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DEPARTAMENTO DE ELETRO-ELETRNICA COLGIO TCNICO DE CAMPINAS UNICAMP

ELETRNICA

Prof. Roberto Angelo Bertoli V3 setembro, 00

Colgio Tcnico de Campinas

ELETRNICA

2

NDICE11.1

DIODO SEMICONDUTOR E RETIFICAOFSICA DOS SEMICONDUTORES A ESTRUTURA DO TOMO ESTUDO DO SEMICONDUTORES DIODO POLARIZAO DO DIODO CURVA CARACTERSTICA DE UM DIODO RESISTOR LIMITADOR DE CORRENTE DIODO EMISSOR DE LUZ E FOTODIODO APROXIMAES DO DIODO RETIFICADORES DE MEIA ONDA E ONDA COMPLETA RETIFICADOR DE MEIA ONDA RETIFICADOR DE ONDA COMPLETA RETIFICADOR DE ONDA COMPLETA EM PONTE CAPACITOR FILTRO PARA O RETIFICADOR DIODO ZENER CORRENTE MXIMA NO ZENER REGULADOR DE TENSO COM ZENER CLCULO DO RESISTOR DE CARGA RS. CIRCUITO COM DIODOS MULTIPLICADORES DE TENSO LIMITADORES GRAMPEADOR CC

44 4 4 7 8 8 10 11 12 14 16 17 19 20 24 26 27 28 28 29 29 30 32 32

1.2

1.3 1.4 1.5

1.6 1.7 1.8

1.9

1.10 EXERCCIOS

22.1

TRANSISTOR BIPOLARFUNCIONAMENTO DE TRANSISTORES BIPOLARES POLARIZAO DO TRANSISTOR NPN TRANSISTOR PNP AS CORRENTES NO TRANSISTOR MONTAGEM BSICA COM TRANSISTOR

3939 40 42 42 43

33.1 3.2 3.3 3.4

POLARIZAO DE TRANSISTORESRETA DE CARGA O TRANSISTOR COMO CHAVE O TRANSISTOR COMO FONTE DE CORRENTE O TRANSISTOR COMO AMPLIFICADOR CIRCUITOS DE POLARIZAO EM EMISSOR COMUM POLARIZAO POR DIVISOR DE TENSO REGRAS DE PROJETO EXERCCIOS

4747 49 50 51 51 51 52 53

3.5

4

AMPLIFICADORES DE SINAL

55set-00

Prof. Roberto A. Bertoli

Colgio Tcnico de Campinas 4.1

ELETRNICA 55 57 57 58 60 60 63 63 65 66 68 70 71 73

3

AMPLIFICADORES DE SINAL EMISSOR COMUM TEOREMA DA SUPERPOSIO PARA AMPLIFICADORES CIRCUITOS EQUIVALENTES CA E CC. RESISTNCIA CA DO DIODO EMISSOR CA - GANHO DE CORRENTE ALTERNADA AMPLIFICADOR COM EMISSOR ATERRADO REALIMENTAO AMPLIFICADOR COM REALIMENTAO PARCIAL IMPEDNCIA DE ENTRADA ESTGIOS EM CASCATA AMPLIFICADOR BASE COMUM AMPLIFICADOR COLETOR COMUM IMPEDNCIA DE ENTRADA EXERCCIOS

4.2 4.3 4.4

4.5 4.6 4.7

55.1 5.2 5.3

AMPLIFICADORES DE POTNCIACLASSE A CLASSE B CLASSE AB

7676 78 80

66.1

OSCILADOR DE BAIXA FREQNCIAOSCILADOR POR DESLOCAMENTO DE FASE

8182

77.1

TRANSISTORES ESPECIAISJFET POLARIZAO DE UM JFET TRANSCONDUTNCIA AMPLIFICADOR FONTE COMUM AMPLIFICADOR COM REALIMENTAO PARCIAL AMPLIFICADOR SEGUIDOR DE FONTE MOSFET MOSFET DE MODO DEPLEO MOSFET DE MODO CRESCIMENTO OU INTENSIFICAO FOTOTRANSISTOR E ACOPLADOR PTICO EXERCCIOS

