ME - Apostila geral
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ME - Apostila geral


DisciplinaMateriais Elétricos para Engenharia Elétrica78 materiais193 seguidores
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EMENTA: ESTUDO DE MATERIAIS E DISPOSITIVOS CONDUTORES; 
NOÇÕES DE FÍSICA DO ESTADO SÓLIDO; DISPOSITIVOS 
SEMICONDUTORES; ESTUDO DOS MATERIAIS E 
DISPOSITIVOS ISOLANTES E MAGNÉTICOS. 
 
 
 
 
 
 
 Prof. Gelson Antônio Andrêa Brigatto 
Prof. Dr. Paulo César Miranda Machado 
APOSTILA DE 
MATERIAIS ELÉTRICOS PARA 
ENGENHARIAS ELÉTRICA 
E DE COMPUTAÇÃO 
UNIVERSIDADE FEDERAL DE GOIÁS 
ESCOLA DE ENGENHARIA ELÉTRICA, 
MECÂNICA E DE COMPUTAÇÃO 
 
II 
 
PROGRAMA DA DISCIPLINA 
 
CAPÍTULO 1: Materiais condutores: metais; ligas metálicas; grafita, peças de contato; resistores; fusíveis; 
bimetais; condutividade e resistência elétricas; fatores que influenciam na resistência elétrica; termoeletricidade; 
supercondutividade; fator custo. 
 
CAPÍTULO 2: Materiais Isolantes e Magnéticos: materiais isolantes: polarização e rigidez dielétrica; capacitância; 
perdas no dielétrico e fator de perdas; permissividade dielétrica; materiais dielétricos; capacitores; isoladores; 
eletretos e piezoeletricidade; isolamento de fios e cabos condutores; materiais magnéticos: o conceito de domínio 
magnético; classificação dos materiais quanto ao comportamento magnético; magnetização, curva e laço de histerese; 
materiais e ligas ferromagnéticas; indutores; magnetoestricção. 
 
CAPÍTULO 3: Introdução à Teoria dos Semicondutores: materiais semicondutores; fenômenos de transporte em 
semicondutores; semicondutor intrínseco; dopagem e semicondutores extrínsecos tipos P e N; Efeito Hall; aplicação 
da energia térmica e luminosa em dispositivos semicondutores; corrente de difusão; junção PN. 
 
CAPÍTULO 4: Dispositivos a Semicondutor I \u2013 O Diodo de Junção Bipolar: polarização direta e reversa da 
junção PN; equação e característica tensão-corrente do diodo de junção bipolar; linha de carga; modelos do diodo para 
grandes sinais e baixas freqüências; aplicações elementares de diodos a baixas freqüências (circuitos DC e AC); 
modelos do diodo para pequenos sinais; capacitâncias de difusão e transição; tempos de comutação do diodo de 
junção; diodo Zener; componentes optoeletrônicos. 
 
CAPÍTULO 5: Dispositivos a Semicondutor II - O Transistor Bipolar de Junção: o transistor bipolar de junção 
(TBJ); polarizações do TBJ; modos de operação; o Efeito Early; configurações do TBJ; modelos DC e análise de 
circuitos de polarização do TBJ; fototransístor. 
 
 
BIBLIOGRAFIA 
 
1. SCHIMIDT, Walfredo. Materiais Elétricos, Vols. I e II, Edgard Blücher, São Paulo, 1979. 
2. SHACKELFORD, James F. Ciência dos Materiais, 6º Edição, Prentice-Hall, 2008. 
3. SEDRA, Adel S., SMITH, Kenneth C., Microeletrônica, 5o Edição, Makron Books, Peason Prentice-Hall, 2007. 
4. MILLMAN, Jacob; Grabel, Arvin. Microeletrônica, Vol. I, Editora McGraw Hill Portugal, 1991. 
5. MALVINO, Albert Paul. Eletrônica, Vol. I, Editora McGraw Hill, São Paulo, 1986. 
6. HALLIDAY-RESNICK, Física II, Vol. 1, Livros Técnicos e Científicos, 1976. 
7. SEARS-ZEMANSKY, Física, Vol. 3, Editora Universidade de Brasília, 1974. 
 
