Saudações, atendendo a necessidade de suprir a demanda por profissionais integradores, pela participação ativa na politica de um compromisso com código de ética profissional CONFEA/CREA e, por ter orgulho de ser a parte nesta historia do profissionalismo através do aprendizado direto deste oficio,
A CCDTV cria sua divisão de cursos e treinamento para formação e qualificação de mão de obra técnica especializada em sistemas de segurança eletrônica,controle de acesso e comunicação.
Apresentando, o Curso de Integrador Módulo Intensivo de Verão.
Para iniciantes ou hobbystas(Faça Você mesmo).
Para quem quer ingressar na área profissional
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Uma opção para quem atua na informática e quer ampliar seus conhecimentos.
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`Vida de Técnico não é facil, corremos contra o tempo,lutamos para conseguir cumprir as metas,odiados e amados,muitas vezes mal remunerados, pouca informação sobre analise psicologica .
quarta-feira, 12 de dezembro de 2012
quarta-feira, 19 de outubro de 2011
PROFISSIONALIZANDO
TREINAMENTO EM ELETRÔNICA PARA BANCADA
Apresentação:
O desenvolvimento e crescimento do homem é algo
permanente e dinâmico pois ele cria, aprende, pesquisa e descobre coisas com
muita rapidez..
A eletrônica é uma ciência relativamente nova, entretanto
só após os anos 50 com a invenção dos transistores é que tivemos uma explosão de
tecnologias que vemos nos atuais equipamentos.
Hoje sem sombra de dúvidas a eletrônica está
presente em todos os ramos do nosso cotidiano.
Visando um mercado cada vez mais expressivo e
especializado no setor de manutenção em monitores e impressoras de computador é
que nós estamos trazendo até você este treinamento que esperamos venha a
acrescentar muito em sua carreira profissional, buscamos incorporar no conteúdo
um texto de fácil assimilação sem com isso deixar de ser o mais didático
possível, que servirá como uma referência técnica na bancada do técnico em
computadores e periféricos.
Por este motivo estruturamos um curso pratico em
eletrônica voltado para bancada.
A Necessidade
da Constante Evolução do Técnico.
Alguns conselhos práticos para aqueles que querem ir
adiante nesta área.
Nunca pare de estudar. Este não é um bom ramo para
quem não gosta de estar sempre aprendendo. Se você ficar algum tempo sem
acompanhar as constantes evoluções do setor, sentirá grandes dificuldades.
Portanto leia sempre material técnico especializado como; livros, revistas e
jornais.
Procure fazer um círculo de amizades entre os
profissionais do setor, saiba que um técnico por melhor
que seja precisará sempre contar com a experiência
de um outro que já está trabalhando há mais tempo, saiba também que a humildade
é um fator determinante para o sucesso na vida de todo profissional.
Especialize-se ao máximo em eletrônica, saiba que
quanto mais você dominá-la, mais facilidades encontrará para diagnosticar
problemas principalmente em circuitos lógicos e elétricos de periféricos como
os monitores e outros.
Prime pela qualidade total em seus serviços de
atendimento técnico, trabalhe com critérios e honestamente, o mercado está
cheio de maus profissionais que degradam a profissão, porém há muito espaço a
ser preenchido, o mercado de trabalho absorve todos os bons profissionais deste
setor que como já dissemos está cada vez mais especializado.
Procure por em prática todas as dicas vistas durante
este treinamento para que você não venha a tropeçar nas mesmas pedras em que
muitos tropeçam no inicio de suas carreiras.
Teoria da
eletrônica – estrutura da materia:
Já é de conhecimento geral que, podemos dividir um
material em porções cada vez menores, até chegarmos a menor porção conhecida (sem
que perca suas propriedades originais) que recebe o nome de molécula. Se a
partir da molécula continuarmos a divisão chegaremos ao átomo que por sua vez
não conservará mais as propriedades do material dividido.
Tomaremos como exemplo a água: Se fossemos dividindo
uma gota d'água em partes cada vez menores chegaríamos a molécula e mesmo assim
continuássemos a divisão ela iria se desfazer em três outras partículas menores,
sendo duas iguais entre si e outra diferente dessas
ou seja dois átomos de hidrogênio e um de átomo de
oxigênio.
Por outro lado se pegarmos um pedaço de ferro e
formos dividindo também em pedaços cada vez menores, chegaremos a menor partícula
do ferro que ainda conserva suas propriedades físicas que é o átomo de
ferro, este por ser uma substancia simples só possui
átomos iguais.
Os materiais que possuem átomos iguais dão origem
aos elementos químicos que quando combinados dão origem aos compostos químicos como
o caso da água. Na natureza temos já descobertos cerca de 110 elementos
químicos.
Contituição do
Átomo.
Definimos o Átomo como a menor partícula que compõe
a molécula, baseado na teoria atômica o átomo também pode ser divido em partes distintas
que são elétrons, prótons e nêutrons, os prótons e nêutrons constituem o
núcleo; Sendo que os prótons são positivos e os nêutrons(1 próton e 1 elétron
em constante permutação) não possuem carga alguma.
Já os elétrons possuem carga elétrica negativa e
giram ao redor do núcleo e em órbitas concêntricas.
Um átomo pode ganhar ou perder elétrons, nesse caso
perde a sua neutralidade elétrica, tornando-se um íon positivo se perder
elétrons (Cátion) e será um íon negativo se ganhar elétrons (Anion).
Logicamente um átomo só perde elétrons quando
encontra outro disposto a recebê-los.
O elétrons se apresentam em níveis de energia
predispostos a partir do núcleo e pode-se notar a presença de sete níveis
(camadas) na seguinte ordem:
K,L,M,N,O,P,Q com o seguinte número de
elétrons:
Aqui vale as seguintes observações:
a) Cada elétron que o átomo precisa ganhar
correspondente a uma valência.
b) Na ligação por compartilhamento não há formação
de íons, pois não ocorre transferência de elétrons.
c) Cada par de elétrons compartilhados corresponde a
uma covalência e a ligação é denominada covalente ou molecular.
d) Cada átomo é um núcleo carregado positivamente,
cercado por elétrons em órbita.
e) A força centrifuga que age para fora sobre cada
elétron é equilibrada exatamente pela atração do núcleo para dentro.
f) Os elétrons se movem com maior facilidade no
vácuo do que no ar pois neste último os mesmos se chocam com com as moléculas
do ar.
Eletrização.
Foi Tales de Mileto na Grécia Antiga quem observou o
fenômeno da atração/ repulsão de objetos leves (papel, cortiça e etc.) quando
uma barra de âmbar era atritada contra o pêlo de animais, esta descoberta pode
hoje ser facilmente reproduzida utilizando-se um bastão de
ebonite ou um simples pente contra um cobertor de
lã. Só em 1897 Thomsom descobriu o elétron e provou que ele tinha carga
negativa.
Desta forma as cargas positivas e negativas estão em
quantidade igual no bastão e no cobertor, quanto atritados os elétrons do pano
se transferem para o bastão ou pente tornado-o negativo e assim produzindo a
eletricidade.
Neste caso podemos afirmar que eletricidade é o
movimento de elétrons.
Podemos afirmar que:
a) Cargas elétricas de mesmo sinal se repelem.
b) Cargas elétricas de sinais contrários se atraem.
Condutores.
Condutores são elementos que possuem elétrons livres
em grandes quantidades, que por sua vez estão fracamente ligados ao núcleo, e, quando
submetidos a uma diferença de potencial passam a se locomover no interior
deste.
Quanto maior o número de elétrons livres maior será
o fluxo de corrente, conseqüentemente maior será sua
condutividade.
Conforme pode ser notado na ilustração os elétrons
livres serão atraídos pelo pólo positivo da bateria, e quando um elétron muda
de posição deixa vazio um espaço que poderá ser preenchido outro elétron estabelecendo-se
desta maneira a corrente elétrica.
É importante também salientar que o efeito da
temperatura também apresenta conseqüências a condução de corrente elétrica,
pois quanto mais aquecemos um condutor, mais energia estamos fornecendo ao mesmo,
apresentando como conseqüência maior movimento de elétrons ocorrendo choques e
um movimento desordenado no condutor dificultando por conseguinte o movimento dos
mesmos.
Sentido da corrente;
Neste caso ficam as perguntas:
Se quando um elétron muda de posição deixa uma
lacuna, então qual o sentido da corrente elétrica?
Do negativo para o positivo ou do positivo para o
negativo?
A lei de Murphy afirma que o número daquilo que se
crê com convicção ao número de possibilidades.
Felizmente só há duas possibilidades para o sentido
da corrente.
Franklin deu uma contribuição relevante com sua
teoria fluida da eletricidade, ele imaginava a eletricidade como se fosse um fluido
invisível. Se um corpo tivesse mais do que sua parte normal desse fluido, êle
dizia que o corpo tinha uma carga positiva se menos era considerada negativa,
seguindo essa linha de raciocínio Franklin concluiu que o fluído elétrico
escoava do positivo (excesso) para o negativo (deficiência).
A teoria do fluido era fácil de ser entendida e
concordava com todas as experiências realizadas nos séculos XIII e XIV, todos
aceitavam de que as cargas fluíam do positivo para o negativo (chamamos a isso
de
fluxo convencional), entre os anos de 1.750 a 1.897 surgiram
grande número de fórmulas e conceitos baseados nesta teoria, e foi adotado pela
comunidade científica da época.
Em um pedaço de fio, as únicas cargas que fluem são
os elétrons livres que quando submetidos a uma diferença de potencial fluem do terminal
negativo para o positivo, que na verdade é o oposto do fluxo convencional,
entretanto ninguém quer descartar o uso do fluxo convencional.
E porque esta resistência em mudar?
Porquê uma vez ultrapassado o nível atômico não faz
diferença se visualizarmos as cargas fluindo do positivo para o negativo ou o
inverso, pois, matematicamente os resultados serão iguais independente da convenção
usada.
Todavia se o fluxo de elétrons for a mais cristalina
das verdades, o fluxo convencional preserva fundamentos de matemáticos de quase
200 anos de teoria.
Os componentes fabricados com polarização
normalmente trazem setas indicando o sentido convencional da corrente elétrica.
Concluísse com tudo que foi dito que, é conveniente
aos engenheiros usar os dois fluxos ao invés de escolher um e outro porque ao
nível atômico usa-se o fluxo dos elétrons, acima deste faz-se de conta que exista
um fluxo hipotético de cargas positivas, Quiçá um dia os engenheiros mudem para
o fluxo de elétrons, entretanto talvez já não seja tão importante.
Afinal qual o fluxo é válido? Ambos.
Ao se discutir um componente pela primeira vez
deve-se apresentar os dois tipos de fluxo, representando o convencional com uma
seta sólida e o de elétrons com com uma seta tracejada ao se encontrar ambos os
sentidos para a corrente basta descartar aquele que não se quer.
É muito importante conhecer os dois sentidos porquê
além de constituir um bom treinamento ambos são usados pela indústria.
Como o movimento de lacunas ou elétrons constituem
uma corrente eletrônica o número de elétrons (ou) que passam em um certo ponto durante
um certo intervalo de tempo é chamado de corrente que tem como unidade o ampére (I).
Para que seja gerado 1 ampére são necessários o
movimento de 6 quintilhões e 240 quatrilhões de elétrons (ou) passando em determinado
ponto no período de 1 segundo a essa quantidade de elétrons em movimento
chamamos de coulomb
portanto 1 ampére corresponde a 1 coulomb por segundo.
Isolantes
Contrário aos condutores os materiais “isolantes” mantém seus elétrons fortemente
presos em suas ligações, e mesmo quando aquecidos liberam uma quantidade muito
pequena de elétrons, evitando assim a circulação dos mesmos.
A denominação isolante neste caso parece-me até um tanto
vulgar pois na verdade não existe um isolante perfeito o que existe na verdade
são bons e maus condutores, entre estes maus condutores (isolantes) podemos
citar vidro, mica, parafina, ebonite e até o próprio ar quando sem umidade.
Entre os bons e maus condutores temos ainda os “semicondutores”(abaixo)
e alguns com menor condutibilidade que os metais, citamos, carvão, água e
amimais...
Semicondutores.
Os materiais semicondutores são os que possuem um
nível de condutividade em algum ponto entre os extremos de um isolante e um condutor,
a resistência de um material ao fluxo de corrente, está inversamente
relacionada com a condutividade deste material, isto é quanto melhor a
condutividade mais baixa é a resistência.
Entre os principais semicondutores utilizados estão
o Germânio e o Silício que possuem um total de 4 elétrons ( embora no total
átomo de silício possua 14 elétrons e o de Germânio 32 em sua órbita), na
última camada ou seja na camada de Valência,(por esse motivo são chamados de
átomos tetravalentes) é por causa destes quatro elétrons que o germânio e
silício são semicondutores neste caso estes átomos podem ceder ou capturar mais
quatro elétrons para completar esta ultima camada que, informado esta última
camada é composta de um número máximo de 8 elétrons, chamamos a esta ligação de
elétrons ligação covalente , todavia a ligação covalente implique uma
ligação mais forte entre os elétrons de valência e seus átomos de origem, para
que haja circulação teríamos de romper as ligações covalentes mediante a aplicação
de energia ao elemento, esta energia pode vir de fontes naturais como energia
luminosa,térmica ou através de um campo elétrico.
Os cristais encontrados na natureza não são puros e
precisam passar por um processo de purificação para serem usados na indústria eletrônica.
Os semicondutores constituem a matéria prima para
fabricação de diodos, transistores, led's, scr's etc...
Materiais
semicondutores
Silício - O silício é o material
semicondutor mais usado atualmente.
É usado em diodos, circuitos integrados,
transistores, memórias, células solares, detetores, foto sensores, detetores de
radiação entre outras aplicações.
É obtido da sílica, material abundante na crosta
terrestre, tem a estrutura cristalina do diamante e a distância entre os átomos
mais próximos é de 5,43 Å.
A largura da banda proibida no silício é de 1,1eV.
O silício é dopado com fósforo, arsênio e antimônio,
para formar materiais tipo N, e Boro, alumínio e gálio, para formar materiais
tipo P.
Germânio - A utilização do Germânio é
muito menor que a do silício, embora o efeito transistor e os primeiros
dispositivos semicondutores tenham sidos obtidos com germânio.
As comodidades que o silício oferece, como
abundância e maior facilidade de manipulação, condenaram o uso do germânio como
material base para a indústria eletrônica. O germânio ainda é usado em
detetores do infra vermelho próximo.
Diamante - O diamante é transparente e
extremamente duro.
Tem uma largura da banda proibida em torno de 5,3 eV
o que o torna um isolante.
Não é usado na indústria para a construção de
dispositivos semicondutores.
Selênio - O selênio é um elemento do
grupo VI da tabela periódica.
pode ser encontrado em várias estrutura cristalinas,
todas elas semicondutores.
