resist ncia interna infinita e um amper metro resist ncia interna nula Os mult metros reais apresentam valores diferentes dos ideais antes de usar um mult metro deve sempre controlar se com um outro o valor da resist ncia interna de cada escala e anotar os seus valores para eventuais correc es s medi es realizadas O erro que se comete numa medi o devido a n o se considerar a resist ncia interna da escala seleccionada do tipo sistem tico e pode ser eliminado se medido Quando se faz uma medi o de tens o corrente ou resist ncia deve usar se primeiro a escala de maior alcance para de seguida comutar sucessivamente para escalas de menor alcance at se atingir a escala com maior n mero de algarismos significativos O erro de leitura no mult metro metade da menor unidade que se pode ler no visor Para minimizar este erro deve seleccionar se a escala que proporciona o maior n mero de algarismos significativos Os modos de funcionamento cc e ca relativos medi o de tens o e de corrente s o seleccion veis por interm dio de um selector se a grandeza alternada o valor lido corresponde ao valor eficaz RMS do sinal a medir Os multimetros no modo volt metro V Fig 3 a permitem medir em geral tens o no intervalo 10 a 10 V para um
187. se universalmente em comunica es controlo instrumenta o e claro em computa o A complexidade de um circuito digital vai desde de um n mero pequeno de portas l gicas at computadores completos um microprocessador ou mem rias de milh es de bits I Introdu o Em circuitos bin rios dois valores distintos de tens o podem representar os dois valores das vari veis bin rias Contudo em virtude das inevit veis toler ncias dos componentes e efeito do ru do que alteram por vezes os n veis de tens o dois intervalos distintos de tens o s o usualmente definidos Como mostra a figura abaixo se o valor do sinal de tens o est compreendido no intervalo VL1 VL2 o sinal interpretado pelo circuito digital como um 0 l gico Se por outro lado o sinal pertence ao intervalo VH1 VH2 interpretado como 1 l gico As duas regi es de tens o s o separadas por uma regi o qual n o suposto os sinais pertencerem Esta banda proibida representa a zona indefinida ou exclu da Uma vez que as tens es correspondentes ao 1 l gico s o superiores aquelas que representam o O l gico diz que os sistemas assim implementados usam l gica positiva Claro que poder amos inverter as defini es e obter amos sistemas de l gica negativa Aqui ser usada a l gica positiva e os voc bulos alto e baixo ser o equivalentes a 1 e 0 respectivamente O intervalo de valores de tens o correspondente ao valor l gico
188. semicondutor metal pr xima da primeira Contudo este transistor de ponto de contacto era pouco eficiente era bastante fr gil os contactos degradavam se em contacto com o ar apresentava elevados n veis de ru do interno O passo fundamental ocorreu em 1948 quando W Schockley publicou um trabalho propondo a estrutura do transistor de jun o A partir de ent o muitos laborat rios desenvolveram t cnicas industriais de fabrica o e de estudo de trans stores permitindo a sua comercializa o na d cada de cinquenta Existem tr s tipos b sicos de transistores os bipolares os FET field effect transistor trans stores de efeito de campo e os MOS metal oxide semiconductor Eles diferem entre si nos processos de constru o e nos fen menos f sicos envolvidos O bipolar o mais importante do ponto de vista hist rico embora continue a ser muito usado nos dias de hoje Os FETs e os MOS s o muito importantes em electr nica integrada de alta densidade O adjectivo bipolar resulta da ac o conjunta dos portadores maiorit rios e minorit rios no funcionamento do transistor As caracter sticas dos transistores FET e MOS dependem unicamente do comportamento dos portadores de carga maiorit rios electr es ou vazios sendo designados de unipolares Os microprocessadores e as mem rias dos computadores s o baseados na combina o de milh es de trans stores MOS numa nica pastilha de sil cio Neste trabalho analisado o
