Aula 18 - Folha para planejamento PCI "Stripboard"

Diagramas eletroeletrônicos de circuitos mostram como os componentes eletrônicos são ligados entre si. Cada componente é representado por um símbolo.Diagramas eletroeletrônicos de circuitos mostram as conexões tão claramente quanto possível com todos os fios trefilados ordenadamente como linhas retas. A disposição real dos componentes é geralmente muito diferente do esquema de circuito e isso pode ser confuso para o iniciante. O segredo é se concentrar nas ligações , e não as posições reais de componentes.

O diagrama eletroeletrônico de um circuito temporizador e  o layout com circuito integrado LM555 são mostrados aqui para que você possa ver a diferença.

Um diagrama do circuito eletroeletrônico é útil ao testar um circuito e para entender como ele funciona. É por isso que as instruções para projetos incluem um diagrama de circuito, bem como a placa de circuito impresso (layout da placa) que é necessário para construir o circuito.

Desenhar diagramas de circuitos não é difícil, mas é preciso um pouco de prática para desenhar diagramas claros. Você certamente vai precisar para desenhar diagramas de circuitos se você projetar seus próprios circuitos.

Siga estas dicas para o ter melhores resultados: Certifique-se de usar o símbolo correto para cada componente. Desenhe fios de ligação como linhas retas. Coloque um "ponto" em cada junção entre os fios. Coloque rótulos nos componentes, tais como resistores (R1) e capacitores (C1) com seus valores.

A alimentação positiva (+) deve estar na parte superior e o negativo (-) de alimentação na parte inferior. A alimentação negativa geralmente é rotulado 0V, zero volts.

Se o circuito é complexo: tente organizar o diagrama de modo que os fluxo de sinais vá da esquerda para a direita; as entradas e controles devem estar à esquerda, as saídas à direita.

Você pode omitir os símbolos de baterias ou fonte de alimentação, mas você deve incluir (e rótulo) nas linhas de alimentação na parte superior e inferior.

Diagramas de circuitos para eletrônica são desenhados com o (+) alimentação positiva na parte superior e negativo (-) fornecimento na parte inferior. Isto pode ser útil para a compreensão do funcionamento do circuito porque a tensão diminui à medida que se movem para baixo do diagrama de circuito.



Abaixo temos uma folha para planejamento de um circuito eletrônico. 

A folha para planejamento de diagrama elétrico está disponível em : 20_08_01 Folha_Strip_Board_SRG.

© Direitos de autor. 2014: Gomes; Sinésio Raimundo. Última atualização: 31/07/2015

Aula 17 - Circuito Integrado NE555 Temporizador

Figura 01 - CI NE555.

O temporizador de 8 pinos 555 deve ser um dos CIs mais úteis já feitos e é usado em muitos projetos de eletrônica. Com apenas alguns componentes externos, ele pode ser usado para construir muitos circuitos, nem todos eles envolvem temporizadores.
Uma versão popular é o NE555 e este componente é adequado na maioria dos casos em que um "temporizador 555" é especificado. O NE555 pode ser usado em vários circuitos:

• Astável - produz uma onda quadrada para acionar LEDs piscantes, produzir sons, contadores e etc.
• Monoestável - produz um único pulso quando acionado, isso pode ser usado para sincronismo.
• Biestável - uma memória simples com dois estados.
• Buffer - para de inversão de sinais (NOT gate).

Figura 02 - Pinos do CI NE555.

Os pinos e símbolos do circuito são dispostos de acordo com o circuito: por exemplo, o pino 8 na parte superior para a alimentação Positiva (+Vcc), a saída do pino 3 à direita. Normalmente, apenas os números dos pinos são usados ​​e eles não são rotulados com sua função no diagrama elétrico.
Pinos 1 e 8 - Alimentação

O temporizador 555 pode ser usado com uma tensão de alimentação (+Vcc) na faixa de 4,5V a 15V. A alimentação é realizada através do pino 1 (se conecta a 0V) e do pino 8 conecta-se á alimentação positiva (+Vcc).
Pino 2 - Trigger Input

Quando menor que 1/3 da tensão de alimentação estiver presente no pino 2 ( trigger - ativo em nível lógico baixo) faz com que a saída pino 3 vá nível lógico alto (+ Vcc). Esta entrada tem uma alta impedância de entrada de pelo menos. Geralmente esta entrada monitora a descarga do capacitor de temporização em um circuito astável.
Pino 6 - Threshold Input

Figura 03 - Saída do CI NE555.

Quando maior que 2/3 da tensão de alimentação estiver presente no pino 6 ( threshold - ativo em nível lógico alto) faz com que a saída pino 3 vá nível lógico baixo (0V). Esta entrada tem uma alta impedância de entrada. Ele monitora o carregamento do capacitor de temporização em circuitos estáveis ​​e monoestáveis. 

