Eletronica aula1

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Introdução a eletrônica 
Conteúdo: 
Revisão de elotromagnetismo: 
Carga elétrica, condutividade dos materiais, força elétrica, campo elétrico, energia potencial elétrica, 
potencial elétrico, energia armazenada em um campo elétrico, corrente elétrica, densidade de 
corrente, resistência e resistividade, lei de Ohm, potencia dissipada em circuitos elétricos, dispositivo 
fem, calculo da corrente em circuitos de malha única: método da potencia dissipada, cálculo da 
corrente : método do potencial, regra da malhas ou Leis de Kirchhoff, lei dos nós. Condutividade, 
resistores e circuitos de corrente contínua. 
Resposta transiente, RC, RL, oscilações em circuitos RL, oscilações amortecidas em circuitos RLC, 
oscilações forçadas, ressonância, fasores. 
 
Grandezas elétricas, fontes de tensão e corrente, transdutores, medidas de grandezas elétricas. 
Corrente alternada. Indutores e capacitores. Análise de circuitos CA. 
 
Semicondutores e fenômenos de transporte de carga em semicondutores. 
Junção PN. Diodos de junção e circuitos com diodos. 
Amplificadores operacionais 
Eletrônica digital 
 
Bibliografia 
Adel S. Sedra e Kenneth C. Smith, Microeletrônica 
Halliday 3, 
Mike Toolay, Circuitos eletrônicos, Fundamentos e Aplicações, 
Ed. Campus, Elsevier, 
 
The art of electronics Paul-Horowitz and Winfield Hill 
 
 
http://www.ufrgs.br/eng04030/Aulas/teoria/capa.htm 
 
http://openbookproject.net/electricCircuits/Digital/DIGI_1.html 
 
Curso PUC-RJ 
http://opencircuitdesign.com/xcircuit/ 
http://www.circuit-diagram.org/downloads 
 
Introdução a eletrônica 
Avaliação 
 
-Relatórios das atividades. Individual. 
-2 avaliações dos conceitos teoricos e experimentais. 
-Projeto final: Montagem de um circuito, . Apresentação oral descrevendo a utilidade e 
 funcionamento do circuito. Metodologia de montagem, problemas encontrados, etc. 
Carga elétrica, força elétrica 
• Propriedade intrínseca de partículas fundamentais como o prótons (+) ou elétrons (-). 
Carga de 1 elétron = 1.602 e-19 C 
 
• Um material é dito carregado quando há um excesso de uma carga em relação a outra. 
 
• Corpo neutro : há igual quantidade de cargas 
 
Observam-se forças entre os objetos carregados 
Lei de Coulomb 
Carga elétrica na matéria 
Comportamento dos portadores de cargas nos materiais 
Condutividade elétrica 
Bons condutores: 𝜌~10−8 Ω 𝑚 
metais, água com sais dissolvidos, alguns polímeros.. 
• Há um grande numero de portadores de cargas (elétrons) ~1023 
• Portadores de cargas tem certa mobilidade. 
• Observa-se fluxo de portadores de cargas (corrente elétrica) pela ação de campos elétricos 
fracos. 
sólidos metálicos: alguns elétrons participam da ligação química, elétrons localizados, confinados, 
pouca mobilidade. Sofrem pouca influência de campos elétricos. 
Alguns elétrons, entretanto, sofrem pouca influencia do potencial atrativo. Elétrons livres. Mobilidade. 
Sofrem ação de campos elétricos externos produzindo corrente. 
condutividade elétrica 𝜎 (Ω𝑚)−1 
𝑆
𝑚
 
𝐽 = 𝜎𝐸 
resistividade elétrica 𝜌 Ω𝑚 
 
Isolantes: 𝜌~1014 Ω 𝑚 , vidros, plásticos, água pura, cerâmicas, madeira, óleos... 
Não existem ou são poucos os elétrons de condução ( em campos fracos a moderados). 
Campos intensos desencadeiam processos de rompimento de dielétrico. 
semicondutores: 𝜌~10−3 Ω 𝑚 , Si, Ge, GaSa, Sn 
Materiais intermediários entre condutores e isolantes. 
Industria eletrônica atual baseada na tecnologia do silício: Componentes eletronicos 
Circuitos integrados, diodos, transistores, sensores... 
Campo elétrico 
Define o conceito da ação de forças elétricas a distância. 
Uma carga cria um campo elétrico vetorial, na sua vizinhança, no espaço. 
Outras cargas sofrem forças pela ação do campo. 
 
