08-Eletricidade Básica

08-Eletricidade Básica

Se a voltagem entre os eletrodos for aumentada, a corrente começa a subir. A determinado ponto, conhecido como limiar, a corrente repentinamente começa a subir sem que a voltagem aplicada seja aumentada. Se houver resistência suficiente no circuito externo, para prevenir que a corrente aumente rapidamente, a voltagem cai imediatamente para um nível menor e ocorre a interrupção. Esta mudança abrupta acontece como um resultado da ionização do gás por choque de elétrons.

Os elétrons liberados pelo gás ionizado formam o fluxo e liberam outros elétrons. O processo é, então, cumulativo. A voltagem de interrupção é determinada basicamente pelo tipo de gás, o material usado como eletrodos e seu tamanho e espaçamento. Uma vez ocorrendo a ionização, a corrente pode aumentar para 50 miliampères ou mais, com pequena mudança na voltagem aplicada.

Se a voltagem for aumentada, a corrente aumentará e o catodo será aquecido pelo bombardeamento de íons que o golpeiam. Quando a válvula torna-se bastante quente, resulta em emissão termoiônica.

Esta emissão reduz a perda de voltagem na válvula, o que, causando mais corrente fluindo, aumenta a taxa de emissão e a ionização.

Esta ação cumulativa provoca uma repentina diminuição na queda de voltagem através da válvula e um aumento muito grande no fluxo de corrente; a não ser que a válvula se destine a funcionar desta maneira, ela pode sofrer dano pelo aumento excessivo do fluxo de corrente.

O que é fundamental para a formação de um centelhamento; as válvulas que funcionam com estas correntes elevadas são chamadas de

arc tube”.

Para corrente acima de 50 miliampères, a unidade é normalmente pequena e é denominada válvula incandescente por causa da luz colorida que ela emite. Um exemplo de uma válvula assim é a familiar luz neon.

O princípio do controle de grade pode ser aplicado a quase todas as válvulas a gás, mas

é usado especialmente com catodo frio, catodo quente e do tipo “arc tube” de triodos e tetrodos. As do tipo catodo quente, de três elementos, recebem em geral o nome THYRATRON.

Um outro tipo especial de válvula a vácuo é a fotoelétrica, que é basicamente a mesma coisa que o diodo simples comentado anteriormente. Ela tem um bulbo vazio de vidro, um catodo que emite elétrons, quando a luz atravessa a válvula, e uma placa que atrai elétrons, quando uma voltagem é aplicada.

A sensibilidade da válvula depende da freqüência ou cor da luz usada para excitá-la e é especificada nesses termos.

Por exemplo, algumas válvulas são sensíveis à luz vermelha, outras a luz azul. Na maioria das válvulas fotoelétricas, o catodo parece um meio cilindro e é revestido com múltiplas camadas de metal raro, césio, cobertas por óxido de césio, que por sua vez, repousa sobre uma camada de prata. A placa tem o formato de um pequeno bastão, e localiza-se no centro do catodo. Outros tipos de válvulas a vácuo incluem aquelas com as características de diversas válvulas incorporadas numa só, conforme mostrado na figura 8-223.

Figura 8-223 Combinações de válvulas.

TRANSISTORES

O transistor é um componente eletrônico que tem a mesma performance de uma válvula à vácuo. Ele é muito pequeno, leve no peso e não requer aquecimento; é também mecanicamente marcado e não acelera a extração de sinal.

Os transistores vêm sendo no geral usados por mais de uma década, mas comparado a alguns dos componentes, eles são relativamente novos.

Um transistor é um semicondutor que pode ser de dois tipos de materiais, cada qual com propriedades elétricas. Os semicondutores são materiais cujas características de resistência encontram-se classificada entre os bons condutores e isolantes. As interfaces entre as partes do transistor são chamadas de junção. Diodos de

8-103

selênio e germânio (retificadores) são exemplos de componentes semelhantes e são chamados diodos de junção.

A maioria dos transistores é feita de germânio, aos quais certas impurezas são acrescentadas para passarem certas características.

As impurezas geralmente usadas são arsênio ou

indium”.

O tipo de transistor que pode ser usado em algumas aplicações no lugar da válvula triodo é o transistor de função, o qual atualmente possui duas funções.

Ele possui um emissor, base e coletor que correspondem ao catodo, grade e placa respectivamente, na válvula triodo. Os transistores de função são de dois tipos, o NPN e o PNP.

(Olhar figura 8-224).

Teoria de operação de transistor

Antes que a operação de transistor e que o sentido de P e N, possa ser explanado é necessário considerar a teoria de ação do transistor.

Figura 8-224 Transistores NPN e PNP.

A lacuna é considerada uma carga positiva. Se um elétron de um átomo vizinho movese, a lacuna não se move realmente; ela é ocupada por outro elétron, e uma outra lacuna é formada. Em “A” da figura 8-225, os elétrons são representados por pontos pretos, e as lacunas por círculos pontilhados.

Figura 8-225 Elétrons e lacunas em transistores.

