ELETRICIDADE E ELETRÔNICA EMBARCADA

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1 MINISTÉRIO DA EDUCAÇÃO SECRETARIA DE ECUCAÇÃO PROFISSIONAL E TECNOLÓGICA INSTITUTO FEDERAL DE SANTA CATARINA CAMPUS FLORIANÓPOLIS ELETRICIDADE E ELETRÔNICA EMBARCADA Blog: PROF.: VINÍCIUS RODRIGUES BORBA E EDUADO B. FONTANELLA

2 Dispositivos Semicondutores Materiais semicondutores são aqueles que apresentam características de isolante ou condutor, dependendo da forma como se apresenta sua estrutura química. Exemplo típico é o Silício (o Silício não é utilizado no seu estado puro).

3 Dispositivos Semicondutores Dopagem É o processo químico que tem a finalidade de inserir átomos estranhos (impurezas) na estrutura cristalina de uma substância pura. Exemplo silício e o germânio. No silício é inserido impurezas de forma controlada para lhe conferir características elétricas. A forma como o cristal conduzirá a corrente elétrica e a sua condutibilidade dependem do tipo de impureza. No silício são realizados as seguintes dopagem: Silício Tipo N (Negativa) Silício Tipo P (Positiva)

4 Dispositivos Semicondutores Cristal N Introduz na estrutura cristalina uma quantidade de Fósforo (P), formando uma nova estrutura cristalina denominada de Cristal N.

5 Dispositivos Semicondutores Cristal N O cristal N conduz a corrente elétrica independentemente da polaridade da bateria.

6 Dispositivos Semicondutores Cristal P Introduz na estrutura cristalina uma quantidade de Índio (In), formando uma nova estrutura cristalina denominada de Cristal P.

7 Cristal P Dispositivos Semicondutores A condução da corrente elétrica acontece pela movimentação das lacunas.

8 Dispositivos Semicondutores Junção PN O diodo se constitui da junção de cristais de silício tipo N e tipo P.

9 Dispositivos Semicondutores Junção PN Região de Depleção ou zona neutra. A região de depleção é uma região na qual não existem portadores de carga, pois as cargas estão neutralizadas.

10 Diodo Semicondutor É um componente que se comporta como condutor ou isolante elétrico, dependendo da forma como a tensão é aplicada aos seus terminais. Os diodos são componentes eletrônicos que deixam passar a corrente elétrica num só sentido, funcionando como uma chave de acionamento automático.

11 Polarização do Diodo Polarização direta Diodo Semicondutor

12 Polarização inversa Diodo Semicondutor

13 Diodo Semicondutor Tipos de Diodos Semicondutores Diodo emissor de luz (LED) Diodo retificador Diodo regulador ( zener ) Fotodiodo

14 Diodo LED É um diodo semicondutor que emite luz quando é polarizado diretamente. LED (Light emitting diode) Diodo emissor de luz. O LED é fabricado com uma combinação de arsênio (AS), gálio (Ga) e Fósforo (P), formando o arsenato de gálio e o Fósforo.

15 Diodo LED

16 Diodo LED O diodo emissor de luz (LED) apresentam as seguintes vantagens: Pequena tensão de alimentação (2V); Baixo consumo (5 a 20mA); Tamanho reduzido; Nenhum aquecimento; Alta resistência a vibrações; Grande durabilidade.

17 Diodo LED Os LEDs funcionam com baixas tensões (1,6 a 3,3V). Deve-se tomar cuidado com a corrente e tensão que passa pelo LED, pois elas tem que ser limitada.

18 Diodo LED Exemplo: Vamos dimensionar o resistor limitador de corrente para "acender" um LED com uma fonte de 12V. Supor que a corrente de funcionamento do LED seja de 20 ma e que a tensão seja de 2 V são escolhas adequadas para a maioria dos LEDs comerciais. Qual o valor do Resistor? - 12 V + U = 2 V I = 20mA

19 Diodo LED U R = U - U L U R = 12-2 U R = 10 V U = 12 V - 12 V + U L = 2 V I = 20mA

20 Diodo LED Ao fechar o interruptor de pressão do A/C, entra em funcionamento o ventilador do radiador e o LED é utilizado para sinalizar essa condição. Interruptor de pressão do A/C P Ventilador Qual o valor do Resistor? - 12 V + U = 1,6V I = 10mA

21 Diodo LED Interruptor de pressão do A/C P Ventilador Qual o valor do Resistor? - 12 V + U = 1,6V I = 10mA Escolhendo um valor comercial de resistor, resulta R=1000Ω = 1kΩ

22 Diodo Retificador Retificação é o processo pelo qual, uma onda alternada é transformada em uma onda com tensões de polaridade única.