O selênio é usado como material retificador, para
células fotovoltaicas e também para sistemas xerográficos. Filmes fins de
selênio também são usados como medidores fotoelétricos.
Arseneto de
gálio
- É um
matéria importante para a construção de dispositivos promissores, como o laser
a semicondutor .
O arseneto de gálio tem uma largura de banda
proibida de 1,47 eV, superior a do silício, portanto, os diodos emissores de
luz LED's são construídos com arseneto de gálio.
Antimoneto
de índio
- O
antimoneto de índio tem um pequeno Eg e uma mobilidade de portadores
extremamente alta .
É utilizado em detectores de infravermelho.
O valor de Eg é da ordem de 0,18 eV, a 300ºK. O
silício, o selênio e o telúrio são os principais dopantes tipo N, enquanto o
zinco, o cádmio, o magnésio, o mercúrio, a prata, o ouro e o alumínio tem sido
usados como dopantes tipo P.
Diodos túnel, transistores e laseres semicondutores
também têm sido feitos com antimoneto de índio.
Fosfeto de
gálio
- É usado
em diodos eletroluminescentes, que podem emitir tanto luz verde quanto
vermelha. A luz vermelha é obtida com oxido de cádmio ou oxido de zinco como
dopantes.
Sistemas
isomorfos
- São
aqueles em que se misturam materiais semicondutores numa solução.
Alguns exemplos:
Ga (P,As) - usado em LED's (In, Ga)Sb - usado em
lasers semicondutores.
Compostos
de cádmio
- O sulfeto
de cádmio é o composto II-VI mais conhecido.
É usado principalmente em fotodetectores; sua cor é
amarela. O seleneto de cádmio e o telureto de cádmio
tem largura de banda proibida menores (Eg para o sulfeto de cádmio é de 2,4
eV).
O sulfeto de cádmio é o mais sensível para a faixa
0,7µm a 0,75µm e o telureto de cádmio , em torno de 0,85µm.
Compostos
de chumbo
- O sulfeto
de chumbo, o seleneto de chumbo e telureto de chumbo tem três aplicações:
diodos e transistores em baixas temperaturas, detectores infravermelho ou em
termoeletricidade.
Diodos de telureto de chumbo tem operado à
temperatura a 4ºK.
Detetores de sulfeto de chumbo cobrem a faixa dos
2µm a 3µm.
Semicondutores
orgânicos - Embora ainda não usados
comercialmente, os semicondutores orgânicos são
desde já materiais de alto interesse, devido ao fato de poderem ser cultivados.
Um dos mais estudados é o antraceno, cuja a fórmula
química é C6H4 : CH2 : C6H2.
Semicondutores amorfos - Os semicondutores
cristalinos são obtidos de um processo tecnológico sofisticado e caro, Os
materiais semicondutores não cristalinos são chamados de amorfos.
O estudo de dispositivos feitos a partir dos
semicondutores amorfos é interessante, porque evitaria todo um processo
tecnológico para a obtenção do semicondutor cristalizado.
O material amorfo mais importante é o silício
hidrogenado,com o qual já foram obtidas células solares.
Ao estudar a corrente elétrica que circula nos
circuitos Georges Simon ohm (1789-1854)determinou experimentalmente a relação
existente entre a diferença de potencial nos extremos de um resistor e a intensidade
da corrente no mesmo.
Lei de Ohm.
"A lei de Ohm nos mostra que a corrente que
flui por um circuito é diretamente proporcional à tensão e inversamente
proporcional à resistência."
Em outras palavras Ohm observou que a cada diferença
de potencial V1, V2, V3...........Vn estabelecida em um resistor corresponde
uma corrente elétrica I1, I2, I3...........In.
Ao relacionar os respectivos valores das duas
grandezas ele conclui que essas grandezas são diretamente proporcionais, de
modo que:
V1/I1=V2/I2=V3/I3......Vn/In=R
(I). *V
Esta constante R, na verdade representa a
resistência do resistor, diga-se a oposição oferecida pelos átomos do resistor
a passagem da corrente elétrica.
Neste caso temos V = R.I, que é a expressão
matemática da lei de Ohm, onde V é a diferença de potencial entre os extremos
do resistor cuja a unidade é o volt (V).
R é a resistência do resistor, sua unidade é o Ohm, cujo símbolo é a letra grega omega.
I é a intensidade da corrente elétrica que atravessa
o resistor, cuja unidade , é o Ampére (A).
Saem daí as derivações se V = R.I por sua vez I = V/R
e R = V/I.
Pelo sistema internacional a unidade 1ohm é = 1V/1A
Aplicações da Lei:
Exemplo 1: Um circuito que possua uma resistência de 50 ohms e
uma tensão de 200 volts. Qual será sua corrente em Ampére?
Se I = E/R
substituindo-se as letras teremos I = 200/50 =4 Ampére
Exemplo 2: Um determinado circuito que possua uma tensão de 600
volts e uma corrente de 0,6 A
ou (600 mA).
Qual será sua resistência?
Se R = E/I
substituindo as letras teremos R=600/0,6=1000 ohms ou (1K)
Exemplo 3: Qual a tensão, em volts em um circuito cuja a
resistência é de 22 ohms e a corrente seja 10A?
Se procedermos de acordo com as explicações acima
teremos E = RxI ou seja E = 22x10 = 220V.
Para uma maior assimilação podemos usar o esquema
abaixo:
Equipamentos
de medição.
O multímetro (também chamado de multiteste ou mitter) é o aparelho mais
usado na bancada de eletrônica tanto para quem realiza consertos, quanto para
quem faz experiências com circuitos e componentes eletrônicos. Tal aparelho é
usado para medir tensão, corrente e resistência elétrica, além de outras
medidas menos importantes.
Existem dois tipos: analógicos com ponteiro e
digitais com visor de cristal líquido.
Para os modelos analógicos, os recomendados são os
que têm as escalas de X1 e X10K e sensibilidade (precisão) de pelo menos
20 KΩ/V em DCV.
Este número vem no canto inferior esquerdo do
painel.
No caso dos digitais, as escalas dependem da
necessidade, porém seria interessante se ele puder ter um freqüencímetro (MHz).
O Capacimetro
instrumento muito útil em uma bancada ele nos da o valor de capacitância atual
dos capacitores. Ele pode ser mais uma função do multimetro digital, porem
neste caso seu ranger é bem menor, o ideal é ter o capacimetro separado do
multímetro digital.
O Osciloscópio
também e um instrumento de medição muito útil embora esteja fora do orçamento
de muitos técnicos devido ao seu alto custo, através das formas de onda do
sinal medido ele pode nos dar os valores de tensão pico a pico, rms, período e freqüência.
Multímetro
digital, analogico e capacimetro.
Simbologia dos
componentes
Resistor Resistor
Diodo retificador
Diodo LED
Diodo varicap Diodo zener
Retificador
controlado Diodo
TRIAC
Capacitor Capacitor
eletrolítico
Transistor bipolar PNP Transistor
bipolar NPN
Transistor
Fet de junção Transistor Fet de
junção
Canal P Canal N
Transistor
Mosfet Transistor Mosfet
Canal P
Canal N
Transitor darlington
Transistor darlington
PNP NPN
Terra Terra Hot Alto falante
Lâmpada Bateria Fusível
CI Pilha/Bateria Interruptor
Corrente – Tensão – Resistência elétrica
Iremos agora recapitular alguns conceitos que vimos
no começo da apostila, de modo mais pratico.
a – Corrente elétrica ( I ) – É o movimento ordenado de
cargas elétricas. A unidade de medida da corrente elétrica é o AMPÈRE (A).
Porém muitos circuitos eletrônicos funcionam com correntes menores que 1 A . Neste caso usamos o
MILIAMPÈRE (mA) e o MICROAMPÈRE (µA). 1 mA = 0,001 A e 1 µA = 0,000.001 A .
b – Tensão elétrica ( V ) – É a diferença de cargas
entre os pólos da bateria. A tensão elétrica é medida em VOLT (V). A
tensão age como uma força que faz a corrente elétrica passar pelo circuito. A
tensão da pilha é de 1,5 V, a da bateria de carro é 12 V e a da rede elétrica é
110 ou 220 V alternada.
c – Resistência elétrica ( R ) - É a dificuldade oferecida
pelos materiais à passagem da corrente elétrica. A resistência é medida em OHM
(Ω). No desenho acima a resistência é oferecida pelos átomos do cobre,
porém este material, devido à sua baixa resistência, é chamado de condutor.
Os de resistência média são semicondutores e os de alta resistência são isolantes.
d – Resistor – É o componente formado por um material mau
condutor (grafite, níquel-cromo ou filme metálico) usado para diminuir a
corrente e a tensão em determinados pontos do circuito. O resistor também é
medido em OHM (Ω).
Circuito elétrico.
É o caminho completo para a circulação de corrente
elétrica em um circuito. Abaixo vemos um circuito simples formado por uma
bateria ligada num LED e um resistor limitador:
Tipos de corrente elétrica .
a - Corrente contínua (CC ou DC) – Mantém sempre o mesmo
valor (positiva ou negativa) e o
sentido, sendo representada por uma linha reta. É produzida por tensão contínua
de pilhas, baterias e fontes de alimentação.
b - Corrente alternada (CA ou AC) – Muda de valor e de sentido
no decorrer do tempo. É fornecida pela tensão alternada da rede elétrica.
c - Corrente pulsante (CP) – Só muda de valor. Este
tipo normalmente é obtido pela retificação da corrente alternada. Veja a
representação dos tipos de correntes:
d – Outras formas de onda.
Pulsante Dente de
Serra
Onda Quadrada
Freqüência – É a quantidade de vezes que a C.A. completa um
ciclo no eixo x por segundo. É medida em HERTZ (Hz).
A freqüência da rede elétrica é 60 Hz.
1 HZ
2 HZ
3 HZ
Valores
encontrados em uma forma de onda.
Em uma forma de onda nos temos a tensão de pico, que
é tomada levando-se em consideração apenas um semiciclo, temos a tensão de pico
a pico que é media entre as duas crista do período e a tensão real que é a rms,
temos a freqüência que nada mais é do que a quantidade de ciclos por segundo,
temos tembem as duas fases que são respequitivamente a positiva e a negativa da
forma de onda
Potência elétrica.
a quantidade de energia elétrica consumida por um aparelho
ou circuito por segundo.
A potência é medida em WATT
(W). Ela nos dá idéia do gasto de energia de um aparelho.
Por exemplo:
um ferro de solda de 60 W gasta mais energia
elétrica que um de 30 W. Logo o ferro de 60 W aquece bem mais que o de 30 W. Para
saber a potência elétrica de um aparelho eletrônico basta multiplicar a tensão
que ele funciona pela corrente elétrica que passa pelo mesmo. P = V x I
Para uma maior assimilação podemos usar o esquema
abaixo:
Uso do multímetro para medições de tensão e
corrente.
a – O multímetro (multiteste) - É o aparelho usado
basicamente para medir corrente, tensão e resistência elétrica.
A função do multiteste é
escolhida pela chave, AMPERÍMETRO
(DCmA) ou (DCA) – Para medir corrente contínua.
VOLTÍMETRO - (DCV)
– Para medir tensão contínua, (ACV) – Para medir tensão alternada.
OHMÍMETRO (Ω)
– Para medir resistência e testar componentes.
Alguns Equipamentos mais
sofisticados ainda possue na chave a opção de leitura de continuidade, teste de
diodo e hfe de transistor e capacimetro acoplado a ele, caso do instrutherm
modelo MD 360.
b – Como medir tensão continua - Coloque
a chave do multímetro na função de DCV, escolha a escala mais próxima a cima da
tensão a ser medida, ponta vermelha
no ponto de maior tensão e
a preta no de menor tensão. Veja abaixo:
c – Como medir tensão alternada – Coloque
na função de ACV, escala mais próxima acima da tensão, porém não há polaridade
para colocar as pontas.
A leitura é da mesma forma
que a função DCV.
Veja como medir a tensão
AC num trafo:
d – Como medir corrente elétrica – Aqui
é um pouco mais difícil.
Coloque na função DCmA ou
DCA. Corte uma parte do circuito. Coloque o multímetro em série, com a ponta
vermelha mais próxima do +B. a medida de corrente não é usada nos consertos,
devido ao trabalho de interromper o circuito e aplicar as pontas.
Veja abaixo o procedimento:
Técnicas de Soldagem.
a – Adquirindo boas ferramentas – Quanto
ao ferro de solda, deve ser de 30 ou 40 W ponta fina. Os melhores são: Hikary,
Weller, etc. A solda deve ser de boa qualidade. As melhores são: Best, Cobix,
Cast, etc. O sugador deve ter boa pressão. Os melhores são: AFR, Ceteisa, etc.
b – Ferro de Solda –
É uma ferramenta contendo um fio de níquel-cromo dentro de um tubo de ferro
galvanizado ou latão. Esta parte é a resistência do ferro. Dentro da
resistência vai encaixada uma ponta de cobre recoberta com uma proteção
metálica. Ao ligar o ferro na rede, passa corrente pela resistência e esta
aquece a ponta até a temperatura adequada para derreter a solda. Abaixo vemos esta
ferramenta:
c - Limpeza da ponta do ferro –
Quando ligamos o ferro pela primeira vez sai uma fumaça. Esta é a resina que
recobre a resistência. Isto é normal. À medida que ele esquenta devemos
derreter solda na sua ponta. Esta operação chama-se estanhagem da ponta.
Abaixo vemos como deve ficar a ponta do ferro:
Com o ferro quente, após
algum tempo de uso, sua ponta começa a ficar suja. Para limpá-la usamos uma esponja
de aço tipo “Bom-bril” ou uma esponja vegetal daquelas que vem no suporte do
ferro, conforme observamos ao lado: É só passar a ponta do ferro sobre a
esponja úmida e após isto colocar um pouco de solda na ponta. NÃO SE DEVE
NUNCA LIMAR OU LIXAR A PONTA, POIS ISTO ACABA COM ELA.
d - Operação correta de soldagem –
Abaixo vemos a forma correta de se aplicar solda numa trilha da placa de
circuito impresso e descrevemos o procedimento:
d.1 – Segure o ferro pelo cabo
de madeira ou plástico da mesma forma que seguramos o lápis ou caneta para
escrever;
d.2 – Limpe e estanhe a ponta
do ferro;
d.3 – Espere até o ferro estar
na temperatura de derreter a solda;
d.4 – Encoste a ponta ao mesmo
tempo na trilha e no terminal da peça. Faça uma ligeira pressão e não mova a
ponta do lugar;
d.5 – Aplique solda apenas na
trilha na região do terminal do componente;
d.6 – Retire rapidamente a
ponta e a solda deverá ficar brilhante. É claro que isto também dependerá da
qualidade da solda usada.