𝐸 =
𝐹𝑟𝑒𝑠
𝑞0
 O campo elétrico é definido pela força sofrida por uma carga teste qo positiva 
Conceito de propagação do campo elétrico: perturbação na posição ou no valor da carga propaga-se 
espaço com velocidade bem definida. 
qo 
𝐹𝑟𝑒𝑠 
Energia potencial elétrica e potencial elétrico 
Teorema trabalho energia: Δ𝑈𝐸 (𝑖⟶𝑓) = −𝑊𝐹𝐸 
Energia potencial elétrica 
Diferença de potencial elétrico 
Energia armazenada em um campo elétrico 
Considerando o campo elétrico entre as placas de um capacitor 
• A energia armazenada é o trabalho realizado por uma força externa para carregar o capacitor 
• Entretanto o campo elétrico aumenta a medida que é carregado 
• O acréscimo de trabalho DW é cada vez maior 
 
𝑑𝑊 = 𝑉´𝑑𝑞´ =
𝑞´
𝐶
𝑑𝑞´ C é a capacitância definido por 𝐶 =
𝑄
𝑉
 
𝑈𝐸 = 𝑊 = 𝑑𝑊 = 𝑑 𝑉
´𝑑𝑞´ =
1
𝐶
 𝑞´𝑑𝑞´ =
𝑞2
2𝐶
 
Ou 
𝑈𝐸 =
𝐶𝑉2
2
 
Capacitores 
Dispositivo para armazenar carga elétrica, e energia no campo definido entre suas “placas” 
Usados em eletrônica 
𝐶 =
𝜀0𝐴
𝑑
 Placas paralelas, dielétrico ar 
𝐶 = 𝑘
𝜀0𝐴
𝑑
 Placas paralelas, dielétrico cte. dielétrica k 
Distribuição de energia elétrica 
Aplicações industriais. 
Sonorização automotiva 
Circuitos eletronicos 
Capacitores simbolos 
Capacitores 
O tipo do capacitor é escolhido em função de diversos parametros: 
Estabilidade, faixa de temperatura de funcionamento, faixa de frequencia, corrente de 
fuga, tamanho, potencial máximo, rapidez de carga, 
 
• Tubulares de papel e óleo - atualmente, são pouco usados. 
Predominavam nos equipamentos valvulados antigos. No 
entanto, o papel se deteriora e passa a apresentar fugas, 
levando à necessidade de substituição frequente destes 
componentes. Nestes capacitores, temos duas tiras de metal 
(alumínio) e entre elas uma tira de papel (isolante). 
 
• Tipos de papel - utilizava- se uma folha de papel seco e nos 
tipos a óleo, uma folha impregnada de um óleo com 
características dielétricas importantes. Veja que pelo fato destes 
capacitores serem enrolados, as armaduras se comportam como 
uma bobina, o que os leva a apresentar uma certa indutância. 
Isso impede que eles sejam usados de forma eficiente em 
circuitos de altas frequências. 
 
• Capacitores planos – são capacitores em que as armaduras 
são planas assim como os dielétricos, como ocorre com 
capacitores de mica e cerâmicos exibidos na figura 9. Esta 
técnica permite obter capacitores com baixas indutâncias, ideais 
para aplicações em circuitos de altas frequências. 
• Capacitores de poliéster –obtido colocando-se folhas de 
alumínio como armaduras e folhas de poliéster entre elas para 
formar o dielétrico. Sua construção pode levar tanto a 
capacitores planos como tubulares. Para estes tipos, entretanto 
as características do poliéster o tornam inapropriado para 
aplicações em circuitos de altas freqüências. Uma variação é o 
poliéster metalizado, onde a armadura é feita pela deposição 
eletrolítica de uma fina capa de metal sobre o poliéster. 
 
• Capacitores de papel e óleo – são construídos colocando-se 
entre duas folhas de alumínio papel comum ou papel embebido 
em óleo. São tubulares e suas características os tornam 
apropriados apenas para aplicações em circuitos de baixas 
freqüências. Já não são utilizados mais nas aplicações 
modernas. 
 
• Capacitores de mica – nestes tipos duas placas metálicas são 
colocadas de modo a haver uma ou mais folhas de mica entre 
elas, formando o dielétrico. Como a mica não é flexível, estes 
capacitores só admitem a construção plana. Pelo fato de a mica 
ser um material muito estável e com propriedades ideais para 
aplicações em altas freqüências, estes capacitores são 
empregados em instrumentação, transmissão e outrasaplicações semelhantes. Na figura 12 temos os aspectos 
comuns destes capacitores. 
 
