Preparado por Sam Kinyera OBWOYA
African Virtual university
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Aviso
Este documento é publicado sob as condições do Creative Commons
http://en.wikipedia.org/wiki/Creative_Commons
Atribuição
http://creativecommons.org/licenses/by/2.5/
Licença (abbreviated “cc-by”), Versão 2.5.
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Tabela de Conteúdos
I.Módulo Electrónico________________________________________________________3
II. Pré-requisitos do Curso ou Conhecimentos_____________________________________3
III. Tempo_________________________________________________________________3
IV. Materiais
___________________________________________________________ 3
V. Módulo de Fundamentação__________________________________________________3
VI. Conteúdo______________________________________________________________4
6.1 Visão Geral_________________________________________________________4
6.2 Esboço____________________________________________________________5
6.3 Organização Gráfica_________________________________________________ 6
VII. Objectivos Gerais_______________________________________________________ 7
VIII.
Objectivos Específicos de Aprendizagem__________________________________
IX. Pré-avaliação____________________________________________________________
X.
Actividades de Ensino e Aprendizagem______________________________________1
XI. Glossário de Conceito-Chave ____________________________________________ 149
XII. Lista de leituras obrigatórias______________________________________________ 15
XIII.Lista compilada de Recursos Multimédia (Opcional) _________________________ 153
XIV. Lista compilada de links úteis _________________________________________ 155
XV. Síntese do Módulo____________________________________________________ 158
XVI. Avaliação sumativa _________________________________________________ 160
XVII. Referências________________________________________________________ 163
XVIII. Aluno___________________________________________________________ 164
XIX. Autor principal do módulo____________________________________________ 164
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I. Módulo de Electrónica
Por Sam Kinyera Obwoya Kyambogo – Universidade de Uganda
II. Pré-requisitos do Curso ou Conhecimentos
O pré-requisito básico para este Módulo é a Física que se tem aprendido na escola. Em
particular, o conhecimento dos seguintes cursos são essenciais para se seguir
a
compreensão do Módulo de uma forma eficaz: Física do Estado Sólido e Electricidade e
Magnetismo. Como um requisito geral, é necessário o conhecimento de cálculo e álgebra
na Matemática.
III.
Tempo
Um total de 120 horas é necessário para que você complete este Módulo.
IV. Material
Os materiais necessários para o módulo incluem o acesso a um computador. Porém, o
mais importante ainda é necessário um acesso contínuo à internet. A internet irá fornecer
muitos referenciais essenciais e recursos multimédia. Estes multimédias são importantes,
uma vez que, em alguns casos, eles servem como palestrantes virtuais e fontes de
equipamentos que podem ser utilizados para realizar experiências virtuais. Entretanto,
alguns CD-ROMs também estarão disponíveis para complementar o uso da internet.
Outros materiais incluem leituras obrigatórias e recursos obrigatórios que podem estar
disponíveis em livrarias ou nas proximidades das escolas.
V. Módulo de Fundamentação
Este módulo visa proporcionar um fundamento básico da Física aos estudantes. Isto irá
permitir que os alunos aprendam a matéria, a fim de explicar e esclarecer os princípios
envolvidos na electrónica. O módulo está estruturado de tal sorte que, a partir da
realização das actividades nele prescritas, o aluno possa alcançar elevados resultados.
Dum modo geral, o módulo irá proporcionar ao aluno, ideias básicas do que é a
Electrónica em termos de manifestações dos seus componentes-chave bem como as suas
características, de modo a habilitá-lo a ensinar a Física escolar duma forma eficaz e
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VI. Conteúdo
6.1 Visão Geral
A Electrónica tem como objecto de estudo, o fluxo de carga através de vários materiais e
dispositivos tais como, semicondutores, resistores, indutores, capacitores, nano-estruturas,
e tubos em estado de vácuo. Todas as aplicações de electrónica envolvem a transmissão de
energia e possíveis informações à ela relativas. Apesar de ser considerado um ramo da
física teórica, a concepção e a construção de circuitos electrónicos para resolver problemas
práticos é uma técnica essencial no domínio da engenharia electrónica e engenharia da
computação. O estudo de dispositivos semicondutores e da nova tecnologia envolvente é,
por vezes, considerada um ramo da física. Este módulo centra-se em aspectos de
engenharia electrónica. Outros tópicos importantes incluem resíduos electrónicos e Saúde
Ocupacional, impactos da fabricação de semicondutores. Este curso de electrónica
destina-se à alunos que se inscrevam para a formação em serviço e licenciados em
Educação, em formação contínua. Como é sabido, na Física Moderna, as expressões
Electrónicas, constituem um “osso difícil de roer”. O Módulo contém seis unidades:
Circuitos com Diodos; Circuitos com Transistor; Amplificadores operacionais; Circuitos
Digitais; Aquisição de dados e Controle de Processos; e Informática de interligação de
dispositivos. Na primeira unidade / actividade, ou seja, “Circuitos com Diodos”, são
explicados aos estudantes os conceitos sobre a geração de carga transportadora, o de semicondutores intrínsecos e extrínsecos e os conceitos de portadores de carga, formação e
aplicação de junção PN, e como projectar e analisar circuitos de díodo (por exemplo, os
circuitos de alimentação); Na segunda unidade / actividade, ou seja, “Circuitos
Transistor”, o aluno deverá explicar como funciona um Transístor de Junção Bipolar
(BJT); Projectar e analisar os circuitos BJT em função das várias configurações (CE, EB,
CB); Explicar como funciona uma Junção Field Effect Transistor (JFET) – Junção
Transistor de Efeito de Campo; Projectar e analisar os circuitos JFET nas configurações
(CD, CS); Explicar como funciona o IC bem como, projectar e analisar circuitos
MOSFET. Na unidade três, o estudante deve ser capaz de explicar a construção do
amplificador operacional; e conceber, analisar e sintetizar circuitos com amplificadores
operacionais. Na unidade quatro, ou seja, “Circuitos Digitais”, o aluno deverá manipular
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6.2
Esboço
Actividade 1: (20 horas)
“Circuitos com Díodos” debruça-se sobre a teoria de “bandas de energia”; a junção PN e o
Efeito Diodo, seu Circuito e as suas aplicações comuns.
Actividade 2: (30 horas)
Circuitos Transistores: Transístor de Junção Bipolar (BJT) – Amplificador de Emisso
Comum; Amplificador de Colector Comum e Amplificador de Base Comum. Junçã
Transistor de Efeito de Campo (JFET); Junção Transistor de Efeito de Campo (JFET) com
Amplificador de Fonte Comum; Junção Transistor de Efeito de Campo (JFET) com
Amplificador de Dreno Comum. Transistor de Efeito de Campo de Dupla Entrada. Circuito
de Energia MOSFET. Circuitos de Múltiplos Transistores.
Actividade 3: (10 horas)
Amplificadores Operacionais: Amplificadores “Open-Loop”, Amplificador Ideal,
Análises estimativas, O Rendimento do “Open-Loop”.
Actividade 4: (30 horas)
Circuitos Degitais: Sistemas Numéricos, Álgebra de Boole, Portas Lógicas, Lógica
Combinatória. Multiplex e decodificadores. Gatilho Schmitt, Elemento de Armazemento
de
Duplo-Estado,
Fechos
e
“Flip-flops”
não
cronometrados,
Os
“flip-flops”
cronometrados, A Dinâmica dos “Flip – flops”cronometrados. Registo de Tiro-Único.
Actividade: 5
(20 horas)
Aquisição de Dados e o Processo de Controle dos Transdutores, Circuitos Condicionados
aos Sinais de Dados, Osciladores, Conversão de Circuito Analógico a Digital.
Actividade 6: (10 horas)
Computadores e elementos de dispositivo de interligação do Microcomputador 8-, 16- ou
32- Bit Buses.
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6.3.
Organização Gráfica
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VII. Objectivo(s) Geral(is)
Após concluir o módulo, o aluno deve ser capaz de:
• Apreciar e aplicar os conceitos básicos de electrónica e os circuitos.
VIII. Objectivos Específicos de Aprendizagem
Unidade
Objectivo(s) de Aprendizagem
1. Circuitos com Diodos (20 Os Alunos devem ser capazes de:
• Explicar a geração dos portadores de
horas)
• Revisão sobre os Conceitos de carga intrínsecos e extrínsecos nos
semi-condutores; • Explicar a formação
“Energia”e “Teoria de Bandas;
e aplicação da junção PN; •Projectar e
• Junção PN e o Efeito Díodo;
analisar circuitos com díodo (por
• Circuitos e Aplicações do Díodo exemplo, circuitos de fornecimento de
Normal
energia)
2. Transistor Circuitos: (25 horas) Os Alunos devem ser capazes de:
• Explicar como funciona a Junção do
• Junção Bipolar do Transistor;
Transistor Bipolar (BJT);
• Junção (BJT): com Emissor Comum • Projectar e análisar os circuitos básicos
Amplificado; com Colector Comum BJT em várias configurações (CE, EB,
Amplificado e com Base Comum CB);
Amplificado; • Junção Transistor de • Explicar como funciona a Junção
Efeito de Campo (JFET), Junção Transistor de Efeito de Campo (JFET) –
Transistor de Efeito de Campo (JFET) Algumas Teorias;
com Amplificador de Fonte Comum, • Projectar e analisar os Circuitos (JFET) nas
Junção Transistor de Efeito de Campo configurações (CD, CS);
(JFET) com Amplificador de Dreno • Explicar como funcionam os Circuitos de
Comum; • Transistor de Efeito de Energia MOSFET (Teoria);
Campo de Dupla Entrada. Circuitos de Projectar e analisar os Circuitos de Energia
Energia MOSFET. Circuitos de MOSFET
Múltiplos Transistores.
3.Amplificadores
Operacionais Os Alunos devem ser capazes de:
(10 horas)
•
Explicar a construção do
• Amplificadores “Open loop”;
Amplificador Operacional;
• Amplificadores Ideais, Análises
Estimativas, O Rendimento de “Open – • Projectar, analisar e sintetizar
Circuitos
com
amplificadores
loop”
operacionais
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4. Circuitos Digitais (30 horas)
Os Alunos devem ser capazes de
•
Sistemas numéricos, Álgebra de
• Manipular números de diferentes
Boole, Portas Lógicas;
bases:
(2,8,10,16);
• Lógica Combinatória;
• Multiplex e Decodificadores, Gatilho • Aplicar a Álgebra de Boole na
Schmitt, Elemento de Armazemento de projecção de Circuitos Lógicos;
• Projectar, analisar e sintetizar
Duplo-Estado;
Lógicos (Multiplex e
•
Fechos
e
“flip-flops”
não- Circuitos
decodificadores.
Gatilho Schmitt, “flipcronometrados;
Dinâmica dos “Flip - flops” flops”, Registos.
cronometrados.
• Registo de Tiro-Único
5.
Processo de Controle e
Aquisição de dados (20 horas)
•
Transdutores,
Sinal
Condicionado;
•
Circuitos, Osciladores,
Conversão
de
Circuito
Analógico a Digital.
Os Alunos devem ser capazes de
• Explicar o funcionamento de um
transdutor
em vários modos (Tensão, piezo e
temp);
• Explicar e aplicar o sinal do transdutor
nos processos de condicionamento;
• Aplicar o sinal condicionado na forma
digital.
6. Computadores e Interligação de
Os Alunos devem ser capazes de
dispositivos (15 horas)
• Explicar o nível de componentes
• Elementos do Microcomputador
de 8-, 16- or 32- Bit Buses.
de
sistemas
microprocessador.
de
um
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IX. Pré - Avaliação
Você está pronto para aprender Electrónica?
Título da pré-avaliação: ELECTRÓNICA
Fundamentação: A pré-avaliação destina-se a determinar o nível dos pré-requisitos que o
aluno tem sobre a Electrónica ensinada na escola, objectivando orientar a mente do
mesmo sobre a quantidade de trabalhos que deverá realizar durante o curso. De todo
modo, a pré-avaliação não se destina a desencorajar o aluno, mas sim, a motivá-lo a
começar o curso com uma elevada prontidão para enfrentar os futuros desafios.
9.1
Auto-Avaliação associada à Electrónica
1 A resistência dos materiais semicondutores numa célula fotocondutora varia com a
intensidade da luz incidente:
a. directamente
b. inversamente
c. exponencialmente
d. logaritimicamente
2 Uma célula solar funciona com o princípio de:
a. difusão
b. recombinação
c. fluxo transportador
d. acção fotovoltáica
3 Quais dos seguintes dispositivos tem a maior sensibilidade?
a.
b.
c.
d.
célula fotocondutora
célula fotovoltáica
fotodíodo
fototransistor
4 Em LED, a luz é emitida por causa:
a. da realização da recombinação de portadores de carga
b. da luz que cai sobre o diodo que depois disso fica amplificado
c. da luz que se reflecte, devido à acção da lente
d. do diodo que fica esquentado
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5 Um transistor regulador de tensão em série é chamado de regulador seguidor de
emissor, porque o emissor do transistor segue a tensão:
a. base
b. entrada
c. saída
d. colector
6 Um regulador de tensão de comutação pode ser dos seguintes tipos:
a. invertido
b. de avanço
c. de recuo
d. todas alíneas acima citadas
7 Um regulador de tensão ideal tem uma regulação de tensão de:
a
b.
c.
d.
0
1
50
100
8
Dispositivos electrónicos que convertem a energia CC para alimentação AC são
chamados:
a inversores
b. rectificadores
c. inversores
d. transformadores
9 A saída de um rectificador de meia onda é adequado apenas para:
a. execução de auto-rádios
b. execução de motores ac
c. execução de gravadores
d. carregamento de baterias
10 Quando usado num circuito, um díodo Zener é sempre:
a. polarizado
b. inversamente polarizado
c. ligado em série
d. perturbado por superaquecimento
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11 Díodos Zener são utilizados principalmente como:
a. rectificadores
b. amplificadores
c. osciladores
d. reguladores de tensão
12 Um regulador “shunt amp-op” difere do regulador em série, no sentido de que o seu
elemento de controle é ligado em:
a. série com a linha de resistência
b. paralelo com a linha de resistência
c. paralelo com resistor de carga
d. paralelo com a tensão de entrada
13 Os sistemas digitais geralmente operam em sistema:
a.
b.
c.
d.
octal
binário
decimal
hexadecimal
14 O ganho acumulado de quatro bits binários (1 + 1 + 1 + 1) dá:
a. 1111
b. 111
c. 110
d. 11
15 O resultado da multiplicação do binário 1112 x 102 é:
a. 1101
b. 0110
c. 1001
d. 1110
16 As FETs têm propriedades semelhantes às de:
a. transístor PNP
b. transistor NPN
c. válvulas termiónicas
d. transistor de unijunção
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17 O ganho de tensão de um dado amplificador JFET de fonte comum depende:
a. da sua impedância de entrada
b. do seu factor de amplificação
c. da sua resistência dinâmica do dreno
d. resistência de carga de dreno
18 A impedância de entrada extremamente elevada de um MOSFET é principalmente
devido:
a. à ausência de seu canal
b. à tensão negativa da fonte de entrada
c. ao esgotamento da corrente de transporte
d. ao vazamento extremamente pequeno da corrente do capacitor de entrada
19 A principal função de um seguidor de emissor é:
a. amplificar a potência
b. dupla impedância
c. impedância de entrada baixa
d. sinal de seguidor de base
20 O menor dos quatro h parâmetros de um transistor é:
a. hi
b. hr
c. h0
d. hf
Chave de Respostas
11. D
1. B
12. A
2. D
13. B
3. D
14. B
4. A
15. D
5. A
16. B
6. D
17. D
7. A
18. C
8. A
19. B
9. B
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Comentário pedagógico para os alunos
A pré-avaliação destina-se a determinar o quanto você sabe de electrónica e a prepará-lo
para o módulo. O resultado da pré-avaliação dir-lhe-á sobre que matérias você precisa
despender mais tempo, de modo a que nelas mais se concentre, para que o estudo e a
aprendizagem do módulo ocorra normalmente. Como você deve ter percebido, a maioria
das perguntas contêm temas que normalmente não são dados na escola.
O início do módulo começa com a revisão da teoria das bandas de energia, matéria que
você terá aprendido na física do estado sólido. Eventualmente, vai aprender sobre a
junção PN e efeito díodo, circuito, e aplicações de díodos comuns.
Aqui, a expectativa é que você deve ser capaz de explicar a geração de portadores de
cargas intrínsecas e extrínsecas dos semi-condutores, formação e a aplicação da junção
PN; e, finalmente, ser capaz de projectar e analisar os circuitos de díodos (por exemplo,
fornecimento de circuitos de potência). Para qualquer outra actividade aqui proposta, a
sua realização visa alcançar os objectivos previamente estabelecidos. Deste modo, você é
aconselhado a passar por cada ponto da actividade numa ordem cronológica. Sempre que
for necessário um pré-requisito, você deve ir aos primeiros temas antes de prosseguir para
temas seguintes.
Uma série de referências são apontadas ao longo de cada actividade. O que você precisa
fazer, é sempre ter acesso à estas referências. A maioria delas estão disponíveis em “online”. Se você não tiver acesso permanente à Internet, é aconselhado a “baixar” essas
referências e arquivar as cópias. Uma série de recursos multimédia também são incluídos.
Estes são muito úteis, pois podem actuar como professores virtuais ou fontes de
laboratório virtual. Você é encorajado a usar estes recursos multimédia o tempo todo.
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X. Actividades de Ensino-Aprendizagem
Actividade 1: Circuitos de Díodos
Você precisará de 20 horas para concluir essa actividade. Apenas orientações básicas são
fornecidas para ajudá-lo a contornar as dificuldades encaradas nas actividades. Para tal,
recomenda-se uma grande capacidade de leitura e de trabalho independente.
Objectivos específicos de Ensino e Aprendizagem
Nesta actividade, você deve ser capaz de:
(i) Explicar a geração dos portadores de carga intrínsecos e extrínsecos nos semicondutores;
(ii) Explicar a formação e aplicação da junção PN;
(iii) Projectar e analisar circuitos de díodos (por exemplo, os circuitos de alimentação).
Síntese das actividades de aprendizagem
Essa actividade inclui, entre outras, a explicação da geração de portadores de carga,
intrínsecos e extrínsecos de semi-condutores; formação e aplicação da junção PN e,
finalmente, como projectar e analisar circuitos de díodos (por exemplo, o fornecimento de
circuitos de potência).
Lista de leituras requeridas
1ª Leitura
Referência completa: http://en.wikibooks.org/wiki/Electronics. 3rd October 2007.
Resumo: Este é um livro completo sobre electrónica que aborda, entre outros, os
seguintes tópicos: circuitos analógicos, tubos de vácuo; díodos, transistores;
amplificadores; amplificadores operacionais e multiplicadores analógicos.
Justificativa: Cada tema é apresentado de uma forma muito simples, de modo a facilitar
a leitura individual. Entretanto, tais servem apenas para complementar o processo do
ensino e aprendizagem.
2ª Leitura
Referência: http://en.wikipedia.org/wiki/electronics. 5 de Outubro de 2007.
Resumo: Esta leitura é formada a partir de referências obtidas de vários “sites”. Suas
URLs podem ser obtidas a partir de uma cópia electrónica desta leitura. Basicamente,
todos os tópicos essenciais do curso são abordados nesta 2ª leitura.
Justificativa: A referência proporciona uma leitura fácil à fontes em electrónica que, em
princípio, deverão ser de fácil acesso ao leitor.
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List a de recursos relevantes de MULTIMÉDIA
Referência: http://www.educypedia.be/electronics/javacollectors.htm.
Resumo: Este recurso permite o estudo das características do transistor NPN.
Justificativa: O “site” oferece uma experiência virtual simples e elegante que pode ser usa
para o estudo das características do transistor NPN.
Referência: http://server.oersted.dtu.dk/personal/ldn/javalab/Circuit04.html
Resumo: O recurso é para o circuito vulgar de emissor comum (CE) amplificador, que inclui um
transistor npn com base externa, colector e resistências de carga. O aluno encontrará, para um
dado conjunto de parâmetros do componente, intervalos de tensões de entrada que fazem com que
o transistor fique no estado de corte, activo ou saturado, respectivamente. No caso de aplicações
analógicas, o aluno irá determinar a amplificação de tensão diferencial do circuito quando o
transistor estiver no estado activo. Enquanto que para aplicações digitais, espera-se encontrar o
menor ganho possível de corrente (Beta) e uma resistência de colector correspondente, que faz
com que o circuito funcione com a lógica como a de um inversor se tratasse.
Justificativa: Esse recurso serve para auxiliar na aprendizagem sobre a polarização de
transistor npn.
Referência: http://server.oersted.dtu.dk/personal/ldn/javalab/Circuit01.html
Sumário: Este recurso fornece um circuito de um “equivalente Thevenin” com uma carga
em que a potência P está a ela (carga) associada.
Justificativa: Este site oferece um recurso útil para aprender sobre o divisor de tensão.
Lista Relevante de Links Úteis
Titulo: Análise de Circuítos Básicos
URL: http://oc w.mit.edu/Oc wWeb/Ele ctrical-Enginee ring-and-Computer-Science/6002Circuits-and-ElectronicsFall2000/VideoLectures/index.ht.
Resumo: Estes contêm os slides de palestras feitas pelo instrutor acompanhados de
vídeo-aula bem como a descrição e demonstração ao vivo, das mesmas.
Titulo: Díodos
URL: http://jersey.uoregon.edu/~rayfrey/431/lab2_431.pdfhttp://jersey.uoregon.
edu/
Resumo: Este “site” fornece as características do trabalho prático VI. Além disso, o “site”
oferece leituras em relação à junção do transistor, comutação do transistor e a sua
saturação, etc.
Titulo: Aplicação do díodo
URL: http://morley.eng.ua.edu/G332BW.pdf.
Resumo: Diversas aplicações de díodos incluindo a sua alimentação, rectificador de meia
onda, ponte rectificadora. Também são apresentados o rectificador de onda completa com
filtro, etc…
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Descrição detalhada da actividade
(Principais elementos teóricos)
Actividade 1.1 Revisão sobre a Teoria de Bandas de Energia
Principais Conceitos-Chave sobre a teoria de faixa de energia
Os principais conceitos-chave que se aprendem sobre a teoria de bandas de energia na Física do
estado sólido são:
(i) Que os estados de energia disponíveis, formam o que chamamos de bandas;
(ii) Que, a partir da banda de condução, nos isoladores, os electrões na banda de valênc
estão separados por um grande fosso chamado lacuna de energia proibida;
(iii) Que os isoladores têm uma banda de condução vazia; porém possuem uma banda de
valência preenchida;
(iv) Que nos condutores, como os metais da banda de valência se sobrepõe à banda de
condução, não há condições para criação de lacunas. Neste caso, a corrente total de
condutores, é simplesmente um fluxo de electrões.
(v) Que um material semicondutor é aquele cujas propriedades eléctricas estão entre
os isoladores e os condutores. Em termos de bandas de energia, semicondutores
podem ser definidos como aqueles materiais que tenham a banda de condução
quase vazia e a de valência quase cheia. Existe um pequeno intervalo entre as
bandas de valência e de condução em que as excitações térmicas ou outras são
suficientes para preencher a lacuna. Com essa pequena diferença, a presença de
uma pequena percentagem de um material dopado pode aumentar
consideravelmente
a condutividade.
(vi) Que os electrões
de um átomo ultraperiférico, isto é, aqueles que estão mais
afastados do cerne do núcleo, são chamados electrões de valência e têm a maior
energia ou, pelo menos, energia de ligação.
(vii) Que a banda de energia ocupada por electrões de valência é chamada banda de
valência e é a maior banda ocupada. Pode ser total ou parcialmente preenchida com
electrões, mas nunca vazia.
Tarefa 1.1
Instrução importante
1. Para cada tarefa que você realizar, deve tomar notas curtas usando algumas das
referências que lhe são dadas, inclusive aquelas que você pode ter acesso.
2. Use livros disponíveis em ambientes electrónicos e outras referências como por
exemplo http://hyperphysics. phy-astr.gsu.edu para:
(a) Revisitar os conteúdos da física do estado sólido e refrescar a sua memória sobre
os significados de: banda de energia, banda de valência, banda de condução, energia
de lacuna e nível de Fermi;
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(c) Distinguir entre condutores, semicondutores e isoladores;
(d) Desenhar diagramas mostrando bandas de energia em condutores, semicondutores
e isoladores;
(e) Explicar o que se entende por semicondutores intrínsecos e energia de ligação.
Lição
1.1
Nesta secção o aluno irá aprender:
(i) Que a posição do nível de Fermi em relação à banda de condução é um factor
importante na determinação das propriedades eléctricas de materiais;
(ii) Que, à temperatura normal, a diferença de energia entre as grandes bandas de
valência num isolador, nenhum electrão poderá alcançar a banda de condução;
(iii) Que, nos semicondutores, a largura da lacuna é sufdicientemente pequena de ta
sorte que, a energia térmica pode alcançar fracção significativa de electrões;
(iv) Que, para os semicondutores intrínsecos tais como o Silício e o Germânio, o
nível de Fermi se situa entre as bandas de valência e de condução. Apesar de não
condutividade a 0 K, em temperaturas mais elevadas da banda proibida e uma
reduzida banda de energia é suficiente para que um número finito de electrões
possam alcançar a banda de condução e fornecer alguma corrente. A condutividade
de um semicondutor aumenta com a temperatura;
(v) Que um semicondutor intrínseco é aquele que é feito de material semicondutor na
sua forma extremamente pura. Em contrapartida, um semicondutor intrínseco pode ser
definido como sendo aquele em que o número de electrões de condução é igual ao
número de lacunas.
Actividade 1.2 Origem dos portadores de carga
Nós podemos desenvolver este conceito, lembrando-nos da estrutura atómica e os
electrões de valência que são:
Tarefa 1.2.1
Para entendermos a origem dos portadores de carga, é necessário realizar as seguintes
tarefas:
(a) Ler e escrever notas curtas sobre o que se entende por estrutura atómica.
(b) Esboçar a estrutura atómica do Germâncio (Ge) e do Silício (Si) -germânio (Ge).
Para além disso, é recomendável realizar a distribuição electrónica de um elemento de
comparação com a estrutura atómica. Na figura. 1.1., é mostrado um exemplo da
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Banda de Condução
Banda de Valência
2ª Banda
1ª Banda
Figura 1.1. Distribuição electrónica do átomo de Silício
(c) Estrutura atómica do átomo de Germânio que é composto por:
(i) um núcleo central que é positivamente carregado, e
(ii) quatro electrões na órbita ultraperiférica.
Tais são chamados de electrões de
valência. Este é o mesmo número de electrões na banda de valência.
1.2.2 Semicondutores Intrínsicos:
Electrões e Lacunas
Os exemplos comuns de semicondutores são os de germânio e silício, cuja energia das
lacunas varia entre 0,72 eV e 1,1 eV, respectivamente. À temperaturas acima de 0º K alguns
electrões são excitados para a banda de condução deixando de ocupar as lacunas na banda de
valência, como ilustra a figura 1.2. Observe que apenas as bandas de valência e de condução
são mostradas, uma vez que as faixas mais baixas não são preenchidas de qualquer modo.
Figura 1.2. Electrões excitados para a banda de condução deixando, na banda de
valência, lacunas positivamente carregadas
Se uma tensão externa, é aplicada em todo o silício, electrões de condução se deslocam
para o ânodo, enquanto as lacunas passam da banda de valência para o cátodo, conforme é
mostrado na figura 1.3.
Daí a afirmação segundo a qual, nos semicondutores o
movimento de electrões e lacunas se processa em direcções opostas.
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Corrente de Lacunas
Corrente de Electrões
Figura 1.3. Movimento de electrões de condução deslocando-se para o ânodo (+),
enquanto as lacunas da banda de valência se deslocam para o cátodo (-) quando
sobre eles é aplicada uma tensão.
Os pares de condução formados de electrão – lacuna, os portadores de carga. O número
ni, de portadores de carga térmica gerada por unidade de volume é dada pela equação (1).

ni N exp E g / 2kT
(1)
Expresão em que N, é a constante dada pelo semicondutor, Eg é a energia da banda
lacuna, k é a constante de Boltzmann e T é a temperatura em Kelvin.
Do mesmo modo, a condutividade,  , de semicondutores é dada pela equação. (2).
nieeh
Onde e, é a carga do electrão, e é a mobilidade dos electrões, e h é a mobilidade das
lacunas.
Lição 1.2
(i)
De acordo com a configuração electrónica dos átomos, o número máximo de
electrões permitidos em cada camada externa é de 2
; no nível nth,
existem n sub-camadas cujos valores de l variam de 0, 1, 2, …. (n-1). Cada
sub-camada pode acomodar um máximo de 2 (2l + 1) electrões;
(ii) Quer o Germânio (Ge), bem como o Silício (Si), possuem quatro electrões na
banda de valência ou na camada mais externa;
(iii) Electrões de condução são encontrados dentro a fluirem livremente na banda de
condução;
Universidade Virtual Africana 20
Actividade 1.3 Nível de Fermi em semicondutores intrínsecos
Em termodinâmica estatística, o número de electrões,
, na banda de condução é dada
pela equação (3).
 
