Escola SENAI Prof. Dr. Euryclides de Jesus Zerbini Campinas S.P.

2003

Eletrnica II

Eletrnica II

SENAI-SP, 2001Trabalho elaborado pela Escola Senai Prof. Dr. Euryclides de Jesus Zerbini

Coordenao Geral

Magno Diaz Gomes

Equipe responsvel

Coordenao

Luz Zambon Neto

Elaborao

Edson Carretoni Jnior

Verso Preliminar

SENAI - Servio Nacional de Aprendizagem Industrial Escola SENAI Prof. Dr. Euryclides de Jesus Zerbini Avenida da Saudade, 125, Bairro Ponte Preta CEP 13041-670 - Campinas, SP senaizer@sp.senai.br

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Sumrio

Osciloscpio Medio de Sinais com Osciloscpio Gerador de Funes Diodo Semicondutor Diodos Especiais Circuitos Retificadores Circuito Retificador com Filtro Transistor Bipolar Ponto de Operao do Transistor Polarizao do Transistor Caractersticas do Transistor Bipolar Reguladores de Tenso Regulador Monoltico Amplificador Operacional Amplificador No-Inversor Tiristores SCR TRIAC FET Transistores de Efeito de Campo Referncias Bibliogrficas

5 25 49 55 81 97 117 135 159 179 209 223 237 249 279 289 293 311 321 341

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Osciloscpio

Uma das grandes dificuldades que os tcnicos enfrentam na reparao de circuitos eletrnicos esta: os fenmenos que ocorrem nos componentes eletrnicos so abstratos; ou seja, tudo acontece sem que se possa ver. Conseqentemente, toda a reparao feita tambm a partir de raciocnios, de forma abstrata. Da a importncia do osciloscpio para o tcnico. atravs desse instrumento que variaes de tenso em um componente do circuito so transformadas em figuras, ou seja, em formas de ondas mostradas em uma tela. Isso torna possvel a anlise do comportamento do componente analisado dentro do circuito a ser reparado. Vamos tratar dos controles bsicos e da preparao do osciloscpio para o uso. Desse modo, voc saber como utilizar posteriormente esse instrumento nos mais diversos tipos de medies.

Osciloscpio O osciloscpio um equipamento que permite ao tcnico em manuteno observar as variaes de tenso eltrica em forma de figura em uma tela. Atravs do osciloscpio, possvel pesquisar e analisar defeitos em circuitos eletrnicos e eltricos. Na tela de um osciloscpio, as imagens so formadas unicamente pelo movimento rpido de um ponto na horizontal e vertical, como em um aparelho de televiso.

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Quando o movimento do ponto rpido, a imagem que se observa na tela uma linha. As imagens se formam na tela do osciloscpio mediante movimentos simultneos no sentido vertical e horizontal. A figura a seguir mostra um modelo de osciloscpio de trao simples com o painel de controle e entrada de sinal em primeiro plano.

Como se pode observar pela figura, os controles e entradas do painel podem ser divididos em quatro grupos a saber: 1. controles de ajuste do trao ou ponto na tela; 2. controles e entrada de atuao vertical; 3. controles e entrada de atuao horizontal; 4. controles e entradas de sincronismo.

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Controles de ajuste do trao ou ponto na tela A figura a seguir destaca o grupo de controles de ajuste do trao ou ponto.

Observao As designaes dos controles aparecem entre parnteses em ingls, visto que comum os osciloscpios terem esse tipo de identificao. Esses controles so enumerados a seguir. Brilho ou luminosidade (brightness ou intensity): controle que ajusta a

luminosidade do ponto ou trao. Em alguns osciloscpios, vem acoplado chave ligadesliga (on/off) do equipamento. Observao Deve-se evitar o uso de brilho excessivo, pois a tela do osciloscpio pode ser danificada. Foco (focus): controle que ajusta a nitidez do ponto ou trao luminoso. O foco deve

ser ajustado de forma a obter um trao fino e ntido na tela. Observao Os ajustes de brilho e foco so ajustes bsicos que sempre devem ser realizados quando se utiliza o osciloscpio.

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Iluminao da retcula (scale illumination): permite iluminar as divises traadas

na tela. Controles e entrada de atuao vertical A figura abaixo coloca em destaque o grupo de controles de atuao vertical.

Esses controles esto enumerados a seguir. Entrada de sinal vertical ou Y (input): nesta entrada conecta-se a ponta de prova

do osciloscpio. As variaes de tenso aplicadas nesta entrada aparecem sob a forma de figuras na tela do osciloscpio.

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Chave de seleo do modo de entrada (CA-CC ou AC-DC): esta chave

selecionada de acordo com o tipo de forma de onda a ser observado. Em alguns osciloscpios, esta chave tem trs posies, a saber: CA 0 CC ou CA GND CC. Observao Em algumas situaes, usa-se a posio adicional 0 ou GND para ajustar o osciloscpio. Chave seletora de ganho vertical (volt gain ou volt/div): com essa chave

possvel aumentar ou diminuir a amplitude de uma projeo na tela do osciloscpio. A figura a seguir mostra o que ocorre com a imagem na tela quando se movimenta a chave seletora.

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Ajuste fino de ganho vertical (fine-variable ou vernier): sua funo a mesma

que a da chave seletora de ganho vertical, ou seja, aumentar ou diminuir a amplitude da imagem na tela. A diferena est em que enquanto a chave seletora provoca variaes de amplitude em passos (propores definidas), o ajuste fino permite variar linearmente a amplitude, porm, sem escala graduada. Posio vertical (position): esse controle permite movimentar a projeo mais

para cima ou para baixo na tela. A movimentao no interfere na forma da imagem projetada na tela. Controle de atuao horizontal A figura a seguir coloca em destaque os controles de atuao horizontal.

Esses controles so os seguintes: Chave seletora na base de tempo (H, sweep ou time/div): o controle que

permite variar o tempo de deslocamento horizontal do ponto na tela. Atravs desse controle, pode-se ampliar ou reduzir horizontalmente uma imagem na tela.

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Observao Em alguns osciloscpios, esta chave seletora tem uma posio chamada EXT (externa). Essa posio permite que o deslocamento horizontal do ponto seja controlado por um circuito externo ao osciloscpio, atravs de uma entrada especfica. Quando a posio EXT selecionada, no ocorre formao de trao na tela, mas apenas um ponto. Ajuste fino (variable): este controle permite ajustar com mais preciso o tempo de

deslocamento do ponto na tela. Atua em conjunto com a chave seletora da base de tempo. Posio horizontal (H. position): consiste no ajuste que permite centrar

horizontalmente a forma de onda na tela. Girando o controle de posio horizontal para a direita, o trao se move horizontalmente para a direita ou vice-versa. Sincronismo da projeo O sincronismo consiste na fixao da imagem na tela para facilitar a observao. A fixao da imagem se faz mediante os controles de sincronismo do osciloscpio.

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Os controles de sincronismo so os enumerados a seguir:

chave seletora de fonte de sincronismo; chave de modo de sincronismo; controle de nvel de sincronismo.

A chave seletora de fonte de sincronismo (source) uma chave que seleciona o local onde ser tomado o sinal de sincronismo necessrio para fixar a imagem na tela do osciloscpio. Possui, em geral, quatro posies, conforme mostra a figura abaixo.

Na posio rede (line), a chave seletora permite o sincronismo com base na frequncia da rede de alimentao do osciloscpio (senoidal 60 Hz). Nessa posio, consegue-se facilmente sincronizar na tela sinais aplicados na entrada vertical, sinais esse obtidos a partir da rede eltrica. Na posio externo (ext), obtm-se o sincronismo da imagem com o auxlio de outro equipamento externo conectado no osciloscpio. O sinal que controla o sincronismo nessa posio aplicado entrada de sincronismo.

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A chave de modo (mode) e controle de nvel (level) de sincronismo, normalmente tem duas ou trs posies que so: auto; normal +; normal -. A posio auto permite que o osciloscpio realize o sincronismo da projeo automaticamente, com base no sinal selecionado pela chave seletora de fonte de sincronismo. As posies normal + e normal permitem que o sincronismo seja ajustado manualmente por meio de controle de nvel de sincronismo (level). Na posio normal +, o sincronismo positivo, fazendo com que o primeiro pico a parecer na tela seja o positivo.

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Na posio normal - , o sincronismo negativo. O primeiro pico que aparece na tela o negativo.

Observao Estes controles sero analisados quando se tratar da utilizao do osciloscpio na medio de tenso CA. Pontas de prova As pontas de prova so utilizadas para interligar o osciloscpio aos pontos de medio. Uma das extremidades da ponta de prova conectada a uma das entradas do osciloscpio por meio de um conector, geralmente do tipo BNC. A extremidade livre, por sua vez, serve para fazer a conexo aos pontos de medio. provida de uma garra jacar e de uma ponta de entrada sinal. A garra jacar, chamada tambm de terra da ponta de prova, deve ser conectada ao terra do circuito. e a ponta de entrada de sinal, por sua vez, conecta-se ao ponto que se deseja medir

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conector BCN

Existem dois tipos de ponta de prova:

ponta de prova 1:1; ponta de prova 10:1.

A ponta de prova 1:1 permite aplicar entrada do osciloscpio o mesmo nvel de tenso e forma de onda aplicado ponta de medio.

A ponta de prova 10:1 divisora de tenso, entregando ao osciloscpio a dcima parte da tenso aplicada ponta de medio.

As pontas de prova 10:1 so usadas para permitir que o osciloscpio seja empregado para medio ou observaes de sinais com tenses e amplitudes 10 vezes maiores que o seu limite normal de medio. Assim, um osciloscpio que permita a leitura de

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tenses at 50V com ponta de prova 1:1, pode ser utilizado em tenses de at 500V (10 x 50) com uma ponta de prova 10:1. Observao Existem pontas de prova que dispem de um boto atravs do qual se pode selecionar 10:1 ou 1:1. Osciloscpio de duplo trao O osciloscpio de duplo trao permite visualizar ao mesmo tempo dois sinais na tela. Ele tem alguns controles que so comuns aos dois traos:

controles bsicos (brilho, foco); controles do horizontal (base de tempo e posio).

As diferenas entre o osciloscpio de trao simples e duplo trao aparecem:

nas entradas e controles do vertical; nos controles e entrada de sincronismo.

Entradas e controles do vertical no osciloscpio duplo trao As imagens na tela do osciloscpio so uma projeo da tenso aplicada entrada vertical. Conseqentemente, para observar dois sinais simultaneamente necessrio aplicar duas tenses em duas entradas verticais. O osciloscpio de duplo trao dispe de dois grupos de controles verticais:

um grupo para o canal A ou canal 1 (Channel 1 ou CH1); um grupo para o canal B ou canal 2 (Channel 2 ou CH2).

