Componentes eletrónicos

Componentes eletrónicos
Resistência elétrica
A resistência eléctrica é um componente que opõe uma certa
dificuldade à passagem da corrente eléctrica.
Funções que podem ser desempenhadas por resistências
num circuito: limitadores de corrente, divisores de tensão,
atenuação, filtragem, polarização, carga, etc.
Tipos de resistências fixas: resistências aglomeradas (de
grafite), resistências de camada ou película (de carvão ou
liga metálica) e resistências bobinadas (de fio de liga de
metais: cobre-níquel ou cobre-magnésio).
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Resistência elétrica fixa linear
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Resistência elétrica fixa linear
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Resistência elétrica fixa linear
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Resistência elétrica fixa linear
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Resistência elétrica fixa linear
Potências de dissipação mais usuais das resistências.
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Resistência elétrica variável
Os potenciómetros mais usados são os lineares e os logarítmicos. Para a regulação do volume do som utilizam-se
potenciómetros logarítmicos, para as correcções de frequência (tonalidade) são preferidos os lineares.
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Resistência elétrica variável
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Resistência elétrica variável
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Resistências elétricas não lineares
São resistências cujo valor varia com factores externos (temperatura, luz…).
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Resistências elétricas SMD
As resistências para montagem em superfície (SMD ou Surface
Mounting Devices) da tecnologia SMT (Surface Mounting
Technology) possuem um código de 3 ou 4 dígitos na sua
configuração mais comum, conforme mostra a figura.
Nesse código, os dois primeiros números representam os dois
primeiros dígitos da resistência. O terceiro dígito significa o factor
de multiplicação ou número de zeros que deve ser acrescentado.
220
Resistência de
22 Ω
12
1000
000
Resistência
de 100 Ω
Fio condutor
(jumper)
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Condensadores elétricos
São basicamente constituídos por duas armaduras metálicas
entre as quais existe um material isolador ou dieléctrico.
As funções que pode desempenhar num circuito são as de
bloqueio (da componente contínua de um sinal), filtragem (de
determinadas frequências), armazenamento de cargas
eléctricas, acoplamento ou desacoplamento (entre partes do
circuito electrónico), correcção do factor de potência do
circuito, eliminação de ruídos, etc.
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Condensadores elétricos
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Condensadores elétricos
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Condensadores elétricos
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Condensadores elétricos
Coeficiente de temperatura
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Condensadores elétricos
Coeficiente de temperatura
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Condensadores eletrolíticos
São condensadores com polaridade e de grande capacidade.
O valor indicado no componente é expresso geralmente em microfarad.
Os condensadores electrolíticos podem ser de óxido de alumínio ou de óxido de tântalo.
O valor da capacidade e da tensão máxima de funcionamento estão geralmente escritos no
corpo do componente.
Condensadores electrolíticos de óxido de alumínio.
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Condensadores eletrolíticos
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Condensadores de capacidade
variável
Condensadores variáveis
Condensador variável metálico
Ajustes feitos através de um botão giratório e que geralmente necessitam de serem
efectuados frequentemente.
O dieléctrico usado no condensador variável metálico é o ar e no condensador
variável mini é usada uma finíssima película de plástico.
Condensador variável mini
(plástico)
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Condensador variável metálico
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Condensadores de capacidade
variável
Condensadores ajustáveis (Trimmer)
Ajuste técnico feito através de uma chave de fendas e que se realiza geralmente uma só vez.
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Condensadores SMD
Os condensadores não electrolíticos não têm os valores marcados.
Só se pode saber o seu valor medindo-o com um capacímetro.
Existem dois tipos de condensadores electrolíticos: Aqueles que
têm o corpo metálico (semelhante aos comuns) e os que têm o
corpo em epóxi, parecido com os díodos. Alguns têm as
características indicadas por uma letra (tensão de trabalho) e um
número (valor em pF). Ex: A225 = 2.200.000 pF = 2,2 μF x 10 V
(letra "A").
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Bobinas elétricas
O valor do coeficiente de auto-indução de uma bobina pode ser indicado de várias
formas diferentes:
Por indicação escrita (Ex:120H ou 120).
Por abreviaturas, que indicam o valor nominal em H sob a forma de um código:
Para valores menores que 100H, são usados três algarismos com a letra R para
indicar a posição da vírgula decimal (Ex: R120=0,12H; 35R0=35H).
Para valores superiores a 100H, são identificadas por quatro algarismos. Os três
primeiros indicam o valor do coeficiente de auto-indução e o quarto algarismo o
número de zeros necessários para completar o valor (Ex.: 1200=120H;
1501=1500H; 1502=15000H).
NOTA: Às vezes aplica-se este código apenas com três algarismos, sendo o terceiro o
número de zeros que se seguem ao valor indicado pelos dois primeiros
algarismos (Ex: 121=120H)
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Bobinas elétricas
Código de cores
Código com quatro
anéis: os dois
primeiros anéis
indicam os algarismos
significativos, o
terceiro anel o factor
de multiplicação e o
quarto anel a
tolerância. O código
será AABC.
Código com três
anéis: a tolerância
não é indicada por
uma cor, podendo sêlo através de uma
letra. O código será
AAB.
Código com cinco anéis: tem um anel largo prateado num extremo que indica por que ponta começa a contagem. O
segundo, terceiro e quarto anel indicam o valor com um anel dourado (se estiver presente) indicando a vírgula
decimal. O quinto anel representa a tolerância (Ex: prateado-vermelho-dourado-violeta-sem cor=2,7H,  20%;
prateado-vermelho-violeta--preto-dourado=27H,  5%)
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Díodo retificador
Constituição
Um díodo rectificador é constituído por uma junção PN de
material semicondutor (silício ou germânio) e por dois
terminais, o Ânodo (A) e o Cátodo (K).
Símbolo:
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Díodo retificador
Junção PN
A junção de um material semicondutor do tipo P (com excesso de
lacunas) com um material semicondutor do tipo N (com excesso de
electrões livres) origina uma junção PN. Na zona da junção, os
electrões livres do semicondutor N recombinam-se com as lacunas do
semicondutor P formando uma zona sem portadores de carga
eléctrica que se designa por zona neutra ou zona de deplecção.
Electrões livres
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Zona neutra
ou zona de
deplecção
Lacunas
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Díodo retificador
Identificação visual dos terminais
O terminal que se encontra mais
próximo do anel é o cátodo (K).
O terminal ligado à parte mais
estreita/afunilada é o cátodo (K).
O terminal ligado à parte roscada
é o cátodo (K).
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Díodo retificador
Díodo polarizado directamente
O díodo rectificador é um componente unidireccional ou
seja, só conduz num sentido (quando o Ânodo está a um
potencial positivo em relação ao Cátodo). Nessa situação
diz-se que o díodo está polarizado directamente.
A
K
+
VCC
29
_
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Díodo retificador
Díodo polarizado inversamente
Quando o díodo rectificador está polarizado
inversamente (Ânodo a um potencial negativo em
relação ao cátodo) não conduz (está ao corte).
K
A
+
VCC
30
_
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Díodo retificador
Princípio de funcionamento
Quando polarizado directamente um díodo rectificador conduz
porque na junção PN a zona neutra ou zona de deplecção
(zona sem portadores de carga eléctrica) estreita a resistência
eléctrica diminui e a corrente eléctrica passa.
Electrões livres
Lacunas
Zona neutra
ou zona de
deplecção
estreita
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Díodo retificador
Princípio de funcionamento
Quando polarizado inversamente um díodo rectificador não conduz
porque na junção PN a zona neutra ou zona de deplecção (zona
sem portadores de carga eléctrica) alarga a resistência eléctrica
aumenta significativamente e a corrente eléctrica não passa.
Electrões livres
Lacunas
Zona neutra ou
zona de
deplecção alarga
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Díodo retificador
Queda de tensão interna
Quando o díodo está polarizado directamente a
corrente eléctrica ao passar pela zona neutra ou zona
de deplecção que apresenta uma certa resistência,
origina uma queda de tensão (U=RxI).
Nos díodos de silício essa queda de tensão interna
pode variar entre 0,6Volt e 1Volt.
Nos díodos de germânio essa queda de tensão
interna pode variar entre 0,2Volt e 0,4Volt.
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Díodo retificador
Caraterísticas técnicas
3ºquadrante
1ºquadrante
IF
Tensão
directa
UF
Corrente
directa
IF
Tensão
inversa
UR
Corrente
inversa
IR
UR
UF
IR
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Díodo retificador
Leitura das caraterísticas técnicas
Exemplo:
Díodo rectificador 1N4007
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UR = 1000V
Tensão inversa máxima que se pode aplicar
ao díodo em polarização inversa.
IF = 1A
Corrente directa máxima permanente que
pode circular pelo díodo.
IR = 5A
Corrente inversa que percorre o díodo
quando polarizado inversamente
VF = 1,1V
Queda de tensão interna máxima quando o
díodo polarizado directamente conduz uma
corrente directa de 1A.
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Curva caraterística
IFF
Corrente
directa
Tensão de
ruptura
URR
UFF
Corrente de
fuga
Corrente de
avalanche
IRR
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Pode-se observar na curva
característica do 1º
quadrante (díodo polarizado
directamente) que à medida
que se aumenta a tensão
directa (UF) a corrente directa
(IF) também aumenta.
Na curva do 3º quadrante
(díodo polarizado
inversamente) podemos
observar que para uma dada
faixa da tensão inversa (UR) a
corrente inversa (IR) é
desprezível (corrente de
fuga). A tensão inversa não
pode atingir a tensão de
ruptura pois isso acarreta que
o díodo passe a conduzir em
sentido contrário (rompeu a
junção PN).
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Díodo retificador
Reta de carga
Consideremos o circuito:
V
IF
+ F _
+
VCC
_
+
RC
-VCC + VF + RC.IF = 0
VF + RC.IF = VCC
_
Encontramos uma equação que relaciona VF e IF:
VCC = VF + RC.IF
Esta equação permite determinar os dois pontos da recta de carga, que
sobreposta à curva característica do díodo, determinará o ponto de
funcionamento (Q) do díodo.
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Díodo retificador
Reta de carga
Este é um método gráfico que permite que encontremos o ponto de funcionamento do díodo. É
de notar que a recta de carga depende do circuito (VCC e RC) em que o díodo está inserido,
enquanto que a curva característica é fornecida pelo fabricante.
IF
VCC = VF + RC.IF
Corrente de
saturação
IFQ
Ponto de
funcionamento (Q)
Tensão de corte
IF=0  VCC=VF
Corrente de saturação
Recta de carga
VFQ
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Tensão
de corte
VF=0  IF=VCC / RC
VF
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Díodo retificador
Exemplo de determinação do ponto de funcionamento (Q) de um díodo
+
VCC=3
V
VCC = VF + RC.IF
IF
RC=750
_
Tensão de corte
IF=0  VCC=VF  VF=3 V
Corrente de saturação
mA
VF=0  IF=VCC / RC  IF=3 / 750
IF= 4 mA
5
4
2,5
39
3
Q
2
1
1
1,1
2
3
Para as condições do circuito (VCC=3Volt e
RC=750) e a curva característica
representada, a corrente directa no díodo
será de IFQ≈2,5mA e a tensão directa será
de VFQ=1,1V.
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Díodo zener
Constituição
Um díodo zener é constituído por uma junção PN de material
semicondutor (silício ou germânio) e por dois terminais, o Ânodo (A) e o
Cátodo (K).
Símbolo:
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Díodo zener
Identificação visual dos terminais
O terminal que se encontra mais próximo do anel é o cátodo (K).
K
Tensão de zener (UZ= 27 V)
K
A
K
A
A
Tensão de zener (UZ= 8,2 V)
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Díodo zener
Utilização
Se desejarmos alimentar uma carga qualquer com uma tensão invariável,
perfeitamente isenta de qualquer variação ou flutuação, nada mais há do que
montar o sistema constituído pelo díodo zener (polarizado inversamente) e a
resistência limitadora R, de tal modo que o díodo fique em paralelo com a
carga.
R – Resistência que tem por
função limitar a corrente no
zener (IZ).
+
_
Rc – Resistência de carga
(receptor)
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Díodo zener
Polarização
O díodo zener quando polarizado inversamente (ânodo a um potencial
negativo em relação ao cátodo) permite manter uma tensão constante aos
seus terminais (UZ) sendo por isso muito utilizado na
estabilização/regulação da tensão nos circuitos.
Entrada não
estabilizada de
15 a 17 Volt
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Saída
estabilizada
a 12 Volt
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Díodo zener
O díodo zener como estabilizador de tensão
Para que o díodo zener estabilize a tensão nos seus terminais deve-se ter em
atenção o seguinte:
O díodo zener tem que se encontrar polarizado inversamente (A   e K  ).
A tensão de alimentação do circuito tem que ser superior à tensão de zener (UZ) do
díodo.
A carga ou cargas do circuito têm que estar ligadas em paralelo com o díodo zener.
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Díodo zener
O díodo zener como estabilizador de tensão
Para que ocorra o efeito estabilizador de tensão é necessário que o díodo zener
trabalhe dentro da zona de ruptura, respeitando-se as especificações da corrente
máxima.
500R
I
A corrente que circula pela resistência
limitadora é a mesma corrente que circula
pelo díodo zener e é dada pela expressão:
I = (VE – VZ) / R
I = (15 – 10) / 500
I = 10 mA
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Díodo zener
Curva caraterística
ZONA DE TRABALHO
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Os díodos zener são
definidos pela sua tensão de
zener (UZ) mas para que
possa existir
regulação/estabilização de
tensão aos seus terminais a
corrente que circula pelo
díodo zener (IZ) deve
manter-se entre os valores
de corrente zener definidos
como máximo e mínimo, pois
se é menor que o valor
mínimo, não permite a
regulação da tensão e, se é
maior, pode romper a junção
PN por excesso de corrente.
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Díodo zener
Curva caraterística
ZONA DE
TRABALHO
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O gráfico de funcionamento do
zener mostra-nos que,
directamente polarizado (1º
quadrante), ele conduz por volta
de 0,7V, como um díodo comum.
Porém, na ruptura (3º quadrante),
o díodo zener apresenta um joelho
muito pronunciado, seguido de um
aumento de corrente praticamente
vertical. A tensão é praticamente
constante, aproximadamente igual
a Vz em quase toda a região de
ruptura. As folhas de dados (data
sheet) geralmente especificam o
valor de Vz para uma determinada
corrente zener de teste Izt.
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Díodo zener
Curva caraterística
ZONA DE RUPTURA
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Quando um díodo
zener está a
trabalhar na zona de
ruptura, um aumento
na corrente produz
um ligeiro aumento
na tensão. Isto
significa que o díodo
zener tem uma
pequena resistência
que também é
denominada
impedância zener
(ZZ).
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Díodo zener
Caraterísticas técnicas
Variando-se o nível de dopagem dos díodos de silício, o fabricante pode produzir
díodos zener com diferentes tensões de zener.
A utilização do díodo zener é limitada pelos seguintes parâmetros:
Vz – Tensão de zener (este valor é geralmente especificado para uma determinada
corrente de teste IZT)
Izmáx – Corrente de zener máxima
Izmin – Corrente de zener mínima
Pz – Potência de dissipação (PZ = VZ x IZ)
Desde que a potência não seja ultrapassada, o díodo zener pode trabalhar dentro da
zona de ruptura sem ser destruído.
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Díodo zener
Díodo zener ideal
I
V
Na primeira aproximação, podemos considerar a região
de ruptura como uma linha vertical. Isto quer dizer que
a tensão de saída (VZ) será sempre constante, embora
haja uma grande variação de corrente, o que equivale a
ignorar a resistência zener.
Isto significa que num circuito o díodo zener pode ser
substituído por uma fonte de tensão com resistência
interna nula.