Pino 4 -  Reset Input
Quando menor que cerca de 0,7V (reset - ativo em nível lógico baixo) isto faz a saída pino 3 vá nível lógico baixo (0V), sobrepondo as outras entradas. Quando não for necessário, deve estar conectado a + Vcc. 

Pino 5 - Control

Pode ser utilizado para ajustar a tensão de limiar (pino 6) que é ajustado internamente para ser 2/3  vcc. Geralmente esta função não é necessária e a entrada de controle é freqüentemente deixada desconectada. Se o ruído elétrico for um problema, um capacitor de 0,01µF pode ser conectado entre a entrada de controle e 0V para fornecer alguma proteção.

Figura 04 - CI NE555
conectado  á auto falante.

Pino 7 - Discharge

Quando a saída do circuito integrado NE555 (pino 3) está baixa, o pino de descarga é conectado a 0V internamente. Sua função é descarregar o capacitor de temporização em circuitos astáveis ​​e monoestáveis.

Pino 3 - Output

A saída do circuito integrado NE555 pode consumir ou gerar corrente. Isso significa que dois dispositivos podem ser conectados à saída de modo que um esteja ligado quando a saída estiver baixa e o outro esteja ligado quando a saída estiver alta, o diagrama mostrará dois LEDs conectados dessa maneira.

A corrente de saída máxima é de 200mA , é mais do que a maioria dos ICs e é suficiente para acionar diretamente muitos transdutores de saída incluindo LEDs (com um resistor em série), lâmpadas de baixa corrente, transdutores piezoelétricos, alto-falantes (com um capacitor em série) bobinas (com proteção de diodo) e alguns pequenos motores (com proteção de diodo). A tensão de saída não chega a 0V e + Vcc, especialmente se uma grande corrente estiver circulando.

Figura 03 - Proteção da saída do CI NE555.

Um alto-falante (resistência mínima 64 ohm) pode ser conectado à saída de um circuito NE555, mas um capacitor (cerca de 100µF) deve ser conectado em série. A saída astável é equivalente a uma fonte de corrente contínua estável de cerca de ½Vs combinada com um sinal AC (áudio) de onda quadrada. O capacitor bloqueia a corrente contínua, mas permite que a corrente alternada (quadrada) passe conforme explicado no acoplamento do capacitor .

Os transdutores piezoelétricos podem ser conectados diretamente à saída e não exigem um capacitor em série.

Como todos os CIs, o NE555 deve ser protegido de "transições" breves de alta tensão produzida quando uma carga indutiva, quando uma bobina do relé, é desligada. O diodo de proteção padrão deve ser conectado "reversamente" através da bobina do relé, conforme mostrado no diagrama.

No entanto, o 555 requer um diodo extra conectado em série com a bobina para garantir que uma pequena falha não possa ser realimentada no CI. Sem este diodo extra, os circuitos monoestáveis ​​podem reativar-se quando a bobina é desligada. A corrente da bobina passa através do diodo extra, de modo que deve ser um diodo retificador 1N4001 ou similar, capaz de passar corrente suficiente, um diodo de sinal como um 1N4148 geralmente não é adequado.

1 - Circuito Integrado NE555 como Monoestável

Figura 1.1 - NE555 como circuito monoestável

O circuito integrado Temporizador NE555 pode ser usado com alguns componentes simples para construir um circuito monoestável que produz um único pulso de saída quando acionado. É chamado de mono estável porque é estável em apenas um estado: 'saída em nível lógico baixo'. O estado "saída em nível lógico alto" é temporário.

A duração do pulso é chamada de período de tempo (T) e isso é determinado pela resistência R1 e pelo capacitor C1:

Período de tempo é calculado por: 

T = 1,1 × R1 × C1 [ s ]

T = período de tempo em segundos (s) 

R1 = resistência em ohms ( ohm) 

C1 = capacitância em farads (F) 

O período de tempo máximo confiável é de aproximadamente 10 minutos.

Figura 1.2 - Duração do pulso monoestável.

O carga do capacitor atinge 67% da tensão de alimentação com o tempo 10% maior que a constante de tempo (R1 × C1), que é o tempo necessário para carregar a 63%.  Devemos escolher o capacitor C1 primeiro porque há relativamente poucos valores disponíveis. R1 deve estar na faixa de 1k ohm a 1M ohm. Tenha em atenção que os capacitores eletrolíticos não possuem valores precisos (erros de pelo menos 20% são comuns) e tendem a perder carga, o que aumenta o período de tempo, especialmente se você estiver usando um resistor de alto valor. 

Figura 1.3 - Operação do NE555. 

O período de tempo é iniciado quando o gatilho de entrada (pino 2) é menor do que 1/3  Vs, isto faz com que a saída alta (+ Vs) e o capacitor C1 começa a ser carregado através da resistência R1. Uma vez iniciado o período de tempo, os impulsos de disparo adicionais são ignorados.

O limiar de entrada (pino 6) monitora a tensão entre C1 e quando este atinge 2/3  Vs o período de tempo é longo e a saída torna-se baixo. Ao mesmo tempo, a descarga (pino 7) é conectada internamente a 0V, descarregando o capacitor pronto para o próximo disparo.

A entrada de reset (pino 4) anula todas as outras entradas e a temporização pode ser cancelada a qualquer momento, conectando o reset a 0V, isto instantaneamente faz a saída baixa e descarrega o capacitor. Se a função de reset não for necessária, o pino de reset deve ser conectado diretamente a + V com fio ou com um resistor de cerca de 10k ohm (o valor não é crítico).

Pode ser útil garantir que um circuito monoestável seja reinicializado ou acionado automaticamente quando a fonte de alimentação for conectada ou ligada. Isso é obtido usando um capacitor em vez de (ou além de) um comutador, conforme mostrado no diagrama.

O capacitor demora um pouco para carregar, mantendo brevemente a entrada perto de 0V quando o circuito é ligado. Um interruptor pode ser conectado em paralelo com o capacitor se a operação manual também for necessária.

Se a entrada de disparo é ainda menos do que 1 / 3  Vs no final do período de tempo a saída permanecerá alto até que o gatilho for maior do que 1 / 3  vs. Esta situação pode ocorrer se o sinal de entrada for de um interruptor ou sensor on-off.

O monoestável pode ser acionado por borda , respondendo apenas a mudanças de um sinal de entrada, conectando o sinal de disparo através de um capacitor à entrada do acionador. O capacitor passa por mudanças repentinas (AC), mas bloqueia um sinal constante (DC). Para mais informações, consulte a página sobre capacitância . O circuito é " borda negativa acionada " porque responde a uma queda súbita no sinal de entrada.

O resistor entre o gatilho (pino 2) e + Vs garante que o gatilho seja normalmente alto (+ Vs).

2 - Circuito Integrado NE555 como Astável

Figura 2.1 - NE555 como circuito astável.

O circuito integrado temporizador NE555 pode ser usado com alguns componentes simples para construir um circuito astável que produz uma 'onda quadrada'. Esta é uma forma de onda digital com transições nítidas entre baixa (0V) e alta (+ Vs), as durações dos estados baixo e alto podem ser diferentes. O circuito é chamada de uma estável porque não é estável em qualquer estado: a saída está em constante mudança entre 'baixo' e 'alto'.

Período de tempo e frequência

O período de tempo (T) da onda quadrada é o tempo para um ciclo completo, mas muitas vezes é melhor considerar a frequência (f) que é o número de ciclos por segundo.

T = 0,7 × (R1 + 2R2) × C1 ;

f = 1,4 / (R1 + 2R2) × C1 ; Onde:

T = período de tempo em segundos (s) 

f = frequência em hertz (Hz) 

R1 = resistência em ohms ( ohm) 

R2 = resistência em ohms ( ohm) 

C1 = capacitância em farads (F)

O período de tempo pode ser dividido em duas partes:

Figura 2.2 - Duração do pulso astável.

Período de tempo, T = Tm + Ts

O tempo ativado (saída alta), 

Tm = 0,7 × (R1 + R2) × C1

Tempo desativado (saída baixa), 

Ts = 0,7 × R2 × C1

É importante notar que Tm deve ser maior que Ts, já que R1 não pode ser 0 ohm (o mínimo é 1k ohm). Muitos circuitos exigem que Tm e Ts sejam aproximadamente iguais. Isto é conseguido se R2 for muito maior que R1.

Escolhendo R1, R2 e C1

Figura 2.3 - Tabela para escolha de R1 e R2.

R1 e R2 devem estar no intervalo de 1k ohm a 1M ohm. É melhor escolher C1 primeiro porque os capacitores estão disponíveis em apenas alguns valores.

Escolha C1 para se adequar à faixa de freqüência desejada (use a tabela como guia).

Escolha R2 para fornecer a frequência (f) desejada. Suponha que R1 seja muito menor que R2 (para que Tm e Ts sejam quase iguais), então você pode usar:

Se R1 << R2 usar R2 =    0,7 / f × C1

Escolha R1 para ser um décimo de R2 (o mínimo é 1k ohm), a menos que você queira que o tempo de marca Tm seja significativamente maior que o tempo de espaço Ts.

