Eletrônica. Básica. Prof. Eng. Romeu Corradi Júnior

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1 letrônica ásica Prof. ng. omeu orradi Júnior

2 letrônica Dispositivos de estado sólido Anexo 5 Análise de Sensibilidade ( stabilidade e ompensação ) Supondo que o Tj seja substituído por outro de mesmo tipo, os parâmetros sofrerão um certo desvio, principalmente de, que pode variar até três vezes de valor para uma dada corrente de coletor. Deste modo, mantendo-se a corrente de base constante pela rede de polarização de entrada obtém-se uma significativa variação da corrente de coletor. Um outro fator extremamente importante é a instabilidade da polarização devido as variações da temperatura. om isso, a utilização de circuitos realimentados de polarização devem ser preferivelmente utilizados, minimizando este problema. Até este momento, o ponto de operação ( Q ), foi definido para uma dada temperatura ambiente, É necessário que diferentes circuitos de polarização possam ser comparados quando a sensibilidade em relação as variações das correntes de fuga, por exemplo. stas correntes fornecidas por O sendo muito maiores nos transistores de germânio, que são multiplicados por ( 1 ) para configurações emissorcomum e coletor-comum ( resistor de coletor reduzido à zero Ohms ), alterando p ponto Q. O desvio causado pela temperatura ou substituição de transistores na polarização deve ser o menor possível, forçando uma menor variação do ponto Q na reta de carga. As fontes de instabilidade da corrente de coletor são basicamente três: O a. orrente de saturação reversa que aumenta com a temperatura, dobrando de valor a cada 10º; b. Tensão base-emissor ( be ), que decresce na faixa de 2,5 m/º, tanto para silício como para germânio; c. Ganho de corrente estático ( ), que aumenta com a temperatura. A característica de transferencia de qualquer circuito polarizador é obtida combinando-se: 1- No circuito de base - equaciona-se utilizando a Segunda lei de Kirchhoff ( LKT ); 2- aracterística de saída para a corrente de coletor considerando-se a temperatura - =. 1.. ( ) O Desta forma passaremos a estudar a estabilidade dos circuitos polarizadores quanto à. A estabilidade de é definida como sendo uma relação entre a variação na corrente de coletor e a variação no próprio valor de. Assim a variação percentual da corrente de coletor é K vezes a variação percentual em ; matematicamente temos: K = então podemos escrever : = K. Obs.: Se K é zero, uma variação em não produz qualquer mudança na corrente de coletor. sso é ideal. O pior caso é um valor unitário para K; neste caso, uma certa mudança percentual Prof. orradi 98

3 letrônica Dispositivos de estado sólido em produz a mesma mudança percentual na corrente de coletor. Um exemplo numérico: Dados: (min) = 50, (max) = 150, (tip) = 100; temos então um = ±50, para = 100 temos: = 1mA e = ± 0,5 ma, então: 0, 5x10 3 1x = K K = Obs.: Podemos verificar que tal circuito é o pior caso para a estabilidade de beta (). ocê deve recordar da polarização de base fixa comentada anteriormente, naquele momento já havíamos comentado que o circuito era extremamente dependente das variações de beta e neste ponto comprovamos as informações transmitidas. Análise do circuito de estabilidade de beta ( ) stamos interessado na estabilidade do ponto de operação e sabemos que o mesmo é determinado pela análise do circuito dc, assim iremos fazer uma análise mais detalhada em um circuito com realimentação e verificar a estabilidade de forma geral. - circuito para análise: ealimentação do emissor. Observe o circuito abaixo, aplicando LKT a malha de entrada temos: = = =.. =. = =. ( ). ( ).. ( ). eq. A Obs.: Se o transistor for substituído teremos novos valores de e corrente de coletor, então e, assim substituindo estas variações na equação A temos: teremos: ( ) ( ) Prof. orradi 99

4 letrônica Dispositivos de estado sólido ( ) ( ) ( ) eq.. ) ( = Subtraindo a equação A da equação temos: ( ) ( ) ( ) ( ) =. ) ( 0 ( ) ( ) ( ) [ ] ( ) = = esolvendo em termos de, temos: / ( ) =... Prof. orradi 100 ) Dividindo toda a equação por (, temos:

5 letrônica Dispositivos de estado sólido = 1 1 ( ).. = 1 1 ( ). Podemos observar que o primeiro termo da equação nada mais é do que o fator K, assim temos que: K = 1 1 ( ). sto representa o fator de estabilidade de beta para todos os circuitos transistorizados. Tabela para os circuitos polarizadores: Polarização de base esistor do emissor = ZO K = 1 Pol. om realimentação do deduzido no exemplo quação acima emissor Pol. om realimentação do coletor b = b ; e = c Se houver um e fica e = c e Divisor de tensão b = 1//2 e e = e orrentes de fuga O - corrente de coletor à base com o emissor aberto; - corrente de coletor à emissor com a base aberta. O =. = 1.. De regras anteriores podemos escrever : O O O O ( ) O egras básicas: a. O dobra para cada aumento de 10º nos Tj s; b. então se o aumento da temperatura em º é T, o numero de vezes que O dobra é N então : N = T / 10; N c. e a corrente de fuga na temperatura mais alta é ' O = 2. O ; N ' = d. e consequentemente temos : O ( ) O Prof. orradi 101

