PÓS UCAM - ELETRÔNICA BÁSICA

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MATERIAL DIDÁTICO 
 
 
ELETRÔNICA 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
U N I V E R S I DA D E
CANDIDO MENDES
 
CREDENCIADA JUNTO AO MEC PELA 
PORTARIA Nº 1.282 DO DIA 26/10/2010 
 
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e 
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SUMÁRIO 
 
 
UNIDADE 1 – INTRODUÇÃO ................................................................................. 03 
 
UNIDADE 2 – AMPLIFICADORES OPERACIONAIS ............................................ 05 
 
UNIDADE 3 – SEMICONDUTORES E DIODOS .................................................... 11 
3.1 Definindo semicondutores e dinâmica de suas ligações ................................... 11 
3.2 A junção pn e o diodo semicondutor ................................................................. 15 
3.3 Tiristores ............................................................................................................ 21 
 
UNIDADE 4 – TRANSISTORES ............................................................................. 24 
4.1 Transistor bipolar de junção (TBJ) .................................................................... 26 
4.2 Transistores de efeito de campo (FET) ............................................................. 30 
 
UNIDADE 5 – CIRCUITOS LÓGICOS DIGITAIS ................................................... 35 
5.1 As portas lógicas ............................................................................................... 37 
5.2 Sistemas digitais ............................................................................................... 41 
 
UNIDADE 6 – O USO DO CONTROLADOR LÓGICO PROGRAMÁVEL (CLP) ... 43 
6.1 Composição dos CLPs ...................................................................................... 43 
6.2 Unidades terminais remotas (UTR) ................................................................... 46 
6.3 Unidades dedicadas .......................................................................................... 46 
6.4 Recursos do CLP .............................................................................................. 47 
6.5 Instalação do CLP ............................................................................................. 51 
6.5.1 Normas para a Instalação dos CLPs nos Quadros Elétricos .......................... 52 
6.5.2 Cablagem dos Condutores nos Quadros Elétricos para Automação 
Industrial .................................................................................................................. 53 
6.5.3 Comportamento do Controlador em Caso de Falta de Energia Elétrica ......... 56 
6.5.4 Segurança na Fase de Instalação .................................................................. 56 
6.5.5 Interface com a Rede Elétrica e com os Dispositivos de I/O .......................... 56 
6.5.6 Manutenção e Pesquisa dos Defeitos ............................................................ 58 
 
REFERÊNCIAS ....................................................................................................... 60 
 
ANEXOS ................................................................................................................. 62 
 
 
 
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UNIDADE 1 – INTRODUÇÃO 
 
Numa definição ampla, eletrônica, disciplina básica do curso de Engenharia 
Elétrica, seria definida como a arte de estudar e controlar a energia elétrica por 
meios elétricos, ou seja, o uso dos circuitos formados por componentes elétricos e 
eletrônicos. 
Amplificadores operacionais, semicondutores e diodos, transistores, circuitos 
lógicos digitais são alguns dos componentes pertencentes a este universo no qual 
os elétrons têm papel fundamental. 
Iniciaremos nossos estudos pelos fundamentos dos amplificadores 
operacionais, importantes em qualquer aplicação prática, bem como buscaremos 
compreender os conceitos de ganho e resposta em frequência de um amplificador 
operacional que é condição essencial para a sua utilização em instrumentação 
eletrônica. 
Lembremos do avanço da computação nos últimos 50 anos! Os sistemas 
eletrônicos modernos existem por causa dos componentes eletrônicos discretos 
individuais que têm sido integrados para funcionar como sistemas complexos. 
Embora o uso de componentes eletrônicos discretos esteja sendo largamente 
substituído pelos circuitos integrados, ainda é importante entender como funcionam 
os componentes individuais. Passaremos, portanto, pelo funcionamento dos 
semicondutores e diodos. 
Os transistores são outra família de componentes eletrônicos que veremos 
ao longo da unidade, com foco para o transistor bipolar de junção e de efeito de 
campo. 
Os computadores digitais têm tomado lugar de destaque na engenharia e 
nas ciências pelas últimas três décadas, realizando uma série de funções 
essenciais, como computação numérica e aquisição de dados, portanto, devemos 
estudar as características essenciais dos circuitos lógicos digitais, que estão no 
centro do computador digital. 
 
 
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Ressaltamos em primeiro lugar que embora a escrita acadêmica tenha como 
premissa ser científica, baseada em normas e padrões da academia, fugiremos um 
pouco às regras para nos aproximarmos de vocês e para que os temas abordados 
cheguem de maneira clara e objetiva, mas não menos científicos. Em segundo lugar, 
deixamos claro que este módulo é uma compilação das ideias de vários autores, 
incluindo aqueles que consideramos clássicos, não se tratando, portanto, de uma 
redação original e tendo em vista o caráter didático da obra, não serão expressas 
opiniões pessoais. 
Ao final do módulo, além da lista de referências básicas, encontram-se 
outras que foram ora utilizadas, ora somente consultadas, mas que, de todo modo, 
podem servir para sanar lacunas que por ventura venham a surgir ao longo dos 
estudos. 
 
 
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UNIDADE 2 – AMPLIFICADORES OPERACIONAIS 
 
Uma das mais importantes funcionalidades da instrumentação eletrônica é a 
amplificação de sinais. A necessidade de converter pequenos sinais elétricos 
encontra diversas aplicações. Talvez a aplicação mais comum seja a conversão de 
um pequeno sinal elétrico de tensão, gerado por um toca fitas ou por um receptor de 
rádio ou por um tocador de CDs, para um nível capaz de atuar diretamente sobre um 
par de alto-falantes, ilustrado didaticamente abaixo. 
Amplificador em um sistema de áudio 
 
Os amplificadores têm diversas aplicações, não só relacionadas com a 
engenharia elétrica, por exemplo: a amplificação de pequenos sinais de transdutores 
(bioeletrodos, termistores e acelerômetros). Outras aplicações menos evidentescomo a utilização destes dispositivos na filtragem de sinais e isolamento de 
impedâncias também serão apostos nesta unidade, mas vamos partir de um 
amplificador operacional, analisando suas características gerais. 
 
a) Características do amplificador ideal 
O modelo mais simplificado de um 
amplificador está ao lado, no qual um sinal Vs(t) é 
amplificado por um fator constante “A”, 
denominado ganho do amplificador. Idealmente a 
tensão sobre a carga é dada pela expressão: 
 
 
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Observe que o circuito apresentado foi modelado por seu equivalente de 
Thévenin, e a carga por sua resistência equivalente. O teorema de Thévenin 
assegura que a figura pode ser representante de circuitos mais complexos. O 
circuito equivalente da fonte é o circuito que o amplificador “vê” em sua entrada, e a 
carga RL corresponde à resistência equivalente vista a partir da saída do 
amplificador. 
Rizzoni (2013) lança o seguinte questionamento: 
O que aconteceria se fossem invertidos os pontos de vista da fonte e da 
carga? Ou seja, o que a fonte “enxerga” a partir da entrada do amplificador e o que a 
carga “enxerga” a partir da saída do amplificador? Enquanto não fica claro até este 
ponto, como se pode caracterizar o circuito interno do amplificador (que é 
relativamente complexo), pode-se presumir que este se comportará como uma carga 
equivalente em relação à fonte e como uma fonte equivalente em relação à carga. 
Afinal, isto é uma aplicação direta do teorema 
de Thévenin. 
A Figura ao lado apresenta uma 
imagem que representa o amplificador. A 
“caixa preta” da figura anterior é agora 
representada como um circuito equivalente 
que tem o comportamento que se segue. O 
circuito de entrada tem a resistência 
equivalente R entrada sendo a tensão de entrada ventrada dada por: 
 
 
A tensão equivalente de entrada vista pelo amplificador é amplificada por um 
fator constante A. Isto está representado pela fonte de tensão controlada Av entrada. A 
 
 
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fonte de tensão controlada aparece em série com a resistência interna Rsaída que é 
chamada de resistência interna (ou de saída) do amplificador. Desta maneira, a 
tensão entregue para a carga pode ser calculada pela expressão: 
 
Ou, substituindo Ventrada na equação: 
 
Em outras palavras, a tensão na carga é uma versão amplificada da tensão 
da fonte. 
Lamentavelmente, como pode ser observado, o fator de amplificação 
depende tanto da impedância da fonte quanto da carga e das resistências de 
entrada e saída do amplificador. Desta maneira, um amplificador terá desempenho 
variável conforme a carga e a fonte em que estiver conectado. 
 
b) Amplificador operacional 
Um amplificador operacional (AOP) é um circuito integrado, que é formado 
por um conjunto de dispositivos elétricos e eletrônicos em uma única pastilha de 
silício. 
Um AOP é capaz de realizar várias operações sobre sinais, tais como 
adições, filtragens e integrações, que são também baseadas em propriedades de 
modelos de amplificador operacional e elementos de circuitos ideais. A introdução 
de amplificadores operacionais sob a forma de circuitos integrados marcou o início 
de uma nova etapa na eletrônica moderna. Desde o aparecimento do primeiro 
circuito integrado de um amplificador operacional, a tendência da instrumentação 
eletrônica caminhou da utilização de componentes discretos (uso de componentes 
individuais) na direção da utilização de circuitos integrados para um elevado número 
de aplicações. Esta afirmação é particularmente verdadeira para aplicações em 
 
 
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engenharia, não necessariamente elétrica, onde é possível encontrar AOPs sendo 
utilizados em aplicações de medição e instrumentação, servindo como um bloco 
extremamente versátil para qualquer finalidade onde seja necessário algum 
processamento de sinais elétricos. 
Segundo Rizzoni (2013), a tecnologia dos circuitos integrados se encontra 
em um estágio tão avançado de desenvolvimento que é possível afirmar que, para a 
maioria das aplicações de instrumentação, o amplificador operacional pode ser 
tratado como um dispositivo ideal. 
O comportamento de um amplificador operacional ideal é bem semelhante a 
um amplificador diferencial, que é um dispositivo que amplifica a diferença entre os 
valores de duas tensões de entrada. Os amplificadores operacionais são 
caracterizados por uma resistência de entrada que se aproxima de infinito e uma 
resistência de saída muito pequena. 
 
A entrada assinalada com um sinal positivo é denominada de entrada (ou 
terminal) não inversora, enquanto que a representada por um sinal negativo é 
denominada de entrada (ou terminal) inversora. O fator de amplificação, ou ganho 
AV(OL) é denominado ganho de tensão em malha aberta e seu valor de projeto é 
bastante elevado, podendo variar da ordem de 105 a 107. 
Uma das configurações mais populares de amplificadores operacionais, 
devido à sua simplicidade, é essa configuração inversora: 
 
O sinal de entrada a ser amplificado é conectado no terminal inversor, 
enquanto o terminal não inversor é aterrado. Será mostrado como é possível 
 
 
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escolher de forma (quase) arbitrária o ganho deste amplificador pela razão de dois 
resistores. A análise parte da aplicação da LKC no nó da entrada inversora, onde: 
 
a corrente iF que flui da saída de volta para o terminal inversor, é adequadamente 
chamada de corrente de realimentação, por representar uma entrada no amplificador 
que é amostrada da saída. Aplicando-se a Lei de Ohm, podemos determinar cada 
uma das três correntes mostradas na figura acima: 
 
Sendo a última corrente conforme consideramos anteriormente. A tensão na 
entrada não inversora v+ é facilmente definida como zero, pois está diretamente 
conectada ao terra: v+ = 0. Então, a operação em malha aberta do AOP exige que: 
 
 
Após determinar a tensão presente na entrada inversora v- em termos de 
vsaída, podemos definir o ganho do amplificador pela expressão: Vsaída/vs. Esta 
grandeza é denominada ganho em malha fechada, devido à ligação da 
realimentação entre a saída e a entrada caracterizarem uma malha fechada. 
Vale entender que os amplificadores operacionais permitem projetar circuitos 
de considerável sofisticação em alguns poucos passos, pela simples seleção de 
valores apropriados de resistores. 
 
 
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Rizzoni (2013) resume alguns critérios de importância prática que o 
projetista deve ter em mente quando selecionar o valor de certos componentes para 
circuitos com AOPs. Use valores padronizados de resistores. 
 Garanta que a corrente na carga seja razoável (não escolha valores de 
resistores muito pequenos). 
 Evite escolher capacitâncias1 aleatoriamente (não escolha resistores de valor 
muito elevado). 
 Projetos precisos necessitam de garantias. Se um dado projeto requer que o 
ganho do amplificador tenha um valor preciso, pode ser adequado o uso de 
resistores de precisão (de custo mais alto), com, por exemplo, tolerância de 
1%. 
 
1 A capacidade que um condutor isolado tem de armazenar cargas elétricas é limitada e depende da 
sua dimensão e do meio que o envolve. Essa capacidade recebe o nome de capacitância e é definida 
como o quociente da carga armazenada Q pelo seu potencial V, ou seja: C = Q/V, onde: C é a 
capacitância ou capacidade de um condutor; Q é a carga elétrica e V é o potencial elétrico. 
 
 
 
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UNIDADE 3 – SEMICONDUTORES E DIODOS 
 
Os materiais podem ser classificados em 03 (três) tipos: 
Classificação dos 
materiais 
Conceito Exemplos 
Condutores 
Um material é condutor, quando os elétrons 
são fracamente ligados ao núcleo e ao 
serem submetidos a uma diferença de 
potencial passam a se locomover no 
interior do material. 
O ouro, a prata, o cobre 
e outros. 
Isolantes 
Um material é isolante, quando os elétrons 
se encontram fortemente presos em suas 
ligações, evitando a circulação desses 
elétrons. 
A borracha, a mica, a 
porcelana, etc. 
Semicondutores 
Um material é semicondutor se sua 
resistência se encontra entre a dos 
condutores e a dos isolantes. 
Principais: silício e 
germânio. 
 
3.1 Definindo semicondutores e a dinâmica de suas ligações 
A principal característica dos semicondutores é a de possuir 04 (quatro) 
elétrons em sua última camada, camada de valência. Isto permite aos átomos do 
material semicondutor a formação entre si de ligações covalentes (SENAI, 2000). 
O germânio e o silício são os exemplos clássicos de materiais que 
apresentam uma resistividade elétrica intermediária, por isso eles fazem parte do 
grupo dos materiais semicondutores. 
Embora possa ser feito com mais de um elemento, os semicondutores 
elementares ou intrínsecos são materiais constituídos de elementos do grupo IV da 
tabela periódica, tendo propriedades elétricas que estão entre as dos materiais 
condutores e isolantes. Como exemplo, considere a condutividade de três materiais 
comuns: 
 cobre, um bom condutor, tem uma condutividade de 0,59 x 106 S/cm; 
 vidro, um bom isolante, pode variar de 10-16 a 10-13 S/cm; e, 
 
 
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 silício, um semicondutor, tem uma condutividade que varia de 10-8 a 10-3 
S/cm. Note, então, que o nome semicondutor é um nome apropriado. 
Segundo nos ensina Rizzoni (2013), um material em condução é 
caracterizado por um grande número de elétrons na banda de condução, os quais 
têm uma ligação muito fraca com a estrutura básica do material. Portanto, um campo 
elétrico transmite energia para outros elétrons em um condutor e possibilita o fluxo 
de corrente. Em um semicondutor, por outro lado, é necessário considerar a 
estrutura cristalina do material, que, nesse caso, é caracterizada pela ligação 
covalente. Abaixo temos uma representação do arranjo da rede para o silício (Si), 
um dos semicondutores mais comuns. 
Estrutura da rede de silício, com quatro elétrons de valência 
 
 
Com temperatura suficientemente alta, a energia térmica faz com que os 
átomos da rede vibrem; com uma energia cinética suficiente, alguns elétrons de 
valência quebram suas ligações com a estrutura da rede e ficam disponíveis como 
elétrons de condução. Esses elétrons livres permitem um fluxo de corrente no 
semicondutor. 
Em um condutor, elétrons de valência têm ligações muito fracas com o 
núcleo, portanto, estão disponíveis para a condução numa extensão muito maior que 
os elétrons livres em um semicondutor. Um aspecto importante para esse tipo de 
condução é que o número de portadores de carga depende da quantidade de 
energia térmica presente na estrutura. Por isso, muitas propriedades dos 
semicondutores são em função da temperatura. 
Os elétrons livres de valência não são os únicos no mecanismo de condução 
em um semicondutor. Se um elétron livre deixa a estrutura da rede cristalina, ele cria 
 
 
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uma carga positiva correspondente nessa estrutura. Abaixo temos um esquema da 
situação em que uma ligação covalente é quebrada em função da saída de um 
elétron livre da estrutura. A vaga causada pela retirada de um elétron livre é 
chamada de lacuna. Observe que, se existe uma lacuna, temos efetivamente uma 
carga positiva. As cargas positivas também contribuem para o processo de 
condução, considerando que, se um elétron da banda de valência “salta” para 
preencher uma lacuna próxima, neutralizando assim uma carga positiva, isso 
correspondentemente cria uma nova lacuna em outro local. 
Elétrons livres e “lacunas” na estrutura da rede 
 
Obs.: uma vaga (ou lacuna) é criada se um elétron livre deixa a estrutura. Essa “lacuna” pode se 
mover pela rede se outros elétrons substituírem o elétron livre. 
 