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Díodo zener
Díodo zener real
Na segunda aproximação deve ser levada em
consideração a resistência zener (RZ) em série
com uma bateria ideal. Isto significa que quanto
maior for a corrente, esta resistência produzirá
uma queda de tensão maior.
I
V
51
Isto quer dizer que na região de ruptura a linha
é ligeiramente inclinada, isto é, ao variar a
corrente haverá uma variação, embora muito
pequena, da tensão de saída (VZ). Essa
variação da tensão de saída será tanto menor
quanto menor for a resistência de zener.
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Díodo zener
Principio de funcionamento
Vimos que o díodo rectificador se comportava quase como
isolador quando a polarização era inversa. O mesmo se passa
com o díodo zener até um determinado valor da tensão (VZ), a
partir do qual ele começa a conduzir fortemente.
Qual será então o facto que justifica esta transformação de
isolador em condutor?
A explicação é-nos dada pela teoria do efeito de zener e o
efeito de avalanche.
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Díodo zener
Principio de funcionamento
Efeito de zener – ao aplicar ao díodo uma tensão inversa de determinado valor (VZ)
é rompida a estrutura atómica do díodo e vencida a zona neutra, originando assim a
corrente eléctrica inversa. Este efeito verifica-se geralmente para tensões inversas
VR <5 Volt e o seu valor pode ser variado através do grau de dopagem
(percentagem de impurezas) do silício ou do germânio.
Efeito de avalanche – Para tensões inversas VR >7 Volt, a condução do díodo é
explicada exclusivamente pelo efeito de avalanche. Quando se aumenta o valor da
tensão inversa, aumenta também a velocidade das cargas eléctricas (electrões). A
velocidade atingida pode ser suficiente para libertar electrões dos átomos
semicondutores, através do choque. Estes novos electrões libertados e acelerados
libertam outros, originando uma reacção em cadeia, à qual se dá o nome de efeito de
avalanche.
Para tensões inversas VR, entre 5V e 7V, a condução do díodo é explicada
cumulativamente pelos dois efeitos (efeito de zener e efeito de avalanche).
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Lucínio Preza de Araújo
Fotodíodo
O fotodíodo é um díodo semicondutor no qual a corrente inversa
varia com a iluminação que incide sobre a sua junção PN.
A corrente que existirá sem nenhuma iluminação aplicada é
geralmente da ordem dos 10A nos fotodíodos de germânio e de 1A
nos fotodíodos de silício.
K
+
-
54
A
O fotodíodo é polarizado inversamente
aproveitando a variação da corrente inversa que
se verifica quando a luz incide nele.
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Fotodíodo
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Fotodíodo
Curva caraterística típica de um fotodíodo
(Corrente inversa)
(Tensão inversa de polarização)
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Para uma mesma
tensão inversa de
polarização, a
corrente inversa
aumenta de valor ao
aumentar o fluxo
luminoso incidente.
Quando incide luz no
fotodíodo, a corrente
inversa varia quase
linearmente com o
fluxo luminoso.
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Fotodíodo
Características de um fotodíodo:
Comprimento de onda () da luz que accionará o dispositivo.
Área sensível do componente que deverá receber o feixe de luz.
Aplicações dos fotodíodos:
Sistemas de segurança anti-roubo.
Abertura automática de portas.
Regulação automática de contraste e brilho na TV.
NOTA: O nível de corrente gerada pela luz incidente sobre um fotodíodo não é
suficiente para que ele possa ser usado num controle directo, sendo necessário
para isso que haja uma etapa de amplificação.
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Díodo emissor de luz (led)
O díodo emissor de luz é constituído por uma
junção PN de material semicondutor e por dois
terminais, o ânodo (A) e o cátodo (K).
A cor da luz emitida pelo led depende do
material semicondutor que o constitui.
Há leds de 3, 5, 8 e 10mm de diâmetro,
cilíndricos, rectangulares, triangulares, etc.
No mercado existem leds bicolores, tricolores e
intermitentes.
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Díodo emissor de luz (led)
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Díodo emissor de luz (led)
Polarização de um led
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Display de sete segmentos
Aplicação dos led
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Display de sete segmentos
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Transístor bipolar
Constituição
Um transístor bipolar (com polaridade NPN ou PNP) é constituído por
duas junções PN (junção base-emissor e junção base-colector) de
material semicondutor (silício ou germânio) e por três terminais
designados por Emissor (E), Base (B) e Colector (C).
Altamente
dopado
Camada
mais fina
e menos
dopada
Menos
dopado que
o Emissor e
mais dopado
que a Base
Altamente
dopado
Camada
mais fina
e menos
dopada
Menos
dopado que
o Emissor e
mais dopado
que a Base
N – Material semicondutor com excesso de electrões livres
P – Material semicondutor com excesso de lacunas
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Transístor bipolar
Junções PN internas e simbologia
Junção PN
base - emissor
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Junção PN
base - colector
Junção PN
base - emissor
Junção PN
base - colector
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Transístor bipolar
Princípio de funcionamento
Para que o transístor bipolar conduza é necessário que seja aplicada na Base
uma corrente mínima (VBE ≥ 0,7 Volt), caso contrário não haverá passagem de
corrente entre o Emissor e o Colector.
IB = 0
O transístor não conduz
(está ao corte)
Se aplicarmos uma pequena corrente na base o transístor conduz e pode
amplificar a corrente que passa do emissor para o colector.
Uma pequena corrente
entre a base e o emissor…
65
…origina uma grande corrente
entre o emissor e o colector
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Transístor bipolar
Utilização
O transístor bipolar pode ser utilizado:
- como interruptor electrónico.
- na amplificação de sinais.
- como oscilador.
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Transístor bipolar
Polarização de um transístor bipolar
Para o transístor bipolar poder ser utilizado com interruptor, como amplificador ou
como oscilador tem que estar devidamente polarizado através de uma fonte DC.
Para o transístor estar correctamente polarizado a junção PN base – emissor
deve ser polarizada directamente e a junção base – colector deve ser polarizada
inversamente.
Regra prática:
O Emissor é polarizado com a mesma polaridade que o semicondutor que o constitui.
A Base é polarizada com a mesma polaridade que o semicondutor que a constitui.
O Colector é polarizado com polaridade contrária à do semicondutor que o constitui.
Emissor Base Colector
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Emissor Base Colector
P
N
P
N
P
N
+
-
-
-
+
+
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Transístor bipolar
Polarização de um transístor bipolar
Emissor Base Colector
Emissor Base Colector
P
N
P
N
P
N
+
-
-
-
+
+
+
_
Rc
Rc
Rb – Resistência de polarização de base
Rb
Rc – Resistência de colector ou resistência de carga
+
68
Rb
_
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Transístor bipolar
Representação de tensões e correntes
VCE – Tensão colector - emissor
VBE – Tensão base – emissor
VCB – Tensão colector - base
IC – Corrente de colector
IB – Corrente de base
IE – Corrente de emissor
VRE – Tensão na resistência de emissor
VRC – Tensão na resistência de colector
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Transístor bipolar
Relação das correntes
+
Rc
Rb
IB
IC
Considerando o sentido
convencional da corrente e
aplicando a lei dos nós obtemos a
seguinte relação das correntes num
transístor bipolar
IE = IC + IB
IE
70
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Transístor bipolar
Caraterísticas técnicas
Utilizando o código alfanumérico do transístor podem-se obter as suas características
técnicas por consulta de um data book ou de um data sheet do fabricante.
71
IC
É a máxima corrente de colector que o transístor pode suportar. Se
parâmetro for excedido o componente poderá queimar.
este
VCEO
Tensão máxima colector – emissor com a base aberta.
VCBO
Tensão máxima colector – base com o emissor aberto.
VEBO
Tensão máxima emissor – base com o colector aberto.
hFE ou 
Ganho ou factor de amplificação do transístor.
hFE = IC : IB
Pd
Potência máxima de dissipação.
fT
Frequência de transição (frequência para a qual o ganho do transístor
é 1 ou seja, o transístor não amplifica mais a corrente).
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Transístor bipolar
Substituição de transístores por equivalentes
Num circuito não se pode substituir um transístor de silício
por um de germânio ou vice – versa.