Cada canal vertical controla um dos sinais na tela (amplitude, posio vertical). A figura a seguir coloca em destaque os grupos de controles do canal 1 (CH1) e canal 2 (CH2).

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Os grupos de controles verticais dos dois canais geralmente so iguais. Cada canal dispe de:

entrada vertical ou Y (1A e 2A); chave seletora CA 0 CC (1B e 2B); chave seletora de ganho vertical (1C e DC); ajuste fino de ganho vertical (1D e 2D); posio vertical (1E e 2E).

Alguns osciloscpios dispem ainda de um inversor (invert), que um controle que permite inverter a imagem do canal 2 obtida na tela.

Modo de operao vertical de duplo trao O osciloscpio de trao duplo dispe de uma chave seletora que possibilita o uso de apenas um dos traos na tela; ou seja, como se fosse de trao simples. Tanto o canal 1 como o canal 2 podem ser utilizados separadamente. Na posio CH1, o sincronismo controlado pelo sinal aplicado ao canal 1. Na posio CH2, o sincronismo controlado pelo sinal aplicado ao canal 2.SENAI

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Observao Sempre que se usar o osciloscpio de trao duplo como um de trao simples, a chave seletora deve ser posicionada no canal utilizado (CH1 ou CH2). Entre os grupos de controles verticais dos canais 1 e 2 existe uma chave seletora que permite determinar quantos e quais canais aparecero na tela. Esta chave tem pelo menos trs posies: CH1; CH2; DUAL (ou chopper). Na posio CH aparecer apenas um trao na tela, projetando o sinal que estiver aplicado entrada vertical do canal 1. Na posio CH2, aparecer apenas um trao na tela, projetando o sinal aplicado entrada vertical do canal 2. Na posio DUAL (chopper), aparecero na tela dois traos, cada um representando o sinal aplicado nas respectivas entradas verticais. Em osciloscpios mais sofisticados, esta chave pode ter mais posies permitindo, desse modo, outras opes de funcionamento. Controles de sincronismos no osciloscpios duplo trao A funo dos controles de sincronismo fixar a imagem na tela. A figura a seguir coloca em destaque o grupo de controles de sincronismo.

Os controles de sincronismos so:

chave seletora de fonte de sincronismo; chave seletora de modo de sincronismo; controle de nvel de sincronismo; entrada de sincronismo.

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Estes controles sero analisados detalhadamente quando tratarmos da medio de tenso CA com osciloscpio. Chave seletora de ganho vertical (VOLT/DIV) A chave seletora de ganho vertical estabelece a quantos volts corresponde cada diviso vertical da tela. Em todos os osciloscpios, essa chave tem muitas posies, de forma que se possa fazer com que cada diviso da tela tenha valores que vo, por exemplo, de 1mV a 10V.

Em cada posio da chave seletora, o osciloscpio tem um limite de medio. Assim, com 8 divises verticais na tela, selecionando para 10 V/diviso, pode-se medir tenses de at 80 V (8 divises. 10 V/div = 80 V). Se a tenso aplicada entrada vertical excede o limite de medio, o trao sofre um deslocamento tal que desaparece da tela. Quando isso acontece, deve-se mudar a posio da chave seletora de ganho vertical para um valor maior, reajustar a referncia e refazer a medio. Observao Quando o valor de tenso a medir parcialmente conhecido, a chave seletora de ganho vertical deve ser posicionada adequadamente antes de realizar a medio. importante lembrar que a posio de referncia do trao na tela deve ser conferida a cada mudana de posio da chave seletora de ganho vertical e reajustada, se necessrio. Ajuste fino de ganho vertical Quando o osciloscpio dispe de um ajuste fino de ganho vertical, este deve ser calibrado, antes de executar a medio; caso contrrio, a leitura no ser correta.

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Em alguns osciloscpios, o ajuste fino de ganho vertical j tem a posio de calibrao indicada por CAL.

Quando o ajuste fino no tiver posio de calibrao indicada, o ajuste feito utilizando-se uma tenso CC (ou CA quadrada) que est disponvel em um borne do painel de osciloscpio.

Conecta-se a ponta de prova ao borne e ajusta-se o controle de ajuste fino. Isso deve ser feito de forma que a tenso lida na tela confira com a tenso (CC ou CA PP) indicada ao lado do borne. Assim, ao lado do borne no painel do osciloscpio est colocado 1VPP. Conecta-se a ponta de prova ao borne e posiciona-se o ajuste fino de ganho vertical para que a figura na tela indique 1VPP. Controles da base de tempo O trao na tela de um osciloscpio formado pelo movimento de um ponto, controlado pelos circuitos da base de tempo ou varredura horizontal. O movimento horizontal do ponto chamado de varredura. Por essa razo, os controles da base de tempo do osciloscpio tambm so conhecidos por controles de varredura. Atravs dos controles da base de tempo possvel fazer com que o ponto se desloque mais rpida ou mais lentamente na tela do osciloscpio. Em geral, o osciloscpio possui trs controles da base de tempo: 20SENAI

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chave seletora da base de tempo (H. sweep ou time/div.); ajuste fino da base de tempo (H. vernier); amplificador horizontal.

Esses controles so comuns a todos os traos do osciloscpio (duplo trao; 4 traos ou mais). Nos osciloscpios de duplo trao, os controles da base de tempo so comuns aos dois traos. Esses controles da base de tempo so mostrados a seguir em um modelo de osciloscpio de trao simples.

Chave seletora da base de tempo A chave seletora da base de tempo (H sweep ou time/div) calibrada em valores de tempo por diviso (ms/div; ms/div; s/div). Esta chave estabelece quanto tempo o ponto leva para percorrer uma diviso da tela no sentido horizontal. Assim, se a chave seletora da base de tempo estiver posicionada em 1 ms/div, o ponto leva um milissegundo para percorrer uma diviso horizontal da tela.

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Atravs da chave seletora possvel expandir ou comprimir horizontalmente a figura na tela.

Ajuste fino da base de tempo Esse boto (variable) atua em conjunto com a chave seletora da base de tempo. Permite que o tempo de deslocamento horizontal do ponto na tela seja ajustado para valores intermedirios entre uma posio e outra da base de tempo. Desse modo, se a chave seletora da base de tempo tem as posies 1 ms/div e 0,5 ms/div, o ajuste fino permite que se ajustem tempos entre estes dois valores (0,6 ms/div; 0,85 ms/div). 22SENAI

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Na tela, o efeito do ajuste fino de ajustar a largura da figura em qualquer proporo que se deseje. Um aspecto importante deve ser considerado: o ajuste fino no tem escala, de forma que no possvel saber exatamente quanto tempo o ponto leva para deslocar-se numa diviso horizontal. Este controle de ajuste fino tem uma posio denominada calibrado ou cal. Quando o controle est na posio calibrado, o tempo de deslocamento horizontal do ponto em uma diviso horizontal da tela determinado somente pela posio da chave seletora da base de tempo.

Sempre que for necessrio conhecer o tempo de deslocamento horizontal do ponto em uma diviso, o ajuste fino da base de tempo tem que ser posicionado em calibrado. Ampliador horizontal O ampliador (magnifier) chamado tambm de expansor e atua na largura da figura na tela. Em geral, os expansores permitem que a figura seja ampliada 5 ou 10 vezes no sentido horizontal. Observao Nem todos os osciloscpios trazem este controle.

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Exerccios 1. Responda: a) Para que serve o osciloscpio?

b) De que forma as imagens se formam na tela de um osciloscpio?

c) Quais so os controles de ajuste de trao ou ponto na tela?

d) Qual a diferena entre as pontas de prova 1:1 e 10:1?

e) Qual a funo da chave seletora de ganho vertical?

2. Relacione a segunda coluna com a primeira: a) b) c) d) Chave seletora de ganho vertical Chave de seleo CA/CC Entrada de sinal vertical Posio vertical ( ) Seleciona o tipo da forma de onda ( ) Conecta a ponta de prova ( ) Varia o tempo de deslocamento ( ) Movimenta a projeo ( ) Aumenta ou diminui a amplitude do sinal

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Medio de Sinais com Osciloscpio

Em circuitos de CA e CC, o osciloscpio permite verificar, visualmente, atravs da forma de onda senoidal, quadrada, triangular ou qualquer outra, o comportamento dos componentes eletrnicos. Isso faz com que esse instrumento seja largamente utilizado em reparos de circuitos de tv, aparelhos de som, controles industriais, e outros. Neste captulo, vamos tratar da medio de sinais com osciloscpio. Voc vai aprender como se faz para obter uma projeo na tela e como se determinam valores tpicos de tenses, correntes, freqncias e defasagens. Dessa maneira, voc estar habilitado a usar o osciloscpio na manuteno de equipamentos eletrnicos. Para desenvolver os contedos e atividades aqui apresentadas, voc j dever conhecer gerador de funes, osciloscpio, tenses contnua e alternada.

Medio de tenso contnua com osciloscpio A medio de tenso CC com osciloscpio utilizada na anlise e reparao de circuitos. Vamos considerar um osciloscpio j com um trao selecionado e projetado na tela e ajustado em brilho e foco. Nesse caso, a preparao para a medio de uma tenso CC divide-se em trs etapas: ajuste da referncia; seleo do modo de entrada; conexo da ponta de prova do osciloscpio.

Ajuste da RefernciaSENAI

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Quando se utiliza o osciloscpio para medio de tenses contnuas, necessrio estabelecer uma posio para o trao na tela, que servir de posio de referncia. Deve-se posicionar o trao sobre uma das divises do reticulado da tela, utilizando o controle de posio vertical do canal selecionado.

Para fazer o ajuste da posio de referncia do trao, procede-se da seguinte forma: coloque a chave seletora de modo de entrada (CA - 0 - CC) do canal escolhido na posio 0; ajuste a posio do trao na tela usando o controle de posio vertical deste canal. Observao Quando se faz o ajuste, o operador deve ficar numa posio frontal tela do aparelho, conforme mostra a figura a seguir.

Seleo CA-CC e conexo da ponta de prova Para medies de tenso contnua, procede-se da seguinte maneira:

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aps o ajuste da referncia, posicione para CC a chave seletora de modo de entrada (CA - 0 - CC) do canal escolhido; conecte a ponta de prova na entrada vertical do canal escolhido. Aps a conexo da ponta de prova, procede-se medio da tenso e interpretao da medio. Na medio de tenso, temos a observar: Aps a preparao do osciloscpio, as extremidades da ponta de prova podem ser conectadas nos pontos onde est presente a tenso a ser medida. Quando as extremidades livres da ponta de prova so conectadas aos pontos de medio, o trao muda de posio na tela. A figura a seguir mostra, respectivamente, a posio do trao antes e depois da conexo da ponta de prova aos pontos de medio.

Em seguida, faz-se a interpretao da medida, ou seja, determina-se o valor de tenso aplicada na entrada. Isso feito em duas etapas: 1. Verifique primeiramente de quantas divises foi a mudana de posio do trao na tela (em relao posio de referncia).