 
 
 
• Capacitores eletrolíticos – estes capacitores 
são construídos a partir da formação de uma 
camada de óxido de alumínio (eletrolíticos de 
alumínio) ou óxido de tântalo (para os 
capacitores de tântalo) numa armadura do 
mesmo metal. Como a camada de óxido é 
muito fina e tem uma constante dielétrica 
elevada, podem ser obtidos capacitores de 
valores elevados ocupando pequeno espaço. 
Veja, entretanto, que, pelas suas 
características, estes capacitores não se 
prestam a aplicações que envolvam sinais de 
frequências elevadas. São mais utilizadas em 
desacoplamento, acoplamento e filtragem de 
sinais de baixas frequências. 
 
Capacitores 
 
• Capacitores cerâmicos – estes são os mais comuns 
atualmente. Um tipo comum é tubular, se bem que suas 
características não sejam indutivas. É obtido a partir de um tubo 
ôco de cerâmica sendo, depositadas por meios eletrolíticos uma 
armadura internamente e outras externamente. Outro tipo é o 
construído com pedaços planos de cerãmicas onde as 
armaduras são depositidas nas faces. Para se obter maior 
capacitância podem ser empilhados diversos conjuntos. Pelas 
suas características, estes capacitores podem ser usados numa 
ampla gama de aplicações que vão dos circuitos de corrente 
contínua aos circuitos de frequências muito altas. 
 
Capacitores SMD 
 
Os componentes para montagem em superfície (SMD) são 
utilizados nas montagens de equipamentos que devem ser 
compactos e mesmo em muitos outros, onde se deseja que o 
mínimo de espaço seja ocupado. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Capacitores eletrolíticos 
• Eletrólito condutor especial em contacto com uma armadura de 
alumínio. Essa solução ataca quimicamente o alumínio 
formando uma finíssima camada de óxido isolante. 
 
• Eletrolítico e a peça de alumínio formam os terminais ou 
armadura do capacitor, enquanto que a finíssima capa de óxido 
forma o dielétrico. 
 
Como a camada de óxido é extremamente fina, e capacitância 
obtida é muito grande, pois num capacitor quando menor a 
espessura do dielétrico, maior é a capacitância. 
Entra em jogo também a constante dielétrica do óxido de alumínio 
que também influi na capacitância final, suportanto campos mais 
elevados antes do rompimento de rigidez dielétrica. 
 
 
Capacitores tubulares enrolados não 
são adequadas às aplicação em altas 
frequencias devido á relativamente 
alta indutância Intrínseca. 
Capacitores de Tântalo 
 
* Segurança ( não explodem como os eletroliticos) 
* Relação excelente entre a capacitância e o tamanho 
* Corrente de fuga muito baixa, menor do que 1 uA 
* Possibilidade de carga e descarga muito rápida, devido à sua resistência em série muito baixa. 
* faixa de temperaturas de operação ampla 
* Boas tolerâncias 
capacitores 
Proporção entre capacitores de 
Diferentes tecnologias 
Capacitores – constantes dielétricas e rigidez dielétrica 
Capacitores váriáveis de placas paralelas 
Corrente elétrica 
Corrente é o fluxo de cargas através de uma sessão de um condutor 
Carga em movimento não é suficiente para definir corrente 
• O movimento dos portadores de carga é aleatório, randômico, desordenado na ausência de campo elétrico. 
• Velocidade instantânea v ~106 m/s. 
• Trajetória modificada pela colisão em centros de espalhamento (impurezas, defeitos, tensões, fonons) 
• Livre caminho médio – distancia média entre colisões sucessivas 
Quando E=0 
O fluxo das cargas através da superfície 
é nulo. Logo não há corrente. 
𝜙 = 𝑣 ⋅ 𝑑𝑎 
Quando 𝐸 ≠ 0 O fluxo das cargas através da superfície 
é nulo. Logo há corrente EFETIVA. 
Velocidade média, ou velocidade de deriva: 
𝑣𝐷 ∼ 10
−5 − 10−4 𝑚/𝑠 
 
𝐸 
Δ𝑞 = 𝑛𝐴𝐿𝑒 n densidade de portadores ~10
28/m3 
A área 
L comprimento 
e carga do elétron 
A 
Corrente elétrica 
Definição de corrente elétrica: 
𝑖 =
𝑑𝑞
𝑑𝑡
=
𝑛𝐴𝐿𝑒
𝑑𝑡
= 𝑛𝐴𝑒𝑣𝑑 
 
Logo 𝑣𝑑 =
𝑖
𝑛𝐴𝑒
=
𝐽
𝑛𝑒
 velocidade de deriva 
 
O movimento aleatório (Browniano) dos eletrons permanece mesmo com campo elétrico. 
Fluxo rápido apesar de nulo, define correntes instantâneas como fonte de ruído. 
Fonte de ruído térmico ou ruido branco ou ruido Jonson. 
Depende da temperatura devido ao espalhamentoDos eletrons com os ions ( fonons da rede) . 
Amplitude da oscilação depende da temperatura. 
Teoria cinética descreve o ruído térmico. 
 