N.P E g
 é a probabilidade de um electrão em função da energia E .
Expressão em que P Eg
g
Usando a equação da função de distribuição de probabilidade de Fermi – Dirac (4):
Onde P(E) é a probabilidade de encontrar um electrão com energia E,
é o nível de Ferm
Isto significa que:
P( ) =
(5)
Portanto,
=
Tarefa 1.3.1
(6)
Exercício
(a) Use as informações fornecidas nas equações (3) e (6) e mostre que
Sugestão: Use N =
como o número de electrões em ambas as bandas e
número de electrões na banda de valência.
o
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Lição
1.3
São feitas as seguintes suposições:
(i) Quando comparadas entre elas, a largura das bandas de energia são pequenas em relação
das bandas de energias proibidas (lacunas);
(ii) Desde que a largua das bandas de enregia seja pequena, todos os níveis energétic
possuirem a mesma energia;
(iii) A energia de todos os níveis na banda de valência é nula;
(iv) A energia de todos os níveis da banda de condução é igual à energia da banda de lacuna
Eg.
Actividade 1.4
Semicondutores extrínsecos
Nesta actividade o aluno aprenderá :
A. Diz-se que um semicondutor é dopado quando sobre ele é injectado uma pequena
quantidade de impurezas. Tais são designados por semicondutores extrínsecos ou
impuros;
B. Os agentes dopings mais comuns são:
(i) átomos pentavalentes, ou seja, com cinco electrões de valência (exemplos:
Arsénio, Antimônio e Fósforo);
(ii) átomos trivalentes, ou seja, com três electrões de valência (exemplos: Gálio,
Índio, Alumínio e Boro;
C. Átomo pentavalente dopado (conhecido como átomo doador). Isto se deve ao facto
de doar electrão para a banda de condução do Germânio puro;
D. Um átomo trivalente dopado, é chamado por átomo aceitador, porque ele aceita
um electrão do átomo de Germânio. Deste modo, dois tipos de semicondutores
extrínsecos podem ser formados: os do Tipo – N e os do Tipo – P.
Actividade 1.4.1
Semicondutor do Tipo – N
Semicondutores do Tipo – N podem ser formados quando, por exemplo, o Antimônio é
adicionado uma impureza, como por exemplo ao Silício. Um exemplo disso é ilustrado
na figura 1.4. (a) Cada átomo de Antimônio forma uma ligação covalente com quatro
átomos de Germânio, mas o quinto electrão do Antimônio ainda continua fracamente
ligado à ele. Sob a acção do campo eléctrico ou energia térmica, este electrão livre pode
ser facilmente excitado da banda de valência para a banda de condução.
• Observe que cada átomo de Antimônio introduzido na “vacância” do Germânio
Univesidade Virtual Africana 22
Impureza
Tipo - N
Impureza
aceitadora
Tipo - P
aceitadora
geradora de
geradora de
lelectrões
lacunas
livres
Boro
Antimónio
adicionado
adicionado
como
como
impureza
impureza
(a)
(b)
Figure 1.4 (a) Semicondutor do Tipo – N, formado pelo acréscimo de Antimônio para Silício;
(b) Semicondutor do Tipo – P, formado pelo acréscimo de Boro para Silício.
Depois de ter libertado um electrão da valência, o átomo doador se torna um ião com
carga positiva. Porém, não pode tomar parte na condução, pois é fortemente ligado à
estrutura cristalina.
A adição do Antimônio aumenta consideravelmente o número de electrões de condução.
Deste modo, a concentração de electrões na banda de condução é maior e ultrapassa a
concentração de lacunas na banda de valência. Nestas condições, vemos que no
Semicondutor do Tipo – N, os electrões constituem os maiores portadores de carga,
enquanto as lacunas constituem as menores portadoras de carga. Quando aumenta o
número de portadores de carga na banda de condução, o nível de Fermi muda para cima
da banda de condução, como é ilustrado na Fig 1.5(b).
(a)
Figura 1.5
condução
(b)
Ilustração das posições do nível de Fermi em relação à banda de
Universdade Virtual Africana 23
Actividade 1.5 Semiconductor Extrínseco do Tipo – P
Aqui você aprende que:
Semicondutor extrínseco do Ipo – P, é formado quando um átomo trivalente como Boro é
adicionado ao cristal puro de Germânio (Ou cristal de Silício puro, como é mostrado na figura. 1.4
(b)).
Os três electrões de valência do átomo de Boro formam ligações covalentes com quatro átomos de
Silício em seu torno. Porém uma ligação fica incompleta. Tal ligação imcompleta é a responsável
pelo surgimento de lacunas.
A impureza “aceitadora” produz tantas lacunas positivas em cristal de Silício, que nas
suas proximidades existem átomos de Boro do tipo P (P de positivo) que criam
semicondutores extrínsecos.
No semicondutor do Tipo – P, a condução é feita através do movimento de lacunas da banda de
valência. As lacunas constituem os portadores maioritários uma vez que são eles os responsáveis
pelo transporte de electrões.
Diferentemente do semicondutor do Tipo – N, o nível de Fermi nos do Tipo – P, retorna para a
banda de valência, como ilustra a Figura 1.5 (a), porque aqui, as lacunas, que são as
transportadoras de electrões, estão na banda de valência.
Actividade 1.6 Condutividade em semicondutores intrínsecos
Num semicondutor intrínseco a corrente total I, é o resultado da soma dos dois fluxos:
electrões e lacunas. Tal soma é dada pela equação:
I = Ie+ Ih
(7)
A partir da equação (7), pode ser demonstrado que
(i) I e
8
(iii) A densidade de corrente será dada por:
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Tarefa 1.6.1 Faça a anotação e a verificação das equações
(a) Use as referências disponíveis e verifique as Equações (8), (9) e (10)
Sugestão: Observe que num semicondutor intrínseco,
(o número de lacunas).
Actividade 1.7 Condutividade dos semicondutores extrínsecos
Em semicondutores extrínsecos, a densidade, corrente J, é dada pelas Equações. (11) e
(12).
(i)
Para semicondutores do Tipo – N:
= e(
+
)E
(11)
(ii) E, `para semicondutores do Tipo – P:
= e(
+
Onde, depois de dopados,
semicondutores do Tipo – N e,
)E
e
(12)
são as densidades dos electrões e das lacunas em
e
, são os electrões e lacunas no semicondutor Tipo –
P, respectivamente.
Tarefa 1.7.1
• Você precisa tentar resolver muitos problemas numéricos relacionados à actividade 1.6,
a fim de desenvolver uma confiança suficiente neste tópico.
Actividade 1.7.2
Força
Nesta actividade, você vai aprender que:
A direcção de movimento dos portadores de carga em semicondutores ocorre através de do
mecanismos:
(i)
Deriva de cargas, sob a influência do campo eléctrico aplicado e,
(ii) Difusão de carga de uma região de alta densidade de carga para outra de bai
densidade de carga.
Num cristal quando lhe é aplicado um campo eléctrico, os portadores de carga atingem um
movimento directo que resulta numa velocidade média líquida chamada de velocidade de
deriva, , cuja direcção é a do campo eléctrico aplicado E, e produz uma corrente. A relação
entre a velocidade de deriva  e o campo eléctrico aplicado é dada por:
Universidade Virtual Africana 25
A densidade total da corrente devido à deriva de electrões e lacunas é dada por:
J =
+
=e
nE + e
pE = e
n+
p)E
(14)
Expressão em que n e p são as densidades dos electrões e lacunas, respectivamente.
Actividade 1.7.3: Difusão
Os principais conceitos que você aprende nesta secção são:
(i) A difusão é um fluxo gradual da carga de uma região de alta densidade para uma outra
fraca densidade, sem a aplicação de campo eléctrico inicial, que eventualmente leve à um
corrente eléctrica.
(ii) A difusão dos portadores de carga ou coeficiente de difusão D, que é constante,
proporcional ao gradiente da sua densidade e tem como unidade: (iii) A densidade da corrente devida à difusão das lacunas é dada por:
= -e
(15)
Do mesmo modo:
= -e
(16)
, são certas constantes que indicam, respectivamente, electrões e lacunas de
difusão;
, o gradiente de densidade dos electrões;
, o gradiente de densidade das lacunas
Para a simulação do modo como varia a difusão do nível de Fermi em função à concentraç
dos portadores de carga, consulte:
http://jas.eng.buffalo.edu/education/semicon/fermi/bandAndLevel/index.html.
http://jas.eng.buffalo.edu/education/semicon/fermi/bandAndLevel/index.html 10 de
Outubro de 2007.
Universidade Virtual Africana 26
Actividade 1.7.4
Combinação entre as correntes de deriva e difusão
Num dado semicondutor, os processos de deriva e de difusão podem estar presentes
simultaneamente. Assim, as expressões para as densidades dos electrões e das lacunas é
dada pela Equação (17):
=
e
nE + e
Actividade 1.7.5
e
=
e
pE + e
(17)
Recombinação
(i) A recombinação também é um fenómeno que ocorre em semicondutores.
(ii) É o resultado da colisão de um electrão com uma lacuna, como o retorno livre d
electrões da banda de condução à banda de valência;
(iii) A recombinação é acompanhada pela emissão de energia.
Além disso, nos semicondutores, a geração térmica dos pares electrão – lacuna ocorre
continuamente. Deste modo, não existe uma taxa de recombinação líquida dada pela
diferença entre a taxa de recombinação e geração dos portadores de carga.
Para saber mais sobre a difusão, a deriva e log de recombinação de cargas, favor de
consultar: http://jas.eng.buffalo.edu/education/semicon/diffusion/diffusion.htmlhttp://
jas.eng.buffalo.edu/education/semicon/diffusion/diffusion.html . 7 de Outubro de 2007.
Actividade 1.8
Junção P-N
Nesta secção você vai aprender que:
(i) Uma junção PN é formada, juntando numa mesma peça, um semicondutor dopado
Tipo – P à um outro também dopado, desta feita com impurezas do Tipo – N.
(ii)
A superfície de interface que divide o semicondutor do Tipo – P do semicondutor
do Tipo – N, chama-se junção.
Além disso você também irá aprender que ocorrem os seguintes fenómenos:
1. Uma fina camada de depleção ou região que estabelece em ambos os lados da
junção (também chamada de região de carga espacial ou de transição) por ser uma
região que está empobrecida de portadores de carga livre. Sua espessura é de cerca de
m
2. Existe
na superfície de interface da junção, uma barreira potencial ou junção
. Veja
a Fig. 1.6
potencial.
3. A presença da camada de depleção dá origem à junção e capacidade de difusão
Universidade Virtual Avricana 27
Actividade 1.9
Formação e depleção da camada
Nesta actividade você irá aprender:
(i) Que no início da formação da junção PN, a concentração de lacunas na região P é
maior do que a dos electrões da região N. (Onde elas existem como portadores
minoritários);
(ii) Que, através da junção, se estabeleça uma diferença de concentração do gradiente de
densidade, fazendo com que alguns dos elctrões livres e móveis na região N se difundam
através da junção e se combinem com as lacunas formando iões negativos;
(iii) Tais electrões livres deixam para trás iões positivos na região N;
(iv) Conseqüentemente, uma carga de espaço se acumula, levando à criação de uma
região estreita na junção chamada camada de depleção, como ilustra a Fig.1.6.
(v) Na junção com a polarização directa, a camada de depleção inibe qualquer difusão de
electrões.
Figura 1.6. Região de depleção formada em ambos os lados da junção
Universidade Virtual Africana 28
Actividade 1.10 Origem da junção de barreira ou de tensão
Os conceitos-chave para aprender são:
(i) Uma diferença de potencial eléctrico
conhecida como junção ou barreira de
potencial é estabelecida através de uma junção PN, mesmo quando a junção é isolada
externamente;
(ii) O estabelecimento do potencial de barreira é devido às linhas carregadas com
cargas opostas fixas de iões de ambos os lados dos dois lados da camada;
(iii) A existência de uma barreira de potencial,
, interrompe o fluxo de mais
portadores através da junção menos alimentada pela energia de uma fonte externa;
(iv) À temperatura ambiente de 300 º K,
é cerca de 0,3 V para Ge e 0,7 V para o Si;
(v) A expressão para a barreira de potencial é dada pela equação 18:
=
(18)
Onde
é a densidade dos electrões, N é a densidade das lacunas e
antes da dopagem.
E,
=
=
a densidade de electrõe
= 26 mV
Actividade 1.11 Banda de energia PN em equilíbrio
Aqui você aprenderá que:
(i) Durante o intercâmbio, o nível de Fermi dos dois lados da junção, mantém-se em
equilíbio. Deste modo, electrões e lacunas alcançam um equilíbrio na junção e formam
uma região de depleção como ilustra a Fig.1.7;
(ii) Na Fig. 1.7, o sentido ascendente representa o aumento da energia de electrões. Tal
significa que a energia deve ser fornecida para que um electrão suba. Do mesmo modo,
tem que haver o fernecimento de energia para que a lacuna desça.
Universidade Virtual Africana 29
Figure 1.7. Posição do nível de Fermi em equilíbrio na junção P - N
Actividade 1.11 Polarização directa de energia da banda P – N
Nesta secção você irá aprender que, quando a junção p – n é polarizada, como ilustra a
figura. 1.8, os electrões de condução, em materiais do Tipo – N, através da junção ocorre
uma difusão destes, uma vez que possuem maior energia do que as lacunas em materiais
do Tipo – P. Como conseqüência, eles facilmente se combinam com as lacunas, tornando
possível um progresso contínuo de corrente através da junção. Para demonstração da
junção do díodo PN, com polarização, consulte:
http://jas.eng.buffalo.edu/education/pn/biasedPN/index.html. 5 de Outubro de 2007.
Figura 1.8. Banda de energia PN com polarização directa
Universidade Virtual Africana 30
Actividade1.12 Condução polarizada
Em seguida mostraremos o que ocorre durante a condução polarizada:
(i) Numa junção pn, a corrente directa envolve os electrões do material tipo N movendose para a esquerda através da junção e recombinam-se com as lacunas no material tipo-p.
(ii) Como resultado, electrões se movem para a esquerda, pulando de lacuna em lacuna,
dando a impressão que os furos se movem para a direita, como ilustra a Fig.1. 9.
Figura 1. 9 Condução polarizada
Actividade 1.13 Junção P-N polarizada inversamente
(i) Numa junção PN inversamente polarizada, (Fig. 1.10), uma tensão inversa faz com
que uma corrente transitória de fluxo de electrões e lacunas seja impelida para fora da
junção;
(ii) Quando o potencial térmico formado pela camada de depleção alargada for igual à
voltagem aplicada, tal fluxo cessará, excepto para uma pequena corrente.
Figura 1.10 Junção P-N polarizada inversamente
Universdade Virtual Africana 32
Actividade 1.16 Aplicações de Díodos
Actividade 1.16.1
(a)
Rectificação de meia onda
(b)
(c)
Figura 1.13 Rectificação de meia onda
Escreva notas curtas para explicar como a tensão de saída na fig. 1.13 (c) é obtida quando
a corrente é alternada, Fig. 1.13 (a), é alimentada ao circuito na figura 1.13 (b). Use
referência: http://ourworld.compuserve.com/homepages/g_knott/elect205.htm.
(6 de Outubro de 2007.)
Universidade Virtual Africana 33
Actividade 1.
16.2
Rectificação de onda completa
Nesta actividade você usará o diagrama dado na fig. 1.14 para explicar como a corrente
alternada é totalmente rectificada.
entrada
saída
Figura 1.14 Rectificação de onda completa
Use o esquema ilustrado na figura. 1.14 para explicar como os díodos D1, D2, D3, D4
depois de totalmente rectificados, causam uma corrente alternada. Para informações
adicionais, consulte:
http://ourworld.compuserve.com/homepages/g_knott/elect207.htm. 6 de Outubro de
2007.
Actividade 1.16.3
Duplicador de Tensão
Universdade Virtual African 34
A fim de descrever o que ocorre num dobrador de tensão, você precisa usar o conceito que
aprendeu ao explicar o funcionamento de um rectificador de meia onda.
Auto – Avaliação Nº 1
1. (a) Determine a concentração de portadores intrínsecos de Silício (Si) à temperatura de
350K, sendo os dados:
. (b). Utilizando o execício da alínea (a) determine a condutividade do Silício sabendo
que:
= 0.14
e
=
0.05
2. (a) Usando as informações fornecidas nas equações (3) - (6) prove que:
=
3. (a ) Explique porque é que, apesar dos semicondutores do tipo N terem excesso de
electrões, e do tipo P excesso de lacunas de condução, mesmo assim continuam
electricamente neutros.
(b) Explique o que se entende por "excesso" e "defeito" de condução.
4. (a) Explique como é que surge a barreira de potencial?
(b) Identifique os factores de que depende a barreira do petencial?
(c) Para uma dada junção pn, explique como cada um desses factores influenciam a
magnitude da barreira de potencial?
Universidade Virtual Africana 35
Actividade 2:
Circuitos Transistor
Você precisará de 25 horas para concluir essa actividade. Aqui são fornecidas apenas
orientações básicas com o objectivo de ajudá-lo a realizar a actividade..
Objectivos específicos de Ensino e Aprendizagem
Síntese da actividade de aprendizagem
• Explicar como funciona um Transistor de Junção Bipolar (TJB);
• Projectar e analisar circuitos básicos BJT nas configurações de (CE), EB, CB);.
•
Explicar como funciona Transistor de Junção de Efeito de Campo Transistor
•(JFET);.
Projectar e analisar os circuitos JFET em ambas configurações (CD, CS);
• Explicar como funciona o circuito MOSFET;
• Projectar e analisar o circuito MOSFET. .
Esta actividade versa sobre o funcionamento da junção BJT. Isto inclui, entre outras
polarizações, as de Junção EB; polarização inversa da junção BC, tensão, corrente, carga e
controle, a configuração do transistor, os circuitos Transistor, Correntes de Fuga em
Transistor. Uma série de equações também são derivadas. Estas incluem, entre outras, a
relação entre as correntes dos transistores. Além disso, a actividade envolve a
aprendizagem sobre transístor, características estáticas, ou seja, características de entrada,
de saída e características de transferência da corrente constante. A última parte desta
actividade é sobre o funcionamento do transistor do efeito de campo (FET) e MOSFET.
Lista de leituras obrigatórias
1ª Leitura: Livros de electrónica na versão WIKI
Referência: http://en.wikibooks.org/wiki/Electronics 5 de Outubro de 2007
Resumo: Os tópicos abordados nesta leitura incluem: circuitos analógicos, circuit
digitais, elementos de Circuitos Digitais, Arquictetura de Computadores, analógico-digit
e conversores Digital-analógicos.
Justificativa: A leitura abrange profundamente os contornos das actividades do cur
básico de Electrónica.
2ª Leitura: Electrónica
Referência: http://en.wikipedia.org/wiki/electronics. 4 de Outubro de 2007
Resumo: Esta leitura é feita a partir de referências obtidas a partir de vários “sites”. Su
Universidade Virtual Africana 36
Lista dos recursos relevantes de MULTIMÉDIA
Referência: http://jas.eng.buffalo.edu/education/semicon/fermi/bandAndLevel/indexhtml.
4 de Outubro de 2007.
Resumo: O recurso apresenta os níveis de Fermi versus concentração de portadores
Também apresenta a dopagem de impurezas dadoras e aceitadoras.
Justificativa: Isso ajuda na aprendizagem da concentração dos portadores e na dopagem de
impurezas dadoras e aceitadoras.
Referência: http://jas.eng.buffalo.edu/education/fab/BjtFet/index.html. 4 de Outubro de
2007.
Resumo: As etapas de fabricação do par de Metal-Óxido-Semiconductor (MOS), Transisto
de Junção de Efeito de Campo Transistor (JFET) e um Transistor de Junção Bipolar (BJT
envoltos numa pasta de Silício. Os quatro botões, o primeiro, o anterior , o próximo , e o
passado, permitem visualizar as imagens estáticas em vários pontos da fabricação do
dispositivo. O botão animate-next mostra-lhe através da seqüência de animação de horário de
fabricação, o fluir a partir duma etapa para a etapa seguinte. A capacidade de animação
ensina mais claramente as etapas da execução física envolvida. As etapas de fabricação de
dispositivos semicondutores envolve muitas características físicas, químicas e térmicas
etapas que, com este applet, permitirá que você entenda os conteúdos nele envolvidos.
Justificativa: Este é um recurso útil para aprender a usar este tipo de dispositivos.
Referência: http://jas.eng.buffalo.edu/education/transistor/n_MOS_IV/mosfet.html 4 de Outubro
de 2007
Resumo: O recurso mostra um applet que calcula as parcelas das características de saída de
vários canais, com especial realce os do tipo MOSFET. Tentar mudar a tensão dreno-fonte
(VDS intervalo) e / ou o valor inicial “iniciar”da polarização de porta ou outros valores para
verificar o seu efeito, mudar a corrente de dreno (VDS) para perceber o preconceito contra
fuga.
Justificativa: Este é um recurso útil para aprender a calcular e traçar as características de
saída de um MOSFET de vários canais.
Lista de links úteis e relevantes:
Título: Amplificador do tipo MOSFET
URL: http://ocw.mit.edu/OcwWeb/Electrical-Engineering-and-Computer-Science/6002Circuits-and-ElectronicsFall2000/VideoLectures/index.htm. 4 de Outubro de 2007.
Resumo: Este curso contém slides de palestras com o acompanhamento de vídeos de
palestras, a
descrição e demonstração ao vivo apresentados pelo instrutor durante as aulas.
Título: Transistores BJT e FET
URL: http://www.nhn.ou.edu/~bumm/ELAB/Lect_Notes/BJT_FET_transitors_v1_1.html. 3
de Outubro de 2007
Universidade Virtual Africana 37
Título: CMOS.
URL: http://en.wikipedia.org/wiki/CMOS. 4 de Outubro de 2007
Resumo: Este “site” oferece alguns materiais de boa leitura sobre a estrutura da porta
NAND, a mudança de alimentação e escapamento.
Título: Fonte Comum
URL: http://en.wikipedia.org/wiki/Common_source. 4 de Outubro de 2007
Resumo: O “site” proporciona uma leitura sobre as características de largura de banda.
Título: JFET.
URL: http://en.wikipedia.org/wiki/JFET 4 de Outubro de 2007
Resumo: Esta é uma fonte de materiais de boa leitura sobre JFET e sobre a sua estrutura,
funções, símbolos esquemáticos e comparação com outros transistores.
Universidade Virtual Africana 38
A descrição detalhada da actividade
Esta secção consiste numa mistura teórica sobre as instruções de que o aluno deve fazer
prescritos no módulo da aprendizagem. O aluno é aconselhado a completar totalmente
cada secção do módulo antes de passar à secção ou actividade seguinte. Para cada secção,
o aluno é aconselhado a consultar as referências recomendadas. Isto é importante porque
as instruções e as actividades descritas estão apresentadas de forma breve.
Actividade 2.1 Funcionamento do Transistor da Junção Bipolar (BJT)
Nesta secção você vai aprender como funciona um BJT, e a aprendizagem-chave inclue o
seguinte:
(i) Um Transistor do tipo BJT consiste em três regiões diferentes de semicondutores
dopados: a região do emissor, a região de base e na região de colector. Tais regiões são,
respectivamente, do tipo p, tipo n e tipo p, formando um Transistor do tipo PNP, Fig. 2.1
(a), tipo e n, tipo p e tipo n, formando um Transistor do tipo NPN, Fig 2.1 (b). Cada região
do semicondutor é conectado à um terminal, devidamente rotulado: Emissor (E), Base (B)
e Colector (C);
(ii) Um Transistor do tipo BJT pode ser usado na amplificação ou comutação de
aplicações;
(iii) Transistores bipolares são assim chamados porque o seu funcionamento envolve
tanto electrões bem como lacunas;
(iv) Embora uma pequena parte do transistor actual seja devido ao fluxo dos portadores
maioritários, a maioria dos transistores actuais é devido ao fluxo dos portadores
minoritários, e assim, os dispositivos BJTs são classificados como dispositivos de
"menores portadores de carga”.
Universdade Virtual Africana 39
Figura 2.2
Junções NPN e BJT
directamente polarizadas e junções E-B e B-C,
inversamente polarizadas
(vi) Na operação típica de NPN, a junção base-emissor é polarizada directamente e a
junção colector-base é parcialmente inversa, como é mostrado na Fig.2.2.
NB. Na figura. 2.2, a tensão entre E e B é simbolizada como “VBE” e entre C e B como
“VCB “. A disposição da indicação dos índices tem a ver com o facto de, a base ser positiva
com relação ao emissor e que, o colector também é positivo com relação à base.
(vii) Quando uma tensão positiva é aplicada à junção emissor-base e ocorre uma repulsão do
equilíbrio gerado entre os portadores de carga térmica e o campo eléctrico, criando um
desequilíbrio na camada de depleção, permitindo que os electrões excitados de movimento
térmico se injectem para a região de base. Junto ao emissor, tais electrões se defundem "através da
base da região de alta concentração para a região de baixa concentração perto do colector;
(viii) Os electrões na base são chamados de portadores minoritários, porque ela é dopada de
cargas do tipo p que criam lacunas que são portadores maioritários na base;
(ix) A região de base do transistor deve ser fina, para que os portadores de carga possam se
difundir rapidamente em relação aos portadores minoritários do semicondutor, isto para minimizar
o percentual de portadores que se recombinam antes de atingir a junção base-colector;
(x) A junção base-colector está polarizada inversamente. Do colector à base, ocorre uma pequena
injecção de electrões que se difundem através da base para o colector e são arrastados para o
Universidade Virtual African 40
Actividade 2.1.2
Definições – Chave
(i) Emissor: Esta região é fortemente dopada do que qualquer das outras regiões, pois
sua função principal é fornecer à base, portadores de carga maioritária;
(ii) Base: Esta região constitui a parte central do transistor. É muito fina em relação à
qualquer emissor ou colector e é levemente dopada.
(iii) Colector: Sua principal função é colectar os portadores de carga maioritários que
vem do emissor, passando pela base.
(iv) A estrutura das junções NPN e BJT é mostrada na figura 2.3.
Figura 2.3 Estrutura das junções NPN e BJT
(v) A região do colector é muito maior do que a região do emissor, porque tem um maoir
poder de dessipar e de colectar portadores maioritários de carga na entrada..
Tarefa 2.1
Use: http://en.wikipedia.org/wiki/Bipolar_junction_transistor 7 de Outubro de 2007
e tome notas curtas sobre:
(i)
Transistores do tipo – PNP;
(ii)
Como são construídos os Transistores;
(iii) Enumerar as principais características físicas e práticas dos transistores do tipo
NPN e BJT.
(iv) Cinco regiões distintas da operação do Transistor do tipo TJB: Directa – Activa,
Inversa – Activa, Saturação, Corte e de Ruptura.
Universidade Virtual Africana 41
Actividade 2.1.3
Tensão, corrente e controle de carga
(a) Usando a referência http://en.wikipedia.org/wiki/Bipolar_junction_transistor, (7 de
Outubro de 2007), você vai aprender que a corrente entre colector-emissor:
(i) Pode ser vista como sendo controlada pela corrente emissor base (corrente de
controle), ou;
(ii) Pela tensão base-emissor (controle de tensão);
(iii) Estas visões são relacionadas pela conexão corrente – tensão da junção base –
emissor;
(iv) A explicação física para a corrente do colector está fundada na quantidade dos
portadores de carga minoritários na região de base;
(v) No projecto de circuito linear, a visão da corrente de controle é muitas vezes
preferida, pois é aproximadamente linear. Ou seja, a corrente do colector é de
(ver equação 2.2) vezes a corrente da base. O modelo de
aproximadamente
controle de tensão requer que se tenha em conta uma função exponencial.
Actividade 2.1.4. Configuração de um Transistor
Nesta secção você vai aprender acerca dos três tipos de ligação dos circuitos de BJT.
1. Existem três tipos de conexões de circuito para o funcionamento de um transistor,
como é mostrado na figura 2.4
(a) Base – Comum CB; (b) Emissor – Comum CE; e (c) Colector - Comum CC.
C
E
I/P
B
O/P
(a)
O/P
B
I/P
E
(b)
Onde
indica a entrada e ; a saída.
Figura 2.4 Os três tipos de Ligação do Circuito BJT
E
O/P
B
I/P
C
(c)
Universidade Virtual Africana 42
O termo comum é utilizado para designar o eléctrodo que é comum à entrada e saída.
2. Para demonstração do amplificador do emissor comum, consulte:
http://www.ngsir.netfirms.com/englishhtm/Amplifier.htm: 7 de Agosto de 2007
 Variar os diferentes componentes, tanto quanto puder e observar e anotar a
variação dos parâmetros de saída.
3. Para Transistor npn, polarização, ver: http://server.oersted.dtu.dk/personal/ldn/javalab/
Circuito 04.htm 6 de Agosto de 2007.
4. Análise do amplificador do tipo BJT de etapa única:
http://jas.eng.buffalo.edu/education/
ckt/bjtamp/index.html#. 6 de Agosto de 2007.
Actividade 2.1.5
Circuitos Transistores
Nesta secção são fornecidas notas básicas sobre o comportamento e as características do
Transistor do tipo BJT ligados em circuitos. Você precisa lê-las, juntamente com outras
referências, a fim de acompanhar o que ocorre realmente.
Figura 2.5 Fucionamento do transistor do tipo npn
1. Deve-se notar que num circuito de transistor:
(i) Os potenciais diferentes são designados pelo duplo índice. O índice representa sempre
o primeiro ponto que é mais positivo. Por exemplo, na Fig.2.5, a diferença de potencial
entre emissor e base é escrito como VBE (e não VEB) porque a base é positiva em relação
ao emissor.
(ii) O transistor conduz corrente apreciável (da ordem de 1mA), do terminal C para o
terminal E se e só se VBE está acima de um limiar de tensão por vezes referido como o
corte de tensão, que é de cerca de 600 mV para o Transistor do tipo BJTs de Silício.
Universidade Virtual Africana 43
(iii) Esta tensão aplicada faz com que a junção pn "regresse" para baixo, permitindo
um fluxo de electrões do emissor para a base;
(iv) Devido ao campo eléctrico existente entre a base e o colector, a maioria desses
electrões atravessa, através do colector, a parte superior da junção pn, formando a
corrente do colector, IC. O restante dos electrões recombinam-se com lacunas que
cosntituem as maiores portadoras de carga na base, formando uma corrente por meio
da conexão com esta, dando lugar a corrente de base, IB. Como ilustrado no
diagrama, a corrente do emissor IE, representa a corrente total do transistor, que é a
soma das correntes de outros terminais, isto é:
(v) IE IC IB
(vi) Por convenção, para transistor normal, as correntes que fluem são tidas como
positivas e as que decorrem de fora são tidas como negativas. Daqui resulta que, IE seja
considerada como corrente positiva, e as IC e IB como negativas.
2. Principais pontos de aprendizagem
Os quatro marcos básicos sobre todos os circuitos de transístores são:
i.
A corrente convencional flui ao longo da seta ao passo que os electrões fluem em
sentido contrário;
ii.
E / B junção é sempre polarizado directamente;
iii. C / B junção é sempre polarizado inversamente;
iv.
I E I C I B
Actividade 2.1.6
Transistor ‘alpha’ e ‘beta’
1. Você precisa aprender sobre alguns conceitos fundamentais usados em conexão com
transistores. De princípio, os conceitos para aprender são os seguintes:
(i) A eficiência de um Transistor do tipo BJT é medido pela proporção dos electrões
capazes de atravessar a base e chegar ao colector;
(ii) Um maior doping da região de emissor de luz e dopagem da região base causa maior
injecção de electrões do emissor para a base e de lacunas no sentido contrário;
(iii)
O ganho de corrente do emissor comum é representado por bc ou hfe, e é
aproximadamente igual ao rácio entre o colector de corrente contínua para a base de
(iv) Outro parâmetro importante é o ganho de corrente de base comum, dc. Ele é
aproximadamente igual ao ganho de corrente do emissor para colector na configuração
base comum. Esta proporção tem geralmente um valor aproximado à unidade, entre 0,98
e 0,998. Alfa e beta são mais precisamente relacionados com as seguintes identidades
(transistor NPN):
.
2.1
.
2.2
Para a demonstração dos applets de Transistores do tipo BJT, consulte: http://jas.eng.buffalo.edu/ 6
de Agosto de 2007.
Para
as
etapas
de
fabrico
dos
Transistores
do
tipo
FET
e
JBT,
consulte:
http://jas.eng.buffalo.edu/education/fab/BjtFet/index.html. 6 de Agosto de 2007.
Para a obtenção de uma corrente alta, os portadores de carga maioritários, portadores injectados
da junção base-emissor devem ser provenientes do emissor:
(i) As pequenas alterações na tensão aplicada entre os terminais de emissor-base faz com que a
corrente que flui entre o emissor e o colector mude significativamente. Este efeito pode ser usado
para amplificar a tensão de entrada ou em curso. Os transisitores do tipo
BJTs podem ser
concebidos como os de tensão e fontes de corrente, mas são mais simplesmente caracterizados
como fontes de corrente controlada, ou devido à baixa impedância na base, desempenham o
papel de amplificadores de corrente;
(ii) A maioria dos transistores bipolares do tipo NPN que são usados hoje, porque a mobilidade de
electrões é maior do que a das lacunas em semicondutores, faz crescer as correntes maiores
tornando as operações mais rápidas.
1. Um ac ac para um transistor, na configuração do CB, é a causa da mudança da corrente do
colector para a corrente do emissor.
.
2.3
Isso também é conhecido como o ganho de curto-circuito de um transistor, dado por -hfb
Universidade Virtual Africana 45
2. Também ac em configurações CE é dada pela Equação (2.4).
.=
2.4
Exemplo: 2.1
Num transístor com a configuração em CB, IB e IE são, respectivamente de 1,5 mA e 30
mA. Calcular os valores de α e IC
Solução
IC IE IB 1.5 x
 
30 x
1.47 mA

Exemplo 2.2 Analise a configuração de Colector – Comum:
Figura 2.6 Analise a configuração de Colector – Comum
Note que à entrada é aplicada uma corrente entre a base e o colector, enquanto na saída é
retirada entre o colector e o emissor (Fig. 2.4). IB é a corrente de entrada. Assim, ganho de
corrente é dada pela equação 2.5
Universdade Virtual Africana 46
Assim, a corrente de saída, IE = (1 + β) x corrente de entrada
Em ambas as Figuras, quer a 2.6 (a) como a 2.6 (b), é válida a relação: IE IB IC .
Para a demonstração do amplificador de emissor comum (demonstração do seu trabalho)
veja: http://www.educypedia.be/electronics/javacollectors.htm. 10 de Agosto de 2007.
http://www.educypedia.be/electronics/composemiconductors.htm 10 de Agosto de 2007.
Resumo das actividades de aprendizagem
Lembre-se que as relações entre as correntes do transistor são as seguintes:
(i)
. ;
. ;
.
e
.
A partir da Equação 2.6), o aluno deve ser capaz de mostrar que:
(a) IC
(b)
=
IB =
(c) IE =
IE;
1I
E
;
e


(d) I E : I B : I C 1: 1 : 
(2.6)
Universidade Virtual Africana 47
Activity 2.1.7
Correntes de fuga em Transistores
P
EI
VEE
()
N
I
P
I I =C E
ICO
()
I I =I 1
B E CO
V
I
()
EE 1 E
I
E ()
I I =I 1
B E CO
1E
I I=
CE
E
V
CC
P
NN
(a)
I
V
I
I
CO
CC
C
(b)
Figura 2.7 Correntes de fuga em Transistores
Na Fig. 2.7 (a) e (b), VCC é a tensão de alimentação, e VEE é a tensão do emissor. Em
ambos os circuitos, vemos que IE se divide em duas partes, a saber:


i 1 IE que se torna corrente de base, IB, no circuito externo e
(ii) IE que se torna corrente do colector, Ic, também no circuito externo.
Embora a relação
seja inversa para os portadores maioritários de carga, na Fig. 2.7
(a), ela é polarizada directamente para os electrões gerados termicamente, que
constituem os maiores portadores de carga. Isso atribui a corrente de fuga, ICBO, que
flui na mesma direcção que a corrente maioritária do colector, IC, ainda que VEE,
esteja desligado. Os índices CBO indicam o suporte do "Colector de Base” com emissor
aberto.
Note que ICBO é dependente da temperatura, pois ela é feita da geração térmica dos
portadores minoritários de carga. Considerando a corrente, devido aos portadores
minoritários de carga, então:
IC = IE + ICBO
(2.7)
Universidade Virtual Africana 48
Actividade 2.1.8
Características Estáticas do Transistor
Nesta secção, são descritas as três características importantes do Transistor do tipo BJT.
A fim de compreender os conceitos em estudo, são fornecidos juntamente com outros
materiais, as notas de referência. Você vai aprender que o transistor tem três
caracteristicas importantes: Características de Entrada, Caracterísitcas de Saída e
Características de Transferência de Corrente Constante.
Características Estáticas do Transistor de Base Comum
I
I
E
E
C
R
2
V
EE
C
V
CB
V
BE
R
1
V
CC
B
Figura 2.8 Características Estáticas do Transistor
(1) Características de Entrada
Esta característica dá a variação da corrente IE com VBE quando VCB é constante.
(i) Use as referências ao seu dispor e descreva como os conjuntos de valores IE e VBE são
obtidos, quando VCB é constante;
(ii)
Os esboços gráficos mostram a variação da corrente IE com a tensão VBE para
diferentes valores da tensão VCB;
(iii) A partir de um gráfico dado, obtenha a resistência instantânea de entrada, Rin, que é
obtida a partir da inclinação recíproca, isto é,
=
=
(2.8)
Universidade Virtual Africana 49
Note que, na variação Rin com VBE geralmente dá origem a uma distorção de sinais.
2. Características de saída (São melhor obtidas através da experiência)
Esta é uma relação que mostra a variação da corrente IC com a tensão VCB quando
se IE mantém constante.
(i) Todas as actividades apresentadas no item 2.1.8 podem ser realizadas
experimentalmente. Para realizar esta actividade prática, use as componentes que
estão ilustradas na Figura 2.8.;
(ii) Para a obtenção das características de saída, anote os valores correspondentes
da corrente IC e da tensão VCB para diferentes valores da corrente IE;
(iii) Você deve ser capaz de notar que, uma pequena quantidade da corrente IC,
flui mesmo quando a corrente IE = 0;
(iv) Use as características obtidas para encontrar ac do transistor.
Pontos de aprendizagem
(i) Além de um certo valor da tensão VCE, devido à avaria da avalanche, a corrente IC
aumenta rapidamente para um nível próximo ao da saturação, o que pode danificar o
transistor;
(ii) A pequena quantidade de corrente IC, que flui mesmo quando IE = 0, é a corrente de
fuga do colector ICB0;
(iii) A parte recíproca, perto da característica horizontal, dá a resistência de saída, do
transistor Rout , que oferece um woulf para o sinal de entrada.
(3) Características da corrente de transferência
Esta é a relação que mostra a variação da corrente do colector IC, com a do emissor IE
quando a tensão VCB, é constante.
(i) Descreve como você pode obter os valores correspondentes de IC e IE, quando VCB, é
constante;
(ii) As características típicas de transferência são calculadas usando o esquema dado na fig
2.9.
mA
I
C
I
mA
.
Universidade Virtual Africana 50
(iii) Se você tiver realizado esta actividade, praticamente determinará os valores de:
ac =
Tarefa 2.3 Leituras adicionais e anotações
Repita a actividade 2.1.8 para:
(a) Características estáticas de Emissor Comum;
( b Características estáticas de Colector Comum.
Actividade 2.1.9
Diferentes maneiras de esquematizar Circuitos Transistores
Aqui, o essencial é aprender os conceitos que possibilitem esquematizar os diferentes
circuitos transistores. O ponto importante a reter é que num transistor do tipo NPN, quer o
colector bem como a base têm que ser positivos em relação ao emissor. As figuras 2.102.12 mostram como a tensão de alimentação pode ser representada com apenas um
terminal da bateria e o outro terminal a ser aterrado, de modo a fornecer uma via completa
da corrente.
(i) Configuração de Base Comum
10
VV
EE
I
E
I
R
E
20K
PNP
R
EB
VCE
E
20 K
R
E
L
10 K
V
10V
V V = 25
CC
I
C
10 K R
L
V
CC
25V
B
+
-
V
EB
(a)
PNP C
VBC
B
+
(b)
Figura 2.10 Configuração redesenhada de Base Comum
Fig. 2.10 (a) pode ser como é mostrado na Fig. 2.10 (b) em que o terminal negativo de
Universidade Virtual Africana 51
(ii) Configuração de Emissor Comum
R
10V
NPN
R
I
B
L
10K
B
1M
C
+V
oC C
I
1M
B
I
B
R
C
10K R
L
NP N
V
C E VC C
20V
V
BE
I
E
V
BB
I
+V
oBB
V
BE
(a )
I V
E CE
(b)
Figure 2.11 Configuração de Emissor Comum
A forma mais comum de indicar a tensão de alimentação na fig. 2.11 (a) é dado na fig.
2.11 (b). Uma vez que o colector e a base são positivos em relação ao emissor, pode ser
usada uma única bateria.
(iii) Configuração de Colector Comum
I
B
V
BB
R
B
I
NPN E
+
V
CB
++
I
I
B
R
E
V
CE
V
EE
C
++
I
R
B
-
NPN
+
VCCBE
(a)
R
E
V
I
++
Figure 2.12
E
C
++
(b)
As tensões de alimentação de energia na fig. 2.12 (a) para a configuração do CC pode
ser redesenhado como é mostrado na 2.12 (b).
Universidade Virtual Africana 52
Exemplos numéricos
• Cálculos de tensões e correntes nos circuítos
Considere a figura. 2.10 (b). A partir do solo e a aplicação das leis de Kirchoff para a
parte esquerda do circuito, temos:
(a)
= 0
Para Si, VBE = 0.7V
Na maioria dos casos: VEE
= 0.465 mA
VE
Assim:
=
= 0.5 mA
(b) IC IE  IE 0.5mA
• As razões de ser dessa aproximação.
(C) Da mesma forma, para o circuito à direita e, a partir dos conhecimentos,
temos:
VCB VCC I C RL VCC I E RL 25 -0.5 10 20V
Actividade 2.2 Transistor de Efeito de Campo F E T
Você vai aprender que::
(i) Transistores de efeito de campo também são dispositivos de três terminais, que é
amplamente utilizado em circuitos lineares, integrados e digitais.
Universdade Virtual African 53
(ii) Num FET, apenas um tipo de portador de carga está envolvido na sua acção: o
electrão ou lacuna positiva. Por conta disso, FET é chamado de transistor unipolar;
(iii) Existem dois tipos comuns de transistores de efeito de campo: transistor junção de
efeito de campo (JFET); e semicondutor de efeito de campo metal-óxido (MOSFET)
Actividade 2.2.1
Acção de JFET
Canal tipo-n
G
•
S N
o
-
o
+
D
Porta na região do tipo p
Figura 2.13 Canal tipo n
Para a fig. 2.13, os recursos incluem::
(i) S e D, que são duas ligações chamadas fonte e dreno, respectivamente. Quando
estes estão ligados ao fornecimento de energia d.c, electrões fluem através do canal a
partir da fonte, S, à fuga, D,
(ii) A região do tipo – p chamada porta G, que está ligada ao canal n. Sua função é a
de controlar a entrada do eléctrodo.
Para demonstração, veja: http://jas.eng.buffalo.edu/education/pn/biasedPN/index.html.
8 de Agosto de 2007.
N-channel JFET: http://www-g.eng.cam.ac.uk/mmg/teaching/linearcircuits/jfet.html
JFET: http://jas.eng.buffalo.edu/education/jfet/index.html#. 8 de Agosto de 2007
Tarefa 2.4 Faça anotações
(a) Tome notas curtas sobre a formação de regiões de esgotamento quando o
portão, G, é feito negativavamente em relação ao canal n, como é ilustrado na
figura. 2.13.
Universidade Virtual Africana 54
(b) Descreva como a magnitude da tensão aplicada determina a largura da camada de
depleção, a resistência do canal e do valor da corrente de dreno;
(c) Esboce os símbolos para FET, ou circuitos básicos para a corrente contínua para
ambos canais (canal – n e canal – p);
(d) Use as características de saída do FET, para mostrar que a resistência de saída da
corrente alternada, rd , é a inclinação da produção, onde os níveis de corrente são nulos.
Isto é:
(i) A resistência de saída da corrente alternada,
=
, onde VGS é constante (2.9);
(ii) Use também as características mútuas, para mostrar que a condutância mútua que é
responsável pela sensibilidade do controle do portão na corrente de dreno é dada pela
Equação 2.10. Isto é:
A condutância mútua,
=
, onde VDS é uma constante (2.10)
Universidade Virtual Africana 55
Actividade 2.2.2
Compressão
O conceito principal que você vai aprender aqui é sobre a relação entre a região de
depleção com as mudanças de potencial entre S e D
Ponto de “compressão”
G
g •
S
o
-
o
+
D
Região de depleção
Figura 2.14 Ilustração de uma “Compressão”
Observações feitas::
1. À medida que a distância aumenta de S para D:
(i) O potencial do canal se torna mais positivo;
(ii) O inverso, entre o portão e o canal, aumenta para D, e
(iii) A largura do canal entre a região de depleção diminui ao longo do
comprimento da porta.
2. Aumentando a tensão positiva no dreno provoca a destruição das regiões que no
fim voltam a se unir no dreno, comprimindo-se assim a corrente num determinado
valor.
Exemplo Numérico
Use a fig. 2.15 (a) e (b) para calcular os valores de rd quando VGS = -2V e o valor da
condutância mútua gm quando VDs = 6 v e VGS = -2 V.
I
D
= 0.2mA {
V= 2
GS V
2
6
V0
10
V
DS
Universidade Virtual Africana56
I
D
3
δId 2mA
δId 2mA
2
1
V
GS
-3
-2
-1
VGS 1.5V
Figura 2.15
(b)
Da Eq. 2.10,
=
=
Da Eq. 2.11
=

Actividade 2.2.3
0.1 F
= 40
Circuitos de AC a FET
+9V
R
D
D
Vgs
V0
sinal
Vi
1M
=
V R
0 D
r
d
Vi
S
Vi
(a)
(b)
Figure 2.16: (a) Amplificação do Circuito Básico FET; (b) Circuito equivalente FET
Universidade Virtual Africana 57
Você vai aprender que, na FET:
(i) Existe um pequeníssimo vazamento de fluxos entre a origem e o portão;
(ii) A corrente da fonte = corrente do dreno;
(iii) Da porta à fonte, a capacitância é muito pequena, enquanto que no BJT é muito
maior.
Ilustração do amplificador do Circuito Básico FET
(i) Na Fig. 2. 16 (a) a finalidade do capacitor é a de isolar a origem do sinal a partir do
portão, tendo em conta a corrente contínua;
(ii) O valor da capacitância, C, tem que ser suficientemente grande para diminuir o sinal.
Neste caso, o valor da frequência f, é calculado para C = 0.1 F e a reactância XC = 1
MΩ como se segue.
XC =
f=
=
= 1.6 Hz
Circuito AC equivalente
O circuito equivalente da Fig.2.16 (a) é dado na Fig. 2,16 (b) e é desenhado após a
identificação de que:
(i) RD é conectado entre dreno e a fonte;
(ii) A resistência de saída, rd, dentro do FET entre o dreno e a fonte é paralela à RD;
(iii) O sinal da tensão Vi ou Vgs, desenvolve um sinal de corrente Id gmVgs que se
ramifica entre rd e RD.
Universidade Virtual Africana 58
Actividade 2.2.4
Ganho de tensão em média frequência
A série de frequências médias em a.f. situa-se na faixa compreendida entre 300 Hz e 5000
Hz.
Ganho de Tensão Av =
=
, onde V0 e Vi são valores r.m.s.
Da Fig. 2.16 (b)
V0 IdR gmVgsR
Onde R =
, rd e RD estão em paralelo.
V0 Vds e Vi Vgs
= Av gmR
Exemplo Numérico
Um Transistor de Efeito de Campo tem e rd = 60 k está ligado à uma
=
carga de resistência de dreno de 30 k em tensão do amplificador a.f. Ache o ganho de
tensão.
Solução:
R=
=
= 20 k
Av gmR 4 20 80
Universidade Virtual Africana 59
Tarefa 2.5
Faça apontamentos acompanhados de leituras
Use as referências e faça anotações para:
i. Relação entre saída e saída de fase;
ii. Polarização de “Portas”;
iii. Cálculos de linhas de carga.
Actividade 2.2.5
MOSFET
1. Estrutura
(i) MOSFET é uma das formas de FET onde o canal do portão está isolado por uma
camada fina de óxido de silício, como mostra a figura. 2.17.
(ii) Assim, num MOSFET:
- qualquer fuga de corrente ocorre entre a porta e o canal;
- a resistência de entrada é de centenas de Ms.
S
G
D
Óxido de Silício
Canal - N
Substrato - P
Base
Figura 2.17 Construção de MOSFET (do tipo depleção)
Note que à porta é acoplada por efeito da capacitância através do óxido e do canal.
Quando a porta é fornecida por uma distorção positiva, um campo é criado através do qual
o óxido atrai os electrões para a região do portão. Esta condução tem lugar entre a fonte e
o dreno. O grau de realização depende de quão positiva é a porta que diz respeito à fonte.

Para as características de saída do tipo –n do MOSFET consulte:
http://jas.eng.buffalo.edu/education/transistor/n MOS IV/mosfet.html. 10 de Agosto
Universidade Virtual Africana 60
Tarefa 2.6
Faça apontamentos acompanhados de leituras
Use as referências e complete as notas em:
- características das curvas de saída quando a magnitude do desvio é positivo num
MOSFET;
2ª Auto - Avaliação
1. Analise a configuração de CE e mostre que:
Sugestão: Em primeiro lugar, escreva a relação de
dc em
função das correntes de Colector
e de Base;


2. Mostre que, na configuração CC, a corrente de saída  1 x corrente de
entrada;
3. Com referência à um transistor:
(a) Mostre que
+
e


(b) Do mesmo modo, mostre que IB  1  IE ICBO;
(c) Repita a actividade 2.17, para o circuito da configuração de CE.
Universidade Virtual Africana 61
Actividade 3: Amplificadores Operacionais
Você precisará de 10H para completar esta actividade. Para ajudá-lo a realizar a actividade,
serão fornecidas apenas orientações básicas.
Objectivos específicos do Processo de Ensino e Aprendizagem
Nesta actividade você deverá ser capaz de:
i.
Explicar a construção do Amplificador Operacional e,
ii. Projectar, analisar e sintetizar circuitos de Amplificadores Operacionais.
Resumo da actividade de aprendizagem
A actividade envolve a aprendizagem sobre as características gerais de um amplificador
operacional, os princípios em que se baseia o seu funcionamento e as suas aplicações na
computação clássica que incluem a adição, a subtração, a multiplicação, a divisão, a
integração e a diferenciação. Equações relevantes, são derivadas para resolver problemas
numéricos.
Lista de leituras OBRIGATÓRIAS
1ª Leitura: “WIKIBOOKS” Electrónicos
Referência: http://en.wikibooks.org/wiki/Electronics. 5 de Outubro de 2007.
Resumo: Os tópicos abordados nesta leitura incluem: Circuitos analógicos, Circuitos
digitais, Elementos dos Circuitos digitais, arquictetura do computador, Conversão dos
Circuitos Analógicos à Digitais e vice-versa.
Justificativa: Uma leitura adequada desta actividade, abrange os conhecimentos sobre o
curso básico de electrónica.
2ª Leitura: “WIKIBOOKS” do Amplificador Operacional
Referência: http://en.wikibooks.org/wiki/Electronics/Op-Amp. 5 de Outubro de 200.
Resumo: A 2ª leitura inclui: Amplificadores, Amplificadores Operacionais “op-amp”,
notação,
processos
de
concepção
rápida,
Amplificadores
Operacionais
ideais,
comfiguração de Amplificadores Operacionais Básicos, configurações avançadas de
Amplificadores operacionais e Amplificadores Operacionais reais.
Justificativa: Estes elementos fornecem a maior parte das leituras obrigatórias para o
amplificador operacional, e que são necessárias para o sucesso do curso.
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List a relevante dos recursos MULTIMÉDIA
Referência: http://server.oersted.dtu.dk/personal/ldn/javalab/Circuit03.html. 3 de Outubro
de 2007.
Resumo: Este recurso está no amplificador inversor onde a fonte de tensão está ligada
a fim de verificar o circuito para diferentes valores das resistências e / ou circuitos abertos
de ganho dos amplificadores operacionais.
Justificativa: No caso (normal) de um grande ganho em malha aberta dos amplificadores
operacionais, (tipicamente
100dB), o mecanismo do terminal de retorno irá forçar a
entrada inversora a ser praticamente aterrada. Neste limite, o factor de amplificação de
circuito fechado será determinado unicamente pelos valores de resistência.
Lista Relevante dos Links Úteis
Título: Amplificador Operacional
URL: http://ocw.mit.edu/OcwWeb/Electrical-Engineering-and-Computer-Science/6002Circuits-and-ElectronicsFall2000/VideoLectures/index.htm 3 de Outubro de 2007.
Resumo: Este curso contêm slides de aulas e vídeos acompanhados de palestras e
descrições de demonstração ao vivo, apresentados pelo instrutor.
Título: “OP-Amps”
URL: http://en.wikibooks.org/wiki/Electronics/Op-Amps”. 4 de Outubro de 2007.
Resumo: Proporciona bons materiais de leitura em amplificadores, Op-Amp, notação,
ideal Op-Amps, configurações básicas de Op-Amp, Op-Amps reais.
Título: Amplificadores Operacionais
URL: http://en.wikipedia.org/wiki/Operational_amplifier. 4 de Outubro de 2007.
Resumo: Contém bom material de leitura do amplificador operacional. Os tópicos
incluem: operações básicas, amplificadores operacionais ideais, limitações do
amplificador real, notações, uso dos projectos do sistema electrónico, o comportamento de
DC, o comportamento de AC, o circuito do amplificador básico não-invertido, circuitos
Universidade Virtual Africana 63
Actividade 3.1
Construção do amplificador operacional
Referências como:
http://en.wikipedia.org/wiki/Operational_amplifier 6 de Agosto de
2007.
Você vai aprender que o Amplificador Operacional:
(i) é vulgarmente abreviado como um “op-amp”, e o seu símbo de circuito é mostrado
na Fig. 3.1;
(ii) possui duas entradas e uma saída onde a entrada é assumida que tem uma alta
impedância e, portanto, é desprezível o fluxo de corrente para dentro ou para fora da
saída;
(iii) possui uma saída que é controlada por um retorno negativo vulgarmente usado;
(iv) possui uma voltagem de saída e de entrada que é determinada por um retorno
negativo por causa do alto ganho do amplificador;
(v) possui idealmente, na saida, uma impedância nula. Isto significa que um
amplificador operacional pode libertar uma corrente infinitamente larga para a carga ou
para o circuito a ele ligado;
(vi) realiza todas as computações clássicas possíveis, incluindo a adição, a subtração, a
multiplicação, a divisão, a integração e a derivação.
onde:
o
V+ o
V+ : entrada não - invertida
V- :entrada invertida
+
o
V- o
_
Vout – Saída
: Alimentação positiva, (Às vezes também
designados por VDD, VCC, ou VCC + )
o
:
Alimentação negativa, (Às veze
também designados por VSS, VEE, ou VCC - )
Figura 3.1 Símbolo para o Circuito de um op-amp
Universidqde Virtual Africana 64
O tipo mais comum de amp-op é o "741". Ele tem 8 “pinos”. A Fig. 3.2 dá a sua aparência
física.
Figura 3.2 Aparência física típica do Op-amp “741”
Actividade 3.2 Circuito básico do amplificador não-inversor
Nesta actividade, você vai aprender que:
Na saída, a tensão é a diferença entre o + e - da entrada multiplicado pelo ganho em


