eletronica basica apostila

eletronica basica apostila

(Parte 1 de 12)

ELETRÔNICA BÁSICA Versão 1.0

Wagner da Silva Zanco http://www.wagnerzanco.com.br suporte@wagnerzanco.com.br

Objetivo

O objetivo desta apostila é servir como parte do material didático utilizado no estudo de Eletrônica Básica, curso que pode ser ministrado de forma presencial ou semipresencial. Embora o material tenha sido desenvolvido inicialmente para a disciplina de Eletrônica Básica do curso de Eletrônica em nível técnico, não há impedimento para a sua utilização em disciplinas pertencentes a cursos técnicos de áreas afins, ou até mesmo em outros segmentos da educação profissional cujo conteúdo programático seja compatível.

Os assuntos são abordados em uma seqüência lógica respeitando a visão consagrada por muitos professores no que diz respeito a progressiva complexidade na abordagem do tema, com exemplos e exercícios propostos que ajudarão o aluno na retenção do item estudado e no desenvolvimento do raciocínio exigido para a aprendizagem da Eletrônica.

CAPÍTULO 1: DIODO1
1.1 POLARIZAÇÃO DIRETA1
1.2 POLARIZAÇÃO REVERSA (INVERSA)1
CAPÍTULO 2: CURVA CARACTERÍSTICA DO DIODO3
2.1 POLARIZAÇÃO DIRETA3
2.2 POLARIZAÇÃO REVERSA3
2.3 TENSÃO DE CONDUÇÃO DO DIODO4
2.4 RESISTÊNCIA INTERNA DO DIODO(RI)4
CAPÍTULO 3: ESTURUTURA INTERNA DO DIODO5
3.1 O ELÉTRON5
3.2 ÁTOMO5
3.3 CARGA ELÉTRICA5
3.4 ELÉTRONS LIVRES5
3.5 SEMICONDUTORES5
3.6 LIGAÇÃO COVALENTE5
3.7 ELÉTRON LIVRE NO SEMICONDUTOR6
3.8 CRISTAL PURO6
3.9 CORRENTE DE ELÉTRONS LIVRES E DE LACUNAS6
3.10 JUNÇÃO PN7
3.1 CAMADA DE DEPLEÇÃO E BARREIRA DE POTENCIAL7
3.12 DIODO DE JUNÇÃO7
3.13 POLARIZAÇÃO DIRETA7
3.14 POLARIZAÇÃO REVERSA8
3.15 CORRENTE REVERSA8
3.16 TENSÃO DE RUPTURA8
CAPÍTULO 4: TRANSFORMADOR9
4.1 SÍMBOLO DO TRANSFORMADOR9
CAPÍTULO 5: FONTES DE TENSÃO1
5.1 FONTE DE TENSÃO CONTÍNUA1
5.2 FONTE DE TENSÃO ALTERNADA1
5.3 CICLO1
5.4 PERÍODO (T)1
5.5 FREQUÊNCIA ( ƒ )1
5.6 VALORES DA TENSÃO ALTERNADA SENOIDAL1
CAPÍTULO 6: FONTE DE ALIMENTAÇÃO (Conversor CA-C)13
6.1 TRANSFORMADOR13
6.2 RETIFICADOR13
6.3 RETIFICADOR DE MEIA ONDA13
6.4 TENSÃO MÉDIA (Vcc)14
6.5 CORRENTE NO RESISTOR DE CARGA14
6.6 CORRENTE MÉDIA (Icc)14
6.7 TENSÃO DE PICO INVERSA (Vpi)15
CAPÍTULO 7: RETIFICADOR DE ONDA COMPLETA17
7.1 TRANSFORMADOR COM DERIVAÇÃO CENTRAL17
7.2 RETIFICADOR DE ONDA COMPLETA17
7.3 SEMICICLO POSITIVO18
7.4 SEMICICLO NEGATIVO18
7.5 FREQUÊNCIA NA CARGA18
7.6 CORRENTE NO RESISTOR DE CARGA18
7.7 TENSÃO MÉDIA NA CARGA18
7.8 CORRENTE MÉDIA19