23 Retificador de Meia-Onda Diodo Retificador

24 Retificador de Meia-Onda Diodo Retificador

25 Retificador de Onda Completa Diodo Retificador

26 Ponte Retificadora Diodo Retificador

27 Retificador de Onda Completa Diodo Retificador

28 Retificador de Onda Completa Diodo Retificador Retificadores de onda completa.

29 Retificação do Alternador Diodo Retificador

30 Retificação do Alternador Diodo Retificador Diodo retificador de potência utilizado no alternador automotivo.

31 Retificação do Alternador Diodo Retificador

32 Retificação do Alternador Diodo Retificador

33 Diodo Zener Diodos Zener, também conhecido como diodo regulador de tensão, diodo de tensão constante, diodo de ruptura ou diodo de condução reversa

34 Diodo Zener Diodo zener é um diodo construído especialmente para trabalhar na tensão de ruptura. Polarizado Diretamente Seu comportamento igual a de um diodo comum Polarizado Reversamente Diferentemente do diodo convencional, ele suporta tensões reversas próximas a tensão de ruptura. O diodos zener quando polarizado reversamente, pode ser usado como regulador de tensão.

35 Diodo Zener O diodo zener quando polarizado reversamente permite manter uma tensão constante aos seus terminais (V s ) sendo por isso muito utilizado na estabilização/regulação da tensão nos circuitos.

36 Diodo Fotodiodo É um diodo que permite a passagem de elétrons quanto submetido a luz. Serve de detector de luminosidade, quando na polaridade reversa

37 Diodo SCR (Tiristor) Diodo SCR (Silicon Controlled Rectifier - Retificador Controlado de Silício) ou tiristor. Comporta-se como um diodo normal, porém é necessário uma corrente de ativação para liberar a passagem da corrente. Uma vez liberada a passagem, ficará aberta indefinidamente, até que a corrente seja reduzida.

38 Diodo TRIAC TRIAC (Triode for Alternating Current) é um componente eletrônico equivalente a dois retificadores controlados de silício (SCR/tiristores) ligados em antiparalelo e com o terminal de disparo (ou gatilho - gate) ligados juntos. Este tipo de ligação resulta em uma chave eletrônica bidirecional que pode conduzir a corrente elétrica nos dois sentidos, durante o acionamento. Utilizado para acionamento de potências maiores.

39 Diodo TRIAC

40 Transistor É um componente que apresenta resistência (impedância) variável entre 2 terminais, a qual é controlado por um terceiro terminal. O transistor pode ser usado como amplificador de sinais ou interruptor eletrônico em aplicações como: Equipamento de som; Controlador industriais; Máquinas; Calculadoras; Computadores; E outros.

41 Transistor Existem alguns tipos de transistores: Transistor bipolar (NPN e PNP); Transistor de unijunção (UJP); Transistor de efeito de campo (FET e MOS-FET). Símbolo C Coletor E Emissor B Base

42 Transistor Bipolar Transistor

43 Transistor Transistor Bipolar NPN PNP

44 Transistor Quando não circula corrente pela base, o transistor está aberto, comporta-se como um interruptor aberto. Quando circula corrente suficiente pela base, o transistor está fechado ou saturado, comporta-se como um interruptor fechado. Quando saturado, a corrente só circula num único sentido. Do coletor para emissor (NPN) Do emissor para o coletor (PNP)

45 Transistor Quando o transistor estiver na posição fechada, a corrente do coletor (I C ) pode ser de 100 a 200 vezes superior à corrente da base (I b ). Este é o efeito amplificador de corrente.

46 Transistor Transistor Bipolar (NPN) Quando se aplica um tensão de 0,7V entre os terminais B e E, o diodo passa ao estado de condução da base no sentido do emissor. Ou seja, a tensão da base deve estar 0,7V mais positiva que o emissor. + 0,7V 12V + - Quando aplicar uma tensão superior a 0,7V na Base, haverá uma circulação exagerada de corrente I B, provocando a queima do transistor. -

47 Transistor Transistor Bipolar (PNP) Quando a base é alimentada com 11,3V (0,7V menor que a do emissor) o diodo passa a condução. 11,3V V + -

48 Transistor Transistor Bipolar (NPN) UC PNP Vbat 12V Microprocessador Vb Rb1 Ib1 Rb2 NPN Ib2 IRelé

49 Fototransistor Fototransistor é um transistor bipolar em que a luz incide sobre a base. Não difere do funcionamento do bipolar, no entanto, a base é polarizada pela luz.

50 Referências CAPELLI, Alexandre. Eletroeletrônica automotiva: injeção eletrônica, arquitetura do motor e sistemas embarcados. São Paulo: Érica, 2010 MANAVELLA, Humberto José. Eletro-Eletrônica Automotiva: Aplicações avançadas. São Paulo: HM Autotrônica, 2006.

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