6 letrônica Dispositivos de estado sólido Sensibilidade de temperatura Trata-se de uma relação entre a variação da corrente de coletor e a corrente de fuga, ou seja: S O estudante o desenvolvimento da mesma, assim temos como solução a expressão abaixo: =, a dedução desta expressão foge do escopo desta apostila; deixamos a cargo do S = 1 ompensação de polarização scolhida uma determinada polarização dentre as vistas anteriormente, podemos melhorar a sua estabilidade utilizando-se de características não lineares e de sensibilidade a temperatura de alguns dispositivos. stas são denominadas técnicas de compensação. Diferentemente das técnicas de estabilização de um ponto Q, que mantém a corrente de coletor e a tensão entre coletor e emissor com a menor variação possível em função da escolha dos resistores de uma determinada configuração de polarização, a compensação utiliza, diodos e transistores para melhorar ainda mais o fator de estabilidade. ompensação por termistores ( dispositivos visto no anexo sobre sensores ) a) ontrole de tensão do emissor: b) ontrole de tensão na base: Prof. orradi 102

7 letrônica Dispositivos de estado sólido c) ompensação utilizando diodos: d) ompensação de O. Prof. orradi 103

8 letrônica Dispositivos de estado sólido Pesquisa: 1- Faça uma pesquisa sobre um circuito estabilizador de tensão com saída variável e com proteção contra curto-circuito, mas que utilize somente resistores, diodos, diodos zener e transistores. 2- Faça uma pesquisa sobre as características elétricas dos seguintes circuitos integrados reguladores de tensão: 7805, 7905, 7812, 7912 e LM 317. Mostrar três exemplos práticos: uma fonte de tensão positiva, uma fonte de tensão simétrica e uma fonte de tensão ajustável empregando estes dispositivos. 3- Faça uma pesquisa sobre fonte de corrente estabilizada que utilize apenas um diodo zener, um transistor e resistores de limitação e polarização. Prof. orradi 104

9 letrônica Dispositivos de estado sólido ANXO 6 aracterísticas básicas dos principais componentes utilizados nesta apostila 1- ódigo de cores para resistores de 4 e 5 faixas Se seu resistor tem quatro faixas, as primeiras duas faixas são números, a terceira faixa é o multiplicador, e a Quarta faixa é a tolerância, e se seu resistor tem cinco faixas, as primeiras três são números, a Quarta faixa é o multiplicador, e a quinta faixa é a tolerância. Se não existir a faixa para a tolerância, a tolerância é de ± 20% do valor do resistor. Nota atualmente devido ao avanço tecnológico você não irá encontrar resistores com essa tolerância, somente em equipamento muito antigos em torno de mais de 20 anos. Assim para encontrar o valor do resistor você deve tomar os primeiros números e multiplicar pelo fator de multiplicação e assim você terá o valor do resistor em Ohms. Prof. orradi 105

10 letrônica Dispositivos de estado sólido 2- Diodos Semicondutor aracterísticas: Diodos de Germânio ódigo F (ma) M ( ) Uso AA Detetor de AM discriminador FM e T AAZ Uso geral e comutação OA ,5 Detetor de vídeo OA Uso geral AA Detetor AM/FM AA Detetor AM/FM AA Uso Geral 1N Uso Geral 1N Uso Geral Prof. orradi 106

11 letrônica Dispositivos de estado sólido Principais encapsulamento: [A ] F 1 M [ ] N4001 (50) 1N4003 1N4004 1N4005 1N4007 1N4002 (100) (DO-7) 12 12F20 12F100 (DO-4) 12F20 12F HF10 40HF60 (DO-5 40HF10 40HF60 átodo rosqueado Ânodo rosqueado mportante: - As correntes de condução direta citadas nos dispositivos de montagem rosqueada são os valores nominais máximos. As informações do fabricante devem sempre ser consultadas já que, em alguns casos, os dispositivos precisam ser resfriados a ar artificialmente para que a corrente nominal máxima citada possa ser obtida. Prof. orradi 107