Portanto, o efeito é equivalente ao de uma carga positiva se movendo para a 
direita. Esse fenômeno torna-se relevante quando é aplicado um campo elétrico 
externo no material. É importante ressaltar aqui que a mobilidade – isto é, a 
facilidade com que as cargas positivas se movem através da rede – é bem diferente 
para os dois tipos de portadores. Os elétrons livres podem se mover mais facilmente 
na rede que as lacunas. Para perceber isso, considere o fato de que um elétron livre 
já tenha quebrado a ligação covalente, enquanto para uma lacuna viajar pela 
estrutura, um elétron deve vencer a ligação covalente sempre que uma lacuna surge 
em uma nova posição. 
De acordo com essa ideia relativamente simplificada dos materiais 
semicondutores, podemos ter uma visão de um semicondutor como tendo dois tipos 
de portadores de carga – lacunas e elétrons livres – que circulam em sentidos 
opostos quando o semicondutor está submetido a um campo elétrico, dando origem 
 
 
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a um fluxo de corrente na direção do campo elétrico. Esse conceito está ilustrado 
abaixo: 
 
Um campo elétrico externo força a lacuna a emigrar para a esquerda e o elétron livre para a direita. O 
fluxo de corrente total é para a esquerda. 
 
Um fenômeno adicional, chamado recombinação, reduz o número de 
portadores de carga em um semicondutor. Ocasionalmente, um elétron livre 
“viajando” nas imediações de uma lacuna se recombinará com essa lacuna, para 
formar uma ligação covalente. Se esse fenômeno ocorrer, serão anulados dois 
portadores de carga. Contudo, apesar da recombinação,o saldo líquido é de tal 
forma que o número de elétrons livres continua existindo a uma determinada 
temperatura. 
Portanto, esses elétrons estão sempre disponíveis para a condução. O 
número de elétrons livres disponíveis para um dado material é chamado de 
concentração intrínseca ni. Por exemplo, na temperatura ambiente, o silício tem: 
 ni = 1,5 x 10
16 elétrons / m3 
Obs.: deve existir também um número equivalente de lacunas. 
Na técnica de fabricação, raramente são empregados semicondutores puros 
ou intrínsecos. Para controlar o número de portadores de cargas em um 
semicondutor, geralmente é usado o processo de dopagem. A dopagem consiste na 
adição de impurezas na estrutura cristalina do semicondutor. A quantidade de 
impurezas é controlada e pode ser de dois tipos. Se o dopante for um elemento da 
quinta coluna da tabela periódica (por exemplo, arsênico), o resultado final é que 
onde quer que exista uma impureza, um elétron livre adicional estará disponível para 
 
 
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a condução. Os elementos que fornecem as impurezas são chamados de doadores 
no caso os elementos do grupo V, visto que eles “doam” um elétron livre adicional 
para a estrutura da rede. Uma situação equivalente surge quando elementos do 
grupo III (por exemplo, índio) são usados para dopar um silício. Nesse caso, porém, 
é criada uma lacuna adicional pelo elemento de dopagem, que é chamado de 
aceitador, visto que ele aceita um elétron livre da estrutura e gera uma lacuna ao 
fazê-lo. 
Semicondutores dopados com elementos doadores conduzem corrente 
predominantemente pelos elétrons livres e, por isso, são chamados semicondutores 
tipo n. Quando um elemento aceitador é usado como dopante, as lacunas 
constituem os portadores mais comuns, e o semicondutor resultante é dito 
semicondutor tipo p. A dopagem ocorre geralmente em níveis em que a 
concentração de portadores do dopante é significativamente maior que a 
concentração intrínseca do semicondutor original. Se n for o número total de elétrons 
livres e p o de lacunas, então, num semicondutor dopado tipo n, temos: 
n >> ni e p << pi 
Portanto, os elétrons livres são portadores majoritários em um material tipo 
n, enquanto lacunas são portadores minoritários. Num material tipo p, os portadores 
majoritários e minoritários são invertidos. 
Dopagem é uma prática padrão por uma série de razões. Entre elas está a 
capacidade de controlar a concentração de portadores e a de aumentar a 
condutividade do material resultante da dopagem (RIZZONI, 2013). 
 
3.2 A junção pn e o diodo semicondutor 
Uma seção simples de material semicondutor por si só não possui 
propriedades que a tornam útil para a montagem de circuitos eletrônicos. Contudo, 
quando uma seção de material tipo p e uma seção de material tipo n são colocadas 
em contato para formar uma junção pn, surgem algumas propriedades importantes. 
A junção pn forma a base do diodo semicondutor, um elemento muito usado em 
circuitos. 
 
 
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Observe a junção pn abaixo: 
A região de depleção do lado p é carregada 
negativamente porque suas lacunas foram 
recombinadas com os elétrons livres do lado 
n. 
 
A região de depleção do lado n é carregada 
positivamente porque seus elétrons livres 
foram recombinados com as lacunas do lado 
p. 
 
 
Essa é uma junção pn idealizada, onde, sobre o lado p, vemos um 
predomínio de portadores de carga positiva ou lacunas, e sobre o lado n, são os 
elétrons livres que predominam. Agora, nas proximidades da junção, em uma 
pequena seção chamada região de depleção, os portadores de cargas móveis 
(lacunas e elétrons livres) entram em contato uns com os outros e se recombinam, 
deixando, assim, a junção praticamente livre de portadores de cargas. O que fica na 
região de depleção, na ausência de portadores de cargas, é a estrutura da rede do 
material tipo n, do lado direito e do tipo p do lado esquerdo. Mas o material do tipo n, 
privado de elétrons livres, que foram recombinados com as lacunas nas 
proximidades da junção, está agora carregado positivamente. 
De modo similar, o material tipo p na junção está carregado negativamente 
porque lacunas foram perdidas para a recombinação. O efeito total é que, enquanto 
a maioria do material (tipo p ou n) está com carga neutra porque a estrutura da rede 
e os portadores de carga neutralizam uns aos outros (na média), a região de 
depleção vê uma separação de cargas, dando origem a um campo elétrico dirigido 
do lado n para o lado p. Portanto, a separação de cargas faz com que exista um 
potencial de contato na junção. Esse potencial é tipicamente de ordem de poucos 
décimos de volt e depende do material (cerca de 0,6 a 0,7 V para o silício). O 
potencial de contato é chamado também de tensão de barreira. 
Agora, nos materiais tipo n, lacunas são portadores minoritários; os 
portadores tipo p, relativamente poucos (lacunas), são gerados termicamente e se 
recombinam com os elétrons livres. Algumas dessas lacunas derivam na região de 
 
 
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depleção para a esquerda, e são empurradas através da junção pelo campo elétrico 
existente. Existe uma situação similar no material tipo p, onde agora os elétrons 
derivam através da região de depleção (para a direita). O efeito final é que uma 
pequena corrente de saturação reversa (Is) circula pela junção no sentido reverso 
(para a esquerda) quando o diodo está polarizado reversamente. Essa corrente não 
depende muito da tensão na junção e é determinada principalmente pelos 
portadores gerados termicamente; isto é, dependente da temperatura. 
Com o aumento da temperatura, mais pares elétrons-lacunas são gerados 
termicamente, e um número maior de portadores minoritários produz uma Is maior 
(na temperatura ambiente, Is é da ordem de nanoampéres 10
-9 A no silício). 
Essa corrente através da junção circula no sentido oposto ao da corrente de 
deriva e é chamada de corrente de difusão Id. É claro que, se uma lacuna do lado p 
entrar no lado n, é bem provável que ela se recombine rapidamente com um dos 
portadores tipo n do lado n. 
Os fenômenos de deriva e de difusão ajudam a explicar como uma junção 
pn se comporta quando ela é conectada a uma fonte de energia externa. 
A capacidade de uma junção pn para conduzir uma corrente essencialmente 
num só sentido – isto é, de conduzir apenas quando a junção está polarizada 
diretamente – faz com que ela tenha aplicações importantes nos circuitos. Um 
dispositivo com uma junção pn simples e um contato ôhmico em seus terminais, é 
chamado de diodo semicondutor, ou simplesmente diodo. 
Em outras palavras, o diodo é um componente formado por dois cristais 
semicondutores de germânio ou silício. Porém na fabricação, o semicondutor é 
misturado a outras substâncias formando assim um cristal do tipo p (anodo) e outro 
do tipo n (catodo). Abaixo vemos os aspectos e o símbolo do diodo. 
 
 
 
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Os diodos só conduzem corrente elétrica quando a tensão do anodo é maior 
que a do catodo. Abaixo vemos o funcionamento do diodo: 
 
Tensão do anodo maior que a do 
catodo – o diodo conduz corrente e 
funciona como chave ligada. 
 Tensão do anodo menor que a do 
catodo – o diodo não conduz 
corrente e funciona como chave 
desligada. 
 
 
Temos ainda o diodo emissor de luz, mais conhecido como LED – diodo 
especial feito de “arseneto de gálio”. Funciona da mesma forma que o diodo comum 
e acende quando diretamente polarizado. 
O diodo emissor de luz (LED) é um diodo que quando polarizado 
diretamente emite luz visível (amarela, verde, vermelha, laranja ou azul) ou luz 
infravermelha. Ao contrário dos diodos comuns não é feito de silício, que é um 
material opaco, e sim, de elementos como gálio, arsênico e fósforo. É amplamente 
usada em equipamentos devido a sua longa vida, baixa tensão de acionamento e 
boa resposta em circuitos de chaveamento. 
 
 
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A polarização do LED é similar ao um diodo comum, ou seja, 
acoplado em série com um resistor limitador de corrente, 
como mostrado ao lado: 
 
 
 
O LED é esquematizado como um diodo comum com seta apontando para 
fora como símbolo de luz irradiada. A corrente que circula no LED é: 
 
Para a maioria dos LED's disponíveis no mercado, a queda de tensão típica 
é de 1,5 a 2,5V para correntes entre 10 e 50 mA. 
Abaixo temos o LED: 
 
Os LEDs são usados nos circuitos como sinalizadores visuais. Como eles 
não suportam altas correntes, sempre vão ligados em série com um resistor. 
Já o fotodiodo é um diodo com encapsulamento transparente, reversamente 
polarizado que é sensível a luz. Nele, o aumento da intensidade luminosa, aumenta 
sua corrente reversa. 
Num diodo polarizado reversamente, circula somente os portadores 
minoritários como já dito. Esses portadores existem porque a energia térmica 
entrega energia suficiente para alguns elétrons de valência saírem fora de suas 
 
 
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órbitas, gerando elétrons livres e lacunas, contribuindo, assim, para a corrente 
reversa. Quando uma energia luminosa incide numa junção pn, ela injeta mais 
energia aos elétrons de valência e com isso gera mais elétrons livres. Quanto mais 
intensa for a luz na junção, maior será corrente reversa num diodo. 
Por fim o Diodo Zener, o único que pode conduzir corrente no sentido 
inverso, ou seja, com a tensão do catodo maior que a do anodo. Para ele conduzir 
nesta condição, a tensão aplicada nele deve ser igual ou maior que a indicada no 
seu corpo. A seguir vemos este diodo, seu símbolo e funcionamento: 
 
 
a) b) 
a) tensão aplicada maior que a do Zener – ele condiz e estabiliza o seu valor. 
b) tensão menor que a do Zener – ele não conduz e não estabiliza. 
Rizzoni (2013) explica que o fenômeno de ruptura Zener é parecido com a 
ruptura por avalanche. Ele ocorre geralmente em regiões altamente dopadas nas 
proximidades de junções metal-semicondutor. É um fenômeno muito útil em 
aplicações em que há a necessidade de se manter uma tensão constante em uma 
carga, por exemplo, em reguladores de tensão e alguns casos como circuitos de 
proteção. 
 
 
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3.3 Tiristores 
Tiristor é um dispositivo de quatro camadas e membro da família dos 
semicondutores que tem dois estados estáveis de operação: um estado apresenta 
corrente aproximadamente igual a zero, e o outro tem uma corrente elevada; 
limitada apenas pela resistência do circuito externo. 
O tiristor pode ser considerado uma chave unidirecional que substitui, com 
vantagens, por exemplo, contatores e relés de grande capacidade. 
Tornou-se vantajoso no controle de grandes potências, devido a diversos 
fatores: 
 é um dispositivo leve, pequeno, confiável, de ação rápida; 
 pode ser ligado com correntes muito reduzidas; e, 
 não apresenta problemas de desgaste mecânico porque não possui partes 
móveis. 
O SCR (Retificador Controlado de Silício – Silicon Controled Rectifier) é um 
dispositivo de 4 camadas (PNPN) e 3 terminais como podemos observar na figura: 
 
Outros componentes, no entanto, possuem basicamente a mesma estrutura: 
LASCR (SCR ativado por luz), TRIAC (tiristor triodo bidirecional), DIAC (tiristor diodo 
bidirecional), GTO (tiristor comutável pela porta), MCT (Tiristor controlado por MOS). 
Para melhor entendermos o seu funcionamento, vamos utilizar o circuito 
equivalente com os 2 transistores. 
Aplicando-se uma tensão E [ (+) no anodo (A) e (-) no catodo (K)] veremos 
que o transistor PNP e o NPN não conduzem porque não circula a corrente i2 e a 
 
 
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corrente i1. Aplicando agora um pulso positivo no gate (G) em relação ao catodo, (o 
pulso deve ter amplitude maior que 0,7 V, pois entre G e K existe uma junção PN 
formando um diodo), vamos fazer circular a corrente i1 que fará o transistor NPN 
entrar em condução. Com isso i2 também irá circular fazendo com que o transistor 
PNP conduza. 
Assim, sendo, o pulso no gate não é mais necessário, pois o transistor PNP 
mantém o NPN conduzindo e vice-versa. 
Como podemos observar, esse estado de condução permanecerá 
indefinidamente. A única maneira de desligar o SCR é fazer a tensão E (entre anodo 
e catodo) igual a zero. 
 
Obs.: 
1) Não é possível simular um SCR com 2 transistores, pois a corrente i2 (da 
base do transistor PNP) será muito pequena. 
2) Atenção, para sempre colocar uma carga em série com a alimentação 
quando for utilizar um SCR! 
Existem alguns parâmetros típicos de tiristores e que caracterizam 
condições limites para sua operação. Dentre eles: 
a) Tensão direta de ruptura (VBO). 
b) Máxima tensão reversa (VBR). 
c) Máxima corrente de anodo (Ia max): pode ser dada como valor RMS, 
médio, de pico e/ou instantâneo. 
d) Máxima temperatura de operação (Tj max): temperatura acima da qual 
pode haver destruição do cristal. 
e) Resistência térmica (Rth): é a diferença de temperatura entre 2 pontos 
especificados ou regiões, dividido pela potência dissipada sob condições de 
equilíbrio térmico. É uma medida das condições de fluxo de calor do cristal para o 
meio externo. 
 
 
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f) Característica I2t: é o resultado da integral do quadrado da corrente de 
anodo num determinado intervalo de tempo, sendo uma medida da máxima potência 
dissipável pelo dispositivo. É dado básico para o projeto dos circuitosde proteção. 
g) Máxima taxa de crescimento da tensão direta Vak (dv/dt). 
h) Máxima taxa de crescimento da corrente de anodo (di/dt): fisicamente, o 
início do processo de condução de corrente pelo tiristor ocorre no centro da pastilha 
de silício, ao redor da região onde foi construída a porta, espalhando-se radialmente 
até ocupar toda a superfície do catodo, à medida que cresce a corrente. Mas se a 
corrente crescer muito rapidamente, antes que haja a expansão necessária na 
superfície condutora, haverá um excesso de dissipação de potência na área de 
condução, danificando a estrutura semicondutora. Este limite é ampliado para 
tiristores de tecnologia mais avançada fazendo-se a interface entre gate e catodo 
com uma maior área de contato, por exemplo, “interdigitando” o gate 
(FEEC/UNICAMP, 2010). 
 
 
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UNIDADE 4 – TRANSISTORES 
 
Existe uma infinidade de sinais de interesse em eletrônica que são muitos 
fracos, como por exemplo, as correntes elétricas que circulam no corpo humano, o 
sinal de saída de uma cabeça de gravação, etc., e para transformá-los em sinais 
úteis torna-se necessário amplificá-los. Antes da década de 50, a válvula era o 
elemento principal nesta tarefa. Em 1951, foi inventado o transistor. Ele foi 
desenvolvido a partir da tecnologia utilizada no diodo de junção, como uma 
alternativa em relação às válvulas, para realizar as funções de amplificação, 
detecção, oscilação, comutação, etc. A partir daí o desenvolvimento da eletrônica foi 
imenso. 
Por definição, é um componente formado por três cristais de silício, sendo 
dois N e um P ou dois P e um N. Abaixo vemos os tipos e símbolos dos transistores 
comuns usados em eletrônica (bipolares): 
 
 
Segundo Rizzoni (2013), um transistor é um dispositivo semicondutor de três 
terminais que pode executar duas funções fundamentais para o projeto de circuitos 
eletrônicos: amplificação e chaveamento. Dito de modo simples, a amplificação 
consiste em aumentar um sinal pela transferência de energia feita pelo dispositivo a 
partir de uma fonte externa, enquanto um transistor como chave é um dispositivo 
para controlar uma corrente ou tensão de valor relativamente alto entre ou através 
de dois terminais, por meio de uma corrente ou tensão de controle de baixo valor, 
aplicada a um terceiro terminal. 
 Polarização é definido como as tensões aplicadas nos terminais do transistor 
para ele poder funcionar. 
 
 
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 Polarização de um transistor NPN – tensão mais alta no coletor, média na 
base e mais baixa no emissor. A tensão da base é só um pouco maior que a 
do emissor. 
 Polarização do transistor PNP – funcionam com tensão mais alta no emissor, 
média na base e tensão mais baixa no coletor. 
 
Chave, amplificador de sinais e regulador de tensão são algumas das 
funções dos transistores, conforme ilustrado abaixo: 
 
 
Focaremos em duas famílias de transistores: transistores bipolares de 
junção, cuja sigla é TBJs ou BJTs (Bipolar Junction Transistors); e transistores de 
efeito de campo, cuja sigla é TECs ou FETs (Field-Effect Transistors). 
Rizzoni (2013) explica o funcionamento do transistor como um amplificador 
linear utilizando as ilustrações a seguir que mostram os quatro modos possíveis de 
funcionamento de um transistor por meio de modelos de circuito empregando fontes 
controladas. 
 
 
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Modelos de fontes controladas para o funcionamento do transistor como amplificador 
linear 
 
Fonte: Rizzoni (2013, p. 454). 
 
As fontes de tensão e de corrente controladas são mostradas para gerar 
uma corrente ou tensão proporcional a uma corrente ou tensão de entrada; a 
constante de proporcionalidade µ é chamada ganho interno do transistor. Como será 
visto, o TBJ age essencialmente como um dispositivo controlado por corrente, 
enquanto o FET se comporta como um dispositivo controlado por tensão. 
Transistores também podem agir no modo não linear, como chaves 
controladas por corrente ou por tensão. Quando um transistor funciona como chave, 
uma corrente ou tensão de baixo valor é usada para controlar o fluxo de corrente 
entre dois terminais do transistor de modo liga/desliga. 
 
4.1 Transistor bipolar de junção (TBJ) 
A junção pn constitui a base de vários dispositivos semicondutores. O diodo 
semicondutor, dispositivo de dois terminais, é a aplicação mais direta da junção pn. 
 
 
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Um TBJ é formado pela junção de três seções de material semicondutor, 
cada uma com concentração de dopagem diferente. As três seções podem ser uma 
região estreita n entre camada p+ e p (como um sanduíche), ou uma região p entre 
camadas n e n+, onde os sobrescritos mais (+) indicam um material com nível de 
dopagem mais forte. Os TBJs resultantes são chamados de transistores pnp e npn, 
respectivamente. 
Veja abaixo estrutura aproximada, símbolo e nomenclaturas para os dois 
tipos de TBJs: 
 
O funcionamento do TBJ npn pode ser explicado considerando-se que o 
transistor é constituído de duas junções pn viradas uma contra a outra. A junção 
base-emissor (BE) tem um funcionamento bem parecido com um diodo quando 
polarizado diretamente; portanto, pode-se desenhar o fluxo correspondente das 
correntes de lacunas e de elétrons da base para o emissor quando o coletor estiver 
aberto e a junção BE, polarizada diretamente. 
Observe que a corrente de elétrons é mostrada 
como sendo maior que a corrente de lacunas, em 
função de uma dopagem maior de n do lado da junção. 
Alguns pares de elétron-lacuna na base se 
recombinarão; os portadores de carga restantes 
aumentarão o fluxo total de corrente da base para o 
emissor. É importante observar também que a seção 
da base é mais estreita que a seção do emissor do 
transistor. 
 
 
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Caso a polarização fosse reversa, da junção base-coletor (BC), aconteceria 
um fenômeno interessante: os elétrons “emitidos” pelo emissor com a junção BE 
polarizada diretamente alcançam a região muito estreita da base e, após a perda de 
alguns para a recombinação, a maioria deles é “recolhida” pelo coletor, bem 
ilustrada abaixo: 
 
 Vemos que a polarização reversa da junção BC tem esse sentido para 
poder varrer os elétrons do emissor para o coletor. 
Esse fenômeno acontece porque a região da base é mantida particularmente 
estreita. Como a base é estreita, há uma alta probabilidade de que os elétrons 
tenham impulso suficiente, pelo campo elétrico, para cruzar a junção base-coletor, 
polarizada reversamente, e chegar ao coletor. O resultadoé que há um fluxo líquido 
de corrente do coletor para o emissor (no sentido oposto ao fluxo de elétrons), além 
da corrente de lacunas da base para o emissor. A corrente de elétrons circulando no 
coletor através da base é substancialmente maior que a corrente que circula na base 
vinda do circuito externo. 
A propriedade principal do transistor bipolar é que uma corrente baixa na 
base controla uma corrente muito maior no coletor. 
 
 
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Além de funcionarem com amplificadores, os componentes de três terminais 
podem ser usados como chaves eletrônicas em que um terminal controla o fluxo de 
corrente entre os outros dois. Igualmente, os diodos podem funcionar como 
componentes para ligar/desligar. 
Vejamos rapidamente o funcionamento de diodos e transistores como 
chaves eletrônicas, ilustrando o uso desses componentes eletrônicos como circuitos 
de chaveamento que são o núcleo das portas analógicas e digitais. Os circuitos de 
chaveamentos com transistor formam a base dos circuitos lógicos digitais, assunto a 
ser amplamente apresentado mais adiante. Objetivamos no momento apenas uma 
compreensão dos princípios básicos do funcionamento interno desses circuitos 
digitais. 
Uma porta lógica eletrônica é um dispositivo que, baseando-se em um ou 
mais sinais de entrada, produz uma das duas ou mais saídas determinadas; 
conforme será visto resumidamente, pode-se construir as duas portas, digital e 
analógica. 
Uma tensão ou corrente analógica – ou mais comumente, um sinal analógico 
– é aquela que varia de modo contínuo no tempo, em analogia com uma grandeza 
física (por isso a expressão analógica). Um exemplo de um sinal analógico é um 
sensor de tensão correspondente à temperatura ambiente, em um dia qualquer, que 
pode variar, digamos, entre -1,11ºC (30 F) e 10ºC (50 F). 
Um sinal digital, por outro lado, é um sinal que pode ter apenas um número 
finito de valores; em particular, uma classe comumente encontrada de sinais digitais 
consiste em sinais binários, os quais podem ter somente dois valores (por exemplo, 
1 e 0). Um exemplo típico de um sinal binário pode ser o sinal de controle para um 
aquecedor, em um sistema de aquecimento doméstico controlado por um termostato 
convencional, em que podemos pensar nesse sinal como sendo “ligado” (ou 1), se a 
temperatura da casa cair abaixo do ajuste do termostato (valor desejado), ou 
“desligado” (ou 0), se a temperatura da casa for maior que ou igual ao ajustado na 
temperatura (digamos, 20°C). 
 
 
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Abaixo temos as aparências dos sinais analógico e digital de um aquecedor. 
 
 
Os circuitos digitais são tópicos especialmente importantes, pois uma grande 
parte da eletrônica industrial e de consumo atual é realizada na forma digital. 
 
4.2 Transistores de efeito de campo (FET) 
O conceito que forma a base do funcionamento do transistor de efeito de 
campo (FET) é que um campo elétrico externo pode ser usado para variar a 
condutividade de um canal, fazendo o FET agir ou como um resistor controlado por 
tensão ou como uma fonte de corrente controlada por tensão. 
Os FETs são os principais transistores da família dos componentes 
eletrônicos integrados e, embora esses transistores tenham várias configurações 
diferentes, é possível entender o funcionamento dos diferentes componentes 
baseando-se principalmente em um tipo. 
Nosso exemplo será o funcionamento básico do semicondutor FET com 
óxido de metal no modo crescimento, que nos leva a tecnologias que são 
conhecidas como NMOS, PMOS e CMOS. 
 
 
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Classificação dos transistores de efeito de campo 
 
 
 
 
Estes transistores podem ser agrupados em três categorias principais. As 
duas primeiras são dos semicondutores de efeito de campo com óxido de metal, ou 
MOSFETs: 
1) MOSFETs modo crescimento. 
2) MOSFETs modo depleção. 
 
 
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A terceira categoria consiste nos transistores de efeito de campo de junção, 
ou JFETs. Além disso, cada um desses dispositivos pode ser fabricado como um 
dispositivo canal n ou canal p, onde essas designações n ou p indicam o tipo de 
dopagem usado no canal do semicondutor. Todos esses transistores funcionam de 
modo bem similar. 
O MOSFET tem uma fonte, uma porta e um dreno. A diferença básica para o 
JFET é que a porta é isolada eletricamente do canal, por isso, a corrente de porta é 
extremamente pequena, para qualquer tensão positiva ou negativa (WENDLING, 
2009). 
A porta consiste em uma camada de película metálica, separada da 
estrutura do tipo p por uma camada fina de óxido (por isso a terminologia 
semicondutor de óxido de metal). O dreno e a fonte são construídos de material n+. 
O dreno está conectado ao terminal positivo da tensão de alimentação VDD e 
o terminal fonte, conectado ao terra. Visto que o substrato tipo p está conectado à 
fonte e daí, ao terra, a junção dreno-substrato n+p apresenta uma forte polarização 
reversa. A tensão na junção pn+ formada pelo substrato e o terminal fonte é zero, 
visto que eles estão conectados ao terra. 
Logo, o caminho entre o dreno e a fonte consiste em duas junções pn 
polarizadas reversamente e não há corrente. Na ausência de uma tensão na porta, o 
MOSFET modo crescimento canal n age como um circuito aberto. Então, os 
componentes, modo crescimento são normalmente abertos (desligados) (RIZZONI, 
2013). 
Os MOSFET têm uma fina camada de dióxido de silício, um isolante que 
impede a circulação de corrente de porta tanto para tensões positivas como 
negativas. Essa camada isolante é mantida tão fina quanto possível para dar a porta 
um melhor controle sobre a corrente de dreno. Como a camada é muito fina, é fácil 
destruí-la com uma tensão porta-fonte excessiva. Além da aplicação direta de 
tensão excessiva entre a porta fonte, pode-se destruir a camada isolante devido a 
transientes de tensão causados por retirada/colocação do componente com o 
sistema ligado. O simples ato de tocar um MOSFET pode depositar cargas estáticas 
suficientes que excedam a especificação de (tensão liminar) Vgs máximo. Alguns 
 
 
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MOSFET são protegidos por diodos Zener internos em paralelo com a porta e a 
fonte. Mas eles têm como inconveniente, a diminuição da impedância de entrada 
(WENDLING, 2009). 
O MOSFET é muito utilizado na fabricação de circuitos integrados de portas 
lógicas, registradores e memórias, entre outros. Isto se justifica pelo fato desse 
dispositivo dissipar baixíssima potência e, também, por possibilitar a integração em 
larga escala (ocupa uma pequenaárea). 
O JFET é formado por três terminais: 
 fonte (source) – por onde os elétrons entram; 
 dreno (drain) – de onde os elétrons saem; 
 porta (gate) – faz o controle da passagem dos elétrons. 
O transistor pode ser um dispositivo com canal n (condução por elétrons) ou 
com canal p (condução por lacunas). Tudo que for dito sobre o dispositivo com canal 
n se aplica ao com canal p com sinais opostos de tensão e corrente. 
O princípio de funcionamento do JFET é bem simples. O objetivo é controlar 
a corrente iD que circula entre a fonte e o dreno. Isto é feito aplicando-se uma tensão 
(negativa) na porta. 
Para polarizar um transistor JFET, é necessário saber a função do estágio, 
isto é, se o mesmo irá trabalhar como amplificador ou como resistor controlado por 
tensão. Como amplificador, a região de trabalho é o trecho da curva, na figura, após 
a condição de pinçamento e à esquerda da região de tensão VDS de ruptura. Se for 
como resistor controlado por tensão a região de trabalho é entre VDS igual a zero e 
antes de atingir a condição de pinçamento (WENDLING, 2009). 
 
 
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Teste de diodos e transistores 
Uma maneira simples para se testar diodos e transistores utilizando um 
ohmímetro. 
Teste de funcionamento de um diodo com um ohmímetro 
1. Encosta-se a ponta de prova negativa no cátodo. 
2. Encosta-se a ponta de prova positiva no ânodo. 
O ohmímetro deve indicar resistência baixa. 
3. Inverte-se as pontas de provas, a resistência deve ser alta. 
Teste de funcionamento de um transistor npn com um ohmímetro 
1. Encosta-se a ponta de prova negativa na base do transistor. 
2. Encosta-se a ponta de prova positiva no coletor do transistor. 
O ohmímetro deve indicar resistência alta. 
3. Muda-se a ponta de prova positiva para o emissor do transistor 
O ohmímetro deve indicar resistência alta. 
4. Inverte-se as pontas de provas, isto é, encosta-se a positiva na base e 
repete os itens 2 e 3. As resistências devem ser baixas. 
Isto é válido para os multímetros digitais. Em geral, nos multímetros 
analógicos, a ponta de prova positiva está ligada ao polo negativo da bateria. 
 
 
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UNIDADE 5 – CIRCUITOS LÓGICOS DIGITAIS 
 
Uma das distinções fundamentais no estudo dos circuitos lógicos (e na 
análise de quaisquer sinais derivados das medições físicas) está entre os sinais 
analógicos e digitais. 
Um sinal analógico é um sinal cujo valor varia em analogia com uma 
quantidade física (por exemplo: temperatura, força ou aceleração). Por exemplo, 
uma tensão proporcional a uma pressão variável medida ou uma vibração varia 
naturalmente de forma analógica. 
A Figura abaixo mostra uma função analógica no tempo f(t), na qual 
podemos notar de imediato que para cada valor de tempo t, f(t) pode assumir um 
valor entre qualquer um dos valores em um determinado intervalo. 
Tensão analógica da pressão em um cilindro de uma máquina de combustão interna 
 
Por outro lado, um sinal digital pode ter apenas um número finito de valores. 
Essa diferença é extremamente importante. Um exemplo de um sinal digital é um 
sinal que permite a exibição de uma medição de temperatura em uma leitura digital. 
Vamos admitir por hipótese que a leitura digital é apresentada em três dígitos e pode 
mostrar valores de 0 a 100, e vamos supor que o sensor de temperatura está 
calibrado corretamente para medir temperaturas de 
0 a 100°C. Além disso, a faixa de saída do sensor é 
de 0 a 5 V, onde 0V corresponde a 0ºC e 5 V a 
100ºC. Portanto, a constante de calibragem do 
sensor é: 
 
 
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Obviamente, a saída do sensor é um sinal analógico; contudo, o mostrador 
(display) pode mostrar apenas um número finito de leituras (101, para ser exato). Em 
função de o mostrador (display) só poder mostrar um valor de um conjunto de 
estados discretos – os inteiros de 0 a 100 –, ele é chamado de mostrador digital 
display digital, indicando que a variável mostrada é expressa na forma digital. 
Agora, cada temperatura no mostrador corresponde a uma faixa de tensões: 
cada dígito no mostrador representa um centésimo da faixa de 5 V do sensor, ou 
0,05 V = 50 mV. Logo, o mostrador apresentará 0 se a tensão no sensor estiver 
entre 0 e 49 mV, 1 se estiver entre 50 e 99 mV, e assim por diante. 
A figura abaixo mostra a relação da função em degraus entre a tensão 
analógica a e a leitura digital. Essa quantização (valores discretos) da tensão de 
saída o sensor é na verdade uma aproximação. Se desejarmos saber a temperatura 
com maior precisão, podemos usar um número maior de dígitos no mostrador 
(RIZZONI, 2013). 
Representação digital de um sinal analógico 
 
Os sinais digitais mais comuns são os sinais binários. Um sinal binário é um 
Sinal que pode ter apenas um dos dois valores discretos e é, portanto, caracterizado 
pelas transições entre dois estados. 
 
