Etapa I

Passo 1

Pesquisar as principais características dos diodos semicondutores. Fazer um resumo

com os pontos mais relevantes e entregá-lo ao professor no final da Etapa.

A tensão inversa de pico (PIV): é a tensão inversa máxima que o diodo pode suportar; -

Corrente máxima (Io(max)): é a corrente que pode passar pelo diodo normalmente, sem

danificá-lo; - Queda máxima de tensão ou tensão de barreira: quando uma corrente passa

por um diodo, existe uma queda de tensão que que não é proporcional à sua intensidade,

sendo bastante estável. Esta tensão é geralmente cerca de 0,6 volts para diodos feitos de

silício, de 0,2 volts para diodos de germânio e de 0,4 volts para diodos schottky. Um detalhe

importante é que, mesmo diretamente polarizados, os diodos só começam a conduzir quando

a tensão direta ultrapassa esse valor, daí o nome tensão de barreira. É por isso que para sinais

muito pequenos, é preciso usar diodos de germânio ou schottky.

Outras características importantes são: a corrente máxima de fuga, que é a corrente que

"escapa" quando o diodo está polarizado inversamente, influenciada quase linearmente pela

temperatura; a velocidade de resposta, que é o tempo que leva para o diodo "ligar e

desligar", informação importante quando se trabalha com altas freqüências; a corrente de

surto, que é a corrente máxima que o diodo pode suportar por um tempo muito curto; e a

capacitância que se forma no diodo quando este é polarizado inversamente, outra informação

importante em altas frequências.

Associações em série e em paralelo Um conjunto de diodos do mesmo tipo associados em

série apresenta uma capacidade de corrente direta igual à capacidade de cada unidade. A

tensão máxima reversa, entretanto, será a soma das tensões máximas reversas individuais. É

importante Figura 2.4.2 3A - 100V 3A - 100V 3A - 100V 3A - 100V 3A - 100V 3A - 100V

3A - 100V 3A e, se forem do mesmo tipo, 300V 100V e, dependendo dos resistores, 12A

Figura 2.4.1 + + - - que os diodos sejam do mesmo tipo, ou haverá uma distribuição irregular

da tensão entre eles, causando a ruptura em um valor inferior a esta soma. A montagem de

diodos em paralelo costuma ser problemática, e deve ser substituída por um único diodo com

maior capacidade de corrente sempre que possível. Nos diodos associados em paralelo, a

tendência será de que aquele com a menor barreira de tensão comece a conduzir primeiro,

assumindo a maior parte (senão toda) a corrente do circuito. Portanto, não é suficiente que os

diodos sejam do mesmo tipo, é preciso que resistores de baixo valor, montados conforme a

figura 2.4.2, contrabalancem esta tendência, permitindo uma divisão quase igual de corrente.

O valor destes resistores deve ser tal que provoque uma queda de tensão de cerca de 0,5V

para a corrente máxima do diodo associado. Ou seja, para diodos de 1A, será necessária uma

resistência de aproximada 0,5Ω. Note que, além dos 0,7V perdidos na barreira de tensão do

diodo, outros 0,5V serão perdidos no resistor, com uma dissipação de calor igual a 0,5 vezes a

corrente.

Passo 2 Pesquisar, na bibliografia padrão e/ou complementar, sobre as aplicações dos diodos, e fazer um texto explicativo listando as mais relevantes. Entregá-lo ao professor no final da Etapa.

O diodo é o mais simples dispositivo eletrônico semicondutor existente de ampla aplicação na

área de eletrônica. Sua construção consiste basicamente na formação de uma junção

metalúrgica. Quando em operação a região de depleção aumenta ou diminui de acordo com a

polarização do dispositivos, ocorrendo um variação de altura da barreira de potencial,

obtendo-se um funcionamento semelhante ao de uma chave, e sendo por isso bastante

utilizado em circuito eletrônicos

Retificador de meia onda:

Sabendo que a tensão alternada é representada matematicamente por v(t)=V_m.sin(ωt+θ) e que o gráfico dessa função é formado por “ondas” que indicam quando a tensão é positiva ou negativa, fica fácil imaginar as diferenças quando acrescentado um diodo ao circuito:

Pelo motivo de o diodo não permitir passagem de corrente em dois sentidos e por causar queda de tensão, o gráfico da tensão no circuito retificador de meia onda vai diferir por

apresentar apenas ondas de valores positivos. No mesmo momento que a tensão aplicada chega ao valor máximo, a tensão máxima depois de retificada atinge também seu valor

máximo, que é  - , devido à queda de tensão do diodo, de 0,7V. Pode-se observar também que a corrente só flui no circuito depois que a tensão aplicada chega a 0,7V.

Retificador de Onda Completa:

Esse circuito tem a função de transformar uma corrente alternada em corrente pulsante utilizando quatro diodos. A diferença desse retificador para o de meia onda é que a corrente que seria negativa é transformada em positiva, aproveitando dessa forma todos os semiciclos. É chamado de retificador em ponte pela semelhança de montagem com a ponte de Wheatstone.

Quando a tensão em A for positiva a corrente passa por D1, indo direto à carga   porque não encontra caminho livre nem por D3 e nem por D4, e retornando encontra caminho livre tanto a partir de D2 como a partir de D3 para continuar fluindo.Quando a tensão for positiva em B a corrente passar por D4, indo direto à carga por não encontrar caminho nem por D1 e nem por D2, e retorna encontrando novamente caminho livre para continuar fluindo por D2 ou D3.