Ciclo de trabalho

Figura 2.4 - Ciclo de trabalho.

O ciclo de trabalho de um circuito astável é a proporção do ciclo completo para o qual a saída é alta (o tempo de marcação). Geralmente é dado como uma porcentagem.

Para um circuito padrão padrão 555, o tempo de marcação (Tm) deve ser maior que o tempo de espaço (Ts), portanto o ciclo de trabalho deve ser pelo menos 50%:

Ciclo de trabalho: ( Tm / Tm + Ts ) =  ( R1 + R2 ) / (R1 + 2R2). Para alcançar um ciclo de trabalho de menos de 50%, um diodo de sinal (como 1N4148) pode ser adicionado em paralelo com R2, como mostrado no diagrama. Isso ignora R2 durante a parte de carregamento (marca) do ciclo, de modo que Tm dependa apenas de R1 e C1:

Tm = 0.7 × R1 × C1   (ignorando 0.7V no diodo)

Figura 2.5 - NE555 com ciclo de trabalho menor que 50%.

Ts = 0,7 × R2 × C1   (inalterado)

T = Tm + Ts = 0,7 × (R1 + R2) × C1

Ciclo de trabalho com diodo  = R1  / ( R1 + R2 )

Operação Astable

Com a saída alta (+ Vs), o capacitor C1 é carregado pela corrente que flui através de R1 e R2. As entradas de limiar de desencadeamento e monitorizar a tensão do condensador e quando ele atinge 2 / 3 Vs (tensão limiar) a saída torna-se baixo e o pino de descarga está ligado a 0V.

O capacitor agora descarrega com corrente fluindo através de R2 para o pino de descarga. Quando a voltagem cai para 1 / 3 Vs (tensão de disparo), a saída torna-se elevada de novo e o pino de descarga é desligado, permitindo que o condensador de carga para iniciar de novo.

Figura 2.6 - Operação do NE555. 

Este ciclo se repete continuamente, a menos que a entrada de reset seja conectada a 0V, o que força a saída baixa enquanto o reset é 0V.

Um astable pode ser usado para fornecer o sinal de clock para circuitos como contadores.

Uma frequência baixa (<10Hz) pode ser usada para acender e apagar um LED, flashes de frequência mais alta são muito rápidos para serem vistos claramente. Dirigir um alto-falante ou transdutor piezo com uma baixa freqüência de menos de 20Hz produzirá uma série de 'cliques' (um para cada transição baixa / alta) e isso pode ser usado para criar um metrônomo simples.

Uma frequência de áudio astable (20Hz a 20kHz) pode ser usada para produzir um som de um alto-falante ou transdutor piezo. O som é adequado para zumbidos e bipes. A frequência natural (ressonante) da maioria dos transdutores piezo é de cerca de 3kHz e isso fará com que eles produzam um som particularmente alto.

3 - Circuito Integrado NE555 como Biestável

Figura 3.1 - NE555 como circuito biestável.

O circuito integrado temporizador NE555 pode ser usado com alguns componentes simples para construir um circuito biestável, também conhecido como 'flip-flop'. Flip-Flop é um circuito de memória muito simples.

O circuito é chamado de bi estável porque é estável em dois estados: saída alta e saída baixa.

O circuito biestável tem duas entradas:

Trigger (pin 2) faz a saída alta . Trigger ( Gatilho ) é acionado com "baixo ativo", que funciona quando a tensão for menor que <  1 / 3  vs.

Reset (pino 4) faz a saída baixa . Reset éé acionado com "ativo baixo", ele é redefinido quando a tensão for menor que < 0.7V.

Figura 3.2 - Operação do NE555. 

Os circuitos de reinicialização de inicialização, acionamento de partida e acionamento por borda podem ser usados ​​conforme descrito para o circuito NE555 monoestável.

Referência: electronicsclub.info - © John Hewes 2015

A folha de dados do CI NE55 está disponíveis em: LM NE 555
© Direitos de autor. 2018: Gomes; Sinésio Raimundo. Última atualização: 09/11/2018.

Aula 16 - Amplificador operacional

Conceito básico

Figura 01 - Amplificador operacional.

Um amplificador operacional tem a representação simbólica dada pela figura 01 , a tensão de alimentação do circuito interno Vcc e massa estão indicadas apenas nesta figura por questão de clareza. Possui uma saída O, uma entrada inversora (-) e uma entrada não inversora (+).

Considerando a o ganho, a relação entre as tensões V2 e V1 aplicadas nas entradas e a saída Vo é dada por:

• Vo = a ( V1 - V2 ).

Ou seja, é um amplificador linear cuja tensão de saída é proporcional à diferença entre as tensões aplicadas nas entradas.

