ELETRÔNICA ANALÓGICA E INDUSTRIAL - UNID 2

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Unidade 2
Transistores de efeito de campo e amplificadores operacionais
Aula 1
Aspectos Básicos e Curva Características dos Transistores de Efeito de Campo
Videoaula: Aspectos básicos e curvas características dos transistores de efeito
de campo
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Preparamos um vídeo para explicar com maiores detalhes e de maneira direta e sucinta o
funcionamento e aplicação dos transistores de efeito de campo. Neste vídeo, você vai acompanhar a
interação das imagens juntamente com nossa explicação. A intenção é contextualizar os
conhecimentos com a realidade e a prática do cotidiano de um técnico em eletrônica. Vamos
mostrar circuitos práticos e seu funcionamento.
Ponto de Partida
Olá, estudante!
Nesta aula, abordaremos os transistores de efeito de campo, que fizeram parte da história da
evolução da tecnologia nos sistemas de rádio, televisão e telecomunicações, até chegar aos
computadores e celulares contemporâneos. Esses transistores são capazes de comutar lâmpadas,
amplificar sinais, controlar motores e são a base de construção dos chips e memórias
contemporâneas.
Disciplina
ELETRÔNICA ANALÓGICA E
INDUSTRIAL
A eletroeletrônica é um campo muito vasto; este conhecimento o ajudará, com certeza, a tomar
decisões como futuro técnico e a ser um excelente profissional.
Bons estudos!
Vamos Começar!
Transistor de efeito de campo
Você já estudou o transistor bipolar. Agora, você entenderá as características do FET (abreviação do
inglês, field effect transistor, que significa “transistor de efeito de campo”). Ao invés de possuírem
duas junções, esses transistores são formados por um canal com material semicondutor e uma
porta de controle.
Este tipo de transistor surgiu em meados nos anos 1950 para substituir as válvulas triodos.
Diferentemente dos transistores bipolares, os FET não são controlados por corrente elétrica, mas por
tensão. A corrente é praticamente nula no pino de controle. São utilizados em aplicações para as
quais se requer a amplificação de tensão, ou chaveamento da corrente.
Sua forma de condução é unipolar, sendo que os portadores são somente elétrons (tipo n) ou
somente lacunas (tipo p). O componente é dividido em três partes: fonte (marcada com S de
“source”, do inglês), porta (marcada com G de “gate”, do inglês) e dreno (marcado com D de “drain”,
do inglês), como mostra a Figura 1.
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Figura 1 | Estrutura do FET. - Fonte: Wikimedia Commons.
Uma de suas principais características é o alto valor de impedância da porta, diminuindo o consumo
de energia e níveis de ruídos; daí sua vantagem ao ser utilizados principalmente como amplificador
de sinais. Os transistores de efeito de campo se dividem em JFET e MOSFET.
Transistor JFET
O transistor de efeito de campo JFET (junção FET) é construído a partir de material semicondutor de
silício que recebe a dopagem de impurezas. Elas criam uma região p ou n, de acordo com o tipo de
transistor na região superficial do substrato. Na Figura 2, vemos um JFET do tipo n. Entre a fonte e o
dreno, existe um canal de material negativo, por onde circula a corrente principal ou corrente de
dreno.
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Figura 2 | Movimento dos elétrons no JFET. - Fonte: elaborada pelo autor. 
A porta é dopada com material do tipo p; nela é aplicada a tensão de controle. Os terminais do
componente estão conectados internamente a uma placa metálica ligada aos terminais externos.
Quando o transistor é ligado a uma fonte de tensão entre sua fonte e o dreno, existirá uma corrente
elétrica. Esta vai provocar um efeito nas laterais do canal, que tendem a reprimir o próprio fluxo de
elétrons. Estes portadores se acumulam e formam a camada de depleção (estudaremos mais sobre
isso à frente). Trata-se de um ponto chave no funcionamento deste transistor. Na Figura 3, vê-se um
JFET encapsulado 2N5458.
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INDUSTRIAL
Figura 3 | JFET encapsulado 2N5458. - Fonte: elaborada pelo autor. 
MOSFET
Outro tipo de transistor de efeito de campo é o MOSFET (MOS vem de metal oxide semicondutor, que
significa, em inglês, “metal óxido semicondutor”). Ele se diferencia do JFET da seguinte forma: a
porta é conectada ao canal por material óxido, depositado nos terminais. Esse material isola e
aumenta a impedância, característica que permite obter uma resistência elétrica na ordem de Tera
Ohms. Existem dois tipos de MOSFET: de depleção e de enriquecimento.
Curvas características
Nestes transistores, todo cálculo é realizado mediante o mapa da curva característica do
componente que consta no datasheet (“folha de dados”) fornecido pelo fabricante, como mostra a
Figura 4.
Nesta curva, é possível escolher e definir alguns parâmetros de trabalho do JFET e MOSFET de
acordo com as especificações do projeto. Com isso, obtêm-se os valores de tensão e corrente que
vão definir os demais componentes do circuito.
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Figura 4 | Gráfico da curva característica MOSFET. - Fonte: Wikimedia Commons.
Siga em Frente...
Funcionamento do transistor de efeito de campo
Vamos compreender o funcionamento JFET. Os terminais do canal N são dreno (D) e source (S). É
neles que passa toda a corrente e neles está conectada a fonte de tensão VDD. Os terminais laterais
são do gate (positivo) e também necessitam da fonte de tensão VGG ligada inversamente.
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Figura 5 | Comportamento do canal. - Fonte: elaborada pelo autor.
Vejamos agora como os elétrons se movimentam pelo JFET. A fonte VDD está ajustada para 3V
como mostra a Figura 5. O terminal negativo “empurra” os elétrons que são atraídos pelo positivo,
estabelecendo no canal a corrente de dreno. A fonte VGG está em zero volts; o negativo atrai as
lacunas do material p do Gate, deixando a região p ionizada positivamente, atraindo os elétrons do
canal para si como mostra a Figura 6.
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Figura 6 | Movimento de elétrons pelo canal. - Fonte: elaborada pelo autor.
Com este fenômeno ocorrendo, parte dos elétrons começam a ficar imobilizados dentro do canal na
região da junção P, ocorrendo um efeito de “entupimento” do canal, conhecido como camada de
depleção, como mostra a Figura 7.
Se a tensão VDD for aumentada, a camada de depleção vai intensificar se até fechar completamente
o canal, como mostra a Figura 8. Em contrapartida, o campo elétrico formado no canal também
aumenta, permitindo que os elétrons cheguem até ao dreno. Diante desta “batalha” dentro do canal,
estabelece-se um equilíbrio que impede a corrente de aumentar excessivamente. Ela permanece
controlada.
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Figura 7 | Fechamento da camada de depleção. - Fonte: elaborada pelo autor.
Pode-se dizer que, no canal, existe uma resistência virtual. Ela chega um ponto no qual o fluxo de
elétrons se estabiliza; ele é chamado de corrente de saturação. Ao aumentar VGG, a camada de
depleção começa a invadir todo o canal, diminuindo a corrente de dreno e entupindo-o
completamente. Entra em corte, ou seja: o gate é o controlador da corrente de dreno, mas não existe
corrente nele. Este aspecto é muito importante na Eletrônica Analógica Industrial para a economia de
energia elétrica.
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Figura 8 | “Entupimento” do canal. - Fonte: elaborada pelo autor.
MOSFET de depleção
O funcionamento do MOSFET é parecido ao do JFET, com a diferença do material óxido de alumínio
que é depositado nos terminais entre a placa metálica do gate e o substrato. Ele se comporta como
um dielétrico, de maneira que, nesta função, temos uma espécie de capacitor. Nas junções do dreno
e da source com o gate, existe uma barreira de potencial, como no caso dos diodos, que servem de
camada de depleção.Disciplina
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Figura 9 | MOSFET de depleção. - Fonte: elaborada pelo autor.
Se VGG é zero, o canal não conduz, porque a barreira impede que os elétrons saiam do material N em
direção ao gate. Neste caso, o transistor não conduz, como mostra a Figura 9. Havendo tensão no
gate, o terminal se carrega de cargas positivas, pela característica idêntica aos capacitores, assim os
elétrons da source são atraídos e começam a circular levemente na região do gate em direção ao
dreno, como mostra a Figura 10. Esta movimentação aumenta com o campo elétrico.
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Figura 10 | Movimento de elétrons pelo canal e gate. - Fonte: elaborado pelo autor.
MOSFET de enriquecimento
Você pode observar que, neste transistor, não existe canal. VDD está conectado, mas ID é igual a
zero, como mostra a Figura 11.
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Figura 11 | MOSFET de enriquecimento. - Fonte: elaborada pelo autor.
Sem tensão no gate, ele não conduz. Ao alimentar o gate, ele fica carregado positivamente, atraindo
os elétrons da source em direção ao dreno, como mostra a Figura 12. Podemos dizer que o canal
aparece alimentando o gate.
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Figura 12 | Movimento de elétrons pelo canal. - Fonte: elaborada pelo autor.
Falta agora interpretar o mapa destes transistores. Vamos usar a curva característica fornecida pelo
fabricante, como mostra a Figura 13.
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Figura 13 | Curva característica. - Fonte: elaborado pelo autor.
Para definir os parâmetros, basta traçar a reta, como mostra a Figura 14.
Figura 14 | Dimensionamento do circuito. - Fonte: elaborada pelo autor.
Se preciso de ID igual a 2,5 mA e meu VDD é 5V, tenho que ajustar VGG para -1V.
Vamos Exercitar?
Aplicação dos transistores de efeito de campo
Veremos agora a aplicação de cada tipo dos transistores de efeito de campo estudados. Vamos
lembrar que estes componentes são essenciais na Eletrônica Analógica Industrial, devido ao baixo
consumo de corrente elétrica e à capacidade que possuem de controlar altas correntes através do
dreno.
JFET
A vantagem do JFET é que ele pode trabalhar como amplificador em altas frequências, já que, no
gate, não há modulação de corrente. Ele tem resposta mais rápidas do que os transistores bipolares,
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sendo um inconveniente no sistema de amplificação o aquecimento dos transistores ocasionado
pelos elevados níveis de corrente elétrica.
Temos o exemplo de um amplificador como mostra a Figura 15. Nela, o microfone (mic) capta as
modulações do som, as converte em impulsos elétricos com valores de tensão na ordem de milivolts
e os envia ao gate do JFET Q1 com canal N.
Os capacitores C1 e C2 acoplam o sinal, ou melhor, separam o sinal alternado da fonte de tensão
contínua. O resistor R1 limita a corrente de dreno e mantém o JFET trabalhando dentro do ganho
estabelecido pelo projeto do circuito. Importante lembrar que os dados de ganho, ID, VGG e curva
características são dados pelo datasheet do fabricante. O sinal de saída é obtido com intensidade
centenas de vezes maior que o original captado pelo MIC.
Figura 15 | Amplificador. - Fonte: elaborada pelo autor.
MOSFET de depleção
Uma aplicação do MOSFET de é um temporizador para lâmpadas, como mostra a Figura 16. No
circuito, ao pressionar B1, o capacitor C1 é carregado e imediatamente aciona o gate do MOSFET Q1.
Isso faz com que a lâmpada L1 se acenda. O resistor R1 vai servir para descarregar C1 de acordo
com o tempo calculado no circuito. Quando isto ocorre, C1 se descarrega e no gate não existe mais
tensão, de modo que a lâmpada de apaga. Nesse caso, o transistor está funcionando como chave.
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Figura 16 | Temporizador. - Fonte: elaborada pelo autor.
MOSFET de enriquecimento
Por fim, vejamos um exemplo de aplicação de MOSFET de enriquecimento. No circuito a seguir,
existem quatro deles que estão controlando um motor de passo de corrente contínua, como mostra
a Figura 17. Este tipo de motor se movimenta de acordo com pulso de onda quadrada de curta
duração. Ela faz com que o motor gire compassadamente e com movimentos bem curtos. A
finalidade é que ele pare sempre em uma posição definida por um módulo de controle.
São utilizados em máquinas que requerem paradas precisas de movimento. O motor leva este nome
porque vai girando passo a passo, embora seja um movimento muito rápido. O sinal de onda
quadrada é aplicado no MOSFET e ele, por ter rápida resposta, efetua o movimento necessário.
Observe os dois transistores Q3 e Q4 que estão em vermelho (significando que estão ligados). Eles
trabalham dois de cada vez; ou seja: quando se desligam, é a vez de Q1 e Q2. Os diodos servem para
filtrar a corrente reversa na saída dos transistores.
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Figura 17 | Controle de motor. -  Fonte: elaborada pelo autor.
Saiba mais
Você poderá buscar informações sobre os MOSFETs de maneira geral acessando o site: All Data
Sheets.
Referências
NETO, Arlindo. Eletrônica Analógica e Digital Aplicada a IoT. Rio de Janeiro: Alta Books, 2019.
WIRTH, Almir. Eletricidade e Eletrônica Básica. Rio de Janeiro: Alta Books, 2013.
Aula 2
Operacionalização dos Transistores de Efeito de Campo
Videoaula: Operacionalização dos transistores de efeito de campo
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https://pdf1.alldatasheet.com/
https://pdf1.alldatasheet.com/
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mesmo sem conexão à internet.
Preparamos um vídeo para explicar com maiores detalhes e de maneira direta e sucinta os
conhecimentos sobre conexão e características fundamentais na aplicação dos transistores de
efeito de campo. Neste vídeo, você vai acompanhar a interação das imagens juntamente nossa
explicação. A intenção é contextualizar os conhecimentos com a realidade e a prática do cotidiano
de um técnico em eletrônica. Vamos mostrar circuitos práticos e seu funcionamento.
Ponto de Partida
Olá, estudante!
Nesta aula, vamos tratar dos transistores de efeito de campo enfocando nos manuais dos
componentes, aplicações e alguns circuitos que fazem parte da Eletrônica Analógica Industrial. São
sistemas que você, como futuro técnico em eletroeletrônica, vai encontrar quando estiver exercendo
sua função. Vamos estudar o acionamento e controle de motores, sensores e dispositivos de
segurança envolvendo o FET, conhecimento importante para seu sucesso profissional.
Bons estudos!
Vamos Começar!
Testando o transistor FET e interpretando o datasheet
Vamos interpretar o manual de componente que é conhecido tecnicamente por datasheet (“folha de
dados”, em inglês). Ele é fornecido pelo fabricante. Existem também sites como “All Data Sheet” que
fornecem os manuais dos componentes eletrônicos. As imagens apresentadas nas Figuras 1, 2 e 3
exemplificam componentes e seus datasheets correspondentes.
Bloco 1
Disciplina
ELETRÔNICA ANALÓGICA E
INDUSTRIAL
 
ABSOLUTE MAXIMUM
RATINGS
(TA= 25°C unless
otherwise noted)
Drain-Gate Voltage . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . 25V
Drain-Source Voltage. .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . 25V
Continuous Forward
Gate Current . . . . . . . . .
. . . . . . . 10mA
Storage Temperature
Range . . . . . . . . . . . . .
-65°C to +150°C
Operating Temperature
Range . . . . . . . . . . .
-55°C to +135°C
Lead Temperature
(Soldering, 10sec) . . . .
. . . . . . . . . +300°C
Power Dissipation . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . 310mW
Derate above 25°C . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . .
2.82mW/°C
NOTE: Stresses above
those listed under
"Absolute Maximum
Ratings" may cause
permanent damage to
the device. These are
stress ratings only and
functional operationof
the device at these or
any other conditions
above those indicated
in the operational
sections of the
specifications is not
implied. Exposure to
ORDERING INFORMATION
Disciplina
ELETRÔNICA ANALÓGICA E
INDUSTRIAL
absolute maximum
rating conditions for
extended periods may
affect device reliability.
ORDERING INFORMATION
Part Package
Temperature
Range
2N5457-
59
Plastic
TO-92
-55°C to
+135°C
X2N5457-
59
Sorted
Chips in
Carriers
-55°C to
+135°C
ORDERING INFORMATION
Part Package Temperature Range
2N5457-59 Plastic TO-92 -55°C to +135°C
X2N5457-59 Sorted Chips in Carriers -55°C to +135°C
Bloco 2
ORDERING
INFORMATION
Part Package Temperature Range
Bloco 3
2N5457-59 Plastic TO-92 -55°C to +135°C X2N5457-59
Bloco 4
Sorted Chips in Carriers -55°C to +135°C
ELECTRICAL CHARACTERISTICS (TA= 25°C unless otherwise specified)
Bloco 1
SYMBOL PARAMETER MIN
BVGSS Gate-Source Breakdown Voltage -25
IGSS Gate Reverse Current  
   
Disciplina
ELETRÔNICA ANALÓGICA E
INDUSTRIAL
VGS(off)
Gate-Source Cutoff
Voltage
2N5457 -0.5
2N5458 -1.0
2N5459 -2.0
VGS Gate-Source Voltage 2N5457 2.5
2N5458 3.5
Disciplina
ELETRÔNICA ANALÓGICA E
INDUSTRIAL
2N5459 4.5
IDSS
Zero-Gate-Voltage
Drain Current (Note 1)
2N5457 1.0
2N5458 2.0
2N5459 4.0
| yfs | Forward Transfer
Admittance
2N5457 1000
2N5458 1500
Disciplina
ELETRÔNICA ANALÓGICA E
INDUSTRIAL
2N5459 2000
| yos | Output Admittance  
Ciss Input Capacitance (Note 2)  
Crss Reverse Transfer Capacitance (Note 2)  
NF Noise Figure (Note 2)  
Bloco 2
MAX UNITS TEST
  V IG= -10 A, VDS= 0
-1.0
nA
VGS = -15V, VDS = 0
-6.0
V
VD
S =
15
V,
ID
=
10
nA
 
V
VD
S=
15
V,
ID=
10
0
A,
Ty
pic
al
5.0 mA VD
S =
15
V,
VG
S =
0 
5000 VD
S =
15
V,
VG
S =
0 ,
50 VD
S =
15
V,
VG
∝
∝
∝ S
∝ S
Disciplina
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INDUSTRIAL
f =
1k
Hz
S =
0, f
=
1k
Hz
7.0 pF
VD
S =
15
V,
VG
S =
0, f
=
1M
Hz
3.0 pF
VDS = 15V, VGS = 0, f =
1MHz
3.0 dB
VDS = 15V, VGS = 0, RG =
1MHz, BW = 1Hz, f =
1kHz
Figura 1 | Datasheet do transistor 2N5457-2N5459. - Fonte: All Data Sheet.
Observe o transistor com a descrição pino de configuração (“pin configuration”), como mostra
claramente a pinagem que você terá de identificar na Figura 2.
 
Disciplina
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INDUSTRIAL
https://pdf1.alldatasheet.com/datasheet-pdf/view/57108/CALOGIC/2N5458.html
Figura 2 | Pinagem do transistor. - Fonte: All Data Sheet.
Além desta descrição, você vai encontrar todos os dados do transistor como mostra a Figura 3.
Vamos comentar sobre os mais importantes. A tensão de gate, que faz com que o transistor entre
em corte (quando o canal se fecha completamente ou se “entope”), aparece no manual como VGS
off.
A conexão com tensão indireta do gate, que permite a condução entre a source e o dreno, aparece no
manual como VGS. Por fim, observe Idss, ou ID entre source e dreno. Ela é a máxima corrente.
Bloco 1
SYMBOL PARAMETER MIN
BVGSS Gate-Source Breakdown Voltage -25
IGSS Gate Reverse Current  
Disciplina
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INDUSTRIAL
   
VGS(off)
Gate-Source Cutoff
Voltage
2N5457 -0.5
2N5458 -1.0
2N5459 -2.0
VGS Gate-Source Voltage 2N5457 2.5
2N5458 3.5
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2N5459 4.5
IDSS Zero-Gate-Voltage
Drain Current (Note 1)
2N5457 1.0
2N5458 2.0
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2N5459 4.0
| yfs | Forward Transfer
Admittance
2N5457 1000
2N5458 1500
2N5459 2000
| yos | Output Admittance  
Ciss Input Capacitance (Note 2)  
Crss Reverse Transfer Capacitance (Note 2)  
NF Noise Figure (Note 2)  
Bloco 2
MAX UNITS TEST
  V IG= -10 A, VDS= 0
-1.0
nA
VGS = -15V, VDS = 0
-6.0
V
VD
S =
15
V,
ID
=
10
nA
 
V
VD
S=
15
V,
ID=
10
0
A,
Ty
pic
al
5.0 m
A
VD
S =
∝
∝
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INDUSTRIAL
15
V,
VG
S =
0 
5000
VD
S =
15
V,
VG
S =
0 ,
f =
1k
Hz
50
VD
S =
15
V,
VG
S =
0, f
=
1k
Hz
7.0 pF
VD
S =
15
V,
VG
S =
0, f
=
1M
Hz
3.0 pF
VDS = 15V, VGS = 0, f =
1MHz
3.0 dB
VDS = 15V, VGS = 0, RG =
1MHz, BW = 1Hz, f =
1kHz
Figura 3 | Datasheet do transistor. - Fonte: All Data Sheet.
Teste do FET
Agora vejamos como é feito para saber se o FET está em boas condições ou não, como mostra a
Figura 4. Para isso, é necessário um multímetro. A escala de medição será de continuidade, que vem
indicada com o símbolo do diodo.
∝ S
∝ S
Disciplina
ELETRÔNICA ANALÓGICA E
INDUSTRIAL
Figura 4 | Teste do MOSFET. - Fonte: elaborada pelo autor.
A prova é realizada sempre medindo entre dois terminais; é importante saber que o gate não tem
continuidade nem com a source nem com o dreno. Inicia-se a prova medindo S com D. É possível ver
que o multímetro não indica nenhum valor.
Porém, com a ponta de prova preta em S e a vermelha em G, ativa-se o gate com a tensão da bateria
interna do próprio multímetro; assim, o contato de S e D se fecha. Dessa maneira, colocando-se a
ponta preta em S e a vermelha em D, o visor do multímetro indicará o valor de resistência do canal.
Neste caso, o transistor está em boas condições.
Amplificador de sinais
Você pode ver, na Figura 5, que o transistor MOSFET não trabalha isoladamente, mas precisa do
apoio de vários outros componentes da eletrônica analógica, como capacitores de acoplamento,
resistores, a fonte de alimentação que dá vida ao circuito e, finalmente, o potenciômetro que vai ser
responsável por variar o volume do som.
Na eletrônica de potência, ou nas máquinas industriais, o alto falante não é utilizado, mas é comum
utilizar, em seu lugar, no circuito, um motor de passo instalado em uma esteira da linha de produção,
por exemplo. O sinal aplicado em IN é a saída de um sensor capacitivo que faz a leitura de peso em
cima da esteira, exigindo maior ou menor torque do motor.
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ELETRÔNICA ANALÓGICA E
INDUSTRIAL
Figura 5 | Circuito do amplificador. - Fonte: elaborada pelo autor.
POT= 100K/1MΩ
R1 = 100KΩ
R2 = 47Ω
IN = SIGNAL
C1 = 470 Nf
C2 = 22μF
VCC = 12V
FL= AUTO
FALANTE 8/40 Ω
Q1 = MOSFET
 
FET como comutador e controlador de motores
Utilizando quatro MOSFETs IRF510, veja que é possível controlar um motor de passo de dois fios. O
circuito entregue na entrada é de onda quadrada, o que representa alterações de nível lógico.
Desde um computador central complexo, até um microcontrolador de fácil acesso (como é o caso
do microcontrolador na placa de desenvolvimento Arduino), pode-se gerar o sinal de variação de
nível lógico para que a velocidade do motor possa ser variada. Neste contexto, quando os pulsos
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ELETRÔNICA ANALÓGICA E
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estão juntos, a velocidade é maior; e quando se distanciam as bordas da onda quadrada, ocorre a
diminuição da velocidade, como mostra a Figura 6.
Figura 6 | Controle de motor. - Fonte: elaborada pelo autor.
Siga em Frente...
Exemplo de teste do transistor FET
Vamos tomar como exemplo o JFET encapsulado 2N5458, como mostra a Figura 7. Como é possível
saber quais são os pinos?
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Figura 7 | Sentido da pinagem do transistor. - Fonte: elaborada pelo autor.
Olhando sempre o componente de frente de uma maneira que se possa fazer a leitura do valor
nominal, você vai poder identificar os pinos como na figura fornecida pelo datasheet. Lembre-se de
que o pino 1 vai ser sempre o primeiro da esquerda em todos os transistores
Para seguir, será necessário o uso do multímetro. Colocando as pontas de prova no gate/dreno e
gate/source, como mostra a Figura 8, o multímetro deverá indicar 0,0 ohm, estando na escala de
teste para diodos.
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INDUSTRIAL
Figura 8 | Medição com multímetro. - Fonte: elaborada pelo autor.
Atenção! Na Figura 9, considerando o teste A, o canal não conduz, sendo que source e dreno estão
abertos. Para ativar o canal, você deve realizar o teste B da figura, colocando a ponta de prova preta
na source e a vermelha em gate. Dessa maneira, ao testar o canal, como indica o teste C, o
multímetro indicará o valor de resistência do canal. Neste caso, o transistor está emboas condições!
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Figura 9 | Amostragem de valores medidos. - Fonte: elaborada pelo autor.
Amplificador de sinais
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O MOSFET utilizado é o IRF510, que tem um ganho aproximado de 100 beta, ou seja, pode aumentar
o sinal 100 vezes da entrada IN. Você pode ver na Figura 10 que o terminal source do transistor está
conectado diretamente ao alto falante e o gate à entrada de sinal; porém, com o C1 em série.
Este capacitor opera como acoplador do sinal alternado de entrada. Seria como um separador entre
o sinal alternado e a tensão contínua da fonte VCC. Esta configuração é necessária em todos os
amplificadores.
Figura 10 | Conexão do gate e source. - Fonte: elaborada pelo autor.
FET como comutador e controlador de motores
Observe na Figura 11 o datasheet do IRFZ44N. A corrente de dreno que ele suporta pode chegar a
49A; os pinos estão indicados e, o circuito, vemos na sequência.
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Figura 11 | Datasheet do IRFZ44N. - Fonte: All Data Sheet.
O MOSFET controla o motor de corrente contínua como mostra a Figura 12, de maneira direta,
podendo ser aumentada a velocidade por meio do potenciômetro POT. Note que os pontos A e B
fazem o divisor de tensão, porque B está ligado ao gate, controlando ID. O positivo da fonte está
ligado na source e o dreno vai ligado ao motor. Dessa maneira, o transistor tem a capacidade de
comutar e controlar a velocidade.
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ELETRÔNICA ANALÓGICA E
INDUSTRIAL
Figura 12 | Controle de motor. - Fonte: elaborada pelo autor.
Vamos Exercitar?
Medindo o MOSFET dentro do circuito
Neste bloco, você vai aprender a aplicar medições com o circuito ligado. Trata-se de um controlador
para motores utilizando o MOSFET Q2, que faz a segunda etapa de amplificação e controle, como
mostra a Figura 13
A primeira etapa corresponde ao transistor bipolar Q1, que recebe o sinal do módulo de controle de
temperatura. Este entra no resistor R1 em forma de onda quadrada; o resistor o amplifica 10 vezes
mais. O NTC é um resistor que varia sua resistência de acordo com a temperatura.
Disciplina
ELETRÔNICA ANALÓGICA E
INDUSTRIAL
Figura 13 | Controle de temperatura. - Fonte: elaborada pelo autor.
Quanto maior a temperatura, maior o sinal entregue a Q1. Consequentemente, na entrada do gate
haverá um sinal aumentado e, por sua vez, a corrente no canal aumenta para que o motor do
ventilador possa refrigerar ainda mais.
O sinal Sin é de 0,3V, muito baixo, mas Q1 aumenta para 3V, como vemos no visor do multímetro (em
escala de tensão) na Figura 14. Note que, neste ponto, existe um divisor de tensão que subtrai do
valor de VCC a parcela de VR2, sobrando 3v.
Uma sugestão para uma situação de defeito: se o motor não estivesse funcionando, ao medirmos o
gate, certificando que existe tensão, provavelmente o canal não estaria conduzindo. Isso levaria a
crer que o problema estaria no FET ou na fonte VDD. Por meio das medições, vamos chegando ao
defeito por eliminação de hipóteses. Ao fazer medições no circuito, é preciso atentar para a escala a
ser utilizada com muita precaução, principalmente com o circuito ligado na rede elétrica.
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ELETRÔNICA ANALÓGICA E
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Figura 14 | Medição e teste. - Fonte: elaborada pelo autor.
Observando os datasheets, você, como futuro técnico em eletroeletrônica, deverá atentar para o
valor de potência indicado, uma vez que, dependendo da aplicação, haverá aquecimento excessivo e
destruição do componente. Neste caso, é necessário utilizar o dissipador de calor de alumínio, que é
parafusado no próprio FET, como mostra a Figura 15. Observe que se trata de uma chapa perfurada
para esta finalidade.
Disciplina
ELETRÔNICA ANALÓGICA E
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Figura 15 | Dissipador de calor. - Fonte: Wikimedia Commons.
MOSFET e segurança na indústria
Na maioria das máquinas industriais, o contato humano direto com os sistemas elétricos torna-se
perigoso. É necessário isolar o comando elétrico dos acionadores manuais. Quando uma pessoa
precisa intervir desligando uma máquina, é preciso que, ao apertar um botão ou uma tecla, este
dispositivo manual não esteja diretamente ligado ao sistema de potência elétrica.
Por esta razão, se utiliza o opto acoplador como mostra a Figura 16. Trata-se de um circuito
integrado, dentro do qual existe isolamento eletrônico por meio de LED e transistor. Uma vez que se
aciona o LED, a luz emitida aciona o transistor. Isto acontece dentro do invólucro, não sendo possível
enxergar este efeito. No entanto, o LED trabalha isolado do restante do circuito.
O botão de acionamento manual é ligado na entrada do 4N25, onde está o LED interno. O transistor
interno é responsável por acionar a saída. Porém, a corrente que o 4N25 suporta é muito pequena.
Não podendo acionar diretamente um motor, por exemplo, pode-se utilizar um MOSFET. A saída do
opto acoplador 4N25 é conectada ao gate do MOSFET, que se encarrega de acionar o motor através
da corrente de canal.
Disciplina
ELETRÔNICA ANALÓGICA E
INDUSTRIAL
Figura 16 | Opto acoplador. - Fonte: elaborada pelo autor.
Saiba mais
Sugestão de aplicação, leia o artigo para conhecer mais das aplicações e usos:
HENRIQUE, M. S. Estudo da tensão de ruptura em transistores mosfets de potência do tipo LDMOS.
VII Simpósio de Iniciação Científica, Didática e de Ações Sociais da FEI, São Bernardo do Campo,
2017.
Referências
NETO, Arlindo. Eletrônica Analógica e Digital Aplicada a IoT. Rio de Janeiro: Alta Books, 2019.
WIRTH, Almir. Eletricidade e Eletrônica Básica. Rio de Janeiro: Alta Books, 2013.
Aula 3
Circuitos Básicos com Amplificador Operacional (Inversor, não inversor, somador e diferencial)
Disciplina
ELETRÔNICA ANALÓGICA E
INDUSTRIAL
https://fei.edu.br/sites/sicfei/2017/eng-eletrica/SICFEI_2017_paper_227.pdf
Videoaula: Circuitos básicos com amplificador operacional (inversor, não
inversor, somador e diferencial)
Este conteúdo é um vídeo!
Para assistir este conteúdo é necessário que você acesse o AVA pelo computador
ou pelo aplicativo. Você pode baixar os vídeos direto no aplicativo para assistir
mesmo sem conexão à internet.