189. sta com a opera o no modo linear no qual a altura da barreira de potencial e por consequ ncia o movimento de electr es do emissor para a base controlado pelo potencial aplicado base Uma vez na base e ignorando o efeito do processo de recombina o os electr es deslocam se por difus o para a regi o fronteira da jun o base colector atravessando a para o colector por arrastamento devido ao maior potencial no colector V Circuito de Comuta o com um Trans stor Bipolar O circuito de comuta o frequentemente designado tamb m por circuito inversor um dos elementos b sicos em electr nica digital pois permite implementar a fun o l gica n o A configura o mais usual encontra se representada na Fig 6 V oun ax bs 0 V oui Fig 6 Circuito inversor ou de comuta o simples com um transistor bipolar npn na configura o emissor comum No funcionamento como comutador inversor o transistor polarizado de forma a operar alternadamente entre dois estados de condu o correspondentes situa o de quase satura o e de quase corte Em electr nica digital estes estados s o designados de UM alto e ZERO baixo No estado zero o trans stor JF 17 de Setembro de 2006 LAB DE INTRODUGAO A ELECTR NICA 2003 04 9 Circuito de Comuta o com um Transistor Bipolar 114 deve comportar se entre o colector e o emissor como um interruptor fechado com resist ncia baixa
190. ste da tens o relativa ao nodo V permite variar a dist ncia focal do sistema e consequentemente a focagem do feixe Esta tens o controlada no bot o FOCUS no painel O oscilosc pio em modo X Y O modo de funcionamento X Y activado usando o interruptor X Y no conto superior direito do oscilosc pio Considere se que entre as duas placas horizontais Y1 e Y2 se estabelece uma ddp V ou seja cria se no espa o interm dio um campo el ctrico de magnitude E de direc o vertical d a dist ncia entre as placas Quando um electr o passa entre as placas actuado pela for a el ctrica E eF Sofre assim um desvio embatendo no ecr num ponto que se encontra desviado de em rela o ao ponto em que embateria na aus ncia de campo V 0 O ponto de impacto dos electr es no ecr segue a tens o aplicada deslocando se para cima ou para baixo conforme a tens o for positiva ou negativa Tal como nos volt metros com ponteiro existe um ajuste de zero bot o POS POSITION ao rod lo estamos a somar uma tens o continua tens o das placas correspondendo lhe um desvio adicional do feixe O desvio y segundo a vertical do feixe de electr es proporcional a V pelo que a posi o no ecr uma medida de desde que conhecida a constante de proporcionalidade k V ky Aplica se uma ddp s placas horizontais ou placas de deflex o vertical usando a entrada Y Esta esta ligada atrav s do interruptor A
191. tagens n o inversora Dimensionamento do Circuito Ganho 101 R R R Formas de onda de entrada e de sa da V DIV Canal 2 B de Tempo s DIV V DIV Canal 1 V DIV Canal 2 B de Tempo s DIV V DIV JF 17 de Setembro de 2006 LAB DE INTRODUGAO A ELECTR NICA 2004 05 3 Amplificador Operacional montagens inversora e n o inversora Canal 1 V DIV Canal 2 B de Tempo s DIV VIDIV Canal 1 V DIV Canal 2 B de Tempo S DIV VIDIV JF 57 17 de Setembro de 2006 LAB DE INTRODUGAO A ELECTR NICA 2004 05 3 Amplificador Operacional montagens inversora e n o inversora 58 Canal 1 V DIV Canal 2 B de Tempo s DIV V DIV Canal 1 V DIV Canal 2 B de Tempo s DIV V DIV JF 17 de Setembro de 2006 LAB DE INTRODUCAO ELECTR NICA 2004 05 4 Amplificador Operacional Circuitos Operativos 59 Amplificador Operacional Circuitos Operativos O amplificador operacional o componente principal do computador anal gico Consiste essencialmente num amplificador de alto ganho concebido para ser usado com realimenta o negativa externa Usando determinadas topologias de realimenta o negativa poss vel realizar opera es matem ticas como seja a adi o a subtra o a multiplica o a diferencia o ou a integra o E com a adequada interliga o de v rios amp ops pode se resolver sistemas de equa es com v rias inc gnitas Neste trabalho estudam se circuitos linear