Índice Analítico 7.9 TENSÃO DE PICO INVERSA 20

8.1 SEMICICLO POSITIVO21
8.2 SEMICICLO NEGATIVO21
8.3 FREQUÊNCIA NA CARGA21
8.4 CORRENTE NO RESISTOR DE CARGA21
8.5 TENSÃO MÉDIA NA CARGA21
8.6 CORRENTE MÉDIA2
8.7 TENSÃO DE PICO INVERSA2
8.8 RETIFICADORES EM PONTE ENCAPSULADOS2
CAPÍTULO 9: FILTRO CAPACITIVO24
9.1 CAPACITOR24
9.2 SÍMBOLOS24
9.3 TIPOS DE CAPACITORES24
9.4 CARGA E DESCARGA24
9.5 RIGIDEZ DIELÉTRICA25
9.6 ASSOCIAÇÃO DE FONTES DE TENSÃO EM SÉRIE25
9.7 RETIFICADOR DE MEIA ONDA COM FILTRO CAPACITIVO25
9.8 CARGA E DESCARGA DO CAPACITOR25
9.9 TENSÃO MÉDIA NA CARGA (Vcc)27
9.10 CORRENTE MÉDIA27
9.1 TENSÃO DE PICO INVERSA27
CAPÍTULO 10: ESTABILIZAÇÃO DA TENSÃO29
10.1 ESPECIFICAÇÃO MÁXIMA DE POTÊNCIA29
10.2 FONTE ESTABILIZADA A ZENER30
10.3 FONTE ESTABILIZADA COM CI REGULADOR30
10.4 TENSÃO REGULADA COM SAÍDA NEGATIVA3
10.5 FONTE DE TENSÃO COM SAÍDA SIMÉTRICA3
10.6 DISSIPADOR DE CALOR3
10.7 CI REGULADOR COM TENSÃO AJUSTÁVEL3
10.8 FUSÍVEL3
10.9 DIODO EMISSOR DE LUZ (LED)34
10.10 TENSÃO E CORRENTE NO LED34

CAPÍTULO 8: RETIFICADOR DE ONDA COMPLETA EM PONTE 21 BIBLIOGRAFIA 35

Wagner da Silva Zanco Capítulo 1: Diodo 1

Dispositivo eletrônico fabricado a partir de materiais semicondutores como Silício e Germânio. O diodo é um dispositivo de grande importância dentro da eletrônica, e sua principal característica é a de conduzir a corrente elétrica em um só sentido.

Quando aplicamos uma tensão no diodo, dizemos que estamos polarizando o mesmo. Existem dois tipos de polarização:

1.1 POLARIZAÇÃO DIRETA

Um diodo está polarizado diretamente quando o terminal positivo da fonte está mais próximo do anodo e o terminal negativo mais próximo do catodo. Quando o diodo está polarizado diretamente ele se comporta como se fosse uma chave fechada(diodo ideal), permitindo a circulação da corrente, como mostra a figura a seguir.

Como o diodo se comporta como uma chave fechada, é necessária a presença de um resistor em série com ele para limitar a corrente, caso contrário à fonte entra em curto.

Sendo o circuito série, VT = V + V Como o diodo se comporta como um curto,

V = ∅V Então, VT = V

Isto significa que toda a tensão da fonte aparece no resistor em série com o diodo.

1.2 POLARIZAÇÃO REVERSA (INVERSA)

Um diodo está polarizado reversamente quando o terminal positivo da fonte estiver mais perto do catodo e terminal negativo do anodo. Desta forma, o diodo se comporta como uma chave aberta bloqueando a passagem da corrente elétrica, como mostra a figura a seguir.

Como o diodo se comporta como uma chave aberta, não tem corrente circulando no circuito. Sendo assim:

Se, V = R.I e,

I = ∅A Então,

V = ∅v Com isso,

Isto significa que toda a tensão da fonte aparece nos terminais do diodo. Não esqueça disso, pois esta idéia será vista bastante mais frente. A figura a seguir ilustra a idéia.

EXEMPLOS A) Dado o circuito abaixo, calcule a intensidade de corrente elétrica?

A primeira coisa a observar é se o diodo está polarizado diretamente ou inversamente. Como neste exemplo o terminal da fonte está mais próximo do anodo, o diodo está polarizado diretamente, podendo ser substituído por uma chave fechada. Como a tensão em cima do diodo é

∅V, toda a tensão da fonte aparece em cima do resistor.

ELETRÔNICA Capítulo 1

Capítulo 1: Diodo Wagner da Silva Zanco 2

B) Dado o circuito abaixo, calcule:

Estando o terminal positivo da fonte mais próximo do catodo, o diodo encontra-se polarizado reversamente, podendo ser substituído por uma chave aberta. Não haverá corrente circulando no circuito(I = ∅A), o que significa que a tensão em R também é ∅V. Com isso, toda a tensão da fonte aparece em cima do diodo V = 12V.

EXERCÍCIOS 1) Dado o circuito abaixo, calcule?

2) Dado o circuito abaixo, calcule?

3) Dado o circuito abaixo, calcule?

4) Quais lâmpadas estão acesas e quais estão apagadas? a) b) a) tensão em cada diodo? b) tensão em cada resistor? c) corrente em cada braço? a) tensão em cada diodo? b) tensão em cada resistor? c) corrente em cada braço? a) tensão em cada diodo? b) tensão em cada resistor? c) corrente em cada braço?