Preparamos um vídeo para explicar com maiores detalhes e de maneira direta e sucinta os
conhecimentos sobre conexão e cálculos referentes aos amplificadores operacionais. Neste vídeo,
você vai acompanhar a interação das imagens juntamente com nossa explicação. A intenção é
contextualizar os conhecimentos com a realidade e a prática do cotidiano de um técnico em
eletrônica. Vamos mostrar circuitos envolvendo o LM741 e seu funcionamento.
Ponto de Partida
Olá, estudante!
Nesta aula, você estudará sobre o amplificador operacional, com ênfase ao circuito integrado
LM741. Serão apresentados exemplos de circuitos e aplicações que fazem parte da Eletrônica
Analógica Industrial. Estudaremos o acionamento de dispositivos por meio de efeitos naturais com
luz, temperatura e outros. Trataremos ainda um pouco sobre os sistemas amplificados.
Esses são sistemas que você, como futuro técnico em eletroeletrônica, vai encontrar quando estiver
exercendo sua função. Trata-se, portanto, de um conhecimento que o ajudará a tomar decisões em
campo.
Bons estudos!
Vamos Começar!
Amplificador operacional
Os amplificadores operacionais (AmpOp) são circuitos transistorizados encapsulados que fazem
parte da família dos circuitos integrados. Possuem alta impedância de entrada; assim, as correntes
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ELETRÔNICA ANALÓGICA E
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de entrada são praticamente nulas. Podemos entender o conceito de impedância como uma
resistência; toda oposição à passagem de corrente nos semicondutores recebe esta terminologia.
Trata-se de um excelente amplificador, tendo ganhos altíssimos e que podem ser definidos por meio
da configuração das resistências utilizadas em conjunto no circuito de entrada e da realimentação
do AmpOp. As entradas são chamadas de inversora (V-) e não inversora (V+), como apresentado na
Figura 1.
Figura 1 | Amplificadoroperacional. - Fonte: elaborada pelo autor.
Quando a tensão na entrada inversora (-) for maior em comparação à não inversora, a saída
permanece desligada; ou seja, em nível zero, de maneira que, se a medirmos, não encontraremos
valores de tensão. Quando a tensão na entrada não inversora (+) for maior em comparação à
inversora, a saída é ativada com 5 volts.
Se a entrada positiva (não inversora) tiver um sinal ou tensão maior, este valor subtrai o valor da
inversora. Assim, o resultado será um ganho em centenas de vezes; porém, se alimentamos o
amplificador operacional com 5Vcc, a tensão máxima de saída será o valor da alimentação, ou seja,
5Vcc. Se for ao contrário, o valor de tensão de saída será zero.
Este recurso é muito utilizado em automação, uma vez que, com 5Vcc, pode-se acionar um transistor
e, consequentemente, uma carga. Por isso, ele é chamado de comparador de tensão, pois escolhe
entre as duas entradas, dependendo do valor de tensão que existe nelas, e define a saída como
ligado ou desligado.
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Estas entradas necessitam estar ligadas em algum elemento que possa “ler” uma reação da
natureza e transformar em sinal elétrico. Pode ser um sensor de temperatura, de luz, de gás, de peso,
de velocidade, de cor, etc.
Um exemplo de amplificador operacional é o LM741, ilustrado na Figura 2. É formado por um
encapsulamento plástico e possui oito pinos, cada qual definido pelo datasheet. Na maioria dos
casos, aceita alimentação de até 15Vcc. É de larga aplicação na eletroeletrônica. O LM741 pode
comparar valores de tensão em suas entradas e atribuir, na saída, um resultado saturado,
caracterizando a maior das tensões da entrada, ou um valor intermediário, pois funciona como
amplificador de sinais.
Figura 2 | LM741. - Fonte: Wikimedia Commons.
Siga em Frente...
Calculando e aplicando o amplificador operacional
Existem diferentes configurações para os resistores e o amplificador operacional. As arquiteturas de
circuito com amplificadores operacionais são úteis para várias aplicações.
Na configuração de inversor, conforme apresentado na Figura 3, um resistor R1 é conectado entre a
entrada inversora e a fonte do sinal de entrada. O resistor R2 está conectado em derivação no
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mesmo nó; ele realiza a realimentação da saída. Logo, enquanto um terminal está conectado à
entrada inversora, o outro está conectado à saída. O resultado do sinal será dado por:
Vo = -(R2/R1) x Vi
Figura 3 | Inversor. - Fonte: elaborada pelo autor.
Na configuração de inversor, o sinal é aplicado na entrada negativa e o resistor R2 faz a
realimentação com a saída. Para calcular o ganho, é preciso dividir R2 por R1 e, com este resultado,
multiplicar pelo sinal de entrada. Como se trata da entrada inversora, é necessário o sinal negativo.
Atribuindo-se os valores:
Vi = 2v
R2 = 4700Ω
R1 = 220Ω
É possível calcular a saída Vo:
ganho  =   − R2
R1
 x V i
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Na configuração não inversora, como mostra a Figura 4, o sinal é aplicado na entrada não inversora e
o resistor R1 na entrada inversora. R2 faz a realimentação com a saída. A equação de amplificação é
dada por:
Vo = (1 + R2/R1) x Vi
Figura 4 | Não inversor. - Fonte: elaborada pelo autor.
Na configuração não inversora, o sinal é aplicado na entrada positiva e o resistor R1 na entrada
negativa. R2 faz a realimentação com a saída. Para calcular o ganho, é preciso dividir R2 por R1 e,
com este resultado, multiplicar pelo sinal de entrada. Quando a entrada é não inversora, então, é
necessário somar o ganho com 1.
Utilizando-se de valores de exemplo, é possível calcular a saída Vo, como segue:
V o  =   − R2
R1
 x V i
V o  =   − 4700
220  x 2
V o  =   − 42, 72v
ganho  =  (1  +   R2
R1 ) x V i
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ELETRÔNICA ANALÓGICA E
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Vi = 3v
R2 = 1000Ω
R1 = 100Ω
Na configuração do circuito somador, como mostra a Figura 5, o sinal será amplificado pela razão do
resistor R2, conectado à saída pelos resistores de entrada. Como temos mais de um resistor, o
cálculo deverá se repetir cada resistor de entrada, sendo:
Vo = -(R2/Ra x Via + R2/Rb x Vib)
Se houver sinal nas duas entradas simultaneamente, o resultado da saída será a soma dos dois
sinais aplicados.
Figura 5 | Somador. - Fonte: elaborada pelo autor.
V o  =  (1  +  R2 / R1) V i
V o  =  (1  +  1000 / 100) V i
V o  =  33V
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ELETRÔNICA ANALÓGICA E
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Na configuração somador, o sinal pode ser aplicado tanto na entrada positiva quanto na negativa. O
resultado da saída será a soma dos dois sinais aplicados, que devem ser calculados de maneira
separada. R2 sempre fará a realimentação. Depois, basta somar os dois e teremos o ganho total do
amplificador.
Vamos fazer em duas etapas, considerando:
Vi a = 1.5v
Vi b = 4.5v
Ra = 560Ω
Rb = 330Ω
R2 = 3300Ω
Deve-se calcular Vo.
Na configuração diferencial, o AmpOp trabalha verificando duas entradas e amplificando o resultado
da diferença do maior sinal pelo ganho total, que é o máximo da fonte, como mostra a Figura 6.
ganho1  =   R2
Ra
 x V iaganho2  =   R2
Rb
 x V ibganho  =  ganho1  +  ganho2
V a  =   − R2
Ra
 x V iaV a  =   − 3300
560
 x 1, 5V a  =   − 8, 84vV b  =   − R2
Rb
 x V ibV b  =   − 33
3
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Figura 6 | Diferencial. - Fonte: elaborada pelo autor.
Nas quatro configurações, o ponto-chave é que não existe corrente elétrica na entrada do
comparador; a grandeza principal que opera é a tensão. Outro fator é o ganho, que é definido pelo
resistor de realimentação.