A queda de tensão provocada pelos diodos neste caso é dobrada (2.0,7=1,4), logo a tensão máxima vai ser menor do que no retificador de meia onda, porém há a vantagem do aproveitamento de todos os semiciclos. A corrente passa a fluir depois que a tensão aplicada chega a 1,4V.

A partir desses dados podem ser extraídas várias formas de utilização do diodo, dependendo apenas de desenvolvimento de projetos que atinjam as necessidades específicas. A retificação de corrente é muito importante para utilização de cargas que necessitam de uma corrente contínua ou mesmo que necessitam de uma corrente pulsante, como é o exemplo de LEDs, que são diodos emissores de luz que necessitam de alimentação contínua, tal como qualquer outra carga que possua polaridade.

Passo 3:

Realizado em Laboratório, Relatório já entregue

Passo 4:

Etapa 2

Passo 1 (Individual)Estudar as características dos transistores bipolares de junção: estrutura física, modos de Operação, símbolos para circuitos e convenções, entre outros pontos importantes. Fazer um resumo e entregá-lo ao professor no final da Etapa.

O princípio do transístor é poder controlar a corrente. Ele é montado numa estrutura de cristais semicondutores, de modo a formar duas camadas de cristais do mesmo tipo intercaladas por uma camada de cristal do tipo oposto, que controla a passagem de corrente entre as outras duas. Cada uma dessas camadas recebe um nome em relação à sua função na operação do transístor, As extremidades são chamadas de emissor e coletor, e a camada central é chamada de base. Os aspectos construtivos simplificados e os símbolos eléctricos

dos transístores são mostrados na figura abaixo. Observe que há duas possibilidades de implementação.

O transistor da esquerda é chamado de NPN e o da direita de PNP

Características construtivas:

O emissor é fortemente dopado, com grande número de portadores de carga. O nome emissor vem da propriedade de emitir portadores de carga.

A base tem uma dopagem média e é muito fina, não conseguindo absorver todos os portadores emitidos pelo emissor

O coletor tem uma dopagem leve e é a maior das camadas, sendo o responsável pela coleta dos portadores vindos do emissor.

Da mesma forma que nos diodos, são formadas barreiras de potencial nas junções das camadas P e N.

O comportamento básico dos transístores em circuitos electrónicos é fazer o controle da passagem de corrente entre o emissor e o colector através da base. Para isto é necessário polarizar correctamente as junções do transístor.

Os transístores podem ser utilizados em três configurações básicas: Base Comum (BC), Emissor comum (EC), e Coletor comum (CC). O termo comum significa que o terminal é comum a entrada e a saída do circuito.

Configuração BC

Ganho de tensão elevado Ganho de corrente menor que 1 Ganho de potência intermediário Impedância de entrada baixa Impedância de saída alta Não ocorre inversão de fase

Configuração CC

Ganho de tensão menor que 1 Ganho de corrente elevado; Ganho de potência intermediário Impedância de entrada alta Impedância de saída baixa Não ocorre a inversão de fase.

Configuração EC

Ganho de tensão elevado Ganho de corrente elevado Ganho de potência elevado Impedância de entrada baixa Impedância de saída alta Ocorre a inversão de fase.

Os Limites dos Transistores

Os transístores, como quaisquer outros dispositivos têm suas limitações (valores máximos de alguns parâmetros) que devem ser respeitadas, para evitar que os mesmos se danifiquem. Os manuais técnicos fornecem pelo menos quatro parâmetros que possuem valores máximos:

Tensão máxima de coletor - VCEMAX Corrente máxima de coletor - ICMAX Potência máxima de coletor - PCMAX Tensão de ruptura das junções

Na configuração EC, PCMAX = VCEMAX.ICMAX

Exemplos de parâmetros de transístores comuns.

Modelos de um BJT para pequenos sinais

Modelo Re do transistor

Este modelo emprega um diodo e uma fonte de corrente controlada para modelar o transistor na região de interesse. Este modelo é sensível ao valor cc de operação do amplificador.

Modelo híbrido equivalente do transistor

Os parâmetros híbridos (V e I) são definidos em um ponto de operação que pode ou não refletir as condições reais de operação do amplificador.

Passo 3 Fazer um estudo sobre como ocorre a análise CA do transistor TBJ. Fazer um resumo com os pontos mais relevantes. Entregá-lo ao professor no final da Etapa.

Para se fazer a análise CA é necessário: Eliminar as fontes DC. Curto-circuitar todos os capacitores Combinar os resistores, R1, R2, substituindo-os pelo seu equivalentes (RB),

substituindo-o pelo seu modelo de pequeno sinal.

Parâmetros de analise:

Impedância de entrada (Zi ) Impedância de saída (Z o ) Ganho de tensão (A v ) Ganho de corrente (Ai )

Passo 4:

Fazer os cálculos dos componentes a serem utilizados no Projeto proposto no Desafio.

DesafioA equipe de alunos foi contratada por uma empresa fictícia para desenvolver oseguinte projeto:1. Montar uma fonte regulada linear ajustável, conforme esquema abaixo. A fonte deveatender às seguintes características:_ Ser ajustável de 1,25V a 16V._ Ter fusível no secundário do transformador._ Deve conter o componente LM317._ A entrada deverá ser 220V/60Hz._ Deverá haver um led junto à saída da fonte indicando quando a mesma estiverligada (o esquema com led não está desenhado no circuito).