192. te adopta se o valor normalizado mais pr ximo do calculado O sinal a amplificar pode ter proveni ncias muito diversas por exemplo ser o pequeno sinal de tens o sa da de uma antena de r dio ou ser um sinal proveniente de um andar de amplifica o pr vio com a consequente diversidade de valores poss veis para Rs No caso do sinal provir de um gerador de fun es o valor de Rs tipicamente 50 11 condensador de sa da A an lise da Fig 3 mostra que desde que a sa da vou do amplificador n o seja ligada a nenhum circuito a jusante i e a sa da em aberto n o existe nenhum percurso para a carga descarga do condensador e o sinal amplificado voy aparece na sa da independentemente do valor da capacidade do condensador isto porque n o existindo percurso para a separa o de carga nas armaduras do condensador a diferen a de potencial entre elas nula Naturalmente esta situa o de interesse nulo j que ou se pretende que o sinal amplificado seja observado para o que se ter de ligar um instrumento por exemplo um oscilosc pio ao circuito ou ent o que sirva como sinal de entrada de um circuito a jusante Em ambas as situa es e considerando que a imped ncia de entrada do instrumento circuito inteiramente resistiva e de valor RL resist ncia de carga isto resist ncia aos terminais da qual aplicado o sinal amplificado Neste caso da Fig 3 conclui se que existem dois pe
193. te podendo contudo ser facilmente medidos em laborat rio As caracter sticas JF 17 de Setembro de 2006 LAB DE INTRODUGAO A ELECTR NICA 2003 04 7 Tra ado das Curvas Caracter sticas de um Transistor Bipolar 95 corrente tens o que n o s o mais do que a representa o gr fica das equa es de Ebers Moll s o tamb m fornecidas pelo fabricante A Fig 4 mostra a curva ic igg que uma rela o exponencial Ige r id ntica do d odo Uma vez que a constante na exponencial 1 Vr grande 40 a curva sobe muito rapidamente Para tens es inferior a cerca de 0 5 V a corrente bastante pequena Contudo no intervalo de uso normal de corrente a tens o vgg situa se no intervalo 0 6 a 0 8 V Em an lises de primeira ordem em geral assume se vgg 0 7 V As caracter sticas ip Vgg ip Vp S o tamb m exponenciais embora em diferentes escalas 4 7 7 7 T 27127j 02 04 06 08 10 Vgg Fig 4 Curvas caracter sticas de um trans stor bipolar npn Quando o transistor usado na configura o de emissor comum Fig 4 importante conhecer a caracter stica ic vcg tendo a corrente de base g como par metro Para se tra ar a curva caracter stica ic vcg I5 de um transistor Fig 4 fixa se o valor de Jz por escolha de Vgg Rp e o valor de Rc e varia se Voc partindo de zero Alterando Rg ou obt m se outros valores de Jg podendo tra ar se novas curvas ic Vce
194. te e no modo activo inverso Cada estado de funcionamento do transistor fun o do tipo de da polariza o directa ou inversa em cada uma das jun es p n Em corte ambas as jun es est o polarizadas inversamente na regi o linear ou activa a jun o BE est polarizada directamente enquanto que a jun o BC est polarizada inversamente em satura o ambas as jun es est o polarizadas directamente em modo inverso a jun o BE est polarizada inversamente e a jun o BE est polarizada directamente Funcionamento em modo activo ou linear O transistor no modo activo intrinsecamente um amplificador de corrente com ganho o valor de varia de transistor para transistor temperatura ambiente 200 um valor t pico No entanto pode tamb m ser configurado para actuar como um amplificador de tens o conv m lembrar que usando a lei de Ohm uma varia o de corrente pode ser transformada numa varia o de tens o Em primeira aproxima o no modo de funcionamento linear verifica se que a corrente de colector c proporcional corrente de base quando o transistor se encontra afastado das zonas de corte Ic 0 e de satura o Ic limitada pelos elementos externos a tens o entre a base e o emissor constante quando em condu o esta jun o comporta se como um d odo que nesta aproxima o corresponde a um d odo ideal em s rie com uma fonte de tens o ver gui o do primei