8383 83 87 88 89 89 90 90 91 92 93

7.2

7.3 7.4

8

REFERNCIA BIBLIOGRFICA

96

Prof. Roberto A. Bertoli

set-00

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11.1

DIODO SEMICONDUTOR E RETIFICAOFSICA DOS SEMICONDUTORESA ESTRUTURA DO TOMOO tomo formado basicamente por 3 tipos de partculas elementares: Eltrons, prtons e nutrons. A carga do eltron igual a do prton, porm de sinal contrrio. Os eltrons giram em torno do ncleo distribuindo-se em diversas camadas, num total de at sete camadas. Em cada tomo, a camada mais externa chamada de valncia, e geralmente ela que participa das reaes qumicas Todos os materiais encontrados na natureza so formados por diferentes tipos de tomos, diferenciados entre si pelo seus nmeros de prtons, eltrons e nutrons. Cada material tem uma infinidade de caractersticas, mas uma especial em eletrnica o comportamento passagem de corrente. Pode-se dividir em trs tipos principais:

MATERIAIS CONDUTORES DE ELETRICIDADESo materiais que no oferecem resistncia a passagem de corrente eltrica. Quanto menor for a oposio a passagem de corrente, melhor condutor o material. O que caracteriza o material bom condutor o fato de os eltrons de valncia estarem fracamente ligados ao tomo, encontrando grande facilidade para abandonar seus tomos e se movimentarem livremente no interior dos materiais. O cobre, por exemplo, com somente um eltron na camada de valncia tem facilidade de ced-lo para ganhar estabilidade. O eltron cedido pode tornar-se um eltron livre.

MATERIAIS ISOLANTESSo materiais que possuem uma resistividade muito alta, bloqueando a passagem da corrente eltrica. Os eltrons de valncia esto rigidamente ligados aos seu tomos, sendo que poucos eltrons conseguem desprender-se de seus tomos para se transformarem em eltrons livres. Consegue-se isolamento maior (resistividade) com substncias compostas (borracha, mica, baquelita, etc.).

MATERIAL SEMICONDUTORMateriais que apresentam uma resistividade eltrica intermediria. Como exemplo temos o germnio e silcio

ESTUDO DO SEMICONDUTORESOs tomos de germnio e silcio tem uma camada de valncia com 4 eltrons. Quando os tomos de germnio (ou silcio) agrupam-se entre si, formam uma estrutura cristalina, ou seja, so substncias cujos tomos se posicionam no espao, formando uma estrutura ordenada. Nessa estrutura, cada tomo une-se a quatro outros tomos vizinhos, por meio de ligaes covalentes, e cada um dos quatro eltrons de valncia de um tomo compartilhado com um tomo vizinho, de modo que dois tomos adjacentes compartilham os dois eltrons, ver Figura 1-1.

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Figura 1-1 Se nas estruturas com germnio ou silcio no fosse possvel romper a ligaes covalentes, elas seriam materiais isolantes. No entanto com o aumento da temperatura algumas ligaes covalentes recebem energia suficiente para se romperem, fazendo com que os eltrons das ligaes rompidas passem a se movimentar livremente no interior do cristal, tornando-se eltrons livres.