Wagner da Silva Zanco Capítulo 2: Curva Característica do Diodo 3

Na análise inicial nós consideramos o diodo polarizado diretamente como uma chave fechada(diodo ideal). Na prática, o diodo só começa a conduzir quando a tensão em seus terminais ultrapassa a tensão de condução(limiar), que é 0,7V para diodos de Silício e 0,3V para diodos de Germânio. Como hoje praticamente todos os diodos fabricados são de Silício, daremos ênfase a eles a menos que seja dito o contrário. A seguir vemos o gráfico da tensão versus corrente do diodo de Silício.

2.1 POLARIZAÇÃO DIRETA

diodo aumenta quando a corrente direta aumentaUm fabricante do diodo

Quando o diodo é polarizado diretamente, podemos observar que a corrente permanece em zero até que a tensão nos terminais do diodo ultrapasse a tensão de limiar (0,7V). Isto significa que, mesmo estando polarizado diretamente, o diodo só conduz quando a tensão em seus terminais atinge o valor de limiar. A corrente no diodo aumenta bruscamente após a tensão em seus terminais ter ultrapassado o valor de limiar. O mesmo, porém, não acontece com a tensão nos terminais do diodo, que aumenta modestamente para grandes aumentos na corrente direta. Para efeito de cálculo nós consideramos que em condução o diodo tem em seus terminais uma tensão de 0,7V, mas lembre-se que na prática a tensão no 1N5408 informa em seu datasheet que o mesmo pode ter uma tensão de 1.2V quando a corrente direta no diodo for de 3A.

Para que a corrente no diodo não ultrapasse o valor nominal, é necessário que seja ligado um resistor em série com o diodo quando ele estiver polarizado diretamente, cuja finalidade é limitar a corrente no componente para que ele não seja destruído por excesso de dissipação de calor. O resistor em série com o diodo polarizado diretamente é necessário porque, em condução, o diodo praticamente não oferece oposição a passagem da corrente elétrica, ou seja, sua resistência interna é muito baixa. Por este motivo que normalmente nós consideramos o diodo como um curto quando ele está polarizado diretamente.

Vemos a seguir um circuito com um diodo polarizado diretamente por meio de uma fonte variável. Para tensões da fonte entre 0V e 0,7V, o diodo continua se comportando como uma chave aberta, mesmo estando polarizado diretamente. Vimos no gráfico do diodo que para esta faixa de tensão no diodo, a corrente é zero. Quando a tensão da fonte ultrapassa 0,7V, o diodo começa a conduzir, permitindo a passagem dos elétrons. Vemos no gráfico do diodo também que quando a tensão no diodo atinge 0,7V a corrente tem um aumento brusco. O resistor em série com o diodo tem a função de não permitir que esta corrente aumente a ponto de danificar o diodo. O diodo 1N4001, por exemplo, suporta uma corrente máxima de 1A estando polarizado diretamente. Uma vez em condução, grandes aumentos na corrente provoca pequena variação na tensão no diodo. Para efeito de cálculo esta pequena variação de tensão no diodo não é considerada. Quando se leva em consideração a tensão de condução do diodo, dizemos que ele está se comportando como um diodo real.

Depois que o diodo começou a conduzir a tensão em seus terminais se mantém em 0,7V, sendo que todo o excedente de tensão da fonte aparecerá no resistor. Por exemplo:

2.2 POLARIZAÇÃO REVERSA

Quando o diodo é polarizado reversamente ele se comporta como uma chave aberta até que a tensão em seus terminais ultrapasse o valor de ruptura, quando então o diodo conduz intensamente e se destrói por excesso de dissipação de calor. O diodo 1N4001, por exemplo, possui uma tensão de ruptura de 50V. Se você for usar este diodo polarizado reversamente em um circuito certifique-se de que a tensão em seus terminais nunca irá ultrapassar 50V.

Vemos a seguir um diodo polarizado reversamente em série com um resistor. Como o diodo se comporta como uma chave aberta não tem corrente circulando no circuito e, conseqüentemente, não tem tensão no resistor R. Isso significa que toda a tensão da fonte aparece nos terminais do diodo. Desde que esta tensão reversa no diodo não ultrapasse o valor de ruptura o diodo irá se comportar como uma chave aberta.

Como,

I = 0 e VR = 0

Então, VT = VD

Na verdade, o diodo não se comportará exatamente como uma chave aberta estando polarizado reversamente, pois uma pequena corrente reversa circulará por ele mesmo estando reversamente polarizado. Como será visto mais adiante, esta corrente reversa possui duas componentes que são: corrente de fuga superficial e corrente dos portadores minoritários. Estas componentes da corrente reversa serão devidamente explicadas quando formos estudar a estrutura atômica do diodo. Por ora, saiba que a corrente de fuga superficial depende da tensão reversa nos terminais do diodo e que a corrente dos portadores minoritários depende da temperatura.

ELETRÔNICA Capítulo 2

Capítulo 2: Curva Característica do Diodo Wagner da Silva Zanco 4

(Parte 1 de 12)

Comentários