Sugador de solda
É a ferramenta usada para
retirar a solda dos componentes nos circuitos. É formada por um pistão
impulsionado por uma mola dentro de um tudo de plástico ou metal. Quando o
pistão volta a sua posição, a solda é aspirada para dentro de um tudo. Veja
abaixo um excelente sugador da AFR com uma camisinha de borracha no bico:
como usar corretamente um sugador de solda - Abaixo
vemos a seqüência para aplicar o sugador de solda e retirar um componente da
placa:
1 Encoste a ponta do ferro
na solda que vai ser retirada. O recomendável aqui é colocar um pouco mais de
solda no terminal do componente. Isto facilita a dessoldagem;
2 - Derreta bem a solda no
terminal do componente;
3 - Empurre o embolo (pistão)
do sugador e coloqueposição vertical, sem retirar o ferro;
4 - Aperte o botão, o pistão
volta para a posição inicial e o bico aspira a solda para dentro do sugador; 5
- Retire o ferro e sugador ao mesmo tempo. Agora o componente está com o
terminal solto. Se ficar ainda um pouco de solda segurando o terminal, coloque
mais e repita a operação.
Estudo dos resistores.
Como já vimos os resistores têm como função reduzir
a corrente elétrica e a tensão em vários pontos do circuito, como vemos abaixo.
São feitos de materiais maus condutores tais como
grafite, níquel-cromo e filme metálico.
Quanto maior o valor do resistor menor a corrente no
circuito e maior a queda de tensão proporcionada por ele.
Características dos resistores.
a – Resistência elétrica - Valor em ohms indicado no
corpo através de anéis coloridos ou números.
b – Tolerância - Indicada em % é a maior diferença entre o
valor indicado e o valor real da peça. Exemplo: um resistor de 100 Ω e 5% pode
ter seu valor entre 95 e 105 Ω;
c – Potencia
nominal - Máximo
de calor suportado pela peça.
A potência nominal depende do tamanho da peça.
Para os resistores de grafite temos as potências de 1/16, 1/8, ¼, ½, 1 e 3 W.
Os de metalfilme são de 1/3, ½, 1, 1.6, 2 e 3W. Os de fio vão de 2 a 200 W.
Resitor metalfime resitor grafite
Símbolo:
METALFIME
Código de cores e leitura de resistores
Os resistores de grafite e metalfilme possuem anéis
coloridos no corpo para indicar seu valor em Ω.
Conversão de unidade: Quando o valor de um
resistor é maior que 1000 Ω, usamos os múltiplos KILO (K) e MEGA (M).
Veja os exemplos abaixo:
2.000Ω = 2K; 10.000.000 Ω = 10M;
6.800Ω = 6K8
Veja mais exemplos:
1500 Ω ou 1,5KΩ 68 Ω
390 Ω
180 Ω
2200000 Ω ou 22 MΩ 47000 Ω ou 47
KΩ
100000 Ω ou 100KΩ 8200 Ω ou 8,2 KΩ 10 Ω
Leitura de resistores especiais e potenciômetros .
a – Resistores de baixo valor (menores que 10 Ω)
Estes tipos tem a 3ª listra do corpo ouro ou prata.
A cima vemos o exemplo de dois resistores deste
tipo. Quando a 3ª listra é ouro,
divida o valor das duas primeiras por 10 e quando é prata divida por 100.
b - Resistores de precisão (5 e 6 faixas) - A
leitura começa pela faixa mais fina. O código é o mesmo. Abaixo vemos como é
feita a leitura:
c – Resistores SMD – A leitura é indicada no
corpo através de um número. O terceiro algarismo é o número de zeros a ser
acrescentado aos primeiros. Observe:
d - Valores padronizados de resistores de grafite
- São
os valores encontrados no mercado: 1 – 1,1 – 1,2 – 1,3 – 1,5 – 1,8 – 2 – 2,2
– 2,4 – 2,7 – 3 – 3,3 – 3,9 – 4,3 – 4,7 – 5,1 – 5,6 – 6,2 – 6,8 – 7,5 – 8,2 –
9,1 e os múltiplos e sub múltiplos de 10 de cada valor destes até 10 M .
e - Potenciômetros -
São resistores cuja resistência pode ser alterada girando um eixo que move um
cursor de metal sobre uma pista de grafite. Alguns deles não têm eixo, sendo
chamados de trimpot. A baixo vemos estes componentes:
Associações
de resistores.
A associação é a ligação
feita entre vários resistores para se obter um determinado valor de resistência
para o circuito.
Podem ser ligados em
série, paralelo ou misto.
a – Associação em serie - É
aquela na qual todos estão no mesmo fio, um após o outro, como vemos a baixo. Neste
circuito a corrente é a mesma em todos e a tensão se divide entre eles. A
resistência equivalente é a soma dos valores: Rt = R1 + R2
b – Associação em paralelo – É
aquela na qual os resistores são ligados um ao lado do outro, aos mesmos pontos.
A corrente se divide entre eles e a tensão é a mesma em todos. Se os dois
resistores tiverem o mesmo valor, a resistência equivalente é a divisão de um
deles pela quantidade de peças: Rt = R/n, onde n é a quantidade de resistores em paralelo. Se forem
diferentes, divida o produto pela soma dos valores: Rt = R1 x R2/ R1 +
R2.
Veja alguns exemplos:
RT =
18 Ω RT
= 1,1 KΩ
RT =
6x3/6+3 = 18/9 = 2 Ω
Outros tipos de resistores .
a – Potenciômetros multivoltas - Tem
o corpo compridinho e um eixo tipo sem-fim.
Girando este eixo, ele
varia a resistência bem devagar.
É usado em circuitos onde
o ajuste da resistência deve ser bem preciso. Veja abaixo:
b – Varistor – É um resistor
especial que diminui a sua resistência quando a tensão nos seus terminais
aumenta. É usado na entrada de força de alguns aparelhos, protegendo-os de um
aumento de tensão da rede elétrica. Quando a tensão nos terminais ultrapassa o
limite do componente, ele entra em curto, queima o fusível e desliga o
aparelho.
Seu símbolo
C – Termistor - Este tipo de resistor varia a resistência com
a temperatura. Existem os termistores positivos (PTC)
que aumentam a resistência quando esquentam e os negativos (NTC) que diminuem a resistência quando esquentam. É
usado em circuitos que requerem estabilidade mesmo quando a temperatura de
operação aumente.
Seu símbolo
d – Barra de resistores - São vários resistores
interligados dentro de uma única peça, tendo um terminal comum para todos. É
usado em circuitos que requerem economia de espaço. Também pode ser chamado de
resistor package (pacote de resistores).
e – Fotoresistores - Também chamados de LDR,
variam a resistência de acordo com a luz incidente sobre ele. Quanto mais
claro, menor é a sua resistência. São usados em circuitos sensíveis a
iluminação ambiente.
Seu símbolo
Uso do ohmimetro (multímetro) para medir
resistência.
a – Como saber se o ohmimetro esta com escala
danificada
Coloque na escala de X1 e
segure as pontas pela parte metálica sem encostá-las. Se o ponteiro mexer, a
escala de X1 está com o resistor interno queimado (geralmente de 18 Ω). Faça a
mesma coisa na escala de X10 (resistor desta escala em torno de 200 Ω).
b - Leitura do ohmímetro - Para
usar o ohmímetro, devemos ajustar o ponteiro sobre o zero através do
potenciômetro na escala que for usada (X1, X10, X100, X1K e X10K). Se o
ponteiro não alcançar o zero, é porque as pilhas ou baterias estão fracas. Na
leitura acrescentamos os zeros da escala que estiver a chave. Abaixo vemos como
deve ser zerado o ohmímetro:
TESTE DE RESISTORES.
a – Fora do circuito -
Usar uma escala adequada ao valor da peça, zerar o multímetro e medir. A
leitura deve estar próxima ao valor indicado no corpo dele. Abaixo temos duas
regras para escolher a escala:
Veja um exemplo dos
resistores abaixo.
No multímetro digital a
escala deve ser a mais próxima acima do valor do resistor.
b – No circuito – Escolha uma
escala apropriada a ele como se estivesse fora do circuito e meça nos dois
sentidos. Se em pelo menos um sentido a leitura for maior que o valor indicado
no corpo, o resistor está com defeito (aberto ou alterado). Veja:
Características dos Capacitores.
O capacitor é
formado por duas placas condutoras separadas por um isolante chamado dielétrico.
As placas servem para
armazenar cargas elétricas e o dielétrico dá o nome ao capacitor (cerâmica,
poliéster, etc.). Em eletrônica há dois tipos de capacitores fixos: polarizados
e não polarizados.
Veja abaixo:
Eletrolíticos polarizados
Eletrolítico bipolar Cerâmico alta voltagem
Disco ceramico Poliéster metalizado
Poliéster metalizado Polipropileno
metalizado
Polipropileno
metalizado Mini poliéster metalizado
Filme de poliéster Radial tântalo
SMD
cerâmico SMD eletrolítico
a – Funcionamento do
capacitor – Aplicando tensão nos terminais do capacitor, ele armazena
cargas elétricas (negativas numa placa e positivas na outra).
Enquanto o capacitor está
carregando, passa uma corrente no circuito chamada corrente de carga.
Quando o capacitor já está
carregado não circula mais corrente.
Para descarregar o
capacitor, basta ligar um terminal no outro e a corrente que passa chama-se corrente
de descarga. Abaixo vemos o princípio de funcionamento:
b – Capacitores mais usados atualmente nos
equipamentos São os eletrolíticos (polarizados), os de cerâmica e
os de poliéster (não polarizados):
cerâmico de alta isolação
Eletrolíticos cerâmico
poliester
c – Funções dos capacitores nos circuitos -
Os capacitores podem ser usados como filtro de fonte de alimentação,
transformando corrente pulsante em contínua e também servem como acoplamento
ou desacoplamento, bloqueando a C.C. e deixar passar apenas C.A. Quanto
maior o valor do capacitor ou a freqüência da C.A., mais fácil para passar pelo
capacitor. Veja alguns exemplos abaixo:
d - Características principais dos capacitores –
São: a capacitância, ou seja, a sua capacidade em armazenar mais ou
menos cargas elétricas e a tensão de trabalho ou isolação, ou seja, a
máxima tensão que podemos aplicar ao capacitor sem estourá-lo.
A capacitância é medida em
FARAD (F), porém esta unidade é muito grande e na prática são utilizadas
seus submúltiplos MICROFARAD (µF), NANOFARAD (nF ou KpF) E O PICOFARAD (pF).
Leitura dos Capacitores.
a - Unidades de medida e conversão de uma unidade
para outra
a.1 - Microfarad (µF) – É a
maior unidade, sendo usada nos capacitor de alto valor (eletrolíticos).
a.2 - Nanofarad (nF ) ou
(KpF) – É mil vezes menor que o µF, sendo usada nos capacitores comuns de médio
valor.
a.3 - Picofarad (pF) – É um
milhão de vezes menor que o µF, sendo usada nos capacitores comuns de baixo
valor.
Como a relação entre elas
é mil, é só levar a vírgula três casas para a esquerda ou para a direita:
Exemplos: 0,027µF = 27 nF
; 2200pF = 2,2 nF ; 10 nF = 0,01µF ; 0,47µF = 470 nF
b – Leitura de capacitor eletrolíticos - Este tipo é fácil de
identificar o valor, pois le já vem indicado direto no corpo em µF,
assim como sua tensão de trabalho em Volts.
Às vezes pode vir no corpo
dele dois números separados por uma barra. O primeiro é a capacitância e o
segundo é a tensão. Veja alguns abaixo:
c - Leitura de capacitores de poliéster –
Os capacitores comuns (poliéster, cerâmicos, styroflex, etc) normalmente usam
uma regra para indicação do seu valor
através do número indicado
no seu corpo: Número menor que 1 = µF ; número maior de 1 = pF ; maior
que 1 seguido da letra N = nF. Observe abaixo:
4,7n
600n
8,2n
1micro
IMPORTANTE - A letra ao lado é a
tolerância. J = 5%, K = 10% e M= 20%
d - Leitura de capacitores de cerâmica –
Alguns têm três números no corpo,sendo que o último é a quantidade de zeros a
se juntar aos dois primeiros. Quando o 3º número for o “9” , ele significa vírgula:
3900 220
18 685 470
27 104
e - Leitura dos capacitores “zebrinha” (antigos) – Usa
o código de cores. Veja:
Como testar os capacitores com o multímetro.
a - Capacitor eletrolítico –
Começar com a menor escala (X1) e medir nos dois sentidos. Aumente a escala até
achar uma que o ponteiro deflexiona e volta.
Quanto maior o capacitor,
menor é a escala necessária. Este teste é apenas da carga e descarga do
capacitor. Veja abaixo:
b - Capacitor comum – Em
X10K, medir nos dois sentidos. No máximo o ponteiro dará um pequeno pulso se o
capacitor tiver valor médio. Se tiver valor baixo o ponteiro não moverá.
O melhor método de testar
capacitor é medi-lo com o capacímetro ou trocá-lo.
Uso do capacimetro.
O capacimetro é mais um
instrumento de medição, usado para medir a capacitância dos capacitores.
Podemos encontralo separado sendo um equipamento único bem como acoplado com o
multímetro.
Como testar capacitores com o capacímetro.
Descarregue o capacitor,
tocando um terminal no outro, através de um resistor de 470 ohms escolha uma
escala mais próxima acima do seu valor
(independente dele ser comum
ou eletrolítico) e coloque
nos terminais do
capacímetro (ou nas ponteiras do mesmo se ele tiver). A leitura deverá ser próxima
do valor indicado no corpo. Se a leitura for menor, o capacitor
deve ser trocado. Veja
este teste abaixo:
No caso dos capacitores
eletrolíticos, podemos colocá-los no capacímetro em qualquer posição, conforme
pode ser visto na figura acima.
Capacitores Variáveis
São formados por placas
metálicas móveis que se encaixam em placas fixas quando giramos um eixo. Desta
forma ele muda a sua capacitância. Alguns tipos têm apenas uma fenda para
ajuste com chave. São chamados de trimmers.
Abaixo vemos estes
componentes.
Os variáveis são
usados nos rádios para sintonizar as estações. Os trimmers têm como
função a calibração do rádio para receber as estações na posição correta e com
volume alto.
A maioria dos rádios usa
variável quádruplo. Dois para AM (oscilador e sintonia) e dois para FM. Cada um
tem um trimmer de calibração.
Estudo dos Diodos.
Antes de entrarmos no
assunto propriamente dito, é necessário fazermos algumas considerações sobre o
material de que são feitos alguns importantíssimos componentes eletrônicos,
tais como: diodos e transistores entre outros; este material é conhecido como
semicondutor.
a – Materiais semicondutores - Existem
na natureza materiais que podem conduzir a corrente elétrica com facilidade: os
metais-Ex: cobre, alumínio, ferro etc.