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Na figura a seguir, a mudana de posio do trao foi de duas divises.

2. Multiplique o nmero de divises obtidas pelo valor indicado pela chave seletora de ganho vertical do canal (que indica o valor de cada diviso). Vamos supor, por exemplo, uma mudana de posio de duas divises e a posio da chave seletora de ganho vertical de 5 V/diviso, conforme mostra a figura que segue.

Nesse caso, para obter a tenso contnua entre os pontos medidos, basta multiplicar o nmero de divises pelo valor indicado pela chave seletora de ganho vertical. Ou seja: tenso contnua = 2 divises . 5 V/div = 10 V. Pelo fato de permitir a medio de tenses, o eixo vertical da tela do osciloscpio denominado eixo das tenses.

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A subdiviso das divises no eixo vertical principal, eixo vertical central, permite a leitura de valores que no completam um nmero inteiro de quadros ou divises. Um quadro contm 5 subdivises. Portanto cada subdiviso corresponde a 0,2 de um inteiro. Na figura a seguir pode-se observar a medio de uma tenso CC de 4,8 V, ou seja, 2,4 divises . 2 V/div.

Observao O valor de tenso correspondente a cada diviso da tela definido pela chave seletora de ganho vertical. Para que o osciloscpio possa ser utilizado para medies de valores de tenso de milivolts at dezenas de volts, basta posicionar a chave seletora de ganho vertical. Tenses negativas e positivas O osciloscpio pode ser utilizado tanto para medio de tenses positivas como negativas. As tenses contnuas positivas e negativas dependem do plo da fonte de alimentao em que conectado o terra. Assim, quando se conecta o terra ao plo negativo, obtm-se tenses contnuas positivas; na conexo ao plo positivo, tenses contnuas negativas. Para que a medio seja correta, a garra negativa que o terra da ponta de prova do osciloscpio ligada ao terra do circuito, seja ele positivo, ou negativo. obtm-se

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Quando a tenso aplicada na entrada vertical positiva, o trao se desloca da posio de referncia para cima. Observe esse deslocamento representado na figura a seguir.

Quando a tenso aplicada na entrada vertical negativa, o trao se desloca da posio de referncia para baixo, conforme mostra a figura que segue.

A interpretao dos valores das tenses negativas feita da mesma forma que a das tenses positivas.

Medio de tenso alternada com osciloscpio Utiliza-se o osciloscpio sobretudo para realizar medies de tenso alternada. Esse um tipo de medio muito comum no reparo e manuteno de equipamentos eletrnicos.

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Processo de medio de tenso CA O processo de medio de tenso CA com o osciloscpio divide-se em trs etapas: obteno da forma de onda CA na tela; sincronismo da projeo; interpretao da medio. Obteno da forma de onda CA Vamos tomar um osciloscpio com um trao previamente selecionado (CH1 ou CH2), ajustado em brilho e foco. Nesse caso, para obter a projeo de uma CA na tela, preciso fazer no apenas a seleo do modo de entrada e a conexo da ponta de prova no osciloscpio, mas tambm a conexo da ponta de prova nos pontos de medio. Para medies de tenso CA, a chave seleo do modo de entrada pode ser posicionada em CA ou CC. Para medies de CC, apenas a posio CC deve ser utilizada. A ponta de prova conectada na entrada vertical do canal selecionado. Se o osciloscpio possuir ajuste fino de ganho vertical, deve-se calibr-lo antes de executar a medio. Aps posicionar os controles, as pontas de prova so conectadas nos pontos de medio. Quando se conectam as pontas de prova nos pontos de medio, a tenso CA presente nestes pontos se projeta em forma de figura na tela do osciloscpio. Normalmente, a figura est fora de sincronismo, conforme mostra a figura a seguir.

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Caso a imagem exceda os limites da tela na vertical, deve-se recorrer chave seletora de ganho vertical, para obter o mximo de amplitude dentro dos limites da tela. Recorre-se tambm a essa chave quando a imagem na tela muito pequena e necessrio obter uma imagem com maior amplitude. Interpretao da medio Para realizar a leitura da tenso, preciso sincronizar a imagem na tela. Em geral, para que o osciloscpio fixe automaticamente a imagem na tela, basta posicionar a chave de modo de sincronismo em auto. Se na posio auto no houver sincronismo, deve-se passar para normal e sincronizar com auxlio do controle de nvel. A leitura de tenso alternada aplicada na entrada vertical no osciloscpio feita pela determinao da tenso de pico a pico da imagem projetada na tela. Verifica-se o nmero de divises verticais ocupadas pela imagem e multiplica-se pelo valor indicado pela chave seletora de ganho vertical.

Nmero de divises 3 Observao x

Posio da chave seletora 0,5 V =

Tenso medida 1,5 VPP

Quando o osciloscpio dispe de um ajuste fino do ganho vertical, este deve ser calibrado antes de executar a medida.

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Posicionamento adequado para a leitura Para facilitar a leitura do nmero de divises ocupadas na tela, pode-se movimentar verticalmente a imagem, usando o controle de posio vertical. Esse procedimento permite posicionar um dos picos da CA sobre uma linha de referncia sem modificar sua amplitude.

Pode-se tambm movimentar horizontalmente a imagem (controle de posio horizontal - H. position) sem prejuzo para a leitura. Isso possibilita colocar o pico da tenso exatamente sobre o eixo vertical principal, facilitando a leitura.

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Medio de perodo para clculo de freqncia Pode-se usar o osciloscpio para determinar a freqncia de um sinal eltrico. Isso possvel porque o perodo de uma CA pode ser determinado atravs do osciloscpio. Relao entre perodo e freqncia Freqncia (f) o nmero de ciclos completos de um fenmeno repetitivo que ocorre na unidade de tempo. Desse modo, temos: f = nmero de ciclos completos em 1 segundo. Perodo (T) o tempo necessrio para que ocorra um ciclo completo de um fenmeno repetitivo. Desse modo, temos: T = tempo de ocorrncia de 1 ciclo. A freqncia e o perodo de um fenmeno esto intimamente relacionados. A relao entre as duas grandezas se expressa pela equao: f = 1 T vice-

A equao mostra que medida que a freqncia aumenta, o perodo diminui e versa.

Uma vez conhecido o perodo de um sinal, a equao permite que se determine sua freqncia. Atravs da observao dos sinais eltricos na tela do osciloscpio, pode-se determinar o seu perodo e, portanto, calcular a sua freqncia. Determinao do perodo de um sinal O eixo horizontal do osciloscpio denominado "eixo dos tempos" porque, atravs das suas divises, pode-se determinar o perodo de formas de ondas alternadas.

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Para determinar com preciso o perodo de uma CA, preciso que o controle de ajuste fino da base de tempo seja mantido na posio "calibrado". Uma vez determinado corretamente o perodo, possvel obter a freqncia desejada. Para isso basta aplicar a CA a um dos canais do osciloscpio e projet-la e sincronizla na tela. A chave seletora permite fazer o ajuste da base de tempo que possibilita a compresso ou expanso da forma de onda na tela. Com isso, obtm-se uma figura adequada observao e leitura do perodo. Observaes Quanto menor o nmero de ciclos projetados na tela, mais precisa poder ser a determinao do perodo. O ideal conseguir projetar apenas um ciclo da CA na tela, o que feito com auxlio apenas da chave seletora da base de tempo, j que o ajuste fino tem de estar calibrado. Com a CA projetada na tela, deve-se estabelecer um ponto na figura como incio do ciclo e posicion-lo exatamente sobre uma das divises do eixo horizontal.

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Com o ponto de incio do ciclo posicionado, verifica-se o nmero de divises do eixo horizontal ocupado pelo ciclo completo.

Observao Pelos controles de posio, pode-se movimentar a figura no sentido vertical ou horizontal na tela, sem prejudicar a leitura. Para determinar o perodo da CA, necessrio conhecer: o tempo de cada diviso, fornecido pela posio da chave seletora da base de tempo; o nmero de divises horizontais, ocupadas por um ciclo e observados na tela do osciloscpio. Assim: T (perodo) = no de divises horizontais de um ciclo x tempo de uma diviso. A figura a seguir mostra um exemplo de determinao do perodo de uma CA senoidal.

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Partindo dos dados da figura, temos: T = 5,0 x 1 T = 5,0 ms ou 0,005 s Determinado o perodo, pode-se calcular a freqncia do sinal atravs da relao: 1 f = T A freqncia da CA da figura : f = 1 0,005

f = 200 Hz Portanto, para determinar a freqncia procede-se da seguinte maneira: posicionar o ajuste fino de tempo em calibrada; projetar a CA na tela e sincronizar; obter o menor nmero possvel de ciclos na tela; determinar o perodo; calcular a freqncia.

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Medio do ngulo de fase Em muitas ocasies, torna-se necessrio analisar ou determinar a relao de fase entre duas tenses CA ou entre uma tenso e uma corrente CA em um componente. Isso pode ser feito atravs de um osciloscpio duplo trao. Este processo somente pode ser utilizado para CA de freqncias iguais, porque quando as freqncias so diferentes o ngulo de fase est em constante modificao.

sinais de mesma freqncia

sinais de freqncias diferentes

Para verificar a relao de fase entre uma tenso e uma corrente CA em um componente ou circuito, necessrio observar simultaneamente duas senides: a senide da tenso; a senide da corrente. Para observar a senide da tenso, emprega-se um dos canais do osciloscpio, conectando a ponta de prova (sinal e terra) diretamente nos pontos a serem observados.

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As figuras a seguir mostram as pontas de prova conectadas a um circuito e a projeo na tela que corresponde a senide de "tenso aplicada".

Observao Para observar as variaes de corrente no osciloscpio, necessrio que elas sejam transformadas em variaes de tenso.

O resistor o componente ideal para realizar a converso de corrente em tenso por duas razes: a tenso presente entre os terminais de um resistor proporcional corrente; a tenso desenvolvida no resistor est em fase com a corrente. Assim, toda a vez que for necessrio observar com o osciloscpio a forma de onda de corrente em um circuito deve-se incluir um resistor em srie com este circuito. A queda de tenso neste resistor ser proporcional e estar em fase com a corrente do circuito.

queda de tenso proporcional corrente do circuito

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Conectando o osciloscpio sobre este resistor, a forma de onda apresentada na tela representar a corrente no circuito. importante lembrar que ao inserir um resistor em srie com um circuito, este resistor interfere na resistncia total, provocando uma alterao na corrente circulante, ou seja, RT = Rcircuito + R Para evitar que o resistor acrescentado influencie significativamente nos resultados observados, deve-se utilizar um resistor cujo valor seja pequeno em relao resistncia do circuito que se deseja analisar.