 
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Na aritmética binária, os dois valores discretos f1 e f0 são representados, 
respectivamente, pelos números 1 e 0. Na forma de onda da tensão binária, esses 
valores são representados por dois níveis de tensão. 
Enfim, os circuitos lógicos digitais podem operar pela detecção das 
transições entre os níveis de tensão. As transições são sempre chamadas de bordas 
e podem ser positivas (f0 para f1) ou negativas (f1 para f0). Praticamente todos os 
sinais processados por um computador são binários. 
 
5.1 As portas lógicas 
As portas lógicas são os componentes básicos da eletrônica digital. Usadas 
para criar circuitos digitais e até mesmo circuitos integrados complexos. São 
dispositivos que operam um ou mais sinais lógicos de entrada para produzir uma e 
somente uma saída. 
As portas lógicas são circuitos eletrônicos destinados a executar as 
operações lógicas. Estes circuitos eletrônicos, compostos de transistores, diodos, 
resistores, etc., são encapsulados na forma de circuito integrado. Cada circuito 
integrado pode conter várias portas lógicas, de iguais ou diferentes funções lógicas. 
Portas lógicas de mesma função podem ter características elétricas 
diferentes, como: corrente de operação, consumo e velocidade de transmissão. Para 
a eletrônica digital, os símbolos “0”e “1” da álgebra booleana, são níveis de tensão 
elétrica, onde “0” – Equivale ao nível de tensão mais baixo e “1” – Equivale ao nível 
de tensão mais alto. Estes níveis lógicos serão os estados lógicos das variáveis 
lógicas de entrada e saída dos circuitos lógicos. 
Algumas portas lógicas podem possuir mais de duas entradas e alguns 
circuitos integrados podem possuir tipos diferentes de portas lógicas no mesmo 
encapsulamento. 
Conhecida como álgebra de chaveamento, binária, aplicação direta na 
eletrônica digital. 
Precisamos falar rapidamente das funções lógicas que podem ser tratadas 
em termos da tabela verdadeque é uma listagem de todos os valores possíveis que 
cada variável booleana pode ter e dos valores correspondentes da função desejada. 
 
 
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As portas AND (multiplicação lógica) e OR (adição lógica) formam a base de 
todos os projetos lógicos em conjunto com a porta NOT. Essa porta é 
essencialmente um inversor (que pode ser montado usando transistores de efeito de 
campo bipolares) e fornece o complemento da variável lógica conectada em sua 
entrada. Temos também as portas complementares NAND e NOR, comumente 
usadas na prática. Elas formam a base da maioria dos circuitos lógicos práticos. 
A porta XOR (OR exclusivo) faz parte da prática comum dos fabricantes de 
circuitos integrados. Eles fornecem combinações variadas de circuitos lógicos em 
um único encapsulamento (CI). 
Observe os esquemas abaixo (todos exemplificados para porta de 2 
entradas apenas): 
Porta OU (OR) 
Representação Algébrica: F = A + B 
Ler-se: A função F é equivalente a variável “A” ou “B” 
 
 
 
 
 
Porta E (AND) 
Representação Algébrica: F = A * B 
Ler-se: A função F é equivalente a variável “A” e “B” 
 
 
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Porta Inversora (NOT) 
Representação Algébrica: F = A 
Ler-se: A função F é equivalente a variável não “A” 
 
 
 
Porta Não OU (NOR) 
Representação Algébrica: F = A + B 
Ler-se: A função F não é equivalente a variável “A1'ou “B” 
 
Porta Não E (NAND) 
Representação Algébrica: F = A * D 
Ler-se: A função F Não é equivalente a variável “A”e “B” 
 
 
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Porta OU Exclusivo (XOR) 
Representação Algébrica: F = (A* B)-\-(A * B) ou A (+) B 
Ler-se: A função F é equivalente ou a variável “A” ou “B” 
 
 
Porta Não OU Exclusivo (XNOR) 
Representação Algébrica: F = (Ã+ B)*(A + B) ou A (*) B 
Ler-se: A função F não é equivalente ou a variável “A” ou “B” 
 
 
 
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O mapa de Karnaugh é um mapa que descreve todas as combinações 
possíveis das variáveis presentes na função lógica que seja de nosso interesse. Ele 
nos deixa mais seguros em relação a termos escolhido a implementação mais 
eficiente. 
 
5.2 Sistemas digitais 
Um sistema digital é um conjunto de funções de chaveamento envolvendo 
variáveis binárias e que realizam determinadas tarefas. Os sistemas digitais se 
agrupam em duas categorias distintas: 
a) Sistemas Digitais Combinacionais ou módulos lógicos combinacionais. E, 
b) Sistemas Digitais Sequenciais ou módulos lógicos sequenciais. 
Os sistemas combinacionais apresentam em suas saídas, num certo 
instante de tempo, valores que dependem exclusivamente dos valores aplicados em 
suas entradas nesse exato instante. Os sistemas sequências apresentam em suas 
saídas, em um determinado instante, valores que dependem dos valores presentes 
nas entradas nesse instante e em instantes anteriores. Por causa dessa propriedade 
de memória, os circuitos sequenciais podem armazenar informação; esse recurso 
abre uma nova área de aplicação para os circuitos lógicos. 
O dispositivo básico de armazenagem de informação em um circuito digital 
sequencial é chamado de flip-flop. Existem vários tipos e com as seguintes 
características: 
 Um flip-flop é um dispositivo biestável; isto é, ele pode permanecer estável em 
um dos dois estados (0 ou 1) até que condições apropriadas causem sua 
mudança de estado. Pode, então, servir como elemento de memória. 
 Um flip-flop tem duas saídas, sendo uma o complemento da outra. 
Segundo Filardi (2013), além dessas classificações os flip-flop se agrupam 
em algumas famílias, ou tipos como: 
 
1. Set-Reset (SR), possui duas entradas, chamadas de S e R, e duas saídas 
Q e Q. O valor em Q é chamado de estado do flip-flop. Se Q = 1, dizemos que o 
 
 
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dispositivo está no estado 1. Portanto, precisamos definir apenas uma das duas 
saídas do flip-flop. As duas entradas R e S são usadas para mudar o estado do flip-
flop, de acordo com as seguintes regras: 
Quando R = S = 0, o flip-flop permanece n o estado presente (sempre 1 ou 0); 
Quando S = 1 e R = 0, o flip-flop é set (ativado) para o estado 1 (logo, S para set); 
Quando S= 0 e R = 1, o flip-flop é reset (desativado) para o estado 0 (logo, R para 
reset) . 
Não é permitido que as duas entradas R e S tenham os valores iguais a 1 (isso 
coresponde a requerer do flip-flop os estados de set e reset ao mesmo tempo) 
(RIZZONI, 2013). 
 
2. JK, que funciona de acordo com as seguintes regras: 
Quando J = 0 e k = 1, o flip-flop é desativado (reset) para 0; 
Quando J = 1 e K = 0, o flip-flop é ativado (set) para 1; 
Quando J e K = estão com nível alto, o flip-flop irá alternar entre os estados a cada 
transição negativa da entrada de clock, denotada a partir de agora com o símbolo . 
 
3. Tipo T, só executa duas funções, Memorizar e Trocar, como a principal 
função é a de Troca, por isto é chamado de flip-flop tipo T (de Troca). Este flip-flop 
até é definido como um flip-flop independente, mas, na maioria das vezes é 
encontrado sendo implementado por um flip-flop tipo D ou por flip-flop JK. 
 