Materiais que não permitem
a passagem da corrente elétrica, pois o portador de carga(elétrons), não tem
mobilidade neles.São os isolantes. Ex.: mica, borracha,vidro plásticos
etc.
Em um grupo intermediário,
situado entre condutores e os isolantes estão os semicondutores, que não
são nem bons condutores e nem chega a ser isolantes.
Destacamos entre os
semicondutores, pois serão alvos deste estudo o silício(Si) e o germânio(Ge).
Existem outros elementos semicondutores também importantes para eletrônica são
eles o selênio(Se), o Gálio(Ga) etc.
As principal
característica que interessa no caso do Silício e do Germânio é que estes
elementos possuem átomos com 4 elétrons na sua última camada e que eles se
dispõe numa estrutura geométrica e ordenada.
O silício e o germânio
formam cristais onde os átomos se unem compartilhando os elétrons da última
camada.
Sabemos da química que os
átomos de diversos elementos têm uma tendência natural em obter o equilíbrio,
quando sua última camada adquire o número máximo de 8 elétrons.
Desta forma formam, tanto
o silício quanto o germânio formam cristais quando os seus átomos um ao lado do
outro compartilham os elétrons havendo sempre 8 deles em torno de cada núcleo,
o que resulta num equilíbrio bastante estável para estes materiais.
Veja Fig.1, a seguir:
Nesta forma cristalina de
grande pureza o silício e o germânio não servem para elaboração de dispositivos
eletrônicos, mas a situação muda quando adicionamos certas “impurezas”ao
material.
Estas impurezas consistem
em átomos de algum elemento químico que tenha na sua última camada um numero
diferente de 4 elétrons, e que sejam agregados a estrutura do Germânio ou/e do
silício em proporções extremamente pequenas da ordem de partes por milhão
(ppm).
No nosso exemplo
utilizaremos o silício com as duas possibilidades de adição.
a)Elementos com átomos de
5 elétrons na última camada;
b)Elementos com átomos
dotados de 3 elétrons na última camada.
No primeiro caso, mostrado na figura 2, a adição e utilizando o
elemento arsênio (As).
Como os átomos vizinhos só
podem compartilhar 8 elétrons na formação da estrutura cristalina, sobrará um
que não tendo a que se ligar, adquire mobilidade no material, e por isso pode
servir como portador de carga.
O resultado é que a
resistividade ou capacidade de conduzir a corrente se altera e o semicondutor
no caso o silício fica, o que se chama “dopado” e se torna bom condutor da
corrente elétrica.
Como o transporte das
cargas é feito nos materiais pelos elétrons que sobram ou elétrons livres que
são cargas negativas, o material semicondutor obtido desta forma, pela
adição deste tipo de impureza, recebe o nome de Semicondutor do tipo N
(N-negativo).
Na segunda possibilidade,
agregamos ao cristal de silício uma impureza, que contém 3 elétrons na sua
última camada, no caso o Índio (In) obtendo-se então uma estrutura conforme
mostrada na Figura 3.
Observa-se que, no local
em que se encontra o átomo de Índio não existem 8 elétrons para serem
compartilhados de modo que sobra uma vaga, que chamamos de “lacuna”.
Esta lacuna também
funciona com portador de carga, pois os elétrons que queiram se movimentar
através do material podem “saltar”de lacuna para lacuna encontrando assim um
percurso com pouca resistência.
Como os portadores de
carga neste caso são lacunas, e a falta de elétrons corresponde ao predomínio
de uma carga positiva, dizemos que o material semicondutor assim obtido é
do tipo P (P de positivo).
Podemos formar materiais
semicondutores do tipo P e N tanto com os elementos como o silício e o
germânio, como com alguns outros encontrados em diversas aplicações na
eletrônica.
b – Junção PN - Um importante
dispositivo eletrônico é obtido quando juntamos dois materiais semicondutores
de tipos diferentes formando entre eles uma junção semicondutora.
A junção semicondutora é
parte importante de diversos dispositivos como os diodos, transistores, SCRs,
circuitos intergrados, etc. Por este motivo, entender o seu comportamento é
muito importante.
Supondo que tenhamos dois
pedaços de materiais semicondutores, um do tipo P e o outro do tipo
N, se unimos os dois de modo a estarem num contato muito próximo,
formam uma junção, conforme se mostra na Figura 4, na sequência.
Esta junção apresenta
propriedades muito importantes. Analisemos inicialmente o ocorre na própria
junção.
No local da junção os
elétrons que estão em excesso no material N e podem movimentar-se
procuram as lacunas, que estão também presentes no local da junção, no lado do
material P, preenchendo-as. O resultado ‘e que estas cargas se
neutralizam e ao mesmo tempo aparece uma certa tensão entre os dois materiais(P
e N).
Esta tensão que aparece na
junção consiste numa verdadeira barreira que precisa ser vencida para que
possamos fazer circular a corrente entre os dois materiais. Esta barreira é chamada de Barreira de
potencial ou ainda Tensão de Limiar ou ainda Tensão de Condução. Para o
Germânio esta tensão é de 0,2 Volts e para o Silício é de 0,7 Volts.
A estrutura indicada, com
os dois materiais semicondutores P e N, forma um componente eletrônico com propriedades elétricas
bastante interessantes e que é chamado de
diodo (semicondutor).
c – Diodo - Diodo é um semicondutor
formado por dois materiais de características elétricas opostas, separados por
uma área sem carga (vazia) chamada de junção. Esta junção é que dá a
característica do diodo.
Normalmente os diodos são
feitos de cristais “dopados” de silício e do germânio.
Símbolo:
Diodos Retificadores
d – Especificações dos diodos - As
especificações dos Diodos comuns são feitas em função da corrente máxima que
podem conduzir no sentido direto, abreviado por If( o f de forward=direto), e
pela tensão máxima que podem suportar no sentido inverso, abreviada por Vr
(reverse=Inverso) e ainda segundo códigos, da seguinte forma:
1N – Código americano (uma
Junção);
1S – Código Japonês;
AO = BA – Código europeu.
Polarizações dos diodos.
a – Polarização direta - Para polarizar um diodo
ligamos o anodo ao pólo positivo da bateria, enquanto o catodo é ligado ao pólo
negativo da mesma. Ocorre uma repulsão tanto dos portadores de carga da parte N
se afastando do pólo negativo da bateria, como dos portadores de carga da parte
P se afastando do pólo positivo da bateria. Convergem, tanto os portadores de N
como os portadores de P, para a região da junção.
Temos então na região da
junção uma recombinação, já que os elétrons que chegam passam a ocupar as
lacunas que também são “empurradas”para esta região. O resultado é que este
fenômeno abre caminho para novas cargas, tanto em P como em N, fazendo com que
as estas se dirijam para região da junção, num processo contínuo o que
significa a circulação de uma corrente.
Esta corrente é intensa, o
que quer dizer que um diodo polarizado desta maneira, ou seja, de forma direta
deixa passa corrente com facilidade. Na figura 6, podemos visualizar melhor
este fenômeno.
b – Polarização inversa - Quando
invertemos a polaridade da bateria, em relação aos semicondutores, ou seja,
pólo positivo da bateria ligado ao catodo (N) e o pólo negativo.
Da bateria ligada ao
anodo(P), o que ocorre é uma atração dos portadores de carga de N para o pólo
positivo da bateria e dos portadores de P para o pólo negativo da mesma. Ocorre
então um afastamento dos portadores de N e de P da junção. O resultado é que em
lugar de termos uma aproximação das cargas na região da junção temos um o seu
afastamento, com um aumento da barreira de potencial que impede a circulação de
qualquer corrente.O material polarizado desta forma, ou seja, inversa, não
deixa passar a corrente. Veja na figura 7, como ocorre esta situação:
Tipos de diodos.
a – diodos de silício (uso geral) - são
aqueles usados em circuitos lógicos, circuitos de proteção de transistores,
polarização etc. São fabricados para o trabalho com correntes de pequena
intensidade de no máximo 200mA e tensões que não ultrapassam 100V.
Simbologia:
Um dos diodos mais
populares deste grupo é o de referência 1N4148
b –Diodos retificadores - sua
função é de retificar corrente de AC para DC pulsante.São
destinada a condução de correntes intensas e também operam com tensões inversas
elevadas que podem chegar 1000v ou 1200 no sentido inverso Conduzem correntes
diretas de até 1 A .
Simbologia:
Aplicação: Uso geral em
retificação de correntes e tensões.
Uma série muito importante
destes diodos é a formada pelos IN4000C que começa com o 1N4001.
Tipos
|
VR (tensão maxima –Inverso)
|
IN4001
|
50V
|
IN4002
|
100V
|
IN4003
|
200V
|
IN4004
|
400V
|
IN4005
|
600V
|
IN4006
|
800V
|
IN4007
|
1000V
|
Leitura do Código 1N400C
1N=código americano diodo
retificador de 1 junção;
C= números de 1 a 7 que nos mostra a tensão
máxima quando o diodo está polarizado Inversamente=Vr = 100 a 1000V.
c – Diodos emissores de luz (LED) - Estes
diodos polarizados de forma direta emitem luz monocromática quando a corrente
circula pela sua junção.
A sigla LED é formada
pelas iniciais das palavras: Light Emitting Diod, Diodo Emissor de Luz.
O LED é um simples diodo,
formado pela junção de dois materiais semicondutores diferentes, um do tipo P e
outro do tipo N, porém capaz de emitir luz (visível ou não) pela sua junção,
quando percorrido por uma corrente fornecida por uma fonte cuja polaridade seja
aplicada diretamente, ou seja: positivo da fonte ligado ao semicondutor P, e o
negativo ao semicondutor N.
Na verdade todo e qualquer
diodo semicondutor emite certas formas de radiação, dentro do espectro eletromagnético,
quando percorrido por corrente no sentido direto. Mesmo um diodo “comum”, de
silício ou germânio apresenta tal propriedade.
Entretanto, para efeitos
puramente visuais, não se pode aproveitar tal forma de radiação, em virtude da mesma
estar situada na faixa não visível do espectro. Para que todos entendam essa
coisa de visível, e não visível, vamos falar rapidamente, sobre a luz.
A luz é uma forma de
energia da mesma espécie que o calor e as ondas de rádio. Todas essas formas de
energia são radiações eletromagnéticas e a única diferença real que existe
entre elas é a freqüência na qual ocorre oscilação do campo eletromagnético,
responsável pela propagação de tais formas de energia.
Vimos um esquema em que
mostra a escala das radiações eletromagnéticas. Todas as energias dentro de tal
escala são da mesma espécie.
Na faixa de freqüências mais
baixas estão as ondas de rádio (aquelas que transmitem o som de FM e som e
imagem das TV’s). Quando a freqüência com que vibra o campo eletromagnético
aumenta em determinado grau, surge, no espectro, a forma de energia que
chamamos de calor.
À medida que a freqüência
vai subindo mais e mais, temos progressivamente à “região do infravermelho”
que já é uma forma de luz, porém invisível aos nossos olhos, por ser de
freqüência ainda muito baixa, a luz visível (que é a faixa de freqüências que
nosso olho percebe) e, finalmente, o que se chama popularmente de “radiação”
(aquela com incrível poder de penetração e que mata os seres vivos, quando
expostos por longos períodos de exposição).
De toda faixa do espectro
eletromagnético, só podemos perceber diretamente, através de nossos sentidos, o
calor e a luz visível (embora também se façam presentes no nosso corpo, os
efeitos fisiológicos derivados das radiações das outras faixas do espectro,
como ultravioleta e as radiações).
As radiações emitidas
pêlos LED’s estão restritas à faixa do infravermelho e da luz visível.
Como dissemos antes,
também os diodos comuns emitem radiação, porém, normalmente, dentro da faixa de
calor
ou de infravermelho, que
não podemos notar diretamente, um exemplo de luz infravermelho, é o utilizado em
controles remotos de televisão, o qual não enxergamos, porém é o responsável
pela comunicação entre o mesmo e o aparelho de TV.
Descobriu-se que, se no
lugar dos materiais semicondutores tradicionais (germânio e silício), fossem
construídas junções P – N
com outros materiais especiais, entre eles o Arsenito de Gálio e
o Fosfito de
Gálio (também
semicondutores), ao ser percorrida pela corrente, a junção emite, de maneira
relativamente intensa, luz visível, aproveitável sob muitos aspectos, em inúmeras
funções.
Então, para concluir o LED
é exatamente isso: Um diodo semicondutor construído com materiais especiais
que permitem uma emissão intensa de luz pela junção, assim que diretamente
polarizado.
Cores disponíveis: Amarelo,
verde vermelho, laranja e azul.
Aplicações:
Controles remotos,
Monitores, Indicativo de funcionamento dos dispositivos em um Pc etc.
Tensão de funcionamento:
Leds vermelhos –1,6V demais de 1,8
a 2,1V.
Indicações de
identificação: os Leds mais comuns são indicados por tipos de fabrica, tais
como as siglas
TIL(TIL221 etc) da Texas
Instruments, CQV (da Phillips) ou LD(Icotron).
d – Fotodiodos - são aqueles que
estando polarizado inversamente a sua resistência ôhmica é função da incidência
da luz na sua junção. O resultado é que se obtém a circulação de corrente
dependente da intensidade de luz incidente.
Características:
sensibilidade à luz incidente, velocidade com que reagem as variações da intensidade
da luz incidente.
Aplicações:
Leitura de códigos de
barras, cartões perfurados, leitura ótica dos CD Roms, e ainda, recepção da luz
modulada de um laser via fibra ótica.
Como extensão desta
propriedade dos diodos de serem sensíveis à luz também temos os fotodiodos
sensíveis a radiação nuclear que também atuam com polarização inversa. O seu
símbolo é igual ao dos fotodiodos e o seu aspecto é igual ao tipo quadrado
visto acima em aspectos, utilizando em sua janela central a mica.
e – Varicap – É um diodo duplo
que quando polarizado inversamente apresenta uma capacitância a qual depende da
tensão aplicada.
Aplicações:
Sintonia eletrônica de
rádios Am, Fm e TV
f – Diodo zener - polarizado
inversamente mantém a tensão do circuito constante, mesmo que a corrente varie,
ou seja, ele funciona como regulador de tensão em um circuito.
Obs: polarizado
diretamente funciona como um diodo comum.
Aplicações:
Em fontes de alimentação
para manter a tensão estável e constante, além de estarem presentes em outras
aplicações em que se necessita tensão fixa.
Código de identificação.
Uma série de diodos que se
emprega muito em projetos e aparelhos comerciais é a
BZX79C da Phillips
Components, formada por diodos de 400mA.
Nesta série a tensão do
diodo é dada pelo próprio tipo.