Observao Em geral, utiliza-se um resistor cujo valor seja no mximo 10% da resistncia do circuito que se deseja analisar. Como normalmente se necessita observar simultaneamente as formas de onda de tenso e de corrente, utiliza-se um osciloscpio de duplo trao, de forma que: um dos canais colocado sobre o resistor, para observao da forma de onda de corrente; o outro canal aplicado diretamente sobre a carga.

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A figura a seguir mostra como seria conectado o osciloscpio duplo trao para verificar a relao de fase entre corrente e tenso em um resistor.

O ato de conectar o terra do osciloscpio no meio dos dois componentes a serem medidos implica no fato de que o canal 1 apresenta uma medida acima da referncia e o canal 2 uma medida abaixo da referncia. Sempre que o osciloscpio for conectado desta forma, deve-se usar a entrada com inverso do osciloscpio para a medio abaixo da referncia. As senides de corrente e tenso sobre o resistor aparecero na tela como mostra a figura a seguir.

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O mesmo processo pode ser usado para determinar a relao de fase entre tenso e corrente em componentes como o capacitor.

O valor do resistor deve ser de, no mximo, 10% do valor da reatncia capacitiva do capacitor. As divises horizontais da tela podem ser usadas para determinar o ngulo de defasagem. Por exemplo: vamos supor que um ciclo da senide de tenso ocupe 6 divises horizontais da tela. Como um ciclo completo de CA corresponde a 360o, pode-se elaborar uma regra de trs: 6 divises 1 diviso 360 6 360o x

6 . x = 360 . 1 x=

x = 36o A senide de corrente da figura est atrasada uma diviso. Portanto, neste caso, a corrente est 60o atrasada com relao tenso.

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A figura a seguir mostra outro exemplo de determinao do ngulo de fase atravs das divises horizontais da tela do osciloscpio.

4 divises

360o x

0,4 divises 4 . x = 360 . 0,4 x= 360 4

x = 90o

Medio do ngulo de fase por figuras de Lissajous Figuras de Lissajous o nome dado s figuras que aparecem na tela do osciloscpio quando se aplicam sinais s entradas vertical e horizontal do osciloscpio, desligando a varredura horizontal interna. Abaixo esto algumas figuras de Lissajous.

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Atravs das figuras de Lissajous possvel determinar a relao de fase entre duas CAs de mesma freqncia usando um osciloscpio de trao simples. Conexo do Osciloscpio ao Circuito Para determinar o ngulo de fase, os dois sinais de mesma freqncia so aplicados s entradas vertical e horizontal, mantendo-se a chave de varredura horizontal na posio "externa".

O resistor R no circuito converte as variaes de corrente em variaes de tenso. Aps a colocao dos dois sinais, ocorre a formao de uma figura de Lissajous na tela. Para obter a leitura correta do ngulo de fase, o sinal aplicado no vertical deve ocasionar a mesma amplitude de deflexo na tela que o horizontal, em nmero de quadros, e a figura deve estar centrada na tela.

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Em geral, torna-se necessrio atuar no controle da amplitude vertical ou horizontal para realizar o ajuste. Uma vez concentrada a figura, determinam-se dois valores: Ymax e Y0 que a interseco da figura com o eixo Y. Observaes Ymax o valor de pico mximo da figura no eixo Y em relao ao eixo x; Y0 o valor de Y quando o eixo x vale zero.

De posse dos dois valores, determina-se o ngulo de fase a partir da equao - arc sen Y .

Ymax Conveno: o ngulo de defasagem; Y0 e Ymax so as leituras da tela; e arc sen a funo arco sen . Observao Atravs das figuras de Lissajous, no possvel determinar qual o sinal adiantado ou atrasado, porque isso depende da ordem de ligao dos sinais no osciloscpio.

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A seguir est uma tabela de senos e um exemplo de determinao do ngulo de fase por figura de Lissajous. ngulo () Seno () Exemplo: 0 0 10 0,17 20 0,34 30 0,5 40 0,64 45 0,71 50 0,77 60 0,87 70 0,94 80 0,98 90 1

= arc sen = arc sen

Y0 Ymax

2,1 2,8

= arc sen 0,75 50 (sen 50 = 0,77 da tabela).

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= arc sen

Y0 Ymax

= arc sen 3,0 3,2 = arc sen 0,94 = 70 Observao Quando se obtm um crculo perfeito a defasagem de 90 , pois Y0 = Ymax. Y0 Logo, sen = sen 1 = 90 Ymax Exerccios 1. Responda: a) Quais grandezas eltricas podem ser medidas por um osciloscpio?

b) O que define se a medio de tenso negativa ou positiva?

c) Quais as etapas para medio de tenso alternada?

d) Qual a utilizao das figuras de Lissajous?

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2. Relacione a segunda coluna com a primeira. a. Medio da freqncia b. Medio de tenso alternada c. Medio de tenso contnua d. Medio do ngulo de fase I/E ( ( ( ( ( ) Usar uma entrada com inverso. ) Determinar o perodo. ) Calcular o cosseno do ngulo. ) Usar a chave de seleo do modo de entrada em CC. ) Usar a chave de seleo do modo de entrada em CC ou CA.

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Gerador de Funes

No trabalho de manuteno, o tcnico de eletroeletrnica enfrenta situaes em que preciso usar equipamentos que o ajudem a descobrir e a corrigir defeitos em aparelhos. O gerador de funes um destes equipamentos, utilizado com freqncia na manuteno de equipamentos de som e imagem. O presente captulo vai tratar do gerador de funes e mostrar o modo correto de operar esse equipamento. Para desenvolver os contedos e atividades desta lio, necessrio que voc conhea corrente alternada e resistncia interna.

Gerador de funes O gerador de funes utilizado para calibrar e reparar circuitos eletrnicos. um equipamento que fornece tenses eltricas com diversas formas de onda chamadas de sinais eltricos, com amplitudes e freqncias variveis. Caractersticas do gerador de funes As caractersticas fundamentais dos geradores de funes so: tipos de sinais fornecidos; faixa de freqncia; tenso mxima de pico-a-pico na sada; impedncia de sada. Tipos de sinais fornecidos

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Os sinais variam de modelo para modelo. Dentre os tipos de sinais mais comuns, fornecidos pelo gerador, temos os que se apresentam as formas de ondas senoidal, quadrada e triangular.

Faixa de freqncia Dependendo da marca e do modelo, o gerador de funes fornece sinais em uma freqncia que vai de 1 Hz a vrios MHz. Os manuais dos fabricantes informam a faixa de freqncia que o equipamento pode fornecer. Por exemplo, de 1Hz a 20 kHz. Tenso mxima de pico-a-pico na sada A tenso mxima de pico-a-pico o valor mximo de amplitude do sinal que o gerador pode fornecer.

Impedncia de sada A impedncia de sada a impedncia que o gerador apresenta entre os terminais de sada. Os geradores podem ser de: alta impedncia de sada, para circuitos a vlvula; mdia impedncia de sada, para circuitos transistorizados. Geralmente, sua impedncia de 600 ;

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baixa impedncia de sada, para trabalhos em circuitos digitais. Em geral, sua impedncia de sada fica em torno de 50 . importante conhecer as caractersticas do gerador de funes, porque isso permite obter a mxima transferncia de potncia entre gerador e carga. Dispositivos de controle O painel do gerador de sinal tem uma srie de dispositivos de controle que servem para ajustar o equipamento de acordo com o trabalho a realizar. Observe na figura a seguir um modelo de gerador de funes, com o painel de controles em destaque.

liga

desliga

No gerador de funes so comuns os seguintes dispositivos de controle: 1. chave liga-desliga que serve para ligar e desligar o equipamento; 2. chave seletora de sinal ou funo que seleciona a forma de onda do sinal de sada; 3. chave seletora de faixa de freqncia ou multiplicador, presente em geradores que fornecem valores de freqncia em ampla faixa como, por exemplo, de 10Hz a 100kHz. Esse seletor possui diversas posies, permitindo escolher a faixa de freqncia desejada como, por exemplo, de 100 Hz a 1000 Hz; 4. controle de freqncia fornecida ou DIAL: um controle acoplado a uma escala que permite estabelecer o ajuste da freqncia do sinal fornecido pelo gerador dentro dos limites definidos pelo seletor da faixa de operao. O valor indicado no dial deve ser multiplicado pela faixa de frequncia previamente ajustada pela chave seletora de faixa de frequncia;SENAI

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5. controle de nvel de sada ou amplitude: serve para ajustar a amplitude (pico-apico) do sinal de sada. Existem geradores de funes mais sofisticados que dispem de outros controles. Observao Para uma correta compreenso dos controles adicionais, preciso consultar o manual do fabricante. Influncia da carga na amplitude do sinal O gerador de funes apresenta uma impedncia interna. Esta impedncia interna produz um efeito semelhante ao de uma resistncia eltrica colocada no interior do aparelho, em srie com a sada. Assim como em pilhas e baterias, essa impedncia de sada do gerador pode ser representada com um resistor em srie com os bornes de sada.

Devido a essa resistncia, a amplitude do sinal sofre uma reduo quando a carga ligada. Tal reduo se deve ao fato de que a impedncia interna provoca uma queda de tenso, quando o gerador fornece corrente ao circuito. O efeito semelhante queda de tenso que ocorre em pilhas e baterias devido a suas resistncias internas.

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Quanto maior for a carga a ser alimentada, maior ser a corrente fornecida pelo gerador e maior ser tambm a queda de tenso interna no gerador. Portanto, haver uma maior reduo na amplitude do sinal de sada. Por essa razo, sempre que se utilizar o gerador de funes, o nvel de sada deve ser ajustado com a carga conectada. Casamento de impedncia Para obter a mxima transferncia de potncia gerador-carga, a impedncia de sada do gerador deve ser a mais prxima possvel da impedncia da carga. Observe na figura que segue uma situao ideal de casamento de impedncia, com mxima transferncia de potncia.

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Exerccios 1. Responda s seguintes perguntas: a) Qual a utilidade do gerador de funes?

b) Cite duas caractersticas de um gerador de funes.

c) Quais tipos de sinais so fornecidos por geradores de funes?

2. Nomeie os dispositivos de controle solicitados.

liga

desliga

1. 2. 3. 4. 5.

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Diodo Semicondutor

A eletrnica se desenvolveu espantosamente nas ltimas dcadas. A cada dia, novos componentes so colocados no mercado, simplificando o projeto e a construo de novos aparelhos, cada vez mais sofisticados. Um dos fatos que contribuiu de forma marcante para esta evoluo foi a descoberta e a aplicao dos materiais semicondutores. O primeiro componente fabricado com materiais semicondutores foi o diodo semicondutor que utilizado at hoje para o entendimento dos circuitos retificadores, ou seja, aqueles que transformam CA em CC. Este captulo tratar do diodo semicondutor, visando fornecer os conhecimentos indispensveis para o entendimento dos circuitos que transformam CA em CC, ou seja, circuitos retificadores. Para ter sucesso no desenvolvimento desses contedos, voc j dever ter conhecimentos relativos a corrente eltrica, materiais condutores e isolantes.