12 letrônica Dispositivos de estado sólido DODOS ZN Tolerância de 5% Principais encapsulamento Fabr. Philips National National Philips Philips _ S emicron Semicron [ ] od. od. od. od. od. od. od. od. ZX79 ZX55 ZX85 Z85 ZT03 1N53 ZY93 ZY mw 500 mw 1,3 W 1,3 W 3 W 5 W 20 W 75 W 2,4 24 2,7 27 3,0 30 3, , , , , , , , , , # 75 8, , # Z N # # # 15 Prof. orradi 108

13 letrônica Dispositivos de estado sólido # # # # # # DSPONÍL DA FOMA NOMA ( ÁTODO OSQUADO ) SUFXO NDA TPO OM POLADAD NTDA (S). Seleção de Zeners de potência como diodos supressores de surto Os zeners de potência das séries ZY93 e ZY91 descritos acima são extremamente rápidos no ceifamento, comutam em menos de 5 ns e, portanto, são recomendados para o uso em supressores de transientes bem como reguladores de tensão. Os supressores são normalmente escolhidos com uma tensão de separação igual à tensão de regime estável da linha na qual serão usados. A tensão de separação é a tensão reversa máxima que pode ser aplicada sem provocar dissipação reversa significativa. Nota: Na prática, a tensão de separação de um dispositivo é 3 estágios abaixo na série da tensão zener exibida no sufixo. Por exemplo, um ZY91-15 deve ser usado como regulador de tensão numa linha de 15, e como supressor de transiente numa linha de 11. Prof. orradi 109

14 letrônica Dispositivos de estado sólido Outros Zeners: Diodos Zener 500 mw encapsulamento DO-35 Tensão Z ener 1 W encapsulame nto DO-41 z z Tipo z (ma) ma x (Ω) Zn Tipo z (ma) ma x (Ω) 1N ,3 1N N ,6 1N N ,9 1N N ,3 1N N ,7 1N N ,1 1N N ,6 1N N ,2 1N N ,8 1N ,5 1N ,5 1N N ,2 1N ,5 1N ,1 1N N N N962 11,5 9,5 11 1N N N N964 9, N N965 8, N N966 7, N ,5 16 1N N N968 6, N ,5 22 1N969 5, N ,5 23 1N970 5, N ,5 25 1N971 4, N4750 9,5 35 1N972 4, N4751 8,5 40 1N973 3, N4752 7,5 45 Teste da junção PN com ohmímetro Prof. orradi 110

15 letrônica Dispositivos de estado sólido Transistores Principais encapsulamento Prof. orradi 111

16 letrônica Dispositivos de estado sólido Teste com ohmímetro Algumas dimensões dos principais encapsulamento ( em mm ) Prof. orradi 112

17 letrônica Dispositivos de estado sólido Nomenclatura de Transistores dentificação dos transistores e outros dispositivos semicondutores ( ódigo uropeu ) xemplo: código com duas letras, três números e uma letra final ( 548 ) 1- Significado da primeira letra: A : dispositivo com uma ou mais junção constituído por cristais de germânio; : dispositivo com uma ou mais junções constituído por cristais de silício; : dispositivo constituído de cristais de arsenieto de gálio ( GaAs ); D : dispositivo constituído de cristais de antimoneto de índio; : dispositivo com junções que utilizam materiais como empregados em células fotocondutoras e geradores de efeito Hall ou materiais compostos; por exemplo Sulfeto de ádmio. 2- Significado da Segunda letra: A : diodos detetores, diodos de comutação e diodos de baixo sinal; : diodos varicap ( diodos de capacitância variável ); : transistores para áudio freqüência de baixa potência; D : transistores para áudio freqüência de média potência; : diodo túnel; F : transistores para rádio freqüência de baixa potência; G : diversos, miscelâneas, dispositivos múltiplos; H : prova de campos magnéticos ( sensores ); Prof. orradi 113

18 letrônica Dispositivos de estado sólido K : gerador Hall; L : tiristores de rádio freqüência de potência; N : foto acoplador; P : foto dispositivo ( detetor de radiação ); Q : gerador de radiação ( diodos emissores de luz ); : S de baixa potência, dispositivo de controle e comutação; S : transistores para comutação de baixa potência; T : tiristores de potência; U : transistores de comutação de potência; X : diodos varicap ( multiplicadores ); Y : diodos retificadores; Z : diodos de referência ou reguladores ( zeners ); com a terceira letra W indica que o dispositivo é um supressor de transientes. Obs.: Os números após as duas primeiras letras são utilizados apenas para ordenação; sem significado técnico. xemplo: de 100 à 999 destinados a dispositivos comerciais. 3- Significado da ultima letra sta ultima letra tem a finalidade de indicar o ganho do dispositivo, para os transistores de pequena potência, e para os de média potência indica a tensão entre o coletor e emissor com base em aberto. Transistores de baixa potência Transistores de média potência h F O Letra Letra A 125 à 260 A à à D Obs.: Norma Americana ndicação: 1NXXX diodos 2NXXX transistores Prof. orradi 114