Ex.:
BZX79C2V1-onde 2V1
corresponde a 2,1 V(oV substituí a virgula).
BZX79C12V- corresponde a
um diodo de 12 V
Retificação de corrente utilizando-se diodos.
Nas páginas anteriores já
vimos como se comportam os semicondutores na sua estrutura quando polarizamos o
material P unido ao material N, formando uma junção metalúrgica.
Chamada de junção PN.
Vamos agora ver em uma
linguagem prática como isto se processa.
a - Polarização do
diodo.- na prática dizemos que polarizar um componente
é impor aos seus terminais potenciais ou DDP pré-definida.
b - Polarização direta.- é
aquela em que o anodo (A) está mais positivo que o catodo(K).
Nessa condição dizemos que
o diodo conduz e que está diretamente polarizado ou ainda, ON.
A tensão entre A e K
idealmente está zero, porém isto não acontece na prática, sendo que para diodos
de silício esta tensão valerá 0,7V e para diodos de germânio valerá 0,2V.Esta
tensão denominada de tensão de limiar ou tensão de condução é representada por
VL. O diodo então será representado no esquema por uma fonte de tensão de valor
VL
c - Polarização Inversa.-nessa
condição o anodo (A) estará menos positivo que o catodo(K) e o componente não
permitirá a passagem da corrente. Na realidade passa pelo componente uma
pequena corrente, da ordem de nA (nanoampére) que é desprezível.
o componente será
representado no esquema, como um circuito
aberto.
d – Transformadores / Tomada
Central( CT-center tape).-
Aqui vamos ter uma noção
simples de funcionamento de um transformador.
Podemos dizer que o
transformador é um componente que possui quatro, ou mais terminais, cuja função
é alterar o valor do pico de uma tensão alternada, e ainda adaptar a tensão
alternada da rede para níveis predeterminados que irão alimentar um
retificador.
Representação:
: ·
O transformador é
constituídas por duas bobinas enroladas chamadas de primário e secundário em um
núcleo comum a ambas.Quando é aplicada uma corrente alternada no enrolamento
primário aparece em torno de sua bobina um campo magnético, cujas linhas de
força se expandem e contraem na mesma freqüência da corrente.
O resultado é que, cada
vez que estas linhas de força cortam as espiras do enrolamento secundário este
é induzido e uma tensão aparece em seus terminais.
A tensão tem a polaridade
dada pelo movimento das linhas de força de modo que ela também se inverte na
mesma freqüência da corrente do enrolamento primário.
Chega-se a conclusão que a
tensão alternada do enrolamento secundário do transformador
Tem a mesma freqüência que
a aplicada no enrolamento primário. Observe figura acima que tanto no primário
como no secundário os sinais (+) e (-) estão nos mesmos pólos.
Importante: Quando a
sinalização do secundário for igual ao correspondente do primário dizemos que o
secundário está em fase com o primário quando a sinalização dos pólos estiverem
diferentes nos pólos correspondentes, dizemos que o secundário está com fase
invertida
Esta inversão de fase pode
ser conseguida com um transformador que tenha enrolamento duplo ou dotado de
uma tomada central (CT=center tape)
Retificadores.
Os retificadores são
circuitos que transformam as tensões e correntes alternadas em tensões e
correntes contínuas.
Existem três tipos de
retificadores conforme a forma de onda da tensão oferecida na saída e o
circuito de cada um.São eles:
1. Retificador
de meia onda-RMO;
2. Retificador
de onda completa com tomada central (Center tape)-ROCT;
3. Retificador
de onda completa em ponte-ROCP.
a - Retificador de meia
onda-RMO.- Em primeiro lugar vamos visualizar de uma forma
geral como entra e como sai a corrente
Nesse tipo de retificador.
Vamos agora as
explicações:
O circuito abaixo é
composto por um transformador comum um diodo e uma carga.
Circuito:
b - Semi-ciclo
positivo-SCP - Observe nesse caso, que o ponto mais positivo do
circuito está ligado ao anodo (A) do diodo e este conduz.
c - Semiciclo
negativo-SCN.- Nesse semiciclo temos a inversão da polaridade da
tensão de entrada ocasionando um potencial negativo no anodo(A) do diodo em
relação ao seu catodo(K), o que ocasiona sua não condução, ou seja, não há
passagem de corrente, representado por um circuito aberto.
Veja a figura a seguir:
d - Análise da corrente
de entrada e saída em relação aos ciclos.
Observe que confere com a
figura inicial do item 5.3.1.
Obs: a)Como vimos este
tipo de retificador só permite aproveitar apenas a metade dos semiciclos da
corrente alternada sendo por isso um processo de pouco rendimento;
aproximadamente 30% da corrente alternada que entra é aproveitada.
b) Ë bom ainda observar
que a corrente que sai geradas nos semiciclos positivos, se bem que circule em
um sentido único, não é uma corrente contínua pura. Ela é formada por
pulsos.Este tipo de corrente é chamada de “Corrente contínua pulsante” com a
freqüência de 60 ciclos /seg.
e - Retificador de Onda
Completa com Tomada Central-ROCT.- Na figura a seguir
visualizamos como entra e sai a correntes neste tipo de retificador.
Vamos as explicações:
Este circuito apresenta
dois diodos (D1 e D2) e uma tomada central (CT) de inversão de fase.
Circuito:
Semi-ciclo
positivo-SCP:
Nesse semiciclo observe
que o anodo(A) do diodo D1 está ligado ao pólo positivo do secundário do
transformador e, portanto conduz. O diodo D2, no mesmo circuito neste semiciclo
está ligado a um pólo negativo e neste caso abre, não conduz.
f - Semi-ciclo
negativo-SCN.
Neste semiciclo a tomada
central inverte a fase do transformador para que o diodo D2 seja ligado a um
terminal positivo e possa conduzir(observe a figura)Com esta inversão os
semiciclos negativos inverte e se tornam positivos.A inversão da fase é
simultânea com a troca do semiciclo e faz com que sejam aproveitadas as ondas
negativas do semiciclo. Ao serem aproveitadas e tendo agora um só sentido não
tem lógica falar em positivo ou negativo. Estas ondas são incorporadas àquelas
aproveitadas no SCP melhorando o rendimento do retificador e melhorando a
qualidade da corrente retificada.
Resumindo, neste
semi-ciclo D2 estando com o seu anodo (A) ligado a um pólo positivo –conduz; D1
tendo o seu anodo ligado a um pólo negativo –Abre.
Análise da corrente de entrada e saída em
relação aos semi-ciclos.
Observe as ondas geradas
no Semi-ciclo positivo-SCP e as ondas geradas no semi-ciclo negativo-SCN estas
ultima aproveitando as ondas negativas e invertendo-as.Observe ainda que os
espaços entre as ondas geradas no SCP devido ao corte das ondas negativas, como
visto no RMO, agora podem ser preenchidos por aquelas obtidas no SCN quando
estas ondas são recompostas. Só que agora em um só sentido.Veja acima o tipo de
onda final que se obtém utilizando-se este tipo de retificador.
Observe ainda, que neste
caso a distância entre as ondas são menores (tem uma freqüência maior, ou seja,
120 ciclos/seg.)do que no caso anterior RMO. Neste processo melhora-se a
qualidade da onda, bem como o rendimento, (69% no caso) com o aproveitamento das
ondas negativas.Mesmo assim ainda não temos uma corrente retificada 100%
pura.Continuamos obtendo o que se chama uma corrente retificada pulsante.
a - Retificador de Onda
Completa em Ponte.-ROCP.
- Na figura abaixo se visualiza, como nos outros
tipos, como entra e como sai neste tipo de retificador.
Explicações:
Neste tipo, temos um
retificador comum que utiliza para retificação uma ponte retificadora, que é um
componente eletrônico com quatro diodos internos dispostos de tal maneira a colocar
dois diodos por ciclo ligados via seus anodos(A) ao pólo positivo do secundário
do transformador .Desta forma nos semiciclos positivo SCN- temos dois diodos
conduzindo e no semiciclo negativo os outros dois também conduzem. Neste
processo por termos 4 diodos obtemos um rendimento melhor que o ROCT ( cerca de
80%). Antes de prosseguirmos com as explicações de funcionamento deste sistema,
mostramos nas figuras abaixo o aspecto, simbologia e esquema de uma ponte
retificadora.
Simbologia:
Circuito :
B - Semiciclo
Positivo-SCP. - No esquema abaixo observamos que neste semiciclo
positivo os diodos D1e D2 polarizam diretamente e neste caso conduzem corrente
os outros dois D3 e D4 polarizados inversamente, abrem.
C - Semiciclo negativo-
SCN. - Nesse semiciclo (esquema abaixo) observa-se que os
diodos D3 e D4 é que polarizam diretamente (veja que eles estão ligados com o
positivo do secundário) e neste caso eles agora é que conduzem a corrente
aproveitando o semiciclo negativo( como em ROCT).
Os outros dois D1 e D2,
abrem.
O esquema de entrada e
saída das ondas é análogo ao visto para o Retificador de Onda Completa com
Tomada. Neste processo também são aproveitadas as ondas de natureza negativa
obtendo-se um rendimento maior devido ao numero maior de diodos.Vale salientar
que ainda neste processo a corrente obtida ainda não é 100% pura.A corrente é
retificada pulsante com freqüência de 120ciclos /seg.
Observamos que para se obter
uma corrente realmente retificada a mesma tem ainda de passar por outros
processos.
Medição e testes em Diodos.
a - Testes em Diodos no geral
Leitura
|
Condição
|
Sentido direto – Baixa
Sentido Inverso Alta
|
Bom
|
Sentido direto e
inverso-baixo(próximo ou = a zero)
|
Curto
|
Sentido direto e
inverso-Alto (próximo ou = ∞)
|
Aberto
|
Sentido Inverso abaixo
de 10Ω
|
Fugas
|
b - Testes em diodos
duplos-Varicap
nos testes feitos diodo
por diodo (D1 e D2 Direta ou inversamente), pode-se seguir a tabela de defeitos
acima. Se um dos diodos apresentar os defeitos acima o varicap está estragado
c - Testes em Pontes Retificadoras :
Nos testes feitos, diodo
por diodo (D1, D2, D3 e D4 Direta ou inversamente), pode-se seguir a tabela de
defeitos, acima. Se um dos diodos apresentar os defeitos constantes da tabela
acima, a ponte retificadora está estragada.
Estudo dos transistores.
Transistor (transference
resistor) é um componente constituído de uma pastilha monocristalina de
material semicondutor (Germânio ou Silício) com regiões dopadas com impurezas
do tipo N e do Tipo P. Os transistores dependendo do fim a que se destina, pode
funcionar como:
a) Amplificador
de corrente;
b) Amplificador
de sinal;
c) Chave
eletrônica..
Tradicionalmente os
transistores se dividem em dois(2) grupos: a saber:
1.Bipolares;
2.Unipolares ou de efeito
de campo.
a - Bipolares – são aqueles
formados por três (3) regiões semicondutoras de polaridades alternadas
existindo entre elas duas junções.As regiões recebem os nomes de emissor (E),
Base (B), e coletor (C). Baseiam o seu funcionamento com
alimentação de corrente na base.
Símbolo e aspecto :
Podemos obter a estrutura
indicada de duas formas diferentes, o que leva a dividir os transistores
bipolares, quanto a sua estrutura em dois tipos: Tipo NPN e o tipo PNP.
Veja as figuras na seqüência:
Esquema interno dos tipos
NPN e PNP.
b - Base , Coletor e
Emissor – Vamos agora entender o que é Base , coletor e
emissor.
·
Base- é a parte que controla a passagem da
corrente;quando a base está energizada, há passagem de corrente do emissor para
o coletor, quando não há sinal não existe essa condução. A base
esquematicamente é o centro do transistor.
·
Coletor- é uma das extremidades do
transistor;é nele que “entra” a corrente a ser controlada. A relação existente
entre o coletor e a base é um parâmetro ou propriedade do transistor conhecido
como β (beta) e é diferente em cada modelo de transistor.
·
Emissor- é a outra extremidade; por onde sai a
corrente que foi controlada.
c - Como testar o transistor com o multímetro.
Procurar um terminal que
conduz igual com os outros dois. Este é a base. Verificar com qual das
pontas na base o ponteiro deflexiona. Se for com a ponta preta transistor
é NPN. Se for com a vermelha na base, o transistor é PNP. Com
o mitter digital a posição das ponteiras é ao contrário. Importante: O
ponteiro só deve mexer com uma das pontas na base. Se mexer com as duas pontas
na base, o transistor está em
curto. Se não mexer com nenhuma, o transistor está aberto.
d - Como achar o coletor e o emissor do transistor.-
Em X10K, coloque a ponta “invertida” na base e a outra ponta em cada
terminal restante. Aquele terminal que o ponteiro mexer é o emissor. Se o
ponteiro mexer nos dois terminais, o transistor está com fuga ou em curto. Abaixo temos
o teste:
e – Como testar um transistor com o multímetro
digital – Usar a escala com o símbolo do diodo. Colocar a
ponta vermelha (se for NPN) ou preta (se for PNP) na base e a outra
ponta nos terminais restantes. Ele deve indicar aproximadamente a mesma
resistência nos dois terminais, sendo que o emissor dará maior resistência que
o coletor. Na página seguinte vemos como deve ser testado um transistor com
este tipo de multímetro.
Considerações gerais e
Polarização de transistores.
a - Considerações gerais.-
Para efeito de um estudo inicial vamos tomar como exemplo uma estrutura
NPN, ou seja, um transistor NPN..
Cada uma das junções do
transistor se comporta como um diodo, mas quando aplicamos tensões no
dispositivo de determinada maneira e as duas junções podem entrar em ação ao
mesmo tempo, o comportamento da estrutura passa a ser mais complexo do que
simplesmente dois diodos ligados juntos.Para que tenhamos a ação diferenciada
destas junções, vamos partir da situação em que o transistor seja alimentado
com fontes externas de determinadas polaridades e características. Em suma,
para que o transistor funcione, precisamos polariza-lo convenientemente.
b - Polarização de
transistores.- Inicialmente vamos fazer uma polarização que nos
permite apenas estudar o seu funcionamento. Na prática existem outras maneiras de polarizar os transistores.
Tomando o nosso transistor
NPN como exemplo, para polariza-lo ligamos
uma bateria de tensão maior ( B2) entre o coletor e o emissor e uma
bateria de tensão menor( B1) através de um potenciômetro na base do transistor.
Veja a figura, na seqüência:
Vejamos o que acontece:
partimos inicialmente da condição em que o cursor do potenciômetro está todo
para o lado negativo da bateria B1, ou
seja, a tensão aplicada à base do transistor
é Zero (0).Nestas condições, a junção que existe entre a base e o
emissor, que seria o percurso para uma corrente da bateria B1, não tem
polarização alguma e nenhuma corrente pode fluir.A corrente de base ( Ib) do
transistor é zero(0).