Materiais semicondutores Materiais semicondutores so aqueles que apresentam caractersticas de isolante ou de condutor, dependendo da forma como se apresenta sua estrutura qumica. O exemplo tpico do material semicondutor o carbono (C). Dependendo da forma como os tomos se interligam, o material formado pode se tornar condutor ou isolante. Dois exemplos bastante conhecidos de materiais formados por tomos de carbono so o diamante e o grafite.

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O diamante um material de grande dureza que se forma pelo arranjo de tomos de carbono em forma de estrutura cristalina. eletricamente isolante. O grafite um material que se forma pelo arranjo de tomos de carbono em forma triangular. condutor de eletricidade. Estrutura qumica dos materiais semicondutores Os materiais considerados semicondutores se caracterizam por serem constitudos de tomos que tm quatro eltrons (tetravalentes) na camada de valncia. Veja na figura a seguir a representao esquemtica de dois tomos (silcio e germnio) que do origem a materiais semicondutores.

tomo de germnio

Os tomos que tm quatro eltrons na ltima camada tm tendncia a se agruparem segundo uma formao cristalina. Nesse tipo de ligao, cada tomo se combina com quatro outros. Isso faz com que cada eltron pertena simultaneamente a dois tomos.

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Esse tipo de ligao qumica denominado de ligao covalente. As ligaes covalentes se caracterizam por manter os eltrons fortemente ligados em dois ncleos associados. Por isso, as estruturas cristalinas puras, compostas unicamente por ligaes covalentes, adquirem caractersticas de isolao eltrica. O silcio e o germnio puros so materiais semicondutores com caractersticas isolantes quando agrupados em forma de cristal. Dopagem A dopagem o processo qumico que tem por finalidade introduzir tomos estranhos (impureza) na estrutura cristalina de uma substncia pura como o germnio e o silcio, por exemplo. Esses tomos estranhos a estrutura cristalina so denominados impurezas. A dopagem, que realizada em laboratrios, introduz no interior da estrutura de um cristal uma quantidade controlada de uma determinada impureza para transformar essa estrutura num condutor. A forma como o cristal conduzir a corrente eltrica e a sua condutibilidade dependem do tipo de impureza utilizado e da quantidade de impureza aplicada. Cristal N Quando o processo de dopagem introduz na estrutura cristalina uma quantidade de tomos com mais de quatro eltrons na ltima camada, como o fsforo (P), que pentavalente, forma-se uma nova estrutura cristalina denominada cristal N. Dos cinco eltrons externos do fsforo, apenas quatro encontram um par no cristal. Isso possibilita a formao covalente. O quinto eltron do fsforo no forma ligao covalente porque no encontra, na estrutura, um eltron que possibilite essa formao.

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No cristal semicondutor, cada tomo de impureza fornece um eltron livre dentro da estrutura.

Esse eltron isolado tem a caracterstica de se libertar facilmente do tomo e de vagar livremente dentro da estrutura do cristal, constituindo-se um portador livre de carga eltrica. importante notar que, embora o material tenha sido dopado, seu nmero total de eltrons e prtons igual, de forma que o material continua eletricamente neutro. Nesse cristal, a corrente eltrica conduzida no seu interior por cargas negativas. Veja representao esquemtica a seguir.

Observe que o cristal N conduz a corrente eltrica independentemente da polaridade da bateria. Cristal P

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A utilizao de tomos com trs eltrons na ltima camada, ou seja, trivalentes, no processo de dopagem, d origem estrutura chamada de cristal P. O tomo de ndio (In) um exemplo desse tipo de material. Quando os tomos de ndio so colocados na estrutura do cristal puro, verifica-se a falta de um eltron para que os elementos tetravalentes se combinem de forma covalente. Essa ausncia de eltron chamada de lacuna, que, na verdade, a ausncia de uma carga negativa. Os cristais dopados com tomos trivalentes so chamados cristais P porque a conduo da corrente eltrica no seu interior acontece pela movimentao das lacunas. Esse movimento pode ser facilmente observado quando se analisa a conduo de corrente eltrica passo a passo. Quando se aplica uma diferena de potencial aos extremos de um cristal P, uma lacuna ocupada por um eltron que se movimenta, e fora a criao de outra lacuna atrs de si. Veja figura a seguir na qual a lacuna est representada por uma carga positiva. A lacuna preenchida por outro eltron gerando nova lacuna at que esta seja preenchida por um eltron proveniente da fonte.

As lacunas se movimentam na banda de valncia dos tomos e os eltrons livres que as preenchem movimentam-se na banda de conduo. Observaes

A banda de valncia a camada externa da eletrosfera na qual os eltrons esto fracamente ligados ao ncleo do tomo.

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Banda de conduo a regio da eletrosfera na qual se movimentam os eltrons livres que deixaram a banda de valncia quando receberam uma certa quantidade de energia.

In

A conduo de corrente por lacunas no cristal P independe da polaridade da fonte de tenso. Assim, os cristais P e N, isoladamente, conduzem a corrente eltrica qualquer que seja a polaridade de tenso aplicada s suas extremidades.

Os cristais P e N so a matria prima para a fabricao dos componentes eletrnicos modernos tais como diodos, transistores e circuitos integrados.

Condutibilidade dos materiais semicondutores H dois fatores que influenciam a condutibilidade dos materiais semicondutores. Eles so: a intensidade da dopagem e a temperatura.

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Intensidade da dopagem Os cristais dopados mais intensamente se caracterizam por apresentar maior condutibilidade porque sua estrutura apresenta um nmero maior de portadores livres. Quando a quantidade de impurezas introduzidas na estrutura cristalina controlada, a banda proibida pode ser reduzida a uma largura desejada. Essa faixa est localizada entre as bandas de valncia e conduo.

Temperatura Quando a temperatura de um material semicondutor aumenta, a energia trmica adicional faz com que algumas ligaes covalentes da estrutura se desfaam. Cada ligao covalente que se desfaz pelo aumento da temperatura permite o aparecimento de dois portadores livres de energia a mais na estrutura do cristal. A presena de um maior nmero de portadores aumenta a condutibilidade do material, permitindo a circulao de correntes maiores no cristal. Assim, o comportamento de qualquer componente eletrnico fabricado com materiais semicondutores depende diretamente de sua temperatura de trabalho. Essa dependncia denominada de dependncia trmica e constitui-se de fator importante que deve ser considerado quando se projeta ou monta circuitos com esse tipo de componente.SENAI

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Diodo semicondutor O diodo semicondutor um componente que se comporta como condutor ou isolante eltrico, dependendo da forma como a tenso aplicada aos seus terminais. Uma das aplicaes mais comuns do diodo na transformao de corrente alternada em corrente contnua como, por exemplo, nos eliminadores de pilhas ou fonte CC. A ilustrao a seguir mostra o smbolo do diodo, de acordo com a norma NBR 12526.

O terminal da seta representa um material P e chamado de anodo e o terminal da barra representa um material N e chamado de catodo. A identificao dos terminais (anodo e catodo) no componente pode aparecer de diversas formas. A seguir esto representadas duas delas: o smbolo do diodo impresso sobre o corpo do componente; barra impressa em torno do corpo do componente, indicando o catodo.

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Juno PN O diodo se constitui da juno de duas pastilhas de material semicondutor: uma de material N e outra de material P. Essas pastilhas so unidas atravs de aquecimento, formando uma juno entre elas. Por essa razo o diodo semicondutor tambm denominado de diodo de juno PN. Aps a juno das pastilhas que formam o diodo, ocorre um processo de acomodao qumica entre os cristais. Na regio da juno, alguns eltrons livres saem do material N e passam para o material P onde se recombinam com as lacunas das proximidades. O mesmo ocorre com algumas lacunas que passam do material P para a material N e se recombinam com os eltrons livres. Assim, forma-se na juno, uma regio na qual no existem portadores de carga porque esto todos recombinados, neutralizando-se. Esta regio denominada de regio de depleo.

Como conseqncia da passagem de cargas de um cristal para o outro, cria-se um desequilbrio eltrico na regio da juno. Os eltrons que se movimentam do material N para o material P geram um pequeno potencial eltrico negativo. As lacunas que se movimentam para o material N geram um pequeno potencial eltrico positivo. Esse desequilbrio eltrico denominado de barreira de potencial. No funcionamento do diodo, esta barreira se comporta como uma pequena bateria dentro do componente. A tenso proporcionada pela barreira de potencial no interior do diodo depende do material utilizado na sua fabricao. Nos diodos de germnio (Ge), a barreira tem aproximadamente 0,3 V e nos de silcio (Si), aproximadamente 0,7 V.

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Observao No possvel medir a tenso da barreira de potencial utilizando um voltmetro nos terminais de um diodo porque essa tenso existe apenas dentro do componente. O diodo continua neutro, uma vez que no foram acrescentados nem retirados portadores dos cristais. Polarizao do diodo A aplicao de tenso sobre o diodo estabelece a forma como o componente se comporta eletricamente. A tenso pode ser aplicada ao diodo de duas formas diferentes, denominadas tecnicamente de polarizao direta e polarizao inversa. A polarizao direta quando a tenso positiva aplicada ao material P (anodo) e a tenso negativa ao material N (catodo).

Na polarizao direta, o plo positivo da fonte repele as lacunas do material P em direo ao plo negativo, enquanto os eltrons livres so repelidos pelo plo negativo em direo ao plo positivo. Se a tenso da bateria externa maior que a tenso da barreira de potencial, as foras de atrao e repulso provocadas pela bateria externa permitem aos portadores adquirir velocidade suficiente para atravessar a regio com ausncia de portadores, ou seja, a barreira de potencial. Nesta condio, existe na juno um fluxo de portadores livres dentro do diodo. 64SENAI

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A polarizao direta faz com que o diodo permita a circulao de corrente eltrica no circuito atravs do movimento dos portadores livres. Assim, quando o diodo est polarizado diretamente, diz-se que o diodo est em conduo.

A polarizao inversa quando a tenso positiva aplicada no material N (catodo) e a negativa no material P (anodo).

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Nesta situao, os portadores livres de cada cristal so atrados pelos potenciais da bateria para as extremidades do diodo. Isso provoca um alargamento da regio de depleo porque os portadores so afastados da juno.

Como no existe fluxo de portadores atravs da juno, a polarizao inversa faz com que o diodo impea a circulao de corrente no circuito eltrico. Nesse caso, diz-se que o diodo est em bloqueio.