Também não se pode trocar directamente um transístor NPN
por um PNP ou vice – versa.
A letra (A, B, C…) que pode aparecer no fim do código
alfanumérico indica sempre aperfeiçoamentos ou melhorias
em pelo menos um dos parâmetros, limites ou características
do transístor.
Exemplo:
O BC548A substitui o BC548.
O BC548A não substitui o BC548B
72
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Transístor bipolar
Dissipadores de calor
O uso de
dissipadores ou
radiadores externos
de calor são quase
que obrigatórios nos
transístores que
trabalham com
potências elevadas
de modo a evitar o
sobreaquecimento do
componente e a sua
possível destruição.
73
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n
p
n
p
n
74
A2
O díodo de quatro camadas
IF
bidireccional (DIAC = díodo
I
F
A1
A
AC) é um dispositivo
de quatro
1
A1
camadas que
pode conduzir
n sentidos quando a
nos dois
tensãopaplicada, com qualquer
IH
polaridade, ultrapassar-V
umBR(R) IH -VBR(R)
VF
n
determinado valor chamado de V
VR
R
tensãopbreakdown (VBR)
ou
-IH VBR(F)-IH
tensãonde ruptura (VRO) – com
um valor típico de 35 Volt –
Aao
A2a
2 corte quando
voltando
IR
corrente A
cair abaixo de um
IR
2
Symbol
dado valor chamadoSymbol
de
Basic
corrente de manutençãoCharacteristic
(IH).
Curve
A2
Basic
Construction Construction
A2
Basic
Construction
A1
n
p
n
p
n
A1
O diac é um díodo bidireccional, ou seja conduz nos dois sentidos.
O diac utiliza-se como dispositivo auxiliar de disparo dos SCR e dos triacs.
Symbol
VR
Char
-VBR(R
A1
Diac
VF
VBR(F)
Characteristic Curve
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Diac
O diac anda associado ao triac em muitos circuitos de controlo de potência, seja
em aparelhagem industrial seja em aparelhagem electrodoméstica.
O multímetro não pode ser usado para testar este componente pois não fornece a
tensão suficiente para dispará-lo.
O multímetro pode apenas detectar se o diac está em curto-circuito quando
apresenta uma baixa resistência (já que em bom estado deve apresentar uma
resistência infinita seja qual for a polaridade aplicada pela pontas de prova aos
terminais do diac).
Nalguns casos o diac pode estar inserido no mesmo
invólucro do triac resultando num dispositivo denominado
Quadrac.
O quadrac é um componente formado por um diac e um
triac no mesmo invólucro.
Actualmente os quadracs não são componentes muito
utilizados.
75
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Tirístor
A função de um tirístor é de abrir e fechar circuitos com grandes
cargas, como motores, electroímanes, aquecedores, converter CA
em CC, CC em CA.
Os tirístores trabalham sempre entre dois estados de
funcionamento: o corte e a condução, por isso podemos dizer que
são dispositivos de comutação.
Tipos de tirístores: SCR (Rectificador Controlado de Silício), Foto
SCR, GTO (Gate Turn Off), SCS (Silicon Controlled Switch).
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Tirístor
SCR (Rectificador Controlado de Silício)
Gate
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É o principal dos tirístores pelo número e
aplicações.
Permite não só rectificar uma corrente
alternada mas também controlar a corrente
que passa por ele e pela carga ligada em
série com ele.Gate
É constituído por quatro camadas de material
semicondutor PNPN (silício), originando três
junções PN. Possui três terminais designados
por Ânodo (A), Cátodo (K) e Gate (G) ou
Porta.
O circuito equivalente de um SCR
corresponde a dois transístores
complementares, em que o colector de um
está ligado à base do outro e o colector do
outro na base do primeiro. Uma das bases
corresponde ao terminal de disparo, gate ou
porta.
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Tirístor
O funcionamento do SCR é semelhante ao do díodo. Para além do ânodo e
cátodo estarem polarizados directamente (ânodo a um potencial positivo em
relação ao cátodo) é necessário ainda aplicar uma tensão positiva adequada
na gate, para que circule corrente entre ânodo e cátodo.
Condições para que o SCR funcione:
Em polarização inversa o SCR está bloqueado (não conduz) quer se aplique
ou não tensão na gate.
Em polarização directa, o SCR está bloqueado, salvo quando se aplica uma
tensão adequada na gate, entrando assim num estado de condução.
Depois do SCR entrar em condução pode suprimir-se o sinal na gate que ele
continua a conduzir.
O SCR deixa de estar em condução quando a corrente que o percorre baixa a
um valor inferior à corrente mínima de manutenção (IH) indicada pelo
fabricante.
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Tirístor
Aspecto exterior dos SCR:
Cátodo
Gate
K
79
G
A
K
A
G
Ânodo
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Tirístor
Métodos de controlo de potência entregue à carga
Disparo síncrono ou disparo a tensão nula
O disparo do tirístor produz-se neste sistema de controlo de potência entregue à carga,
quando a tensão ânodo – cátodo está a zero (daí disparo a tensão nula).
A carga e o tirístor estão ligados em série com a alimentação da corrente alternada e só
pode passar corrente na carga durante os semiciclos em que o ânodo é positivo em,
relação ao cátodo e na porta (ou gate) se aplica um impulso positivo de corrente. O impulso
na gate (ou porta) controla o período de condução do tirístor.
Se na porta se aplicarem impulsos positivos de corrente que coincidam com o início de
cada semiciclo positivo, o tirístor conduzirá todos os semiciclos positivos.
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Tirístor
Métodos de controlo de potência entregue à carga
Controlo de fase
Enquanto que no disparo síncrono
os impulsos de corrente aplicados
na porta coincidem com o início
de todos ou de alguns dos
semiciclos positivos, no controlo
de fase os impulsos da corrente
de disparo têm lugar dentro de
cada semiciclo positivo da tensão
de alimentação.
O ângulo  para o qual se inicia a condução designa-se por ângulo
de disparo, enquanto o ângulo  durante o qual o tirístor se
encontra à condução denomina-se de ângulo de condução.
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Tirístor
Circuito de disparo de um tirístor com um diac
O diac utiliza-se em circuitos, relativamente económicos de disparo de tirístores.
Neste circuito as resistências R1 e R2, juntamente com o condensador C, formam um circuito RC de
constante de tempo () igual a (R1 + R2) x C.
O condensador carrega-se nos semiciclos positivos e nos terminais do mesmo aparece uma tensão que, por
sua vez, deriva para o circuito formado pelo diac, a resistência R3 e a gate do tirístor, já que estão em
derivação com o condensador C. A gate do tirístor está contudo isolada dos impulsos do condensador pelo
diac até que este entre em condução.
Quando a tensão aos terminais do condensador ultrapassa a tensão de ruptura do diac (normalmente à volta
dos 30 Volt) este conduz e a corrente é aplicada à gate do tirístor, originando o disparo deste, passando a
circular corrente através da carga (Rc).
O instante de disparo depende da constante de tempo (R1 + R2) x C, sendo R2 variável, isto é, variando a
posição do cursor de R2, ajusta-se o tempo de carga de C e portanto o ângulo de disparo  do tirístor. Para
ângulos de condução () elevados o diac tem de disparar no início de cada semiciclo positivo. Nestas
condições de funcionamento o valor de R2 terá de ser nulo para que o condensador C se carregue
rapidamente. Do exposto deduz-se que o valor de R1, juntamente com o valor mínimo de R2, terá de
proporcional uma constante de tempo tal que o condensador se carregue num tempo mínimo.
O díodo impede a corrente inversa através da gate do tirístor e assegura um disparo estável ao descarregarse o condensador C durante cada semiciclo negativo.
A resistência R3, limita a intensidade da corrente de pico na gate do tirístor a um valor seguro.
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Curva característica de um tirístor com a gate aberta
Tirístor
I
directa
Curva característica estática de um SCR
Para tensões inversas aplicadas (3º quadrante
do gráfico), o cristal semicondutor comporta-se
como qualquer díodo de junção. Há uma
corrente de fuga muito reduzida, até que
atingindo-se a tensão de zener, a corrente
aumenta bruscamente e ligeiras variações de
tensão dão origem a grandes variações de
corrente.
Com tensões directas (1º quadrante do gráfico)
o caso é diferente. Para pequenas tensões
começa também a aparecer uma pequena
corrente de fuga, mas quando a tensão atinge
um valor VRO, observa-se um aumento brusco
de corrente, baixando imediatamente a queda
de tensão interna no tirístor para um valor
pequeno (VT). Chama-se a VRO a tensão de
ruptura, sendo de notar que a letra O de VRO
significa “Open” (aberto). Tudo isto se passa
portanto com a gate aberta. O tirístor passa a
conduzir fortemente, uma vez atingida a tensão
VRO.
83
Tensão
inversa
Corrente
de fuga
VT
Corrente
de fuga
Tensão
directa
VRO
I
inversa
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Curva característica de um tirístor com a gate aberta
Tirístor
I
directa
Curva característica estática de um SCR
Na prática não se aplica ao tirístor uma
tensão tão alta como VRO, pois isso
pode danificar o dispositivo. O que se
faz é aplicar um impulso positivo à gate
e, ainda que seja relativamente baixa a
tensão directa (muito inferior a VRO) o
SCR passa rapidamente ao estado de
condução.
Quando o tirístor entra em franca
condução a tensão da fonte vai
praticamente ficar aplicada
integralmente na carga do circuito, pois
uma vez que a resistência interna cai a
um valor muito baixo, também assim
acontece à tensão entre o ânodo e o
cátodo.
84
Tensão
inversa
Corrente
de fuga
VT
Corrente
de fuga
Tensão
directa
VRO
I
inversa
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Tirístor
Características técnicas mais importantes de um tirístor
85
VDRM
Tensão máxima repetitiva em estado de não condução.
ITRMS
Corrente eficaz máxima em condução.
IGT
Corrente máxima de disparo na gate.
VGT
Tensão máxima de disparo na gate.
VTM
Queda de tensão máxima em condução.
IH
Corrente de manutenção.
ITSM
Corrente máxima transitória.
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Tirístor
Tipos de tirístor
Díodo Schockley ou díodo de quatro camadas
A utilização do díodo de quatro camadas leva a
circuitos de disparo mais complicados.
O díodo Schockley ou de quatro camadas é um
SCR sem gate preparado para disparar por
tensão.
SCS (Silicon Controlled Switch)
É um tirístor semelhante ao SCR, mas com dois
terminais de disparo, a gate (ou porta) de ânodo,
Ga, e a gate (ou porta) de cátodo, Gk, permitindo
disparo por impulsos negativos ou positivos,
respectivamente.
Não é muito comum, sendo geralmente de baixa
potência. As iniciais SCS significam interruptor
controlado de silício.
86
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Tirístor
Tipos de tirístor
GTO (Gate Turn Off)
Se aplicarmos um impulso positivo na gate o tirístor conduz, se aplicarmos
um impulso negativo na gate o tirístor deixa de conduzir.
Todos os tirístores só se desligam quando a corrente cai abaixo da
corrente mínima de manutenção (IH), o que exige em certos casos
circuitos especiais para desligar. O GTO permite ser desligado por impulso
negativo de alta corrente na gate, em geral produzido através da descarga
de um condensador.
Foto-SCR
Também é designado por SCR controlado por luz ou LASCR (Light
Activation SCR).
Trata-se de um SCR cujo disparo é realizado mediante uma radiação
luminosa.
Se expusermos a junção PN central à luz, através de uma janela e lente,
esta se comportará como um fotodíodo, disparando o SCR.
87
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G
Triac
MT1
MT2
O triac, tal como o tirístor, é um componente usado para o controlo de potência.
O triac é um tirístor de AC também designado por díodo controlado de silício bidireccional.
O tirístor conduz a corrente só num sentido. Para regular a
corrente alternada numa carga, com dispositivos
semicondutores de potência, é necessário o uso de dois
tirístores, logicamente montados em paralelo e em oposição.
Para realização destes dois dispositivos num só criou-se o
triac.
Mediante um só triac é possível o controlo de onda completa, com o que se obtém notáveis
vantagens sobre o emprego de tirístores. Entre as vantagens que o triac oferece sobre dois
tirístores podemos citar:
• Utilização de um só componente e, portanto, um só dissipador.
• Circuitos de disparo mais simples.
Estas duas vantagens traduzem-se logicamente numa redução do preço do equipamento e
numa maior fiabilidade.
No entanto, a corrente necessária a aplicar à gate do triac para conduzir é superior 2 a 4 vezes
à que é necessária aplicar à gate de um tirístor.
88
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Triac
Funcionamento
A comutação do estado de bloqueio ao estado
de condução do triac pode ser conseguido
tanto com o terminal MT1 positivo em relação
a MT2, como na situação inversa e com
impulsos positivos ou negativos na gate (G).
Os triacs comuns precisam apenas de alguns
miliamperes de corrente na gate para disparar,
controlando correntes que podem chegar a
centenas de ampéres.
Para manter o triac no estado de condução,
uma vez suprimido o sinal de disparo na gate,
é necessário que a corrente que atravessa o
componente seja superior à corrente de
manutenção indicada pelo fabricante (IH).
89
MT2
G
MT1
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Triac
Constituição
O triac é constituído por material semicondutor (silício) e tem dois
terminais principais MT1 (ou T1) e MT2 (ou T2) e um terminal de
gate (G).
Aspecto exterior
G
MT2
MT1
As séries TIC (da Texas) e MCR (da Motorola) são as mais comuns.
90
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Vamos em primeiro lugar supor que não há tensão
aplicada na gate.
Triac
Se formos elevando a tensão entre MT1 e MT2 verificase a existência de uma pequena corrente de fuga.
Porém se continuarmos a aumentar a tensão, atinge-se
um valor (VRO) em que se dá a ruptura. O triac passa
do estado de não condução (estado de alta impedância
interna) para um estado de condução (baixa impedância
interna). A tensão interna cai imediatamente e o triac
passa a trabalhar na zona rectilínea (característica de
condução). Aqui a pequenas variações de tensão,
correspondem grandes variações de corrente. O triac
mantém-se no estado de condução até que a corrente
através dos terminais principais MT1 e MT2 caia a um
valor inferior ao da corrente mínima de manutenção (IH)
indicada pelo fabricante. Quando tal acontece o triac
regressa ao estado de não condução e alta impedância.
Curva característica de um triac
VRO
VRO
Se invertermos a tensão nos terminais do triac e
procedermos da maneira descrita, trabalharemos no 3º
quadrante, mas com uma característica inteiramente
simétrica. Tudo se processará de forma idêntica,
inverteu-se a tensão, inverteu-se a corrente e nada
mais.
NOTA: A tensão alternada do circuito em que o triac
trabalha deve ter um valor de pico inferior a VRO.
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Triac
Características técnicas
VDRM
ITRMS
IGT
VGT
VTM
IH
ITSM
Tensão máxima repetitiva em estado de não condução.
Corrente eficaz máxima em condução.
Corrente máxima de disparo na gate.
Tensão máxima de disparo na gate.
Queda de tensão máxima em condução.
Corrente de manutenção.
Corrente máxima transitória.
Utilização
O triac só é usado em circuitos de corrente alternada, para controlar a corrente na carga. É
usado por exemplo nos reguladores de intensidade luminosa (light dimmer), no controlo da
velocidade de motores e no controlo de resistências de aquecimento.
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Trigger
Point
Ponto
de disparo
ajustado emby
P1. R1)
(adjusted
RL
D1
A1

230Vca
Triac


R1
D2
Ponto de disparo.
Trigger
Point
G
A2
Controlo de iluminação de uma lâmpada com um triac disparado por um diac.
Voltage Waveform
across RL
Este circuito funciona de forma idêntica ao controlo da potência na carga que emprega um
SCR, com a diferença de que o triac pode controlar tanto os semiciclos positivos como os
semiciclos negativos da tensão da rede.
