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Eletr nica Aplicada

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MUNDI - UNIVERSO EDUCACIONAL
Módulo I - Eletrônica Aplicada
ELETRÔNICA
APLICADA
COPYRIGHT © 2007 [email protected] MUNDI LTDA. PROPRIEDADE INTELECTUAL PROTEGIDA. PROIBIDA SUA REPRODUÇAO TOTAL OU PARCIAL
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MUNDI - UNIVERSO EDUCACIONAL
Módulo I - Eletrônica Aplicada
Capítulo
01
EVOLUÇÃO HISTÓRICA DA ELETRICIDADE E DA de curiosidade até 1.600 dC, quando William Gilbert,
cientista inglês, estudou esse fenômeno de forma
ELETRÔNICA
Eletricidade e eletrônica constituem ciências correlatas,
podendo-se afirmar que a eletricidade é a mãe da
eletrônica. Apesar de apresentarem a mesma origem,
atualmente existe distinção entre as duas concepções.
Eletricidade pode ser definida como a ciência que estuda
o fluxo ordenado de carga elétrica em um material
condutor e seus fenômenos físicos correlatos, como
eletromagnetismo, por exemplo.
Independente da definição formal em si, no mundo
moderno se torna muito fácil perceber o que é
eletricidade, pois ela nos cerca a todo instante, permitindo
que funcione a maioria dos objetos cotidianos. Só para
citar um exemplo: a leitura deste material de aula exige
uma máquina movida a eletricidade. Caso se leia à noite,
a eletricidade permite que haja luz para a leitura.
Na realidade, mesmo nos tempos mais remotos da
história, mesmo antes da existência do ser humano na
terra, a eletricidade sempre existiu. Fenômenos naturais
relacionados à eletricidade, como o raio e os peixes com
propriedades de carga elétrica, por exemplo, existiram
desde muito antes do surgimento da humanidade. No
entanto, os fenômenos elétricos nem sempre foram
utilizados de forma organizada e racional pelos humanos
como se utiliza hoje.
Ao longo do tempo, o uso da eletricidade evoluiu, partindo
de observações esporádicas de efeitos elétricos naturais
há milhares de anos. Também houve época em que a
eletricidade era encarada como “magia” ou “bruxaria”.
Depois foi teorizada e estudada até se transformar nessa
ciência que se co­nhece hoje.
Ainda a palavra eletricidade vem do grego elektron, que
significa “âmbar’’, o qual constitui uma resina natural,
resultado da fossilização de árvores. Na Grécia antiga,
Tales de Mileto observou que o âmbar, esfregado em
pele de carneiro, era capaz de atrair fragmentos leves de
palha, por exemplo.
Com o tempo se percebeu que outros materiais, além do
âmbar,tinham essa propriedade. Notou-se que, inclusive,
alguns elementos naturais podiam também atrair outros
objetos, mesmo sem serem friccionados.
Assim os fenômenos elétricos constituíam apenas objeto
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científica. No trabalho "De Magnete”, teorizou os efeitos
naturais das rochas que tinham propriedades de atração
de outros corpos, distinguindo-as dos efeitos similares
produzidos por fricção. Aliás, deve-se a Gilbert o uso, pela
primeira vez, do termo “eletricidade” para o fenômeno de
atra­ção gerado pela fricção do âmbar e de outros objetos.
Também, no século XVII, tornou-se famosa a experiência,
atribuída a Benjamin Franklin, de empinar uma pipa
durante uma tempestade, com uma chave amarrada
à linha da pipa molhada. Segundo a narrativa, faíscas
pularam da chave para a mão do cientista, quando um raio
atingiu a pipa, demonstrando que o raio possui natureza
elétrica.
Muitas outras experiências ajudaram a construir a
definição de eletricidade e de suas relações com outros
fenômenos. Seguem alguns destaques históricos que
merecem menção.
Nos anos 1.800, a pilha foi inventada por Alessandro
Volta, que conhecia um trabalho de Luigi Galvani, médico
italiano. Galvani percebeu que a aplicação de eletricidade
estática, com uma haste metálica, nos nervos de uma
rã dissecada causava a contração do músculo da rã. A
partir disso, Volta concluiu que se tratava de corrente
elétrica a qual circulava nos músculos em contato com
um metal. Com base nisso, criou a pilha, empilhando (daí
o nome “pilha”) alternadamente discos de zinco e de
cobre, separando-os com tecidos molhados com ácido.
Tal invenção da pilha constituiu um ponto revolucionário
na história da eletricidade, pois propiciou a criação do
primeiro dispositivo a fornecer eletricidade de forma
controlada e estável.
Outra contribuição relevante foi dada pelo físico
dinamarquês Hans Christian Oersted, que, em 1820,
observou que uma bússola mudava sua orientação
magnética natural quando se aproximava de um fio
conduzindo corrente elétrica. Seus estudos levaram ao
desenvolvimento da teoria que prova que há uma estrita
ligação entre eletricidade e mag­netismo.
Mais tarde o francês Andre-Marie Ampere aplicaria
esse conhecimento de Oersted para criar aparelhos
eletromagnéticos, como o eletroímã e o galvanômetro.
Assim, a evolução desse conhecimento tornou-se
fundamental para a história da eletricidade, havendo
diversos exemplos que mostram essa importância, como
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atuais instrumentos de medição, os quais utilizam o
princípio do galvanômetro, nas válvulas com solenoides,
que usam o princípio do eletroímã, etc.
Na mesma época, o físico inglês Michael Faraday descobriu
que um condutor elétrico, ao ser movimentado em um
campo magnético, gerava eletricidade. Isso não somente
confirmava a ligação entre eletricidade e magnetismo,
sugerida por Oersted, como comprovava que a corrente
elétrica circulava apenas quando havia movimento do
condutor. Isso permitiu ao físico criar as bases da relação
entre eletromagnetismo e movimento.
Mais tarde, o mesmo Faraday estabeleceu as relações
matemáticas entre a corrente elétrica e força
eletromotriz, o que se conhece hoje como a lei de indução
eletromagnética de Faraday. Então, as descobertas de
Faraday permitiram o desenvolvimento de máquinas
magnéticas, como o transformador e o motor elétrico,
largamente usados nos dias atuais. Além disso, o mesmo
princípio se utiliza para construção de geradores rotativos,
base da moderna geração de energia elétrica atual. Ainda
Faraday contribuiu para pesquisas posteriores ao sugerir
a hipótese de que a luz seria a propagação das ondas
magnéticas elétricas.
Mais tarde, em meados do mesmo século XIX, James
Maxwell comprovou a hipótese de Faraday sobre a natureza
eletromagnética da luz. Essas descobertas formam a base
do que se conhece hoje por irradiação eletromagnética,
que não só explica a propagação da luz mas também a
propagação de ondas eletromagnéticas nas mais diversas
frequências isso permitiu que, mais tarde, se criassem
aparelhos de rádio, evoluindo-se atualmente para os mais
diversos equipamentos de transmissão conhecidos.
No final do século XIX, em 1880, o conhecimento acumulado,
aliado ao espírito empreendedor de Thomas Edison,
permitiu a invenção da primeira lâmpada incandescente
comercial. A criação de luz a partir do efeito Joule já era
conhecida de Edison, pois diversas tentativas de se criar
luz a partir da eletricidade já haviam sido feitas desde o
início do século XIX por diversos cientistas. Cabe a Edison
o título de inventor da lâmpada por ter criado a primeira
lâmpada que podia ser produzida e comercializada.
Também Edison é reconhecido pelo espírito inventivo,
tendo patenteado mais de 2.000 inventos e criado uma
das maiores companhias da história da humanidade, que
ainda existe até hoje, a General Electric.
Então, a partir da segunda metade do século XIX, a
eletricidade propiciou tamanha revolução nos hábitos
que a história reconhece ser ela a principal característica
da chamada Segunda RevoluçãoIndustrial. Até o início
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do século XX, os inventos e o desenvolvimento da
eletricidade já permitiam a geração, a transmissão e o
uso da energia elétrica de forma comercial. Apesar de
muitos equipamentos elétricos, hoje usados, terem sido
inventados naquela época, o salto tecnológico viria com o
advento da eletrônica no século XX.
Antes da eletrônica, as fontes de eletricidade podiam
ser de corrente contínua, como a pilha, ou de corrente
alternada, como a gerada pelos geradores elétricos
movidos a óleo, a carvão, a água, etc. As variações em
termos de tensão, potência, frequência, etc., e mesmo a
conversão entre corrente contínua e corrente alternada
eram possíveis, mas apenas por meio do uso de pesados
equipamentos eletromagnéticos e mecânicos.
Em 1904, John Fleming, cientista britânico, inventou
um dispositivo capaz de converter corrente alternada
em corrente contínua, usando um efeito descoberto
por Thomas Edison durante a criação da lâmpada. Esse
dispositivo, chamado de “diodo de Fleming”, consistia de
uma lâmpada incandescente com um terminal adicional
para um eletrodo. Quando a lâmpada acende com o
aquecimento do filamento, elétrons acabam sendo
espalhados no vácuo. Aplicando-se no eletrodo adicional
um determinado potencial (mais positivo que o filamento),
os elétrons são direcionados e se cria uma corrente direta
entre o filamento e o eletrodo adicional. Tal corrente flui
do filamento para o eletrodo, mas o contrário não ocorre,
de forma que se estabelece um sentido único de fluxo de
corrente. Isso permitiu, num primeiro momento, que
esses diodos fossem utilizados para transformar corrente
alternada em corrente contínua.
Mais tarde, na tentativa de melhorar o diodo de Fleming,
o inventor Lee de Forest patenteou um dispositivo com
um eletrodo adicional, que ele chamou de “grade”. Tal
grade, que podia modular o sinal de corrente da válvula,
transformou-se no primeiro amplificador eletrônico,
chamado por Forest de “Audion”. Os inventos de
Fleming e de de Forest abriram espaço para a criação de
equipamentos que podiam manipular a energia elétrica
de formas impensáveis anteriormente. Assim, abriram um
leque de aplicações na indústria, permitindo invenção de
equipamentos de áudio e de vídeo, de telecomunicações,
de automação, de computação, etc.
Ainda o próximo passo na evolução da eletrônica deuse por um trio de pesquisadores, formado por John
Bardeen, Walter Bratain e William Shockley. Em 1947,
inventaram o transistor, fruto de pesquisas de materiais
semicondutores, o que lhes rendeu, em 1956, o prêmio
Nobel de Física. Tal invenção do transistor permitiu
que operações de manipulação de energia elétrica,
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que somente podiam ser feitas por meio de válvulas,
pudessem se realizar por componentes muito menores,
sem necessidade de aquecimento e com eficiência muito
maior.
A tecnologia de produção de semicondutores permitiu
que diversos componentes eletrônicos pudessem ser
criados. Atualmente os diodos dos mais diversos tipos
(incluindo o LED) e os transistores são fabricados em
tamanhos e em formatos adequados à miniaturização de
circuitos. Além desses componentes, os semicondutores
podem ser utilizados para fabricação de tiristores,
dispositivos de chaveamento controlado, de alta potência,
usados extensivamente na indústria de automação para,
por exemplo, controle de velocidade de motores, e
mesmo em equipamentos domésticos, como “dimmers”
e controladores de temperatura de chuveiros e de
velocidade de ventiladores.
ao número de elétrons.
Na formação do átomo, prótons e nêutrons encontramse sempre juntos e formam um miolo central chamado
NÚCLEO.
Ao redor do núcleo, movimentam-se os elétrons,
descrevendo órbitas elípticas fechadas, distribuídas em
níveis, em camadas ou em bandas progressivamente
afastadas do núcleo. O conjunto dessas camadas é
chamado de ELETROSFERA.
Também a evolução da tecnologia de encapsulamento dos
semicondutores permitiu que se conseguissem embutir,
em espaços microscópicos, milhares de transistores
ligados de forma a executar tarefas que antes eram
feitas por gigantescos equipamentos valvulados. Ainda
os circuitos integrados (CI) se usam extensivamente em
circuitos analógicos e digitais. Sua evolução permitiu
alcançar o estágio científico atual em que se encontra a
humanidade, sendo parte essencial dos controladores
domésticos, comerciais e industriais, sem os quais hoje se
torna impossível se executarem tarefas cotidianas.
Dependendo do número de elétrons, os átomos
apresentam determinado número de camadas
eletrônicas. Entretanto, o número máximo de elétrons
que a última camada (camada externa) pode possuir é
oito. Tal camada, denominada CAMADA DE VALÊNCIA,
apresenta elétrons chamados de ELÉTRONS DE VALÊNCIA.
Essa camada de valência determinará se o elemento é
bom ou mau condutor.
Além disso, a compreensão da tecnologia eletrônica
demanda o conhecimento dos princípios básicos de
eletricidade e também o conhecimento dos princípios de
ciências dos materiais e de suas propriedades elétricas.
Nas próximas aulas, serão apresentados conhecimentos
básicos necessários ao aprendizado de eletrônica.
Para que um átomo possua configuração estável, a
camada de valência deve possuir oito elétrons. Quando
possui menos de quatro elétrons, eles encontram-se
fracamente ligados ao núcleo, sendo considerados LIVRES
e facilmente deslocados através de diferença de potencial
(d.d.p.). Tais elementos denominamse CONDUTORES.
FÍSICA DO SEMICONDUTOR
Inversamente, nos ISOLANTES, os elétrons são em número
sempre maior que quatro, sendo fortemente ligados ao
núcleo.
Segundo a Teoria Atômica de Rutherford e Bohr, o átomo
constitui-se por três partículas: elétrons, prótons e
eletrons.
Os prótons são eletricamente Positivos, isto é, possuem
CARGA ELÉTRICA POSITIVA. Já os elétrons apresentam
CARGA ELÉTRICA NEGATIVA. Por sua vez, os nêutrons são
eletricamente NEUTROS, isto é, não têm carga elétrica.
Num átomo neutro, o número de prótons é sempre igual
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Entre os condutores e os isolantes, encontra-se o grupo
dos SEMICONDUTORES, que apresentam exatamente
quatro elétrons na camada de valência.
Exemplos de semicondutores são o Silício (Si) e o Germânio
(Ge), utilizados na fabricação de diodos, transistores e
circuitos integrados.
Também os semicondutores podem se comportar como
condutores ou como isolantes, dependendo de como os
átomos estiverem ligados a outros elementos químicos,
através do processo chamado Dopagem
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CRISTAIS DO TIPO N E DO TIPO P
controlar a condutividade do material.
Os Cristais do Tipo N, ou Negativo, são doadores de
elétrons. Já os Cristais do Tipo P, ou Positivo, são receptores
de elétrons.
Tal semicondutor, tratado para ter excesso de elétrons
livres, chama-se Semicondutor Tipo N. Essa designação
“N” vem de Negativo, pois o elétron é negativo.
Cristais do Tipo N
Cristais do Tipo P
Nesse caso, a dopagem faz-se por um Elemento
Pentavalente, isto é, um elemento que possui cinco
elétrons na última camada. Como exemplos de elementos
pentavalentes, têm-se o Fósforo (P), o Antimônio (Sb) e o
Arsênio (As).
Nesse caso, a dopagem faz-se por um Elemento Trivalente,
isto é, um elemento que tem três elétrons na última
camada. Como exemplos de elementos trivalentes, têmse o Alumínio (AI), o Índio (ln), o Gálio (Ga) e o Boro (Bo).
Pelo processo de dopagem, substitui-se um átomo de
Germânio de sua estrutura cristalina, por um átomo de
Antimônio. Como o Antimônio possui cinco elétrons de
valência e o Germânio apresenta quatro, apenas quatro
elétrons de Antimônio tomarão parte nas ligações
covalentes. Assim, o quinto elétron (que sobrou) não
participará de nenhuma ligação, ficando, portanto,
fracamente ligado ao núcleo. Isso significa que se tem um
elétron livre.
Pelo processo de dopagem, substitui-se um átomo de
Germânio, de sua estrutura cristalina, por um átomo
de Alumínio. Como o Alumínio apresenta três elétrons
de valência e o Germânio possui quatro, uma ligação
covalente ficará incompleta. Isso significa que se criou
uma falta de elétrons, ou seja, foi criada uma lacuna, uma
carga positiva.
Nesse caso, os elementos de dopagem (o Alumínio),
que criam lacunas móveis ao Germânio, denominam-se
receptores.
Aplicando-se uma d.d.p., o elétron se loco­moverá
facilmente, visto que é móvel, isto é, passa de um átomo
para outro, não permanecendo preso ao seu átomo.
Já o semicondutor, tratado para ter lacunas, chama-se
Semicondutor Tipo P. Essa designação “P” vem de Positivo,
pois a lacuna é positiva.
Nesse caso, os elementos de dopagem (o Antimônio), que
fornecem elétrons móveis ao Germânio, denominam-se
doadores.
Então, o material do Tipo P, analogamente ao do Tipo N,
terá lacunas móveis, tantas quanto forem os átomos de
impurezas introduzidas. Sua condutividade também se
alterará de acordo com a dopagem.
Pode-se constatar que, se um átomo de impureza forneceu
um elétron livre, “n” átomos de impurezas fornecerão “n”
elétrons livres. Assim, com o processo de dopagem, podese controlar, de acordo com as necessidades, a quantidade
de elétrons livres de que se necessita e, em consequência,
Portadores Majoritários e Portadores Minoritários
Os elétrons e as lacunas são portadores de carga elétrica,
uma vez que, quando nos movimentos produzem a
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corrente elétrica, transportam consigo determinada carga
elétrica.
Quando se trata de semicondutor puro, chega-se à
conclusão de que o número de elétrons livres é sempre
igual ao número de lacunas.
No caso do Semicondutor do Tipo N, o número de
elétrons livres é muito grande comparado ao número de
lacunas, ou seja, predominam, como portadores de carga,
os elétrons. Daí se denominam os elétrons de Portadores
Majoritários e as lacunas, de Portadores Minoritários.
No caso do Semicondutor do Tipo P, ocorre o inverso.
O número de lacunas é muito grande se comparado ao
número de elétrons livres. Portanto, num semicondutor
do Tipo P, as lacunas são os Portadores Majoritários e os
elétrons, os Portadores Minoritários.
Tabela - Portadores com as devidas designações.
Tabela 1 Portadores com as devidas designações.
Semicondurtor Portadores
Portadores
Majoritários
Minoritários
Tipo N
Elétrons
Lacunas
Tipo P
Lacunas
Elétrons
Embora tais quantidades diminutas não causem
efeitos perceptíveis nas propriedades químicas ou
mecânicas do semicondutor, produzem enorme
efeito nas concentrações de portadores móveis e,
consequentemente, nas propriedades elétricas do
material. Em outras palavras, um semicondutor puro não
difere em nada de um semicondutor dopado, no que diz
respeito às propriedades químicas ou mecânicas. Apenas
a condutividade é alterada.
Compensação
Uma vez que o tipo de condutividade se determina
apenas pela concentração de impurezas, uma amostra
de semicondutor pode ser convertida de um tipo de
condutividade em outro pela introdução da impureza
apropriada. Por exemplo, um semicondutor Tipo P pode
ser convertido em um semicondutor Tipo N, pela adição
de impurezas doadoras em quantidade suficiente para
trocar o sinal da concentração efetiva de impurezas. Se
o material continha originalmente uma concentração “x”
de impurezas aceitadoras, esse material é do Tipo P. Caso
se acrescente concentração “2.x” de impurezas doadoras,
esse material passará a ser do Tipo N.
Esse método de mudança do tipo de condutividade pela
adição de impurezas denomina-se compensação, que é
fundamental para a tecnologia dos semicondutores.
Junção PN
Difusão
Num semicondutor, os portadores de carga podem
se locomover de diversas maneiras: por ação de raios
luminosos, por d.d.p. ou por difusão.
Supondo-se que seja realizado o processo de compensação
apenas na metade de uma amostra de semicondutor Tipo
P, tem-se, então, metade da amostra do Tipo N e outra
me­tade, do Tipo P.
Na difusão, os portadores deslocam-se de pontos de
maior concentração para pontos de menor concentração
de cargas, até que aconteça um equilíbrio. Assim, portamse analogamente a um gás, que se encontra concentrado
num pequeno recipiente: ao ser libertado apresenta
tendência de sair e se “espalhar” pelo ambiente,
ocupando todo o espaço. Com isso, há um equilíbrio do
gás, que antes estava sob pressão.
Curiosidade
Estabelecida a junção, inicia-se o processo de difusão de
elétrons de N para P e difusão de lacunas de P para N.
Um fato de muita importância é a pequeníssima
quantidade de impurezas necessárias para tornar
extrínseco um semicondutor, segundo os oadrões
clássicos, químicos ou metalúrgicos.
Como são portadores de cargas de sinais e de sentidos
opostos, os elétrons e as lacunas estabelecem, com o
processo de difusão, uma corrente elétrica de P para N,
chamada corrente de difusão.
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a) no material Tipo N ou Tipo P, há um equilíbrio geral
de cargas pela distribuição uniforme de portadores
majoritários dentro do material;
b) os portadores majoritários ligam-se à estrutura do
material semicondutor. Apesar de serem considerados
livres, fazem parte da estrutura cristalina e não podem ser
retirados da mesma;
c) o material por si não apresenta carga e não há fluxo de
corrente entre dois tipos de material, se forem colocados
simplesmente em contato um com o outro. Portanto, a
corrente de difusão só se estabelece na região da junção.
Na junção e nas proximidades, os elétrons e as lacunas
encontram-se e se recombinam. Por causa dessa ação de
cancelamento ou de neutralização na junção, estabelecese então uma carga entre os dois tipos de material.
Uma vez que alguns dos portadores majoritários (elétrons
no Tipo N e lacunas no Tipo P) se cancelam uns aos outros,
o material adquire, na junção, uma carga positiva para o
material semicondutor N (porque alguns de seus elétrons
foram neutralizados) e negativa no material semicondutor
P (porque algumas de suas lacunas foram neutralizadas).
Não se pode esquecer (item “b”) que os portadores
majoritários estavam ligados na esrutura do cristal
antes da formação da junção, e que havia distribuição
uniforme (item “a”) desses portadores nos materiais
semicondutores. Assim sendo, por si só, o material tinha
uma carga global igual a zero.
Portanto, na medida em que vão se recombinando, os
portadores deixam a “descoberto” na região de transição
íons positivos e negativos.
Torna-se importante lembrar a definição de íon. Em certas
condições, os átomos podem perder ou receberelétrons,
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transformando-se em íons. Íons são, portanto, átomos
ou conjuntos de átomos que não apresentam equilíbrio
elétrico. Ou seja, grosso modo, são átomos cujo número
de “negativos” é diferente do número de “positivos”.
Assim, íon positivo é aquele formado pela perda de
elétrons; íon negativo é aquele formado pelo ganho de
elétrons ou pela perda de lacunas.
Como citado, os íons descobertos originam uma barreira
de potencial,ou seja, uma d.d.p., representada na figura
anterior por uma bateria.
Essa carga, ou potencial, é muito pequena, de décimos de
volt apenas, mas produz barreira ou obstáculo à passagem
dos portadores de corrente.
Para passar de um lado da junção para o outro, o elétron
ou a lacuna deve receber uma energia igual a essa barreira
de potencial. Para o Germânio, tal barreira é da ordem de
0,3V e, para o Silício, de 0,7V.
A barreira em questão chama-se Região de Transição ou
Camada de Carga Espacial - C.C.E.
ou Zona de
Depleção, pois nessa região não existem cargas móveis,
somente íons fixos à rede cristalina. Lembre-se de que o
termo “Depleção” significa vazio (repleto = cheio; depleto
= vazio).
Destaque-se que a espessura dessa região é da ordem de
0,5 mícron = O,5x10-6 metros.
Na região de transição ou nas proximidades, os portadores
minoritários ficam sob a ação do campo elétrico da
barreira. Elétrons dirigem-se, então, para N e lacunas, para
P. Estabelece-se, aí, uma corrente de difusão, denominada
corrente de campo.
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Portanto, uma junção PN constitui um sistema físico onde,
contínua e simultaneamente, se processa uma série de
fenômenos dinâmicos.
Na situação de equilíbrio, as correntes de difusão e de
campo igualam-se. Como são opostas, não pode haver
circulação de corrente na junção, a menos que se aplique
tensão externa.
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Capítulo
02
JUNÇÃO PN COM POLARIZAÇÃO INVERSA E POLARIZAÇÃO DIRETA
Polarização Inversa
Polarização Direta
Considere-se uma Junção PN polarizada inversamente,
isto é, com o polo positivo da bateria ligado ao lado
negativo N da junção.
Nesse caso, o polo positivo da bateria ligase ao lado
positivo P da junção e o pólo negativo, ao lado negativo
N da junção.
Inversamente ao que ocorre no caso anterior, as lacunas
de P repelem-se pelo polo positivo da bateria e os elétrons
de N, pelo pólo negativo da bateria, provocando a redução
da largura da zona de transição e, em decorrência, da
resistência interna da junção.
Nesse caso, as lacunas de P serão atraídas pelo pólo
negativo da bateria e os elétrons de N, pelo polo positivo
da bateria.
Em conseqüência, aumenta o número de íons positivos
em N e de negativos em P,o que ocasiona, por sua vez, os
seguintes aumentos:
a) o da barreira de potencial e, em consequêncial o campo
elétrico;
b) o da largura da zona de transição e, em consequência,
o aumento da resistência interna da junção.
Devido a essas alterações, a corrente de difusão diminui
sensivelmente, enquanto a corrente de campo aumenta
um pouco (por se tratar de uma corrente de minoritários).
Ainda, a corrente total estabelecida, que circula pela
junção, chama-se Corrente Inversa ou Corrente Reversa
- IR.
Tal corrente inversa, muito pequena, varia em função
da tensão inversa aplicada, até atingir um valor máximo
denominado Corrente de Saturação Inversa ou Corrente
de Fuga. Esse valor corresponde à largura máxima da
zona de transição.
Também, a junção inversamente polarizada apresenta
resistência muito grande, da ordem de mega-ohms, e a
corrente de saturação inversa normalmente é da ordem
de microamperes.
Assim sendo, as lacunas no material P circulam do borne
positivo para o borne negativo da bateria; os elétrons
no material N circulam do borne negativo para o borne
positivo da bateria.
Assim sendo, as lacunas no material P circulam do borne
positivo para o borne negativo da bateria; os elétrons
no material N circulam do borne negativo para o borne
positivo da bateria.
Continuamente, à junção chegam lacunas, que circulam
em um sentido, e elétrons, cir culando em sentido
contrário. Quando os elétrons encontram as lacunas na
junção, neutra­lizam mutuamente suas cargas, ou melhor,
se recombinam. Isso permite a formação de mais lacunas
na extremidade positiva do material P e a entrada de mais
elétrons na extremidade negativa do material N.
Dessa maneira, efetuam-se todas as condições necessárias
para uma contínua circulação de corrente o que realmente
ocorre. Em outras palavras, a corrente de difusão aumenta
e a corrente de campo diminui, resultando uma corrente
total bem maior que no caso anterior, denominada
Corrente Direta - ld.
Ainda, a junção diretamente polarizada apresenta
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resistência baixa, da ordem de algu­mas dezenas de ohms.
O Diodo de Junção
O Diodo de Junção corresponde ao dispositivo de dois
terminais, constituído pela Junção PN que se acabou de
estudar. Destaque-se que o termo diodo significa “dois
eletrodos”, sendo que “odou, em grego, é “caminho”.
Portanto, diodo constitui o dispositivo que possibilita dois
caminhos para os elétrons.
Observe-se, na figura a seguir, no símbolo do diodo, que
a parte em forma de seta aponta no sentido convencional
da corrente elétrica.
resistividade é bem maior que a do Germânio e, em
consequência, seu rendimento será maior.
DIODOS SEMICONDUTORES
Curva Característica
A curva característica do diodo de junção, que traduz
a relação I= f(V), varia em função da construção e da
finalidade específica a que se destina o diodo. Apresenta
basicamente o aspecto mostrado a seguir:
Como nos transistores, que se verão logo a seguir, os
símbolos para componentes semicondutores apresentam
sempre as setas apontando para a região N.
Na região de condução, a corrente cresce de início,
lentamente. Vencida a barreira de potencial, cresce, a
seguir, rapidamente, atin­gindo valores elevados para
valores ainda pequenos de tensão. Assim, torna-se
necessário proteger o diodo com um resistor externo para
limitar a corrente, evitando que correntes muito altas
possam danificá-lo.
A partir de 0,3 V (diodo de Germânio) e 0,7 V (díodo
de Silício), a resistência do diodo passa a ser desprezível
em função da resistência externa do circuito, variando a
corrente linearmente com a tensão.
Sintetizando, o diodo de junção permite a passagem de
corrente elétrica em um único sentido, quando polarizado
diretamente, e bloqueia a corrente, quando polarizado
reversamente.
Considerações sobre os diodos:
a)
Quanto maior a dopagem, menor a zona de transição;
b) O Silício é mais utilizado, porque pode trabalhar
com tensões e correntes mais altas e possui menor
sensibilidade à temperatura;
c) À temperatura ambiente, o Silício quase não tem
elétrons livres, se comparado ao Germânio;
d) Um diodo de Silício tem uma corrente reversa muito
menor do que um diodo de Germânio, pois sua
10
Diodo Retificador
Embora o diodo seja o mais simples dos dispositivos
semicondutores, é o que tem maior gama de aplicações.
Como principal aplicação do díodo está a retificação. Na
retificação, utilizam-se as características da condução
direta e de bloqueio.
Um díodo ideal é um curto-circuito em condução direta e
um circuito aberto, quando inversamente polarizado. Isto
é, permite a passagem de corrente em um único sentido.
Assim, ele atua como condutor em um sentido e como
isolante no sentido oposto.
Então, quando um retificador se insere em um circuito de
corrente alternada, somente a metade dos semícíclos de
tensão pode dar lugar a uma corrente e sempre naquele
sentido para o qual o retificador é um condutor.A outra
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metade não consegue produzir a corrente no sentido em
que o retificador atua como isolante.
Módulo I - Eletrônica Aplicada
de um díodo retificador ligado entre a fonte de tensão
alternada e a carga.
RL é a Resistência da Carga ligada à sua saída (L = Load =
Carga).
A tensão máxima no secundário do transformador é VMÁX
Para se inverter a polaridade da tensão contínua, basta
inverter o díodo.
Nesse circuito, só existe corrente durante a metade de
cada ciclo. Na realidade, há uma corrente muito pequena,
de portadores minoritários, durante os semiciclos
negativos, porém pode ser considerada nula.
--Valor Médio da Tensão na Carga: VLm = VMáx /p= 0,318.
VMáx
--Valor Máximo da Corrente na Carga: ILMáx = VMáx/RL
Em consequência, a corrente em um circuito retificador
simples é contínua pulsada e não contínua pulsante.
--Valor Médio da Corrente na Carga: ILm= IMáx/p=0,318.IMáx
--Valor Eficaz da Tensão na Carga: VLef= VMáx/2
--Valor Eficaz -da Corrente na Carga: ILef=IMax/2verif.
Especificações do Diodo
a)
Tensão de Ruptura (breakdown) - VBR ou BrV ou
BV - ou Tensão Reversa de Pico - PRV - ou Tensão nversa
de Pico - PIV - ou Tensão Reversa Máxima - VRM - ou
Tensão Reversa Máxima de Trabalho - VRWM.
Após essa tensão, o díodo conduz intensa­ mente e será
danificado pela excessiva potên­cia dissipada (calor).
b) Corrente Direta Máxima - IdMÁX
e) Corrente Reversa Máxima - IRmáx
d) Potência Dissipada Máxima - PdMax
e) Temperatura Máxima da Junção - TjMÁX
CIRCUITOS RETIFICADORES
Nesse tipo de retificação, a tensão média na carga é muito
baixa: 0,318.VMÁX. Portanto, precisa-se de alto valor
de tensão no secundário do transformador, para se ter
boa tensão média aplicada à carga (perde-se V2 ciclo de
tensão).
Retificador de Onda Completa com Center Tap
(derivação central)
Esse retificador parece com dois retificadores de meia
onda, voltados um de costas para o outro, com um
retificador controlando o primeiro semiciclo e com o
outro, o semiciclo alternado.
Retificador de Meia Onda
Por causa do secundário com derivação central, cada
circuito do diodo recebe apenas metade da tensão do
secundário: VL = VS/2.
O circuito básico de retificação de meia onda consiste
Durante o primeiro semiciclo, a tensão alternada do
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Módulo I - Eletrônica Aplicada
transformador torna positivo o ânodo do diodo superior.
Então, o diodo conduz e, como resultado, a corrente passa
através da carga, produzindo um pulso de tensão entre os
terminais. Quando o diodo superior conduz, o ânodo do
diodo inferior está negativo e, assim, ele não conduz.
Durante o segundo semiciclo, o ânodo do diodo superior
fica negativo e, portanto, ele não pode conduzir. Enquanto
isso, o ânodo do diodo inferior fica positivo, de maneira
que a corrente passa através dele e da carga. Como os
dois pulsos de corrente da carga têm o mesmo sentido,
aparece uma tensão contínua pulsada entre os terminais.
O retificador de onda completa transformou os dois
semiciclos de corrente alternada de entrada em uma
saída de corrente contínua pulsada.
--Valor médio nda Tensão na Carga: VLm=2.VMÁX/p=0,636.
--VMÁX
--Valor Máximo da Corrente na Carga: ILMÁX=VMÁX/RL
--Valor Eficaz da Tensão na Carga: VLef=VMÁX/ √2=0,707.VMÁX
--Valor Eficaz da Corrente na Carga: ILef=IMÁX/ √2=0,707.IMÁX
Retificador de Onda Completa “em Ponte”
Funciona como o de onda completa, com a vantagem de
não necessitar da derivação central no transformador.
Quando a corrente alternada apresenta polaridade
positiva no extremo superior do transformador, a corrente
elétrica sai desse extremo do enrolamento, passa através
de D3, através da carga RL, através de D1 e volta ao
extremo inferior do transformador.
Quando a polaridade da tensão alternada é invertida, a
corrente elétrica sai do extremo inferior do enrolamento,
atravessa os diodos D2, D4 e a carga RL.
Essa corrente elétrica que atravessa a carga tem sempre
o mesmo sentido em ambos os semiciclos da tensão
de entrada. Portanto, a tensão que aparece na carga é
contínua pulsada.
--Valor Médio da Tensão na Carga: VLm=2.VMáx/p=0,636.
VMÁX
--Valor Máximo da Corrente na Carga: ILMÁX=VMÁX=/RL
--Valor Médio da Corrente na Carga: ILm=2.ILMÁX/p=0636.
ILMÁX
--Valor Eficaz da Corrente na Carga: VLef=VMáx/√2=0,707.
VMÁX
--Valor Eficaz Corrente na Carga: ILef=IMáx/√2=0,707.IMÁX
Comparação entre os três tipos de Retificadores
Meia Onda
-- VLm=VMáx/p=0,318.VMÁX
-- mas VMÁX=VSec.ef. √2
-- então, VLm=0,318. VSec.ef.√2
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-- VLm=0,45. VSec.ef
-- VLm = 0,90. VSec.ef
Onda Completa com Center Tap
Como se pode verificar, o retificador “em Ponte” produz
tensão média na saída VLm igual a 90% da tensão eficaz
do secundário do transformador VSec. ef; os outros
retificadores produzem tensão na saída VLm de somente
45%.
-- VLm=0,636.VSec.MÁX/2 = 0,636. VSec.ef √2/2
-- vLm=0,45. VSec.ef
Onda Completa com Center “em Ponte”
-- VLm = 0,636.VSec.MÁX = 0,636. VSec.ef √2
Levando tudo isso em conta, o retificador em ponte é o
melhor para a maioria das aplicações e o mais utilizado
na indústria.
-- VLm = 0,636.VSec.ef. √2
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Módulo I - Eletrônica Aplicada
Capítulo
03
FILTRAGEM
Como explanado, os retificadores fornecem, nas saídas,
tensões contínuas pulsadas, nunca perfeitamente
contínuas.
Lembre-se de que, quando um capacitor se liga aos
terminais de uma bateria, ele se carrega até ficar com a
tensão da mesma, desde que haja tempo suficiente para
isso. Isso significa que, ao se ligar o capacitor descarregado
a uma bateria, este é praticamente um curto-circuito e, ao
se carregar, se transforma num circuito aberto.
Logo que o resistor de carga se liga em paralelo, o capacitor
começa a se descarregar e a tensão cai. Contudo, a tensão
não cai a zero, porque um novo pico de tensão aparece.
Esse novo pico de tensão carrega, outra vez, o capacitor
que passa a se descarregar, por meio do resistor, até um
novo pico.
Medidas de ondulação em circuitos retificadores
A introdução de uma carga em paralelo com o capacitor
faz com que a saída não seja mais contínua pura. Assim,
haverá uma ondulação denominada ripple.
Se a resistência de carga RL de um retificador for substituída
por um capacitor, aparecerá corrente contínua entre os
terminais. Se o retificador não tiver tempo suficiente para
carregar totalmente o capacitor no primeiro semiciclo de
saída, o mesmo será carregado nos semiciclos posteriores.
Quando uma carga se liga à saída, a quantidade de
ondulação resultante depende do valor da carga, do valor
do capacitor e do tipo de retificador (meia onda ou onda
completa), conforme exemplos a seguir.
Na figura a seguir, simboliza-se o retificador com o
transformador de entrada e o capacitor, de saída. Pode-se
verificar que o capacitor, ao se carregar,filtra a ondulação,
deixando uma corrente contínua pura.
Se esse circuito não tivesse que fornecer corrente a outros
circuitos, ter-se-ia, na saída, uma tensão contínua pura
(não pulsada). No entanto os diversos circuitos eletrônicos
ligados à saída consomem corrente (corrente de carga
L). Ainda, o efeito dessa corrente pode ser simulado,
ligando-se um resistor à saída do circuito.
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Para minimizar esses inconvenientes, de­ ve-se acoplar, à
saída da fonte, um circuito regulador de tensão.
Destaque-se que o diodo Zener, também denominado
diodo de Ruptura, diodo de Avalanche ou diodo Regulador
de Tensão, constitui um diodo de Silício. Difere do diodo
retificador comum, pelo fato de que o comum não pode
ultrapassar a região de ruptura, sob pena de destruição
do mesmo, enquanto o Zener é projetado para trabalhar
nessa região.
Aparentemente o Zener é idêntico a um diodo de Silício
comum. Na região direta, ele também começa a conduzir
por volta de 0,7 V, possui pequena corrente reversa
devido à alta resistência inversa e, também, apresenta
determinada tensão de ruptura. Entretanto num diodo
comum, se a tensão de ruptura for ultrapassada, o
componente será danificado. No entanto, caso se utilize o
diodo Zener, a corrente aumentará repentinamente nesse
ponto, sendo limitada por uma resistência externa ligada
em série com o mesmo, não ocorrendo, pois, nenhum
problema com o dispositivo. Nesse ponto, tem-se a
chamada Tensão Zener - Vz.
Para grandes variações da corrente, a tensão Zener
permanecerá praticamente constante, conforme se pode
observar na Curva Característica do Diodo, a seguir. Essa
se trata da característica importante desse diodo, pois,
nessa faixa de variação de corrente, tem-se praticamente
a mesma tensão. Tal faixa deno­ mina-se faixa de
regulação.
DIODO ZENER
Mesmo após a filtragem, a tensão produzida numa
determinada carga pode sofrer variações pelos seguintes
motivos:
1. flutuações na tensão da rede pública;
2. variações na saída CC, devido aos diodos utilizados na
retificação serem sensíveis à temperatura;
3. variação na tensão de saída CC pela varia­ção da carga;
4. quanto menor a resistência de carga, maior a flutuação
(ripple) da tensão de saída CC.
A tensão deve ser a mais definida possível em função da
variação da sua corrente inversa. Portanto, fabricam-se
diodos Zener de Silício, pois as características de ruptura
desse semicondutor são mais bem definidas do que as do
Germânio.
Destaque-se que o diodo Zener apresenta as regiões N e P
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Módulo I - Eletrônica Aplicada
altamente dopadas, o que resulta na tensão de ruptura ser
baixa, podendo operar com correntes inversas elevadas,
sem danificar o dispositivo. Lembre-se de que a tensão
de ruptura ou a tensão Zener consiste na tensão máxima
reversa que pode ser aplicada em um diodo, antes que ele
possa conduzir.
Essas correntes originam-se com o rompimento das
ligações covalentes, devido ao esforço ocasionado pela
tensão inversa.
Variando-se o nível de dopagem dos diodos, os fabricantes
podem construir diodos Zener com tensões de ruptura de
2 até mais de 200 V.
Essa ação reguladora do Zener constitui, com efeito, a de
um “resistor variável” que responde a qualquer mudança
de corrente, a fim de que a tensão seja constante.
Na figura a seguir, apresentam-se os símbolos mais
utilizados de um diodo Zener.
FONTE DE TENSÃO ESTABILIZADA
No circuito a seguir, tem-se um circuito retificador com
filtro acoplado a um regulador de tensão com diodo Zener.
VL = Vz = constante
V E = RS . I S + V L
(Veconsiste no valor médio na saída do reti­ficador)
IS = IZ + IL
Onde RS constitui um resistor colocado em série no
circuito, para limitar a sua corrente (resistor de proteção).
Se VE variar, VL não se altera (constante), mas IS variará.
Essa variação de IS será compensada por IZ dentro de uma
faixa compreendida entre IZmin e IZMáx. A mesma situação
ocorrerá, caso a carga varie de valor (ou seja trocada);
então, as compensações se farão pela corrente IZ.
Em geral, IZmín= IZMáx/10 e IZMáx= PZMáx/VZnominal
Escolha do Diodo Zener
A potência do Zener escolhido deve ser, no mínimo, 20%
maior que a potência de saída do gerador.
PZ > 1,2.VL.ILMáx
Cálculo de RS (máximo e mínimo)
VE = RS.IS + VZ = RS(IZ + IL) + VZ
RS = (VE - VZ)/(IZ + IL)
Em qualquer símbolo, as linhas assemelham-se à letra
“Z”, que representa “Zener”.
Quando a tensão de entrada VE for máxima, IS terá um
valor elevado.
Especificações
Nessas condições, se a saída estiver aberta (RL = ¥), IZ será
também elevada, pois IZ = IS.
»»Tensão Zener Vz: especificada para cada série de diodos
Zener;
»»Potência Dissipada P : especificadas em função da
temperatura ambiente; tem um valor máximo permitido,
a função da temperatura máxima de trabalho;
»»Corrente Máxima: valor da corrente Zener que relaciona
a potência dissipada máxima com a tensão Zener.
16
Portanto, quando IZ for máxima, IL será mínima (igual a
zero).
Então:
RSmin = (VEMáx - VZ)/IZMáx
Quando a tensão de entrada VE for mínima, precisa-se
tomar cuidado para que IZ não seja menor que o valor
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mínimo do diodo Zener.Para isso não ocorrer, RS não pode
ser muito grande, não pode ultrapassar um valor máximo.
Quando IZ for mínima, IL será máxima, en­tão se terá:
RSMáx = (VEmin - VZ)/(IZmin+ ILMáx)
Tem-se que:
RSmin < RS < RSMáx
RS = (RSMáx + RSmín)/2
Se RSMáx calculado for menor que RSmín adote-se um Zener
de potência maior, recalculando-se IZMáx, IZmín, RSMáx, e RSmín.
Adotar-se-á um valor comercial, intermediário, mais
próximo:
Módulo I - Eletrônica Aplicada
RSmín = (VEMáx - VZ)/IZMáx = (13,97 - 5,1)/0,196 = 45,26W
RSMáx = (VEmín -VZ)/(IZmín + ILMáx) = (11,43 - 5,1)/(0,0196 +
0,100) = 52,93W
RS = (RSMáx + RSmín)/² = (52,93 + 45,26)/2 = 49W
PRS > (VEMáx - VZ)²/RS > (13,97 - 5,1)²/49 > 1,60W
Valor comercial escolhido: RS = 47W/2W
ESTRUTURA INTERNA DOS TRANSISTORES
Suponha-se que, através do processo de compensação,
duas amostras de semicondutor sejam transformadas
como mostra a figura a seguir.
PRS > (VEMáx - VZ)²/RS
»»Exemplo de uma Fonte de Tensão Estabilizada de 5V e
lOOmA, utilizando um transformador de 9V (valor eficaz)
com uma flutuação de 10%.
Então:
VL = 5V e ILMáx = 100mA
VE = 9.√2 = 12,7
e
VEMáx = 12,7 x 1,1 = 13,97V
VEmín = 12,7 x 0,9 = 11,43V
Escolha do Zener
VZ = 5,1V
PZ > 0,6W
PZ > 1,2.VL.ILMáx = 1,2x5x100x10-3
Zener escolhido: 1N4733A - VZ = 5,1V e PZ = 1W
IZMáx = PZ / VZ = 196mA
Cálculo de RS
IZmín = IZMáx /10 = 19,6mA
Designar-se-ão a região central de Base e as outras duas
de Emissor e de Coletor.
Os dispositivos consistem, cada um, de três camadas de
semicondutor dopado nas configurações NPN (a) e PNP
(b).
A Base deve ser muito fina (aproximadamente 10-3 cm)
e levemente dopada para permitir que a maioria dos
portadores injetados ou emitidos pelo Emissor, passe pelo
Coletor.
O Emissor deve ser muito dopado para poder emitir (caso
PNP) ou injetar (caso NPN) elétrons na Base.
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Módulo I - Eletrônica Aplicada
O Coletor tem um nível de dopagem intermediário entre
o Emissor e a Base. Sua função consiste em coletar os
portadores que vêm da Base. O Coletor constitui a região
onde se dissipa maior quantidade de calor, apresentando,
portanto, maior dimensão.
Com mais detalhes, dar-se-á o funcionamento do transistor
NPN. Entretanto, o raciocínio para o PNP é análogo.
A seguir, tem-se a estrutura interna de um transistor NPN.
IC = corrente de coletor
IE = corrente de emissor
IB = corrente base
IE = IC + IB
No Emissor e no Coletor, que são do Tipo N, a corrente
origina-se pela movimentação de elétrons. Na Base, que
é do Tipo P, a corrente gera-se pela movimentação de
lacunas
No transistor PNP, tem-se o mesmo processo, porém
com as polaridades invertidas. Assim sendo, tanto nos
transistores NPN como nos PNP, a corrente elétrica flui
devido à movimentação de dois portadores de carga:
elétrons e lacunas. Daí a designação dada a eles de
Transistores Bipolares, pois a corrente apresenta dois
portadores.
O fluxo de corrente num transistor NPN polarizado está
ilustrado na figura adiante.
Na figura a seguir, têm-se os símbolos dos transistores
com as indicações das correntes de polarização.
Polarizar um transistor consiste em impor condições de
tensão e de corrente, para que ele opere de acordo com
as necessidades. Em outras palavras, trata-se de uma
maneira de deixá-lo em condições de “trabalho”.
Assim sendo, tem-se que a junção Emissor-Base representa
um diodo diretamente polarizado, com características
de baixa impedância e de pequena queda de tensão. Já
a junção Coletor-Base representa um diodo polarizado
inversamente. Em consequência, a impedância entre
Coletor e Base será muito alta.
Com isso, espera-se grande corrente entre Emissor e
Base, além de corrente desprezível entre Coletor e Base,
o que não ocorre. Os elétrons do Emissor penetram na
Base. Como a mesma é muito fina e pouco dopada, a
maioria desses elétrons (95%) entra no Coletor e vai para
o terminal positivo da bateria B. Uma pequena parte dos
elétrons (5%) recombina-se com as lacunas da Base e flui
para o terminal positivo da bateria A.
Se 95% dos portadores do Emissor penetram na base,
passando para o Coletor, e apenas 5% se recombinam,
torna-se lógico que a corrente de Coletor será 95% do
valor da corrente de Emissor e a corrente de Base, apenas
5%.
No símbolo do transistor, como no diodo, pode-se notar,
também, que a parte em forma de seta aponta no sentido
da corrente, ou seja, aponta para uma região N.
Note-se que o transistor foi criado em 1952, nos
Laboratórios Bell dos Estados Unidos, e substituiu a válvula,
com grandes vantagens. Através de processos sofisticados
de dopagem, na década de 60 foi possível colocar, numa
única pastilha se silício, milhares de transistores. A essa
pastilha deu-se o nome de Circuito Integrado.
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Capítulo
04
PARÂMETROS E CONFIGURAÇÕES DOS TRANSISTORES BIPOLARES
O transistor constitui um dispositivo de controle de
corrente. Torna-se possível variar a corrente do emissor
variando-se a corrente da base.
α = β/( β + 1) e β = α/(1 - α)
Configurações dos transistores bipolares
Parâmetros do Transistor Bipolar
Nos transistores, têm-se sempre um sinal de entrada e um
de saída. Como só existem três terminais e há necessidade
de dois para entrada e dois para saída, sempre existirá um
terminal comum aos sinais de entrada e de saída.
No capítulo sobre “EstruturaInterna dosTransistores”, já
se explanou que:
IC = corrente de coletor
Configuraçâo Emissor Comum
IE = corrente de emissor
Como se pode verificar, os terminais do Emissor e da
Base fazem parte da entrada do circuito e os terminais do
Emissor e do Coletor, da saída.
IB = corrente base
IE = IC + IB
O Emissor faz parte tanto da entrada quanto da saída
Então, podem-se definir alguns parâmetros:
O parâmetro α (alfa) constitui a razão entre a corrente de
coletor e a corrente de emissor:
α = IC/IE sendo sempre α < 1
O parâmetro β (beta) constitui a razão entre a corrente
de coletor e a corrente de base. Existem dois tipos do
parâmetro β:
β estático = IC/IB = ganho em corrente contínua ou ganho
estático
β dinâmico = ΔIC/ ΔIB = ganho dinâmico em corrente para
sinais variáveis, ou seja, contribui a relação da variação de
IC com a variação de IB
Obs:
Em qualquer projeto com transistores, torna-se
imprescindível a utilização das curvas características dos
transistores empregados, que constam nos manuais dos
fabricantes. Tais curvas fornecem um ponto de partida
para o desenvolvimento do projeto.
Entre as curvas características, são de uso mais geral as
de entrada, que relacionam corrente e tensão de entrada
para um determinado valor de temperatura ambiente, e
as de saída, que fornecem a corrente de saída em função
da tensão de saída, para cada valor da corrente de entrada
tomada como parâmetro.
a. o parâmetro β define-se apenas para montagem As figuras a seguir ilustram curvas características de
“emissor comum”, como se verá mais adiante;
b. nos manuais de componentes, esses ganhos de corrente
entrada e de saída típicas para a configuração do emissor
comum.
encontram-se como:
β estático = hFE = ganho estático
β dinâmico = hfe = ganho dinâmico
Podem-se relacionar os parâmetros α e β, como segue:
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Configuração coletor comum
Configuração base comum
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As configurações anteriores são válidas tanto para
Transistores NPN como para PNP. Já as curvas características
dadas são para Transistores NPN. Entretanto, para os
Transistores PNP, segue-se o mesmo raciocínio, porém as
correntes e as tensões possuem sentidos contrários.
Módulo I - Eletrônica Aplicada
VCC = VRC + VCE
VCC = Rc.IB + VCE
»»Malha II:
VRB = VRC + VC
RB.IB = RC.IC + VCB
»»Malha Externa:
VCC = VRB + VBE
VCC = RB.IB + VBE
IB = (VCC - VBE).RB = constante (VCC, VBE e RB são constantes)
POLARIZAÇÃO DE TRANSISTORES BIPOLARES
Como já exposto, o transistor constitui um dispositivo de
controle de corrente. Assim, torna-se possível variar a
corrente do emissor, variando-se a corrente da base.
Então, polarizar um transistor consiste em impor condições
de tensão e de corrente, para que ele opere de acordo
com nossas necessidades. Em outras palavras, torna-se
uma maneira de deixá-lo em condições de “trabalho”.
Polarização com corrente de base constante
(polarização simples)
O resistor de base RB define a corrente IB e o resistor RC
define a corrente IC.
Como a corrente do coletor é dada por IC = b.IB,
IC = b.(VCC - VBE).RB
Portanto, IC varia com o valor de - Entre­tanto, devido
à estrutura do semicondutor, β varia muito com a
temperatura - pode variar até 9 vezes o seu valor acarretando o efeito conhecido como “disparo térmico”.
Nessa situação, a cada aumento de temperatura, ocorrerá
uma elevação da corrente e, consequentemente, outro
aumento de temperatura.
Então, esse tipo de polarização torna-se altamente
instável.
Qualquer projeto que leve em conta um constante, estará
arruinado. O ideal é projetar circuitos que não dependam
do mesmo.
Esse tipo de polarização utiliza-se em cir­cuitos digitais,
que trabalham nas regiões de corte e de saturação do
transístor, que se estu­dará mais adiante.
Polarização com corrente de emissor constante e
divisor de tensão na base (polarização universal)
Análise do Circuito
»»Malha I:
Nesse circuito, para efeito de cálculo, aplica-se o Teorema
de Thévenin para obter um cir­cuito mais simplificado,
com menos equações.
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Módulo I - Eletrônica Aplicada
VTH = VCC .Rb2/(Rb1 + Rb2)
RTH = Rb1.Rb2.(Rb1 + Rb2) = RB
Rb1 e Rb2 formam um divisor de tensão para fornecer
polarização direta positiva.
No terminal do emissor, R, tem a função de estabilizar o
circuito contra a instabilidade térmica, em que c pode se
tornar excessiva, se a polarização direta aumentar.
Perceba-se como isso ocorre:
VTH = VBE.RB.IB + RE.IE
IE = (TTH - VBE - RB.IB)/RE
Como TTH, VBE, RB, IB e RE são constantes, então IC é
constante.
Utilizando-se a análise de malhas, determinam-se os
valores dos resístores.
lineares. É a mais completa, pois RE estabiliza o circuito e
o divisor de tensão fornece uma tensão direta positiva ao
transistor, diminuindo o risco de saturação.
Transistor como Amplificador
No circuito do transistor polarizado, introduzindo-se na
entrada um sinal variável, temse, na saída, esse sinal
amplificado. Entretanto, para isso, deve-se entender o
que é Ponto de Quiescente e Reta de Carga.
Ponto quiescente “Q” constitui, nas curvas características,
o ponto escolhido para o transistor trabalhar, em termos
dos valores de correntes e de tensões, antes de nele ser
aplicado um sinal elétrico para ser amplificado. Essas
correntes e tensões são determinadas por meio dos
resistores de polarização, isto é, por meio da polarização.
Quando um transistor trabalha em corrente contínua, esse
ponto, definido por correntes e por tensões, é fixo. Daí o
nome “quiescente’’, que significa “estar em repouso” - do
latim, quiescens.
Essa determinação é de caráter essencialmente
prático, constituindo-se numa “receita”, porém com
fundamentação teórica.
Especificam-se VCC e IC e o transístor que será utilizado,
por tanto são conhecidos βmín e βMáx.
RE = 0,1.VCC/IC (IC ≡IE)
RC = 4.RE
Rb2 = 0,1.βmín.RE
Conhecido o valor de Rb2, para calcular Rb1 se torna preciso
lembrar que os dois resistores estão em série. Enrtão:
Rb1 = VRb1/VRb2.Rb2, onde VRb2 = 0,6 + VRE e VRb1 = VCC - VRb2
Essa constitui a polarização mais utilizada em circuitos
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Para o transistor que possui essas curvas características,
verifica-se que trabalha com:
IBQ = 10mA, VBQ = 0,5v, ICQ = 10mA e VCEQ = 20V.
Reta de Carga
Constitui uma reta traçada sobre as curvas características,
Módulo I - Eletrônica Aplicada
na qual será fixado o ponto quiescente e onde também se
podem estudar os sinais de entrada e de saída.
Então, essa reta de carga se traça em função da tensão
de alimentação do transistor Vcc e das resistências
de polarização. Pode ser traçada tanto para a curva
característica de entrada como para a de saída.
Determinar-se-á a reta de carga para o circuito de
polarização estudado anteriormente.
Para a saída do circuito, tem-se:
VCC =RC.IC + VCE + RE.IE
Para β > 100, que é a maioria dos casos, tem-se IC = IE
Então, ter-se-á:
VCC = IC.(RC + RE) + VCE
Como VCC, RC e RE são constantes, IC = f (Vce), que constitui
a função de uma reta.
Para VCE = 0, IC = VCC/(RC + RE)
Para IC = 0, VCE = VCC
O par de valores (VCC;0) define o ponto S1 da reta de carga.
Já o par de valores [0;VCC/(RC + RE)] define o ponto S2 da
reta de carga.
No ponto A, o transistor está com VBE < 0,7V, portanto
não “funciona”, porque está cortado. É como se ele não
estivesse no circuito. Portanto, a tensão de saída será
próxima a VCC.
Entre os pontos B e C, o transistor atua na sua Região
Ativa.
Acima do ponto c, verifica-se que aumentos de tensão não
modificam a posição do ponto de operação. Isso ocorre,
porque a corrente IB atinge e ultrapassa o seu valor de
saturação. Assim, o transistor está Saturado.
Acima do ponto c, verifica-se que aumentos de tensão não
modificam a posição do ponto de operação.Isso ocorre,
porque a corrente IB atinge e ultrapassa o seu valor de
saturação. Assim, o transistor está Saturado.
Em quase todas as aplicações dos transistores, interessam
mais os valores de IC e VCE ou seja, a reta de carga traçada
nas suas curvas características de saída.
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Amplificador
Definida a Reta de Carga e o Ponto Quiescente e se
introduzindo, no circuito de entrada, um sinal variável VE
tem-se uma variação de IB, e portanto, uma variação de IC
e VCE, sobre a reta de carga e em torno do ponto Q.
Com a aplicação do sinal de entrada VE o ponto Q
excursionará sobre a reta de carga, alternadamente, para
cima e para baixo, de acordo com a variação de VE.
Pode-se verificar, na figura a seguir, que a variação da
corrente de coletor é um reflexo amplificado da variação
da corrente na base.
Uma variação de microamperes na corrente da base
provoca variação de miliamperes na corrente do coletor.
O fato de o transistor possibilitar a amplificação de um
sinal faz com que ele seja considerado um dispositivo
ativo.
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Capítulo
PORTAS LÓGICAS
Operações booleanas [+(OU), ‾.(E) e (complemento)]
sobre variáveis booleanas (A, B, C . . .) são denominadas
funções booleanas. Tais funções podem ser
desempenhadas por determinados circuitos que, em
eletrônica digital, denominam-se portas lógicas ou blocos
lógicos.
Nesta aula, estudar-se-ão as portas E, OU e NÃO, que
desempenham as funções lógicas básicas. Também se
estudarão outras portas lógicas muito utilizadas, que
resultam de duas ou mais funções lógicas básicas. Tais
portas são: NE, OU, OU EXCLUSIVO, NOU EXCLUSIVO e
portas com STROBE.
Existem várias simbologias para a representação dessas
portas. Utilizar-se-á a simbologia americana ANSI
(American National Standards Institute).
Porta E ou AND GATE
Realiza a função E que corresponde à ope­ração
intersecção ( . ). Para duas variáveis (ou duas entradas) A
e B, a intersecção será verdadeira (X = 1), quando ambas
as variáveis forem verdadeiras (A = 1e B = 1).
05
tabela a seguir, à qual se denominará tabela da verdade.
Porta E - tabela da verdade
A
B
X=A.B
0
0
0
0
1
0
1
0
0
1
1
1
possíveis das variáveis A e B, recebem a designação de
Níveis Lógicos.
Ou seja: para uma porta E, a saída terá nível lógico 1 se, e
somente se, todas as entradas tiverem nível lógico 1.
Porta OU ou OR GATE
Realiza a função OU que corresponde à operação união (
+ ). Para duas variáveis A e B, a união será verdadeira (X =
1), quando
pelo menos uma das variáveis for verdadeira (A = 1 ou B
= 1 ou A = B = 1).
Seguem seu símbolo lógico e seu circuito equivalente de
chaves:
A lâmpada X só acenderá, se, e somente se, as duas
chaves estiverem fechadas.
A expressão X = A.B assume valores, de acordo com a
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A lâmpada X acenderá, se pelo menos uma das chaves
estiver fechada, ou ambas, simultaneamente.
A lâmpada X permanecerá acesa, enquanto a chave A
estiver aberta.
Porta OU - tabela da Verdade
Então, a tabela da verdade seguinte fornece os valores da
função X = A .
A
B
X=A+B
0
0
0
0
1
1
1
0
1
1
1
1
Para uma porta OU, a saída terá nível lógico 1, se pelo
menos uma das entradas tiver nível lógico 1.
Porta NÃO (inversor) ou INVERTER
Realiza a função NÃO que corresponde à operação
complemento ou inversão.
Seguem seu símbolo lógico e seu circuito equivalente de
chaves:
Porta NÃO - tabela da verdade
A
X=A
0
1
1
0
Para uma porta NÃO, a saída terá nível lógico 1, se, e
somente se, a entrada tiver nível lógico 0.
COMBINAÇÃO DE PORTAS LÓGICAS - PORTAS NE E
NOU
Porta NE ou NANO GATE
Essa porta resulta da combinação de uma porta "E" com
uma porta "NÃO", realizando, assim, o complemento da
função E.
Para as variáveis A e B, a saída X será verdadeira, se pelo
menos uma das entradas for falsa.
Seguem seus símbolos lógicos, bem com seu circuito
equivalente de chaves.
ou
O símbolo de inversão é representado por ( ° ),que pode
aparecer tanto na entrada quanto na saída.
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A lâmpada X só acenderá, se pelo menos uma das chaves
estiver aberta.
A tabela da verdade a seguir fornece os valores da função
X=A+B
A tabela da verdade seguinte fornece os valores da função
X = AB.
Tabela - Porta NOU - tabela da verdade
Tabela - Porta NE - tabela da verdade
A
B
X = AB
0
0
1
0
1
1
1
0
1
1
1
0
Para uma porta NE, a saída terá nível lógico 1, se pelo
menos uma das entradas tiver nível lógico O.
Porta NOU ou NOR-GATE
A
B
X =A + B
0
0
1
0
1
0
1
0
0
1
1
0
Para uma porta NOU, a saída terá nível lógico 1, se, e
somente se, todas as entradas tiverem nível lógico 0.
COMBINAÇÃO DE PORTAS LÓGICAS - PORTAS OU
EXCLUSIVO E NOU EXCLUSIVO
Porta OU EXCLUSIVO ou EXCLUSIVE OR GATE
A porta "NOU",que constitui o resultado da combinação
de uma porta "OU" com uma porta "NÃO", realiza o
complemento da função OU.
A porta "OU Exclusivo" resulta da combinação de portas
E e OU.
Para duas variáveis A e B, a saída X será verdadeira, se, e
somente se, todas as entradas forem falsas.
A saída de uma porta OU Exclusivo será igual a 1, se, e
apenas se, existir um número ímpar de entradas iguais
a 1.
Seguem o símbolo da porta NOU e seu circuito equivalente
de chaves:
Segue a representação algébrica dessa função:
X = AB + AB ou, X = A B
Para a expressão X = A B , lê-se A exclusivo B
Seguem seu símbolo lógico, bem como seu circuito
equivalente de chaves:
A lâmpada X só acenderá, se, e somente se, todas as
chaves estiverem abertas.
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Módulo I - Eletrônica Aplicada
A lâmpada X acenderá, desde que uma das chaves esteja
fechada, porém, não ambas.
Segue a tabela da verdade correspondente à função OU
Exclusivo:
Porta OU EXCLUSIVO - tabela da verdade
A
B
X=A B
0
0
0
0
1
1
1
0
1
1
1
0
Porta NOU EXCLUSIVO - tabela da verdade
A
B
X=A B
0
0
1
0
1
0
1
0
0
1
1
1
Observe, pela tabela anterior, que essa porta detecta
níveis lógicos iguais na entrada, sendo, por esse motivo,
chamada de porta COMPARADORA.
Assim, para uma porta NOU Exclusivo de duas entradas, a
saída terá nível lógico 1, se, e somente se, os níveis lógicos
das entradas forem iguais.
Para uma porta OU Exclusivo de duas entradas, a saída
terá nível lógico 1, se, e somente se, os níveis lógicos da
entrada forem diferentes.
Porta NOU EXCLUSIVO ou EXCLUSIVE NOR GATE
Essa porta resulta da combinação de uma porta "OU
Exclusivo" com uma porta "NÃO", realizando-se, assim, o
complemento da função OU Exclusivo.
Segue a representação algébrica da função "NOU
Exclusivo", juntamente com o seu sím­bolo lógico.
X = AB + AB ou, X = A B
Segue símbolo gráfico da porta NOU EX­CLUSIVO:
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Capítulo
06
PORTAS COM MÚLTIPLAS ENTRADAS E PORTAS CONTROLADAS
Algumas das portas lógicas vistas anteriormente podem
apresentar duas ou mais entradas, sem que suas funções
básicas sejam alteradas. Essas portas são: E, OU, NE e
NOU.
Observando-se a tabela anterior, pode-se notar que
as funções não são alteradas, mesmo quando se
acrescentam uma ou mais entradas.
A tabela seguinte mostra as tabelas da verdade para essas
quatro funções, considerando­-se cada bloco com três
entradas:
1
1
1
0
1
1
1
0
1
0
0
1
Para as funções OU Exclusivo e NOU Exclusivo, quando se
necessita de mais que duas entradas, deve-se cascatear
uma ou mais portas.
Veja-se, a seguir, um "OU Exclusivo" com três entradas:
A tabela da verdade dessa função é mos­trada a seguir:
A
0
0
0
0
1
B
0
0
1
1
0
C
0
1
0
1
0
X=A B C
0
1
1
0
1
Caso se tenha nível lógico O na entrada G (porta), a saída
terá nível lógico 1, independente das demais entradas.
Por outro lado, caso se tenha entrada G em nível lógico 1,
a saída da porta dependerá exclusivamente das variáveis
A e B.
Dessa forma, a entrada STROBE opera como uma entrada
de controle, permitindo ou não a liberação da porta.
Segue a tabela da verdade correspondente à porta NOU
com STROBE:
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Então:
Entradas
Strobe
Saída
A
B
G
X = G (A + B)
0
0
0
1
0
1
0
1
1
1
0
1
1
1
0
1
0
0
1
1
0
1
1
0
1
0
1
0
1
1
1
0
Por vezes, o termo STROBE é referenciado como ENABLE,
que significa habilitação.
MINIMIZAÇÃO DE FUNÇÕES BOOLEANAS
Como já explanado anteriormente, uma expressão lógica
pode ser representada através da tabela da verdade. Para
a construção dessa tabela, torna-se necessário obedecer
à sua lei de formação.
X = A.B.C + A.B.C + A.B.C + A.B.C + A.B.C
Simplificando-se algebricamente a expressão:
X = A.B.C + A.B.C + A.B.C + A.B.C + A.B.C=
= B.C.(A + A) + A.C(B + B) + A.B.C =
= B.C + A.C + A.B.C = B.C + C.(A + A.B) =
= B.C + C(A + B) = B.C + A.C + B.C =
= A.C + B(C + C) = A.C + B
Uma simplificação como essa pode levar a resultados
diferentes, que não levam a um circuito de configuração
mínima, dependendo da escolha dos termos a serem
agrupados.
Simplifica-se a expressão, para que a construção do
circuito seja o mais simples possível.
Teoremas e Postulados Booleanos
A Álgebra Booleana possui as mesmas propriedades da
Álgebra Linear ordinária, se considerarmos:
• a operação lógica básica A AND B como a multiplicação
A · B (ou AB )
• a operação A OR B como a soma A + B
Propriedades da Álgebra Booleana.
Então, vai-se obter a expressão lógica a partir da tabela
da verdade.
Considere-se o exemplo
da tabela a:
A B C X
0 0 0 1
>
0 0 1 1
>
A função será verdadeira
quando:
Postulados da Álgebra Booleana
ABC
ABC
0 1 0 0
0 1 1 0
1 0 0 1
>
1 0 1 1
>
ABC
ABC
>
ABC
1 1 0 0
1 1 1 1
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Teoremas da Álgebra Booleana
Utilizando o T11 da Tabela 4 obtemos a seguinte
Expressão Booleana simplificada:
Que resulta no seguinte circuito lógico:
Exemplo 1:
Determinar a expressão (equação) Booleana que
representa a Tabela Verdade abaixo. Simplifique e otimize
a expressão utilizando os resultados das Tabelas 2, 3 e 4.
Desenhe a interligação de portas básicas que implementa
esta Tabela Verdade.
Tabela verdade de uma função lógica hipotética
de 3 variáveis.
Interligação de portas básicas que implementa a Tabela
Verdade do Exemplo 1.
MAPAS DE KARNAUGH
Constitui um método gráfico de simplificação, criado por
Edward Veich e aperfeiçoado por Maurice Kamaugh.
O método, desenvolvido por Veich-Karnaugh, consiste no
mapeamento de uma função booleana numa matriz de p
células, ou quadrados, adjacentes, onde p é proporcional
ao número de variáveis, ou p = 2".
A seguir se mostram os Mapas de Karnaugh para 2, 3, 4 e
5 variáveis.
Solução:
Mas a função lógica XOR com duas variáveis A e C tem a
seguinte Tabela Verdade/Expressão Booleana:
Logo,
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Deve-se observar a sequência de combinações das
variáveis: 00, 01, 11 e 10. Essa sequência torna-se
fundamental para a simplificação, pois somente uma
variável muda de estado de uma combinação para outra.
Para 5 ou mais variáveis, o método de Karnaugh torna-se
de difícil visualização. Para esses casos, outros métodos
utilizam-se, mas não serão tratados neste curso.
Veja-se a representação de uma função booleana no
Mapa de Karnaugh. Seja a expressão obtida da tabela da
verdade do exemplo visto no início do capítulo:
X = A.B.C + A.B.C + A.B.C + A.B.C + A.B.C
Número de variáveis = 3
Portanto, p = 2n = 8
Como se pode perceber, um quadrado pode pertencer a
mais de um subcubo.
Na escolha dos subcubos, devem ser observados alguns
pontos importantes, pois dela depende a minimização
correta da expressão booleana.
Tais cuidados são:
»» optar sempre pelos maiores subcubos possíveis, ou
seja, por aqueles que contenham.
»» o maior número de quadrados adjacentes;
»» o número de quadrados que pertencem a um subcubo
é sempre o resultado de uma potência de 2;
»» não se deve deixar isolado nenhum quadrado, desde
que ele possa ser agrupado com outro(s) quadrado(s).
Retoma-se o Mapa de Karnaugh:
Todos os termos da expressão são representados por 1 em
suas respectivas posições. As demais posições poderão
ser preenchidas com 0, ou então permanecem em branco
para facilitar a leitura do mapa. A configuração obtida na
matriz corresponde a todas as combinações que tornam a
função verdadeira (ou X = 1).
Para a minimização da função, os quadrados contendo
1 são considerados adjacentes, se tem lado comum. As
colunas da direita e da esquerda também são consideradas
adjacentes, pois, de uma para outra, há alteração de
apenas uma variável. Analogamente, para os mapas de
4 variáveis, as linhas de baixo e de cima também são
adjacentes.
A reunião desses quadrados adjacentes de­ nomina-se
subcubo ou contorno.
Volte-se ao exemplo:
Verifiquem-se, para cada subcubo, as variáveis comuns
nas colunas e nas linhas:
»» subcubo de 4 quadrados: variável comum nas colunas:
B
variável comum nas linhas: não tem
variável comum nas colunas e variável co­mum nas
linhas: B
»» subcubo de 2 quadrados:
variável comum nas colunas: A
variável comum nas linhas: C
variável comum nas colunas e variável co­mum nas
linhas: A.C
Então, a expressão minimizada será:
X = B + A.C
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Segue o circuito lógico da função minimizada:
em um circuito lógico digital.
Segue a implementação de uma porta OU com três
entradas:
IMPLEMENTAÇÃO DE FUNÇÕES LÓGICAS
Circuitos Lógicos com Diodos e Transistores
As portas lógicas em blocos podem ser implementadas
(construídas) com quaisquer dispositivos que atuem
como chave, tais como: relés, diodos e transistores.
Como exemplo, implemente-se uma porta E, de duas
entradas, com diodos:
Usando o mesmo raciocínio, pode-se concluir que
qualquer entrada +VCC, implicará em uma saída igual a
+VCC, correspondendo, dessa forma, à tabela da verdade
da função OU.
VA e VB podem assumir somente dois va­lores, 0V e +VCC.
Pode-se também verificar que qualquer das entradas
em 0V permitirá a condução do diodo correspondente e
implicará em uma tensão igual a 0V na saída. Veja-se a
tabela de tensões a seguir:
Tensões
VA
VB
VS
0
0
0
0
+VCC
0
+VCC
0
0
+VCC
+VCC
+VCC
Uma porta NÃO poderá ser obtida a partir de um
transistor em configuração emissor comum. Dependendo
da tensão aplicada à base, um transistor bipolar pode
operar no corte ou na saturação, funcionando como uma
chave aberta (corte) ou uma chave fechada (saturação).
Quando a tensão de entrada for +VCC (nível lógico 1), a
saída será aproximadamente 0,3V (nível lógico O).
Quando, na entrada, houver nível lógico 0, a saída terá
nível lógico 1.
Portanto, esse circuito funciona como um inversor.
Caso se considere OV como nível lógico 0 e +VCC como
nível lógico 1, pode-se verificar que a tabela de tensões
corresponde exatamente à tabela da verdade da função
E. Dessa maneira, pode-se generalizar:
»» os níveis lógicos O e 1 referem-se a níveis de tensão
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Módulo I - Eletrônica Aplicada
Aproveitando a característica de inversão entre entrada
e saída, o circuito comporta-se como uma porta NÃO.
Convenções de Níveis Lógicos
Até agora se associou o nível lógico 1 ao nível de tensão
mais alto (+Vcc) e o nível lógico 0 ao nível de tensão
mais baixo (0V). Tais convenções referem-se ao que se
denomina lógica positiva.
Então:
Na lógica positiva, ou lógica dos níveis ativos altos,
a passagem do nível lógico O para o nível lógico 1
corresponde a uma excursão positiva:
Uma maneira muito simples de se converter uma lógica
em outra é a troca de todos os 0 por 1e de todos os 1 por
0, na tabela da verdade:
Lógica
Se, entretanto, se associar o nível lógico 0 ao nível de
tensão mais alto (+Vcc) e, consequentemente, o nível
lógico 1, ao nível de tensão mais baixo (0V), trabalha-se
com a lógica negativa.
Em lógica negativa, ou lógica dos níveis ativos baixos,
a passagem do nível lógico 0 para o nível lógico 1
corresponde a uma excur­são negativa:
Nível Lógico
Lógica
Baixo
Alto
Positiva
"0"
"1"
Negativa
"1"
"0"
Lógica positiva e negativa
Lógica positiva
Lógica negativa
A
B
X=A.B
A
B
X=A+B
0
0
0
1
1
1
0
1
0
1
0
1
1
0
0
0
1
1
1
1
1
0
0
0
Pode-se observar que o fato de se converter uma lógica
em outra resulta na complementação da função.
Normalmente, adota-se a lógica positiva, isto é, raciocinase em 0 e 1 como 0V e +VCC respectivamente.
FAMÍLIA DE CIRCUITOS LÓGICOS
Na aula anterior, percebeu-se que se pode implementar
uma função lógica por meio de componentes discretos.