Utilizando um amplificador operacional para circuitos de som, nota-se a eficiência, uma vez que ele
substitui vários transistores. No circuito da Figura 7, temos o LM741 na configuração não inversora,
pois está conectado na entrada positiva. Perceba, como mostrado, que o resistor R3 faz a
realimentação, ou seja, é ligado ao pino 2 e à saída 6. O resistor R2 está na entrada inversora, que é
negativa.
Dessa maneira, temos que atentar aos valores de R3 e R2. Neste ponto do circuito, está o ganho do
amplificador: a quantidade de vezes que R3 for maior que R2 será proporcional ao aumento do sinal
de entrada IN em relação à saída OUT.
Os capacitores C1, C2, C3 e C4 fazem acoplamento do sinal, impedindo que a tensão contínua da
fonte se misture com o sinal alternado. O amplificador operacional pode, além de outras vantagens,
evitar a propagação de ruídos, por ser um invólucro blindado de interferências.
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ELETRÔNICA ANALÓGICA E
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Figura 7 | Amplificador. - Fonte: elaborada pelo autor.
Em um circuito no qual R3, o resistor de realimentação, seja igual a 47KΩ, e R2, o resistor da entrada,
seja igual a 1KΩ, teríamos um ganho:
Vamos Exercitar?
Aplicando o LM741 em sistemas de sensoriamento
Vamos aplicar agora a pinagem do LM741 e entender seu funcionamento dentro de um circuito. Note
o rebaixo, como mostra a Figura 8; é nele que está o pino 1. O pino 7 é o positivo e o 4, negativo da
alimentação do dispositivo. Ela pode ser escolhida nos valores entre 3 e 30Vcc. O pino 3 é entrada
não inversora (+) e o pino 2 é a entrada inversora (-). O pino 6 é a saída. O pino 8 não é utilizado.
Quando a tensão na entrada não inversora (pino 3) for maior em comparação à entrada inversora
(pino 2), a saída é ativada com o valor da alimentação positiva (pino 7). Os pinos 1 e 5 são para
controles de “off set”. Eles servem para equiparar as entradas, tendo em vista que existe sempre
alguma instabilidade. Isso faz com que oscile um pouco. Para calibrar as entradas, é preciso colocar
um potenciômetro entre os pinos 5 e 1 e ajustar até que se estabilize.
ganho  =   47000
1000
  =  47OUT   =  IN  x 47
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Figura 8 | Pinos do LM741. - Fonte: elaborada pelo autor.
Na configuração diferencial, o AmpOp trabalha verificando duas entradas e amplificando o resultado
da diferença do maior sinal pelo ganho total, que é o máximo da fonte.Você pode verificar um
exemplo disso na Figura 9. Ela ilustra um circuito com o LM741; trata-se do sensor que faz a
lâmpada acender quando escurece. Vamos iniciar pelos resistores R1 e R2, que são de 1000Ω. O
circuito é alimentado com 12Vcc. A tensão se divide igualmente em R1 e R2; assim, no pino 2 do
LM741, temos 6Vcc.
Vamos analisar agora a tensão que estará sobre o pino 3. Se deixarmos o trimpot com 100 Ω,
durante o dia, com a luz, o LDR fará que a resistência fique em torno de 200Ω. Nesse caso, a tensão
no pino 3 será a menor que 6Vcc. Dessa forma, a saída (pino 6) estará desligada com 0 volts.
Quando o dia finalizar, iniciando a noite, a resistência do LDR aumenta e, consequentemente, a
tensão sobre ele. A tensão no pino 3 fica maior que a do pino 2 (6vcc). Com isso, acontece a
ativação da saída no pino 6, que aciona o transistor; este, por sua vez, aciona a bobina do relé para
acendimento da lâmpada.
O trimpot é empregado com a finalidade de ajustar a sensibilidade com que o LDR detecta a falta de
luz. Se a resistência do trimpot for aumentada, a ação do LDR será mais rápida, ou seja, com o
escurecimento devido ao tempo nublado, por exemplo, a lâmpada já pode acender.
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Figura 9 | Relé fotoelétrico. - Fonte: elaborada pelo autor.
Saiba mais
Leia mais sobre amplificadores e LM741 no material bancada didática para estudo de amplificadores
operacionais:
STOLFO, L. L.; PIOVESAN, M. R.; MAFIOLETTI, M. A.; Bancada didática para estudo dos
amplificadores operacionais. Bancada didática para estudo dos amplificadores operacionais. 91
folhas. TCC Curso Automação Industrial, Universidade Tecnológica Federal do Paraná. Pato Branco,
2012.
Referências
NETO, Arlindo. Eletrônica Analógica e Digital Aplicada a IoT. Rio de Janeiro: Alta Books, 2019.
NETO, Arlindo. Instalação Residencial aplicada a IoT. Rio de Janeiro: Alta Books, 2021.
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ELETRÔNICA ANALÓGICA E
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https://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/bitstream/1/15612/2/PB_COAUT_2012_2_01.pdf
https://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/bitstream/1/15612/2/PB_COAUT_2012_2_01.pdf
Aula 4
Aplicações com Amplificadores Operacionais
Videoaula: Aplicações com amplificadores operacionais
Este conteúdo é um vídeo!
Para assistir este conteúdo é necessário que você acesse o AVA pelo computador
ou pelo aplicativo. Você pode baixar os vídeos direto no aplicativo para assistir
mesmo sem conexão à internet.
Preparamos um vídeo para explicar com maiores detalhes e de maneira direta e sucinta os
conhecimentos envolvendo os AmpOp, como amplificadores, controle e comutação. Neste vídeo,
você vai acompanhar a interação das imagens juntamente com nossa explicação. A intenção é
contextualizar os conhecimentos com a realidade e a prática do cotidiano de um técnico em
eletrônica. Vamos mostrar circuitos do controle de luminosidade, amplificadores e do sensor de
temperatura.
Ponto de Partida
Olá, estudante!
Nesta aula, você vai aprender mais sobre o amplificador operacional, com exemplos de circuitos de
amplificação, sensores de temperatura e soluções para iluminação para que você conheça a
diversidade de circuitos em que os amplificadores operacionais podem ser empregados.
Vamos estudar o acionamento de dispositivos por meio de efeitos naturais como luz, temperatura e
outros; ainda vamos montar e projetar alguns circuitos de comutação e amplificados. Este será um
conhecimento importante para sua vida profissional.
Bons estudos!
Vamos Começar!
Aplicações com AmpOp
Disciplina
ELETRÔNICA ANALÓGICA E
INDUSTRIAL
Sensor de temperatura
Vamos montar juntos, nos próximos blocos, um detector de temperatura com ventilador de
refrigeração para você usar no seu dia a dia em locais onde a temperatura precisa estar controlada.
Esse é o caso do aumento de temperatura dos racks de informática em dias quentes. Um circuito
deste tipo também poderia ser usado para resfriamento de fornos com ventiladores; na perspectiva,
de circuitos eles são motores na saída. Você ainda poderá ajustar o nível de temperatura
manualmente.
Para isso, vamos usar os resistores de divisor de tensão nas entradas inversoras e não inversoras,
um MOSFET, uma fonte de tensão contínua, o NTC (o detector de temperatura), o motor e o LM741.
Nos motores em funcionamento, aparece a força contra eletromotriz (FCEM), gerada pelo campo
magnético das bobinas. Por isso, é necessário o uso de um diodo para corrente reversa. O MOSFET
do circuito é de canal N; no caso, vamos usar um IRF630.
Amplificador de som
Também vamos montar um microfone com alto falante; assim, você vai aplicar os conhecimentos
em algo concreto. Ou seja, por meio de um microfone de eletreto, será possível coletar sua voz ou
outro tipo de som e reproduzir em um alto falante.
Trata-se de um circuito simples. Desta vez, vamos utilizar um amplificador operacional de outro
modelo, o LM386. Vamos alimentá-lo com 6 volts. O microfone de eletreto é uma espécie de resistor;
dentro do invólucro, existe carvão granulado que vibra de acordo com a frequência da onda que
atinge o invólucro. Quando falamos perto do microfone, a nossa voz produz uma onda que provoca
esta vibração, movimentando os grãos de carvão. Eles oscilam sua resistência; dessa maneira, a
corrente que circula pelo microfone terá a forma desta oscilação.