SUMÁRIO 
 
CAPÍTULO 1: MATERIAIS CONDUTORES 
1.1) INTRODUÇÃO \u2212 1 
1.2) MATERIAIS E DISPOSITIVOS CONDUTORES \u2212 1 
1.2.1) OS METAIS E SUAS CARACTERÍSTICAS \u2212 1 
1.2.2) CARVÃO E GRAFITA \u2212 4 
1.2.3) LIGAS METÁLICAS \u2212 4 
1.2.4) PEÇAS DE CONTATO \u2212 6 
1.2.5) RESISTORES \u2212 7 
1.2.6) FUSÍVEIS \u2212 9 
1.2.7) BIMETAIS \u2212 10 
1.2.8) FIOS E CABOS CONDUTORES \u2212 10 
1.3) CONDUTIVIDADE E RESISTÊNCIA ELÉTRICAS \u2212 11 
1.4) FATORES QUE INFLUENCIAM NA RESISTÊNCIA ELÉTRICA \u2212 13 
1.4.1) TEMPERATURA \u2212 13 
1.4.2) FREQÜÊNCIA \u2212 14 
 
III 
 
1.4.3) GRAU DE PUREZA E IMPERFEIÇÕES DO MATERIAL \u2212 17 
1.5) TERMOELETRICIDADE \u2212 17 
1.6) SUPERCONDUTIVIDADE \u2212 18 
1.7) O FATOR CUSTO DOS MATERIAIS\u2212 20 
QUESTÕES \u2212 21 
PROBLEMAS PROPOSTOS \u2212 21 
 
CAPÍTULO 2: MATERIAIS ISOLANTES E MAGNÉTICOS 
2.1) INTRODUÇÃO \u2212 23 
2.2) MATERIAIS ISOLANTES E DIELÉTRICOS \u2212 23 
2.2.1) POLARIZAÇÃO DO DIELÉTRICO \u2212 23 
2.2.2) RIGIDEZ DIELÉTRICA E EFEITO CORONA \u2212 24 
2.2.3) CAPACITÂNCIA \u2212 24 
2.2.4) PERMISSIVIDADE DIELÉTRICA \u2212 25 
2.2.5) PERDAS NO DIELÉTRICO E ENVELHECIMENTO \u2212 26 
2.2.6) FATOR DE PERDAS \u2212 26 
2.2.7) MATERIAIS ISOLANTES E DIELÉTRICOS \u2212 27 
2.2.8) CAPACITORES \u2212 27 
2.2.9) ISOLADORES \u2212 29 
2.2.10) ELETRETOS E PIEZOELETRICIDADE \u2212 29 
2.2.11) ISOLAMENTO DE FIOS E CABOS CONDUTORES \u2212 29 
2.3) MATERIAIS MAGNÉTICOS \u2212 30 
2.3.1) O CONCEITO DE DOMÍNIO MAGNÉTICO\u2212 30 
2.3.2) COMPORTAMENTO MAGNÉTICO E CLASSIFICAÇÃO DOS MATERIAIS \u2212 30 
2.3.3) MAGNETIZAÇÃO \u2212 31 
2.3.4) MATERIAIS E LIGAS FERROMAGNÉTICAS \u2212 33 
2.3.5) INDUTORES E TRANSFORMADORES \u2212 33 
2.3.6) MAGNETOESTRICÇÃO \u2212 36 
QUESTÕES \u2212 36 
PROBLEMAS PROPOSTOS \u2212 36 
 
CAPÍTULO 3: INTRODUÇÃO À TEORIA DOS SEMICONDUTORES 
3.1) INTRODUÇÃO \u2212 37 
3.2) MATERIAIS SEMICONDUTORES \u2212 37 
3.3) FENÔMENOS DE TRANSPORTE EM SEMICONDUTORES \u2212 38 
3.4) O SEMICONDUTOR EXTRÍNSECO \u2212 40 
3.4.1) SEMICONDUTOR TIPO N \u2212 40 
3.4.2) SEMICONDUTOR TIPO P \u2212 41 
3.4.3) RESISTÊNCIA DE CORPO \u2212 41 
3.4.4) LEI DA AÇÃO DE MASSAS \u2212 42 
3.4.5) CONCENTRAÇÃO DE PORTADORES EM SEMICONDUTORES EXTRÍNSECOS \u2212 42 
3.4.6) VARIAÇÕES DE PROPRIEDADES COM A TEMPERATURA DEVIDO À DOPAGEM \u2212 43 
3.4.7) O EFEITO HALL \u2212 44 
3.5) DISPOSITIVOS SEMICONDUTORES PUROS \u2212 45 
3.5.1) TERMISTORES \u2212 45 
3.5.2) FOTORRESISTORES \u2212 46 
3.6) CORRENTE DE DIFUSÃO E A JUNÇÃO PN \u2212 47 
QUESTÕES \u2212 49 
 
CAPÍTULO 4: DISPOSITIVOS A SEMICONDUTOR \u2013 I: O DIODO DE JUNÇÃO BIPOLAR 
4.1) INTRODUÇÃO \u2212 50 
4.2) JUNÇÃO PN NÃO POLARIZADA \u2212 50 
4.3) JUNÇÃO PN POLARIZADA \u2212 51 
4.3.1) POLARIZAÇÃO DIRETA \u2212 52 
4.3.2) POLARIZAÇÃO REVERSA \u2212 52 
4.4) O DIODO DE JUNÇÃO BIPOLAR \u2212 52 
4.4.1) SÍMBOLO E CONVENÇÕES DO DIODO DE JUNÇÃO COMUM \u2212 53 
 
IV 
 
4.4.2) CARACTERÍSTICA TENSÃO-CORRENTE DO DIODO DE JUNÇÃO \u2212 53 
4.4.3) ESPECIFICAÇÕES MÁXIMAS \u2212 54 
4.4.4) EQUAÇÃO DA CARACTERÍSTICA TENSÃO-CORRENTE DO DIODO DE JUNÇÃO \u2212 54 
4.4.5) CONCEITO DE LINHA DE CARGA \u2212 55 
4.5) MODELOS DO DIODO PARA GRANDES SINAIS E BAIXAS FREQÜÊNCIAS \u2212 57 
4.5.1) MODELO DO DIODO IDEAL \u2212 57 
4.5.2) MODELOS APROXIMADOS DO DIODO REAL \u2212 57 
4.6) APLICAÇÕES ELEMENTARES DE DIODOS \u2013 CIRCUITOS DC \u2212 58 
4.7) APLICAÇÕES ELEMENTARES DE DIODOS \u2013 CIRCUITOS AC \u2212 60 
4.7.1) CARACTERÍSTICA DE TRANSFERÊNCIA \u2212 61 
4.7.2) ANÁLISE DE CIRCUITOS AC \u2212 61 
4.7.3) CIRCUITOS RETIFICADORES \u2212 61 
4.7.4) CIRCUITOS LIMITADORES E FIXADORES \u2212 64 
4.8) MODELO DO DIODO PARA PEQUENOS SINAIS \u2212 67 
4.9) EFEITOS CAPACITIVOS EM CRISTAIS PN \u2212 69 
4.9.1) CAPACITÂNCIA DE DIFUSÃO OU DE ARMAZENAMENTO \u2212 69 
4.9.2) CAPACITÂNCIA DE TRANSIÇÃO \u2212 70 
4.10) TEMPOS DE COMUTAÇÃO DO DIODO DE JUNÇÃO \u2212 71 
4.10.1) TEMPO DE RECUPERAÇÃO REVERSA \u2212 71 
4.10.2) TEMPO DE RECUPERAÇÃO DIRETA \u2212 72 
4.11) O DIODO ZENER \u2212 72 
4.11.1) O REGULADOR DE TENSÃO COM ZENER \u2212 74 
4.12) COMPONENTES OPTOELETRÔNICOS \u2212 76 
4.12.1) O DIODO EMISSOR DE LUZ \u2212 76 
4.12.2) FOTODIODO E CÉLULA FOTOVOLTAICA \u2212 77 
4.12.3) OPTOACOPLADOR \u2212 78 
4.13) OUTROS DIODOS DE FINALIDADE ESPECÍFICA \u2212 78 
4.13.1) DIODO DE BARREIRA SCHOTTKY \u2212 79 
4.13.2) VARISTOR \u2212 79 
4.13.3) DIODOS DE RETAGUARDA \u2212 80 
4.13.4) DIODO TÚNEL \u2212 80 
QUESTÕES \u2212 80 
PROBLEMAS RESOLVIDOS \u2212 80 
PROBLEMAS PROPOSTOS \u2212 87 
 
CAPÍTULO 5: DISPOSITIVOS A SEMICONDUTOR \u2013 II: O TRANSISTOR BIPOLAR DE 
JUNÇÃO 
5.1) INTRODUÇÃO \u2212 92 
5.2) O TRANSISTOR BIPOLAR DE JUNÇÃO \u2212 92 
5.2.1) ASPECTOS FÍSICOS E NOMENCLATURAS \u2212 92 
5.2.2) TRANSISTOR BIPOLAR DE JUNÇÃO NÃO POLARIZADO \u2212 93 
5.2.3) FONTE DE CORRENTE CONTROLADA POR CORRENTE \u2212 93 
5.2.4) O TRANSISTOR BIPOLAR DE JUNÇÃO POLARIZADO: MODOS DE OPERAÇÃO \u2212 93 
5.3) O EFEITO EARLY \u2212 95 
5.4) CONFIGURAÇÕES DO TRANSISTOR BIPOLAR DE JUNÇÃO \u2212 96 
5.4.1) CONFIGURAÇÃO BASE COMUM (BC) \u2212 97 
5.4.2) CONFIGURAÇÃO EMISSOR COMUM (EC) \u2212 98 
5.4.3) CONFIGURAÇÃO COLETOR COMUM (CC) \u2212 100 
5.5) ANÁLISE DE CIRCUITOS DE POLARIZAÇÃO DO TBJ (ANÁLISE DC) \u2212 101 
5.6) TÓPICO COMPLEMENTAR: O FOTOTRANSISTOR \u2212 104 
QUESTÕES \u2212 105 
PROBLEMAS RESOLVIDOS \u2212 105 
PROBLEMAS PROPOSTOS \u2212 110 
 
APÊNDICE: SOLUÇÃO DE ALGUNS