195. tende amplificar Na realidade tal n o acontece j que sendo o transistor e o circuito de polariza o associado um sistema f sico tem um tempo de resposta finito Para sinais com varia o temporal r pida quando comparado com o tempo de resposta do circuito o amplificador deixa de responder de forma eficiente No limite de sinais muito r pidos o circuito n o responde de todo Na pr tica isso traduz se numa redu o do ganho do circuito quando a frequ ncia do sinal de entrada superior a um determinado valor frequ ncia de corte do circuito fc Considerando os mecanismos f sicos de funcionamento do transistor poss vel obter uma express o geral para o ganho do amplificador a qual para frequ ncias baixas coincide com a rela o 1 A apresenta o da express o geral do ganho do amplificador da Fig 3 est fora do mbito destas notas Contudo a verifica o experimental da depend ncia do ganho na frequ ncia simples e constitui um dos objectivos deste trabalho JF 17 de Setembro de 2006 LAB DE INTRODUCAO ELECTR NICA 2003 04 8 Circuito Amplificador com um Trans stor Bipolar 106 III Procedimento Experimental Objectivo Implementar um circuito amplificador com ganho 10 para sinais sinusoidais de frequ ncia 10 kHz usando um trans stor bipolar Material Fontes de tens o cont nua gerador de sinais transistores resist ncias condensadores e oscilosc pio Aten o Dever registar as figura
196. tens o de alimenta o Voc e factor do transistor necess rio especificar a resist ncia de colector para determinar o intervalo de valores para partida as duas condicionantes do valor a escolher para Rc resultam de i a pot ncia dissipada no transistor dada por pVcg dever ser inferior a um valor m ximo suportado pelo transistor ii o valor de c dever ser suficientemente grande por forma a que quando o circuito inversor ligado a outro circuito a jusante a corrente de sinal por este solicitada e que prov m de c seja uma pequena frac o desta No circuito da Fig 6 o valor m ximo para a corrente de colector VV cc loas E 11 Ro JF 17 de Setembro de 2006 LAB DE INTRODUGAO A ELECTR NICA 2003 04 9 Circuito de Comuta o com um Transistor Bipolar 116 onde a tens o entre o colector e o emissor no regime de satura o aproximadamente 0 2 V nos trans stores de sil cio Um valor razo vel para cmax ser 10 mA Substituindo 11 na rela o 10 vem Para se obterem os limites do intervalo de toler ncia dos valores de Rp que se obt m quando em 12 s o consideradas as igualdades em geral necess rio assumir o funcionamento do trans stor no modo linear regime em que v lida a rela o Io Em geral o problema n o se p e j que os intervalos de x tens es entrada relativos ao 0 l gico ou ao I l gico correspondem
197. tica com confinamento e realimenta o da radia o gerada Os lasers s o fontes pticas de elevada pureza espectral e a radia o emitida coerente S o usados por exemplo em leitores de disco compacto em sistemas de comunica o por fibra ptica e como fontes de energia para outros lasers V Determina o da Caracter stica Z V de um D odo O d odo um componente n o linear i e a rela o corrente tens o n o linear A n o linearidade da caracter stica do d odo faz com que o c lculo das correntes em circuitos contendo d odos seja um pouco mais complicado que no caso de circuitos lineares A t tulo de exemplo vamos determinar a corrente no circuito da Fig 5 que cont m um d odo com a caracter stica indicada 100 Q i mA 05 10 15 V V Fig 5 Circuito contendo um d odo e caracter stica J V do d odo Para determinarmos a corrente J vamos come ar por admitir que o diodo est em franca condu o Podemos ent o tomar a queda de tens o aos terminais do d odo como constante e igual a 0 7 V para d odos de sil cio 1 e o d odo pode ser substitu do por uma fonte de tens o de for a electromotriz 0 7 V Vp 0 7 V ver Fig 4 O circuito portanto transformado num circuito linear Da lei das malhas resulta que 5 1007 0 7 20 243mA Numa primeira aproxima o o m todo de resolu o acima apresentado bastante simples e til em muitas situa es permitindo estimar o valor
198. til visualizar a forma de varia o v t ou seja obter no ecr um gr fico v t Com a base de tempo activa i e modo X Y desactivado podemos visualizar a varia o temporal de dois sinais de tens o um aplicado ao canal CHI e outro ao canal CH2 Uma forma de o conseguir ser deslocar com velocidade constante o ponto luminoso na horizontal de modo a poder associar um intervalo de tempo a uma dist ncia x medida na horizontal O oscilosc pio tem a possibilidade de poder fazer este varrimento do ecr com velocidade constante de forma autom tica Para tal utiliza um sinal de tens o gerado internamente pelo circuito da Base de Tempo do oscilosc pio A capacidade de transformar o eixo XX horizontal num eixo graduado em tempos uma das grandes vantagens do oscilosc pio Para funcionar neste modo base de tempo TIME BASE deixamos de ter acesso s placas de deflex o horizontal neste modo de funcionamento as placas verticais s o ligadas internamente tens o gerada pelo circuito interno da Base de Tempo que produz um sinal em dente de serra Fig 13 Fig 13 Sinal em dente de serra gerador da base de tempo Com esta tens o aplicada s placas verticais o ponto luminoso no ecr deslocar se desde a extremidade esquerda do ecr at direita para reaparecer de novo esquerda e repetir o ciclo Note que em cada varrimento do ecr var t proporcional ao tempo ver Fig 13 com
199. to Ip as correntes J e I5 e Determine a pot ncia fornecida pela fonte ao circuito e a pot ncia dissipada nas resist ncias f Compare os resultados com os valores esperados Justifique eventuais diferen as Bibliografia 1 Vocabul rio Electrot cnico Internacional Cap tulo 301 Termos gerais relativos a medi es em electricidade Norma Portuguesa NP 2626 301 1993 Vocabul rio Electrot cnico Internacional Cap tulo 302 Instrumentos de medi o el ctricos Norma Portuguesa NP 2626 302 1993 2 International Electrotechnical Vocabulary IEC Publication 50 301 302 303 1983 3 Fisica Experimental M C Abreu L Matias e L F Peralta Editorial Presen a 1994 4 Aparelhos de Medi o El ctricos Dietmar Appelt Departamento de F sica Universidade do Porto 1996 5 Electronics Fundamentals circuits devices and applications 4th ed T L Floyd Prentice Hall 1998 6 Dicion rio da Lingua Portuguesa 8 edi o Dicion rios Editora Porto Editora 1999 JF 17 de Setembro de 2006 LAB DE INTRODUGAO A ELECTR NICA 2004 05 2 Circuitos de Corrente Alternada Filtros Circuitos RC e RLC 23 Circuitos de Corrente Alternada Circuitos RC e RLC Filtros Em corrente cont nua cc os componentes el ctricos electr nicos s o caracterizados unicamente pela respectiva resist ncia el ctrica e o car cter capacitivo e ou indutivo dos componentes s se revela durante o estabelecimento do reg
200. trabalhos se necess rio bem como o esclarecimento de d vidas relacionadas com a disciplina O atendimento n o ser restrito aos alunos da turma mas a todos os alunos inscritos na disciplina Acesso ao laborat rio fora dos tempos lectivos O docente desta disciplina pensa que para cumprir os objectivos propostos necess rio prever o acesso dos alunos ao laborat rio fora dos tempos lectivos O acesso ao laborat rio sem supervis o por motivos de seguranga nao aconselh vel Recomenda se que aos alunos o uso do laborat rio no per odo de atendimento JF 17 de Setembro de 2006 LAB DE INTRODUGAO A ELECTR NICA 2004 05 Regras de Funcionamento do Laborat rio de Introdu o Electr nica 6 Avalia o Frequ ncia Eliminat ria Para obten o de frequ ncia disciplina de Introdu o Electr nica necess rio satisfazer os seguintes crit rios Faltas nico item n o aplic vel aos estudantes trabalhadores os alunos n o poder o faltar a um n mero de aulas superior ao regulamentado 2 3 das aulas efectivamente dadas Prepara o antecipada dos trabalhos a um aluno que manifestamente n o tenha preparado o trabalho n o ser permitido continuar o trabalho sem se documentar satisfatoriamente a probabilidade de causar um acidente ou danificar equipamento torna se elevada Trabalhos os alunos dever o realizar todos os trabalhos Relat rios os alunos dever o entregar ao professor na
201. un es p n III Caracter stica Corrente Tens o I V de uma Jun o Uma jun o p n corresponde zona de conflu ncia de duas regi es no semicondutor com densidades de carga livre de polaridades opostas Em geral o material semicondutor usado uma pastilha de sil cio dopado tipo 7 ou tipo p A jun o p n obtida dopando uma zona localizada da pastilha semicondutora por exemplo do tipo p com impurezas dadoras de forma a obter nessa regi o um material do tipo n a jun o p n corresponde fronteira entre a regi o tipo n e o restante semicondutor tipo p Uma jun o com caracter sticas ligeiramente diferentes obt m se na liga o de um semicondutor a um metal A Fig 1 a representa de forma esquem tica uma jun o p n JF 17 de Setembro de 2006 LAB DE INTRODUCAO ELECTR NICA 2004 05 5 Caracter stica Corrente tens o do D odo 67 A a Jun o n b Jun o p n el Jun o p n h 2 a s o S Bio s Bie oe aceitador 1 E m RSS ES 2 O O Du Va 8 O Hes lacuna e mm electr o I m zona de carga espacial Fig 1 Diagrama de uma jun o p n No processo de forma o da jun o p n cargas livres do lado n electr es e cargas livres do lado p lacunas s o transferidas por difus o para a regi o oposta criando se uma defici ncia de electr es do lado n e de lacunas do lado p na vizinhan
202. un o base emissor estar mais ou menos fortemente polarizada directamente o que depende da diferen a de potencial entre os terminais da jun o BE Em polariza o directa a corrente que percorre uma jun o p n BE varia exponencialmente com a diferen a de potencial ver notas sobre d odos Num transistor de sil cio a corrente torna se significativa quando a tens o aos terminais da jun o BE aproximadamente 0 7 V que corresponde altura da barreira de potencial po em equil brio Na an lise de circuitos com transistores bipolares de sil cio considera se a diferen a de potencial ou queda de tens o na jun o BE igual a 0 7 V quando em condu o E como foi referido anteriormente no modo activo a corrente de colector c n o depende directamente da tens o entre os terminais colector e base Vcg e os terminais colector e emissor Vcr Da an lise da rela o 3 conclui se que o transistor no modo activo intrinsecamente um amplificador de corrente com ganho f o valor de varia de transistor para transistor temperatura ambiente 200 um valor t pico No entanto pode tamb m ser configurado para actuar como um amplificador de tens o conv m lembrar que usando a lei de Ohm uma varia o de corrente pode ser transformada numa varia o de tens o Em resumo o modelo de funcionamento linear de um transistor baseia se nas seguintes aproxima es a corrente de colector c proporcional
203. una vazio Os electr o capturados pelas impurezas aceitadoras perdem a sua mobilidade deixando de contribuir para a corrente el ctrica Em consequ ncia a base torna se momentaneamente negativa Conv m real ar que devido diferen a significativa na concentra o de lacunas e electr es na base apenas uma reduzid ssima frac o dos electr es difundidos da base retirada da circula o n o sendo transferidos para o colector As for as el ctricas repulsivas induzidas pela quebra de neutralidade moment nea na regi o da base fazem com que por cada vazio perdido por recombina o um novo vazio seja criado levando a que um electr o existente na regi o da base seja fornecido ao circuito exterior i e fonte de alimenta o Vpr originando a corrente de base Jp sendo assegurada a neutralidade Quando comparada com a corrente Jg a corrente Jg tem um valor muito inferior por que 1 aespessura da base muito pequena quando comparada com a do emissor ou do colector tipicamente da ordem de um micr metro o que faz com que o tempo necess rio aos electr es para atravessar a base no seu percurso do emissor para o colector seja pequeno e portanto a probabilidade de recombina o do electr es com as lacunas reduzida ii em geral a dopagem do material semicondutor da base substancialmente menor resultando numa concentra o de lacunas baixa o que tamb m reduz o n mero de recombina es electr o lacuna