Caractersticas de conduo e bloqueio do diodo semicondutor Nas condies de conduo e bloqueio, seria ideal que o diodo apresentasse caractersticas especiais, isto , quando em conduo (polarizao direta) conduzisse a corrente eltrica sem apresentar resistncia, comportando-se como um interruptor fechado. quando em bloqueio (polarizao inversa), ele se comportasse como um isolante perfeito, ou um interruptor aberto, impedindo completamente a passagem da corrente eltrica.

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Todavia, devido s imperfeies do processo de purificao dos cristais semicondutores para a fabricao dos componentes, essas caractersticas de conduo e bloqueio ficam distantes das ideais. Na conduo, dois fatores influenciam nessas caractersticas: a barreira de potencial e a resistncia interna. A barreira de potencial, presente na juno dos cristais, faz com que o diodo entre em conduo efetiva apenas a partir do momento em que a tenso da bateria atinge um valor maior que a tenso interna da barreira de potencial. A resistncia interna faz com que o cristal dopado no seja um condutor perfeito. O valor dessa resistncia interna geralmente menor que 1 nos diodos em conduo. Um circuito equivalente do diodo real em conduo apresenta os elementos que simbolizam a barreira de potencial e a resistncia interna.

Na maioria dos casos em que o diodo usado, as tenses e resistncias externas do circuito so muito maiores que os valores internos do diodo (0,7 V; 1 ). Assim, possvel considerar o diodo real igual ao diodo ideal no que diz respeito conduo, sem provocar erros significativos. No circuito a seguir, por exemplo, a tenso e a resistncia externa ao diodo so to grandes se comparadas com os valores do diodo, que a diferena entre eles se torna desprezvel.

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Erro = 0,0333 - 0,0328 = 0,0005 A, correspondente a 1,53 % (desprezvel face tolerncia do resistor). Na condio de bloqueio, devido presena de portadores minoritrios (impurezas) resultantes da purificao imperfeita, o diodo real no capaz de impedir totalmente a existncia de corrente no sentido inverso. Essa corrente inversa chamada de corrente de fuga e da ordem de alguns microampres. Como essa corrente muito pequena se comparada com a corrente de conduo, a V 49,3 V 50 I= I= = = 0,0328 A = = 0,0333 A R 1501 R 1500 resistncia inversa do diodo pode ser desprezada na anlise da grande maioria dos circuitos. O circuito equivalente do diodo real em bloqueio apresenta esta caracterstica.

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Curva caracterstica

O comportamento dos componentes eletrnicos expresso atravs de uma curva caracterstica que permite determinar a condio de funcionamento do componente em um grande nmero de situaes. A curva caracterstica do diodo mostra seu comportamento na conduo e no bloqueio. Regio de conduo Durante a conduo, a corrente do circuito circula no cristal. Devido existncia da barreira de potencial e da resistncia interna, aparece um pequeno valor de tenso sobre o diodo. A curva caracterstica do diodo em conduo mostra o comportamento da queda de tenso em funo da corrente que flui no circuito.

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A curva caracterstica de conduo mostra que a tenso no diodo sofre um pequeno aumento quando a corrente aumenta. Ela mostra tambm que enquanto o diodo est abaixo de 0,7 V (no caso do silcio), a corrente circulante muito pequena (regio C da curva). Isso conseqncia da oposio ao fluxo de cargas feita pela barreira de potencial. Por isso, a regio tpica de funcionamento dos diodos fica acima da tenso caracterstica de conduo. Regio de bloqueio No bloqueio, o diodo semicondutor no atua como isolante perfeito e permite a circulao de uma corrente de fuga da ordem de microampres. Essa corrente aumenta medida que a tenso inversa sobre o diodo aumenta.

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Regimes mximos do diodo em CC Os regimes mximos do diodo em CC estabelecem os limites da tenso e corrente que podem ser aplicados ao componente em circuitos de corrente contnua, sem provocar danos em sua estrutura. Analisando o comportamento do diodo em conduo e bloqueio, verifica-se que os fatores que dependem diretamente do circuito ao qual o diodo est conectado so:

corrente direta nominal (IF, do ingls "intensity forward"); tenso inversa mxima (VR, do ingls "voltage reverse").

A corrente direta nominal (IF) de cada tipo de diodo dada pelo fabricante em folhetos tcnicos e representa o valor mximo de corrente que o diodo pode suportar, quando polarizado diretamente. Veja a seguir, as caractersticas de corrente mxima (IF) de dois diodos comerciais. Tipo 1N4001 MR504 IF (A) 1,0 3,0

Quando polarizado inversamente, toda tenso aplicada ao circuito fica sobre o diodo.

Cada diodo tem a estrutura preparada para suportar um determinado valor de tenso inversa. Quando se aplica a um diodo um valor de tenso inversa mxima (VR) maior que o especificado, a corrente de fuga aumenta excessivamente e danifica o componente. O valor caracterstico de VR que cada tipo de diodo suporta sem sofrer ruptura fornecido pelos fabricantes. Veja a seguir exemplos de valores caractersticos de tenso mxima inversa de alguns diodos comerciais.

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Tipo 1N4001 1N4002 MR504 BY127

VR (V) 50 100 400 800

Reta de carga A reta de carga uma traagem sobre a curva caracterstica do diodo com o objetivo de determinar previamente qual ser a corrente e tenso no diodo em determinadas condies de trabalho.

Para traar a reta de carga de um diodo, deve-se determinar a tenso de corte, ou seja, a que est sobre o diodo quando este estiver na regio de bloqueio, e a corrente de saturao, isto , a corrente que circula pelo diodo quando ele est na regio de conduo em um determinado circuito. Quando o diodo est em corte ou bloqueio, a tenso da fonte est totalmente sobre o componente. Desta forma pode-se afirmar que a tenso de corte igual a tenso da fonte de alimentao do circuito.

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Logo: VC = VCC Onde VC tenso de corte e VCC a tenso de alimentao. A corrente de saturao a corrente do circuito quando o diodo est na regio de conduo ou saturado.

Pode-se determinar a corrente de saturao a partir da lei de Ohm. A corrente que circula no resistor a corrente de saturao IS e a tenso sobre o resistor a tenso de alimentao VCC. Desta forma: IS = VCC RL

Onde IS a corrente de saturao, VCC a tenso de alimentao e RL o resistor de carga ou limitador. A partir dos valores de tenso de corte e corrente de saturao, traa-se uma reta na curva caracterstica do diodo da seguinte forma: a tenso de corte VC identificada no eixo de tenso VD do grfico e a corrente de saturao no eixo de corrente ID. Essa reta denominada reta de carga.

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Eletrnica II

O ponto de encontro entre a reta de carga e a curva do diodo denominada de ponto de trabalho ou quiescente (Q).

Projetando este ponto quiescente nos eixos de tenso e corrente do grfico tem-se os valores de corrente e tenso do diodo no circuito.

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Eletrnica II

Potncia de dissipao A potncia de dissipao de um diodo o valor de potncia que ele dissipa em um circuito. A partir dos valores de tenso e corrente no diodo possvel determinar a potncia de dissipao. PD = VD . ID No exemplo a seguir, sero determinados os valores de tenso corrente e potncia no diodo.

De acordo com os dados do esquema eltrico os valores da tenso, de corte e corrente de saturao podem ser calculados. VC = VCC VC = 3 V IS = VCC 3 = = 0,063 A RL 47

IS = 63 mA

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Eletrnica II

A partir dos valores da tenso de corte e corrente de saturao, deve-se traar a reta de carga.

O cruzamento da reta de carga com a curva caracterstica do diodo determina o ponto quiescente. Ao projetar o ponto quiescente nos eixos de tenso e corrente do grfico possvel determinar a tenso e a corrente no diodo.

ID = 63 mA VD = 1,6 V A partir desses valores possvel determinar a potncia dissipada no diodo. PD = ID . VD PD = 0,063 . 1,6 PD = 0,100 W ou 100 mW

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Eletrnica II

Exerccios 1. Responda s seguintes perguntas: a) Qual a principal caracterstica de um material semicondutor?

b) Quantos tomos de valncia deve ter um material semicondutor?

c) O que ligao covalente?

d) O que dopagem?

e) Qual a finalidade da impureza em uma estrutura cristalina?

2. Responda: a) O que barreira de potencial?

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Eletrnica II

b) possvel medir a tenso da barreira de potencial de um diodo?

c) Quais os valores das barreiras de potencial de um diodo de silcio e de germnio?

d) Cite um exemplo de utilizao da curva caracterstica de um diodo.

3. Faa o esquema do circuito solicitado: a) Circuito com um diodo polarizado diretamente.

b) Circuito com um diodo polarizado inversamente.

4. Resolva os problemas que seguem: a) Determine os valores de tenso de corte e corrente de saturao em um circuito com diodo. Sabe-se que a tenso de alimentao do circuito de 12 VCC e o resistor de carga de 220k . 78

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Eletrnica II

b) De acordo com o grfico a seguir, determine a tenso, a corrente e a potncia dissipada no diodo e faa esquema do circuito eltrico. A fonte que alimenta o circuito de 2 VCC e o resistor limitador 560 .

5. Relacione a segunda coluna com a primeira. a. Silcio ou germnio puro b. tomo trivalente c.tomo pentavalente d. Catodo e. tomo tetravalente ( ( ( ( ( ( ) Quatro eltrons na ltima camada. ) Cinco eltrons na ltima camada. ) Caracterstica isolante . ) Material tipo N. ) Trs eltrons na camada de valncia. ) Trs prtons na ltima camada.SENAI

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Eletrnica II

6. Preencha as lacunas com V para as afirmaes verdadeiras e F para as afirmaes falsas. a) ( ) b) ( ) c) ( ) d) ( ) e) ( ) O ndio um tipo de material utilizado na dopagem de um cristal P. O cristal N recebe tomos pentavalentes na sua estrutura cristalina. A lacuna a ausncia de eltron na estrutura cristalina. O cristal P conduz somente em um sentido. A intensidade da dopagem e a temperatura no influenciam na condutibilidade de um material semicondutor.

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Eletrnica II

Diodos Especiais

Desde o descobrimento da juno semicondutora PN, muitos estudos tm sido realizados com os materiais semicondutores, em busca de novos componentes. O diodo emissor de luz (LED) um dos componentes descobertos atravs dessas pesquisas. Atualmente, na grande maioria dos aparelhos eletrnicos, as lmpadas de sinalizao esto sendo substitudas por esse componente semicondutor capaz de emitir luz. O outro componente foi o diodo zener que veio atender necessidade de utilizao de dispositivos reguladores de tenso surgida com a crescente sofisticao dos equipamentos eletrnicos. O presente captulo tratar do LED e do diodo zener. Para ter sucesso no desenvolvimento dos contedos e atividades aqui apresentados, necessrio ter conhecimentos relativos a diodo semicondutor, curvas caractersticas e polarizao dos diodos semicondutores.