malha aberta: Vout  VV * Avo .
+
-
( a) Amplificador invertido
V
out
V
in
+
V
out
( b) Amplificador não – invertido
Figura 3.3 Circuito básico do amplificador invertido e não – invertido
(i) Se um op-amp está ligado como na Fig. 3.3 (a) e (b) a proporção de entre
seria
muito elevada. Isto é chamado ganho de malha aberta. Quando na saída de um Opamp é operado sem qualquer ligação resistor ou capacitor para qualquer das suas
Universdade Virtual Africana 65
(ii) Numa configuração não – invertida, a saída V0 está em fase com a tensão de entrada
e é igual à amplificada na entrada, mas
(iii) Neste caso da configuração invertida, a tensão de saida é exactamente oposta, igual à
tensão amplificada da entrada, isto é, a tensão da saída tem um desfasamento d
180º com a tensão de entrada.
Tarefa 3.1 Leituras futuras e realização de notas
Use as seguintes referências:
1. http://en.wikipedia.org/wiki/Operational_amplifier. 12 de Agosto de 2007.
2. B.L Theraja e R.S. Sedha: Circuitos e princípios de dispositivos electrónicos:
(a) Faça notas completas sobre circuitos de amplificadores “não – invertidos”;
(b) Exponha duas “regras de ouro" de como você tomou nota;
(c) Faça notas sobre as diferenças entre o ganho de open loop e closed loop;
Para a simulação do amplificador invertido, veja:
http://server.oersted.dtu.dk/personal/ldn/javalab/Circuit03.html.
http://www.ngsir.netfirms.com/englishhtm/Amplifier.htm
http://server.oersted.dtu.dk/personal/ldn/javalab/Circuit03.html
Actividade 3.2.1
Retorno negativo
R2
+
R
1
Vo
in
o
o
Figura 3.4
x
o
_
R
3 o
Retorno negativo
V
o
ou t
7 de Julho de 2007.
Universidade Africana Virtual 66
O retorno negativo ocorre quando um pequeno sinal de saída se torna invertido com o
auxílio da configuração ilustrada na Fig. 3.4. A partir de V0 ocorre um desfasamento de
180º, com a entrada, o retorno reduz a amplicação do sinal no amplificador e, portanto
reduz o seu ganho. A quantidade do retorno da saída é controlada pela resistência R2.
Algumas vantagens do uso do retorno negativo são:
1. A amplicação com um ganho quase infinitamente variável, pode ser obtido usando
um circuito padrão de “op amp”;
2. O uso do retorno negativo aumenta a série de frequências que vai ampliar o
amplificador e aumenta sua estabilidade;
Algumas características de “Op amp”:
(i) Possuem uma impedância muito elevada entre a entrada + e – e a terra.
Por idealização, esta impedância é infinita mas, na prática, ela é aproximadamente igual
à 20 MΩ. Isto garante que a corrente flua para o terminal de entrada do amplificador;
(ii) A impedância nula na saída, garante que o amplificador não seja afectado pela carga.
Nota breve
Devido ao elevado ganho de “open loop”, é desprezível a diferença entre a tensão positiv
negativa na entrada que vai criar na saída altos valores de tensão suplementar. Tal
valor é chamado de tensão de saturação Vs, que como na saída, pode atingir valores elevados
Se a tensão suplementar for de 15V e o ganho de “open loop” de 15V então, a diferença
na voltagem produz uma saturação de
= 150
. Com a tensão V0, uma pequena
diferença na voltagem V0, pode deslocar de +15 V para -15 V ou numa outra direcção.
N.B. Para esta observação, esboce a variação de V0 com Vin.
Para o amplificador, o uso da tensão negativa (-) na entrada deve ser praticamente a mesma
que a positiva. No circuito amplificador, o inversor de entrada, o sinal (+) está ligado à terra
Universidade Virtual Africana 67
Actividade 3.2.2
Ganho do Amplificador Invertido
Na Fig. 3.3, a entrada é mantida equilibrada, na medida do possível se o resistor R3
R1 R2 é ligado entre a entrada positiva e 0V em paralelo com R1 & R2
A partir da entrada (+), o potencial terra (terra virtual) da corrente através de
e
A partir da entrada, a impedância é muito alta e nenhuma corrente pode fluir para a
entrada negativa. Portanto, a soma das correntes na junção X deve ser igual a zero.
Isto é:
+
(3.1.)
=Mas,
=-
= Ganho
Assim, o ganho deste amplificador inversor = -
. O sinal negativo indica que a
saída é invertida. O ganho depende das resistências R1 & R2 . Isto significa que o
ganho não é afectado por quaisquer mudanças que possam ocorrer dentro do amp-op,
como uma mudança no ganho devido às mudanças de temperatura. Assim, o retorno
Tarefa 3.2 Leituras futuras e anotações
negativo proporciona a estabilidade.
Use as referências e faça as anotações:
1. Ganho do Amplificador não – invertido;
2. Seguidor de tensão;
3. Respostas frequentes de circuitos amp-op.
Universidade Virtual Africana 68
Actividade 3.2.3
Ganho do Amplificador não - invertido
Usando a Fig. 3.5, o ganho do amplificador não-inversor é derivado das seguintes:
Figura 3.5 Ganho do Amplificador não - invertido
A entrada é aplicada à entrada +, mas o retorno é aplicado - entrada como é mostrado na
Fig. 3.5. A fracção do sinal de saída a ser realimentado para a entrada é determinado pelo
divisor de potencial R1 & R2 .
A fração de V0 enviada para a inversão (-) de entrada é V f , onde
(3.2)
Vf =
A diferença de tensão entre as duas entradas é dada VT onde,
VT Vin V f .
(3.3)
Neste caso, VT é a tensão amplificada, isto é,
V0 = A0 ×VT .
(3.4)
A0 é o ganho do “open – loop”. Assim, substituindo VT na Equação (3.3) usando a
Equação (3.4), obtemos:
Vin V f A0 VT
(3.5)
e
=
-
(3.6)
Universidade Virtual Africana 69
-
=
=
(
=
+
)
=
(3.7)
Então A0
0
Da Equação 3.7, o ganho depende de R 1 & R2 .
Exemplo:
Calcule a tensão na saída num amplificador não invertido para uma entrada de 120 μV se R
= 2.4 k Ωe R2 240kΩ .
Solução:
A partir do ganho no circuito “open – loop” se obtém que:
A = 1 +
= 1 +
A tensão na saída será:
V0 = AV1 = 101× 120μV = 12.12mV .
Universidade Virtual Africana 70
Actividade 3.2.4
Op-amps como soma de amplificadores
Um amp-op é usado no áudio pré-amplificadores e misturadores. Quando usado para
adicionar qualquer número de sinais ou tensões, o circuito é chamado de amplificador
soma, Fig. 3.6. Ponto X é um terra virtual. Portanto, ponto de entrada em X, as correntes,
são:
,
,
E, o retorno da corrente =
Pela Lei de Kirchoff, temos:
+
+
x
+
+
= 0
x
+
x
(3.8)
R
R
1
V
1 V
2
R
2
V
3
R
3
x
4
_
+
V
o ut
R
5
Figura 3.6 Op-amps como soma de amplificadores
Assim,
é a soma de três entradas com cada uma delas a multiplicar por um factor
,
onde R corresponde à resistência de entrada. O sinal negativo para V0 indica que V0 está
desfasada com a saída. Este resultado aplica-se à tensão AC e DC e é bastante útil para
Universidade Virtual Africana 71
Actividade 3.2.5
Multivibrador Estável
Retorno Positivo, Oscilações de Ondas Quadradas
ou
Você vai aprender que:
1. Retorno negativo reduz a diferença de potencial na entrada;
2. Do mesmo modo, o retorno “+ve” tende a aumentar a diferença de potencial na
entrada, uma vez que a tensão de saída estará em fase com a tensão de entrada;
3. Assim, a produção atinge rapidamente a tensão de saturação VS. Se o circuito
Opamp é projectado para fazer com que a saída mude continuamente de +VS
para –VS e vice-versa, obtém-se uma tensão de saída oscilante. O circuito com
retorno positivo que produz um quadro de ondas oscilatórias e actua como um
multivibrator estável, é mostrado na Fig. 3.7.
R1
V1
_
V2
C
1
+
V
R
3
R
0
2
Figure 3.7 Retorno Positivo, Oscilações de Ondas Quadradas ou Multivibrador Estável.
Acção do circuito.
Para a descrição do que acontece, leia e siga a explicação que se segue:
Inicialmente, deixe C1, a se descarregar e com V0 a ter o seu valor máximo positivo
(+ V) devido à uma pequena diferença de potencial nas entradas.
A fracção V2 de V1 é realimentada para a entrada +. Deste modo:
=
(3.9)
Universidade Virtual Africana 72
V0 é a realimentação da saída negativa através de R1. Isto faz com que C1
(que inicialmente não está carregada) se carregue através de R1 e aumente
exponencialmente em função do tempo, através de + V para V1 como é
mostrado na Fig. 3.8 (a).
(a)
Tempo
T
e
n
s
Período de tempo
a
(b)
o
Tempo
Figura 3.8 Variação da tensão em função do tempo
Depois de um tempo, que depende da constante temporal C1 R1, V1 atinge-se um
valor superior
; e a saída muda de tal sorte que ela fica -V, como é mostrado na
figura. 3.8 (b).
A realimentação positiva faz com que o amp-op se alterne rapidamente desde V2.
Depois desce, tornando-se muito inferior que V1 e forçando ainda V1 a obter valores
negativos muito rapidamente. C1 agora está carregado (e começa a descarga no
sentido oposto) até V1 tornando-se inferior em relação à V2 . Em seguida, o opamp muda novamente para V0 que novamente se torna positivo (+ V). O ciclo
é então repetido.
Universidade Virtual Africana 73
A Fig 3.8 (a) mostra como V1 varia com o tempo e a Fig 3.8 (b) mostra como a voltagem
de saída V0 varia com o tempo. O tempo periódico do multivibrador é obtido pela equação:
ln(1 +
T=2
(3.10)
)
Tarefa 3.3 Leituras seguintes e anotações
Use as referências disponíveis e faça anotações sobre:
1. Oscilador de onda senoidal: escrever a expressão para a freqüência de saída
2. Amp op como comparador, e Circuito de Comutação.
Actividade 3.2.6 Op-amp como um integrador
1. Nesta secção, é-lhe apresentado um amp-op como um integrador. Leia e certifiquede que você compreende a descrição.
C
R
V
in
I1
I1 2
X
+
V
0
0V
Figura 3.9 Op-amp como um integrador
O Circuito na Fig. 3.9, fornece uma saída V0, que é parte integrante da tensão de entrada
Vin. . O ponto X é uma terra virtual. O p.d através de R é Vin e, através de C é V0. Mas,
Universidade Virtual Africana 74
(3.11)
e,
=C
(3.12)
No ponto X,
I1 I 2 0
(3.13)
= C
Assim,
dt = -
= -
dt
(3.14)
tensão na saída é proporcional ao integral da tensão na entrada
Da equação (3.13)
= -C
= -
-k (constante)
Isto significa que V0 varia linearmente com o tempo e tem um gradiente negativo.
(3.15)
Universidade Virtual Africana 75
3ª Auto - Avaliação
1. Enumere os factores que podem influenciar para que um determinado op-amp
possa ser seleccionado para o uso.
2. Calcule a voltagem na saída num amplificador não – invertido para uma entrada
de 420 se R1 = 1.7 kΩe R2 340kΩ.
3.
(
)
Dada a figua abaixo, calcule a tensão na saída se V1 = 50sen 1000t mV e V2
10sen300tmV
R
3
R
1
R
V
1
V
2
x
2
_
+
R
5
V
o ut
Universidade Virtual Africana 76
Actividade 4: Circuitos Digitais
Você precisará de 30 horas para completar esta actividade. Aqui serão fornecidas apenas
pequenas orientações que o ajudarão a realizar a actividade.
Objectivos específicos de Ensino e Aprendizagem
Nesta actividade, você deve ser capaz de:
(i)
Manipular números em várias bases (2,8,10,16);
(ii) Aplicar a Álgebra de Boole na projecção de circuitos lógicos, e
(iii) Projectar,
analisar
e
sistematizar
circuitos
lógicos
(multiplicadores,
descodificadores, Schmitt, triggers, flip-flops, registos);
(iv) Explicar os componentes do nível dos sistemas de um microprocessador.
Resumo da actividade de aprendizagem
Nesta actividade serão aprendidos os diferentes sistemas, incluindo o número decimal,
binário, octal e hexadecimal e os Sistemas Numéricos. Também serão aprendidos a
conversão dum sistema numérico para outro e como cada sistema numérico considerado é
codificado. A última parte da actividade é sobre as “portas – lógicas”em que são
apresentadas e discutidas as diferentes características de “portas – lógicas” usando
exemplificações adequadas com base na Álgebra de Boole.
Lista de leituras REQUERIDAS
1ª Leitura: WIKIBOOKS Electrónicos
Referência Completa: http://en.wikibooks.org/wiki/Electronics. 5 de Outubro de 2007.
Resumo: Os tópicos abordados nesta leitura incluem: Circuitos Analógicos, Circuitos
Digitais, Elementos de Circuitos Digitais, Arquictetura de Computadores, Conversão de
Circuitos Analógicos à Digitais e vice – versa.
Justificativa: A leitura abrange adequadamente o curso de electrónica básica em
actividade.
2ª Leitura
Referência: http://en.wikipedia.org/wiki/electronics. 5 de Outubro de 2007.
Resumo: Esta leitura é formada por várias referências obtidas em muitos “sites”. Suas
Universidade Virtual Africana 77
3ª Leitura: Álgebra de Boole e notas designando simulações dos circuitos de “Schmitt
Trigger”
Referência: http://en.wikipedia.org/wiki/Electronics/Boolean-Algebra.
5 de Outubro de
2007.
Justificativa: Isto proporciona uma leitura fácil sobre o material relativo à Àlgebra de
Boole.
Lista relevante dos recuros MULTIMÉDIA
Referência: http://jas.eng.buffalo.edu/ 3 de Outubro de 2007.
Resumo: Uma melhor ilustração dos amplificadores com BJT e MOSFET são usados para
uma melhor e fácil compreensão destes tópicos.
Justificativa: Proporciona uma melhor ilustração em video sobre os amplificadores com
BJT e MOSFET.
-Circuitos modelos de quatro amplificadores básicos;
-Etapa-simples de Circuitos amplificadores BJT (CE, CB, e CC);
-Etapa-simples do projecto do amplificador invertido de Emissor – Comum (java1.1);
-Etapa-simples do circuito amplificador MOSFET (CS, CG e CD);
-Diferentes tipos de carga em Circuitos Amplificadores IC (como por exemplo, o
amplificador CS).
Lista relevante dos “links” úteis
Título: Lógica Digital
URL: http://www.educypedia.be/electronics/digital.htm. 3 de Outubro de 2007.
Resumo: Este “site”proporciona a leitura de materiais sobre as portas lógicas, Diagrama
de Venus, Teoremas, Circuitos de Lógica Combinacional, Formas Canónicas, Álgebra
de Boole, Mapas Karnaugh, Tabelas de Verdade, truth tables, interruptor debouncing,
JK flip-flop, servidor mecânico flip-flop, subtração binária, artmética binária, JK FlipFlopFecho D latch, Flip-Flop D,simbolos de Flip-Flop, conversão de entrada de Flip-Flop,
circuitos alternados de flip-flop, uso do fecho NOR, construção de Flip-Flop CMOS,
contador, contador de ondas.
Title: Desencadeamento de Schmitt
URL:
http://www.visionics.ee/curriculum/Experiments/Schmitt%20Trigger/Schmitt%20Trigger1.
html.
3 de Outubro de 2007.
Resumo: Proporciona uma leitura adicional sobre a teoria do desencadeamento de
Universidade Virtual African 78
Título: Álgebra de Boole
URL: http://en.wikibooks.org/wiki/Electronics/Boolean_Algebra. 4 de Outubro de 2007.
Resumo: Aqui são apresentadas operações da matemática formal juntamente com as
leis da Álgebra de Boole. Além disso, são fornecidos exemplos variados.
Título: Multiplexing
URL: http://en.wikipedia.org/wiki/Multiplexing. 4 de Outubro de 2007.
Resumo: A leitura inclui telegrafia, processamento de vídeo, radiodifusão digital e
radiodifusão analógica.
Universdade Virtual Africana 79
Introdução
Existem dois tipos de circuitos básicos que podem ser considerados como dispositivos
digitais: Portas Lógicas e flip-flop. Calculadora electrónica é um exemplo de um circuito
digital, onde a informação é processada em forma binária e o resultado aparece como
números decimais. A mudança gradual do eixo do potenciómetro é a entrada analógica
num circuito composto por uma bateria, potenciómetro e amperímetro, todos ligados em
série. Exemplos de sinais analógicos incluem: onda senoidal, áudio e sinais de vídeo,
enquanto que a onda quadrada é um exemplo de um sinal digital. Um sinal digital possui
duas amplitudes distintas, tais como 0 e +5 V. O pulso é todo ligado ou desligado, ou
seja, todos de alta ou de baixa.
Actividade 4.1 Sistemas Numéricos
iManipulação de números de diferentes bases
Um sistema de numeração é um conjunto de números, juntamente com uma ou mai
operações, como adição ou multiplicação.
Exemplos de sistemas numéricos incluem: números naturais, inteiros, números racionais
números algébricos, números reais, números complexos, números p-adic, os números
surreais, e os números de hiper-real.
Numeral
Os números utilizados ao escrever números com dígitos ou símbolos podem ser dividido
em dois tipos que podem ser chamados de números aritméticos 0,1,2,3,4,5,6,7,8,9 e
números geométricos 1,10,100, 1000,10000 ... , respectivamente.
Existem quatro sistemas de numerais aritméticos que são frequentemente utilizados em
circuitos digitais. Estes sistemas são:
1. Decimal, que tem uma base (ou raiz) de 10, ou seja, ele usa 10 símbolos diferentes para
representar números.
2. Binário, que tem uma base de dois, ou seja, ele usa apenas dois símbolos diferentes.
3. Octal; tem uma base de 8, ou seja, utiliza oito símbolos diferentes.
4. Hexadecimal; que tem uma base de 16, ou seja, ele usa dezesseis símbolos diferentes.
Universidade Virtual Africana 80
Todos esses sistemas utilizam o mesmo tipo de notação posicional, exceptuando:
a) sistema decimal que utiliza potências de base 10 que são usados para representar
quantidades que estão fora do sistema digital;
b) sistema binário, que usa o poder de 2, que é largamente utilizado pelos sistemas
digitais, como computadores digitais que operam em informações binárias;
c) sistema octal que utiliza energia de 8, tem certas vantagens no trabalho digital
porque exige menos circuitos para obter informações dentro e fora de um sistema
digital. Além disso, é mais fácil de ler, gravar e imprimir números octais em relação
aos binários;
d) sistema hexadecimal que utiliza energia de 16, é particularmente adequado para
microcomputadores.
Actividade 4.2 O sistema numérico decimal
(i) Base ou Raiz
O sistema de numeração decimal tem uma base de 10, o que significa que contém dez
símbolos únicos (ou algarismos) que são: 0,1,2,3,4,5,6,7,8,9. Qualquer um destes pode ser
usado em cada posição do número.
(ii) Valor posicional
O valor posicional de um número 2573 dado por:
2573 = 2*
+ 5*
+ 7*
+ 3*
O número 3 é o dígito menos significativo (LSD), enquanto que 2 é o dígito mais
significativo (MSD).
Novamente, o número 2573.469 pode ser escrito como:
2573.469 = 2*
+5*
+ 7*
+3*
+4*
+6*
+9*
Universidade Virtual Africana 81
Actividade 4.3 Sistema numérico binário
Como sistema numérico decimal (ou binário), tem uma raiz e ele também usa o mesmo
tipo do sistema de valor de posição.
Raiz
Sua base ou raiz é dois, porque ele usa apenas dois dígitos 0 e 1. (A palavra “dígito
binário” é tratada por “bit”). Todos os números binários consistem de uma seqüência de
0s e 1s. São exemplos: 10, 101 e 1011 que são lidos como: um zero, um-zero-um e um-zero
um-um. Para evitar confusão entre os sistemas de base 10 com os de base 2 são
adicionados os índices como a seguir é mostrado:
1010 , 10110 , 657410 ____ números decimais e
102 , 1012 , 1100012 ____ números binários
Valor Posicional
O valor posicional de cada “bit” corresponde à de potência de base 2. Um número binário
de 7 “bits”é 1101.011 e é como ilustrado abaixo
MSD
1
1
0
LSD
1
•
0
1
1
Ponto Binário
O equivalente decimal é:

1101.0112  1x
1 x 0 x 1 x 0 x 1 x
1 x 
8 4 0 10 8 4 0 10   13.37510
Números binários são usados extensivamente em todos os sistemas digitais, principalmente devido à
natureza própria de produtos electrónicos. O “bit” 1 pode ser representado por um transistor saturado
(totalmente condutor), ligado à uma luz, à um relé energizado ou à um imã imantado de uma
determinada direcção. O bit 0, por outro lado, pode ser representado como um transistor de corte, a luz
desligada, o relé de tensão ou um ímã magnetizado na direcção oposta. Nesses casos, há apenas dois
valores que um dispositivo pode assumir.
Universidade Virtual Africana 82
Actividade 4.4 Conversão do Sistema Binário ao Decimal
Os seguintes procedimentos devem ser adoptados para a conversão de um dado binário
(número inteiro) em seu equivalente número decimal:
Etapa 1. Escreva o número binário, ou seja, todos os seus bits em uma linha;
Etapa 2. Directamente sob os bits, escreva 1, 2, 4, 8, 16, ... Começando da direita para a
esquerda;
Etapa 3. Riscar os pesos decimais que se encontram sob bit 0;
Etapa 4. Acrescentar os pesos restantes para obter o equivalente decimal.
Exemplo 4.1 Converta 11012 para o seu equivalente número decimal.
Solução As quatro etapas envolvidas na conversão são dadas como as seguintes:
Etapa 1. 1
1
0
0
1
Etapa 2 16
8
4
2
1
Etapa 3 16
8
4
2
1
Etapa 4
16+8+1 = 25.
Actividade 4.5 Fracções Binárias
O procedimento é o mesmo com inteiros binários, excepto que os pesos a seguir são usados
para posições pouco diferentes.
Exemplo 4.2. Converta a fraccão binária 0.101 para a sua equivalente decimal.
Solução. Os quatro passos seguintes serão utilizados para esta finalidade.
Etapa 1. 0
1
0
1
Etapa 2.
½
¼
1/8
Etapa 3.
½
¼
1/8
Etapa 4.
½ +1/8 = 0.6
0.1012 0.62510
Exemplo 4.3 Encontre o equivalente decimal do número binário de 6 bits 101.1012
Solução:
1
0
1
1
0
1
4
2
1
½
¼
1/8
4
2
1
½
¼
1/8
= 5 + ½ +1/8 = 5.625
Universidade Virtual Africana 83
Actividade 4.6 Método Duplo - Dadded
Este método de conversão de números inteiros binários em seus equivalentes decimais é
muito mais simples e mais rápido do que o método de medida dada em especial no caso
dos grandes números. As três etapas estão envolvidas:
1. Duplique, primeiro, o bit da estrema esquerda e adicione este valor ao bit seguinte à
direita;
2. Duplique a soma obtida e adicione o valor dobrado ao bit seguinte;
3. Continue a etapa 2 até ao último bit adicionando ao montante o anteriormente
duplicado.
A conversão de 110012 é como se segue. Vê-se que 110012 =2510
1
1
0
0
1
2x1 =2,2+1 =3 2x3 = 6,6+0=6, 2x6 =12,12+ 0=12, 2x12 =24, 24+1=25
(i) Usando o método duplo-Dadd, vamos converter 1110102
binário..
1. 2 × 1 = 2, adicione 1 ao bit seguinte de modo que 2 +1 = 3
2.
2 × 3 = 6, adicione 1 ao bit seguinte de modo que 6 +1 = 7
3.
2 × 7 = 14, adicione 0 ao bit seguinte de modo que 14 0 = 14
4.
2 × 14 = 28, adicione 1 ao bit seguinte de modo que 28 +1 = 29
5.
2 × 29 = 58, adicione 0 ao bit seguinte de modo que 58 0 = 58
Portanto 1110102 = 5810 .
em seu equivalente
Universidade Virtual Africana 84
4.7 Conversão dum sistema Decimal para o Binário
(a) Númeiros Inteiros
Essas conversões podem ser realizadas usando o método chamado duplo-dadded ou pela
divisão por dois métodos. Como exemplo, vamos converter 2510 no seu equivalente
binário.
25 ÷ 2 =12+ remanescente de 1
TOPO
12 ÷ 2 = 6 + remanescente de 0
6 ÷ 2 = 3 + remanescente de 0
3 ÷ 2 = 1 + remanescente de 1
1 ÷ 2 = 0 + remanescente de 1
BASE
Portanto 2510 = 110012
(b) Números Fraccionários
Neste caso, a regra de múltiplo-por-dois é usada multiplicando cada bit por 2 e gravar na
parte inteira do número. Os passos seguintes mostram como o número 0.812510 é
convertido para o seu equivalente binário.
0.8125 × 2 = 1.625 = 0.625 com transporte de 1
0.625 × 2 = 1.25 = 0.25 com transporte de 1
0.25 × 2 = 0.5
0.5 × 2
= 0.5
com transporte de 0
= 1.5 = 0.0
com transporte de 1
0.8125 10 = 0.1101 2
Actividade 4.9 Operações Binárias
Considerem-se as quatro seguintes operações binárias:
1. Adição 2. Subtracção 3. Multiplicação 4. Divisão
(a) Use seus conhecimentos de matemática (da escola) para realizar a adição binária.
( b) Subtracção binária
A subtração binária exige mais operações de empréstimo do que a subtracção decimal.
As quatro regras para a subtracção binária são fornecidas como se segue:
1. 0 – 0 = 0, 2. 1 - 0 = 1, 3. 1 – 1 = 0,
4. 0 – 1 = 1 com um empréstimo de 1 a partir da coluna seguinte do final 10 – 1 = 1
Universidade Virtual Africana 85
Exemplo 4.4
Vamos subtrair 01012 de 11102 . As diferentes etapas são explicadas abaixo:
1110
-0101
1001
Explicação
1. A partir da primeira coluna nós podemos subtrair 1 do 0, tomando de empréstimo a
coluna seguinte à esquerda. Assim, colocamos abaixo 1 na resposta e mudamos o 1 da
coluna esquerda seguinte em relação à 0.
2. Nós aplicamos a regra 1 para a coluna seguinte, i.e. 0 – 0 = 0.
3. Nós aplicamos a regra 3 da terceira coluna, ou seja, 1-1 = 0.
4. Finalmente, aplicamos a regra 2, isto é, a sua última e quarta coluna: 1- 0 = 1.
Como podemos verificar, pode-se notar que falar em termos de números decimais, temos
subtraído 5 a partir de 14. Obviamente, a resposta tem que ser 9 (10012).
Actividade 4.10 Complemento de um número
No capítulo digital, dois tipos de cumprimentos de números binários são utilizados para
complementar a subtração:
(a) 1º Complemento:
Este 1º complemento do número binário, é obtido pela troca de cada 0 para 1 e cada 1
para 0. Isto é também chamado complemento raiz-menos-um.
Por exemplo, 1º complemento de 1002 é 0112 e de 11102 é 00012.
(b) O 2º complemento de um número binário, é obtido pela adição de 1 no 1o
complemento.
2º complemento = 1º complemento + 1. Este é também conhecido por complemento
verdadeiro.
Exemplo: 4.5
O 2º complemento de 10112 é encontrado como se segue:
Etapa 1: O seu 1º complemento é 0100 2.
Etapa 2: Adiciona-se 1 à 01002 a fim de obter 01012
Etapa 3: Assim o 2º Complemento de 10112 é 01012
Universidade Virtual Africana 86
O método complementar da subtração reduz a subtração num processo da adição.
Nos computadores digitais, este método é popular porque:
1. Para simplificar os circuitos serem necessários somente circuitos adicionais;
2. É fácil obter “Complementos”com circuitos digitais.
Actividade 4.10
Subtração do 1º Complemento.
A subtração de números é feita pela adição do 1º Complemento utilizando-se as seguintes
regras:
1. Calcule o 1º Complemento da subtração pela troca de todos 1s para 0s e de todos
0s para 1s;
2. Adicione este complemento ao minuendo;
3. Realize a transição final em torno do último 1 ou 0;
4. Se não houver um fim no resultado (isto é, se o resultado for =0), então a resposta
deve ser recomplementada e deve-se-lhe colocar um sinal negativo;
5. Nenhum recomplemento é necessário colocar se o fim da operação resultar em 1.
Exemplo 4.6
A subtração de 1012 a partir de 1112 é realizada da seguinte forma:
Solução:
111
+ 010
1001
←1º complemento do subtraindo 101
←último resultado
1
010
A resposta final é obtida pela remoção da soma aditiva na última com o acréscimo do
remanescente. Este é o chamado “arredondamento final”.
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Tarefa 4.1 Use as regras descritas no item 4.13, na resolução dos problemas:
Use as regras de subtração e efectue as seguintes operações:
a. Subtraia 11012 de 10102. A resposta é -0011. Explique como você obteve este
resultado.
b.
Subtraia 11102 de 01102. A resposta é -1000 2
c.
Subtraia 011012 de 110112 de 110112 A resposta é 0111 0 2
Actividade 4.11 Subtração do 2º Complementar
Os passos essenciais são dados como se segue:
1. Encontre o 2º complemento para o subtraendo,
2. Adicione este complemento para o minuendo,
3. “Pule o transporte final,
4. Se o transporte é uma resposta positiva não precisa de recomplemento,
5. Se não houver transporte, recomplemente a resposta e anexe o sinal “menos”.
Exemplo 4.7 Usando o 2º complementar da subtração
Subtraia 10102 de 11012
Solução.
O 1º complemento de 1010 é 0101
O 2º complemento é 0101 + 1 = 0110
Adicionando-lhe 1101 obteremos:
1101
+0110
10011
Descartando o transporte final dá como resposta final 00112 .
Universidade Virtual Africana 88
Actividade 4.12 Multiplicação e Divisão Binária
O processo de multiplicação e divisão binário é o mesmo para a multiplicação e divisão
decimal
(a) As quatro regras simples da multiplicação são:
i. 0 × 0 = 0
ii. 0 × 1 = 0
iii. 1 × 0 = 0
iv. 1 × 1 = 1
(b) As regras da divisão são:
i. 0 ÷ 1=0
ii. 1 ÷ 1= 1
iii. Divisão de 1 por 0 não tem sentido
Tarefa 4.2
Futuras leituras e anotações
a) Use as referências disponíveis e leia sobre a multiplicação e a divisão de números
binários;
b)
Faça o maior número de exemplos possíveis, com objectivo de resolver tais
problemas;
c) Multiplique 11012 por 11002 (A resposta é 10011002);
d) Multiplique 1112 por 111 (A resposta é 1010012);
e) Divida 110012 por 1012 (A resposta é 1012);
f) Divida 1100112 por 10022 (A resposta é 110.112).
Actividade 4.13 Sistema numérico Octal
(i) Raiz ou Base
Tem uma base de 8, o que significa que a sua contagem tem oito dígitos distintos:
0,1,2,3,4,5,6, e 7
Universidade Virtual Africana 89
Esses dígitos de 0 a 7 têm exactamente o mesmo significado físico, como no sistema
decimal. Além de 7, a contagem se torna:
0,
1,
2,
3,
4,
5,
6,
7,
→10,
11,
12,
13,
14,
15,
16,
17,
20,
21,
22,
23,
24,
25,
26,
27,
30,
31,
32,
…
…
…
…
…
(ii) Valor posicional
O valor da posição (ou peso) para cada dígito é dado por diferentes potências de 8 como é
mostrado abaixo:
← 
•
→
↑
Ponto octal
Exemplo 4.8 Conversão de número octal à números decimais
4538 ≡4 ×
5 × 3 
453.278 ≡ 4 ×
4 ×64 5 ×8 3 ×1 29910
5 × 3 
4 ×64 5 ×8 3 ×1 + 2x + 7x 
299.359410
Exemplo 4.9 Conversão de números decimais à número octal
Aqui, 8 actua como um factor multiplicador de números inteiros e como um factor de
divisão de fracções.
256 .4310 → octal
256 ÷ 8 = 32 com remanescente 0
32 ÷ 8 = 4 com remanescente 0
4 ÷ 8 = 0 com remanescente 4
25610 ≡ 4008
Similarmente,
Universidade Virtual Africana 90
0.4310 → octal funciona de seguinte modo:
0.43 × 8 = 3.44 = 0.44
0.44 × 8 = 3.52 = 0.52
0.52 × 8 = 4.16 = 0.16
0.16 × 8 = 1.24 = 0.24
0.24 × 8 = 1.92 = 0.92
0.4310
256.4310
com transporte 3
com transporte 3
com transporte 4
com transporte 1
com transporte 1, etc
0.3348
400.3348 .
Actividade 4.14
Conversão de sistema Binário ao sistema Octal
O procedimento mais simples é usar o método binário-tripleto, onde um dado número
binário é organizado em grupos de 3 bits a partir do ponto binário e, em seguida, cada
grupo é convertido para o equivalente número octal.
Exemplo 4.10
(a ) Converta 1010112 para o equivalente octal.
Solução
Etapa 1: Comece pela conversão de bits para grupos de três, i.e.
101011
101
Etapa 2: Converta cada um destes para o octal.
1012 é octal 5 e 0112 é
101
011
↓
↓
5
octal 3.
3
1010112 = 538
(b) Converta 1101.112 para octal.
011
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Solução
Etapa 1. Agrupe três bits, i.e.
1101.11
Etapa 2
001
↓
↓
↓
1
5
6
101
110
1101.112 15.68
Actividade 4.14.1
Utilidade do sistema do número octal.
A facilidade com que as conversões podem ser feitas entre o sistema octal e o binário
torna o sistema octal atraente: uma forma de exprimir grandes números binários. Note-se
que alguns números binários, em computadores, nem sempre representam uma quantidade
numérica, mas sim, muitas vezes alguns transmitem um tipo de código, uma informação,
como:
(i) dados numéricos concretos;
(ii) números correspondentes a um local chamado (endereço) na memória;
(iii) um código de instrução;
(iv) representando um código alfabético e outros caracteres não numéricos;
(v) grupo de bits que representa o estado de dispositivos internos ou externos à
computador.
Quando se lida com uma grande quantidade de números binários de muitos bits é
conveniente e mais eficiente escrever um número em octal ao invés de binário. Mas,
lembre-se que os circuitos digitais, os sistemas de trabalho são estritamente binários.
Actividade 4.15 Sistema numérico hexadecimal
Sistema numérico hexadecimal
1. Tem uma base de 16 e, portanto, ele usa dezesseis dígitos distintos cuja contagem é
de 0 a 9 e de A a F do seguinte modo: 0,1,2,3,4,5,6,7,8,9, A, B, C , D, E, F;
2. Coloque o valor de cada dígito em ordem ascendente de potências de 16 para
números inteiros e em ordem descendente das potências de 16 para números
fraccionários.
Este sistema é utilizado para especificar endereços de diferentes números binários
Universidade Virtual Africana 92
Exemplo 4.11
Contando além de F
………F 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 1A 1B 1C 1D 1E 1F 20 21 22….
Actividade 4.16 Codificação digital
Em circuitos de lógica digital, cada número ou peça de informação é representado por
uma combinação equivalente de dígitos binários chamados de código digital.
A utilidade de um código, entre outros, é:
(i) Reduzir a exigência de circuito;
(ii) Aumentar a confiabilidade do sistema digital;
(iii) Permitir que o erro detectado seja corrigido.
Actividade 4.16.1 Código “Binário Decimal Codificado” (BCD)
O código “Binário Decimal Codificado” (BCD) é usado para representar um dígito
decimal por um grupo de quatro bits. Da direita para a esquerda, a ponderação das
posições de 4 bits é 8-4-2-1 Isso também é chamado de código 8421. Trata-se portanto de
um código numérico ponderado. Cada dígito decimal de 0 a 9 requer um número binário
de 4 bits codificados como é mostrado na Tabela 4.1.
Tabela 4.1
Decimal
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
BCD
0000
0001
0100
0101
0110
0111
0010
0011
1000
1001
a) No entanto, qualquer número decimal é expresso em código BCD,
substituindo cada dígito decimal pela combinação adequada de 4 bits.
Universidade Virtual Africana 93
Exemplo 4.12 Escreva o número 674 em código BCD.
0110 0111 0100.
Solução.
Da mesma forma, os códigos BCD para os números decimais a seguir são apresentados na
Tabela 4.2.
Table 4.2
Decimal
51
428
BCD
0101 0001
7369
0100 0010 1000
0111 0011 0110 1001
21057
0010 0001 0000 0101 0111
Actividade 4.16.3
Octal Codificação
110
010
101
001
010
111
000
011
6
2
5
1
2
7
0
3
Actividade 4.16.4
Codificação Hexadecimal.
A vantagem deste código é que os quatro bits são expressos por um único personagem.
No entanto, a desvantagem é que novos símbolos devem ser usados para representar os
valores binários de 1010 à 1111 binário.
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Portas lógicas
Actividade 4.17
Definição de portas lógicas
Uma porta lógica é um circuito electrónico que:
(i) toma decisões com base na lógica de certas combinações de sinais de entrada;
(ii) tem uma saída e uma ou mais entradas;.
(iii) implementa a lógica de funcionamento de hardware baseado em álgebra booleana.
As variáveis usadas na álgebra booleana são 0 ou um 1. Os ICs mais comuns desses
portões são: Transistor- Transistor-Lógico (TTL), Acoplado à Lógica Emissor (ECL),
Óxido de Metal-Semicondutor (MOS), e Complementado por Metal-ÓxidoSemicondutor. (CMOS).
Para demonstração veja o seguinte, os Applets úteis: http://jas.eng.buffalo.edu/
Applet porta inversora CMOS:
http://jas.eng.buffalo.edu/education/mos/inverter/index2.html: 4 de Outubro de 2007
Interruptor Analógico & Portas Transmissoras:
http://jas.eng.buffalo.edu/education/mos/tgate/index.html.
Actividade 4.17.1
Lógica Positiva e Negativa
O número de símbolos 0 e 1 representa os possíveis estados de um circuíto ou dispositivo
de computação de sistemas onde podemos ter uma lógica positiva ou negativa. Numa
lógica positiva, 1 representa tanto um circuito “ON”, um interruptor fechado, uma alta
voltagem, um “PLUS” sinal, ou uma afirmação verdadeira. Por outro lado 0, representa um
circuito “OFF”, um interruptor aberto, a baixa tensão, um sinal de menos, ou uma
declaração falsa. Numa lógica negativa, que prevalece apenas em condições opostas. Para
um sistema digital com dois níveis de tensão de 0V e 5V, temos um sistema de lógica
positiva se o símbolo 1 representa 5V e 0 para 0V. Mas se alguém fizer a 1 para representar
0V e 0 para representar 5V, então vamos colocar o sistema de lógica negativa
Basicamente, o mais positivo dos dois níveis de tensão representa o 1 em uma lógica
negativa, a tensão mais negativa representa 1, e não é essencial que a 0 tenha que ser
representado por 0V.
Universdade Virtual Africana 95
Actividade 4.17.2: A Porta “OU”
Esta atividade exige que você aprenda que:
O símbolo para uma porta “OU”de duas entradas com suas entradas marcadas como A e B
e a saída como X é ilustrado na figura 4.1 (a). Seu circuito de comutação equivalente é
mostrado na figura 4.1 (b). As três variáveis A, B e X podem ter o valor 1 ou 0 somente
em um momento.
Figura 4.1 A Porta “OU”
Actividade 4.17.3
Operação lógica
Os pontos – chave da aprendizagem são:
a) A porta “OU” tem uma saída 1 quando A ou B ou ambos são 1.
b) Ou seja, ele é tudo ou nada porque a porta de saída ocorre quando uma ou todas as
entradas estão presentes.;
c) Na Fig.4.1 (b), a lâmpada acende (lógica 1) quando um interruptor A ou B ou ambos
estão fechados.
Mas, a saída é 0 se e somente se ambas as entradas forem 0. Em condições de
comutação, a lâmpada está desligada (lógica 0) somente quando ambas as chaves A e B
são “OFF”.
A porta “OU” representa a equação booleana A + B = X.
(4.1)
Na equação. 4.1, X é verdadeiro quando quer A ou B são verdadeiros ou ambos são
verdadeiros. Em alternativa, isso significa que a saída X é 1 quando A ou B ou ambos
são 1. O portão “OU” neste caso é chamado de porta “OU” inclusive porque inclui o
caso em que ambas as entradas são verdadeiras. O sinal '+' na equação. 4.1 indica que a
operação “OU” e não que a soma de A e B é igual a X.
Os outros símbolos utilizados em vez de '+' são U e V. Assim, Eq. 4.1 pode ser escrita
como:
AUB = X ou AVB = X.
(4.2)
Universidade Virtual African 96
Exemplo 4.13
Transistor de porta “OU”
Este exemplo, ilustra um transistor possível ou porta constituída por três transistores interconectados
,
e
alimentados a partir de uma fonte comum Vcc = +5 V, como é mostrado na figura 4.3.
+ 5V
R
1
R
2
M
N
X
B
A
Q
1
Q
2
Q
3
Figura 4.2 Transistor de porta “OU” constituído por três transistores interconectados
Descrição do que acontece em Fig.4.2
(i) Quando +5 V é aplicada à A,
Supondo que
é polarizado directamente e por isso conduz.
está saturado, todo Vcc = 5V cai em
fazendo com que N vá para
solo. Este, por sua vez, corta
fazendo com que X vá para Vcc, ou seja, 5 V;
(ii) Quando +5 V é aplicada a B,
conduz N para o solo, ou seja, 0V. Sem nenhum impedimento na
base
fica cut-off, levando novamente X Vcc, isto é, para 5 V.
(iii) Se ambas as entradas A e B são aterradas,
Como resultado,
e
são de corte de condução de N para 5 V.
torna-se polarizado directamente e realiza-se plenamente. Nesse caso, todo
Vcc cai em R2 conduzindo M e X para o solo.
Tarefa 4.3. Construção de uma tabela de verdade para a porta “OU”
a) Para todas as combinações possíveis de entrada, use Fig.4.1 (b) e construa uma
tabela de verdade que apresenta o estado de saída;
b) Explique o significado de cada combinação;
Universdade Virtual Africana 97
Actividade 4.17.4 Porta Excluisva “OU”
Nesta secção você vai aprender que:
a) O símbolo para a porta Exclusiva “OU” é mostrado na figura. 4.3 (a) e o seu
circuito equivalente de comutação na figura 4.3 (b);
b) Neste tipo de porta, a saída é 1 quando suas entradas são diferentes e a saída é 0
quando ambas as entradas são iguais;
c) O circuito também é chamado de um comparador de igualdade ou detector porque
produz uma saída apenas quando as duas entradas são diferentes.
Figura 4.3
(a) : Porta Exlusiva “OU”
(b) : Seu circuito equivalente de comutação
Aqui lidamos apenas com declarações exclusivas, tais como:
Você pode ser rico ou você pode ser pobre,
Obviamente, você não pode ser ambos ao mesmo tempo.
A mudança de circuito comutação, da figura 4.3 (b) simula o Exclusivo “OU” na porta
(XOR).
As comutações de A e B serão individualmente acender a luz, mas a combinação
simultãnea de A e B não é possível. Você pode construir a tabela de verdade.
Actividade 4.17.5
A porta
“AND”
O símbolo da lógica, para a porta de 2 entradas, é mostrado na figura 4.4 (a) e seu circuito
equivalente de comutação na figura 4.4 (b). Cada uma das três variáveis A, B, X pode ter
um valor de 0 ou 1.
Universidade Virtual Africana 98
A
A
X
B
X
A .B=X
(a)
Figura 4.4
Porta de duas entradas
lamp
B
(b)
Circuito de comutação equivalente
Operação lógica
• A porta dá uma saída apenas quando todas as suas entradas estão presentes;
• A porta possui uma saída 1 quando A e B são 1. Portanto, essa porta é de tudo ou
nada, cuja produção ocorre somente quando todas as suas entradas estão presentes;
• Na terminologia do verdadeiro / falso, a saída de uma porta “AND” será verdadeira
somente se todas as suas entradas são verdadeiras. Sua saída seria falsa se qualquer
uma das suas entradas é falsa.
A porta : AND” trabalha na álgebra booleana.
A × B = X ou A.B = X ou AB = X .
Isso é diferente da multiplicação aritmética. O significado lógico de Eq. (4.3) é:
• Saída X é uma só, quando ambos A e B são: 1.
• Saída X só é verdadeira quando A e B são verdadeiras.
Tarefa 4.4
Construção da tabela de verdade
(a) Construa uma tabela de verdade para a porta de 2 entradas.
(b) Construa uma tabela de verdade para “AND” de 3 entradas.
(c) Projecte um circuito eléctrico equivalente para uma porta “AND”
(4.3
Universidade Virtual Africana 99
Actividade 4.17.6
Simbolização Lógica da Multiplicação da Porta “AND”
De acordo com a álgebra booleana, a porta executa multiplicação lógica em suas entradas
de acordo com a Eq. 4.4.
(4.4)
Em geral, as leis de Boole de multiplicação são dadas pela equação. (4.5):
(4.5)
Actividade 4.17.7
A porta NÃO
(i) A saída para esta porta é NÃO que é a mesma que a sua entrada. Esta porta também é
chamada de inversor porque inverte o sinal de entrada. Ela tem uma entrada e uma saída,
como mostra a figura 4.5 (a) e a sua tabela de verdade é mostrada na figura. 4.5 (b). O
símbolo esquemático para a inversão é um pequeno círculo, conforme ilustrado na figura
4.5 (a).
(a) A porta NAO
A
B
0
1
1
0
(b) A tabela de verdade
O símbolo de inversão ou negação ou complementação é uma barra sobre a função que
indica o estado oposto.
complementar de (A + B)
significa “não – A”. Do mesmo modo
, significa
Universidade Africana Virtual 100
(2) A operação “NAO”
Esta é uma operação de complementaridade e o seu símbolo é uma barra superior. Por
exemplo:
= 0
= 1
=
= 1 ou
=
=0
Assim, o duplo do complemento resulta no próprio valor.
Actividade 4.17.8
A porta NOR
() Esta é uma porta “NOT-OR” que pode ser feita por “OR” ligando inversamente na
saída, como mostra a figura 4.6 (a).
A
B
X
Figura 4.6 A porta “NOT-OR “ que pode ser feita de uma porta “OR”.
A equação de saída é dada por:
=
A função NOR é justamente o inverso da função OR.
Tarefa 4.5: Circuitos equivalentes para uma porta “NÃO”
(2) A porta “NOR” é uma porta Universal
A porta “NOR” é muitas vezes referida como uma porta universal porque pode ser usada
para realizar as funções lógicas básicas: OR, AND e NOT.
Universidade Virtual Africana 101
A
A
A
X A B
B
B
(a) Como porta OR
B
A
X = AB
(b) Como a porta AND
A
A o
o
=
(c) Como porta NOT
Figura 4.7
(i)
Como a porta
OR
Na Fig.4.7 (a) na saída das portas “NOR” é dada por A + B. Ao usar um outro
inversor na saída, a saída final é invertida e é dada por X = A + B que é a função
lógica de uma porta ou normal.
(ii) Como porta AND
Para usar uma porta NOR como uma porta AND, são utilizados dois inversores,
um para cada entrada como mostra a figura 4.7 (b)
(iii) Como porta NOT
Como uma porta NOT, as duas entradas estão ligadas como mostra a figura. 4.7 (c).
+
Universidade Virtual Africana 102
Actividade 4.17.8
A porta NAND
A porta NAND é uma porta “NÃO-AND”. Ela pode ser obtida através da ligação de
uma porta NOT na saída de uma porta AND como mostra a figura 4.8. Sua saída é
dada pela equação booleana.
A
A
X
B
B
(a)
(b)
Figura 4.8
Se ambas as entradas não são 1, então a saída da porta será de 1.
(2) A porta NAND como porta universal.
NAND é chamada de porta universal, porque pode executar todas as três funções de uma
porta lógica OR, AND e inversor.
Tarefa 4.6
Mais leituras e notas
(a) Mostre como uma porta NÃO pode ser feita a partir de uma porta NAND;
(b) Mostre como você pode usar duas portas NAND para obter uma porta AND;
(c) Mostre como uma porta OR pode ser feita de três portas NAND.
Universidade Virtual Africana 103
Exemplo 1: Um sinal eléctrico é expresso em 101.011. Explique seu significado. Se esse
sinal é aplicado a uma porta NOT, qual seria o sinal de saída?
Solução
1
0
0
1
1
0
0
1
1
1
0
0
Sinal de entrada
Sinal de saída
O número binário 1010112 para o sinal de entrada é representado como um trem de
pulsos. A lógica positiva 1, representa uma alta voltagem e 0 representa a baixa. O
número binário para o sinal de saída é 0101002.
Exemplo 2. Dois sinais eléctricos representados por A = 101.101 e B = 110.101 são
aplicados à duas entradas de portas AND. Esboce o sinal de saída e o número binário que
representa.
Solução: Os trens de pulso correspondentes ao A e B são mostrados na Figura 4.9. Numa
porta AND, C é apenas ( ? ) quando A e B são ambos = 1.
A
1
0
1
1
0
1
Sinal de entrada
B
C
Figura 4.9
1
1
0
0
1
1
Sinal de entrada
1
0
0
1
0
1
2
3
4
5
1
Sinal de entrada
6
Intervalos de tempo
Mostrando sinais de entrada A e B, e de saída C
Universidade Virtual Africana 104
A saída pode ser encontrada em diferentes intervalos de tempo da seguinte forma:
1. 1º intervalo : 1 + 1 = 1
2. 2º intervalo : 0 + 1 = 0
3. 3º intervalo : 1 + 0 = 0
4. 4º intervalo : 1 + 1 = 1
5. 5º intervalo : 0 + 0 = 0
6. 6º intervalo : 1 + 1 = 1
Assim, a saída da porta AND é 1001012
Actividade 4.17.8 Circuito lógico combinatório
Combinações de circuito lógico é um circuito construído a partir de diversas combinações
da porta lógica. O circuito possui um conjunto de entradas, uma rede lógica sem memória
para funcionar nas entradas e um conjunto de saídas como é mostrado na figura. 4.10. A
saída de um circuito de lógica combinacional depende unicamente do valor de entrada
presente e não dos anteriores. Exemplos desses circuitos são: decodificadores,
somadores, multiplexadores e demultiplexador, etc.
Saída combinatória
Portas lógicas
combinatórias
Saídas externas
Figura 4.10 Circuitos lógicos combinatórios
Universidade Virtual Africana 105
Actividade 4.17.9
Multiplexer e Demultiplexer
(a) O multiplexador (MUX) é um dispositivo que selecciona a única entrada de dados de
entrada N fontes, C0, C1 ,............ Cn-1, sob a influência de uma selecção de entrada,
como mostra a Fig.4.11 (a). Tem uma linha única de saída. Assim, o multiplexer é um
interruptor de lógica combinatória que é controlado por um sinal de lógica.
Entrada
C
0
C
1
Saída
Endereço
C
n- 1
(a)
Figura 4.11
c
0
c
1
c
2
c
3
1 -4
multiplexer
Saída
F
B
A
Seleccionar
(b)
(a) Multiplexador mecânico analógico; (b) 4-1 multiplexer: Diagrama de
blocos
(b) Demultiplexer
Um demultiplexador executa o processo inverso de um multiplexador. Pode levar uma entrada e
transferir os dados da linha de entrada para a correcta, de várias linhas de saída, sob a influência
de uma selecção de entrada.

Use os livros electrónicos padrão e compile notas sobre o trabalho de um
demultiplexador. Actividade 4.17.11 Flip-Flops
O nome de flip-flop descreve a capacidade de um circuito de alternar entre dois estados estáveis.
Um flip-flop, que também é chamado de bi-estável multi-vibrador, constitui um circuito básico de
memória digital, pois possui dois estados estáveis. Um dos estados estáveis é conhecido como SET
ou lógico 1, e outro estado estável é denominado RESET, CLEAR ou 0.
A maioria dos flip-flops são do tipo clocked, em que a mudança de estado do flip-flop ocorre em
algum taxa definida. Alguns dos mais utilizados flip-flops são do SR, JK, D e tipos de T.
Universidade Virtual Africana 106
aSR-flip-flop.
O tipo mais simples de flip-flop é o set-reset ou flip-flop SR. Ele tem duas entradas: a S
e R insumos e as duas saídas, que são complementares entre si, denotado por Q e
.O
SR-circuito flip-flop é chamado, às vezes, SR-trava. Os meios de travamento do circuito
mantém uma condição, no modo de deficiência, até que seja libertada pelo pulso S ou R.
A construção da SR travada é mostrada na Fig. 4.12.
R
oQ
o
o
o
Figura 4.12
oQ
Circuito SR-flip-flop com duas portas NOR
• Há quatro modos de operação: (i) modo com deficiência ou inibido, (ii) modo
definido, (iii) modo redefinido ou claro, e (iv) modo não permitido ou proibido.
Actividade 4.19
ÁLGEBRA DE BOOLE
Introdução
Álgebra booleana não é a álgebra numérica comum que aprendemos nas escolas de ensino
médio, mas um sistema totalmente novo chamado álgebra lógica. Como já foi visto antes, a
álgebra booleana é ideal para a concepção e análise da lógica de circuitos usados nos
computadores. Ela oferece uma maneira económica para que se descrevam em linha recta
os circuitos do computador e os complicados circuitos de aviamento. Em comparação com
outras ferramentas matemáticas de análise e projectos, a álgebra booleana tem as vantagens
da simplicidade, velocidade e precisão.
Recurso exclusivo da álgebra booleana.
Diferente de álgebra comum, as variáveis utilizadas na álgebra booleana tem uma
Universidade Virtual Africana 107
Por exemplo, na equação lógica A + B = C, cada uma das três variáveis A, B e
C podem ter apenas um valor, 0 ou 1.
Leis da Álgebra de Boole
A Álgebra de Boole é um sistema matemático baseado na lógica. Ela tem o seu próprio
conjunto de leis fundamentais que são necessárias para a manipulação de diferentes
expressões booleanas.
1. Leis OR
A+0=A
Lei 1
Lei 3. A + A = A
A+A=1
A + 1 = 1 Lei 4.
Lei 2
2. Lei AND
Lei 5.
A.0 = 0
Lei 7.
A.A = A
Lei 6
A.1= A
Lei 8.
A.A = 0
3. Leis de complementaridade
Lei 9.
=1
Lei 10.
=0
Lei 13.
Lei 11. Se A = 0, Então
=1
Lei 12. A = 0, Então
=0
=A
4. Leis de Comutatividade
Essas leis permitem mudança na posição das variáveis e expressões em OR e AND.
Lei 14. A+ B = B + A
Lei 15.
A.B = B.A
As leis 14 e 15 significam que a ordem em que uma combinação dos termos é feita não
afecta o resultado final da mesma.
Universidade Virtual Africana 108
5. Leis Associativas
Essas leis permitem a remoção dos suportes da expressão lógica e agrupamento de
variáveis.
(
) = ( A + B) + C
Lei 16.
A+ B+C
Lei 17.
( A + B) + (C + D) = A + B + C + D
Lei 18.
A. B.C
(
) = ( A.B).C
6. Leis Distributivas
Estas leis permitem a factorização ou a multiplicação de uma expressão.
Lei 19.
(
A B+C
) = AB + AC .
( A + B)( A + C ).
Lei 20.
A + BC =
Lei 21.
A + .B = A + B.
7. Lei de Absorção
Estas permitem-nos reduzir uma expressão lógica complicada para uma forma mais
simples que resulta da absorção de alguns dos termos em termos existentes.
Lei 22.
A + AB = A
Lei 23.
A. A + B = A
Lei 24.
A.
(
(
)
) = AB ..
+B
Universidade Virtual Africana 109
4ª Auto - Avaliação
1. Converta a fracção binária 0.111 para o equivalente decimal.
2 Converta 0.7710 para o equivalente binário.
3. Converta 25.62510 para o equivalente binário.
4. Nas seguintes conversões, comente sobre as respostas que você obteve:
i - 1101.02 e 11010.02 .
ii- 1101.02 e 110.102 .
Realize as seguintes subtrações binárias:
10002 - 00012
a.
10012 - 01112.
11012 - 10102
b.
c.
6.
Expresse os seguintes números hexadecimais em números binários
(i) D8
7. (a)
(ii) 4E.
Use as referências para desenhar o circuito equivalente para a porta NOT e
explique como ele funciona.
(b)
A
B
C
X
(i) Ache a equação de Boole para a saída X.
(ii) Avalie X quando: A = 0, B = 1, C = 1 , e quando A = 1, B = 1, C = 1
(c) Construa a operação lógica para a porta NOR e explique o seu funcionamento.
Universidade Virtual Africana 110
8.
i) Desenhe o circuito lógico multiplexer mostrado na Fig. 4.11 (b);
ii) Escreva a equação lógica que determina a função de comutação;
iii) O demultiplexador executa o processo inverso de um multiplexador.
Escreva uma breve nota sobre o assunto!
9.
(i) Escreva uma tabela de verdade para a Fig. 4.13;
(ii) Use a Fig. 4.13 para descrever os quatro modos de operação: modo deficiente ou
inibido; modo de ajuste; modo claro ou de reajuste; e modo proibido ou não permitido.
(iii)
Desenhe um circuito de temporário SR-Flip flop e descreva o seu modo de
funcionamento.
Universidade Virtual Africana 111
Actividade: 5
Aquisição de Dados e Controle de Processos
Você precisará de 20 horas para concluir essa actividade. Apenas orientações básicas são
fornecidas para ajudá-lo a atravessar a actividade.
Objectivos específicos de Ensino e Aprendizagem
Nesta actividade você deverá ser capaz de:
(i) Explicar o funcionamento de um transdutor em vários modos (tensão, luz,
piezo, temp);
(ii) Explicar e aplicar processos de transdutor de sinal condicionado, e
(iii) Aplicar o sinal condicionado em formato digital.
Síntese da actividade de aprendizagem
Nesta actividade, são considerados os diferentes tipos de transdutores em relação à forma
de como é feito o processamento das informações. A discussão sobre o processamento da
informação está em três partes: sensores, condicionamento de sinal e aquisição de dados.
Sensor peso elétrico é discutido como exemplo de sensores e é derivada da expressão para
a tensão gerada. Nos termos de condicionamento de sinal são discutidas as seguintes
questões: requisitos para os conversores analógico-digital, isolamento de sinal,
processamento de sinal, remoção de sinais indesejados. Além disso, são discutidos
elementos relacionados à conversões de sensores de tensão, corrente e resistência à
tensão. A última secção da actividade considera a aquisição de dados, onde os temas
discutidos incluem anti-aliasing; amostragem e retenção; conversão analógica para a
digital; integração de sistemas. Em alguns casos, algumas equações são extraídas e
usadas para problemas numéricos.
Universidade Virtual Africana 112
Lista de leituras EXIGIDAS
1ª Leitura: WIKIBOOKS
Referência completa: http://en.wikibooks.org/wiki/Electronics/Boolean_Algebra. 5 de
Outubro de 2007.
Resumo: Os tópicos cobertos incluem, entre outros: operadores formais matemáticos, as
leis da álgebra booleana (associatividade, distributividade e comutividade).
Justificativa: Isso fornece materiais básicos de leitura em álgebra booleana.
2ª Leitura: Sensores
Referência
completa:
http://Soundlab.cs.princeton.ed/learning/tutorials/sensors/node19.html.
3 de Julho de 2007.
Resumo:
Os temas incluem a aquisição de dados (sensores, piezoeléctricos,
acelerómetros, força de sensoriamento de resistores, microfones, sensores de
biopotencial); Condicionador de sinais (Requisitos para os conversores AD, a tensão de
voltagem, corrente à tensão, resistência à tensão, capacidade à tensão); aquisição de dados
(anti aliasing, analógica para a l conversão digital, sistemas de aquisição de dados).
Justificativa: Esta leitura fornece bons materiais para esta actividade.
Lista de recursos MULTIMÉDIA relevantes:
Referência: http://images.google.co.uk/images?hl=en&q=Transducers&oe=UTF-8 & um
= 1 & ie = UTF-8 & sa = N & tab = wi. 04 de outubro de 2007.
Resumo: São fornecidas as imagens dos diversos tipos de transdutores.
Justificativa: O recurso é muito bom, pois proporciona informações sobre os diferentes
Transdutores.
Referência: http://images.google.co.uk/images?hl=en&q=sensors&oe=UTF-8 & um = 1
& ie = UTF-8 & sa = N & tab = wi 04 de Outubro de 2007.
Resumo: O recurso oferece diferentes tipos de sensores.
Racional: As imagens reforçam o aprendizado quando se olha para eles.
Lista Relevante de Links Úteis:
Universidade Virtual Africana 113
Actividade 5.1 Operação de Transdutores
Nesta actividade, você será obrigado a:
(i) Explicar o funcionamento de um transdutor em vários modos;
(ii) Explicar e aplicar os processos do transdutor condicionado de sinal;
(iii) Aplicar o sinal condicionado em formato digital.
A electrónica é um curso que não é muito ensinado na escola. Esta actividade em grande
medida, proporcionar-lhe-á maior parte das informações básicas relacionadas à diferentes
conceitos. No entanto, você será obrigado a realizar a leitura extensiva, a fim de cobrir as
lacunas em falta. Uma série de referências são dadas a você durante o seu estudo, mas você
não deve se limitar apenas à estas referências.
Actividade 5.1.1
Definição de Transdutores
Um transdutor é um dispositivo, geralmente eléctrico, electrónico, electro-mecânico,
eletromagnético, fotônica, ou fotovoltáico que converte um tipo de energia para outro,
para várias finalidades, incluindo a medição ou a transferência de informação (por
exemplo, sensores de pressão). Num sentido mais amplo, um transdutor é por vezes
definido como qualquer dispositivo que converte um sinal de uma forma para outra.
Actividade 5.1.2
Processamento da informação
Nesta secção, você aprenderá como o processamento de informações é feito. Isto em
relação às áreas principais. O caminho através do qual as informações são processadas
requer três partes: sensores, condicionamento de sinais e aquisição de dados, conforme é
ilustrado na Fig.5.1.
Figura 5.1 As três partes através das quais a informação é processada
Universidade Virtual Africana 114
Antes de descutir sobre as três partes através das quais as informações são processadas,
vamos em primeiro lugar, olhar para os tipos de transdutores.
Tipos de transdutores
Os tipos de transdutores são dados como segue:
1. Electromagnético:
- Antena - converte ondas electromagnéticas em corrente eléctrica e vice-versa.
- Tubo de raios catódicos (CRT) - converte sinais eléctricos à forma visual.
- Lâmpada fluorescente, lâmpada incandescente - converte energia eléctrica em luz visível.
- Cartucho Magnético - converte movimento em forma eléctrica.
- Resistor dependente da luz (LDR) - converte as mudanças nos níveis de luz nas alterações
de resistência.
- Cabeça Tape - converte variações de campo magnético em forma eléctrica.
- Sensor de efeito Hall - converte um nível de campo magnético em forma eléctrica.
2. Electroquímico:
- Sonda de Ph.
- Células de combustível electro-galvanizado.
3. Eletromecânico:
- Motor rotativo, o motor linear.
- Potenciômetro quando usado para medir a posição.
- Célula de carga - converte a força
para o de sinal eléctrico, usando extensómetros.
- Medidor de tensão.
- Interruptor.
4. Eletroacústico:
- Geofone - converte o movimento de terra (deslocamento) em tensão.
- Hidrofone - converte mudanças na pressão da água numa forma eléctrica.
- Altifalante, alterações do fone de ouvido - converte sinais eléctricos em forma acústica.
- Microfone - converte mudanças na pressão atmosférica num sinal eléctrico.
- Cristais piezoelétricos - converte variações de pressão em forma eléctrica.
Universidade Virtual Africana 115
5. Eletrostático:
- Electrómetro
- Cristal Líquido Desenvolvido (LCD)
6. Termoeléctrico:
- Detector da Temperatura de Resistência RTD.
- Termopar.
- Termistor (incluindo resistores PTC e NTC).
Tarefa 5.1 Faça leitura e tome notas
Você é obrigado a usar as referências: http://en.wikipedia.org/wiki/Transducer 8 de Outubro
de 2007; http://soundlabs.princeton.edu/learning tutorials/sensors/node7 12 de Agosto de
2007; Para fazer breves notas. Você precisa usar os links dentro da referência, a fim de
enriquecer as notas.
 Tensão;
(a) Explicar
o funcionamento de um transdutor nos seguintes modos:



Luz;
Piezo e
Temperatura
Actividade 5.1.3
Breves Notas sobre sensor de condicionamento de sinal, e
dados para a sua aquisição
Nesta secção, os três estágios de processamento de informação na fig. 5.1 são brevemente
discutidos como se segue. A maioria dos conceitos são fornecidos. Assim, o que você
precisa fazer é concentrar-se na compreensão dos conceitos abaixo fornecidos.
(i) O Sensor
Os sensores podem ser classificados pela física subjacente de seu funcionamento, embor
um princípio físico possa ser usado para explicar vários e diferentes fenômenos. Po
exemplo, o efeito piezoelétrico pode medir a força, flexão, aceleração, calor e vibraçõe
acústicas. No entanto, um fenômeno também pode ser medido por muitos princípios físicos
Por exemplo, as ondas sonoras podem ser explicadas pelo efeito piezoelétrico bem como
capacitância, os efeitos dos campos electromagnéticos, e mudanças na resistência.
Universidadde Virtual Africana 116
(ii) Condicionamento de Sinais
As informações de um sensor devem ser alteradas para uma forma adequada, para a
entrada no sistema de aquisição de dados. Isto significa mudar a saída do sensor de
tensão (se já não estiver), modificando os sensores de uma série dinâmica para
aumentar a precisão do sistema de aquisição de dados, eliminando os sinais
indesejados, e limitar o espectro do sensor. Em alguns casos, processamento de sinais
analógicos (lineares e não lineares) são desejáveis para aliviar a carga de
processamento do sistema de aquisição de dados e do computador.
(iii) Aquisição de Dados
O tempo analógico e contínuo dos sinais medidos pelo sensor e modificado pelo
circuito de condicionamento de sinal deve ser convertido para o formato que um
computador possa entender. Isto é, o que é referido aqui como aquisição de dados.
Actividade 5.1.4 Sensores
Nesta atividade, você vai explicar o funcionamento de alguns dos sensores tais como:
1. Sensorces Pizoelectricos e força de sensoriamento resistor e microfones.
2. As notas fornecidas devem ser completadas em todos os momentos.
Sensores piezoléctricos
O efeito piezoeléctrico é um efeito no qual a energia é convertida da forma mecânica
para a eléctrica. Quando uma pressão é aplicada à um piezoelétrico, os resultados
decorrentes da deformação mecânica são uma carga eléctrica. Por exemplo, microfones
piezoelétricos pressionados resultam em tensão acústica. Alternativamente, quando
uma carga eléctrica é aplicada à um cristal polarizado, o cristal sofre uma deformação
mecânica que pode, por sua vez, criar uma pressão acústica. (Leia mais sobre isso).
Como a tensão é criada num cristal polarizado
Figura 5.2 Estrutura interna de um electreto
Sólidos que estão em permanente polarização eléctrica são chamados de electretos, Fig.
5.2. Semelhante polarização permanente também é observada em cristais, onde, cada
University Africana Virtual 117
Mas isso resulta em excesso de carga de superfície que atrai cargas livres da envolvente
atmosfera que faz com que o cristal fique electricamente neutro. Se uma força suficiente é
aplicada ao cristal piezoeléctrico, a deformação que ocorre perturba a orientação dos
dipolos eléctricos e é criada uma situação em que a carga não é completamente cancelada.
Isso resulta num excesso temporário de carga de superfície, que posteriormente se
manifesta como uma tensão que é desenvolvida através do cristal.
Figura 5.3 Um sensor baseado no efeito piezoelétrico
Se a superfície da carga em um cristal é sabida, este princípio físico é utilizado para fazer
um sensor que mede a força. Um sensor de força é feito de um capacitor formado por
“uma saduiche” de cristal piezoeléctrico entre duas placas de metal, como mostra a figura.
5.3. Quando uma força externa actua sobre um cristal, é criada uma carga, que é uma
função da força aplicada à defomação do cristal. Esta carga resulta em uma tensão, V dada
pela Equação 5.1
V =
(5.1)
Expressão em que
é a carga resultante de uma força f, e C é a capacitância do
dispositivo. Como descrito acima, cristais piezoelétricos funcionam como transdutores
que transformam a força, ou estresse mecânico em carga eléctrica que por sua vez pode
ser convertida em uma tensão. Por outro lado, se se aplica uma voltagem às placas do
sistema na figura. 5.3, o campo eléctrico resultante faz com que o dipolo eléctrico interno
fique realinhado, o que poderia causar uma deformação do material. Um exemplo disso
são transdutores piezoelétricos que são usados tanto como alto-falantestensão (tensão
para mecânica) e microfones (mecânica para eléctrica).
Tarefa 5.2 Leitura e anotações
Faça uma leitura obrigatória à 5ª Leitura e à outras referências para escrever notas
explicando os princípios de funcionamento de:
(a) Força de sensoriamento resistores.
Universidade Virtual Africana 118
Actividade 5.1. Condicionamento de Sinais
Requisitos para os conversores A – D
O propósito primário para o circuito de condicionamento de sinal analógico é modificar a
saída do sensor para a forma que pode ser perfeitamente convertido num tempo discreto de
fluxo de dados digitais pelo sistema de aquisição de dados. Alguns requisitos importantes
de entrada da maioria dos sistemas de aquisição de dados são os seguintes:
1. O sinal de entrada deve ser na forma de onda de tensão. O processo de converter a
saída de um sensor de tensão pode também ser usado para reduzir os sinais não
desejados, ou seja, os ruídos.
2. A gama dinâmica do sinal de entrada deve ser igual ou próximo a gama dinâmica
do sistema de aquisição de dados (normalmente igual ao nível de referência de
tensão, (Vref , ou 2* Vref ). Isso é importante para maximizar a resolução do
Conversor-Analógico-Digital (ADC).
3. A fonte de impedância, Rs, do sinal de entrada deve ser baixa, o suficiente para
que as mudanças na impedância de entrada, Rin, do sistema de aquisição de dados
não afecte o sinal de entrada.
4. A largura de banda do sinal de entrada deve ser limitada, a menos de metade da taxa de
amostragem da conversão analógica para a digital.
Breves notas sobre exigências adicionais para o condicionamento de sinal
Há muitos outros usos para o circuito de condicionamento de sinal dependendo da
aplicação particular. Algumas delas são:
(i) Sinal de isolamento
Em muitas aplicações é necessário isolar o sensor da fonte de alimentação do
computador. Isso é feito de duas maneiras: o isolamento magnético ou
isolamento óptico.
(ii) Sinal de pré-processamento
Geralmente, para realizar o pré-processamento sobre o sinal do sensor, é
desejável, antes de aquisição de dados, baixar no sistema, a taxa necessária de
amostragem, a fim de reduzir o tempo de processamento exigido pelo
computador ou até mesmo desempenhar funções que permitirão a utilização de
um sistema muito simples de aquisição de dados completamente.
(iii) A remoção de sinais indesejados
Muitos sinais de sensores de saída podem ter muitos componentes diferentes.
Alguns desses sinais adicionais podem danificar o sensor de saída e precisam ser
removidos antes que o sinal seja digitalizado. O “ruido” que resulta de sinais
Universidade Virtual Africana 119
Tensão de Tensão
(i) Motivação
Muitos sensores de saída são de uma onda de tensão. Assim, nenhum circuito de
condicionamento de sinal é necessário para realizar a conversão de uma tensão. No
entanto, a transformação da impedância modifica uma banda dinâmica, e a redução da
largura de banda pode ser necessária para todo o sistema de condicionamento de sinal,
dependendo da amplitude e largura de banda do sinal e da impedância do sensor. Desta
fase em diante, é importante rever a análise do circuito ideal de amp-op discutido na
actividade 3 (não - invertido, a soma do amplificador, etc...).
(ii) Circuitos Amplificados
Invertido
O circuito mais comum usado para o condicionamento de sinal é o circuito
amplificador inversor mostrado na Fig. 5.4. O ganho de tensão deste amplificador é
-
. Assim, o nível de saída do sensor pode ser comparado com o nível necessário para
o sistema de aquisição de dados. A impedância de entrada é de cerca de RI e a
impedância de saída é quase nula. Assim, este circuito prevê impedância transformada
entre o sensor e o sistema de aquisição de dados.
Figura 5.4
Circuito amplificador inversor
O balanço da tensão de saída do amplificador é limitada pela oferta de potência do
amplificador, como mostra a figura. 5.5. Neste exemplo, a alimentação é + / - 13V
Quando o saída do amplificador for superior à este nível, a saída é “cortada”'.
Universidade Virtual Africana 120
Figura 5.5 Clipping de saída de um amplificador
A largura de banda é limitada, da mesma forma como a gama dinâmica do amplificador.
O ganho de largura de banda de op-amp é fixo. Quando um op-amp tem um de banda de
largua de 3MHz está conectado por um ganho de 100, então a largura de banda do
amplificador será limitado a 30kHz (100 × = 30kHz MHz). Todos os op-amps introduzem
um
ruído ao sinal e constitui uma limitação importante do circuito amplificador.
Resistências também introduzem ruído no circuito. A equação para este ruído térmico é
V 2ruido = 4kTBR
(5.2),
Onde k é constante de Boltzmann, T a temperatura, B é a largura de banda do dispositivo de
medição, e R é o valor da resistência. Outra limitação do amp-op é a compensação da
tensão. Todos os op-amps têm uma pequena quantidade deste potencial DC, e é amplificado
então apenas como se fosse parte do sinal do sensor, não presente entre os terminais
inverso e não-inverso.
Universidade Africana Virtual 121
(iii ) Amplificador de Instrumentação
Possivelmente, o circuito mais importante de configuração de amplificação do sensor de
saida é o Amplificador de Instrumentação (AI). Num Amplificador de Instrumentação,
temos:
1. Um ganho estável, acurado e finito, normalmente entre 1 e 1000;
2. Uma impedância de entrada extremamente alta;
3. Uma impedância de saida extremamente baixa;
4. Um CMRR. Extremamente alto
N.B. CMRR (Taxa Comum do Modo de Rejeição) é definido como:
CMRR =
Avd
Avc
(5.3)
Onde,
A
vd
A
vc


V
out
V
out

V V 

V V 
2
= ganho do modo diferencial
(5.4
= ganho do modo comum
(5.5
O amplificador diferente aqui descrito não satisfaz o segundo requisito da alta impedânci
na entrada. Este problema é resolvido pela implantação dum amplificador não – invertid
em cada uma das entradas dos diferentes amplificadores mostrados na fig. 5.6. Lembre-s
que o amplificador não – invertido tem uma impedância de entrada quase infinita. Na fig
5.6, os dois resistores são ambos ligados pelo resistor comum RG, instalado em torno do
resistores. O ganho total do diferencial do circuito é dado pela Equação (5.6):



AVd = 1  2
 R2

R G  R1
R
3




(5.6
Universidade Virtual Africana 122
Figura 5.6 Instrumentação do Amplificador
Exemplo: Cálculo numérico
Determine o ganho total do amplificador da Fig. 5.6 se
2.3kΩ; R2 = 47kΩ; R3 = 4.5kΩ; and RG = 2.0kΩ
Solução:



AVd = 1  2
 R2

R G  R1
R
3




 112.4
(v) Passo baixo e alto de filtros activos
A largura de banda do sinal de entrada pode ser limitada por modificar o amplificador não – invertid
como o ilustrado na figura. 5.7. Ou seja, o resistor de realimentação é substituído pela combinaçã
resistor/capacitor. Assim, o ganho do circuito é agora dado pela Eq.. 5.7.
=
Onde,
(5.7)
= ‐ e = (5.8
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Figura 5.7 Filtro Passo – Baixo Unipolar
Actividade 5.2 Corrente para Tensão
Nesta secção você vai aprender como a corrente de saída de um sensor pode ser
convertida numa tensão.
Actividade 5.2.1
Motivação
Alguns sensores funcionam mais como corrente de saída ao invés de uma tensão. O sensor
mais comum deste tipo é o de díodos que tem uma saída de corrente proporcional à
quantidade de luz que brilha sobre ele. Neste caso, usa-se o circuito de condicionamento
de sinal, para converter a corrente de saída do sensor à uma tensão.
Actividade 5.2.2
Circuitos
Para converter uma corrente à uma tensão, ao invés de um amplificador não-inversor,
uma configuração do amplificador inversor. Isso ocorre porque um amplificador nãoinversor puxa muito pouca corrente. A Fig. 5.8 mostra um amplificador de corrente ligada
à um fotodiodo. À medida que a luz aumenta, a corrente de saída do fotodiodo aumenta,
aumentando assim Vout proporcionalmente:
Vout I sR
5.9
Universidade Virtual Africana 124
Actividade 5.3 Resistência para a tensão
Actividade: 5.3.1
Motivação
Muitos sensores causam mudanças na resistência eléctrica em resposta à quantidade da
sua medida. Por exemplo, resistores da força do sensoriamento, suas resistências
diminuem quando uma força é aplicada, alterando em termistores a resistência em função
da temperatura e nos microfones de carbono, alteram a sua resistência em resposta à
mudança da pressão acústica. Portanto, nos aparelhos, o que é necessário é converter a
resistência numa voltagem utilizável que pode ser lida pelos conversores de analógico
para digital. Alguns circuitos que realizam essas medidas são a seguir descritas:
Actividade 5.3.2
Circuitos
Existem duas maneiras de converter a resistência de um sensor de tensão. A primeira e a
mais simples é aplicar uma tensão à uma rede divisória do resistor composta por um
resistor de referência, RF, e do sensor RM, como ilustra a Fig. 5.9.
Figura 5.9 Resistência para a tensão
A tensão que aparece em todo o sensor (ou o resistor de referência) é, então, tampão antes
de ser enviado para o ADC. A tensão de saída é dada pela equação 5,10.
=
=
(5.10)
Neste caso, o amplificador amplifica a tensão de todo o sensor medido através do sensor
e ainda assim é muito melhor amplificar somente a mudança na tensão devido a uma
mudança na resistência do sensor. Isto é conseguido através de uma ponte como é
mostrado na figura. 5.10.
Universidade Virtual Africana 125
Figura 5.10 A ponte de resistência conectada à um amplificador de instrumentação (IA)
Se R1 é igual à R, então o resultado aproximado deste circuito é dada pela equação 5.11.
(5.11)
=
Onde A é o ganho do IA e δ é a mudança na resistência do sensor correspondente à alguma acção físic
Aqui, só δ está sendo ampliado.
Actividade 5.4 Capacidade de tensão
Actividade 5.4.1
Motivação
A propriedade de capacitância eléctrica é um princípio físico por trás de muitos dos
sensores, porque é uma propriedade que varia directamente proporcional à distância entre
as placas de metal. Capacitores podem ser usados como sensores que podem detectar a
presença de um objecto entre suas placas. Isso ocorre porque os capacitores são sensíveis
ao material que reside entre suas placas de metal. Assim, este princípio pode ser usado
como um detector para determinar quando alguém entra num espaço. No caso do sensor
piezoelétrico, usamos o facto de que a tensão de um capacitor carregado varia
inversamente proporcional à sua capacitância. A tensão de saída é amplificada à um nível
utilizável por um circuito amp-op.
Actividade 5.4.2
Circuitos
Esta actividade descreve brevemente como a capacitância pode ser medida. Deve-se notar que
capacitância pode ser medida da mesma forma como para medir a resistência, para medir, ou sej
Universidade Virtual Africana 126
resistores, são usados capacitores. No entanto, uma diferença fundamental é que Vref deve
ter um sinal sinusoidal desde os blocos capacitores DC.
Actividade 5.5 Aquisição de Dados
Nesta secção você vai aprender sobre as funções das diferentes secções de aquisição de
dados. A Fig. 5.11 mostra os passos respeitados para a aquisição de dados. Cada etapa do
processo de Aquisição de dados contempla: Anti-aliasing; amostra / Hold e Quantização
são descritas a seguir.
Figura 5.11
Aquisição de dados
Actividade 5.5.1
Anti-aliasing
O requisito essencial é que todos os sinais devem ser de banda limitada a menos de
metade da taxa de amostragem do sistema de amostragem. Para os sinais de largo
espectro, um lowpass analógico de filtro deve ser colocado antes do sistema de aquisição
de dados. A atenuação mínima deste filtro na freqüência aliasing deve ser, no mínimo:
Amin 20log

Onde B é o número de bits do ADC. Esta fórmula é derivada do facto de que há um nível
mínimo de ruído inerente ao processo de amostragem e não há necessidade de atenuar o
sinal do sensor mais abaixo deste nível de ruído.
Tarefa 5.3
Leitura e anotações por realizar
(a) Use obrigatoriamente a 5ª Leitura e outras referências para escrever notas em breve
Universidade Virtual Africana 127
Actividade 5.5.2
Retenção e Amostragem de um Circuito
Nesta secção você vai aprender que:
O objectivo da amostra e os circuitos de espera é para tirar um instantâneo do sinal do
sensor e manter o valor. Isso acontece uma vez a cada período de amostragem quando o
interruptor liga o condensador ao circuito de condicionamento de sinal. Durante este
período, o capacitor tem o valor de tensão medido até que uma nova amostra seja
estabelecida. Tendo em conta tudo isso, o ADC deve ter um sinal estável, a fim de
executar com precisão uma conversão. A Fig. 5.13 é um circuito equivalente para a
amostragem e retenção do circuito. Muitas vezes, a amostra e os circuitos de espera são
incorporados no mesmo pacote do circuito integrado.
C
Figura 5.13 Circuito equivalente para Retenção e Amostragem
No entanto, um circuito de Retenção e Amostragem tem problemas que são atribuídos à:
Limitado Tempo de Abertura; passagem directa do sinal, e Inclinação do Sinal.
Actividade 5.5
Conversão Analógica - Digital
Nesta secção você vai aprender que:
(i) O objectivo da conversão do analógico para o digital é quantizar o sinal de entrada
da amostra e manter o circuito nos níveis discretos 2B - onde B é o número de bits do
conversor analógico-digital (ADC);
(ii) A tensão de entrada pode variar de 0 a Vref (ou de –Vref para + +Vref para um ADC
bipolar). O que isto significa é que a tensão de referência do ADC é usado para definir
o intervalo de conversão da ADC;
(iii) Para um ADC monopolar, uma entrada de 0 V fará com que o conversor para
saída de todos seja nula;
(iv) Se a entrada para o ADC for igual ou superior a Vref, em seguida, o conversor de
saída serão todos iguais;
(v) Para entradas entre estes dois níveis de tensão, a ADC, os números binários de
saída serão correspondentes ao nível de sinal;
(vi) Para um ADC bipolar, a entrada mínima é de –Vref e não 0V.
Universidade Virtual Africana 128
1. Problemas com ADC
ADC tem problemas devido ao ruído no sinal de saída quantizada. Isto é porque emite
apenas níveis
. A razão do sinal para este ruído de quantização é chamado SQNR. O SQNR em
decibéis (dB) é aproximadamente igual a 6 vezes o número de bits do ADC dada pela Eq. 5.13.
20logSQNR6Bits
5.13
Para um ADC de 8 bits, o SQNR é aproximadamente igual a 48dB. No entanto, outras
fontes de ruído que corrompem a saída do ADC incluem o ruído do sensor, do circuito de
condicionamento de sinal, e em torno do circuito digital.
2. Como reduzir o ruído.
Os efeitos do ruído podem ser reduzidos, maximizando o nível do sinal de entrada. Ou
seja, aumentando o ganho do circuito de condicionamento ao máximo até que este seja
igual à Vref de ADC. Também é possível reduzir a Vref até o nível máximo do sensor. O
problema com isto é que o ruído irá corromper os pequenos sinais. Uma boa regra é
tãode
grande
como a conversão do sinal digital máximo, geralmente
manter
Vref pelo
Actividade
5.6 menos
Sistema
Integração
de 5V.
Figura 5.14 Diagrama de Bloco dos Instrumentos Nacionais da placa de aquisição de
dados
Universidade Virtual Africana 130
Actividade 5.6.1
Sistema de Aquisição de Dados
A Fig. 5.14 representa um diagrama de blocos simplificado de hardware do Instrumento
Nacional da placa de aquisição de dados que pode ser usado na parte de laboratório de
uma classe. Possui 16 canais analógicos que podem ser configurados como 16 simples de
terminais de entrada ou 8 entradas diferenciais. Isto é conseguido através do
multiplexador, ou comutação de circuitos e software configurável. A saída do
multiplexador feeds num amplificador é programável através de software. Este circuito
permite que o programador escolha uma amplificação adequada ao sinal que está a ser
medido. A placa utilizada no laboratório é capaz de executar ganhos de 0,5 até 100. Como
um exemplo de como esse ganho programável seria usado, considere um bipolar (positivo
e negativo) do sinal de entrada. O conversor analógico-digital possui uma gama de tensão
de entrada de ± 5V, portanto, um ganho de 0,5 seria aconselhável para lidar com tensões
variando entre ± 10V (5/0.5). Da mesma forma, um ganho de 100 resultaria numa escala
máxima de ± 50mV (5 / 100) na entrada da placa. Além dos conversores de analógico
para digital, há dois conversores digitais para analógicos, que permitem gerar sinais
analógicos. Oito linhas digitais I/O também são fornecidos que permitem que a placa de
circuitos de controle digital externo monitore o estado dos dispositivos externos, tais
como interruptores ou botões.
5ª Auto – Avaliação
1. (a) O que quer dizer o seguinte?
(i)
Tempo Finito de Abertura;
(ii)
Passagem directa do sinal;
(iii) Inclinação do Sinal.
2. Explique o que se entende por isolamento magnético e isolamento óptico.
3. Explique a teoria básica de isolamento óptico.
Universidade Virtual Africana 130
Actividade 6:
Computadores e dispositivos de interligação
Você precisará de 15 horas para concluir essa actividade. Somente são fornecidas
orientações básicas para ajudá-lo a executar a actividade.
Objectivos Específicos de Ensino e Aprendizagem
Nesta actividade, espera-se que você seja capaz de explicar o nível que compõe um
sistema, um microprocessador.
Resumo da actividade de aprendizagem
A actividade começa por dar as definições dos termos essenciais. Isto é seguido por
considerações e classificações dos tipos dos computadores, tais como computadores
analógicos, computadores digitais e computadores híbridos. Em cada caso, são
consideradas três unidades principais de um computador: - os dispositivos de entrada,
dispositivos de saída e
unidade de processamento central. No caso da CPU, um
significado de um termo como de 16 bits memória de 64 K são claramente explicados.
Lista de materiais de leitura
7ª Leitura: Computadores Wikibooks
Referência: http://en.wikipedia.org/wiki/Computer. 04 de outubro de 2007.
Resumo: A referência fornece como obras a leitura em arquitectura armazenada do
programa do computador. Isto inclui a unidade de controle, aritmética / unidade lógica
(ALU), a memória, entrada / saída (I / O), multitarefa, multiprocessamento, e criação de
redes e internet.
Justificativa: esta é uma leitura simples e básica para que alguém possa começar a
aprender sobre o computador.
Lista de recursos relevantes MULTIMÉDIA
Referência: http://www.eastaughs.fsnet.co.uk/cpu/index.htm. 07 de outubro de 2007.
Resumo: Os temas abordados incluem computador tutorial, tutorial microprocessador que
discute sobre a estrutura do CPP e instruções para a sua execução.
Justificativa: Isso fornece uma explicação concisa e ilustração de um computador.
Lista Relevante de Links Úteis
Título: Computadores
URL: http://en.wikipedia.org/wiki/Computer 04 de outubro de 2007.
Resumo: O recurso fornece leitura em programas armazenados na arquitectura, e como
Universidade Virtual Africana 131
Título: Microprocessador.
URL: http://en.wikipedia.org/wiki/Microprocessor. 5 de outubro de 2007.
Resumo: Este fornece algumas matérias básicas de leitura: projectos de 8 bits,
projectos de 16 bits, projectos de32 bits e projectos de 64 bits em computadores pessoais.
Título: Arquitectura no computador de 32 bits.
URL: http://en.wikipedia.org/wiki/32-bit
Resumo: Isto dá o significado de um processador de 32 bits.
Título: Arquitectura no computador de 8 bits.
URL: http://en.wikipedia.org/wiki/8-bit
Resumo: O tema inclui a lista de CPUs de 8 bits.
Universidade Virtual Africana 132
Actividade 6.1
Computador
Nesta actividade, nós começamos por dar uma definição de um computador digital antes
de passar a explicar os componentes do nível dos sistemas de um microprocessador.
Actividade 6.1.1
Definição
Um computador digital é um complexo conjunto de portas lógicas, registradores e
circuitos associados, organizados para realizar computação lógica de manipulação de
formas de onda que representa números digitais e palavras.
Os circuitos dos
computadores digitais são projectados para realizar cálculos lógicos de todos os tipos.
Portanto, a máquina fornece instruções detalhadas referentes a cada etapa específica para
o cálculo desejado, bem como todos os números digitais envolvidos. O conjunto completo
de instruções é chamado por programa e é armazenado no computador. Desde que o
programa e os dados sejam facilmente alterados para diferentes problemas, o
armazenamento do progama no computador digital é um instrumento muito flexível e
poderoso de transformação.
Actividade 6.1.2
Tipos
de computadores
Nesta actividade, você vai aprender que os computadores podem ser divididos de acordo
com o tamanho e a memória. Estes incluem:
Micro computadores. Um micro ou computador pessoal é o menor sistema de computador
de uso geral. Pode executar o programa para uma variedade de instruções. Esses
computadores geralmente têm 8, 16 ou um microprocessador de 32 bits. Um
microprocessador de 8 bits significa que ele pode processar 8 bits ou 1 byte de dados em
um momento único;
Minicomputadores. Um sistema de minicomputador é um computador de uso geral de
pequeno porte. Os minicomputadores são computadores multi-usuários em contraste com
os micros. Eles são muito úteis em redes de processamento de dados distribuídos. A
maioria dos microcomputadores projectados hoje em dia possuem microprocessadores de
32 bits.;
mainframe. Um sistema de computador mainframe é um computador rápido que pode
processar dados muito mais rápidos e, vários microprocessadores são usadas no lugar de
utilidade única em sistemas de micro e minicomputadores. 2 à 8 bytes pode ser operado
Universidade Virtual Africana 133
Actividade 6.1.3
Classificação dos computadores
Nesta secção você vai aprender que os computadores também podem ser classificados de
acordo com o processamento de dados. A classificação inclui computadores analógicos,
digitais e computadores híbridos.
a) Os computadores analógicos.
(i) Lida com dados que são representados por quantidades físicas de tamanho variável
contínua como corrente, tensão, temperatura, tempo, etc.;
(ii) Levantamento de probremas matemático-análogos;
No entanto, e um computador analógico é menos preciso (1 em
) e possui memória
limitada.
b) Os computadores digitais.
Estes computadores lidam com números reais, expressos em algarismos e as qualidades
do problema são representadas por números discretos. O circuito de pulsos é usado em
computadores. Ele decompõe o problema em passos aritméticos lógicos. Tem uma
memória muito grande e uma precisão muito alta (1 em
ou mais).
c) Computadores híbridos.
Os computadores híbridos são aqueles em que as características desejáveis dos
computadores analógicos e digitais são integrados.
Actividade 6.1.4 Componentes essenciais de um sistema de computador.
Nesta actividade, você aprenderá sobre as funções das principais unidades de um
computador. Um computador pode ser dividido em três unidades principais:
- Os dispositivos de entrada, dispositivos de saída e unidade central de processamento.
O diagrama de blocos de um sistema de computador é mostrado na figura 6.1.
CPU
Entrada
Unidade
de Controle
Unidade Lógica
&
Aritmética
Saída
Memória principal
Figura 6.1 Diagrama de blocos de um sistema informático
Universidade Virtual Africana 134
(i) Os dispositivos de entrada. Os dados necessários e as instruções são enviados para o
computador através do dispositivo de entrada do computador. Os dispositivos de entrada
podem ser basicamente divididos em dois tipos:
- Dispositivos de entrada directos e dispositivos de entrada indirectos.
Os dispositivos de entrada directa consistem em:
Teclado, terminal de dados de entrada, leitor de código de barra, "tela tocha"
(unidade visual do visor), caneta de luz, mesa de entrada, “mouse”, disco de voz,
leitor de caracteres magnéticos de tinta, e um leitor óptico de caracteres.
Enquanto os dispositivos indirectos consistem em:
Leitor de cartão perfurado, Leitor de disco da disquete, discos compactos, memória
de varas e fitas magnéticas
Leitor
(ii) os dispositivos de saída. Estes dispositivos tomam a saída gerada a partir do
computador em código de máquina e converte-os para serem armazenados de tal sorte que
sejam compreensíveis por seres humanos, de alguma maneira conveniente. Os
dispositivos de saída podem ser divididos em três categorias: saída exibida, saída e saída
armazenada. A maioria dos computadores possuem dispositivos de exibição. Os
dispositivos de visualização são tubo de raios catódicos (CRT). A exibição em plasma
veio para a ribalta nos computadores portáteis. O dispositivo de saída impressa gera a
saída na forma impressa em papel. As impressoras podem ser amplamente divididas em
quatro tipos: - As impressoras matriciais, Cartas impressoras de alta qualidade ,
impressoras de linha, as impressoras a laser.
As diferentes formas de produção armazenada também conhecidas como armazenamento
secundário do sistema são as seguintes:
- De papel perfurado, fita magnética, disco magnético, disco de armazenamento de
memória RAM, armazenamento de bolha magnética, disco óptico.
(iii) Unidade Central de Processamento (CPU).
A CPU é o coração do computador e consiste em três componentes a saber:
- Memória ou memória principal, unidade lógica e aritmética, e Unidade de Controlo.
Todos estes componentes são circuitos electrónicos. A memória principal ou área de
memória pode ser dividida em quatro secções como se segue:
- Área de armazenamento de entrada onde os dados são realizados até que sejam
processados;
- Área de armazenamento de programa, área onde se realiza a instrução e o
processamento de dados;
-Area de Trabalho e armazenamento (bloco de notas) onde os dados intermediários são
realizados ao mesmo tempo que processados.
- Área de armazenamento de saída, onde são realizados os resultados finais.
Universidade Virtual Africana 135
A memória de armazenamento principal é de dois tipos:
- Memória de núcleo magnético;
- Memória Semiconductor.
O primeiro tipo é não volátil, isto é, não deixa armazenar os dados quando a fonte de fora
está ligada. É agora praticamente substituído pelo último tipo. As memórias de
semicondutores são de acesso mais rápido e mais compacto e barato. Os tipos mais
comuns são:
- Memória de acesso aleatório (RAM);
- Memória apenas pra leituras (ROM);
- ROM Programável (PROM)
- PROM apagável (EPROM).
A memória é medida em termos de palavras, localização ou endereços.
Por exemplo, o número de bytes de 16 bits numa memória de 64 K é dada como se segue:
= 64 * 1024 * 16 = 1048576 bits
= 131072 bytes,
Se 1 byte = 8 bits de armazenamento e um K = 1024 posições.
Onde 1 byte = 8 bits de armazenamento e um K = 1024 posições.
Actividade 6.2 Microprocessador
Nesta actividade, vamos aprender sobre um microprocessador e, em seguida, explicar os
seus componentes ao nível do sistema.
Um microprocessador é um processador de computador num microchip. É às vezes
chamado de um chip de lógica. É o "motor" que entra em movimento quando você liga
seu computador. O microprocessador é projectado para realizar operações aritméticas e
operações lógicas que fazem uso de pequenas áreas de exploração chamados registros.
Operações de microprocessadores típicos incluem a adição, subtração, comparando dois
números, e números de buscar uma área para outra. Estas operações são o resultado de um
conjunto de instruções que fazem parte do projecto do microprocessador. Quando o
computador é ligado, o microprocessador é projectado para obter a primeira instrução do
Insumo Básico / Saída do Sistema (BIOS) que vem com o computador como parte de sua
Universidade Virtual Africana 136
Em suma, o microprocessador é a integração de uma série de funções úteis num
IC de pacote único. Essas funções são:
a. A capacidade de executar um conjunto armazenado de instruções para executar tarefas
definidas pelo usuário;
b. A habilidade de ser capaz de acessar os chips de memória externa para ler e escrever
dados de e para a memória.
Actividade 6.2.1
Arquitectura de Computadores.
Você vai aprender que:
a. As partes principais de um computador digital, podem ser interligadas de diversas
maneiras enfatizando aspectos operacionais diferentes;
b. A estrutura interna de cada parte pode ser configurada para executar determinadas
tarefas mais eficientes. Esses aspectos do projecto do computador digital são referidos
como arquitectura de computadores.
Actividade 6.2
Arquitectura de microprocessadores
Esta actividade lida com o aprendizado da arquitectura de microprocessadores, que
incluem: organização de memória, unidade central de processamento e entrada / saída.
Actividade 6.2.1 Organização da memória
Aqui você aprende que a Memória Apenas para Leitura (ROM), e Memória de Acesso
Aleatório (RAM) usada em sistemas de microprocessadores são baseadas, entre outros, de
Transistor – Bipolar, Portas de Circuitos Integrados (Porta DTL NAND, Porta NAND
TTL, Porta ECL NOR, Porta
OR), e portas de circuitos integrados MOSFET (Porta
NMOS NOR, Porta CMOS NAND).
• escreva notas curtas para explicar o seguinte:
a. Memória de Acesso Aleatório (RAM);
b. Memória Apenas para Leitura (ROM).
Universidade Virtual Africana 137
Pontos de aprendizagem
Entre outros pontos, você deve saber que:
(i) Uma medida do poder de um sistema de microprocessador é a capacidade da
memória, para esta determinar a duração do programa e a quantidade de dados
que podem ser manipulados;
(ii) Em geral, a menor unidade de informação acessada sem memória é uma palavra, e
que o comprimento de palavra mais comummente usado em microprocessadores
é uma palavra de 8 bits, chamados bytes;
(iii) Palavras de memória podem ser interpretadas pelo processador de três maneiras
fundamentalmente diferentes: dados numéricos binários puros, instruções e
código de dados;
(iv) Os dados numéricos binários são associados com o programa. Por exemplo, um
byte de memória pode representar qualquer número entre 0000 0000, ou seja, de
0 a 1111 1111 ou 255.
Activitdade 6.2.2
Unidade Central de Processamento (CPU)
Nesta actividade, você vai aprender que:
(i) Cada CPU tem pelo menos um registo em que as palavras buscadas a partir de
dados da memória podem ser armazenadas;
(ii) O registo principal de trabalho da CPU é chamado de acumulador;
(iii) Há lojas acumuladoras de dados de palavras a serem operados pela CPU.
•_ Use referências e escreva notas curtas para explicar o funcionamento de três outros
registos operacionais, tais como:
registador de instrução; programa de registo e dados do contador.
Actividade 6.2.3
Entrada/Saída
Esta actividade é parecida com a que ocorre entrada / saída do microprocessador.
A chave da aprendizagem são os seguintes:
(i) Num sistema de microprocessador completo, a CPU troca dados e endereço de
palavras com memória chips e entrada / saída ou dispositivos de I / O;
(ii) Uma maneira directa de fazer isso é com um ônibus de dados e ônibus de endereços,
que são caminhos de sinal comuns que interligam todos os dispositivos. (O termo
ônibus derivada do latim omnibus, que significa "para todos");
(iii) A CPU pode colocar uma palavra de endereço no barramento de endereços, que é
decodificada por cada um dos outros chips e resulta em alguma resposta
apropriada. Esta resposta, que poderia ser um chip de memória para colocar a
palavra memória abordados no ônibus de dados, é desencadeada por um sinal que
permita a uma linha de controle, tais como a leitura / gravação da linha de
controle.
Universidade Africana 138
(v) A convenção popular é a de atribuir o menor de 10 dígitos para o endereço da palavra
e os restantes 6 dígitos binários mais significativos para a selecção de chips, como é
mostrado abaixo:
Endereço de memória de 16 bits
Usando esta convenção
ou 64, diferentes memórias chips (dispositivos AND/OR de I/
O) podem ser seleccionados e até
ou 1024, podem ser abordadas palavras individuais
em cada chip.
Às vezes, a maioria dos dispositivos de I / O comunicam-se com microprocessor através
dos amoortecedores chips da interface de I / O os que são abordados pela CPU bem como
chips de memória.da interface chips que são tratados pela CPU como chips de memória.
• Escreva notas curtas para explicar o que significa o seguinte, na entrada / saída
i. prioridades de interrupção;
ii. Acesso directo à memória (DMA).
Actividade 6.3 Codificador e decodificador.
Nesta actividade, aprendemos que num computador:
(i) O processo de codificação transforma os sinais desejados em palavras binárias que
podem ser armazenadas na memória para uso quando necessário;
(ii) O comprimento de palavra (número de bits) é muito inferior ao número de linhas;
(iii) O circuito de um codificador também tem muitas linhas de entrada, mas a saída é
um padrão de código que identifica cada uma das entradas. Por exemplo, sete
sinais de entrada são codificados para produzir três bits palavras binárias.
- Em geral, um total de
- 1 linhas de entrada podem ser representadas por n
bits palavras binárias.
Exemplo: Encontre o número de linhas de entrada que pode ser codificado para
1. palavra oito bit;
Universidade Virtual Africana 139
Solução:
Número total de linhas de entrada = ‐ 1
Pora uma palavra de 8 bits, o número total de linhas de entrada é =
Para uma palavra de 16 bits, o número total de linhas de entrada é =
- 1 = 255
-1 = 65535
Palavras cujos comprimentos são de 8, 16, 32 e 64 bits são de uso comum em
sistemas de computador. As palavras são muitas vezes divididas em segmentos
de oito bits, chamadas bytes.
Exemplo: Para determinar o número mínimo de bits necessários para um teclado
em que existem 26 letras minúsculas e maiúsculas 26, 10 numéricas e 22
caracteres especiais são necessários para o número total de 84 = (26 + 26 + 10 +
22) códigos exigidos para transmitir um código binário com cada golpe do
conselho-chave.
Desde que as linhas número total de entrada = 2n – 1
- 1
O número de n bits, é determinado como segue:
Se n = 6, então,
Se n = 7, então,
= 64. Isso é menos do que o total exigido de 84 códigos;
= 128. Esta é maior do que 84. Portanto, um mínimo de 7 bits serão
necessários.
Actividade 6.3.1 Ilustração de um codificador.
Um diagrama de blocos de um codificador como é mostrado na figura 6.2. Se a chave está
deprimida, um interruptor Kn, é fechado e, em seguida, uma fonte de 1V (correspondente
ao estado 1) é conectado à linha de entrada.
K
0
oo
K
1
oo
o
K
83
oo
Teclado
o
o
o
o
o
o
A
B
C
D
E
F
o G
1V
Figura 6.2 Diagrama de blocos do codificador de teclado
Universidade Virtual Africana 140
Actividade 6.4 Microprocessadores Práticos
Nesta actividade, são discutidos e aprendidos os diferentes microprocessadores práticos
tais como: sistemas de 8 bits, 16 bits e CPUs de 32 bits.
Actividade 6.4.1 Sistemas de 8-Bit
Nesta actividade, você vai aprender que:
(i) Um processador de 8 bits possui conjuntos de instruções (78 instruções), arquitectura d
chip e 2- μs ciclos de instrução;
(ii) Ambas as instruções e palavras de dados são de 8 bits;
(iii) Mas a extensão que aborda a palavra é 16 bits que corresponde ao endereço de
, ou
65,536 localizações;
(iv) Separe os dados de 8 bits e o endereço de ônibus de 16-bit que comunica com chip
periféricos, e uma região de memória RAM é reservada para agir como a pilha, que permit
sub-rotina praticamente ilimitado de nidificação;
(v)
Assim, na arquitectura de computadores, números inteiros de 8 bits, os endereços d
memória, ou outros dados são aqueles que tem, no máximo, 8 bits (um octeto) de largura
Além disso, CPU de 8 bits e arquitecturas ALU são aqueles que são baseadas em
registadores, barramentos de endereço ou dados de ônibus desse tamanho;
(vi) O primeiro microprocessador de 8 bits amplamente adoptado foi o Intel 8080, sendo
muito usado em computadores hobbyist dos anos 1970 e início de 1980, muitas veze
correndo o sistema operacional CP / M.
• Escreva uma breve nota sobre o que se entende por ciclo de instrução.
Actividade 6.4.1 Sistemas de 16 bits
Os principais pontos de aprendizagem aqui são os seguintes:
(i) Maior precisão em circuitos de microprocessador é alcançado através da utilização d
palavras com mais dados. Para isso, são usados os processadores de 16 bits e 32 bits;
(ii) É aconselhável usar palavras mais endereços para que as memórias maiores possam se
acessados e também maior velocidade de relógio a fim de reduzir o tempo de execução;
(iii) Microprocessadores modernos de chips de 16 e 32 bits atingiem estes objectivos usando
comprimentos mais longos e também pelo emprego avançado da sua arquitectura;
(iv)
Um certo número de parâmetros diferentes especificam o desempenho d
Universidade Virtual Africana 141
(vi) A capacidade de memória é indicada por convenção e comummente utiliza-se a
potência de base 2.
Ou seja, K é o símbolo para
= 1024 bytes ou kilobytes e M significa
1,048,576 bytes, ou um megabyte, enquanto G =
=
1,073,741,824 bytes, ou um
gigabyte.
(vii) Os processadores proeminentes de 16 bits incluem o PDP-11, Intel 8086, Intel 80286
e o 65C816 WDC. O Motorola 68000 era de 16 bits em que os seus barramentos de dados
eram de 16 bits de comprimento; No entanto, era de 32 bits em que os registradores de
forma geral, eram de 32 bits de comprimento acrescidas de
instruções aritméticas
suportadas por 32 bits aritméticos e 24 bits em que o barramento de endereços é de 24 bits.
 Um número inteiro de 16 bits pode armazenar
(ou 65.536) valores únicos.
Numa representação sem sinal, estes valores são os números inteiros entre 0 e
65535; usando dois valores que o compõem, é possível variar de -32768 a 32767.
Actividade 6.4.3 sistemas de 32 bits
Os principais pontos de aprendizagem aqui são os seguintes:
(i) A arquitectura de computadores, números inteiros de 32 bits, os endereços de memória,
ou outros dados são aqueles que são mais de 32 bits (4 octetos) de largura. Além disso,
CPU de 32 bits e arquitetura ALU são aquelas que são baseadas em registadores,
barramentos de endereço ou dados de ônibus desse tamanho. 32-bit também é um termo
dado a uma geração de computadores em que os processadores de 32 bits eram a norma;
(ii) O intervalo de valores inteiros que podem ser armazenados em 32 bits é de 0 a
4294967295 ou através -2147483648 a 2147483647 usando a codificação de 2º
complemento. Assim, um processador com endereços de memória de 32 bits pode
directamente aceder 4 gigabytes de byte de memória de memória endereçável.
Actividade 6.4.4 Kibibyte vs Kilobyte
Nesta actividade, vamos diferenciar entre kibibyte e kilobyte. Primeiro, vamos definir o
kibibyte. Isto é,
O kibibyte ((Uma contração de kilo binário byte) é uma unidade de informação ou
computador de armazenamento, estabelecida pela Comissão Eléctrica Internacional
em 2000. Seu símbolo é KiB.
Universidade Virtual Africana 142
Você deve observar que:
Se alguém espera
uma energia de dois valores para se referir à capacidade, e os
fabricantes utilizam uma energia de dez valores, a diferença pode ser substancial:
(i) Com um kilobyte (1024 versus 1000), a diferença é de 2,4%;
(ii) Com megabyte (1.024 km ou 1.048.576, contra 1.000.000 - uma diferença de 4,9%.
(iii) Com "gigabytes", se usa um 1024³, o tamanho de uma unidade seria de esperar que
fosse de 1.073.741.824 bytes por gigabyte contra um mero 1.000 milhões - uma diferença
de 7,4%.
Por isso deve saber que, a confusão pode ser agravada pelo uso de ambos: 1024 e
1.000 numa única definição.
A capacidade citada de 3 ½ polegadas em disquete de discos HD é de 1,44 MB, onde
o MB é 1000 vezes 1024 bytes. A capacidade total é, portanto, 1474560 bytes, ou
seja, aproximadamente 1,41 MiB.
Exemplo:
A relação acima pode ser demonstrada como se segue:
1.44 MB = 1,44 × 1000 × 1024 = 1.474.560 bytes
Divida isso por 1.048.576, ou seja,
= 1.40625 MiB
Assim, uma disquete de 1,44 MB pode armazenar 1.474.560 bytes de dados quando MB
significa 1000 vezes de 1024 bytes.
6ª Auto - Avaliação
1. Explique o significado do termo programa na computação.
2. Encontre o número de linhas de entrada que pode ser codificado para uma palavra
de 32-bit.
3. Explique o que se entende por uma instrução e um registo em computação.
4. Expresse 3.7MB em
ibytes
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Solução da Auto - Avaliação 1
1. (a) ni = 6.1144 ×
(b) 0.01859
2. Isso porque, com a adição de impurezas doadoras, o número de electrões disponíveis
para efeitos de condução torna-se mais do que o número de lacunas disponíveis
intrinsecamente. Mas a carga total dos semicondutores não muda por causa da impureza
doadora trazidas como carga muito negativa (por meio de electrões), nem pela carga
positiva (por meio de protões no seu núcleo).
3. Barreira de tensão depende da densidade do doping, da temperatura e da carga
electrónica. Para uma junção de dados, os dois primeiros factores são constantes, assim
sendo, dependentes da temperatura. Com o aumento da temperatura, os portadores de carga
minoritária são reduzidas, levando a que a dispersão aumente através da junção. Como
resultado, o equilíbrio ocorre em menor potencial de barreira. Esta diminuição, tanto para
Ge como para Si, é de cerca de
.
Solução da Auto - Avaliação 2
1. As características físicas que são BJT:
- A base é levemente dopada, com material de alta resistividade;
- O colector circunda a região do emissor, tornando-se quase impossível para os
electrões injectados na região de base para escapar de serem recolhidos, tornando o valor
resultante do α muito próximo à unidade e, portanto, tornando o β do transistor grande. A
vista da secção transversal de um BJT indica que a junção base-colector tem uma área
muito maior do que a junção base-emissor.
- O transistor de junção bipolar, ao contrário de outros transistores, não é um
dispositivo simétrico. Isto significa que, trocando o colector e o emissor do transístor
resulta um modo activo e que começa a funcionar em modo reverso. Devido a estrutura
interna do transistor, ser geralmente optimizado para operação em modo activo
intercambiando o colector e emissor, torna os valores de α e β em operação inversa muito
Universidade Virtual Africana 144
- Para o ganho de corrente de alta, a maioria dos portadores injectados na junção baseemissor devem ser provenientes do emissor.
Pequenas mudanças na tensão aplicada entre os terminais de emissor-base faz com que a
corrente que flui entre o emissor e o colector mude significativamente. Este efeito pode
ser usado para amplificar a tensão ou corrente de entrada. BJTs podem ser pensados
como fontes de tensão e de
corrente controladas, mas são mais simplesmente
caracterizadas como fontes de corrente controlada, ou amplificadores de corrente, devido
à baixa impedância na base.
NPN é um dos dois tipos de transistores bipolares, nos quais as letras "N" e "P" se referem
à carga no interior da maioria dos transportadores de carda nas diferentes regiões do
transistor. A maioria dos transistores bipolares NPN são hoje usados, porque em
semicondutores, a mobilidade do electrão é maior do que a de lacunas, permitindo
maiores fluxos de correntes e uma operação mais rápida.
Transistores NPN são compostos por uma camada dopada por semicondutores do tipo –
P a "base"), entre duas camadas dopadas por semicondutores do tipo – N. Uma pequena
entrada em vigor da base-emissor de modo comum é amplificada na saída do colector.
A seta no símbolo do transistor NPN é na perna do emissor e aponta na direcção do fluxo
convencional da corrente quando o dispositivo está directamente ligado. Um Dispositivo
mnemônico conveniente identifica o símbolo do transistor NPN e, por eliminação, o
transistor PNP é "Não Pointed NPN”.
Solução da Auto - Avaliação 3
1. Um amp‐op específico pode ser escolhido para o seu ganho loop: abertura, largura de banda de ruído, impedância de entrada, consumo de energia, ou uma relação entre qualquer um destes factores. 2. 84.42 mV 3. A tensão de saída.
= ‐ + 
‐ 10V1 33V2

Universdade Virtual Africana 145
Souções da Auto-Avaliação 4
1. Os quatro passos seguintes serão utilizados para esta finalidade.
Etapa 1.
0
1
1
1
Etapa 2.
½
¼
1/8
Etapa 3.
½
¼
1/8
Etapa 4.
½ + ¼ +1/8 = 0.875
1112 0.87510
2. 0.77 10 = 0.110001 2
3. 25.62510 = 11001.10 2
4. i- 13 e 26;
ii- 13 e 6.5
Isto implica que o deslocamento do ponto binário para a direita equivale a multiplicar o
número por 2, enquanto o deslocamento do ponto binário para a esquerda é equivalente a
dividir o número por 2
5.a.
b.
c.
1112
00102
00112
 
ii1001111
6. i 11101000
7. (c) i. X = AB + C
ii. X = 1; e X = 1
8 A equação lógica que determina a função de comutação é dada por
F=
B
A
AB
Universidade Virtual Africana 146
Para
Para
Para
Para
A = B = 0, Temos F = C0 ,
A = 0, B = 1, temos F = C1
A = 1, B = 0, temos F = C2
A = 1, B = 1, temos F = C3
Assim, para C2 a ser seleccionado AB = 10, que permite X2 e C2 aparecer na saída F
Solução de auto-avaliação a 5
1. (a) Tempo finito Abertura: A amostra e o realizador de um período de tempo captura
uma amostra do sinal do sensor, isso é chamado de tempo de abertura. Uma vez que
o sinal pode variar durante este tempo, o sinal amostrado pode ser um pouco fora.
-Passagem directa do sinal: Quando a amostra e o realizador não estão ligados ao
sinal, o valor a ser realizado deve permanecer constante. Infelizmente, alguns
sinais com a mudança para o capacitor, sangram causando uma ligeira mudança
na tensão a ser realizada.
-Inclinação do sinal: Se o sinal não é amostrado com freqüência suficiente, a tensão
a ser realizada no capacitor começa a diminuir lentamente ao longo do tempo.
(b) A principal solução para estes problemas é ter um tempo de abertura muito pequeno em
relação ao período de amostragem. Isto significa que, ao se projectar o uso de um IHC de
amostragem alta, o tempo de abertura da amostra e o realizador devem ser muito pequenos.
2. -Isolamento magnético: é usado principalmente para o poder, um engate a partir do
computador ou da tomada do sensor e isto é feito através do uso de um transformador.
- Isolamento óptico: é utilizado para acoplar o sinal do sensor para a entrada de aquisição de
dados. Isso geralmente é feito através do uso de um díodo emissor de luz e um fotodetector
Isso pode ser integrado num pacote único IC como o 6N139.
A Teoria Básica sobre isolamento óptico, tem dois elementos básicos: uma fonte de luz
(geralmente um díodo emissor de luz) e um detector foto-sensível. Estes dois elementos são
posicionados frente a frente e inseridos num circuito eléctrico para formar um acoplado
óptico. A propriedade chave de um acoplador óptico, é que há uma lacuna de isolamento
entre a fonte de luz e o detector. Nenhuma corrente passa por este diferencial, somente a luz
desejada de ondas que representam dados. Assim, os dois lados do circuito são
Universidade Virtual Africana 147
primeira aplicação para o isolamento óptico é num circuito de dados ponto-a-ponto, que
abrange uma distância de várias centenas de metros ou mais. Porque os dispositivos
conectados são presumivelmente em circuitos de energia diferentes, uma diferença de
potencial da terra provavelmente existe entre eles. Quando existe essa condição, a tensão
da «terra» pode ser diferente, por vezes, várias centenas de volts. Sempre que existe uma
diferença de potencial na «terra» um fenômeno chamado laço do chão pode ocorrer. Neste
fenômeno, a corrente irá fluir ao longo da linha de dados num esforço para igualar o
potencial de terra entre os dispositivos conectados. O laço do chão pode, pelo menos,
adulterar gravemente as comunicações, se não danificar o próprio hardware! O
isolamento óptico resolve efectivamente o problema de laço do chão levantando a ligação
entre a linha de dados e "terra" em cada extremidade da linha. Se uma conexão óptica
acoplada existe em cada extremidade, surge uma diferença de potencial no «tráfego de
dados flutuantes» acima da volatilidade do terreno.
Solução para a auto-avaliação 6.
1. Em computação, um programa é um conjunto específico de operações ordenadas a um
computador para executar. Nos computadores modernos, o programa contém uma
seqüência de um-em-um-tempo de instruções que o computador segue. Normalmente, o
programa é colocado numa área de armazenamento acessível para o computador. O
computador recebe uma instrução para executá-lo e começa então a instrução seguinte. A
área de armazenamento ou de memória pode conter também os dados que a instrução
opera. (Note que um programa é também um tipo especial de "dados" que explica como
operar em "aplicação ou usuário de dados. "). Os programas podem ser caracterizados
como interactivo ou lote em termos do que os leva e como são executados de forma
contínua. Um programa interactivo recebe dados de um usuário interactivo (ou
possivelmente de outro programa que simula um usuário interactivo). Um programa em
lotes é executado e faz o seu trabalho, e depois pára. Programas de lote podem ser
iniciados por solicitação de usuários interactivos e o seu programa interactivo executa o
programa de lote. Um interpretador de comandos ou um navegador da Web é um exemplo
de um programa interactivo. Um programa que calcula e imprime uma folha de
pagamento da empresa é um exemplo de um programa de lote. Os trabalhos de impressão
também são programas de lote. Quando você cria um programa, você escreve-o usando
algum tipo de linguagem de computador. Sua linguagem são declarações do programa
fonte. Você, então, "compila" o programa de origem (com um programa especial chamado
compilador de linguagem) e o resultado é chamado de programa objecto. Existem vários
sinónimos para o programa objecto, incluindo o módulo objecto e programa compilado.
O programa objecto contém a seqüência de 0s e 1s chamada linguagem de máquina que o
processador trabalha com a lógica.
Universidade Virtual Africana 148
de possíveis instruções do computador e o comprimento (número de bits) numa instrução.
2. Para a palavra de 32 bits, o número total de linhas de entrada =
- 1 = 4294967295
3. Instrução
Uma instrução é uma ordem dada a um processador de computador por um programa
informático. No nível mais baixo, cada instrução é uma seqüência de 0s e 1s que descreve
uma operação física do computador, é executada (como em "Adicionar") e, dependendo
do tipo de instrução especial, a especificação das zonas especiais de conservação chamado
registos que pode conter dados que serão utilizados na realização da instrução, ou o local
no computador memória de dados. Na linguagem do computador assembler, cada
instrução de linguagem geralmente corresponde a uma instrução do processador único.
Em linguagens de alto nível, regista-se uma declaração de língua geral dos resultados
(após a compilação do programa) em várias instruções do processador. Num computador,
um cadastro faz parte de um pequeno conjunto de dados de exploração de lugares que
fazem parte de um processador de computador. Um registo pode ser titular de uma
instrução de computador, um dispositivo de armazenamento de endereço, ou qualquer tipo
de dados (como uma seqüência de bits ou caracteres individuais). Algumas instruções
especificam registradores como parte da instrução. Por exemplo, uma instrução pode
especificar que o conteúdo de dois registos definidos aditado juntos e, em seguida,
colocado num registro especificado. O registo deve ser suficientemente grande para conter
uma instrução - por exemplo, num computador, instruções de 32 bits, um cadastro deve
ser de 32 bits de comprimento. Em alguns modelos de computador, há registros menores,
por exemplo, meio-registo, para obter instruções mais curtas. Dependendo do desenho do
processador e linguagem de regras, os registos podem ser numerados ou ter nomes
arbitrários
4.
(i) 3788800 bytes
Universidade Virtual Africana 149
XI. Lista compilada de todos os conceitos-chave
Condutividade intrínseca- É a condutividade de um semicondutor que está associado
com o semicondutor em si e não é aportado por impurezas. O número de portadores de
carga em qualquer temperatura igual: electrões e lacunas são termicamente gerados e são
esses que dão origem à condutividade intrínseca.
Semicondutor intrínseco - É um semicondutor puro, no qual, sob a condição de
equilíbrio térmico, a densidade dos electrões e lacunas são iguais. Na prática, a pureza
absoluta é inatingível e o termo é aplicado para materiais quase puros.
Semicondutor extrínseco - É um semicondutor em que a concentração de portadores de
carga é dependente de impurezas ou outras imperfeições.
Camada de depleção: É um espaço em que, num semicondutor, há uma carga líquida,
devido à insuficiência dos portadores de carga móvel. Por exemplo, na ausência de um
campo aplicado, camadas de depleção são formadas, na superfície de interface entre
semicondutores do tipo-P e do tipo-N. Eles também são formados na supericície de
interface entre um metal e um semicondutor.
Rectificador - é um dispositivo eléctrico que permite o fluxo de corrente em apenas um
sentido e assim pode transformar a corrente alternada em contínua. Ele opera tanto através
da supressão de meio ciclos de onda corrente ou na forma de reversão de atenuação de
seus suplentes. Os rectificadores mais comuns são os díodos semicondutores.
Limiar de tensão: é a tensão na qual uma característica particular de um dispositivo
eléctrico ocorre pela primeira vez. Um transistor de efeito de campo é aquele em que a
tensão ocorre a formação de canais.
Fuga – O fluxo de corrente eléctrica, devido ao isolamento imperfeito, num caminho
diferente daquele pretendido.
Corrente de fuga – é uma falha devido à fugas. Tem um valor pequeno em comparação
com a magnitude de um curto-circuito.
Amplificador – É um dispositivo para reproduzir uma entrada eléctrica com uma
intensidade maior. Se um aumento da força electromotriz produz numa operação de alta
impedância, o dispositivo é uma amplificador de tensão, e se a saída provoca um fluxo
considerável de corrente numa impedância relativamente baixa, o dispositivo é um
amplificador de potência. Os amplificadores mais comummente usados são os que
Universidade Virtual Africana 150
A porta lógica - é um dispositivo usado para implementar as funções lógicas elementares.
Estas portas basicamente incluem, entre outros: A porta AND, a porta inversa NOT, a
porta NAND, a porta NOR, etc.
Transdutor – é dispositivo para converter um sinal não eléctrico para o sinal eléctrico
(ou vice-versa). As variações do sinal eléctrico são
uma função da entrada. Os
transdutores são utilizados como instrumentos de medição e na área eletroacústica, aplicase o termo de gramofone pick-ups, os microfones e alto-falantes. A quantidade física
medida pelo transdutor é a mensuranda, a parcela do transdutor em que a produção é
proveniente dos elementos do transdutor, e a natureza da operação é o princípio de
transdução. A quantidade física medida pelo transdutor é a mensuranda, a parte do
transdutor em que a saída é originária dos elementos do transdutor, e a natureza da
operação é o princípio de transdução. O dispositivo no transdutor que responde
directamente ao mensurando é a elementar de sensoriamento e os limites inferior e
superior do valor mensurando para o qual o transdutor fornece uma saída útil é o intervalo
dinâmico.
Microprocessador é a integração de uma série de funções úteis num pacote único IC.
Essas funções são a capacidade de executar um conjunto armazenado de instruções para
executar tarefas definidas pelo usuário, e a capacidade de ser capaz de acessar os chips de
memória externa para ler e escrever dados de e para a memória.
Universdade Virtual Africana 151
XII. Lista compilada de leituras obrigatórias
1ª Leitura
Referência completa: http://en.wikibooks.org/wiki/Electronics. 03 de outubro de 2007.
Resumo: Este é um livro completo sobre electrónica que aborda, entre outros: Circuitos
analógicos: tubos de vácuo, transistores, diodos, amplificadores, amplificadores
operacionais, e multiplicadores analógicos.
Justificativa: Cada tema é apresentado de forma muito simples, que torna a leitura mais
fácil. No entanto, estes servem simplesmente para complementar o processo de
aprendizagem.
2ª Leitura
Referência: http://en.wikipedia.org/wiki/electronics. 5 de outubro de 2007.
Resumo: Esta leitura é formada a partir de referências obtidas a partir de vários sites.
Seus URLs podem ser obtidos a partir de uma cópia electrónica desta leitura.
Basicamente, todos os tópicos de elementos essenciais do curso são abordados nesta 2ª
leitura.
Justificativa: A referência proporciona uma leitura fácil de fontes em electrónica que
um leitor não deve ter nenhum problema de usá-los.
3ª Leitura: Amplificador Operacional Wikibooks
Referência: http://en.wikibooks.org/wiki/Electronics/Op-Amp. 5 de outubro de 2007.
Resumo: A 3ª Leitura inclui: Amplificadores, processo de concepção amp-op, notação,
rápido, op-amps ideais, configuração de op-amps de base, configurações avançadas do
amp-op e amp-op’s reais .
Justificativa: A leitura fornece a maior parte do requerido no amplificador operacional
que é necessário para o curso.
4ª Leitura: a álgebra booleana + notas sobre a criação e simulação de circuito
Universidade Virtual Africana 152
5ª Leitura: Sensores
Referência: http://Soundlab.cs.princeton.ed/learning/tutorials/sensors/node19.html. 7 de
julho de 2007.
Resumo: os temas incluem a aquisição de dados (sensores piezoelétricos, acelerómetro,
vigor de resistores de detecção, microfones, sensores de biopotencial); Condicionador de
sinais (Requisitos para os conversores AD, a tensão de voltagem, corrente à tensão,
resistência à tensão, capacidade à tensão) ; aquisição de dados (anti aliasing, conversão de
analógica para a digital, sistemas de aquisição de dados).
Fundamentação. Esta leitura fornece bons materiais para a actividade.
Leitura 7: Wikilivros de Informática
Referência: http://en.wikipedia.org/wiki/Computer. 04 de outubro de 2007.
Resumo: A referência fornece leitura em arquitectura armazenada do programa, e
como funciona o computador. Isto inclui a unidade de controle, aritmética / unidade lógica
(ALU), a memória, entrada / saída (I / O), multitarefa, multiprocessamento, e redes de
internet.
Justificativa: esta é uma leitura simples e básica para alguém que quer começar a
aprender sobre o computador.
Universdade Africana Virtual 153
XIII. Lista de Recursos - Elaboração de Multimédia
Referência: http://www.educypedia.be/electronics/javacollectors.htm
Resumo: Este recurso permite estudar as características do transistor NPN
Justificativa: O site oferece uma experiência virtual simples e elegante que conduz ao
estudo das características do transistor NPN.
Referência: http://server.oersted.dtu.dk/personal/ldn/javalab/Circuit04.html
Resumo: O recurso é para o circuito de um primitivo emissor comum (CE), que inclui um
amplificador de transistor npn e com base em resistências externas de carga e colector. O
aluno vai encontrar um conjunto fixo de componente de parâmetros dos limites de tensão
de entrada que fazem com que o transistor fique no estado de “corte”, “activo” ou de
“saturação”, respectivamente. No caso de aplicações analógicas o aluno irá determinar a
amplificação de tensão diferencial do circuito quando o transistor está na faixa “activa”.
Enquanto que para aplicações digitais é esperado encontrar o menor ganho possível de
correntel (beta) e uma resistência de colector correspondente, que faz o circuito de um
inversor de lógica funcional.
Justificativa: Este recurso serve para auxiliar na aprendizagem sobre a polarização
Transistor npn.
Referência: http://server.oersted.dtu.dk/personal/ldn/javalab/Circuit01.html
Resumo: Este recurso fornece um circuito de um equivalente Thevenin com uma carga de
de poder P que é entregue à carga.
Justificativa: Este sítio oferece um recurso útil para aprender sobre o divisor de tensão.
Referência: http://jas.eng.buffalo.edu/education/semicon/fermi/bandAndLevel/index.html.
04 de outubro de 2007.
Resumo: O recurso apresenta os níveis de Fermi vs concentração de portadores e doping
do doador e impurezas aceitadoras.
Justificativa: Este recurso oferece o aids na inclinação de concentração da portadora de
carga e “dopagem” dos doadores de carga.
Referência: http://jas.eng.buffalo.edu/education/fab/BjtFet/index.html. 04 de outubro
2007.
Resumo: Os passos para a fabricação de um par de Metal-Oxide Semiconductor-(MOS)
Field Effect Transistor (FET) e um transistor de junção bipolar (BJT) em silicone
wafer é ilustrado neste applet. Os quatro botões, o “primeiro”, o “anterior”, o “próximo”
e “passado” permitem que você visualize as imagens estáticas em vários pontos da
Universitdade Virtual Africana 154
Referência: http://jas.eng.buffalo.edu/education/transistor/n_MOS_IV/mosfet.html.
4 de Outubro de 2007.
Resumo: O recurso mostra um applet que calcula as parcelas e as características de saída
de um canal-n (modo de realce) de um MOSFET. Tentar mudar a tensão dreno-fonte
(VDS intervalo) e / ou o valor da polarização de porta inicial ('iniciar') ou outros valores e
ver o que ocorre com a mudança da corrente de fuga do dreno (VDS).
Justificativa: Este é um recurso útil para aprender a calcular e a traçar as características
de saída de um canal-n de um MSOFET.
Referência: http://server.oersted.dtu.dk/personal/ldn/javalab/Circuit03.html. 3 de
Outubro de 2007.
Resumo: Este recurso está no amplificador inversor quando a fonte de tensão é ligada, à
fim de verificar o circuito para diferentes valores de resistências e / ou o ganho open loop
do op amp.
Justificativa: No caso (normal) de um grande ganho em malha aberta do amp op
(geralmente > 100 dB), o mecanismo de feedback irá forçar o terminal de entrada
invertendo-o virtualmente no “solo”. Neste limite o factor de amplificação de circuito
fechado será determinado exclusivamente pelos valores de resistência.
Referência: http://jas.eng.buffalo.edu/ 03 de outubro de 2007.
Resumo: A ilustração útil de amplificadores com BJT e MOSFET são usados para
promover a compreensão fácil dos tópicos.
Justificativa: Fornece vídeos úteis sobre amplificadores com BJT ou MOSFET, tais
como:
Circuitos de quatro modelos de amplificadores básicos
-Fase única BJT circuitos amplificador (CE, CB e CC)
- Circuitos em um único estágio do amplificador emissor comum (Java1.1)
-Circuitos em um único estágio do amplificador MOSFET (CS, CG e CD)
-Diferentes tipos de carga num amplificador do Circuito IC (um exemplo ampéres
CS)
Referência: http://images.google.co.uk/images?hl=en&q=Transducers&oe=UTF-8 & um
= 1 & ie = UTF-8 & sa = N & tab = wi. 04 de outubro de 2007.
Resumo: São fornecidas imagens de diferentes tipos de transdutores.
Justificativa: O recurso é muito bom, pois proporciona informações sobre diferentes
Transdutores.
Referência: http://images.google.co.uk/images?hl=en&q=sensors&oe=UTF8 & um = 1 & ie = UTF-8 & sa = N & tab = wi. 04 de outubro de 2007.
Resumo: O recurso oferece diferentes tipos de sensores.
Justificativa: As imagens reforçam o aprendizado quando se olha para eles.
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XIV. Lista Compilada de links úteis
Título: Análise básica de circuitos
URL: http://ocw.mit.edu/OcwWeb/Electrical-Engineering-and-Computer-Science/6002Circuits-and-ElectronicsFall2000/VideoLectures/index.htm. 06 de outubro de 2007.
Resumo: Este curso contém os slides que acompanham a palestra de vídeo conferências, e
descrição da demonstração ao vivo apresentada pelo instrutor.
Título: Diodos
URL: http://jersey.uoregon.edu/ rayfrey/431/lab2_431.pdfhttp ~: / jersey.uoregon/.edu/
Resumo: Este site oferece características de um trabalho prático VI. Além disso, o
site oferece leitura em junções do transistor, troque transistor e saturação, etc.
Título: Aplicações do diodo
URL: http://morley.eng.ua.edu/G332BW.pdf.
Resumo: São apresentadas várias aplicações de diodos incluindo o fornecimento d
energia, reticficadores de meia onda, rectificadores de ponte, rectificadores de ond
completa com filtro, etc.
Título: Amplificador MOSFET
URL: http://ocw.mit.edu/OcwWeb/Electrical-Engineering-and-Computer-Science/6002Circuits-and-ElectronicsFall2000/VideoLectures/index.htm. 04 de outubro de 2007.
Resumo: Este curso contém os slides de palestras acompanhadas de vídeos.
Título: Transistores BJT e FET
URL: http://www.nhn.ou.edu/ ~ bumm/ELAB/Lect_Notes/BJT_FET_transitors_v1_
1.html. 3 Outubro de 2007.
Resumo: Este site proporciona bons materiais de leitura sobre transistor BJT e FET
Título: Transistor de junção bipolar
URL: http://en.wikipedia.org/wiki/Common_collector. Outubro2007 4.
Resumo: Este oferece muito bom material de leitura sobre a estrutura do NPN, PNP,
transistor bipolar de heterojunção, transistores e circuitos de aplicações de transistores.
Título: CMOS
URL: http://en.wikipedia.org/wiki/CMOS. 04 de outubro de 2007.
Universidade VirtualAfricana 156
Título: JFET
URL: http://en.wikipedia.org/wiki/JFET. 04 de outubro de 2007.
Resumo: Esta é uma fonte de materiais de boa leitura sobre JFET e sobre a estrutura,
função, símbolos esquemáticos, e comparação com outros transístores.
Título: Amplificador Operacional
URL: http://ocw.mit.edu/OcwWeb/Electrical-Engineering-and-Computer-Science/6002Circuits-and-ElectronicsFall2000/VideoLectures/index.htm. 03 de outubro de 2007.
Resumo: Estes contêm vídeo de slides do curso de aula que acompanham palestras e
descrições de demonstração ao vivo apresentado pelo instrutor durante as aulas.
Título: OP-Amps
URL: http://en.wikibooks.org/wiki/Electronics/Op-Amps. 04 de outubro de 2007.
Resumo: Fornece bom material de leitura em amplificadores, Op-Amp, notação, ideal
Op-Amps, configurações básicas Op-Amp, e real Op-Amp.
Título: Amplificador Operacional
URL: http://en.wikipedia.org/wiki/Operational_amplifier. 04 de outubro de 2007.
Resumo: Tem bom material de leitura sobre amplificador operacional. Os tópicos
incluem: funcionamento básico, amp-op ideal, as limitações do op-amps real, anotações,
uso de projecto de sistemas electrónicos, o comportamento do DC, comportamento do
AC, de base não-inversora do circuito amplificador, circuito interno de 741 tipos de opamp, e aplicações comuns.
Título: Lógica Digital
URL: http://www.educypedia.be/electronics/digital.htm. 03 de outubro de 2007.
Resumo: Este site oferece material de leitura sobre portas lógicas, diagramas de Venn,
Teoremas de Morgan, circuitos de lógica combinatória, formas canônicas, a álgebra
booleana, mapas de Karnaugh, tabelas de verdade, interruptores inactivos, flip-flop JK,
mestre-escravo flip-flop, subtração de binários, aritméticos, JK Flip-Flop, trava D, FlipFlop D, símbolos Flip-Flop, convertendo entradas de Flip-Flop, circuitos suplentes flipflop, flip-flops D, uso de travas NOR, CMOS, construção de flip-flop, contadores,
contador ripple.
Título: Schmitt trigger
URL:% http://www.visionics.ee/curriculum/Experiments/Schmitt 20Trigger/
Schmitt 20Trigger1.html%. 03 de outubro de 2007.
Resumo: Este fornece leitura adicional sobre a teoria do desencadeamento de Schmitt.
Título: Portas Lógicas
URL: http://www.shef.ac.uk/physics/teaching/phy107/phy107.htmlhttp://www.shef.
ac.uk/physics/teaching/phy107/phy107.html. 03 de outubro de 2007.
Resumo: Esta leitura prepara o aluno com as habilidades fundamentais exigidas no
projecto de circuitos digitais. Nenhum conhecimento prévio de técnicas digitais é
assumido. A primeira leitura apresenta as portas lógicas básicas que formam o edifício
fundamental de blocos de todos os circuitos digitais. Em seguida, avança para combinar
Universidade Virtual Africana 157
Título: Álgebra Booleana
URL: http://en.wikibooks.org/wiki/Electronics/Boolean_Algebra. 04 de outubro
2007.
Resumo: Aqui são fornecidas as operações formais da matemática juntamente com
as leis da álgebra Booleana. Além disso, uma série de exemplos são fornecidos.
Título: Multiplexing
URL: http://en.wikipedia.org/wiki/Multiplexing. 04 de outubro de 2007.
Resumo: A leitura inclui telegrafia, processamento de vídeo, radiodifusão digital,
e radiodifusão analógica.
Título: Piezoeletricidade
URL: http://en.wikipedia.org/wiki/Piezoelectricity. 04 de outubro de 2007.
Resumo: Este fornece leitura útil a: materiais, que inclui aplicações de alta tensão e fonte
de energia, sensores, actuadores, motores piezoeléctricos, e classe de cristais.
Título: Transducers
URL:. Http://en.wikipedia.org/wiki/Transducer 04 de outubro de 2007.
Resumo: Este oferece boa leitura sobre os tipos de transdutores, que incluem entre outros
antena, lâmpada fluorescente, um sensor de efeito Hall, motor rotativo, vibração d
gerador alimentado, cristais piezoeléctricos e fotodiodos.
Título: Computadores
URL: http://en.wikipedia.org/wiki/Computer 04 de outubro de 2007.
Resumo: O recurso fornece leitura sobre a arquitectura armazenada do programa, e como
funciona um computador. Isto inclui a unidade de controle, aritmética / unidade lógic
(ALU), a memória, entrada / saída (I / O), multitarefa, multiprocessamento, e criação d
redes e internet.
Título: Microprocessador
URL: http://en.wikipedia.org/wiki/Microprocessor. 5 de outubro de 2007.
Resumo: Este fornece algumas matérias básicas de leitura: desenhos notáveis de 8 bits,
modelos de 16 bits, 32 bits, projectos e desenhos de 64 bits em computadores pessoais.
Título: Arquitectura no computador de 32 bits
URL: http://en.wikipedia.org/wiki/32-bit
Resumo: Isto dá o significado de um processador de 32 bits.
Título: Arquitectura no computador de 8 bits
URL: http://en.wikipedia.org/wiki/8-bit
Universidade
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XV. Síntese do Módulo
Como ponto de partida, dispositivos como resistores, capacitores e indutores são
chamados componentes lineares porque a corrente aumenta em proporção directa com a
tensão aplicada em conformidade com a lei de Ohm. No entanto, soubemos que
componentes como diodos, para que esta proporcionalidade não possua dispositivos, são
chamados de não-lineares, e que são a base para todos os circuitos electrónicos práticos.
Os conceitos-chave que esta actividade prevê é o exame das propriedades de um dos
dispositivos não-linear, o diodo retificador. Aqui, a aprendizagem mostrou que um
rectificador passa a maioria da corrente para uma polaridade da voltagem aplicada do que
a outra. Além disso, quando um rectificador está incluído num circuito de corrente
alternada, a corrente é insignificante quando a polaridade da voltagem sobre o rectificador
está na direcção inversa. São consideradas como uma das principais aplicações a
utilização de diodos para a retificação de onda completa.
Aprendemos também que, a versatilidade inerente à componentes electrónicos nãolineares é reforçada imensamente pela capacidade de influenciar a corrente no dispositivo
de acordo com os sinais de um eléctrodo introduzido na constante, que são considerados
dispositivos activos, porque o eléctrodo de controle permite a interacção activa com
correntes no dispositivo. Principalmente, você notou que, as propriedades eléctricas de
dispositivos activos são descritas pelas características tensão-corrente. Basicamente, as
características tensão-corrente de dispositivos electrónicos dependem primariamente dos
movimentos dos seus electrões livres. Assim, as propriedades de transístores e
dispositivos semicondutores, tais como o diodo de junção, são conseqüência directa do
comportamento dos electrões em cristais semicondutores. Diferentes tipos e aplicações de
transistores foram discutidos e aprendidos no módulo. Assim como transistores, diodos
também são dispositivos não-lineares. Sua operação é determinada pela análise de
gráficos utilizando a descrição das suas propriedades eléctricas dadas pelas características
tensão-corrente. A análise em detalhe difere em dispositivos de tensão controlada, tais
como o transistor de efeito de campo, em comparação com os dispositivos actuais, tais
como transistor bipolar, mas não é diferente no que diz respeito ao princípio do seu
funcionamento. No módulo, vimos que o desempenho dos amplificadores de transistores é
reforçado em qualquer aspecto, retornando uma fracção do sinal de saída aos terminais de
entrada. Este processo é chamado de feedback. Vimos que o sinal de retorno pode tanto
aumentar a entrada ou tender a cancelá-lo, e o último, é chamado de feedback negativo. A
actividade de aprendizagem mostrou que, as características melhoradas de resposta em
frequência e distorção de forma de onda reduzido são alcançadas com feedback negativo.
Além disso, vimos que, o desempenho do amplificador é muito menos dependente da
alteração dos parâmetros do transistor causado pelo envelhecimento ou aos efeitos da
temperatura. O módulo incluiu, de forma especial, um debate sobre o feedback negativo,
conhecido como feedback operacional usado em amplificadores que realizam operações
matemáticas, como adição ou a integração de um sinal de entrada. Vimos que os
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magnitude real é relativamente sem importância. Que, circuitos digitais precisam de ter
apenas duas condições estáveis representados por um transistor totalmente em condução,
ou completamente cortado. Tais circuitos são inerentemente mais confiáveis do que os
que devem lidar com intervalo contínuo dos níveis de sinal. Que, qualquer número dado
pode ser representado por uma onda digital assim que a exactidão não é limitada pela
estabilidade dos parâmetros do circuito. Que, os sinais digitais são manipulados por
circuitos de acordo com declarações lógicas específicas que fazem o processamento
extremamente flexível poderoso da possível informação. O módulo culminou com a
produção de lógica de processamento digital muito complexo em chips individuais.
Microprocessadores utilizam a técnica de computadores digitais que são usados para
diversas e diferentes aplicações.
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XVI. A avaliação sumativa
1. (a) Discuta o princípio de funcionamento de um transistor PNP;
(b) Descreva como as características estáticas de um transistor NPN ligado n
configuração base-comum pode ser determinada;
(c) Um transistor operando na configuração BC tem has IC =3.0 mA, IE= 3.2 mA e ICO=
0.02 mA. Que corrente vai fluir no circuito colector deste transistor quand
conectado numa configuração CE?
2. (a) Mostre que numa configuração CE α e β têm uma relação dada pela equação
(b) Discuta a origem da fuga de corrente em um transístor;
(c) Para um dado transístor, IC = 5.450 mA, IB 49μA, ICO 4.9μA. Encontre:
(i) Os valores de IE α e β . 3
(a) Use exemplos adequados para distinguir os semicondutores intrínsecos d
semicondutores extrínsecos.
(b) Encontre a concentração de portadores intrínsecos de silício em 3000 K para os quais
N = 4,0×
, E g = 1.1eV, μe = 0.13
, e μh = 0.05
4. (a) Explique a formação da camada de depleção de uma junção PN.
(b) Com a utilização de diagramas apropriados, descreva uma junção PN no modo d
transmissão;
5. (a) Descreva brevemente os três componentes essenciais através dos quais a
informações são processadas: sensores, condicionamento de sinal e aquisição d
dados.
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6. (a) Descreva brevemente o trabalho de um multiplexer e um decodificador.
(b) Encontre o número de linhas de entrada que pode ser codificado para
1. oito palavras bit
2. dezesseis palavras bit
7. (a) Use o diagrama abaixo, para descrever o que ocorre num transistor possível de port
lógica OR constituído por três transistores interconectados
,
e
fornecidos a partir d
uma fonte comum Vcc = +5 V.
o+ 5V
R1 2
N
A o o
R
oX
M
B
Q
1
Q
2
Q
3
(b) Construa uma tabela de verdade para 3 entradas de porta AND
(c) Projecte circuitos eléctricos equivalentes para a porta AND.
8
(a) Converta a fracção binária 0,101 em seu equivalente decimal
(b) Use Método Double-Dadd e converta 110012 para o equivalente decimal
(c) Converta 1010112 para o equivalente octal.
9. (a) Com o auxílio do diagrama apropriado, descreva a acção de um JFET.
(b) Um transistor de efeito de campo tem: gm = 3
e and rd =60 kΩ e é usado com um
resistência de carga de drenagem de 35 k no amplificador de AF. Encontre o ganho d
tensão.
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10. (a) Descreva como um op-amp pode ser utilizado como soma amplificador.
(b) Mostre que o ganho num amplificador não-inversor é dada por:
Ganho
 

Universidade Virtual Africana 163
XVII. Referências
Frederick F. Driscoll; Robert F. Coughlin. Solid State devices and Applications, D.B
Taraporevala Sons & Co.PVT, Published with arrangement withPrentice Hall, Inc. 1981.
Bernard Grob, Basic Electronics, 4th ed., McGraw Hill International Book Company,
London, 1983.
Close K.J & J Yarwood. Experimental Electronics for Students, London Chapman
and Hall, Halsted Press Book, John Woley & Sons, 1179.
Tayal D.C. Basic Electronics. 2nd ed. Himalaya Publishing House Mumbai, 1998.
Theraja B.L., R.S. Sedha. Principles of Electronic Devices and Circuits, S.Chand &
Company Ltd, New Delhi, 2004.
Sparkes J.J. Semiconductor Devices 2nd ed. Chapman & Hall, London, 1994.
Richard R. Spenser & Mohammed S. Ghaussi. Introduction to Electronic Circuit
Design, Prentice Hall, Pearson Education, Inc 2003.
Noel M Morriss. Semiconductor Devices, MacMillan Publishers Ltd. 1984.
Robert Boylestad& Louis Nashelsky. Electronic Devices and Circuit Theory, PrenticeHall International Editions. 1992.
James J. Brophy. Basic Electronics for Scientists. 5th Edition, McGraw-Hill Publishing
Company, New York, 1990.
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XVIII. Registo do estudante
Nome
Nº
de
Registo
Assign
1
Assign
2
Assign
3
Av.
Assign
1º Teste
2º Teste
Av. Test
Total
XIX. Principal autor do modulo
Dr. Sam Obwoya Kinyera é professor no Departamento de Física da Universidade
Kyambogo, Uganda. Ele é actualmente Director do Ensino à Distância na
Universidade de Kyambogo. Ele foi um professor educador desde 1984.
Entre 1978 e 1984, foi Chefe do Departamento de Física, na Escola Secundária “Old
Kampala” em Uganda. Seu endereço electrónico é [email protected]