Da mesma forma , nestas
condições a corrente entre o coletor e o emissor do transistor, percurso
natural para a corrente da bateria B2 é nula. Veja a figura a seguir:
Movimentando gradualmente
o cursor do potenciômetro no sentido de aumentar a tensão aplicada à base do
transistor, vemos que nada ocorre de anormal até atingirmos o ponto em que a
barreira de potencial da junção emissor-base do transistor é vencida.(0,2
V para o germânio e aproximadamente 0,7V para o silício).Com uma tensão desta
ordem, começa a circular uma pequena corrente entre a base e o emissor. Esta
corrente entretanto tem um efeito interessante sobre o transistor: uma corrente
também começa a circular entre o coletor e o emissor e esta corrente varia
proporcionalmente com a corrente de base.
Veja a figura, na
seqüência:
À medida que movimentamos
mais o potenciômetro no sentido de aumentar a corrente de base,
observamos que a corrente do coletor do transistor aumenta na mesma
proporção.
Se uma corrente de base
de 0,1mA provoca uma corrente no coletor de 10mA, dizemos que
o ganho de corrente ou Fator de amplificação do transistor é
100vezes, ou seja a corrente de coletor é 100 vezes maior que a corrente de base.
A proporcionalidade entre
a corrente de base e a corrente de
coletor entretanto não se mantém em toda a faixa possível de valores.
Existe um ponto em que um
aumento de corrente de base não provoca mais um aumento na corrente
de coletor que então se estabiliza. Dizemos que chegamos ao ponto de
saturação, ou seja, o “ transistor satura” Abaixo o gráfico que mostra este
fenômeno.
Observe então que existe um trecho linear
deste gráfico que é denominado de “Curva característica do transistor”.
Na figura a seguir temos o funcionamento de um transistor PNP.
Observa-se que a única diferença se o mesmo fosse utilizado no exemplo dado
acima, está no sentido de circulação das correntes e portanto na polaridade das
baterias usadas.
Observe nas figuras a
seguir essas orientações das correntes em um transistor NPN e PNP.
No NPN:
·
Corrente de base-= Ib>> sentido horário.
·
Corrente de coletor=Ic>Sentido anti-horário.
No PNP:
·
Corrente de base=Ib>>sentido anti-horário.
·
Corrente de coletor.=Ic.sentido horário.
Para finalizarmos o
assunto, observamos o seguinte:
a) Quando Ib = 0 è Ic
= 0 . O transistor não funciona, e neste caso se diz que ele funciona como
uma chave aberta ou representa-se por:
b) Ib =Cresceè Ic=
cresce na mesma proporção.
d)Ib = atinge
um determinado valor, (ponto de saturação) e a partir dai
mesmo que aumentemos Ib è Ic=
se mantém constante.
Transistores na Prática.
Os primeiros transistores
eram dispositivos simples destinados a operar apenas corrente de baixa
intensidade, sendo por isso quase todos iguais nas principais características.
No entanto, com o passar
do tempo ocorreram muitos avanços nos processos de fabricação,
que levaram os fabricantes
a produzirem uma enorme quantidade de tipos ,capazes de operar com
pequenas intensidades de corrente mas
também com correntes altas; o mesmo ocorreu com as tensões e até mesmo com a velocidade.
Existem hoje, em termos
de tipos de transistores mais de um
milhão, o que requer manuais de consultas volumosos quando se quer escolher
um determinado tipo.
Assim para facilitar o
estudo de transistor na prática é necessário que se divida estes dispositivos em “famílias” em que as
características principais se mantém.
Para outras
características, as diferenças são normalmente fornecidas pelos fabricantes em
forma de folhas de dados chamadas de datasheets.
Constam desses
datasheets o aspecto físico da família,
códigos de identificação, dados de corrente
, tensões coletor-emissor, freqüências, material de que são feitos , curvas
características, identificação dos terminais etc.
De uma forma geral, na
prática apenas algumas centenas podem
ser considerados ‘principais’e se possuído um bom manual e um bom conhecimento
se consegue encontrar sempre um capaz de
substituir tipos considerados difíceis.
a - Transistores de uso
geral.-são transistores destinados a gerar ou amplificar
sinais de pequena intensidade e de freqüência relativamente baixa.
Especificação
|
Definição
|
Descrição
|
Observações
|
Material
|
Pequenas pastilhas
|
Silício
Germânio
|
A maioria dos transistores atuais é de silício.
|
Aspecto externo
|
Invólucros
|
Plásticos
Metais
|
|
Tipo do semicondutor
|
conteúdo
|
NPN e PNP
|
|
Tipos de terminais
|
3 terminais
|
Base(B)
Coletor(C)
Emissor(E)
|
Identificação deve ser feita pelo tipo e varia
bastante
|
Ic- corrente de coletor .
|
Icmax=corrente de coletor máxima.
|
Varia entre:
20mA e 500mA
|
|
VCEO- tensão entre o
coletor e o emissor com a base
desligada
.
|
VCEOmáx tensões máximas de operação
|
Varia entre:
10V e 80V.
|
|
fT –freqüência máxima ou freqüência de transição
|
FTmáx- freqüência máxima que o transistor pode
operar.
|
Varia entre 1 e 200Mhz
|
|
Aplicações
|
-
|
-
|
Uso geral ou Áudio
|
Os tipos mais comuns
desses transistores são:BC548, BC558, BC107, 2SB75, OC74, 2N2222, 2N107 etc.
b - Transistores de
Potência- são transistores destinados a operar com correntes
intensas mais ainda com sinais de baixas freqüências.
Especificações
|
Definições
|
Descrição
|
Observações
|
Material
|
Pastilhas de diversos tamanhos
|
Silício
|
|
Aspecto externo
|
Invólucros
|
Plásticos
Metais
|
Tendem a
aquecer(altas correntes) usam invólucro que permitem a montagem em um
dissipador(radiador) de calor.(figura acima)
|
Tipo do semicondutor
|
Conteúdo
|
NPN e PNP
|
|
Tipos de terminais
|
Geralmente três
terminais
|
Base(B)
Coletor(C)
Emissor(E)
|
Identificação deve ser feita pelo tipo e varia
bastante
|
Hic- corrente de coletor .
|
Ecas=corrente de coletor máxima.
|
Máxima = 15A
|
|
VCEO- tensão entre o
coletor e o emissor com a base
desligada.
|
VCEOmáx tensões máximas de operação
|
Varia entre:
20V e 100V.
|
|
fT –freqüência máxima ou freqüência de transição
|
fTmáx- freqüência máxima que o transistor pode
operar.
|
Varia entre100khz 40Mhz
|
|
Aplicação
|
Amplificadores de Áudio
|
Os tipos mais comuns
desses transistores são:TIP31, TIP32, 2N3055. BD135, BD136, AD142, BU205 etc.
C - Transistores de RF
(Radiofreqüência)-são transistores destinados a amplificar ou gerar
sinais de freqüências elevadas, mais com pequenas intensidades de correntes.
specificações
|
Definições
|
Descrição
|
Observações
|
Material
|
Pastilhas
de pequenos
tamanhos
|
Silício
Germânio
*Arseneto de Gálio(GaAS)
|
Em sua maioria.
Pouco usados.
*Os GaAs já estão sendo usados para fabricação de
transistores e são capazes de gerar (amplificar) sinais em milhares de Mhz.
|
Aspecto externo
|
Invólucros
|
Plásticos
Metais
|
|
Tipo do semicondutor
|
Conteúdo
|
NPN e PNP
|
|
Tipos de terminais
|
Geralmente
3 terminais.Alguns apresentam 4 terminais. O 4o terminal é ligado à própria
carcaça
do transistor, de metal, e que serve de
blindagem*( ver figura acima)
|
Base(B)
Coletor(C)
Emissor(E)
*Blindagem
|
Identificação deve ser feita pelo tipo e varia
bastante
|
Ic- corrente de coletor .
|
Icmax=corrente de coletor máxima.
|
Máxima = 200mA
|
|
VCEO- tensão entre o
coletor e o emissor com a base
desligada.
|
VCEOmáx tensões máximas de operação
|
Varia entre:
10V e 30V.
|
|
fT –freqüência máxima ou freqüência de transição
|
fTmáx- freqüência máxima que o transistor pode
operar.
|
Chegam até a 1500Mhz
|
|
Aplicação
|
Seletores de TV de UHF e outras aplicações
semelhantes.
|
Os tipos mais comuns
desses transistores são: os BD494, BF254, 2N2218 etc.
d - Classificação quanto
à potência de Dissipação.-Ainda se costuma classificar os
transistores quanto a sua potencia de dissipação; nessa classificação os
transistores podem ser:
a) Baixa potencia-ex:
BC548;
b) Média potencia-ex:
BD137, BD135, BD139
c) Alta potencia-ex TIP120 , TIP121,
TIP122, ZN3055, BU205 etc
Códigos, Tipos e Identificações de terminais.
Para usar um transistor é
fundamental que saibamos para que serve um determinado tipo e também como
identificar os seus terminais.
a - Procedência
Americana- usam na sua codificação a sigla 2N para diferenciar dos diodos que
usam 1N..Esta sigla 2N vem seguida de um
numero que corresponde ao modelo, porém não serve para informar que tipo de
transistor temos; se é de uso geral ou áudio, de potencia ou RF, se é NPN ou
PNP, se é de silício ou germânio.Para os
transistores, com indicação 2N é necessário consultar um manual,
disquetes CD Rom fornecidos pelos
fabricantes; ou ainda tentar encontrar essas informações na Internet.Na figura
abaixo temos alguns exemplos com indicações dos terminais:
b - Procedência Européia
- para esses transistores, o próprio tipo do
transistor já fornece muitas informações sobre o que ele é.
Assim, para a primeira
letra já temos informações do material usado em sua fabricação:
A = Germânio;
B = Silício.
Para a segunda letra temos informações se o transistor é de uso geral
(áudio),Potencia ou RF:
C = Uso geral ou áudio;
D = Potência;
F = RF.
Os transistores para
aplicações profissionais possuem uma terceira letra indicativa.Para os comuns
temos um numero.Damos a seguir alguns exemplos:
BC548 – Transistor NPN de
uso geral, de baixa potencia ou áudio.
BD136 - Transistor PNP de potência;
BF254 - Transistor NPN de RF.
Veja que esta maneira de
indicar os tipos ainda não diz se ele é NPN ou PNP. O manual ainda é necessário
para identificar os terminais.
Na figura a seguir,
mostramos alguns transistores de
procedência européia com a identificação dos terminais.
c - Procedência Japonesa
- Utilizam a sigla 1S o restante das informações é
idêntica ao americano, ou seja, tem que consultar o manual.
Exemplos de siglas de alguns fabricantes:
a) Siemens-BC, BCX,BCU, BD, BF, BFN,
BFR, BS, BU, BUW, BCY;
b) Texas - 2N, 3N(MOSFETT), TIS, IN,
MN, NP;
c) Motorola - 2N, NJ, MIE, MTN, TIP;
d) Philco - AO, BO, BD, PA,
PB, PC, PE;
e) Hitachi - 2SA, 2SD.
Invólucros dos transistores bipolares
características identificadoras.
Certos transistores de
germânio, utilizados em circuitos de radio freqüência- R.F., possuem um quarto
terminal, identificado pela letra S de “shield” (blindagem).Esse terminal
encontra-se conectado internamente ao invólucro metálico(TO-7) e, quando ligado
à massa, atua como proteção contra campos eletro magnéticos. Exemplos deste
tipo são: TO-71, TO 72, AF116,
AF117.Veja a figura a seguir:
Para identificar o
terminal S, na ausência de informações, basta verificar via teste de
continuidade, qual dos quatro terminais tem R= 0Ω em relação à carcaça
metálica.
Nos transistores de
potência com invólucro plástico,TO126 por exemplo, o coletor normalmente é o
terminal do centro.
Para o BD139, BD140 etc.,
o coletor está ligado eletricamente à uma lâmina metálica que existe em uma de
suas faces. Veja a figura a seguir:
BD 135
Já no SOT-93, TIP 30,
tip31 etc., existe uma alça metálica a qual também está conectado o
coletor.Figura acima.
Em ambos os casos, a
identificação do coletor é feita verificando-se
qual dos terminais apresenta uma
resistência nula( R=0Ω) em relação a lâmina ou à alça metálica, via teste de
continuidade.
Os transistores de
potência com invólucro metálico (TO-3, TO-66 por exemplo), possuem apenas dois
terminais típicos: emissor (E) e base (B), como indicador. O terceiro terminal
(coletor) é o próprio invólucro metálico.Veja figura abaixo:
Configuração de transistores em
circuitos.
a - Emissor comum.- Nesse
caso o sinal entra, entre a base e o
emissor e sai entre, o emissor e o coletor. Como o emissor é o elemento comum
na entrada e na saída este tipo de configuração é chamada de Emissor
comum.
No esquema emissor comum a
fase do sinal de saída é invertida em relação à fase do sinal de
entrada , tem como características principais elevados ganhos de tensão e de corrente. É a mais comum e
também é a que produz maior ganho de potência.
b - Coletor comum.- Nesta
configuração o sinal é aplicado entre a base e o coletor e é retirado entre o
emissor e o coletor.O coletor é então o elemento comum à entrada e saída do
sinal e a configuração por isso recebe o nome de coletor comum.
A fase do sinal de saída, nesta configuração é a mesma do sinal de entrada, ou seja ,
não há inversão de fase.Tem como características um ganho de corrente muito alto, o que quer dizer que
pequenas variações da corrente de base provocam variações muito maiores da
corrente do coletor, e ainda um ganho de tensão não tão elevado como no
emissor comum. Apresenta também, um ganho
de potência não muito alto.
Obs.: Esta configuração
também é chamada de “seguidor de emissor”.
c - Base comum.- Nesta configuração
o sinal é aplicado entre o emissor e a base e é retirado entre a base e o coletor. Como vemos , a base é o elemento
comum, o que acarreta a denominação dada
à configuração de “base comum”
Não há inversão de fase para o sinal amplificado.Como
características temos que nesta configuração temos um bom ganho de tensão,
mas o ganho de corrente é inferior
à unidade..No geral obtemos então um ganho de potência menor que o da
configuração de emissor comum, porém maior do que o da configuração de
coletor comum.
Transistores Darlington.
É um tipo de estrutura de
transistor, constituído por dois transistores (T1 e T2), dois resistores (R1 e
R2) e um diodo (D1), contidos em uma única pastilha de silício e interligados
de modo a formar um transistor de potência com elevado ganho de corrente
contínua C.C.
Os invólucros dos
transistores Darlington podem ser do tipo metálico (TO-3 por exemplo) ou do
tipo plástico (TO126). Como ocorre com os transistores bipolares.
a - Estrutura interna, símbolo e aspecto de um
Darlington NPN.