Diodo emissor de luz O diodo emissor de luz ou LED, do ingls light emitting diode, um tipo especial de diodo semicondutor que emite luz quando polarizado diretamente. O smbolo grfico do LED definido pela NBR 12526/92, e est apresentado a seguir.

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Eletrnica II

O LED fabricado com uma combinao de elementos como o arsnio (AS), o glio (Ga), que formam o arseneto de glio e o fsforo (P). Dependendo da quantidade de fsforo depositada, eles podero irradiar luz visvel vermelha, amarela ou verde, que so as mais comuns, embora tambm possam ser encontrados os LEDs que irradiam luz laranja ou azul. H LEDs que emitem luz invisvel ao olho humano, ou seja, a luz infravermelha e a luz ultravioleta. Outros emitem duas cores diferentes. So os LEDs bicolores que consistem de dois LEDs de cores diferentes encapsulados dentro de uma mesma cpsula de trs terminais.

Um dos terminais comum aos dois LEDs. Para que o componente irradie a cor desejada, basta polarizar diretamente o LED dessa cor.

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Eletrnica II

Os LEDs so encontrados nas mais diversas formas e dimenses. Veja alguns exemplos na ilustrao a seguir.

O catodo do LED identificado por um "corte" (ou chanfro) na base do encapsulamento, ou pelo terminal menor.

O LED apresenta as seguintes vantagens:

pequena tenso de alimentao (2 V) e baixo consumo (20 mA); tamanho reduzido; nenhum aquecimento; alta resistncia a vibraes; grande durabilidade.

Funcionamento Quando o LED polarizado diretamente, entra em conduo. Isso permite a circulao da corrente que se processa pela liberao dos portadores livres na estrutura dos cristais.

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Eletrnica II

O deslocamento de portadores da banda de conduo provoca a liberao de energia, ou seja, emisso de ftons em forma de luz. Esse efeito ocorre principalmente quando o tamanho da banda proibida igual ao comprimento de onda () da luz emitida.

Observao A banda proibida a regio da ligao covalente entre uma camada de valncia e outra, na qual no h eltrons livres. Caractersticas dos LEDs Os LEDs apresentam as mesmas caractersticas dos diodos semicondutores a saber:

corrente direta mxima (IFM); corrente direta nominal (IF); tenso direta nominal (VF); tenso inversa mxima (VR).

A corrente direta mxima expressa pela notao IFM, o parmetro que define a corrente mxima de conduo do LED sem prejuzo para sua estrutura. A corrente direta nominal, IF, um valor de corrente de conduo indicado pelo fabricante no qual o LED apresenta um rendimento luminoso timo e que, normalmente, corresponde a 20 mA.

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Eletrnica II

A tenso direta nominal representada por, VF, a especificao que define a queda de tenso tpica do diodo no sentido da conduo. A queda da tenso nominal ocorre no componente quando a corrente direta tem valor nominal (IF).

Para valores de corrente direta diferentes do valor nominal (IF), a tenso direta de conduo sofre pequenas modificaes de valor. A tenso inversa mxima, representada pela notao VR, a especificao que determina o valor de tenso mxima que o LED suporta no sentido inverso sem sofrer ruptura. Nos LEDs, ela pequena, da ordem de 5 V, porque esses componentes no so usados em retificao e sim para emitir luz. Portanto, na prtica, s trabalham com polarizao direta. A tabela a seguir mostra caractersticas de alguns LEDs.

LEDFLV 110 LD 37I LD 35I

Corvermelho verde amarelo

VF (V)*1,7 2,4 2,4

IFn (mA)50 60 60

* O valor de VF obtido com IF = 20 MA.

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Eletrnica II

Utilizao do LED em CC A utilizao do LED em corrente contnua exige a fixao de sua corrente direta nominal (IF). A limitao da corrente pode ser feita atravs de um resistor.

A figura a seguir apresenta um circuito retificador de onda completa com um led para indicar a existncia de tenso na sada.

O valor do resistor limitador dado por: R= VCC VF IF

Onde; VCC a tenso de sada da fonte, VF a tenso nominal de conduo do LED, e IF a corrente nominal de conduo do LED Tomando-se como exemplo a fonte retificadora do esquema apresentado e os valores do LED FLV 110 e a tenso da sada da fonte como sendo 10 V, por 86SENAI

Eletrnica II

exemplo, o valor do resistor seria: R= VCC VF 10 1 7 , = = 415 IF 0,02

Ou seja, R = 390 ou 470 (em valores comerciais padronizados). A potncia do resistor seria aproximadamente: PR = VR . IR = (10 1,7). 0,02 = 166 mW Para trabalhar a frio: PR = 0,5 W.

Diodo zener O diodo zener um tipo especial de diodo utilizado como regulador de tenso. A sua capacidade de regulao de tenso empregada principalmente nas fontes de alimentao de modo a fornecer uma tenso de sada fixa. A norma NBR 12526/92 define seu smbolo grfico conforme ilustrao a seguir.

Os diodos zener de pequena potncia podem ser encontrados em encapsulamento de vidro ou de plstico enquanto os de maior potncia so geralmente metlicos para facilitar a dissipao de calor. Veja os dois tipos de zener nas ilustraes a seguir.

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Eletrnica II

Comportamento do diodo zener O comportamento do diodo zener depende fundamentalmente da forma como ele polarizado. Com polarizao direta, o diodo zener se comporta da mesma forma que um diodo semicondutor ou retificador, entrando em conduo e assumindo uma queda de tenso tpica.

Observao Normalmente o diodo zener no usado com polarizao direta nos circuitos eletrnicos. Na polarizao inversa, at um determinado valor de tenso inversa, o diodo zener se comporta como um diodo comum, ficando em bloqueio. Nesse bloqueio, uma pequena corrente de fuga circula no diodo zener, tal como no diodo convencional. Em um determinado valor de tenso inversa, o diodo zener entra subitamente em conduo, apesar de estar polarizado inversamente. A corrente inversa aumenta rapidamente e a tenso sobre o zener se mantm praticamente constante.

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O valor de tenso inversa que faz o diodo zener entrar em conduo denominado de tenso zener (VZ). Enquanto houver corrente inversa circulando no diodo zener, a tenso sobre seus terminais se mantm praticamente no valor da tenso zener. importante observar que no sentido inverso, o diodo zener difere do diodo semicondutor retificador convencional, ou seja, um diodo retificador nunca chega a conduzir intensamente no sentido inverso. Se isso acontecer, o diodo estar em curto e danificado.

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O diodo zener, por sua vez, levado propositadamente a conduzir no sentido inverso para que uma tenso zener constante seja obtida em seus terminais, sem que isso danifique o componente. Caractersticas do diodo zener As caractersticas eltricas importantes do diodo zener so:

tenso zener; potncia zener; coeficiente de temperatura; tolerncia.

Tenso zener A tenso zener ou tenso de ruptura depende do processo de fabricao e da resistividade da juno semicondutora. Durante a ruptura, o diodo zener fica com o valor de tenso zener sobre seus terminais. Esses valores so fornecidos pelos fabricantes nos catlogos tcnicos. Potncia zener A potncia zener a potncia dissipada pelo diodo em condies normais de funcionamento. Na curva de ruptura, esse diodo apresenta a tenso zener em seus terminais e percorrido por uma corrente inversa. A potncia zener dada pelo produto da tenso e corrente, ou seja: PZ = VZ . IZ Os diodos zener so fabricados para determinados valores de potncia de dissipao que determinam a dissipao mxima que o componente pode suportar. Esses valores so fornecidos pelo fabricante. Utilizando os valores de tenso zener e potncia zener mxima, pode-se determinar a corrente mxima que o zener pode suportar, ou seja: IZMX = PZMX VZ

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Eletrnica II

Observao Esse valor de corrente zener mxima no pode ser excedido sob pena de danificar o diodo por excesso de aquecimento. A regio de funcionamento do zener determinada por dois valores de corrente porque sua tenso inversa constante. Esses valores so: IZmax e IZmin.

O valor de IZmax definido pela potncia zener: IZ max = PZ max VZ

O valor de IZmin corresponde a 10% do valor de IZmax, ou seja: IZ min = IZ max PZ max = 10 10 VZ

Coeficiente de temperatura O desempenho dos componentes fabricados com materiais semicondutores sofre influncia da temperatura (dependncia trmica). Por isso, a tenso zener se modifica com a variao da temperatura do componente. A influncia dessa variao expressa sob a forma de relao entre tenso e temperatura e define em quantos milivolts a tenso se modifica para cada grau centgrado de alterao da temperatura do componente, ou seja, mV/o C. Devido a uma diferena no princpio de funcionamento interno, os diodos zener so divididos em dois grupos:

at 5 V: a tenso sobre o zener diminui com o aumento da temperatura (-mV/oC). acima de 5 V: a tenso sobre o zener aumenta com o aumento da temperatura (+mV/oC).SENAI

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Eletrnica II

As curvas caractersticas a seguir exemplificam a dependncia trmica dos dois grupos de diodos zener.

Observao Os valores de tenso zener fornecidos pelos fabricantes so vlidos temperatura de 25oC. Tolerncia A tolerncia do diodo zener refere-se variao que pode existir entre o valor especificado e o valor real de tenso inversa do diodo zener. Isso significa que um diodo zener de 10 V 5% pode ter uma tenso inversa real, por exemplo, de 9,5 a 10,5 V. Para especificar a tolerncia, os fabricantes utilizam diversos cdigos. Por exemplo:

para tolerncia de 5 %, a designao do diodo vem acompanhada pela letra A: 1N4742 A; para tolerncia de 10%, a designao do diodo vem sem letra no final: 1N4733.

Diodo zener ideal x real A caracterstica fundamental do diodo zener manter uma tenso constante sobre seus terminais quando colocado em conduo no sentido inverso. O diodo zener ideal aquele que, em conduo inversa, mantm a tenso absolutamente constante independentemente da corrente circulante.

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Eletrnica II

Entretanto, o diodo zener no um componente ideal. Assim, a tenso sobre seus terminais sofrem uma pequena variao quando a corrente inversa se modifica.

Porm, quando se considera que a variao em VZ muito pequena, o diodo zener pode ser considerado como ideal na maioria das aplicaes. Relao entre corrente e resistncia no diodo zener A lei de Ohm define a relao entre corrente, tenso e resistncia em um dispositivo: I= V RSENAI

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Como no diodo zener a tenso constante, a relao fica resumida corrente e resistncia. Assim, temos: VZ = IZ . RZ Na equao acima, para que a tenso seja constante no zener, o produto I . R deve ser constante. Se a corrente no diodo zener aumenta, sua resistncia diminui na mesma proporo ou vice-versa: IZ . RZ = VZ

Da mesma forma, se a corrente no diodo , sua resistncia aumenta para que o produto (tenso) se mantenha constante: IZ RZ = VZ Assim, na regio de ruptura, a corrente e a resistncia zener so inversamente proporcionais: quando uma aumenta, a outra diminui na mesma proporo.