O triac está em série com a carga e quando for disparado (ou seja, quando for aplicado um
impulso na gate) deixará passar a corrente em ambos os sentidos, limitando-se a sua função
a controlar a passagem da corrente através da lâmpada (controlo de fase).
O seu funcionamento é o seguinte: o condensador carrega-se em mais ou menos tempo
consoante o valor da resistência do potenciómetro. Ao atingir a tensão de disparo do diac, o
condensador descarrega-se, e através do diac será aplicado um impulso na gate do triac que
o colocará em condução.
Se:
R     o diac dispara mais cedo ( )  o triac conduz mais cedo ( )  a carga
recebe mais potência.
R     o diac dispara mais tarde ( )  o triac conduz mais tarde ( )  a carga
recebe menos potência.
93

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Transístor unijunção (UJT)
Os UJT (Unijunction Transistor) podem ser
utilizados em osciladores de baixa frequência,
disparadores, estabilizadores, geradores de sinais
dente de serra e em sistemas temporizados.
Símbolo
E – Emissor
B1 – Base 1
B2 – Base 2
94
E
B2
B1
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Transístor unijunção (UJT)
Constituição interna
B2
Basicamente o transístor unijunção é constituído por uma barra
de material semicondutor do tipo N (de alta resistividade) com
terminais nos extremos. Tais contactos não constituem junções
semicondutoras, e assim, entre B2 (base 2) e B1 (base 1)
temos, na prática uma resistência, formada pelo material
semicondutor N. O material do tipo P como material do tipo N
formam a única junção PN semicondutora interna.
Tudo se passa como se o bloco do tipo N fosse formado por
duas simples resistências (Rb2 e Rb1), em série, tendo ligado
no seu ponto central um díodo (terminal E ou Emissor).
O terminal do emissor (E) está mais próximo da base 2 (B2).
95
E
B1
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+
6 a 30 Volt
Transístor unijunção
Principio de funcionamento
+
_
O valor resistivo normal entre os terminais da base 2 e 1 é relativamente alto (tipicamente entre 4 K e
12 K). Assim, se ligarmos o terminal B2 a um potencial positivo (tipicamente entre 6 e 30 Volt), e o
terminal B1 ao negativo, uma corrente muito pequena circulará por Rb2 e Rb1. Ao mesmo tempo, Rb2 e
Rb1 formam um divisor de tensão, em cujo ponto intermédio surge uma tensão menor, porém
proporcional àquela que foi aplicada a B2. Suponhamos que Rb2 e Rb1 têm valores iguais, de 5 K
cada um. Assim, se aplicarmos (com a polaridade indicada) 10 Volt entre B2 e B1, o “cátodo” do “díodo”
do emissor terá uma tensão de 5 Volt. Ao aplicarmos, então, uma tensão de entrada no emissor (E) do
UJT, esta terá que, inicialmente vencer a barreira de potencial intrínseca da junção PN ( 0,6V) e, em
seguida, superar a própria tensão que polariza o “cátodo” (5 Volt no exemplo). Nesse caso, enquanto a
tensão aplicada ao terminal do emissor (E) não atingir 5,6 Volt (0,6V + 5V) não haverá passagem de
corrente pelo emissor através de Rb1 para a linha de negativo da alimentação. Mantendo-se no
exemplo, uma tensão de emissor igual ou maior do que 5,6 Volt determinará a passagem de uma
corrente; já qualquer tensão inferior (a 5,6V) será incapaz de originar passagem da corrente eléctrica
pelo emissor (E) e por Rb1. Enquanto os 5,6V não forem atingidos, a corrente será nula, como através
de um interruptor aberto. Alcançando os 5,6V, tudo se passa como se o tal interruptor estivesse fechado.
A corrente que circulará estará limitada unicamente pelo valor resistivo intrínseco de Rb1.
Como a transição de corrente nula, para corrente total, entre emissor (E) e base 1 (B1) se dá sempre de
forma abrupta (quando a tensão de emissor chega à tensão/limite de disparo), podemos considerar o
UJT como um simples interruptor accionado por tensão.
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Transístor unijunção
Caraterísticas técnicas
• Tensão entre bases (Vbb) – é a máxima tensão que pode ser
aplicada entre as bases.
• Tensão entre emissor e base 1 (Vb1e) – é a máxima tensão que
pode ser aplicada entre esses dois terminais.
• Resistência entre bases (Rbb) – é a resistência existente entre os
dois terminais de base.
• Corrente de pico de emissor (Ie) – é a corrente máxima que pode
circular entre o emissor e a base 1 quando o transístor é
disparado.V1
• Razão intrínseca de afastamento ()

Rb1
Rbb
Rbb = Rb1 + Rb2
V1
é a chamada razão intrínseca de afastamento, que nada mais é do
que o factor do divisor de tensão.
A faixa típica de variação de  é de 0,5 a 0,8.
97
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Transístor unijunção
Caraterísticas técnicas
Por exemplo, o 2N2646 tem um  de 0,65. Se este UJT for usado com uma tensão de
alimentação de 10 Volt
V1 =  x V
V1 = 0,65 x 10
V1 = 6,5V
V1 – Tensão intrínseca de afastamento.
 - Razão intrínseca de afastamento,
V – Tensão de alimentação.
V1 é a chamada tensão intrínseca de afastamento porque ela mantém o díodo
emissor com polarização inversa para todas as tensões aplicadas ao Emissor,
inferiores a V1.
Se V1 for igual a 6,5 Volt, então temos de aplicar um pouco mais ( 0,6V) do que os
6,5V para polarizar directamente a junção PN e haver condução entre Emissor e a
Base 1.
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Transístor unijunção
Oscilador com um transístor unijunção
99
Ao aplicarmos inicialmente a alimentação ao circuito o
condensador começa a carregar, através da resistência R
( = R x C). Assim que a tensão aos terminais do
condensador atinge o ponto de disparo do UJT a corrente
sai pela base 1 passando por R1. Desta forma o
condensador descarrega e a sua tensão passa a ser
inferior à tensão necessária para disparar o UJT ficando
este novamente ao corte, reiniciando-se novamente todo o
ciclo.
É de notar que devido às suas posições R2 e R1
influenciam a própria relação intrínseca do divisor de
tensão interno do UJT, uma vez que R2 mais RB2
encontram-se acima da junção de Emissor, enquanto que
R1 e RB1 se encontram abaixo da mesma junção. Assim
se R2 aumentar a tensão necessária para disparar o UJT
diminui (e vice-versa). Se R1 aumentar a tensão de disparo
do UJT também terá que aumentar.
Se desejarmos uma frequência baixa de oscilação
podemos aumentar o valor da capacidade do condensador.
+
R2
_
+
_
+
R1
_
Valores típicos:
Vcc de 6 a 30 Volt
R de 3K a 500K
R2 de 100 a 1K
R1 de 0 a 100
C de 100pF a 1000F
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Fet - Transístor de efeito de campo
Os transístores bipolares e os transístores de efeito de campo (Fet)
distinguem-se pela sua estrutura e teoria de funcionamento; há no
entanto uma diferença que determina a sua utilização: O transístor
bipolar é comandado por corrente, enquanto o Fet é comandado por
tensão.
Tipos de Fet
J-Fet(Junction - Field Effect Transistor)
MOS-Fet(Metal Oxide Semiconductor - Field Effect Transistor)
10
0
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J-Fet
10
1
O J-Fet canal N é constituído basicamente por uma
junção PN, sendo ambos os extremos da região N
dotada de terminais (Dreno e Fonte), formando a
região P (Gate ou porta) um anel em volta da região
N.
Se ligarmos uma bateria entre os terminais da região
N circulará uma corrente limitada apenas pela
resistência do material semicondutor. Porém, se
polarizarmos inversamente a junção PN (Gate
negativa em relação à Fonte), formar-se-á uma zona
de deplecção em volta da junção PN. Devido a esse
facto, ficará mais estreito o canal o que equivale a um
aumento da resistência interna da região N.
Através da Gate podemos determinar o maior ou
menor fluxo de corrente entre os terminais Fonte e
Dreno. Fixando o valor da tensão dreno-fonte (VDS),
a corrente de dreno (ID) será função da polarização
inversa da Gate que variará a espessura do canal por
variação da zona de deplecção.
Zona de deplecção
VDS
VGS
NOTA: Para o J-Fet canal P devemos
inverter a polaridade das tensões
aplicadas aos terminais.
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J-Fet
Símbolos
D – Drain (Dreno)
S – Source (Fonte)
G – Gate (Porta)
Funcionamento
10
2
Para o Fet funcionar a Gate deve ser inversamente polarizada (no JFet canal N: Gate negativa em relação à Fonte, no J-Fet canal P: gate
positiva em relação à Fonte),
O Dreno (D) é positivo em relação à Fonte (S). A corrente dreno-fonte
(IDS) ou simplesmente corrente de dreno (ID) é inversamente
proporcional à tensão gate-fonte (VGS), conhecida por tensão de gate
(VG). Assim se: VG   ID  (isto porque a zona de deplecção vai
aumentar e o canal vai estreitar o que provoca um aumento de
resistência e consequentemente uma diminuição da corrente)
Mantendo-se constante VDS e fazendo variar VG, ID sofrerá uma
certa variação e a relação ∆ID/∆VG dá-nos a transcondutância em
Siemens do Fet, representada por gm.
Considerando ID como saída e VGS como entrada, o J-Fet surge
como uma fonte de corrente controlada por tensão.
RD
VDS
IDS
RG
RS
J-Fet canal N
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Mos-Fet
Evitar tocar com as mãos nos terminais dos Fet já que todos eles, mas especialmente os de tecnologia
MOS, são sensíveis a cargas eléctricas estáticas que podem danificar permanentemente a sua estrutura
interna.
A sua resistência de entrada é muito elevada (da ordem dos 1015 ).
Os transístores de gate isolada (Mos-Fet ou Ig-Fet) recebem esse nome em virtude da gate
ser uma película metálica (de alumínio) isolada electricamente do canal (semicondutor)
através de uma finíssima camada de óxido de silício.
Tipos de Mos-Fet
NMOS (canal tipo N)
Mos-Fet de empobrecimento ou depleção
Mos-Fet de enriquecimento
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PMOS (canal tipo P)
CMOS (transístor NMOS e PMOS no mesmo chip)
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Mos-Fet de empobrecimento
Símbolos
NMOS de
empobrecimento
Substrato
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Al
PMOS de
empobrecimento
Tal como no J-Fet um dos extremos do canal é a Fonte, e
o outro o Dreno; e sobre o canal existe uma delicada capa
de óxido de silício (SiO2) sobre a qual é aplicada uma
camada de alumínio (Al) para formar a Porta ou Gate.
SiO2
Figura:
NMOS de empobrecimento
Canal N – Substrato P
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Mos-Fet de empobrecimento
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O Dreno é ligado ao pólo positivo da bateria e a Fonte ao negativo. Se
a tensão na Gate ou Porta for zero (VG= 0 Volt) a corrente de dreno
(ID) será limitada apenas pela resistividade do canal n (que não é
elevada). Porém, se aplicarmos uma tensão inversa entre a gate e a
fonte (Gate negativa em relação à Fonte) forma-se um campo
electrostático que repelirá os electrões livres que no material N, são os
portadores de corrente, formando-se, desta forma, uma zona de
deplecção, cuja profundidade dependerá da tensão aplicada.
Quando a tensão de porta se torna negativa o campo eléctrico
produzido pelo condensador (formado pela Porta – SiO2 – canal N) vai
atrair cargas positivas para o canal. A presença das cargas positivas
destrói as negativas e isso produz um estreitamento do canal. Desta
forma, tal como sucede nos J-Fet, a intensidade da corrente entre
Fonte e Dreno (ID) será inversamente proporcional à tensão entre Gate
e Fonte (VG) VG   ID 
Há um valor da tensão de Gate, chamada tensão de corte, no qual o
canal ficará totalmente fechado e a corrente de dreno será igual a zero.
O menor valor negativo da tensão de Gate que elimina o canal designase por tensão limiar ou tensão de threshold (VT) ou VGS off.
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Mos-Fet de enriquecimento
Canal induzido
Figura:
NMOS de enriquecimento
Canal N – Substrato P
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A zona P é mais larga, sendo o canal restrito a pequenas
porções de material N junto à fonte e ao dreno. Tal como no
Fet de empobrecimento, a gate ou porta é isolada do canal
por uma camada de óxido de silício. Neste transístor, no
entanto, a porta ou gate recebe uma tensão positiva em
relação à fonte, de modo que o campo electrostático assim
formado, em vez de repelir os electrões, os atrai, formando
um canal N entre a fonte e o dreno (a tracejado na figura). A
formação deste canal permite, então, a circulação da
corrente de dreno (ID) cuja intensidade, irá depender da
tensão de gate (VG), já que a profundidade do canal entre a
Fonte e o Dreno será determinada pelo campo
electrostático. Se a tensão gate – fonte (VGS) for nula não
se formará o canal induzido logo não haverá corrente de
dreno (ID).
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Mos-Fet de enriquecimento
No caso do Mos-Fet de canal N o dreno deve ser
ligado ao positivo da bateria, e a Fonte ao
negativo, sendo a gate ou porta ligada ao positivo
através de um divisor de tensão destinado a
fornecer a exacta tensão da gate. É importante
recordar que, como a resistência de entrada é
infinita (já que a gate é electricamente isolada do
canal) a gate de um Mos-Fet não consome
qualquer corrente, daí a necessidade do divisor.
Símbolos
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Fet
Caraterísticas dos Fet
IDmáx
IGmáx
VGSmáx
VGSOmáx
VDGOmáx
IDSS
V(P)GS
PD
gm
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Máxima corrente de dreno.
Máxima corrente de gate.
Máxima tensão permitida entre dreno e fonte .
Máxima tensão permitida entre gate e fonte com o dreno aberto.
Máxima tensão permitida entre dreno e gate com a fonte aberta.
Corrente de dreno com a gate em curto-circuito com a fonte (VGS= 0).
Especifica-se para uma determinada tensão VDS.
Tensão de estrangulamento (pinch-off) entre a gate e a fonte. Especifica-se
para determinada tensão VDS e corrente ID, para as quais se considera o
canal cortado.
Potência total máxima dissipável para uma determinada temperatura em
condições normais de funcionamento (PD= VDS x ID)
Transcondutância (expressa a relação entre o aumento da corrente de dreno
e a tensão gate-fonte gm  ID , mantendo-se constante VDS. A unidade é o
V G
Siemens.
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Fet
Aplicações dos Fet
Os Mos-Fet tipo deplecção são semelhantes aos J-Fet, pelo
que têm aplicações semelhantes, nomeadamente como
amplificadores de sinais.
Os Mos-Fet tipo enriquecimento têm a sua maior aplicação nos
circuitos digitais por razões ligadas ao baixo consumo e ao
reduzido espaço que ocupam.
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Circuitos integrados
Surgiram na década de 1970. O seu interesse resulta da miniaturização dos circuitos.
Parte funcional do componente discreto
Os componentes discretos são maiores do que precisavam de ser. O corpo normal do componente,
que nos parece pequeno, é, na verdade um autêntico exagero, se nos restringirmos, electricamente,
ao que realmente “faz o trabalho” no componente, ou seja, a sua parte funcional.
Por exemplo num díodo:
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(parte funcional)
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Circuitos integrados
Os circuitos integrados são circuitos electrónicos funcionais, constituídos por um
conjunto de transístores, díodos, resistências e condensadores, fabricados num
mesmo processo, sobre uma substância comum semicondutora de silício que se
designa vulgarmente por chip.
Circuito integrado (CI)
visto por dentro e por cima.
Chip
Fios finíssimos
de ligação do chip
aos terminais do CI
Terminais do CI
O circuito integrado propriamente dito chama-se pastilha (chip, em inglês) e é
muito pequeno. A maior parte do tamanho externo do circuito integrado deve-se
à caixa e às ligações da pastilha aos terminais externos.
