Curso de electrónica - parte 19 Componentes especiais

[José Flor - OzFlor]

Índice do curso aqui

Introdução à electrónica básica
Parte 19
Componentes especiais

Vamos nesta lição especial, tratar de alguns tipos de componentes à pouco tempo atrás pouco usados em TV e rádio. Alguns componentes que serão vistos possuem princípios de funcionamento relativamente complexos, cuja explicação só seria possível a altas alturas.

A) Resistências não-lineares
Os resistências não-lineares são componentes consideráveis em suas características de resistências eléctricas, quando submetidos à ação de forças instáveis, tais como a temperatura, tensão ou a luz. Estas alterações podem acontecer de maneira brusca, sendo que a resposta oferecida pode ocorrer de maneira directa ou inversamente proporcional ao da variável aplicada para mudança de características desses resistências.

I – O LDR
O LDR, ou Light Depending Resistance, “Resistência Dependente da Luz”, também conhecido como “foto-resistência” como seu próprio nome sugere, possui seu comportamento condicionado às variações de luminosidade incidente sobre ele. Este dispositivo apresenta um elevado valor óhmico quando não iluminado e, ao ser exposto à luz, sua condutividade altera-se, passando o LDR a oferecer um baixo valor óhmico, motivo pelo qual é também classificado como sendo um fotocondutor. Na figura 1, podemos ver sua simbologia. O material básico empregado na fabricação do LDR é o sulfeto de cádmio, sendo que este material, quando convenientemente tratado, é possuidor de poucos electrões livres, quando submetido à escuridão completa. Porém, caso incida sobre ele alguma luz, o que culmina em um aumento de sua condutividade. O fato ocorre apenas durante o período de tempo em que há absorção da luminosidade pelo material, caso esta luminosidade cessar, os electrões , que haviam sido libertados, são “recapturados” pelos átomos do material, o qual volta a expressar o elevado valor óhmico que apresentava originalmente.

Figura 1

II – NTCR
Os NTCRs (Negative Temperature Coefficient Resistencia”, ou seja, Resistencias de Coeficiente de Temperatura Negativa), também denominados por termistores, são elementos cuja resistência óhmica decresce com o aumento da temperatura, ao contrário dos metais, cuja resistência cresce com o aumento da temperatura e consequentemente, apresentam um coeficiente positivo. A figura 2 mostra os símbolos dos NTCRs.

Figura 2

III – PTCR
Os PTCR (Positive Temperature Coefficient Resistencia) são resistencias que apresentam um coeficiente térmico  positivo de resistividade. Em comparação com os NTCs, esses elementos apresentam um coeficiente positivo apenas para uma faixa de temperaturas, enquanto os NTCs operam em toda a faixa. Os PTCRs, ou simplesmente, PTCs, fora da faixa de operação, irão apresentar um coeficiente negativo ou até mesmo nulo. A figura 3, mostra-nos o símbolo dos PTCs.

Figura 3

B) Semicondutores especiais

I – Diodo varicap
O diodo varicap, também chamado varactor, é um diodo de silício, cuja capacitância varia de acordo com a tensão inversa a ele aplicada. Esse díodo é utilizado como se fosse um condensador variável. A capacitância formada entre ânodo e cátodo diminui, quando aumentamos sua tensão de polarização inversa, pois o aumento da tensão inversa aumenta a espessura da barreira de potencial e, portanto, do dieléctrico, afastando-se as armaduras entre si.

Figura 4

II – Transistor Darlington
O transístor Darlington é construído por dois transístores, dois resistências e um díodo, difundidos sobre uma única pastilha de silício e interligados de modo a formar um transístor de potência com elevado ganho de corrente CC. A figura 5 mostra-nos um desses transístores tanto PNP como NPN.

Figura 5

III – Transístor Unijunção
Um importante componente, de uso muito frequente em circuito de disparo, é o transístor especial denominado uni-junção, cuja simbologia pode ser vista na figura 6. Realmente, pela simbologia utilizada para o transístor uni-junção , nota-se que é um componente dotado de duas bases, denominadas B1 e B2, além de um emissor, indicado pela letra E.

Figura 6

III – SCR
O SCR (Silicon Controled Retificator), rectificador controlado de silício, também conhecido pela designação Tiristor, é muito empregado em circuito de controle de grandes potencias e até mesmo em circuitos rectificadores, assim como também podem ser encontrados em dispositivos de protecção de fontes de alimentação, tanto de televisores como fontes de bancada. O símbolo desse componente é o da figura 6.

Figura 7

V – TRIAC
A sigla TRIAC origina-se das seguintes palavras inglesa TRIode Alternative Currente. Trata-se de um tipo de componente semicondutor pertencente à família dos Tiristores, que é utilizado em de controle de potência. O funcionamento dos TRIACs é bastante parecido com o dos SCRs. Como já foi dito, um SCR permite a passagem da corrente eléctrica num único sentido (situação em que o ânodo é positivo em relação ao cátodo). Já no TRIAC, a condução da corrente pode ser realizada em ambos os sentidos. Além disso, enquanto o SCR para conduzir necessita de um pulso positivo entre o gatilho e o cátodo, o TRIAC pode ser disparado tanto com pulsos positivos como negativos. Na figura 8, podemos ver a simbologia do TRIAC.

