Portfolio_Semana02

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Portfólio – Semana 02
	Nessa aula são apresentados os tipos de sensores, estando eles divididos entre sensores resistivos, piezoelétricos, capacitivos e indutivos, e assim o tipo de energia que podem detectar (luz, som, temperatura, calor, radiação, partículas subatômicas, sensores de proximidade, entre outros). Entretanto, é explicado de forma mais aprofundada acerca dos sensores ópticos e fotoelétricos. Para tal, é dada a introdução do conceito quântico para que assim, eles possam ser aplicados no entendimento e funcionamento dos sensores supracitados. Além destes, as bandas de energia são de importância fundamental para compreensão desses equipamentos e da junção PN em diodos. O lado N está repleto de doadores ionizados positivos e o lado P de aceitadores ionizados que se difundem e se recombinam na região da junção. 
	Os Diodos Emissores de Luz (LEDs), muito utilizados no cotidiano por serem cerca de 20 vezes mais eficientes que as lâmpadas incandescentes, possuem como princípio de funcionamento a eletroluminescência, a partir do qual um material emite luz em resposta à circulação de uma corrente elétrica. 
	Na segunda parte da aula semanal, foi apresentado de forma mais aprofundada o estudo dos sensores resistivos, com foco no fotoresistor (LDR), onde pode-se conceituar que a resistência do LDR diminui conforme há aumento na luminosidade. 
	Com base nas aulas apresentadas no conteúdo semanal, foi possível compreender os conceitos, funcionamento e aplicações dos tipos de sensores, com base nos materiais e tipos de energia que podem captar e converter em um sinal mensurável. Devido ao fato de no portifólio da semana 2 conter também a resolução de exercícios propostos, alguns conceitos importantes serão discutidos nessas questões, deixando com que neste resumo, conste a apresentação de alguns conceitos e palavras-chave fundamentais.
Lista de Exercícios – Aula 03
1.Por que não há possibilidade de condução elétrica em um semicondutor a 0K? 
	Nesse estado, ou seja, a 0K, a banda de valência dos materiais está totalmente completa, enquanto a banda de condução está totalmente vazia, caracterizando esse material como um isolante elétrico. 
2. Por que o Silício não é utilizado na fabricação de LEDs, e o GaAs é? 
	Devido ao fato de o silício ser um material que possui bandgap indireto, ou seja, o mínimo da banda de condução está desalinhado com o máximo da banda de valência, o que faz com que na etapa de transição, haja a emissão de elétrons usualmente dada, mas também a emissão de fônons, o que é responsável por uma baixa emissão de luz, impossibilitando sua utilização na fabricação de LEDs, o que não acontece com o GaAs, um material de bandgap direto. 
3. Além do GaAs, quais são os outros materiais usualmente utilizados na fabricação de fontes de luz a semicondutor? 
	São utilizados materiais como InAs, GaSb, AlAs e InP. 
4. Um fotodetector de Silício funciona para comprimentos de onda de 1,5 µm? Por quê? 
	Não, ele funciona para comprimentos de onda que variam de 150 a 1200 nm, que apesar de ser um grande intervalo de comprimentos de onda, não compreende os 1,5 µm. 
5. Por que os fotodiodos PIN são preferidos em relação aos fotodiodos p-n? 
	Os fotodiodos PIN são preferidos em relação aos fotodiodos p-n pois eles possuem uma larga região intrínseca entre as regiões p e n, e isso faz com que esses fotodiodos possuam melhor eficiência e velocidade, já que sabe-se que que a região intrínseca aumenta a área efetiva do fotodiodo possibilitando um maior aproveitamento da radiação incidida. 
6. Qual é a fotocorrente produzida por um fotodetector cuja responsividade é igual a 0,7 A/W, se o nível de potência ótica coletada é de 3,16 × 10-7 W? 
	Sabendo que:
	Substituindo os valores disponibilizados no enunciado poderemos determinar a fotocorrente produzida por esse fotodetector, como pode ser observado abaixo:
7. Qual o interesse em utilizar uma heterojunção em LEDS?
	Pois o LED de heterojunções é um diodo onde a junção PN é formada por materiais que possuem estrutura com índices de refração diferentes divididas em múltiplas junções. Assim, essa estrutura serve para direcionamento da luz, diminuindo o espalhamento, consequentemente aumentando o acoplamento óptico da fibra e a eficiência do dispositivo. 
Lista de Exercícios – Aula 04
Exercício Proposto: Em um processo é necessário manter a intensidade luminosa maior que 100 lux. Se ela atingir o valor de 100 lux uma luz vermelha acende de alerta. Dado o circuito da Figura 1 dimensione o valor do resistor R1 para que o valor de VLDR seja igual a 1 V, com intensidade de iluminação igual a 100 lux (utilize o curva da Figura 2 para determinar o valor de RLDR. Dimensione o valor da resistência RD dado que o LED emita luz vermelha e opera com o limite de 20 mA. Utilize a Figura 3 para determinar o valor da tensão que cai sobre o LED. Desconsidere a queda de potencial no transistor. Dado que esse sensor trabalha bem na região próxima do comprimento de onda de 570 nm, que material você sugere para a fabricação da camada fotoresistiva do LDR?