Principais características

Um amplificador operacional ideal teria alguns parâmetros nulos e outros infinitos. Como isso não se consegue na prática, alguns são bastante baixos e outros são bastante altos para uma aproximação com o ideal. Veja alguns:

• Ganho a: no ideal seria infinito. Na prática, valores como 200 000 são usados.
• Impedância de entrada: infinita no ideal. Na prática, valores como 10 MΩ são possíveis (isso significa que o amplificador não consome corrente pelas entradas).
• Impedância de saída: nula no ideal. Valores como 75 Ω são usados na prática, significando ausência de queda de tensão interna na saída.
• Resposta de freqüência: de 0 ao infinito no ideal. Na prática escolhem-se tipos com resposta bastante acima da freqüência na qual irão operar para dar uma aproximação do ideal.
• Relação de rejeição em modo comum: este parâmetro provavelmente é mais conhecido pela sigla inglesa CMRR (common mode rejection ratio). Conforme igualdade I.1, um amplificador operacional ideal tem saída nula se as entradas são iguais. Nos circuitos práticos, há sempre uma pequena saída com as entradas iguais, condição esta chamada de modo comum. A condição usual, isto é, com tensões de entrada diferentes, é chamada modo diferencial. E o parâmetro é dado pela relação, expressa em decibéis, dos ganhos em ambas condições CMRR = 20 log (ganho modo diferencial / ganho modo comum). Um circuito ideal teria CMRR infinito.

Circuito multiplicador

Figura 02 - Circuito Multiplicador

Quando uma tensão Vi é aplicada na entrada inversora através de uma resistência R1 e esta recebe uma realimentação da saída através de R2. A entrada não inversora é colocada em potencial nulo, por razão do terra virtual(espelhamento de tensão nas entradas (-) e (+).

Analisando o nó S e considerando que a impedância das entradas é muito alta, pode-se supor que nenhuma corrente será drenada pela entrada inversora. Assim, conforme leis de Kirchhoff, a corrente em R1 deve ser igual à corrente em R2: (Vi - V2) / R1 = (V2 - Vo) / R2 ou R2 (Vi - V2) = R1 (V2 - Vo).

Pela igualdade em Conceito básico: Vo = a (V1 -V2) = -a V2 , pois V1 = 0.
Substituindo na anterior: R2Vi + R2Vo/a = -R1Vo/a - R1Vo.
Desde que o ganho a é muito alto, pode-se considerar nulas as parcelas que têm a como divisor e, portanto, R2 Vi = - R1 Vo ou:

• Vo = - (R2/R1) Vi.

Ou seja, a tensão de saída é igual ao inverso da entrada, multiplicado pelo fator dado pela relação entre R2 e R1. Se R1 e R2 são resistores de precisão, o cálculo será igualmente preciso.

Terra virtual

Um fato interessante é observado quando se determina a impedância no nó S do circuito do tópico anterior. A impedância é dada pela relação entre o potencial no nó (V2) e a corrente em R1: Z = V2/IR1.

Já foi visto que a corrente em R1 é igual à corrente em R2: IR1 = IR2 = (V2 - Vo)/R2 e substituindo temos: Z = V2 R2 / (V2 - Vo) = R2 / (1 - Vo/V2) = R2 / (1 + a).

• Z = R2 / (1 + a).

Como o ganho a é muito grande, a impedância é muito baixa (nula no caso ideal), embora o nó não esteja diretamente em contato com a massa. Daí o nome de terra virtual. Isto, em outras palavras, pode ser explicado pela realimentação negativa, que tende a anular a entrada em S, mantendo-a no potencial da massa. Também significa que não há corrente circulando entre o nó S e a terra.

Devido à terra virtual, pode-se concluir que a impedância na entrada (ponto de aplicação de Vi) é igual a R1.

Circuito somador

Figura 03 - Circuito somador

A expressão Vo = - (R2/R1) Vi do circuito multiplicador pode ser escrita como Vi/R1 = - Vo/R2. Isso está de acordo com o conceito de terra virtual do item anterior pois, como não há corrente entre o nó S e a terra, a corrente que entra deve ser igual à que sai com sinal invertido para atender à lei de Kirchhoff.

Assim, se R1 é substituído por um conjunto de resistências, por exemplo Ra, Rb e Rc conforme figura 03 ao lado, devemos ter:

Va/Ra + Vb/Rb + Vc/Rc = = -Vo/R2 ou Vo = -R2 ( Va/Ra + Vb/Rb + Vc/Rc). Se Ra = Rb = Rc = R temos:

• Vo = -( R2 / R ) (Va + Vb + Vc).

Assim, com R2 e R conhecidos, pode-se obter a soma das tensões de entrada.

Circuito integrador

Figura 04 - Circuito integrador

Se, no circuito multiplicador, R2 for substituído por um capacitor C conforme figura 04 e considerando que a corrente que chega em S é igual à que sai com sinal invertido conforme já visto, pode-se calcular a saída Vo em função de Vi. Lembrando que em um capacitor V = q/C onde q é a carga elétrica e que q = ∫ i dt, temos: Vo = q/C = (1/C) ∫ iCdt. Mas iC = -i = -Vi/R1. Substituindo temos:

• Vo = -(1/R1 C) ∫ Vi dt.

Ou seja, a tensão de saída é igual à integração da tensão de entrada ao longo do tempo.

Figura 05 - Tensões de entrada
e saída no circuito integrador.

A figura 05 mostra um exemplo: uma tensão de entrada Vi em forma de um pulso corresponde a uma saída Vo em forma de rampa.

Isso tem aplicação, por exemplo, em controles PID, onde uma variável de controle em forma de pulso é suavizada para uma rampa a fim de melhor correspondência com a inércia do sistema a controlar.

Circuito diferenciador

Figura 06 - Circuito diferenciador

Se, no circuito anterior, R1 e C são trocados de posições, resulta na função inversa. Considerando que i = dq/dt e q = CV e fazendo a igualdade das correntes: - Vo/R1 = i = dq/dt = d( C Vi)/dt = C dVi/dt ou:

• Vo = -R1 C dVi/dt. 

Portanto, o circuito opera como um diferenciador.

Comparador

Figura 07 - Circuito comparador

Pela igualdade do circuito básico (tópico Conceito básico), Vo = a ( V1 - V2 ), é fácil deduzir que se V1 = V2 então Vo = 0.

Portanto, o amplificador operacional pode funcionar como um comparador no qual a saída será nula se as tensões aplicadas nas entradas forem iguais.

Este circuito, como o nome diz, funciona como um comparador de tensões. Num caso prático, coloca-se uma tensão fixa em uma das entradas (vT por exemplo) e a outra é ligada no circuito que se deseja monitorar. A figura 8 ilustra a função de transferência do comparador (vI é a entrada).

Figura 08 - Função de transferência
do circuito comparador.

No caso dos circuitos digitais, faz sentido utilizar este circuito com Vcc = 5V e Vee = 0. Pois, dessa forma, a saída do comparador indicará seu estado em binário: 0 (0V) ou 1 (5V).







Amplificador logarítmico

Figura 09 - Circuito logarítmico

Se o elemento de realimentação for um componente não linear conforme figura 09, o resultado será um amplificador logarítmico.

O ganho do amplificador logarítmico depende da intensidade do sinal de entrada. Com sinais fracos o ganho é maior e com sinais fortes o ganho diminui. Esse ganho pode variar tipicamente entre algo em torno a 1 para sinais fortes (com amplitude próxima da tensão de alimentação) até 50 000 para sinais muito fracos, da ordem de microvolts.
A tensão de saída será pela fórmula abaixo:

• Vo = a ln (b Vi/R1). 

Onde a e b são constantes.

Implementação do amplificador operacional

Figura 09 - Amplificador operacional

Embora não é propósito desta página a implementação interna do amplificador operacional. O circuito da figura 09 é apenas uma curiosidade de um amplificador operacional simples. Tem um ganho na faixa de 100000 e uma impedância de entrada perto de 5 M (devido ao uso dos FETs na entrada).

É evidente que a implementação nos circuitos integrados é mais complexa, para oferecer características inexistentes neste circuito simples, como estabilidade a variações de tensão de alimentação, compensação de temperatura e outras.

© Direitos de autor. 2014: Gomes; Sinésio Raimundo. Última atualização: 13/11/2014.

Aula 15.5 - Fototransistor

O fototransistor é mais um dispositivo que funciona baseado no fenômeno da fotocondutividade. Ele pode, ao mesmo tempo, detectar a incidência de luz e fornecer um ganho dentro de um único componente.