Estrutura
Interna.
Símbolo
e Aspecto.
Neste tipo de Darlington
NPN (ver figura acima) T1 e T2 são NPN e o anodo de D1 está conectado ao emissor de T2.
b - Estrutura interna, símbolo e aspecto de um
Darlington PNP.
Estrutura
Interna.
Símbolo
e Aspecto.
Neste tipo de Darlington
PNP (ver figura), T1 eT2 são PNP e o
anodo de D1
está ligado ao coletor de
T2.
Para as duas estruturas
NPN e PNP o valor de R2 é praticamente insensível às variações de temperatura e
das tensões aplicadas ao componente.
Dependendo do fabricante, o seu valor está compreendido entre 50-200Ω.
Por outro lado, o valor de
R1 varia tanto com a temperatura como com as tensões aplicadas no transistor.
Os valores especificados pelos fabricantes vão desde alguns quiloohms até
dezenas de quiloohms.
c - Aplicações dos transistores Darlington.
São inúmeras as aplicações
desses componentes. Entre elas, destacamos as seguintes:
·
Amplificadores de potência de áudio;
·
Ignições eletrônicas;
·
Reguladores de tensão para fontes de alimentação;
·
Controle de motores C.C.;
·
Controle de solenóides.
Polarização, sentido da corrente e nomenclatura de
transistores bipolares.
Ib –
Sentido horário;
Ic = sentido anti-horário;
Ie = Sentido anti-horário
Ib –
Sentido anti- horário;
Ic = sentido horário;
Ie = Sentido horário
a - Nomenclaturas:
Ib = Corrente de base;
Ic = Corrente de coletor;
Ie = Corrente de emissor;
Rb = Resistor de base;
Rc = Resistor de coletor;
Re = Resistor
de emissor;
Vbe = tensão base/emissor.
Vce = Tensão coletor/emissor;
Vcb = Tensão coletor/base.
FET – Transistor de efeito de campo.
Os transistores de Efeito
de Campo, JFET e MOSFET's, tem como características básicas
e controle de uma corrente por um campo elétrico aplicado. A corrente flui
entre os terminais chamado Suplidouro - S, e Dreno - D, e o campo
devido a uma tensão aplicada entre um terminal de controle, a porta "Gate"
- G, e o suplidouro. Este compartimento é análogo a das válvulas
eletrônicas pentodo.
A vantagem prática dos
FET's que os torna cada vez mais comuns, principalmente os MOSFET's, sua alta
inpedância de entrada, não é necessária praticamente nenhuma corrente de
entrada na porta para o controle da corrente de dreno.
O JFET
O primeiro FET
desenvolvido foi o de junção, FET (Junction Field Efect Transistor). Há dois
tipos: Canal N e Canal P.
Sua estrutura consiste
numa barra de material semicondutor N (ou P), envolvida no centro com material
P (ou N), a região N (ou P) esta parte, estreita, é chamado canal, por influir
a corrente controlada.
Estrutura do JFET canal N
Obs.: No FET de canal P
invertem-se camadas semicondutores N e P
Símbolos:
Note que em torno de um
canal forma-se uma região de potencial na junção PN. Esta barreira restringe a
área de condução de canal ao outro.
a – FUNCIONAMENTO.
Na figura acima temos o
circuito de teste JFET com uma fonte variável Ves, que controla a corrente do
canal ID. Note que Ves, é na polarização reversa (- no gate P).
Inicialmente fazemos Ves =
0. O canal N está normalmente aberto, pois a barreira de potência é mínima, assim, circula uma corrente máxima
chamado IDSS, característica do JFET para Vds.
Agora vamos aumentar Ves,
fazendo que a largura da barreira de potencial aumente. Então a área de
condução diminui, que diminui a corrente de dreno. O campo elétrico entre a
porta e o supridouro repele elétrons ao canal, nas proximidades da junção e a
corrente fica confinada ao centro, diminuindo. Este é o efeito de campo, que dá
nome ao transistor.
Quando maior a tensão
reversa Ves, menor a corrente de dreno, com Vds fixa. Se aumentarmos
gradualmente, chegará num ponto em que a corrente se anulará. A tensão Vgs
nesse ponto é chamado Vgsoff ou Vgscorte, a tensão de estrangulamento do canal,
ou de corte.
b - CURVAS CARACTERÍSTICAS.
Há dois tipos:
·
Transcundância;
·
Dreno.
Curva de Transcundância
Esta curva, válida para
Vds > Vgs de corte, descreve o controle de corrente de dreno pela tensão
porta / apridouro. É a curva da região ativa do JFET.
Curva Característica de Dreno
É análoga à característica
de coletor do transistor bipolar, e semelhante à característica de placa e uma
válvula pentodo. Descreve o comportamento nas três regiões de operação, para
diversos valores de Vgs.
c - REGIÃO DE OPERAÇÃO - Na
região ativa, a corrente de dreno é controlada pela tensão Vgs, e quase não
varia com tensão Vds (compartimento de fonte de corrente controlada). Nesta o
JFET pode funcionar como multiplicador de fonte-de-corrente.
O JFET está nesta região
quando Vds > Vescorte nas curvas características é a parte horizontal da
curva para uma certa Vgs (toda a área fora de saturação, hachurada, e entre as
curvas Vgs1 e Vgs6)
A saturação ocorre
quando Vds < Vgscorte. Aqui a corrente ID depende tanto de Vgs como Vds
(comportamento de resistor controlado). Nas curvas características de dreno, é
a reta inclinada que une cada curva a origem do gráfico. Repare que as
inclinação, relacionada à resistência do canal, é diferente em cada uma das
curvas (valores de Vgs). Nesta região, o JFET atua como resistor controlado por
tensão, ou chave, conforme a aplicação.
Quando Vgs Vgscorte, o
JFET está na região de corte, e a corrente de dreno é nula. Usada na operação
como chave (alternando com a saturação - chave fechada).
d - APLICAÇÕES
1) Fonte de Corrente:
O valor de RS e a curva do
JFET determinam a corrente ID.
O circuito opera o JFET
fica na região ativa, ou seja, Vds> Vgscorte, isso impõe limite ao valor de
RL.
O circuito é usado em
polarização, sendo freqüência dentro dos amplificadores operacionais e outros
CI's analógicos.
2) Amplificadores:
Na operação como
amplificadores, usamos o conceito da Transcondutância, que define o ganho dos
FET's.
A Transcondutância, gm ou
é a relação entre a variação na corrente Id e a variação em Vgs que a
provoca.
Nos FET, a
Transcondutância é maior para tensão Vgs de polarização menor e corrente ID maior.
Assim, o ganho é
determinado pela polarização como nos bipolares e válvulas), e o tipo de FET.
Polarização: A corrente de
dreno de JFET segue a relação quadrática.
Os valores de IDSS e
Vgscorte variam conforme o tipo e o exemplar, dentro de limites amplos.
Uma polarização somente
pode ser feita através de ajuste de trimpot, ou através de uma fonte de
corrente com bipolar.
O tipo mais comum é a
autopolarização.
Obs.: Nos amplificadores
dreno comum Rd não é usado. Ele não altera a corrente de dreno.
A corrente circula em Rs,
surgindo uma queda de tensão nele. A porta está aterrada através de Rg, e então
a tensão em Rs aparece entre S e G, polarizando o JFET com uma tensão reversa,
que se opõe à corrente de dreno (Suplidouro), regulando-a através de
realimentação negativa. A corrente então fica dada pelas características do FET e o valor de Rs.
Também se usa polarização
por divisão de tensão, semelhante à usada com transistor bipolar, mas menos
exata (pouco melhor que a autopolarização).
Supridouro comum:
É a mais usada, pois oferece ganho de tensão.
O sinal de entrada é
aplicado entre a porta e o Suplidouro, e a saída colhida no dreno. A fase é
invertida.
A impedância de entrada é
muito grande, já que a junção porta-suplidouro está polarizada reversamente,
circulando apenas uma desprezível corrente de fuga. Na prática, a impedância é
dada pelo resistor RE de polarização. Já a de saída é um pouco menor que RD.
O ganho de tensão é dado
por:
Seu valor na prática fica
entre 3 e 30 vezes, em geral (bem menor que no bipolar).
É comum na entrada de
instrumentos de medição, e dentro de C.I. analógicos, pela alta impedância.
Obs: Cent. pode ser
omitido, em algumas aplicações. Nos amplificadores com acoplamento direto,
todos os capacitores são dispensados, mas o ganho diminui.
Mosfet (metal oxido silício).
É similar ao fet já visto
porem com o terminal do gate isolado dos outros dois por uma fina camada de
óxido de silício. Esta camada é sensível a estática. Os MOSFETs de potência são
usado como chaveadores de fontes de alimentação devido ao seu consumo reduzido
e alta impedância de entrada.
Veja a baixo: O código dos
MOSFETs pode começar com IRF, 2SK, BUZ, etc.
Teste do mosfet canal n, o
gate (G) não deve conduzir com o dreno (D) e source (S).
Aplicando disparo no gate
o mosfet aciona e o ponteiro movimenta nos dois sentidos .
Retirando disparo o mosfet
desliga e entre dreno e sourceo ponteiro so mexe em um sentido.
Circuitos integrados ou chips.
Ao mesmo tempo em que os
computadores transistorizados eram cada vez mais utilizados em todo o mundo, um
outro grande avanço tecnológico ocorria: a corrida espacial.
Norte Americanos e
Soviéticos lançavam seus foguetes rumo ao espaço. A miniaturização de componentes
eletrônicos era cada vez mais importante, no caso de um computador ser colocado
a bordo de um foguete.
Seria totalmente inviável
levantar vôo carregando um enorme computador construído a válvula. Sendo viável
apenas com computadores menores o que aconteceu com o advento dos computadores
transistorizados, e ficaria ainda melhor com os computadores que pudessem ser
menores.
Por conta disso a NASA
(Agencia Espacial Norte Americana) gastou bilhões de dólares com seu programa
espacial, contratou empresas fabricantes de transistores para que realizassem
uma miniaturização ainda maior.
Na ocasião, A TEXAS
Instruments, até hoje um a líder mundial em microeletrônica, foi uma das pioneiras
a criar os primeiros Circuitos Integrados, também chamados de CHIP’s.
Basicamente, um circuito
integrado é um pequeno componente eletrônico que possui em seu interior,
centenas e até milhares de transistores.
Enquanto um transistor é
equivalente a uma válvula e tem comparativamente um tamanho bem menor, um CHIP
dos mais simples tem um tamanho um pouco maior e possui internamente centenas
de transistores, vimos na figura abaixo cada um deles.
Os primeiros CHIPS dos
anos 60 tinham em seu interior, dezenas ou centenas de transistores. Já o processador
Pentium, um moderno CHIP dos anos 90, contém em seu interior, nada menos que
3.500.000 transistores!
Quanto às categorias dos
CHIPS podemos dividi-los em:
SSI – Short Scale of Integration, ou
integração em baixa escala. Esses Circuitos Integrados contém em seu interior
apenas algumas dezenas de transistores.
MSI - Medium Scale of Integration, Integração
em média escala. Circuitos integrados com integração em média escala, contém
algumas centenas de transistores.
LSI - Large Scale of Integration, ou
integração em alta escala. Contém em seu interior alguns milhares de
transistores.
VLSI - Very Large
Scale of Integration, ou Integração em altíssima escala eles contém em seu interior
algo em torno de dezenas de milhares de transistores.
Nos computadores modernos,
quase todos os Circuitos Integrados são do tipo LSI ou VLSI, os Circuitos
integrados SSI e MSI ainda são usados, porém em baixíssima escala apenas para
auxiliar os LSI e VLSI.
Todos esses componentes
que vimos são chamados de semicondutores, pelo seu modo de operação.
Entendemos por “circuito
discreto” aquele que é construído pela interligação de componentes discretos (transistores,
resistores, etc.), numa base de montagem qualquer, por exemplo, uma placa de
circuito impresso. Quando procuramos entender o funcionamento de um circuito
assim, devemos nos preocupar com cada componente, verificando a polarização dos
transistores, os acoplamentos entre estágios etc.
Este tipo de análise não
faz sentido quando se trata de circuitos integrados, principalmente no caso de
digitais.
A idéia é encarar um
circuito integrado como um componente e não como uns circuitos propriamente dito.
Assim da mesma forma que sabemos a propriedade de um resistor de ser um componente
que oferece dificuldade a passagem da corrente, obedecendo a lei de Ohm, devemos
encarar um CI, como um componente que tem uma certa relação entre a entrada e a
saída, relação essa que é dada por uma tabela-verdade característica desse tipo
de circuito lógico.
O advento dos circuitos
integrados, a partir de sua invenção em 1964, vem impondo uma verdadeira revolução
às indústrias e demais ramos da ciência. E não é pra menos!
A miniaturização dos
componentes eletrônicos com a associação de diodos, capacitores e resistores dentro
de uma única pastilha de silício nos levou a um mundo fascinante onde alguns
dos integrados chegam a ter hoje, até 450.000 transistores dentro de 4mm2 de
área de silício.
Na confecção de CI’s a utilização
do silício como matéria prima, se deu principalmente, além de suas
características técnicas, pelo fato de ser encontrado facilmente na crosta
terrestre.
Entretanto, por não se
apresentar puro na natureza, para que o silício chegue a condição de material de
grau eletrônico, é indispensável que no processo de fabricação de dispositivos
semicondutores, o silício seja rigorosamente purificado para atingir o elevado
grau de 99,9999999999% de pureza.
A partir daí, são
produzidos “Wafers” (biscoitos de várias camadas) e nestes, através de
suscetíveis dopagens, são inseridas impurezas pré-determinadas e quantificadas,
que serão as responsáveis por centenas
de “chips” (pastilhas) de
circuitos integrados nele fabricados.
Para a liberação dos chips
das wafers, utiliza-se um estilete de diamante que produz cortes nesses biscoitos.
A partir de então, os chips são fixados sobre uma base de terminais para que
sejam feitas as conexões elétricas entre os pontos de contato do chip e os
terminais do invólucro, fim do qual são encapsulados e testados por um controle
de qualidade.
Veremos agora um pouco da lógica digital representado por
portas lógicas, precisaremos entender um pouco sobre o assunto para entender a
representação esquemática dos circuitos eletrônicos, de impressoras, porém não
é primordial em uma manutenção, é bom que saiba à nível
informativo e como
referência futura.
Todo Data Book a respeito
destes componentes o aluno encontrará na Internet e você pode imprimir para
referência futura.
Famílias lógicas dos integrados.
RTL, (Resistor /
Transistor Logic = Lógica Resistor / transistor). Como o seu próprio nome diz,
é uma
família lógica que se
utiliza exclusivamente de resistores e transistores.
DTL, (Diode /
Transistor Logic – Lógica Diodo / Transistor). Essas portas lógicas são feitas
através da
implementação de
transistores, diodos e resistores.
TTL, (Transistor /
Transistor Logic - Lógica transistor / Transistor ) Esta família é
subdividida em 4 sub-famílias, assim distribuídas:
A ) TTL Standard (medium – Speed TTL )
B ) TTL de alta
velocidade (High - Speed TTL )
C ) TTL Schottky (Schottky TTL )
D ) TTL Schottky de baixa potência(Lower
power Schottky)
ECL, (Emmiter
– Coupled – Lógica de Emissor Acoplado) Essa família utiliza transistores
bipolares não saturados, ou seja, funcionam na sua região linear.
MOS, (Metal
oxide Semiconductor logic – Lógica Metal – Óxido Semicondutor).
O transistor utilizado na
fabricação das famílias lógico vista anteriormente, foram do tipo bipolar.
Portanto, essas famílias
fazem parte da tecnologia bipolar. A família MOS é totalmente à parte das
vistas
anteriormente, pois é
constituída de transistores “MOSFET”. (Transistores que tem um
funcionamento diferente, pois empregam um material semicondutor que trabalha
com baixíssima corrente de funcionamento, e podem queimar com o simples toque
das mãos).
Normalmente com a
tecnologia MOS,temos as memórias RAM estática dos computadores (MOS SETUP,
CACHE, etc. ).
Procedimentos de testes.
O processo de verificação
dos circuitos integrados é um pouco complicado pois envolve um certo conhecimento
de suas portas lógicas, cremos que o aprofundamento em todas as tecnologia
existentes de circuito integrados iria gerar uma demanda de muito tempo em
nossos estudos, portanto nos limitaremos a conhecer alguns Circuito Integrados
mais comuns, bem como seus equivalentes diretos, etc.
Os Circuitos Integrados
mais comuns encontrados nos equipamentos que iremos estudar são:
Família TTL
Família MOS
Os Amplificadores Operacionais
Os Reguladores de tensão
Veremos mais adiante cada
uma dessas famílias.
Circuito
integrado família TTL.
Vale ressaltar que nosso treinamento
da eletrônica está voltado a parte em que envolve o hardware dos computadores,
monitores e impressoras, a etapa de
todos esses equipamentos mais suscetível a problemas, passível em sofrer
manutenção é a fonte de alimentação desses equipamentos.
Portanto iremos nos
aprofundar o máximo em equipamentos que envolvam componentes analógicos. Entre esses
estágios a fonte de alimentação que mais utiliza esses componentes.
Os circuito integrados da
família TTL são os mais comuns em computadores e periféricos portanto iremos
ver um pouco mais profundamente alguns deles para conhecermos melhor, eles são
ideais em circuitos lógicos de computadores, e periféricos por utilizarem uma
tensão de alimentação baixa e por trabalharem com portas lógicas necessárias ao
funcionamento da lógica digital.
Circuitos integrados mais utilizados.
Já foi dito anteriormente,
as várias famílias de circuitos
integrados digitais. Dentre estas famílias duas são as mais conhecidas aqui no
Brasil: a TTL e a CMOS. Veremos abaixo alguns desses componentes.
Muitas são as indústrias
que fabricam circuitos integrados de tecnologia TTL; Texas Instruments,
Motorola, Fairchild, Signetics, RCA, etc..., São algumas delas.
Família TTL.
Os códigos usados pêlos
fabricantes, são padronizados. É importante que o aluno se familiarize com alguns
desses componentes, pois são bem comuns em impressoras e monitores. Aqui no
Brasil esses integrados são conhecidos da seguinte maneira:
Z = J, N – Plástico, dual
In line
Z = W,T – cerâmico.
74XX
– TTL Standard (Standard )
74HXX
– High Speed ( Alta
Velocidade )
74SXX
– Schottky
74LSXX
– Lower Power Schottky ( CI
de baixa potência )
Esses componentes ainda
continuam sendo bastante utilizados, no entanto o mais comum é que hoje em dia
eles são encontrados em SMD, (Surface Monted Devices, dispositivos soldados ou
montados em superfície), ou seja, aqueles pequenos componentes que são soldados
diretamente em uma das superfícies de uma placa de dupla face, são componentes
miniaturizados que encontramos em diversos equipamentos digitais principalmente
computadores, etc.
Veja abaixo alguns circuitos integrados da família
TTL.
Código Operação
7400
74S00
74LS00
4 portas NAND de duas entradas
7401
74LS014
portas NAND de duas entradas com saídas
em open collector.
7402
74LS02
4 portas NOR de duas entradas
7403
74LS03
4 portas NAND de duas entradas com saída
em open collector
7404
74S04 6 Inversores
7405
74LS05
6 inversores com saídas em open-collector
7406 6
inversores buffers / drivers com saída em
open collector
7407
6 buffers com saída de alta tensão
A família TTL estende-se
ate o 74LS193, caso o aluno tenha maior interesse em conhecer toda essa família
de integrados, será de certa forma interessante a nível informativo, pois como
já falamos antes encontramos muitos desses integrados em impressoras matriciais
nacionais como as Rima e Elebra.
Refira-se a um Data Book,
sobre circuitos integrados e imprima todas as referências sobre esses
componentes.
Família CMOS.
Alguns Circuitos
Integrados da família CMOS. Em particular a série 4000 que é a mais conhecida e
utilizada aqui no Brasil. Todos os circuitos integrados dessa linha já possuem
uma proteção interna contra descarga estática.
Veja abaixo alguns circuitos integrados da família
CMOS.
4000 2 portas NOR de três
entradas e mais uma porta inversora
4001 4 portas NOR de duas
entradas
4002 2 portas NOR de
quatro entradas
4009 6 buffers inversores
4011 4 portas NAND de 2
entradas
4012 2 portas NAND de 4
entradas
4013 Duplo FLIP-FLOP
Importante
As portas NOR possuem
buffer de saída e, portanto, cada saída pode ser ligada a um TTL 74LS, observando
uma alimentação de 5V. Os circuitos integrados dessa família estendem-se até o
4528B, sendo que cada um tem sua função específica, como falamos antes é
importante para o técnico conhecer a nível informativo cada um desses
componentes.
Fontes de alimentação.
Vamos falar um pouco sobre
fontes de alimentação, este circuito esta presente em praticamente todo
equipamento eletrônico sendo assim o de maior incidência de defeitos.
Falaremos das fontes mais
antigas, aquelas que usavam transformador de entrada da rede.
As fontes convencionais
utilizam transformadores em sua etapa de entrada e tem este ligado diretamente
a rede elétrica.
Existem dois enrolamentos
no primário do transformador, sendo um para ser ligado a rede de 220 V e outro
para ser ligado a rede de 110V AC, e uma chave de duas posições é usada para
selecionar uma das duas.
As modernas fontes de
alimentação utilizadas em computadores, impressoras, monitores, etc. funcionam
de uma forma um pouco diferentes.
Fontes chaveadas.
As fontes chaveadas
possuem em sua entrada uma ponte retificadora de diodos, e logo a seguir um ou
dois capacitores filtro, ao contrário das fontes convencionais que tem esta
etapa depois do transformador de entrada, isso se dá por que nesta configuração
existe
uma perda muito grande de
potência quando da redução da tensão no secundário do transformador, caso
usássemos um transformador para fazer alimentação de um equipamento,por
exemplo, que exige uma potência de até 200 Watts e necessita de várias tensões
na saída, teríamos que usar um transformador monstruoso.
A Retificação em fontes chaveadas.
Em uma fonte que utiliza
retificação com dobrador teremos sempre a presença de dois capacitores
eletrolíticos no primário da fonte e temos também a presença de uma chave seletora
de tensão (110V-220V). Quando esta fonte for ligada em 220V, deve-se mudar esta
chave para a posição 220V.
Esta posição da chave corresponderá ao lado vago da chave.
Com isso o dobrador é
desligado. Teremos então cerca de 300V DC na saída da ponte retificadora de
diodos.
Quando a fonte for ligada
em 110V, deve-se mudar a chave para a posição que unirá os dois fios, ou seja,
unindo o circuito dobrador, teremos também com isso 300V na saída.
Podemos concluir então que
uma fonte que utiliza um dobrador de tensão deverá ter sempre cerca de 300V na
ponte retificadora de diodos. Sendo assim, esta fonte não comutará
automaticamente a tensão de entrada, neste caso se a fonte com a chave seletora
voltada para a posição 110V for conectada a uma rede de 220V fará explodir os
dois capacitores, ou seja, irá danificar-se.
Temos
na figura abaixo uma fonte com circuito de retificação com dobrador.
Esse tipo de circuito é
utilizado em computadores, impressoras e nos monitores mais antigos. Os
equipamentos mais modernos não utilizam, mas circuitos dobradores.
Retificação sem dobrador
Como falamos nos
equipamentos modernos encontramos a etapa retificadora sem dobradores.
É utilizado apenas um
capacitor eletrolítico, com uma tensão de trabalho em torno de 400V.
Nas fontes chaveadas sem
dobrador uma tensão AC é retirada diretamente da rede elétrica e aplicada em
uma ponte retificadora de diodos. Nos terminais K (catodo),
é ligado um capacitor
eletrolítico que filtra a tensão de entrada da fonte.
Se efetuarmos uma medição
com o Multímetro nos terminais deste capacitor com
esta fonte ligada teremos
uma tensão entre 150V e 170V se esta estiver sendo ligada a uma rede de
110V ou 300V a
340V se ligada a 220V. Neste tipo de
fonte não existe a necessidade de comutar entre 110V-220V, pois ela foi
projetada para trabalhar com tensões que variam de 150V a 340V.
Observando uma fonte
moderna podemos notar que estas empregadas principalmente em monitores modernos
utilizam apenas um capacitor na etapa retificadora.
O funcionamento de uma fonte chaveada
As fontes de alimentação
chaveadas (utilizadas em computadores, impressoras, monitores e equipamentos
eletrônicos mais modernos), têm duas etapas bem definidas, totalmente isoladas
entre si, ou seja, não existe ligação elétrica do primário do transformador com
o secundário.
As tensões são geradas nos
enrolamentos secundários do transformador através de indução. Sabemos que uma
tensão contínua não pode ser transformada somente através de
um transformador, ou seja,
se aplicarmos uma tensão contínua de uma pilha, por exemplo, no enrolamento
primário de um transformador e medirmos do outro lado, podemos verificar que
não existe nenhuma tensão.
Você poderia perguntar,
porque que em uma fonte comum a rede elétrica é ligada a um transformador e
este gera tensões no secundário? A resposta é que a tensão da rede
elétrica é alternada ACV,
ou seja, ela tem uma freqüência de 60 HZ, isso funciona como um liga-desliga constante.
Já no caso de uma tensão
de entrada em corrente contínua DCV ocorre o que descrevemos acima, acontece
uma pequena descarga no secundário do transformador e para.
Para que o secundário
passe a ter alguma tensão é necessário que haja o chaveamento
de um dos pólos da fonte que está sendo ligada nos enrolamentos primários,
ou seja, ligar e desligar
o pólo positivo, por exemplo. Com isso aparecerá uma tensão no secundário do
transformador.
Esse é o princípio básico
de uma fonte chaveada encontrada nos equipamentos modernos.
A diferença desse sistema
do que foi visto anteriormente é que quem faz o chaveamento, ou seja, o
ligamento e desligamento da tensão de entrada do transformador é
um transistor.
Esse transistor irá
trabalhar como uma chave com a diferença que irá fechar e abrir bem mais
rapidamente.
Esse processo é chamado de
corte e saturação. No instante em que ele está conduzindo, dizemos que ele está
na saturação, e quando o componente não está conduzindo dizemos que ele está no
corte.
Diagrama em blocos de uma
fonte chaveada.
Como funciona o processo de corte e saturação?
O controle de corte e
saturação é feito na base do transistor, neste terminal é que está ligado o
circuito de controle que em muitas fontes é composto por transistores, mais nas
fontes modernas é utilizado um integrado PWM
especialmente projetado para essa função temos como exemplo o 3882 e 3842.
A Partida da Fonte.
A partida da fonte
geralmente é feita por resistores de alto valor que retiram uma tensão da fonte
principal originária da ponte retificadora e abaixam essa tensão para aplicala no
integrado ou diretamente na base do transistor de chaveamento.
Na figura abaixo
temos uma fonte que usa em seu esquema elétrico um transistor MOS FET como
chaveador e um
circuito integrado 3842
para fazer seu chaveamento.
No caso de uma dessas
fontes estar ligada a uma rede elétrica de 110V, gerando uma fonte DC
retificada de 150V sobre o capacitor eletrolítico da ponte. A partida ocorre da
seguinte forma:
A principio o FET é uma
chave aberta, que não conduz. Temos então uma tensão de 150V entrando pelo pino
1 do transformador e saindo pelo pino 2, indo até o
terminal gate do
transistor.
Como o Transistor não está
conduzindo, não existe corrente no enrolamento primário do transformador e
conseqüentemente também não existe tensão nos enrolamentos em seu secundário.
Entretanto uma tensão é
aplicada ao pino sete do integrado 3842 através de R1, que normalmente é um
resistor de 330K. Quando o pino sete do integrado é alimentado uma onda
quadrada aparece no pino 6 do mesmo e passa a excitar o gate do transistor,
fazendo o mesmo abrir e fechar rapidamente em alta freqüência.
Com isso surge uma tensão
no enrolamento correspondente aos pinos 3 e 4 do transformador.
Esta tensão é retificada
por D5 e aplicada ao pino &, reforçando assim a tensão nesse pino. Com isso
irão surgir várias tensões nos enrolamentos secundários que
servirão para alimentar os
diversos circuitos do monitor.
Como o transformador isola
o primário do secundário, devemos ter cuidado ao medir as tensões.
Principalmente no
secundário, deveremos colocar a ponta preta do Multímetro no ponto de
aterramento secundário, pois os pontos de terra primário e secundário são diferentes,
uma boa maneira de identificar um ponto de terra tanto no primário quanto no secundário
é utilizar algum ponto negativo de um capacitor eletrolítico ou em partes metálicas
das blindagens em geral do equipamento.
Ao medir tensões no
primário da fonte deveremos colocar a ponta de prova preta do Multímetro em um
ponto de terra do primário. Os pontos de terra do primário podem ser o negativo
do capacitor principal da fonte ou ainda o ponto de coincidência dos dois
anodos dos diodos da ponte retificadora. Se você usar o terra errado ao medir
tensões no primário ou no secundário, haverá erro na medição.
Aqui vai algumas dicas
para seu laboratório.
Estação de solda e de
retrabalho em smd
Osciloscópio
Multímetro digital Capacimetro
Bancada
de trabalho limpa e iluminada
Multímetro analógico
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