Todo resistor ( ou condutor) manifesta ruido termico, proporcional a temperatura e proporcional a 
Largura de banda em que é medido. 
 
𝑃𝑛 = 𝐾𝑇𝐵 onde 𝑃𝑛 é potência máxima da saida de um resistor, K contante de Boltzman, 
T temperatura absoluta (K) , B largura de Banda (Hz) 
A tensão RMS devido ao ruído térmico gerado em uma resistência R sobre uma largura 
De banda DF é 
𝑣𝑛 = 4𝐾𝐵𝑇𝑅Δ𝑓 
 
Dispositivos ultra sensíveis podem ser resfriados para minimizar o ruído térmico. 
 
Outras fontes de ruídos: 
Shot noise: produzido pela chegada aleatória de elétrons ou lacunas num elemento 
de saída, como a placa de um tubo, ou coletor ou dreno de transistores, 
Aparece também em junções PN em diodos. 
Transit time noise, Flicker noise, transistor thermal noise, Partition noise, ... 
 
Definição relação sinal ruido: 
 
𝑆𝑁𝑅 = 10 log
𝑝𝑜𝑡𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑑𝑜 𝑠𝑖𝑛𝑎𝑙
𝑝𝑜𝑡𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑑𝑜 𝑟𝑢𝑖𝑑𝑜
= 10𝑙𝑜𝑔
𝑃𝑠
𝑃𝑛
 
Simulação condutividade 
Introdução a eletrônica: circuito elétrico 
• Interligação criteriosa de diversos componentes onde circulam corrente elétrica. 
• Objetiva transporte ou transformação de energia, processamento de informação sob a forma de sinal 
elétrico. 
Circuitos elétricos: constituídos de componentes passivos que dissipam ou armazenam energia na forma 
de campo elétrico ou magnético, resistores, capacitores e indutores respectivamente. 
Exemplo de circuito: apresenta fontes de tensão, resistores, capacitores, indutores, transistores, 
diodos, eletromecânicos, transdutores.. 
 
Introdução a eletrônica: fontes de tensão e corrente 
Fontes de alimentação e fontes de sinal 
• Fontes de alimentação: baterias (reação química), geradores eletromecânicos (indução) , fotovoltaico 
(conversão de radiação em elétrons livres): 
fornece energia aos circuitos elétricos na forma DC ou AC. 
 
Fontes de tensão AC podem ser convertidas para AC por circuitos retificadores. 
Fontes de tensão DC podem ser convertidos em AC por circuitos conversores. 
A frequência de fontes AC podem ser modificadas por circuitos “inversores de frequência” 
• Fontes de sinal: provenientes de transdutores ( temperatura, pressão, força, 
deslocamento, posição, aceleração, 
Introdução a eletrônica: Componentes eletrônicos passivos 
Componentes eletrônicos passivos: Não necessitam de alimentação para sua operação. 
• Resistores, capacitores, indutores, transformadores, chaves, 
• Conexões, terminais, fusíveis, lâmpadas, fios e conexões elétricas.. 
Resistores: Limitam o fluxo de corrente num circuito. Definem potenciais para polarização 
de componentes ativos, e em circuitos. 
Simbolos: Resistor de valor fixo. 
Volume do dispositivo esta associado a sua capacidade de 
dissipação do calor. Em eletrônica a potência 
de dissipação é especificada como 1/8, 1/4, 1/2, 1... 8W. 
 
Componentes de superficie 
Introdução a eletrônica: Componentes eletrônicos: resistor variável 
potenciometros 
Trimpots 
• O valor fixo do componente é definido entre os terminais 
externos. O valor variável é definida entreo terminal central 
e um outro. 
• Observar capacidade de dissipação. Grandes correntes 
podem danificam o dispositivo. 
Introdução a eletrônica: Componentes eletrônicos:resistores especiais LDR 
LDR: Light dependent resistor. Resistencia depende da intensidade da Luz. 
 