Este sinal, mesmo que pequeno, será aplicado na entrada não inversora do AmpOp. O ganho será
definido por meio do potenciômetro conectado à entrada junto com o sinal, uma vez que, girando o
eixo do componente, a resistência vai diminuindo e o ganho vai aumentando. Consequentemente,
isso ocorre também com o sinal.
Controle de iluminação
Agora vamos analisar um controlador de luminosidade com dois AmpOp. Trata-se de dois circuitos
para controle com duas saídas de lâmpadas, utilizando dois relés. A ideia é fazer com que as luzes
do interior do setor da fábrica acendam quando o dia começa a terminar. Também que as luzes do
lado de fora levem um pouco mais de tempo, já que a ideia é que todas não liguem de uma só vez,
para evitar o pico no momento do acendimento.
É importante lembrar que estes sistemas de iluminação, na maioria das vezes, conectam as
lâmpadas por meio de contatores (relés de maior potência), já que são muitas. Estes são conectados
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ELETRÔNICA ANALÓGICA E
INDUSTRIAL
aos relés de 10 Ampères que estão na saída.
Uma vez que se consiga fazer a partida do circuito de iluminação em duas etapas, se pode dividir o
pico de corrente elétrica pela metade. Esta prática é significativa principalmente quando falamos de
indústrias e fábricas. No amanhecer do dia, o efeito será o mesmo, mas ao contrário.
Siga em Frente...
Definindo as aplicações e recursos do AmpOp
Sensor de temperatura
Vamos entender a função de cada componente para que você possa modificar projetos como este
de acordo com a aplicação no cotidiano. Eles estão ilustrados na Figura 1. O NTC é o resistor que
varia de resistência de acordo com a temperatura. Essa variação ocorre de modo inversamente
proporcional à temperatura; ou seja, conforme a temperatura aumenta, a resistência diminui, e vice-
versa.
Vamos conectá-lo na entrada não inversora no LM741, formando o divisor de tensão juntamente com
o potenciômetro P1 e R2, que será de 1KΩ (1000Ω). O potenciômetro tem um eixo giratório para que
você possa variar o valor da resistência. No circuito, ele vai permitir o ajuste da faixa de temperatura.
Os resistores R2 e R3 fixam a tensão da entrada inversora do AmpOp. R4 vai conectado no gate do
MOSFET de canal N, IRF630. O diodo D1 faz a correção FCEM (força contra eletromotriz).
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Figura 1 | Sensor de temperatura. Fonte: elaborada pelo autor.
Amplificador de som
Vamos utilizar o microfone (MIC) de eletreto e o alto falante, sendo o primeiro para captação e o
segundo para reprodução do som, como mostra a Figura 2. O resistor R3 é o potenciômetro de 10
000Ω; R2, o resistor de realimentação que define o ganho; R1 trabalha como divisor de tensãojuntamente com MIC.
Os capacitores C3 e C4 são eletrolíticos e acoplam ou filtram sinal da tensão aplicada pela fonte,
sendo C3 o filtro do polo negativo em série com FTE e C4 o acoplamento ou filtro do polo positivo. Se
entendem por filtro ou acoplamento o trabalho que o capacitor faz de permitir que apenas o sinal
circule pelos componentes, mantendo a tensão estacionada. Eles servem apenas para “dar força” a
este sinal que está sendo amplificado.
Já C1 e C2 são para acoplar o sinal; neste caso, eles vão trabalhar com frequência mais altas e
necessitam ter valor de baixa capacitância. Através da chave S1, vamos ligar e desligar. Finalmente,
o LM386 será o coração do circuito. A alimentação será entre 6 e 9 volts.
Disciplina
ELETRÔNICA ANALÓGICA E
INDUSTRIAL
Figura 2 | Amplificador com microfone de eletreto. Fonte: elaborada pelo autor.
Na sequência, apresentamos os valores dos componentes do circuito:
R1 = 2,2kΩ
R2 =10Ω 
R3 = 10kΩ 
C1 = 0,22μF 
C2 = 0,1μF 
C3 = 470μF 
C4 = 4470μF 
CI = LM386
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Controle de iluminação
Na Figura 3, os resistores R1 e R3 garantem a tensão fixa na entrada inversora do AmpOp A. No caso
de B, será R6 e P2, que pode ser ajustado para o retardo do acionamento do relé RL2. O LDR e P1 são
os acionadores do circuito; P1 ajusta o nível de acionamento do relé RL1. Neste ponto, você pode
notar que existe uma conexão com o pino 3 do AmpOp B; assim, otimizamos um LDR para os dois
amplificadores operacionais.
Figura 3 | Relé fotoelétrico. Fonte: elaborada pelo autor.
Os resistores R4 e R8 são conectados nas bases dos transistores Q1 e Q2, que são do modelo um
BC548. Por fim, D1 e D2 são os diodos que corrigem a corrente reversa provocada pela FCEM.
Vamos Exercitar?
Aplicando o AmpOp e definindo o seu funcionamento
Sensor de temperatura
Analisando o circuito como mostra a Figura 4, você pode notar que a entrada inversora está
conectada ao NTC e ao potenciômetro P1. Vamos pensar inicialmente que P1 está com 0Ω e o NTC,
com sua resistência total, que é de 6000Ω (consultando o datasheet do componente), mantém a
entrada inversora com maior tensão (10,3 V), já que a parcela de tensão sobre ele é maior
considerando que o resistor R1 tem 1000Ω.
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ELETRÔNICA ANALÓGICA E
INDUSTRIAL
A entrada não inversora está conectada com os dois resistores em série, R2 e R3, que dividem
igualmente o valor da tensão da fonte (6V cada resistor). Neste caso, cada um destes resistores vale
1000Ω.
Comparando as entradas, a inversora (pino 2) fica como maior tensão que a não inversora (pino 3) e,
com isso, a saída (pino 6) permanece apagada. Quando a temperatura aumenta, a resistência do
NTC começa a diminuir e, com isso, a tensão sobre ele vai diminuindo gradativamente até ficar com
valor zero.
Conforme a resistência diminui, a tensão sobre o resistor também diminui até que a tensão no pino 2
passa a ter um valor inferior ao aplicado no pino 3 pelo resistor R2. Com isso, a saída é ativada. A
tensão é aplicada no gate do MOSFET e o canal começa a conduzir, fazendo com que o motor
comece a girar. O motor será uma espécie de ventilador. As hélices acopladas na ponta do eixo vão
produzir vento para refrigerar os sistemas para os quais o sensor de temperatura está designado.
O ponto de calor que você quiser ajustar para que o motor ligue é calibrado no potenciômetro, uma
vez que este pode tanto somar-se à resistência do NTC e adiantar o ponto de ativação do pino 6 do
AmpOp, ou também, em caso de estar com o valor de resistência próximo de zero, atrasar o ponto de
ativação.
Figura 4 | Tensões nas entradas. Fonte: elaborada pelo autor.
Disciplina
ELETRÔNICA ANALÓGICA E
INDUSTRIAL
Amplificador de som
Tudo inicia ligando a chave S1 para que o circuito receba alimentação de 9 volts e depois pelo MIC,
que, ao captar o som, transforma os impulsos mecânicos em sinais elétricos diretamente
proporcionais. A tensão aplicada pela fonte é dividida com R1 e C1, que deixa passar apenas sinais e
filtra a tensão contínua através do efeito capacitivo, como mostra a Figura 5.
O sinal sai de C1 e vai para o pino 3 do AmpOp, que está configurado como amplificador não
inversor. R3 vai trabalhar juntamente com R2; à medida que a resistência de R3 diminui, o ganho
aumenta e, assim, o sinal tem maior intensidade. Este sinal liberado no pino 5 do LM386, passando
por C3 (que também faz o acoplamento), vai para o alto falante e o som é reproduzido de acordo
com a variação de R3.
Figura 5 | Efeito do dielétrico do capacitor. Fonte: elaborada pelo autor.
Controle de iluminação
Vamos fazer uma analogia deste circuito com o do sensor de temperatura, como mostra a Figura 6.