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Circuitos integrados
Vantagens dos C.I. em relação aos circuitos com componentes discretos
Redução de custos, peso e tamanho.
Aumento da fiabilidade.
Maior velocidade de trabalho.
Redução das capacidades parasitas.
Menor consumo de energia.
Melhor manutenção.
Redução de stocks.
Redução dos erros de montagem.
Melhoria das características técnicas do circuito.
Simplifica ao máximo a produção industrial.
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Limitações dos C.I.
Limitação nos valores das resistências e condensadores a integrar.
Reduzida potência de dissipação.
Limitações nas tensões de funcionamento.
Impossibilidade de integrar num chip bobinas ou indutâncias (salvo se forem de valores
muitíssimo pequenos).
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Circuitos integrados
Classificação dos C.I.
Classificação dos circuitos integrados quanto ao processo de fabrico:
Circuito integrado monolítico
(o seu processo de fabrico baseia-se na técnica planar)
Circuito integrado pelicular
(película delgada – thin-film - ou película grossa – thick-film)
Circuito integrado multiplaca
Circuito integrado híbrido
(combinação das técnicas de integração monolítica e pelicular)
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Circuitos integrados
Classificação dos C.I.
Classificação dos circuitos integrados quanto ao tipo de transístores utilizados:
Bipolar e Mos-Fet.
Os circuitos integrados digitais estão agrupados em famílias lógicas.
Famílias lógicas bipolares:
RTL – Resistor Transistor Logic – Lógica de transístor e resistência.
DTL – Díode Transistor Logic – Lógica de transístor e díodo.
TTL – Transistor Transistor Logic – Lógica transístor-transístor.
HTL – High Threshold Logic – Lógica de transístor com alto limiar.
ECL – Emitter Coupled Logic – Lógica de emissores ligados.
I2L – Integrated-Injection Logic – Lógica de injecção integrada.
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Famílias lógicas MOS:
CMOS – Complemantary MOS – MOS de pares complementares NMOS/PMOS
NMOS – Utiliza só transístores MOS-FET canal N.
PMOS - Utiliza só transístores MOS-FET canal P.
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Circuitos integrados
Classificação dos C.I.
Classificação dos circuitos integrados quanto à sua aplicação:
Lineares ou analógicos
Digitais
Os primeiros, são CIs que produzem sinais contínuos em função dos sinais que lhe são aplicados nas suas
entradas. A função principal do CI analógico é a amplificação. Podem destacar-se neste grupo de circuitos
integrados os amplificadores operacionais (AmpOp).
Os segundos são circuitos que só funcionam com um determinado número de valores ou estados lógicos,
que geralmente são dois (0 e 1).
Nível lógico 1
Nível lógico 0
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Sinal analógico: sinal que tem uma variação
contínua ao longo do tempo.
t
Sinal digital: sinal que tem uma variação por saltos
de uma forma descontínua.
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Circuitos integrados
Classificação dos C.I.
Classificação dos circuitos integrados quanto à sua gama de integração:
A gama de integração refere-se ao número de componentes que o CI contém.
SSI (Small Scale Integration) – Integração em pequena escala: São os CI com menos componentes.
Podem dispor de até 30 dispositivos por pastilha (chip).
MSI (Medium Scale Integration) – Integração em média escala: Corresponde aos CI com várias
centenas de componentes, podendo possuir de 30 a 1000 dispositivos por pastilha (estes circuitos
incluem descodificadores, contadores, etc.).
LSI (Large Scale Integration) – Integração em grande escala: Contém milhares de componentes
podendo possuir de 1000 até 100 000 dispositivos por pastilha (estes circuitos normalmente efectuam
funções lógicas complexas, tais como toda a parte aritmética duma calculadora, um relógio digital, etc.).
VLSI (Very Large Scale Integration) – Integração em muito larga escala: É o grupo de CI com um
número de componentes compreendido entre 100 000 e 10 milhões de dispositivos por pastilha (são
utilizados na implementação de microprocessadores).
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ULSI (Ultra Large Scale Integration) – Integração em escala ultra larga: É o grupo de CI com mais de 10
milhões de dispositivos por pastilha.
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Circuitos integrados
Tipos de cápsulas do C.I.
Os principais tipos de cápsulas utilizadas para envolver e proteger os
chips são basicamente quatro:
Cápsulas com dupla fila de pinos (DIL ou DIP – Dual In Line)
Cápsulas planas (Flat-pack)
Cápsulas metálicas TO-5 (cilíndricas)
Cápsulas especiais
Enquanto as cápsulas TO-5 são de material metálico, as restantes
podem utilizar materiais plásticos ou cerâmicos.
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Circuitos integrados
Cápsula com dupla fila de pinos
Para os CI de baixa potência – DIL ou DIP
As cápsulas de dupla fila de pinos são as mais utilizadas, podendo
conter vários chips interligados.
Nos integrados de encapsulamento DIL a numeração dos
terminais é feita a partir do terminal 1 (identificado pela marca), vai
por essa linha de terminais e volta pela outra (em sentido antihorário).
Durante essa identificação dos terminais o CI deve ser sempre
observado por cima.
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Circuitos integrados
Cápsula com quatro filas de pinos
QIL – Quad In Line
Para c.i. de média potência, por exemplo,
amplificadores de áudio.
A principal razão da linha quádrupla de pinos é o de
permitir um maior afastamento das respectivas “ilhas”
de ligação no circuito impresso, de forma que pistas
mais largas (portanto para correntes maiores) possam
ser ligadas a tais “ilhas”.
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Cápsula com linha única de pinos
SIL – Single In Line
Alguns integrados pré-amlificadores, e mesmo
alguns amplificadores de certa potência, para áudio,
apresentam esta configuração.
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Circuitos integrados
Cápsulas planas (Flat-pack)
As cápsulas planas têm reduzido volume e
espessura e são formadas por terminais dispostos
horizontalmente. Pelo facto de se disporem sobre o
circuito impresso a sua instalação ocupa pouco
espaço.
Cápsulas metálicas TO-5
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Têm um corpo cilíndrico metálico, com os terminais
dispostos em linha circular, na sua base.
A contagem dos terminais inicia-se pela pequena
marca, em sentido horário, com o componente visto
por baixo.
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Circuitos integrados
Cápsulas especiais
As cápsulas especiais são as que
dispõem de numerosos terminais para
interligarem a enorme integração de
componentes que determinados chips
dispõem (por exemplo, CI contendo
microprocessadores).
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Encapsulamento QUAD PACK
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Circuitos integrados
Aleta metálica
Circuitos Integrados de potência
Alguns integrados de potência têm uma cápsula
extremamente parecida com a dos transístores de
potência.
Algumas observações importantes a respeito das
aletas de acoplamento aos dissipadores de calor:
Dissipador
de calor
As aletas podem ser fixadas a dissipadores de alumínio em método idêntico ao utilizado
nos transístores de potência.
Acoplar-se as aletas à própria caixa (se for metálica) que contém o circuito.
As aletas podem ser soldadas a uma das faces de cobre do circuito impresso (no caso de
uma dupla face).
As aletas, quase sempre estão ligadas electricamente por dentro do c.i., ao pino
correspondente ao negativo da alimentação (massa).
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Circuitos integrados
Cápsulas de C.I. em SMT
Existem três tipos básicos de cápsulas de circuitos integrados em
SMT (Surface Mount Technology):
SOIC – Small-Outline Integrated Circuit – é semelhante a um DIP
em miniatura e com os pinos dobrados.
PLCC – Plastic-Leaded Chip Carrier – tem os terminais dobrados
para debaixo do corpo.
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LCCC – Leadless Ceramic Chip Carrier – não tem pinos. No seu
lugar existem uns contactos metálicos moldados na cápsula
cerâmica.
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Circuitos integrados
Bases para os C.I.
A base ou soquete, em termos práticos, além de facilitar a eventual manutenção
do circuito, evita o aquecimento do circuito integrado quando se solda.
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