4. Tipo D (Delay), utiliza dois flip-flops RS. Um clock é conectado à entrada 
habilitada de cada flip-flop e como Q1 vê um sinal de clock invertido, a trava é 
habilitada quando a forma de onda do clock está em nível baixo. Contudo, visto que 
Q2 é desabilitado quando o clock está em nível baixo, a saída do flip-flop D não 
mudará para o estado 1 enquanto o clock não for para o nível alto, habilitando a 
segunda trava e transferindo o estado de Q1 para Q2. 
 
 
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UNIDADE 6 – O USO DO CONTROLADOR LÓGICO 
PROGRAMÁVEL (CLP) 
 
Os Controladores Lógicos Programáveis (CLP) são dispositivos que 
permitem o comando de máquinas e equipamentos de maneira simples e flexível, de 
forma a possibilitar alterações rápidas no modo de operá-los, por meio da aplicação 
de programas dedicados armazenados em memória EPROM (MAMEDE FILHO, 
2012). 
Os CLPs podem substituir com grandes vantagens os tradicionais comandos 
de máquinas e equipamentos, tais como botoeiras, chaves comutadoras, contatores 
e relés. 
Existe no mercado uma grande diversidade de CLPs destinados a diferentes 
níveis de automação, em conformidade com a complexidade de cada aplicação. 
 
6.1 Composiçãodos CLPs 
Os CLPs são constituídos por um gabinete contendo um determinado 
número de cartões, cada um deles desempenhando funções específicas, ou seja: 
a) Fontes de alimentação 
Os CLPs podem ser alimentados em 110/220 V em corrente alternada ou 
em 24 V em corrente contínua, dependendo da seleção feita pelo cliente. 
Somente a unidade básica necessita de alimentação. Todas as expansões 
são supridas pela unidade básica. Nos bornes de conexão com a rede externa existe 
um fusível de característica rápida com corrente nominal entre 1,25 e 2A, 
dependendo do tipo de CLP. Em geral, os CLPs de 110/220 V são alimentados por 
um circuito monofásico a três condutores: fase, neutro e condutor de proteção 
associado à proteção do terra do sinal eletrônico. Essa conexão é feita internamente 
ao equipamento. 
 
 
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b) Entradas e saídas 
Os cartões de entrada e saída constituem a interface entre o processador 
lógico e os equipamentos periféricos. O cartão do circuito de entrada prepara os 
sinais das fontes externas e os envia para a unidade de processamento. 
A saída é composta de amplificadores de chaveamento para controle dos 
equipamentos periféricos que podem ser constituídos por contatores, bobinas, 
lâmpadas de sinalização, etc. 
Cada tipo de CLP tem uma determinada quantidade de terminais de entrada 
e saída, dependendo da capacidade que se deseja em função da aplicação, sendo 
associado a cada terminal um LED, para monitoração do sinal de lógica. 
Todos os sinais de saída destinados à comutação de cargas indutivas 
dispõem de um dispositivo contra surtos de tensão, podendo ser varistor, diodo, etc., 
protegidos por fusíveis de corrente nominal apropriada. 
Em geral, os módulos de entrada e saída dispõem de cartões de expansão 
apropriados. A cada terminal de entrada e saída está associado um endereço 
utilizado na programação (MAMEDE FILHO, 2012). 
c) Temporizadores e contadores 
São cartões contendo circuitos elétricos dedicados cujos ajustes são 
efetuados por hardware. O número de temporizadores e contadores varia em função 
da capacidade do cartão. 
Os temporizadores podem ser ajustados desde 10ms até 1.020s, sendo os 
ajustes efetuados através de chaves binárias ou potenciômetros externos. Um 
programa dedicado gerencia a capacidade do tempo. 
A seleção do temporizador é feita através de códigos com base na 
codificação dos terminais anteriormente mencionados. A sincronização do tempo, 
em geral, é realizada com o GPS on-line. 
Os contadores permitem a contagem de eventos entre 0 e 999, e o ajuste é 
feito através de três chaves cada uma delas com indicadores numéricos de 0 a 9. 
 
 
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d) Memórias 
Os CLPs são dotados de cartões de memórias utilizados pelos 
processadores lógicos para processar os sinais e pelo sistema operacional e 
também utilizados para armazenamento dos programas dedicados. Essas memórias 
podem ser do tipo EPROM ou RAM protegidas contra ausência de tensão por meio 
de baterias específicas com longa vida útil. Em geral, as memórias podem ser assim 
classificadas: 
i)Memória de trabalho: 
É destinada ao armazenamento do programa aplicativo processador lógico 
e, em geral, é do tipo RAM, com capacidade e velocidade dependentes do CLP 
desejado. 
ii)Memória de programa: 
É destinada ao armazenamento dos programas em linguagem lógica (LPW-
L) e, em geral, é do tipo EPROM, com capacidade e velocidade dependentes do 
CLP desejado. 
A memória de programa é composta por um cartão de circuito impresso 
provido de conector específico. Para sua gravação é utilizado um gravador de 
EPROM. 
No apagamento da memória EPROM, devem-se usar lâmpadas ultravioleta 
de comprimento de onda de 254 µm a uma distância, inferior a 25 mm do cartão de 
memória. O tempo de exposição ao feixe de luz ultravioleta é de 40 minutos para 
uma intensidade de 12.000 µW/cm2 até 120 minutos para uma intensidade de 4.000 
µW/cm2. 
As memórias EPROM suportam atualmente um número muito grande de 
apagamentos, além do qual não são mais ativadas. 
iii)Memória de sinal 
Esta memória é destinada ao sistema operacional e ao armazenamento das 
informações dos temporizadores e contadores, entradas e saídas e marcadores 
 
 
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intermediários. Em geral, é tipo RAM, sendo protegida contra a ausência de energia 
por meio de baterias de longa vida útil. 
6.2 Unidades terminais remotas (UTR) 
São unidades independentes, com a função de coletar dado e executar 
comandos dos equipamentos do processo. Os dados coletados podem ser digitais 
(ligado/desligado, fechado/aberto, pulsos, acumuladores, etc.) ou analógicos 
(medida de tensão, corrente, frequência, ângulo de fase, etc.). Os controles emitidos 
pela UTR poderão ser digitais, através de relés, ou analógicos, na forma de um valor 
de tensão variável disponível nos terminai da UTR. 
As UTRs devem ter capacidade de executar programas de controle local, 
independentemente da ativação do Centro de Supervisão e Controle, mas com 
possibilidade de intervenção do mesmo, bloqueio ou ativação através de 
modificação de pontos definidos na base de dados da UTR. Esses controles locais 
devem ser executados de maneira similar aos que ocorrem no CLPs, com os 
programas sendo gravados de maneira não volátil, em memória própria da UTR. 
Esses programas poderão ser modificados e recarregados na memória da UTR, 
utilizando-se as ferramentas normais de configuração da mesma. Os programas 
deverão ser escritos e compilados em microcomputadores pessoais e transferidos 
através de canal de comunicação sem interrupção das funções de supervisão. 
As UTRs devem ser montadas em painéis, em gabinetes metálicos ou em 
fibra de vidro (MAMEDE FILHO, 2012). 
 
6.3 Unidades Dedicadas 
São equipamentos que desempenham funções específicas junto ao 
processo e guardam as mesmas características funcionais da Unidade de Aquisição 
de Dados e Controle. Essas unidades aquisitam informações via entrada analógica, 
tais como tensão, corrente, ângulo de fase, etc., disponibilizando o resultado do seu 
processamento numa saída digital conectada a um circuito de comando de um 
equipamento. São conhecidos como Unidades Dedicadas os seguintes dispositivos: 
 
 
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a) Relés digitais: de sobrecorrente; diferenciais; de distância, multifunção, 
etc. 
b) Oscilógrafos: equipamentos destinados a registrar as anormalidades 
ocorridas nos sistemas elétricos de força, tais como sobre e subtensão, 
sobrecorrente, sobre e subfrequência, etc. Esses equipamentos são dotados de 
unidades digitais e analógicas para aquisição de informações, disponibilizando o 
resultado do seu processamento em tela de monitor, papel, etc. 
c) Unidades de intertravamento: são unidades que contêm uma determinada 
quantidade de entradas digitais