No lugar do NTC, está o LDR, que tem funcionamento muito parecido, com exceção de que o efeito
que controlam estes dispositivos é diferente, como luz e temperatura. O potenciômetro P1 serve para
definir o retardo do acionamento do AmpOp B. Como a carga das lâmpadas é excessiva, se torna
necessário o transistor e o relé. Os diodos D1 e D2 são para eliminar a corrente reversa da FCEM da
bobina do relé.
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Figura 6 | Aproximação do potenciômetro P1. Fonte: elaborada pelo autor.
Saiba mais
Disciplina
ELETRÔNICA ANALÓGICA E
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Você poderá buscar informações sobre o LM386 e outros amplificadores operacionais de maneira
geral lendo o artigo Projeto individual de amplificação sonora.
Referências
NETO, Arlindo. Eletrônica Analógica e Digital Aplicada a IoT. Rio de Janeiro: Alta Books, 2019.
NETO, Arlindo. Instalação Residencial aplicada a IoT. Rio de Janeiro: Alta Books, 2021.
Aula 5
Encerramento da Unidade
Videoaula de Encerramento
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Convidamos você, a assistir ao vídeo de revisão desta Unidade, pois, nele, vamos abordar os pontos
essenciais estudados nela. Você vai rever alguns pontos-chave dos conteúdos relacionados aos
transistores de efeito de campo e aos amplificadores operacionais, como testes, diferenciação entre
seus componentes e aplicações de acordo o tipo de projeto.
Ponto de Chegada
Transistores de efeito de campo e amplificadores operacionais
Olá, estudante!
Nesta Unidade, você aprendeu sobre os transistores de efeito de campo, que fizeram parte da
história da evolução da tecnologia nos sistemas de telecomunicações e automação. Você estudou
estes componentes em circuitos de comutação de lâmpadas, amplificador de sinais, controlador de
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ELETRÔNICA ANALÓGICA E
INDUSTRIAL
https://recite.unicarioca.edu.br/rccte/index.php/rccte/article/view/14/62
motores e muito mais. Também obteve conhecimento sobre os amplificadores operacionais, dando
ênfase no circuito integrado LM741 com exemplos de circuitos e aplicações que fazem parte da
Eletrônica Analógica Industrial.
O amplificador operacional também é largamente utilizado em circuitos de amplificação, de sensores
de temperatura, de soluções para iluminação e em uma variedade de circuitos de automação. Como
comentamos no decorrer das aulas, é importante atentar sempre para leitura dos datasheets e
manuais quando você for montar ou reparar os circuitos.
Em todas as aulas, você se deparou com circuitos e componentes estudados em unidades
anteriores, isso é muito importante, já que, na eletrônica, nenhum elemento trabalha isolado, mas
interage com outros, oferecendo sua função específica para que, ao final, possamos ter soluções
tecnológicas para cada necessidade ou situação apresentada. Observe que o amplificador
operacional tem a capacidade de comparar valores de tensão, mas não tem corrente elétrica em sua
saída suficiente para acionar uma carga; já o transistor pode fazer este trabalho.
Outro exemplo é do acionamento de cargas com isolação do circuito de potência utilizando o 4N25.
Tendo sua saída de corrente limitada, é necessário aplicaro MOSFET. Uma aplicação importante
dele, por exemplo, é a geração de onda quadrada para controle de motor de passo de corrente
contínua. Este tipo de motor se movimenta de acordo com pulso de onda quadrada de curta
duração. Ela faz com que o motor gire compassadamente e com movimentos bem curtos. A
finalidade é que ele pare sempre em uma posição definida por um módulo de controle
Sempre que surgir dúvidas, consulte os datasheets dos MOSFET. É impossível testá-lo sem saber
quais são os pinos. Tenha sempre em mente que o canal não conduz, sendo que source e dreno
estão abertos. Depois que se ativa o canal, colocando a ponta de prova preta do multímetro na
source e a vermelha em gate, ele deve conduzir. Sabendo a função de cada componente e sua
pinagem, é possível testar os circuitos medindo ponto a ponto ou por blocos de funcionamento.
Consequentemente, pode-se eliminar o máximo possível de possibilidade até chegar aos
componentes que afinal se tornaram suspeitos, testando-os separadamente.
Para finalizar, vamos comentar sobre o amplificador operacional somador, que originou o sistema de
conversão de sinal digital para analógico. É possível definir, através dos reitores de entrada, valores
que proporcionem a combinação binária.
É Hora de Praticar!
Você tem, nesta etapa, o desafio de pensar em uma solução para o setor de elaboração de produtos
de limpeza de uma fábrica de produtos químicos. Com seus conhecimentos técnicos, deverá
elaborar um sistema de proteção e segurança para o operador de uma misturadora de detergente.
Você foi chamado para instalar um dispositivo que faça o motor da misturadora interromper o
movimento quando alguém abrir a tampa do tanque, já que o risco de contato com a hélice do
misturador poderá provocar acidente gravíssimos aos trabalhadores. Para uma maior segurança, o
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departamento que cuida deste quesito requer que, caso alguém abra a tampa do tanque, além da
interrupção do motor, deve haver um intervalo de dez segundo para que ele volte a funcionar após o
tanque ser tapado novamente.
Neste caso, não é necessário que se aperte algum botão para que volte a funcionar, já que o
processo de mistura não pode permanecer muito tempo inerte, sendo necessário o arranque
automático. Como sinal de advertência, será necessário o uso de uma sirene que permaneça
tocando durante o tempo de parada do motor. Os critérios de funcionamento da máquina são
resumidos em:
O operador está trabalhando com a máquina em condições normais.
Em algum momento, a tampa do tanque é aberta.
O motor para e a sirene começa a tocar.
A tampa do tanque é fechada novamente.
Após dez segundos, o motor volta a girar e a sirene para de tocar.
O contato do técnico em eletroeletrônica é muito frequente com este tipo de circuitos, já que, hoje, o
quesito segurança do funcionário é uma questão mundial que está sendo debatida cada vez mais e
com maior intensidade. Existem sistemas que já veem prontos para ser instalados e outros estão
incorporados às máquinas, sendo exigido por normas que qualquer equipamento seja fabricado com
todos os requisitos de segurança.
Porém, em muitas indústrias de médio e pequeno porte, ainda existem processos que foram
construídos no local ou que já existiam desde o início das atividades e, por isso, requerem
adaptações para torná-los seguros e impedir que as pessoas venham acidentar-se, seja por
imprudência ou negligência.
Diante da situação apresentada e dos critérios especificados, pense em um bloco que seja do
acionamento do motor, que normalmente é trifásico. Pesquise sobre os relés necessários para
comutação dos comandos elétricos, conhecidos como contatores.
Estes são vendidos de acordo com o valor de corrente elétrica requerido; são formados por contatos
principais e a bobina de comando, que faz com que comute para passagem da corrente da carga. A
bobina do contator não requer alta corrente, sendo acionada por miliamperes suficientes para formar
campo magnético e atrair os contatos principais.
Outro bloco seria eletrônico, como estudado nesta Unidade, considerando que, na tampa do tanque,
deverá ser instalado um sensor que acionará o circuito de acionamento do bloco do motor. Insira no
circuito eletrônico os componentes necessários para temporalização, utilizando conceitos da
constante de tempo estudados em unidades anteriores. O sistema sonoro pode ser em 12 Volts ou
em 220 Volts.
Olá estudante, chegamos ao encerramento da unidade!
Vamos realizar a experiência presencial que irá consolidar os conhecimentos adquiridos? É a
oportunidade perfeita para aplicar, na prática, o que foi aprendido em sua disciplina. Vamos
transformar teoria em vivência e tornar esta etapa ainda mais significativa. Não perca essa chance
única de colocar em prática o conhecimento adquirido.
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Figura 4 | Circuito do temporizador. Fonte: elaborada pelo autor.
NETO, Arlindo. Instalação Residencial aplicada a IoT. Rio de Janeiro: Alta Books, 2021.
NETO, Arlindo. Eletrônica Analógica e Digital Aplicada a IoT. Rio de Janeiro: Alta Books, 2019.
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