Exerccios 1. Responda s seguintes perguntas: a) Qual a principal funo de um LED?

b) Cite trs vantagens na utilizao do LED.

c) De que forma possvel a emisso de duas cores por um s LED?

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Eletrnica II

1.

Responda

a) Qual a principal funo do diodo zener?

b) Como o diodo zener se comporta na polarizao direta?

c) O que difere um diodo semicondutor de um diodo zener?

d) Cite as caractersticas eltricas importantes do diodo zener.

2. Resolva os seguintes exerccios: a) Faa o esquema eltrico do circuito e especifique o resistor necessrio para limitar a corrente de um led de sinalizao. Dados: IF = 20 mA; VCC = 20 V VF = 1,7 V

3. Faa os smbolos grficos dos componentes solicitados. a) LED

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Eletrnica II

b) Diodo zener

4. Relacione a segunda coluna com a primeira. a) Corrente direta mxima b) Corrente direta nominal c) Tenso direta nominal d) Tenso inversa mxima ( ( ( ( ( ) Valor de tenso mxima suportada, VR. ) Corrente mxima de conduo, IFM. ) Corrente direta nominal, IF. ) Queda de tenso nominal, VF. ) Valor da queda de tenso admissvel, VFM.

6. Preencha as lacunas com V para as afirmaes verdadeiras e F para as afirmaes falsas. a) ( ) b) ( ) c) ( ) d) ( ) e) ( ) O valor de tenso inversa que faz o diodo zener entrar em conduo denominado de tenso zener. Um diodo retificador em bom estado conduz intensamente no sentido inverso, quando a tenso VD superior a 0,7 V. Quando a variao da tenso zener de valor considervel, o diodo pode ser considerado como ideal. A caracterstica fundamental do diodo zener manter uma corrente constante em seus terminais. quando em conduo. A corrente e a resistncia zener so inversamente proporcionais.

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Circuitos Retificadores

Todos os aparelhos eletrnicos necessitam de corrente contnua para funcionar. Todavia, a rede eltrica que chega s nossas casas, nos fornece energia eltrica em forma de corrente alternada. Assim, para que seja possvel alimentar os aparelhos eletrnicos, necessrio um circuito que transforme corrente alternada em corrente contnua. Esse circuito chamado de retificador. Por seu largo emprego e importncia, os circuitos retificadores sero o assunto deste captulo. Para compreend-lo com mais facilidade, necessrio conhecer corrente contnua, corrente alternada, diodo semicondutor e transformadores.

Retificao Retificao o processo de transformao de corrente alternada em corrente contnua, de modo a permitir que equipamentos de corrente contnua sejam alimentados por corrente alternada. A retificao ocorre de duas formas:

retificao de meia onda; retificao de onda completa.

Retificao de meia-onda De todos os circuitos retificadores que existem, o mais simples o circuito retificador de meia-onda. Ele permite o aproveitamento de apenas um semiciclo da tenso de entrada de carga e usado em equipamentos que no exigem tenso contnua pura, como os carregadores de bateria.SENAI

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Eletrnica II

Esse circuito utiliza um diodo semicondutor pois suas caractersticas de conduo e bloqueio so aproveitadas para a obteno da retificao. Tomemos como exemplo o circuito retificador da figura a seguir.

Durante o primeiro semiciclo, a tenso positiva no ponto A e negativa em B. Essa polaridade da tenso de entrada coloca o diodo em conduo e permite a circulao da corrente.

A tenso sobre a carga assume a mesma forma da tenso de entrada.

O valor do pico de tenso sobre a carga menor que o valor do pico da tenso de 98SENAI

Eletrnica II

entrada. Isso acontece porque o diodo durante a conduo apresenta uma pequena queda de tenso.

Observao A queda de tenso (VD) de 0,7 V em circuitos com diodos de silcio e 0,2 V em circuitos com diodos de germnio. Na maioria dos casos, essa queda de tenso pode ser desprezada porque seu valor muito pequeno em relao ao valor total do pico de tenso sobre a carga. Ela s deve ser considerada quando aplicado no circuito retificador tenses de baixos valores, menores que 10 V. Durante o segundo semiciclo, a tenso de entrada negativa no ponto A e positiva no ponto B. Nessa condio, o diodo est polarizado inversamente, em bloqueio, impedindo a circulao da corrente.

Com o bloqueio do diodo que est funcionando como um interruptor aberto, a tenso na carga nula porque no h circulao de correnteSENAI

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Eletrnica II

Os grficos a seguir ilustram a evoluo de um ciclo completo.

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Pelos grficos, possvel observar que a cada ciclo completo da tenso de entrada, apenas um semiciclo passa para a carga, enquanto o outro semiciclo fica sobre o diodo. Tenso de sada A tenso de sada de uma retificao de meia-onda contnua, porm pulsante porque nela alternam-se perodos de existncia e inexistncia de tenso sobre a carga. Assim, ao se conectar um voltmetro de CC na sada de um circuito retificador de meia-onda, a tenso indicada pelo instrumento ser a mdia entre os perodos de existncia e inexistncia de tenso.

Por isso, o valor da tenso CC aplicada sobre a carga fica muito abaixo do valor efetivo da CA aplicada entrada do circuito. A tenso mdia na sada dada pela equao: VCC = VP VD

Onde: VCC a tenso contnua mdia sobre a carga; VP a tenso de pico da CA aplicada ao circuito (VP = VCA . 2 ); VD a queda de tenso tpica do diodo (0,2 V ou 0,7 V). Quando as tenses de entrada (VCAef) forem superiores a 10 V, pode-se eliminar a queda de tenso do diodo que se torna desprezvel, reescrevendo a equao da seguinte maneira: VP VCA . 2

VCC =

VCC =

SENAI

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Simplificando os termos VCC = VCA . 0,45 Exemplo

2 , obtm-se 0,45. Logo,

Dados: VCA = 6 V (menor que 10 V) D1 = diodo retificador de silcio VCC = VP VD (VCA . 2 VD (6.1,41) 0,7 = = = 2,47 V 3,14

)

VCC = 2,47 V Corrente de Sada Como na retificao de meia-onda a tenso sobre a carga pulsante, a corrente de sada tambm pulsante. Assim, a corrente de sada a mdia entre os perodos de existncia e inexistncia de corrente.

Esse valor determinado a partir dos valores de tenso mdia e da resistncia de carga, ou seja, VCC RLSENAI

ICC =

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Observao O clculo da corrente mdia de sada determina os parmetros para a escolha do diodo que ser utilizado no circuito. Inconvenientes A retificao de meia-onda apresenta os seguintes inconvenientes:

tenso de sada pulsante; baixo rendimento em relao tenso eficaz de entrada;

mau aproveitamento da capacidade de transformao nas retificaes com

transformador porque a corrente circula em apenas um semiciclo.

Retificao de onda completa A retificao de onda completa o processo de converso de corrente alternada em corrente contnua que aproveita os dois semiciclos da tenso de entrada.

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Eletrnica II

Esse tipo de retificao pode ser realizado de dois modos:

por meio de um transformador com derivao central (C.T.) e dois diodos; por meio de quatro diodos ligados em ponte.

Retificao de onda completa com transformador A retificao de onda completa com transformador o processo de retificao realizado por meio de um circuito com dois diodos e um transformador com derivao central (ou "center tap").

Funcionamento Para explicar o funcionamento desse circuito, vamos considerar separadamente cada semiciclo da tenso de entrada. Inicialmente, considerando-se o terminal central do secundrio do transformador como referncia, observa-se a formao de duas polaridades opostas nas extremidades das bobinas.

Em relao ao ponto neutro, as tenses VCD e VED esto defasadas 180 104SENAI

Eletrnica II

Durante o semiciclo positivo de VENT, entre os pontos C e E, o ponto C est positivo em relao ao ponto D. Nessa condio, o diodo D1 est polarizado diretamente e, portanto, em conduo. Por outro lado, o ponto D est positivo em relao a E. Nessa condio, o diodo D2 est polarizado inversamente e, portanto, em corte. No ponto A aparece uma tenso positiva de valor mximo igual a VMX.

Observe que no circuito apresentado, a condio de conduo de D1 permite a circulao de corrente atravs da carga, do terminal positivo para o terminal negativo. A tenso aplicada carga a tenso existente entre o terminal central do secundrio e a extremidade superior do transformador (VS1).

No segundo semiciclo, h uma inverso da polaridade no secundrio do transformador.

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Eletrnica II

Assim, o ponto D est negativo em relao ao ponto E. Nessa condio, o diodo D2 est polarizado diretamente e, portanto, em conduo. Por outro lado, o ponto D est positivo em relao a C. Nessa condio, o diodo D1 est polarizado inversamente, e, portanto, em corte.

A corrente que passa por D2 circula pela carga no mesmo sentido que circulou no primeiro semiciclo.

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A tenso aplicada carga a tenso da bobina inferior do secundrio do transformador (VS2).

Durante todo semiciclo analisado, o diodo D2 permanece em conduo e a tenso na carga acompanha a tenso da parte inferior do secundrio.

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As formas de onda das tenses no circuito so mostradas nos grficos a seguir.

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As formas de onda das correntes so:

Analisando um ciclo completo da tenso de entrada, verifica-se que o circuito retificador entrega dois semiciclos de tenso sobre a carga:

um semiciclo da extremidade superior do secundrio atravs da conduo de D1; um semiciclo da extremidade inferior do secundrio atravs da conduo de D2.

Retificao de onda completa em ponte A retificao de onda completa em ponte utiliza quatro diodos e entrega carga uma onda completa sem que seja necessrio utilizar um transformador de derivao central.

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Funcionamento Considerando a tenso positiva (primeiro semiciclo) no terminal de entrada superior, teremos as seguintes condies de polarizao dos diodos:

D1 anodo positivo em relao ao catodo (polarizao direta) - em conduo; D2 catodo positivo em relao ao anodo (polarizao inversa) - em bloqueio; D3 catodo negativo em relao ao anodo (polarizao direta) - em conduo; D4 anodo negativo em relao ao catodo (polarizao inversa) - em bloqueio.

Eliminando-se os diodos em bloqueio, que no interferem no funcionamento, verificase que D1 e D3 (em conduo) fecham o circuito eltrico, aplicando a tenso do primeiro semiciclo sobre a carga.

Observe no circuito a seguir, como a corrente flui no circuito no primeiro ciclo.

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No segundo semiciclo, ocorre uma inverso da polaridade nos terminais de entrada do circuito.

Nessa condio, a polaridade dos diodos apresenta a seguinte configurao:

D1 - anodo negativo em relao ao catodo (polarizao inversa) - em bloqueio; D2 - catodo negativo em relao ao anodo (polarizao direta) - em conduo; D3 - catodo positivo em relao ao anodo (polariz