Introdução a eletrônica: Componentes eletrônicos: resistores especiais NTC 
Resistencia depende da temperatura 
A relação entre a resistencia e a temperatura não é linear: 
 R = Ro(To)exp[b(1/T - 1/To)] ). 
São muito usados para controlar / alterar a temperatura 
em dispositivos eletro-eletrônicos , como alarmes, 
termômetros, "relógios", circuítos eletrônicos de 
compensação térmica, dissipadores de calor, ar-
condicionados, .. 
Introdução a eletrônica: Fontes de sinais ac 
Sinais elétricos obtidos a partir de transdutores ou sensores manifestam uma grande variedade de 
fenômenos fisicos: 
Temperatura, pressão, velocidade do vento, campo magnético, força, dilatação, pressão sonora 
(fonocaptores, microfones) 
Vibração, intensidade da luz, medidores de radiação. 
 
Sinais elétricos podem ser convertidos em outras quantidades físicas: 
energia térmica dissipada por elementos de aquecimento, onda sonoros emitidas por alto-falantes, 
ondas eletromagnéticas irradiadas por antenas, movimento através de motores ... 
 
 
 
A extração de informação de um conjunto de sinais requer o processamento de sinais 
𝑣𝑠(𝑡) = 𝑅𝑠𝑖𝑠(𝑡) 
O sinal pode ser representado por uma fonte de tensão e uma resistência de fonte. 
 
Introdução a eletrônica: espectro de frequência de sinais 
Sinal senoidal, com amplitude Va e frequencia f=1/ T Hz. 
Frequência angular 𝜔 = 2𝜋𝑓 
𝑣𝑎(𝑡) = 𝑉𝑎sin (𝜔𝑡) 
Um sinal complexo pode ser representado por uma série de Fourier: soma infinita de senoides com 
frequências a amplitudes relacionadas: 
𝑣 𝑡 = 𝑉1 sin 𝜔1𝑡 + 𝑉2 sin 𝜔2𝑡 +𝑉3 sin 𝜔3𝑡 +𝑉4 sin 𝜔4𝑡 … . 
𝑣 𝑡 ~ 𝑉𝑜 + 𝐴𝑛
∞
𝑛=1
cos 𝜔𝑛𝑡 − 𝜃𝑛 
Exemplo: onda quadrada simétrica pode ser expressa como 
𝑣 𝑡 =
4𝑉
𝜋
(sin 𝜔0𝑡 +
1
3
sin 3𝜔0𝑡 +
1
5
 sin 5𝜔00𝑡 +… 
Introdução a eletrônica: espectro de frequência de sinais 
Representação do sinal no domínio do tempo e no domínio da frequência. 
Espectro de frequência obtido a partir de transformada de Fourier. 
 
Ex. espectros de frequência 
sinais de áudio: 20 a 20KHz 
sinais de vídeo 0 a 4.5MHz. 
Instrumentos: 
 Osciloscópios -> Domínio do tempo (alguns dispõe de transformada de Fourier) 
Analisadores de espectro ->Domínio da frequência 
Introdução a eletrônica: sinais analógicos e digitais 
Sinal analógico: análogo ao sinal físico que ele representa. Apresenta uma variação contínua . 
A maioria dos sinais são analógicos: sinais elétricos em microfones. 
Circuitos analógicos processam sinais analógicos: amplificadores, filtros, retificadores, etc.. 
 
Sinal digital: o valor da amplitude é representado pela magnitude do sinal num instante de tempo. 
 
Sinal analógico: valores de tensão definidos para qualquer 
Instante de tempo. 
Sinal digital: valores de tensão definidos para instantes precisos . 
Obtidos a partir de amostragem (sampling). 
O sinal é uma sequencia de números que representam a 
amplitude. O sinal é quantizado, ou discretizado ou 
digitalizado. 
Introdução a eletrônica: sinal binário 
Em sistemas binários cada digito pode ter somente dois valores: zero ou um. 
Os sinais elétricos binários são representados por dois valores de tensão. 
Exemplo. Zero e +5V. 
A forma de onda é um “trem de pulsos” que 
Informam um valor numérico D. 
5V representa bit 1. 
0V representa bit 0. 
𝐷 = 𝑏02
0 + 𝑏12
1 + 𝑏22
2 + 𝑏32
3 +⋯+ 𝑏𝑁−12
𝑁−1 
 
Usando N bits 0 valor numérico D pode ser expresso 
como: 
𝑏0, 𝑏1, …𝑏𝑁−1 tem valores 0 ou 1. 
𝑏0 é o bit menos significativo 
𝑏𝑁−1 é o bit mais significativo. 
Tal representação discretiza um valor em 2𝑁 níveis. 
Um numero maior de bits aumenta a precisão: reduz 
o erro de quantização