Em “B” da figura 8-225, os elétrons moveram-se de sua posição ocupada em “A”, para o espaço à esquerda em “A” da Figura 8-225.

Efetivamente, as lacunas foram movidas um espaço para a direita.

O movimento dos elétrons é uma correntambém é corrente. A corrente de elétrons mopercorre a direção oposta. O movimento da carte. Ao mesmo modo, o movimento das lacunas ve-se em uma direção; a corrente de lacunas ga é uma corrente. Nos transistores, tanto os elétrons como as lacunas representam a corrente.

Em transistores, os materiais referidos usados são: o material N e o material P. O material N é rico em elétrons e, portanto, funciona como corrente de elétrons. O material P é escasso com relação a elétrons, portanto, funciona como lacunas.

Um transistor NPN não é intercambiável com um transistor PNP e vice-versa. Entretanto, se a fonte de força for revertida, eles podem ser intercambiáveis.Visto que a temperatura é crítica, em um circuito transistorizado deve existir refrigeração para os transistores. Outra precau-

ção que precisa ser tomada para todo circuito transistorizado é: nunca se deve energizar deliberadamente um circuito aberto.

Diodos

A figura 8-226 ilustra um diodo de germânio que consiste de dois diferentes tipos de materiais semicondutores.

Com a bateria conectada, como mostrado, lacunas positivas e elétrons são repelidos pela bateria para a junção, causando uma intera-

ção entre as lacunas e elétrons. Isto resulta em um fluxo de elétrons através da junção para as lacunas e para o terminal positivo da bateria.

8-104

As lacunas se movem em direção ao terminal negativo da bateria. Isso é chamado de direção avançada, e é uma alta corrente. figura 8-227, causará às lacunas e aos elétrons a atração no caminho da junção, e pequena intera-

ção entre elétrons e lacunas ocorre (na junção).

Isto resultará em um muito pequeno fluxo de corrente, chamado corrente reversa.

Figura 8-226 Fluxo de elétrons e de lacunas em um diodo com direção avançada.

Conectando a bateria, como mostrado na

Diodo “Zener

de diodo separador) é usado primariamente para regulagem de voltagem. Eles são designados assim, por abrirem (permitir passar corrente) quando o potencial do circuito é igual ou acima da voltagem desejada.

Abaixo da voltagem desejada, o “Zener” paralisa o circuito do mesmo modo, como qualquer outro diodo polarizado reversamente. Por causa do diodo ‘Zener”, é admitido livre fluxo em uma direção. Quando este é usado em um circuito de corrente alternada devem ser usados dois diodos em posições opostas. Presta-se atenção nas correntes alternadas.

O “Zener” pode ser usado em muitos lugares onde uma válvula não pode ser usada, por ser este de pequeno tamanho e pode ser usado em circuito de baixa voltagem.

A válvula é usada nos circuitos acima de

75 volts, porém o diodo “Zener” pode ser usado em regulagens de voltagens tão baixas quanto

3,5 volts.

Transistor PNP

A figura 8-228 mostra um circuito de transistor, energizado por baterias. O circuito emissor é polarizado pela bateria e, diretamente, com alto fluxo de corrente.

Figura 8-227 Fluxo de elétrons e de lacunas em um diodo com corrente reversa.

O potencial nos eletrodos do diodo transistor, vindo da bateria é chamado “Bias”. Este movimento pode ser bias direto ou reverso, isto

é, em direção de uma corrente alta ou na de uma corrente baixa. O elemento N-germânio é fabricado com uma impureza, semelhante ao arsênico contribuindo para ceder o excesso de elétrons.

O arsênico libera os elétrons imediatamente, e pode ser usado como um carregador O elemento P-germânio tem uma impureza acrescentada como o “indium”. Isso leva os elétrons germânios e deixa as lacunas, ou cargas positivas.

8-105

Figura 8-228 Transistor com fluxo de elétrons.

O circuito coletor é polarizado pela bateria e baixo fluxo de corrente.

Se o circuito emissor for fechado (do coletor aberto), uma alta corrente do emissor irá fluir, uma vez que este é polarizado diretamente.

Se o coletor for fechado (do emissor aberto), uma baixa corrente irá fluir, uma vez que este é polarizado na direção reversa.

Ao mesmo tempo, uma corrente de lacunas está fluindo na direção oposta no mesmo circuito, como mostra a figura 8-229. A corrente de lacunas flui do terminal positivo da bateria, ao passo que a corrente de elétrons flui do terminal negativo.

A operação com ambas as chaves fechadas é a mesma como no transistor PNP, exceto que, o emissor agora libera elétrons ao invés de lacunas na base, e o coletor, sendo positivo, irá coletar os elétrons.

Figura 8-229 Fluxo de corrente de lacunas.

Haverá outra vez um grande aumento na corrente do coletor com a chave do emissor fechada.

Com a chave do emissor aberta, a corrente de coletor será pequena, desde que esteja polarizada inversamente. No primeiro instante deve parecer que o transmissor não pode amplificar, desde que haja menos corrente no coletor do que no emissor. Lembramos, no entanto, que o emissor, é polarizado positivamente, e uma pequena voltagem causa uma grande corrente, equivalendo a um circuito de baixa resistência.