Entretanto, com o advento dos circuitos integrados, essa
34
técnica tornou-se obsoleta. A tecnologia integrada traz
consigo uma série de vantagens, tanto econô­micas (menor
custo global) como operacionais (menor dissipação de
potência e maior com­pactação).
Observar-se-ão as técnicas utilizadas em circuitos
integrados na implementação de funções lógicas. Essas
técnicas, que se denominam famílias lógicas, designamse por:
»» RTL (Resistor-Transistor Logic), Lógica Resistor-
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»» Transistor
»» DTL (Diode-Transistor Logic), Lógica Diodo-Transistor
»» TTL (Transistor-Transistor Logic), Lógica Transistor-
Módulo I - Eletrônica Aplicada
transistores na saída, sendo a mais sensível a ruídos. Foi a
primeira das famílias de Cls de ampla utilização.
Sua porta básica é a NOU, mostrada a seguir:
Transistor
»» MOS (Metal Oxide Silicon), Lógica MOS
»» ECL (Emitter Coupled Logic), Lógica Emissor Acoplado
»» ILL ou I2L (Integrad Injection Logic), Lógica de injeção
integrada
À exceção da Lógica MOS, obtida a partir de transistores
unipolares FETs, as demais famílias constroem-se a partir
de transistores bipolares.
Níveis de Integração
A constante evolução da tecnologia integrada (cada vez
maior o número de portas em uma única pastilha ou Chip)
gerou a necessidade de se criar uma classificação com
relação às escalas de integração. Tal classificação, embora
não sendo exata, torna-se bastante aceita com os valores
a seguir:
»» SSI (Small Scale Integration),Integração em pequena
escala - quando o número de portas, em uma única
pastilha, não ultrapassa 12;
Tabela da Verdade - Porta NOU
»» MSI (Médium Sca/e Integration),Integração em média
A
B
X
»» LSI (Large Sca/e Integration), Integração em larga escala
0
0
VCC
»» VLSI (Very Large Scale Integration), ntegração em muito
0
VCC
0
VCC
0
0
VCC
VCC
0
escala - quando o número de portas não ultrapassa 100;
- quando o número de portas não ultrapassa 1.000;
alta escala - quando o número de portas não ultrapassa
100.000;
»» ULSI(Ultra Large Sca/e Integration), integração ultra
grande - quando o número de portas é maior do que
100.000.
Assim, por exemplo, encontram-se os circuitos da família
TTL disponíveis em SSI, MSI ou LSI, da mesma forma que
se encontram os circuitos da família MOS disponíveis em
LSI, VLSI ou ULSI.
Família DTL
Família RTL
Essa família utiliza diodos nas entradas e transistores na
saída, sendo menos afetada pelo ruído que a RTL.
Essa família utiliza somente resistores nas entradas e
Sua porta básica é a NE, mostrada a seguir:
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O circuito mostrado dentro da linha pontilhada recebe o
nome de configuração toten-­pole (em poste), termo de
difícil adaptação na tradução, onde, em estado normal,
um dos dois transistores conduz.
0 circuito mostrado dentro da linha pontilhada recebe o
nome de configuraçäo toten-pole (em poste), termo de
dificil adaptação na tradução, onde, em estado normal,
um dos dois transistores conduz.
Tabela Verdade - Porta NE
Tabela Verdade - Porta NE
A
B
X
0
0
VCC
0
VCC
VCC
VCC
0
≅ VCC
VCC
VCC
0
A
B
X
0
0
≅ VCC
0
VCC
≅ VCC
VCC
0
≅ VCC
VCC
VCC
0
Existem diferentes versões para o circuito anterior, como,
por exemplo, as portas com coletor aberto, como mostra
a figura a se­guir:
Família TTL
Essa família utiliza transistores na entrada e na saída,
sendo a mais utilizada das famílias bipolares. Além de ser
mais rápida, apresenta melhor rejeição ao ruído que as
famílias ante­riores.
Segue figura que mostra a porta NE,que é a básica dessa
família.
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Usa-se essa versão, quando a corrente de saída é elevada.
O valor do resistor R "pull­-up" (puxar para cima) depende
do número de circuitos ou de cargas a serem alimentadas.
O coletor de T4 liga-se a um dos pinos do CI, sendo R
"pull-up" uma resistência externa.
Quando se interligam as saídas de várias portas com
coletor aberto, tem-se o que se de­nomina lógica por fios
(wired /ogic).
Segue o circuito que mostra a lógica E por fios:
Módulo I - Eletrônica Aplicada
a mesma da TTL padrão, sendo apenas aumentados os
valores dos resistores. Assim, o aumento na resistência
resulta em redução na dissipação de potência.
As séries usuais são 54LXX e 74LXX. A série "54" utilizase para componentes de uso militar (suas especificações
técnicas são mais rígidas) e a série "74", para componentes
de uso comercial.
Subfamília TTL de Alta Velocidade (HTTL = High TTL)
A configuração da porta de alta velocidade é basicamente
a mesma da TIL padrão. Nos circuitos dessa subfamília, os
valores dos resistores são menores e diodos grampeadores
se incluem nas entradas do transistor multiemissor.
Ainda, o circuito de saída consiste de um par de transistores
na configuração Darlington T3 e T4. Esse arranjo permite
velocidade um pouco maior do que a TIL padrão, por
causa da ação do transistor e da baixa impedância de
saída. Os circuitos desta subfamília têm a desvantagem
de consumirem maior potência.
Sua série usual é 74HXX e 54HXX.
Uma outra forma de se construir a lógica E por fios é
utilizar três níveis de portas E, com saída toten-pole0,
como mostra o circuito a seguir:
O circuito a seguir apresenta a porta bási­ca NE dessa
subfamília:
FAMÍLIA DE CIRCUITOS LÓGICOS (II)
Sub família TTL de Baixa Potência (LP = Low Power)
Quando se desejava maior velocidade e menor consumo
de energia, a família TTL não apresentava desempenho
satisfatório.
Então foram criadas subfamílias com
características superiores. A partir daí, a família original
foi denominada "Standard".
Assim, a família TTL apresenta várias subfamílias, que
possuem aplicações típicas de acordo com as suas
características.
Os circuitos TTL de baixa potência (LP) apresentam a
melhor relação velocidade/potência entre todos os
circuitos lógicos disponíveis. A porta NE dessa subfamília
Subfamília TTL com Diodos Schottky - Série 74SXX
Também conhecida como Schottky TLL, utiliza transistores
na entrada e na saida, como a TLL padrão, de que se
diferencia por utilizar circuitos de corte com diodos
Schottky entre os transistores para evitar a saturação. É
mais rápida e consome menos potência que a TIL, mas é
também mais cara.
As figuras a seguir mostram dois circuitos que executam a
mesma lógica, sendo o segundo um Schottky TIL.
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para eliminar os resistores de carga das outras famílias.
Em conseqüência, o consumo é menor e a montagem
requer uma área menor da pastilha (chip), compara da
com outras famílias bipolares. Seu preço é mais elevado.
A seguir, apresenta-se um circuito típico de uma porta
NOU, utilizando lógica TIL comum, e sua implementação,
usando lógica I2L, que é a porta básica dessa família.
Família ECL
Da mesma forma que a família TTL, essa família utiliza
transistores de entrada e de saída, mas os transistores são
conectados de forma diferente para evitar a saturação. O
resultado é uma velocidade de comutação maior, mas o
circuito é bem mais complexo e, portanto, mais caro.
Sua sensibilidade ao ruído é semelhante à das famílias
RTL e DTL.
A figura a seguir mostra a porta básica NOU da família
ECL:
Ao invés de T4 entrar em saturação, ele entra em
condução. Como VCE de corte se en contra próximo a VCE de
condução, o resultado consiste em uma alta velocidade
de comu­tação.
Família IIL ou I2L
Utiliza pares complementares de transistores bipolare
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Capítulo
07
TRANSISTORES DE EFEITO DE CAMPO - FET
Antes de se abordar a família MOS, torna-se importante
estudar os Transistores de Efeito de Campo FET (Field
Effect Transis­tor).
Tal FET constituí um dispositivo semicondutor que se
baseia em princípios de funcionamento diferentes dos do
Transístor Bipolar. Trata-se de um dispositivo UNIPOLAR,
isto é, sua operação depende somente do fluxo de
portadores majoritários - elétrons ou lacunas.
Nos lados da barra, são formadas, por difusão ou outro
processo, duas regiões mais fortemente dopadas do
tipo P (ou N), de modo a estabelecer duas junções PN.
Essas regiões, chamadas Portas - G (Gate), interligam-se
de modo que o FET apresente apenas três terminais
externos: D, G e S.
Esse transistor é chamado de efeito de campo, porque o
controle da corrente, que circula em sua malha de saída,
única corrente do FET, aliás, é exercido por um campo
elétrico (ou pela tensão de entrada que o produz).
Ainda, a região entre as portas chama-se Canal; ter-se-á
um FET de Canal N, se a barra for do tipo N, e um FET de
Canal P, se for do tipo P.
No transistor convencional bipolar, a corrente de saída
(por exemplo, IC) é controlada por outra corrente aplicada
à entrada (IB).
Os FETs apresentam grandes vantagens em relação aos
transistores bipolares, dentre as quais:
1. possuem alta impedância de entrada, da or­dem de
dezenas de mega-ohms;
2. apresentam maior imunidade ao ruído;
3. sua fabricação é relativamente simples e ocupam
menos espaço quando integrados.
Princípios de Funcionamento
Examine-se o funcionamento de um FET de Canal N,
estudando o comportamento da corrente de dreno ID,
em função das tensões dreno-fonte VD5 e porta-fonte VGS,
tomando uma como parâmetro e fazendo variar a outra.
Em operação normal, as junções PN são sempre
polarizadas inversamente, isto é, trabalha-se com valores
de VGs negativos e valores de V0s positivos no caso de um
FET de Canal N, conforme o circuito a seguir. Também se
trabalha com polaridades invertidas, quando o FET é
Canal P. Em qualquer caso, o importante é garantir que as
junções PN não conduzam.
Comparativamente, suas principais desvantagens, são:
1. apresentar menor velocidade de resposta.
2. apresentar menor produto ganho x banda passante.
Existem basicamente dois tipos de FET:
»» Transistor de Efeito de Campo de Junção, JFET,ou
simplesmente FET;
»» Transistor de PortaIsolada, Metal-Óxido Semicondutor, Considere-se o FET Canal N, tomando VGS como parâmetro,
MOSFET ou, simplesmente MOS.
Constitui-se o FET por uma barra de semi-condutor tipo
N (ou tipo P) com um terminal em cada extremidade,
chamados de Fonte - S (Source) e de Dreno - D (Drain),
conforme figura a seguir.
isto é, fixando VGS ≤ 0. Aplicando-se, a partir de zero, uma
pequena ten são positiva entre dreno e fonte VDS o FET
se comportará entre esses terminais como um simples
resistor semicondutor. Haverá a circulação de uma
corrente ID, que flui internamen­te pelo canal, do dreno
para a fonte. A queda de tensão ao longo do comprimento
do canal fará com que a configuração do campo elétrico.
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no FET seja tal que as regiões de transição das junções
venham a apresentar largura variável, decrescendo do
dreno para a fonte, conforme mostra a "situação (a)" da
figura a seguir.
À medida que se aumenta Vw aumentam as regiões de
transição, que penetram no canal, diminuindo sua largura
e, portanto, aumentando sua resistência.
Do aumento simultâneo de VDS (que favorece a circulação
de ID) e da resistência do canal (que constitui um obstáculo
à circulação de ID), resulta que ID crece, a princípio
linearmente, depois cada vez mais lentamente, conforme
o gráfico a seguir:
abreviadamente Vpi.
Após o pinçamento, as regiões de transi­ ção alteram-se
de modo diferente. Conforme ilustram as "situações (d)
e (e)",à medida que VDS cresce, o comprimento L da
zona estrei­ ta do canal vai aumentando do dreno para a
fonte, mas sua largu ra "X" e a corrente ID permanecem
praticamente constantes. Nessas condições, a corrente
de dreno denomina-se corrente de saturação.
Em operação normal, a máxima corrente de saturação de
um FET,que se indica por IDS, é obtida com VGS= 0, isto é,
quando a porta está em curto com a fonte.
Evidentemente não se pode continuar aumentando VDS,
além de um certo valor VDSmáx, menor que a tensão de
ruptura VR na qual as junções se rompem e o FET deixa
de operar.
Continuando-se a aumentar VDS, as regiões de transação
vão se aproximando até que, para um certo valor de VDS
= Vpi, a distância "X", entre suas bordas superiores, ou
seja, a largura do canal junto ao dreno, não mais diminui
sensivelmente com um posterior aumento de VD "situação (c)".
A tensão VDS, em que tal situação ocorre chama-se
tensão de pinçamento (Drain-Source Pinch-Off Voltage),
40
Observe-se, na "Característica de Saída" da figura
anterior, que quanto mais negativo o VGS considerado,
menor a tensão VDS necessária para se atingir a situação
de pinçamento, representada pela curva tracejada "pi".
Assim,
Para VGS = 0V - Vpi = 12V
Para VGS = 0V - V = 10V
Para VGS = -2V - V = 8V
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Explica-se o fato, já que quanto mais negativo for VGS'
maiores serão as zonas de transição e, portanto, menores
as tensões Vos que devem ser aplicadas para o pinçamento
do canal.
Normalmente as portas do FET são in­terconectadas,
resultando em apenas uma porta G.
Seguem os símbolos dos FETs:
POLARIZAÇÃO DE TRANSISTORES DE EFEITO DE
CAMPO - FET
Polarização de um FET Canal N
Suponha-se que, para uma aplicação qual­quer, deseja-se
fixar o ponto de trabalho Q, segundo os valores: VDS
= 7V, VGS = -1,5V e ID = 4mA, dispondo de uma fonte de
alimentação de VCC = 12V.
Na malha de saída, tem-se que:
VCC = VDS + ID .(RC + RS)
Os conceitos de ponto de trabalho Q, reta de carga e
polarização de um FET são os mesmos já estudados para
os transistores bipolares.
Donde, para os valores prefixados:
A título de fixar ideias, considere-se o seguinte exemplo
de polarização.
Na malha de entrada, não circula corrente (IG = 0). Tem-se
então que:
O esquema a seguir apresenta o circuito usual de
polarização de um FET Canal N e a curva característica de
saída do transistor.
VRS + VGS = RS.ID + VGS = 0
RC + RS = (VCC - VDS)/ID = (12 - 7) = 1250 Ω (I)
RS = -VGS/ID = -(1,5)/4.10-3 = 375 Ω que, levado na equação
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(I) resulta em RC = 875 Ω.
Então, VE = VGS + VRS = -0,5 + 2,6 = 2,1V.
Observe-se que a tensão de polarização negativa VGS é Na saída, tem-se VS = VCC - RC.ID = 12 -875.7.10-3 ≅ 5,9V.
fornecida através do resistor RS, que faz o potencial cair
de VS para VT.
Para a excursão de sinal considerada (de "Q" a "X"
na reta de carga), obtém-se os se­guintes ganhos de
Como VT < VS e VG = VT, pois não há circulação de corrente tensão:
na malha de entrada, tem-se que VG < VS, isto é, VG - VS =
VGS < 0.
Ganho de Tensão do FET
O resistor RS também permite a realimentação negativa
GV = ΔVDS/ΔVGS = (|3 - 7|)/[|2,1 - 0|) ≅ 1,24
que estabiliza o FET, de modo similar ao verificado com o
resistor de emissor do transistor bipolar.
Inversamente, quando VE decresce, VGS torna-se
mais negativo, !D diminui e, portan­to, VS cresce.
Como se sabe, a reta de carga fica determinada pelos
pontos P1 (VCC; 0) E P2 [0 ; VCC/(RC + RS)].
Em conclusão, ter-se-á, na saída, um sinal amplificado
e defasado de 180° em relação ao de entrada.
No caso, tem-se:
VCC/(RC + RS) 12 / 1250 = 9,6mA.
Ganho de Tensão do Circuito
Todas as considerações feitas para o FET Canal N
são válidas para o FET Canal P. Deve -se observar,
entretanto, que a fonte VCC deve ser invertida, de modo
P1 (12 ; 0) e P2 (0 ; 9,6)
a manter as junções PN inversamente polarizadas,
conforme mostra o circuito da figura a seguir. O FET
Aplicando-se, agora, na entrada do circuito, um sinal Canal P deve operar com valores de V
positivos
GS
senoidal, como mostra o cicuito da figura a seguir, tem-se: e valores de V negativos.
DS
Portanto, ter-se-á:
Quando VE = 0, estar-se-á no ponto de trabalho e a saída
será VS = VCC - VRCQ = 12 - 875.4.10-3 = 8,5V.
À medida que VE cresce, VGS torna-se menos negativo
ID cresce e aumenta a queda de tensão em RC. Em
decorrência, VS diminui.
Suponha-se que, para o pico positivo de VE, ID atinja valor
máximo de 7mA (ponto "X" da reta de carga).
Tem-se:
VRS = 7.10-3.375 ≅ 2,6V
Da curva característica, tira-se VGS= -0,5V e VDS = 3V.
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Módulo I - Eletrônica Aplicada
Capítulo
08
FAMÍLIA MOS (METAL-OXIDE-SEMICONDUTOR = METAL-ÓXIDO­SEMICONDUTOR
Na sua estrutura básica, existe um eletrodo de metal sobre
um óxido isolador, apoiados num material semicondutor.
A família MOS compõe-se por subfamílias, a saber:
1. MOS com canal P,ou PMOS;
2. MOS com canal N, ou NMOS;
3. MOS complementar, ou CMOS.
Subfamília MOS com Canal P - PMOS
Utiliza transistor de efeito de campo com canal P
fortemente dopado. É a mais lenta das subfamílias MOS
e requer duas fontes de alimentação, mas consome bem
menos potência que o equivalente bipolar.
Subfamília MOS com Canal N - NMOS
Utiliza transistor de efeito de campo com canal N
fortemente dopado. Embora essa subfamília seja mais
rápida, requer menor área que o equivalente PMOS. É de
fabricação mais complexa e, em consequência, mais cara
Tabela da Verdade - Porta Inversora
A
X
0
≈VDD
VDD
0
A lógica dinâmica faz uma amostragem periódica do
sinal e usa a capacitância de entrada da porta como um
elemento de armazenamento de carga. A vantagem desse
circuito é limitar a potência requerida, mantendo-se a
velocidade de chaveamento ainda em níveis razoáveis.
Ver-se-á, a seguir, o circuito inversor estático,
implementado com transistores NMOS, e o circuito
inversor dinâmico, implementado com transistores
PMOS.
Observe-se que o consumo de corrente é pequeno, porque
o seu fluxo somente ocorre entre os tempos t2 e t3, t7 e
t8, quando T1 e T3 estão conduzindo simultaneamente, e
um fluxo mínimo em t0, t5, quando C1 se carrega.
Subfamília CMOS
A subfamília MOS-Complementar utiliza transistores de
efeito de campo canal N e canal P fortemente dopados,
atuando um como fonte de corrente e outro como carga.
Constitui uma subfamília mais rápida que PMOS e NMOe
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Módulo I - Eletrônica Aplicada
requer somente uma fonte de alimentação, sendo, porém,
mais complexa que as anteriores.
inversor básico.
Também os circuitos CMOS são compatíveis com
os circuitos TTL, porque podem utilizar uma fonte
de alimentação de SV a 18V, possuindo potência
extremamente baixa, FAN­-OUT elevado, alta imunidade a
ruído e veloci­dade próxima do TTL.
Fan-out (feixe de saída) constitui o número máximo de
entradas que podem ser conectadas à(s) saída(s) de um
circuito; é determinado pela corrente máxima que o
circuito pode fornecer na sua saída.
Segue figura que mostra
implementada com CMOS:
uma
porta
inversora
RESUMO DAS CARACTERÍSTICAS
FAMÍLIAS LÓGICAS
GERAIS DAS
É apresentado, a seguir, um resumo das vantagens e das
desvantagens das famílias lógicas estudadas, bem como
as precauções necessárias quando do uso da família MOS.
PMOS ou NMOS
Tabela da Verdade - Porta Inversora
A
X
0
≈VDD
VDD
0
Chip;
2. baixo custo por função lógica;
3. pequeno número de subsistemas
para testar;
4. menor número de partes para montar e para
Qualquer porta lógica pode ser construída pela
modificação do circuito inversor básico.
A figura a seguir mostra um bloco NE formado pela adição
de um PMOS em paralelo e um NMOS em série com o
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1. Maior capacidade de funções lógicas por
inspecionar;
5. baixo consumo por função;
6. possibilidade de escolha entre produtos standard ou
dedicados.
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Desvantagens
1. Baixa velocidade;
2. fontes
de alimentação múltiplas para operar
corretamente e "interfacear" com outras fa­ mílias
lógicas;
3. confiabilidade não muito elevada.
CMOS
Módulo I - Eletrônica Aplicada
2. baixa velocidade.
TTL
Vantagens
1. Baixa dissipação;
2. alta velocidade;
3. alta capacidade de fan-out;
4. compatibilidade com sistemas existentes;
Vantagens
5. baixo custo.
1. Consumo extremamente baixo, quando operando a Desvantagens
baixa velocidade;
2. relativamente insensível a variações da fonte;
3. alta imunidade ao ruído;
4. compatível (através de buffers) com a maioria das
famílias lógicas.
1. Baixa tolerância a variações da fonte;
2. Suscetível a transientes na fonte de alimen­tação.
ECL
Vantagens
Desvantagens
1. Alta velocidade;
1. Baixa velocidade;
2. alta capacidade de fan-out;
2. Suscetível a danos por descarga de eletricidade estática.
3. baixa geração de ruído;
RTL
4. saída complementar.
Vantagem
Desvantagens
1. Baixa dissipação de potência.
1. Dificuldade de "interfacear";
Desvantagens
2. alto custo;
1. Margem de ruído insuficiente;
3. exige um cuidadoso Jay-out do circuito.
2. baixa velocidade.
I2L
DTL
Vantagens
Vantagem
1. O produto velocidade-potência é baixo e constante;
1. Baixa dissipação de potência.
2. densidade de componentes por chip muito elevada.
Desvantagens
Desvantagem
1. Margem de ruído baixa;
1. Alto custo.
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Precauções necessárias quando do uso da família
MOS
Todas as subfamílias MOS são muito sensíveis à carga
eletrostática, tal como a que existe no próprio corpo
humano, à medida que se caminha sobre pisos, por
exemplo, atapetados. Dessa forma, devem-se ter os
seguintes cuidados com esses CIs:
»» devem ser armazenados e transportados com todos os
contatos curto-circuitados;
»» para trabalhar, os operadores devem estar aterrados e
terem seus instrumentos também aterrados;
Entrada e Saída
»» evitar roupas sintéticas;
Enable
Entrada
Saída
»» Não removê-los ou inseri-los com a fonte de alimentação
0
0
1
0
1
0
1
0
ligada;
»» não exceder a tensão máxima especificada pelo
fabricante.
Alta impedância
DISPOSITIVOS ESPECIAIS - TRl-STATE E SCHIMITTTRIGGER
Além das portas já explanadas, há outros circuitos que
satisfazem algumas necessidades especiais.
Tri-State
Constituem dispositivos que têm três estados possíveis:
»» Nível lógico O
»» Nível lógico 1
»» Circuito aberto, também chamado de alta impedância.
Possuem, além das entradas normais, uma entrada
habilitadora/desabilitadora (enable/disable). Quando
habilitada, opera normalmente como uma porta comum.
Quando desabilitada, opera como um circuito aberto.
1
1
A habilitação pode ser feita com nível ló­ gico O ou com
nível lógico 1, dependendo do circuito empregado.
Quando tri-states operam em paralelo, um, e somente
um, dispositivo pode ser habilitado por vez. Se
nenhum dispositivo estiver habilitado, a saída apresenta
alta impedância e sua tensão pode estar na "região
proibida". Se mais que um dispositivo for habilitado
simultaneamente, poderá haver uma corrente excessiva
e danificar o CI.
Cite-se um exemplo de operação em paralelo: quando se
deseja enviar níveis lógicos (dados) separadamente a um
circuito através de uma única via.
Schimitt-Trigger
A porta Schmitt-Trigger constitui um tipo especial que
apresenta a seguinte característica: só dispara ou muda
de nível lógico O para 1, quando a tensão de entrada
for maior que um determinado nível chamado nível de
disparo (limiar de disparo). Também, só muda de nível
lógico 1 para O, quando a tensão de entrada for menor
que o nível de corte (limiar de corte).
Observe-se a seguir a figura seguinte, que mostra o se
46
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funcionamento:
A diferença entre o nível de disparo e o nível de corte
denomina-se Histerese, que habilita o Schmitt-Trigger a
fornecer a forma de onda quadrada.
A figura seguinte mostra a representação simbólica para
uma porta NE Schmitt-Trigger.
Os dispositivos Schmitt-Trigger utilizam-se largamente em
sistemas digitais, para transformar em onda quadrada as
variações oriundas de sistemas analógicos diversos não
compatíveis. Uma dessas aplicações consiste em, a partir
de uma amostra da tensão senoidal da rede elétrica, obter
o sinal de clock quadrado de 60Hz para, após dividido,
fornecer Hz aos contadores de segundos dos relógios
digitais.
Além de inversores, encontram-se disponíveis em circuitos
integrados da família TTL, em portas NE Schmitt-Trigger.
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