Como o transistor convencional, o fototransistor é uma combinação de dois diodos de junção, porém, associado ao efeito transistor aparece o efeito fotoelétrico. Em geral, possui apenas dois terminais acessíveis, o coletor e o emissor, sendo a base incluída apenas para eventual polarização ou controle elétrico.
Como nas outras células fotocondutivas, a incidência de luz (fótons) provoca o surgimento de buracos na vizinhança da junção base-coletor. Esta tensão conduzirá os buracos para o emissor, enquanto os elétrons passam do emissor para a base. Isso provocará um aumento da corrente de base, o que por conseqüência implicará numa variação da corrente de coletor beta vezes maior (lembrando que, para Ib sendo a corrente da base e Ic a do coletor, temos a relação Ic = beta Ib, onde beta é um valor fornecido pelo fabricante, variando para cada transistor), sendo essa variação proporcional à intensidade da luz incidente.
Como a base está normalmente desconectada, a corrente que circula por ela dependerá apenas do fluxo luminoso incidente. Assim, na ausência de luz, a corrente de base será zero e o fototransistor estará cortado, resultando na tensão do coletor igual à tensão de polarização Vcc. Quando há luz incidindo, a tensão no coletor irá diminuir devido ao aumento da corrente.
O fototransistor é um transístor bipolar em que a luz incide sobre a base. O seu funcionamento não difere do funcionamento do transístor bipolar, no entanto, a base é polarizada pela luz. Tem um tempo de resposta maior e é mais sensível que o fotodiodo.

Tem uma enorme utilização nos acopladores ópticos que têm a função de isolar eletricamente circuitos diferentes. O acoplador óptico é composto por um díodo emissor de luz (LED) e um fototransistor.

© Direitos de autor. 2018: Gomes; Sinésio Raimundo. Última atualização: 10/11/2014

Aula 15.4 - Transistor de Unijunção

Um dos dispositivos semicondutores já há muito tempo em utilização é o transistor Unijunção (UJT). O UJT é um dispositivo de três terminais que, no entanto, tem apenas uma junção PN. Ele é usado como elemento ativo de um circuito oscilador.

O UJT é constituída por uma barra de silício tipo N com ligações elétricas em ambas as extremidades, além de um fio de alumínio ligado a um ponto ao longo do comprimento da barra de silício. No ponto de ligação, o alumínio cria uma região de tipo P na barra de silício, formando assim uma junção PN. Porque só há uma junção, não é razoável utilizar o termos ânodo ou cátodo, assim a ligação do tipo P é conhecido como o "emissor", enquanto que as duas conexões do tipo N são designados "Base 1" e "Base 2".

Em uso, uma tensão de polarização adequada é aplicada entre as duas bases, com a B2 feita positiva em relação a B1. Como a barra do tipo N é resistiva, uma corrente relativamente pequena irá fluir através dele, e a tensão aplicada será distribuída uniformemente ao longo do seu comprimento.

Se começar com o emissor ligado à terra, a junção será polarizado inversamente e não haverá nenhuma corrente de emissor. Com o aumento da voltagem do emissor, não há alteração até à junção de repente se torna polarizada. Neste ponto, o emissor injeta corrente elétrica na barra de silício, reduzindo grandemente a resistência efetiva da barra de entre E e B1. Isto irá reduzir a tensão do emissor necessária para manter a junção polarizada diretamente, e irá manter uma alta corrente no emissor. Esta condição irá continuar enquanto o circuito ligado ao emissor poder sustentar o fluxo de corrente.

© Direitos de autor. 2018: Gomes; Sinésio Raimundo. Última atualização: 10/11/2014

Aula 15.3 - Transistor Bipolar de Porta Isolada

O IGBT (Insulated Porta Bipolar Transistor) alia a facilidade de acionamento dos MOSFET com as pequenas perdas em condução dos TBP. Sua velocidade de comutação é semelhante à dos transistores bipolares. Este componente aproveita as melhores características do IGFETs e do BJTs, em um dispositivo chamado Insulated-Gate Bipolar Transistor ( IGBT ),  que é equivalente a um par de Darlington IGFET e BJT. O IGFET controla a corrente de base de um BJT, que lida com a corrente de carga principal entre coletor e emissor. Desta forma, não é muito elevado ganho de corrente (uma vez que a porta isolados do IGFET extrai praticamente nenhuma corrente a partir do circuito de controlo), mas a queda de tensão coletor-emissor, durante a condução plena é tão baixo como o de um BJT comum.

Uma desvantagem do IGBT em relação ao BJT padrão é o tempo mais lento para o desligamento. Para comutação rápida e capacidade de manipulação de alta corrente, é difícil bater o transistor de junção bipolar. Melhoria no tempo de desligamento (turn-off) no IGBT pode ser conseguido por certas alterações no desenho, mas só à custa de uma maior queda de tensão entre coletor e emissor. No entanto, o IGBT fornece uma boa alternativa para IGFETs e BJTs para aplicações de alta corrente.

A estrutura do IGBT é similar à do MOSFET, mas com a inclusão de uma camada P+ que forma o coletor do IGBT. Em termos simplificados pode-se analisar o IGBT como um MOSFET no qual a região N- tem sua condutividade modulada pela injeção de portadores minoritários (lacunas), a partir da região P+, uma vez que J1 está diretamente polarizada. Esta maior condutividade produz uma menor queda de tensão em comparação a um MOSFET similar.