O coletor é polarizado inversamente e uma grande voltagem causa uma pequena corrente, equivalendo a um circuito de alta resistência. Quando ambas as chaves são fechadas, um fenômeno conhecido como ação de transistor ocorre.

O emissor, polarizado diretamente, tem suas lacunas ejetadas através da junção “N” na região de base (o terminal positivo da bateria repele as lacunas através da junção). O coletor, sendo polarizado negativamente, agora atrairá essas lacunas através da junção base para o coletor.

Esta atração de lacunas pelo coletor causaria uma grande corrente reversa se a chave do emissor estivesse aberta. Um grande aumento da corrente reversa do coletor é causada pela então chamada ação do transistor, pelas lacunas do emissor que passam para o coletor. Ao invés das lacunas fluírem através da base e retornarem para o emissor, elas fluirão através do coletor,

A soma da corrente do coletor e da base

é igual a corrente do emissor. Num transistor típico a corrente do coletor pode ser 80% ou

99% da corrente do emissor, com o restante fluindo através da base.

Transistor NPN

Na figura 8-230, um transistor NPN está conectado no circuito. Nota-se que as polaridades da bateria estão invertidas em relação ao circuito do transistor PNP. Mas com os tipos de materiais do transistor invertidos, o emissor é ainda polarizado diretamente, e o coletor é ainda polarizado reversamente.

Neste circuito, um pequeno sinal aplicado na entrada causa uma pequena mudança nas correntes do emissor e coletor; porém, o coletor sendo uma alta resistência requer somente uma pequena mudança de corrente para voltagem.

Por esta razão, um sinal amplificado aparece no terminal de saída.

Figura 8-230 Circuito de transistor NPN.

O circuito da ilustração é chamado de amplificador de base comum, porque a base é

8-106

comum aos circuitos de entrada e de saída (emissor e coletor). de circuito de conexão. Este é chamado de amplificador de emissor comum, e é similar ao amplificador triodo convencional. O emissor é como um catodo, a base é como uma grade, e o coletor como uma placa.

O coletor é polarizado por uma corrente reversa.

A figura 8-231 mostra um tipo diferente

Se o sinal de entrada estiver no ciclo positivo, como mostra a figura 8-231, isto auxiliará a polaridade, e aumentará a corrente de base e emissor. Isso aumenta a corrente de coletor, tornando o terminal de saída mais negativo.

Figura 8-231 Amplificador de emissor comum.

No próximo meio ciclo, o sinal será oposto a polarização e diminuirá a corrente do emissor e do coletor. No entanto, a saída ainda será positiva.

Este estará 180º fora de fase com a entrada, como numa válvula triodo amplificadora.

A corrente de base é uma pequena parte da corrente total do emissor, baseado nisto, somente uma pequena mudança na sua corrente de base causa uma grande mudança na corrente do coletor. No entanto, ele novamente amplifica o sinal.

Este circuito tem maior ganho (relação saída/entrada) entre circuitos amplificadores transistorizados.

Um transistor PNP poderia também ser usado se as polaridades da bateria fossem invertidas.

Uso dos transistores

Os transistores podem ser usados em todas as aplicações onde as válvulas são usadas, dentro de certas limitações impostas pelas suas características físicas.

A principal desvantagem do transistor é sua baixa potência de saída e sua faixa de freqüência limitada. No entanto, como eles têm aproximadamente um milésimo do tamanho físico da válvula, eles podem ser usados em equipamentos compactos.

Seu peso é aproximadamente um centésimo da válvula, tornando o equipamento muito leve. Sua vida é aproximadamente três vezes maior do que a de uma válvula, e sua potência requerida é somente cerca de um décimo que de uma válvula.

O transistor pode ser permanentemente danificado pelo calor ou pela polaridade inversa da fonte de alimentação. Por esta razão, cuidados devem ser tomados quando instalados num circuito que tenha estas condições.

Transistores podem ser instalados em soquete de válvula miniatura, ou podem ser soldados diretamente nos circuitos.

Quando se traça o primeiro circuito transistorizado, o problema pode ser a compreensão no esquema, se um transistor é um NPN ou PNP

- referência figura. 8-232, que mostra o símbolo esquemático dos dois tipos de transistores. Nota-se uma seta na linha de emissor.

Quando a seta é posicionada fora da base, ele é um NPN, se a seta esta posicionada na direção da base, ele é um transistor PNP.

Figura 8-232 Esquema de um transistor.

Uma regra simples para determinar se o transistor é PNP ou NPN é a seguinte: ele é um

PNP, se a letra do centro N indicar uma base negativa, ou em outras palavras, que a base conduzirá mais livremente mudanças negativas. Se um transistor é um NPN, o P indica base positiva e o transistor conduzirá mais livremente uma

8-107

Was this manual useful for you? yes no
Thank you for your participation!

* Your assessment is very important for improving the work of artificial intelligence, which forms the content of this project

Download PDF

advertisement

Table of contents