204. unca antes tratados Contudo como estudante voc ir dedicar grande parte da sua aten o discuss o de problemas cuja solu o conhecida Conhecendo e discutindo a forma como esses problemas foram resolvidos e da resolu o de exerc cios relacionados come ar a desenvolver capacidades que lhe permitir o atacar problemas nunca antes tratados que encontrar na sua vida profissional Apresenta se de seguida procedimentos gerais a ser tidos em conta na resolu o de problemas de electr nica Alguns deles t m a ver com a forma de pensar e organizar a estrat gia a seguir antes de iniciar quaisquer c lculos 1 Identificar quais os dados do problema e o que se pretende conhecer Na resolu o de um problema deve conhecer o destino antes de seleccionar a rota a seguir para l chegar O que que o problema pede para ser determinado ou encontrado s vezes o objectivo do problema obvio outras vezes isto n o claro e pode ser mesmo necess rio elaborar tabelas de grandezas caracter sticas desconhecidas e informa o ainda n o conhecida de forma a permitir visualizar o objectivo do problema s vezes existente mesmo informa o enganadora que ser necess rio identificar antes de prosseguir Outras vezes a informa o dada incompleta insuficiente ou demasiado complexa para poder usar os m todos de resolu o mais comuns Nestes casos ser necess rio formular hip teses e suposi es de forma a completar a
205. uperior respectivamente H circuitos em que a frequ ncia de corte inferior zero circuitos passa baixo e circuitos em que a frequ ncia de corte superior infinita circuitos passa alto Num circuito rejeita banda os sinais com frequ ncias compreendidas entre w e s o atenuados Filtros RC Os filtros RC s o normalmente formados por uma resist ncia condensador em s rie e um condensador resist ncia em paralelo tal como se mostra na Fig 7 Recorde se que a react ncia capacitiva i e a resist ncia que uma capacidade oferece corrente alternada depende da frequ ncia do sinal grande a frequ ncias baixas e pequena a frequ ncias altas R Vin E Vout Vim R Vout im b Fig 7 a Circuito RC passa baixo b Circuito RC passa alto A frequ ncia de corte de um filtro RC corresponde frequ ncia para a qual o valor da react ncia do 12 Note que nas medi es dos pares Lyu Lin e V in Se deve usar o mesmo valor de imped ncia i e Iou Zin Zout JF 17 de Setembro de 2006 LAB DE INTRODU O A ELECTR NICA 2004 05 2 Circuitos de Corrente Alternada Filtros Circuitos RC e RLC 30 condensador iguala o valor da resist ncia 0 C R RC O comportamento da func o de transfer ncia para frequ ncias acima passa baixo ou abaixo passa alto da frequ ncia de corte apresenta um declive de 20 dB d cada ou 6 dB oitava Filtros LC Os filtros
206. ve se ter em aten o que a tens o sa da da ponte rectificadora deve ser substancialmente menor do que a tens o de ruptura dos d odos O sinal de entrada na ponte rectificadora pode ser a tens o no secund rio de um transformador ou o sinal da rede Est dado o primeiro passo para obter a partir de uma tens o alternada uma tens o cont nua essencial para o funcionamento de muitos dos circuitos electr nicos Se se pretender um sinal de valor m dio JF 17 de Setembro de 2006 LAB DE INTRODUGAO A ELECTR NICA 2004 05 6 Circuitos de Rectifica o e de Detec o de Pico 81 superior ou com menor ondula o coloca se na sa da do circuito rectificador um filtro geralmente formado por condensadores e ou bobines No caso do sinal de entrada ser proveniente de um gerador de sinal alimentado a partir da rede e a fonte de tens o alternada ou o seu equivalente tiver um terminal massa a carga R dever estar flutuante se a fonte de tens o alternada estiver flutuante n o tiver um terminal massa podemos ligar qualquer dos terminais de ao comum do circuito Quando se implementa uma ponte rectificadora sempre necess rio ter o cuidado de ver em que caso se est para evitar curto circuito III Circuito Detector de Pico Filtragem Na sec o anterior foram apresentados os circuitos capazes de obter tens es unidireccionais constitu das por uma tens o cont nua qual se sobrep e uma tens o alternada de

Introdução à Electrónica - Universidade do Algarve

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