O controle de componente é análogo ao do MOSFET, ou seja, pela aplicação de uma polarização entre porta e emissor. Também para o IGBT o acionamento é feito por tensão. A máxima tensão suportável é determinada pela junção J2 (polarização direta) e por J1 (polarização inversa). Como J1 divide 2 regiões muito dopadas, conclui-se que um IGBT não suporta tensões elevadas quando polarizado inversamente.

Para escolha do IGBT devemos verificar os limites de tensão e de corrente. Os IGBT atingem potências mais elevadas, indo até 1200V/500A. Como o acionamento do IGBT é muito mais fácil do que o do TBP, seu uso tem sido crescente, em detrimento dos TBP. Outro importante critério para a seleção refere-se às perdas de potência no componente. Assim, aplicações em alta frequência (acima de 50kHz) devem ser utilizados MOSFETs. Em frequências mais baixas, qualquer 1 dos 3 componentes podem responder satisfatoriamente. No entanto, as perdas em condução dos TBPs e dos IGBTs são sensivelmente menores que as dos MOSFET.
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Aula 15.2 - Transistor de Efeito de Campo de Oxido Metal

O Transistor de Efeito de Campo de Óxido Metal (MOSFET) é construído a partir de um canal de silício (do tipo n), é aplicado uma fina camada de óxido de silício (isolante) ao longo da superfície do canal, e, em seguida, coloca o Gate de Metal sobre o óxido e finalmente são colocado os dois terminais (dreno e fonte). Este dispositivo é conhecido como um transistor de efeito de campo de porta isolada (IGFET) ou mais comumente chamado de um MOSFET. Na ausência de tensão no elétrodo de porta (Gate), o canal N é apenas uma resistência de semicondutor que conduz a corrente em função da tensão aplicada entre a fonte (S) e o dreno (D), portanto, não há região de depleção.

MOSFET Canal N com depleção com normal (polarização reversa): Com uma tensão apropriada aplicada entre a fonte e o dreno, a corrente irá fluir através do canal, como em uma resistência de semicondutores. No entanto, se aplicar uma tensão negativa no Gate, ele terá de uma pequena carga estática negativa. Esta tensão negativa irá repelir elétrons, afastando-se da porta e cria uma região de depleção em torno da área da porta, o que restringe a largura útil do canal, reduzindo a corrente que flui no canal. Este tipo de FET opera através da criação de uma região de depleção dentro do canal existente.

A vantagem básica do MOSFET é que não há corrente de Gate, assim, a resistência de entrada deste dispositivo é essencialmente infinito. No entanto a fina camada de vidro não pode suportar a tensão muito alta, até mesmo a carga estática que você pode destruir o componente. Para evitar tais danos, MOSFETs são embalados em de metal com o condutores ligados à embalagem através de um anel de fio em torno deles, a qual permanece no lugar até que o dispositivo seja instalado no seu circuito. A segunda desvantagem tem a ver com a capacitância inerente entre a porta e o canal. Pode não parecer muito, mas limita a resposta de frequência em circuitos analógicos, ou a velocidade máxima de comutação de circuitos digitais.
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Aula 15.1 - Transistor de Efeito de Campo

Um transistor de efeito de campo (FET) tem uma construção conforme figura. Uma barra de semicondutor tipo N é envolta por um material tipo P, formando uma junção PN chamada porta. 

Os contatos nas extremidades são chamados de fonte e dreno. A junção da porta é inversamente polarizada, o que resulta em corrente quase nula pela mesma, mas o campo elétrico forma um canal na barra que controla a passagem dos portadores. Assim, a tensão aplicada na porta controla a corrente entre fonte e dreno.

Como a porta é polarizada inversamente, a sua resistência de entrada é bastante alta, o que é conveniente para muitas aplicações.

O exemplo da figura é um FET com canal tipo N mas pode perfeitamente ser tipo P, sendo, neste caso, a porta tipo N e, naturalmente, invertidas as tensões aplicadas (o símbolo tem o sentido da seta invertido).

Em muitos diagramas é comum o uso das iniciais em inglês para fonte, dreno e porta (Source, Drain, Gate).


Aplicação: Microespião de FM com FET

T1 & T2 são BF245 FET's Canal N.  O diodo varactor BA121. L1 = 7 voltas de 0.8mm de Fio de prata enrolado num Núcleo de ferrita de 5mm (ajustável). Este oscilador muito estável tem uma freqüência de aproximadamente 100 Megaherz.  Feedback via capacitor de 16pF. Sem interferência a partir da antena no loop de ressonância. A distância é de *pelo menos* 300 metros.

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