Figura 1-2 Com a quebra das ligaes covalentes, no local onde havia um eltron de valncia, passa a existir uma regio com carga positiva, uma vez que o tomo era neutro e um eltron o abandonou. Essa regio positiva recebe o nome de lacuna, sendo tambm conhecida como buraco. As lacunas no tem existncia real, pois so apenas espaos vazios provocados por eltrons que abandonam as ligaes covalentes rompidas. Sempre que uma ligao covalente rompida, surgem, simultaneamente um eltron e uma lacuna. Entretanto, pode ocorrer o inverso, um eltron preencher o lugar de uma lacuna, completando a ligao covalente (processo de recombinao). Como tanto os eltrons como as lacunas sempre aparecem e desaparecem aos pares, pode-se afirmar que o nmero de lacunas sempre igual a de eltrons livres. Quando o cristal de silcio ou germnio submetido a uma diferena de potencial, os eltrons livres se movem no sentido do maior potencial eltrico e as lacunas por conseqncia se movem no sentido contrrio ao movimento dos eltrons.

IMPUREZASOs cristais de silcio (ou germnio. Mas no vamos considera-lo, por simplicidade e tambm porque o silcio de uso generalizado em eletrnica) so encontrados na natureza misturados com outros elementos. Dado a dificuldade de se controlar as Prof. Roberto A. Bertoli set-00

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caractersticas destes cristais feito um processo de purificao do cristal e em seguida injetado atravs de um processo controlado, a insero proposital de impurezas na ordem de 1 para cada 106 tomos do cristal, com a inteno de se alterar produo de eltrons livres e lacunas. A este processo de insero d-se o nome de dopagem. As impurezas utilizadas na dopagem de um cristal semicondutor podem ser de dois tipos: impureza doadoras e impurezas aceitadoras.

IMPUREZA DOADORASo adicionados tomos pentavalentes (com 5 eltrons na camada de valncia. Ex.: Fsforo e Antimnio). O tomo pentavalente entra no lugar de um tomo de silcio dentro do cristal absorvendo as suas quatro ligaes covalentes, e fica um eltron fracamente ligado ao ncleo do pentavalente (uma pequena energia suficiente para se tornar livre).

Figura 1-3

IMPUREZA ACEITADORASo adicionados tomos trivalentes (tem 3 eltrons na camada de valncia. Ex.: Boro, alumnio e glio). O tomo trivalente entra no lugar de um tomo de silcio dentro do cristal absorvendo trs das suas quatro ligaes covalentes. Isto significa que existe uma lacuna na rbita de valncia de cada tomo trivalente.

Figura 1-4 Um semicondutor pode ser dopado para ter um excesso de eltrons livres ou excesso de lacunas. Por isso existem dois tipos de semicondutores:

SEMICONDUTOR TIPO NO cristal que foi dopado com impureza doadora chamado semicondutor tipo n, onde n est relacionado com negativo. Como os eltrons livres excedem em nmero as lacunas Prof. Roberto A. Bertoli set-00

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num semicondutor tipo n, os eltrons so chamados portadores majoritrios e as lacunas, portadores minoritrios.

SEMICONDUTOR TIPO PO cristal que foi dopado com impureza aceitadora chamado semicondutor tipo p, onde p est relacionado com positivo. Como as lacunas excedem em nmero os eltrons livres num semicondutor tipo p, as lacunas so chamadas portadores majoritrios e os eltrons livres, portadores minoritrios.

1.2

DIODOA unio de um cristal tipo p e um cristal tipo n, obtm-se uma juno pn, que um dispositivo de estado slido simples: o diodo semicondutor de juno.

Figura 1-5 Devido a repulso mtua os eltrons livres do lado n espalham-se em todas direes, alguns atravessam a juno e se combinam com as lacunas. Quando isto ocorre, a lacuna desaparece e o tomo associado torna-se carregado negativamente. (um on negativo)

Figura 1-6 Cada vez que um eltron atravessa a juno ele cria um par de ons. Os ions esto fixo na estrutura do cristal por causa da ligao covalente. medida que o nmero de ions aumenta, a regio prxima juno fica sem eltrons livres e lacunas. Chamamos esta regio de camada de depleo. Alm de certo ponto, a camada de depleo age como uma barreira impedindo a continuao da difuso dos eltrons livres. A inten