Figura 1
Figura 2		 Figura 3
	Sabemos que R1 = VLDR = 1V; RLRD = 1KΩ; RD = V/i = 1,5/0,02 = 75Ω = E3. 
	Com base nos gráficos e dados disponibilizados, temos que para a região de 570nm o CdS seria o melhor material para compor a camada resistiva, correspondendo a todo espectro visível. 
01) Conceitue da forma mais completa possível:
a) Sensor
	Os sensores são dispositivos sensíveis a uma forma de energia que esteja presente no ambiente. Essa energia pode ser de diversos tipos, como: luminosa e térmica, por exemplo. Após a energia ser incidida no sensor, ele relaciona as informações sobre a grandeza física que se deseja determinar. Esses valores podem ser dados em relação à temperatura, velocidade, dependendo do tipo de sensor utilizado e do tipo de energia que ele pode captar. Os sensores são dispositivos sensíveis às variações na intensidade da grandeza de interesse, entretanto ele deve ser insensível a qualquer outra grandeza, sendo então um dispositivo seletivo. Além disso, ele não deve influenciar na propriedade a ser medida, garantindo assim, boa confiabilidade na medição. 
b) Atuador
	O atuador é um dispositivo capaz de produzir movimento, convertendo energia pneumática, hidráulica ou elétrica, em energia mecânica. 
c) Transdutor
	O transdutor é um dispositivo completo que inclui o sensor, possuindo como principal função a de transformar uma forma de energia em outra, bem como transformar uma grandeza física em um sinal elétrico. Assim, o transdutor é um dispositivo que engloba o sensor e todos os circuitos de interface do sistema capazes de serem utilizados em uma determinada aplicação. 
02) O sensor LDR (baseado em um fotoresistor) é bastante utilizado na iluminação pública. No transdutor que contém o LDR e a circuitaria interfaceada, podem ser utilizadas duas configurações básicas diferentes de divisores de tensão.
Figura 1. Circuito simples aplicado na iluminação pública automática baseada no sensor LDR.
a) Faça um esquema elétrico simples das duas configurações básicas diferentes de divisores de tensão que podem ser utilizadas como LDR. Explique cada uma delas.
	Nesse primeiro caso, mostrado abaixo, o LDR substitui R2 no divisor de tensões:
	Nesse segundo caso, mostrado abaixo, o LDR substitui R1 no divisor de tensões:
b) O circuito mostrado na Figura 01 é um circuito simples aplicado na iluminação pública automática. Explique o funcionamento do circuito, detalhando o papel de cada componente no circuito.
	Nessa figura temos um circuito condicionador, onde pode ser observado um divisor de tensão, no qual o LDR substitui R1; um amplificador comparador; VDD que alimenta todo o circuito; o LED responsável pela iluminação acoplado a um resistor dimensionado responsável por limitar a corrente e assim, fazer com que o LED não seja queimado; com base nessas informações, e sabendo que o circuito é do tipo LDR, a resistência diminui conforme a iluminação aumenta. Nesse circuito,há duas possibilidades, a de acender ou não o LED. Na primeira, quando a resistência aumentar no LDR, a entrada negativa será maior e a potência na saída será nula e assim, o dispositivo acende, pois, está polarizado, já no segundo caso, a entrada positiva será maior e o LED não acenderá. 
c) Justifique a afirmação que consta na figura 1: “O valor de R depende da tensão de alimentação do circuito”.
	Essa afirmação pode ser justificada pelo fato de que o que resta da tensão de alimentação que não caiu sobre o LED, cai sobre R1 e assim, o valor de R depende da tensão de alimentação do circuito. 
d) Se a corrente máxima que pode atravessar o LED é de 5m A e a tensão de alimentação é de 12V, qual deve ser o valor mínimo da resistência R?
	Para determinar o valor mínimo da resistência vamos usar a definição de tensão, como segue:
e) Explique utilizando desenhos e/ou esquemas a estrutura básica de um fotoresistor.
	Na imagem abaixo pode ser observada uma estrutura básica do fotoresistor composta pelo condutor, base cerâmica, célula fotocondutiva e o eletrodo, indicado por setas. 
03) Os circuitos integrados (CIs) são muito utilizados em sistemas transdutores na indústria. O 555 é um CI bastante utilizado e é encontrado em diversas aplicações na indústria, sendo empregado principalmente como temporizador ou multivibrador. Durante a manutenção de um circuito de controle de uma máquina, observou-se que um dos resistores do circuito composto pelo 555 foi queimado, necessitando trocá-lo. Entretanto, não foi possível identificar visualmente o valor desse resistor. Antes de o problema ocorrer, porém, foi observado por meio de um osciloscópio, o sinal na saída do resistor trocado, mostrado no gráfico abaixo.
Parte da folha de dados (datasheet) do LM555 é apresentada abaixo:
	Para que o circuito volte a funcionar, gerando o mesmo sinal no osciloscópio, é necessário trocar o resistor danificado por um de:
a) 38kΩ b) 44kΩ c) 50kΩ d) 144MΩ e) 150MΩ
	Primeiramente vamos determinar o valor de T, utilizando os dados disponibilizados no exercício no ajuste do osciloscópio, como pode ser observado abaixo: 
	Em seguida, pode ser determinado o valor de f, com base na fórmula abaixo:
	Substituindo os valores obtidos na fórmula dada no enunciado, podemos determinar o valor de Ra: