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Universidade Federal do Rio de Janeiro Escola Politécnica Departamento de Engenharia Elétrica (DEE) Eletrônica I-C EEE333 / EEL338 Maurício Cagy Programa.

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Universidade Federal do Rio de Janeiro Escola Politécnica Departamento de Eletrônica e Computação (DEL) Eletrônica I EEL 315 Maurício Cagy Programa de.

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Apresentação em tema: "Universidade Federal do Rio de Janeiro Escola Politécnica Departamento de Engenharia Elétrica (DEE) Eletrônica I-C EEE333 / EEL338 Maurício Cagy Programa."— Transcrição da apresentação:

1 Universidade Federal do Rio de Janeiro Escola Politécnica Departamento de Engenharia Elétrica (DEE) Eletrônica I-C EEE333 / EEL338 Maurício Cagy Programa de Engenharia Biomédica (PEB)

2 Bibliografia Desoer, C.A., Kuh, E.S., Basic Circuit Theory, McGraw Hill, Sedra, A.S., Smith, K.C., Microelectronic Circuits, 3 rd. ed., Harcourt Brace College Publishers, 1991.

3 Temas Gerais Revisão dos elementos discretos lineares e Teoria de Circuitos; Diodos: – de junção e especiais; – circuitos com diodos: retificadores não controlados; fontes de tensão reguladas. Transistores: – bipolares; efeito de campo; – Amplificadores para pequenos sinais; – Amplificadores de potência; – Circuitos chaveados a transistores.

4 Abordagens Dimensões comparáveis ao menor comprimento de onda ( ) dos sinais de um circuito (ex.: linhas de transmissão): – Modelos de parâmetros distribuídos; – Leis de Maxwell; Dimensões << : – Modelos de parâmetros concentrados; – Leis de Kirchhoff.

5 Grandezas Fundamentais Tensão (diferença de potencial – d.d.p.): grandeza escalar relacionada ao campo elétrico – unidade: volt (V); Corrente: escalar relacionada ao fluxo de carga elétrica – unidade: ampère (A); Potência: taxa de variação da Energia – unidade: watt (W): ; Energia: trabalho realizado pela corrente – unidade: joule (J):.

6 Definições Iniciais Nó - qualquer ponto do circuito em que dois ou mais terminais se liguem; Ramo – caminho único entre dois nós consecutivos; Malha ou Laço - qualquer caminho fechado seguido sobre ramos de um circuito.

7 Leis de Kirchhoff Lei de Kirchhoff de Tensão (LKT ou KVL): – A soma das tensões em uma malha, devidamente orientadas, é nula; Lei de Kirchhoff de Corrente (LKC ou KCL): – A soma das correntes que entram em um nó é nula.

8 Fontes Independentes... Fonte Independente de Tensão: Pilha / Bateria Fonte DC (CC) Fonte AC Fonte Independente de Corrente: Fonte DC (CC) ou AC

9 Elementos Básicos SímboloGeralLinear ResistorV R = f (i R ) V R = R i R Capacitor Indutor

10 Associações de Fontes de Tensão Associação em série: V eq = V 1 + V 2 : Associação em paralelo: Só é válida quando V 1 = V 2 = V eq, caso contrário, burla a LKT.

11 Associações de Fontes de Corrente Associação em série: Só é válida quando I 1 = I 2 = I eq, caso contrário, burla a LKC. Associação em paralelo: I eq = I 1 +I 2 :

12 Associações de Resistores Lineares Associação em série: R eq = R 1 + R R n Associação em paralelo: ; G eq = G 1 + G G n

13 Associações de Capacitores Lineares Associação em série: ; S eq = S 1 + S S n V Ceq (0) = V C1 (0)+...+V Cn (0) Associação em paralelo: C eq = C 1 + C C n ; V Ceq (0) = V C1 (0) =... = V Cn (0)

14 Associações de Indutores Lineares Associação em série: L eq = L 1 + L L n ; i Leq (0) = i L1 (0) =... = i Ln (0). Associação em paralelo: ; eq = n ; i Leq (0) = i L1 (0) i Ln (0).

15 Transformador Ideal Relação entre tensões e número de espiras nos enrolamentos primário e secundário: Conservação da potência: Símbolo:

16 Impedância Elétrica Fontes senoidais... – Elementos simples operando em regime permanente: Resistor Capacitor Indutor ;.

17 Fasores e Números Complexos Senóides como exponenciais complexas: Resistor Capacitor Indutor ;.

18 Impedância e Admitância Impedância = Resistência + Reatância: Resistores: resistência R (real); Indutores: reatância indutiva X L ( ) = L – imaginária positiva; Capacitores: reatância capacitiva X C ( ) = 1 / ( C) – imaginária negativa. Associação em série: Z( ) = R + j (X L - X C ) (soma fasorial). Admitância = Condutância + Susceptância (permitância): Resistores: condutância G (real); Indutores: susceptância indutiva B L ( ) = 1 / ( L) – imaginária negativa; Capacitores: susceptância capacitiva B C ( ) = C – imaginária positiva. Assoc. em paralelo: Y( ) = G + j (B C - B L ) (soma fasorial).

19 Voltando ao Circuito RC... – Entrada [E(t)]: ; – Saída [V C (t)]: ; Em regime permanente: – Função de Transferência (é função de ):

20 Equivalentes Thévenin e Norton Seja uma rede linear de-uma-porta qualquer: – Caso os componentes passivos sejam puramente resistivos: Z eq = R eq ;

21 E se houver um elemento não- linear? Abordagens: – Isolar o elemento não-linear e reduzir toda a parte linear a um Equivalente Thévenin ou Norton: Ex.: – Utilizar uma aproximação linear do elemento não- linear: modelos simplificados de uso geral; modelos para pequenos sinais...

22 O Diodo Semicondutor Junção P-N: – Operação: Equação geral: onde: I S – corrente de saturação ou de escala, da ordem de ~ A (dobra apro- ximadamente a cada aumento de 5°C); V T – tensão térmica 26 mV a 25°C ( kT / q ); n 2 para diodos discretos e 1 para diodos integrados. Para cada década de aumento de corrente, aumento de cerca de 60 mV (n=1) ou 120 mV (n=2) na tensão direta; V D entre cerca de 0,6 e 0,8 V na gama de operação de um diodo.

23 Diodo – Modelos Lineares Modelo de Pequenos Sinais:

24 Tipos de Diodo Polarizações de operação: – Direta / reversa: Genérico (Vd 0,7V); Schottky (metal-semicondutor; Vd 0,3V); Túnel (GHz, efeitos quânticos); – Direta: Schokley (PNPN - pulsos); LED (Vd depende da cor); – Reversa: Fotodiodo; Varicap; – Ruptura: Zener.

25 Aplicações de Diodos Retificador de Meia-Onda: – – Tensão inversa de pico: VI p = V Sp

26 Aplicações de Diodos Retificador de Onda Completa: – Transformador com tomada central – – Tensão inversa de pico: VI p = 2V Sp – V D0

27 Aplicações de Diodos Retificador de Onda Completa: – Ponte de diodos – – Tensão inversa de pico: VI p = V Sp – 2V D0 + V D0 = V Sp – V D0

28 Aplicações de Diodos Retificador + Filtro Capacitivo: – Capacitor C em paralelo com a carga R – Meia Onda Onda Completa:

29 Aplicações de Diodos Regulador Zener: – Análise geral (via Thévenin): – Regulação de linha: – Regulação de carga:

30 Aplicações de Diodos Circuitos Limitadores ou Ceifadores (Clipping):

31 Aplicações de Diodos Circuitos Grampeadores (Clamping): – Grampeador positivo: – Grampeador negativo:

32 Aplicações de Diodos Dobradores de Tensão: – Meia onda ou em cascata: – Onda completa:

33 Aplicações de Diodos Multiplicador de Tensão:

34 Redes de Duas Portas Genéricas vs. Lineares: – Parâmetros-y: – Parâmetros-z: – Parâmetros-h: – Parâmetros- g:

35 Amplificadores Redes de duas portas (idealmente, unidirecionais) que visam aumentar a magnitude de um sinal preservando sua morfologia... Simbologia: – Ganhos: de Tensão:, de Corrente:, de Potência: – Amplificador de Tensão ideal: g 11 =0, g 12 =0, g 22 =0, g 21 =A v.

36 Amplificadores Representação do Ganho em decibéis (dB): – Ganho de tensão = 20 log 10 (|A v |) dB; – Ganho de corrente = 20 log 10 (|A i |) dB; – Ganho de potência = 10 log 10 (A p ) dB. – Não confundir valores negativos em A x e em dB! Se o ganho de potência é maior que 1 (> 0 dB): – Potência entregue à carga > potência recebida da fonte... – Necessidade de fonte externa: P dc = V 1 I 1 + V 2 I 2 ; P dc + P I = P L + P diss ; Eficiência:

37 Amplificadores Saturação: – Operação:

38 Amplificadores Não-Linearidade e Polarização (Biasing): – Operação: V i (t) = v i (t) + v i0 ; V o (t) = v o (t) + v o0 ; v o (t) A v · v i (t) :

39 Modelos para Amplificadores TipoModeloParâmetro de GanhoCaracterísticas Ideais Amplificador de Tensão Ganho de tensão de circuito aberto R i = R o = 0 Amplificador de Corrente Ganho de corrente de curto-circuito R i = 0 R o = Amplificador de Transcondutância Transcondutância de curto-circuito R i = R o = Amplificador de Transresistência Transresistência de circuito aberto R i = 0 R o = 0

40 Amplificadores Exemplos: – Cascateamento de três estágios de amp. de tensão: – Transistor bipolar (modelo simplificado de pequenos sinais) :

41 Amplificadores Resposta em freqüência: – Ilustração com base no Amp. de Tensão: – Largura de banda (bandwidth - BW): pontos de 3dB...

42 Amplificadores Resposta em freqüência: – Exemplo – acoplamento DC (filtro passa-altas): i o = G m.v i


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