Figura 8

VI – PUT
PUT significa Transistor Unijunção Programável (Programmable Unijunction Transistor). Muitas vezes o PUT também é denominado de SCR Complementar,  pois a sua estrutura é muito parecida com a de um rectificador controlado por silício. A figura 9 mostra-nos a simbologia do PUT.

Figura 9

VII – Foto-díodo e foto-transístor
Os foto-díodos e foto-transístores são componentes semicondutores que apresentam alterações em suas características quando expostos à luminosidade. O foto-díodo consiste em um diodo feito de semicondutor PN construído de maneira que possibilite, quando da incidência de luz sobre si, o aumento da corrente inversa de dispersão; como isto é possível o desvio da corrente eléctrica inversa, similarmente ao que ocorre com o díodo ZENER.

Figura 10

VIII – LASCR
Um outro tipo de semicondutor foto-controlado é o LASCR, sigla de Light Activated Silicon Controlled Rectifier, que significa “Retificador Controlador de Silício Ativado por Luz”. Podemos observar, pela figura 11, o símbolo gráfico de um LASCR. Como todo SRC, o LASCR é um dispositivo semicondutor de três junções com quatro camadas.

Figura 11

IX – Circuito Integrados Reguladores
Na lição “Circuito Integrado – Parte 9”, foram vistos algumas informações sobre os CIs. Com o avanço tecnológico e das técnicas de fabricação de circuitos integrados, tornou-se possível o desenvolvimento de circuitos integrados específicos para a função de regulação e estabilização de tensão.
Os reguladores de tensão compreendem uma classe de circuitos integrados (CIs) bastante utilizada. Estes CIs contêm os circuitos para fonte de referência, amplificador de erro, dispositivo de controle e protecção de sobrecarga em uma única pastilha.
Os reguladores de tensão de três terminais, que produzem uma tensão regulada fixa positiva, para uma determinada faixa positiva, para uma determinada faixa de corrente de carga, são os mais empregados. Tais reguladores estão representados esquematicamente na figura 12. A um dos terminais do regulador é entregue uma tensão VE não regulada. Em um segundo terminal é retirada, com referência ao terceiro terminal conectado à massa. Na figura 13 temos um regulador de três terminais onde o e é a entrada, o t é o terra e o s é a saída. A entrada é uma tensão DC não regulada, mas rectificada e filtrada, injetada ao pino 1 do CI. Os condensadores ligados à entrada ou saída para terra auxiliam a manter a tensão DC e filtrar qualquer variação de tensão de frequência alta. À tensão de saída do pino 3 é então disponível para a conexão da carga. O pino 2 é a referência do CI ou terra. Para a selecção da tensão de saída regulada fixada desejada, deve-se ter em mente que os dois dígitos após o prefixo 78 indicam a tensão de saída do regulador de tensão. No caso do CI da figura 13, ele é de 5 volts.

Figura 12


Figura 13

José António Flor de Sousa

[José Flor - OzFlor]

X – Transístor de efeito de campo
Um dos mais importantes semicondutores criados nos últimos anos foi o transístor de efeito de campo, conhecido como TEC ou FET (Field Effect Transístor). O emprego é principalmente vantajoso onde se necessita de uma alta impedância de entrada, que praticamente não carregue a fonte do sinal. Recentemente ele está sendo também usado em conjunto com os transístores comuns nos circuitos integrados.
O transístor de efeito de campo, ao contrário do que muitos pensão, não é um dispositivo novo. Na verdade, ele existe desde a década de 50, tendo sido, entretanto, fabricado somente depois de 1960.
O mais popular dos transístores de efeito de campo é o tipo de junção, conhecido como TECJ ou J-FET. Ele é construído essencialmente por uma barra de silício do tipo N, com um contacto em cada extremo dessa barra. No centro, em torno da barra, é aplicada uma camada de silício tipo P, conhecida como porta e cujo campo eléctrico actua como um “estrangulador” sobre o fluxo de corrente na barra. A figura 14 mostra-nos simbolicamente o funcionamento de um transístor J-FET do tipo canal N, em função da polarização inversa aplicada à porta. Os eléctrodos destes transístores são denominados diferentemente. O elemento conhecido como emissor, recebe o nome de supridouro (S), a base é chamada porta (P) e o colector tem a designação dreno (D). Podemos observar em A, onde a polarização inversa é somente de –1,5 V, que a corrente através do canal do transístor é grande; ao contrário, em B, onde temos uma tensão de –6 V na porta, a corrente é pequena.
A porta P permite controlar o fluxo dos portadores no canal, através da redução de sua área efectiva de condução, ao aumentar a polarização inversa. Como a porta forma um díodo polarizado no sentido inverso, a impedância de entrada torna-se altíssima. Conforme o tipo de silício empregado no canal, que pode ser do tipo P ou N, o transístor recebe o nome de TEC (ou J-FET) de canal P ou TEC (ou J-FET) de canal N. Na figura 15 é mostrado os dois símbolos mais usados para ambos os transístores TEC.

Figura 14


Figura 15

XI – MOS-FET
Além do transístor de efeito de campo de junção, existe um outro tipo com inúmeras aplicações práticas na electrónica moderna, sobretudo devido aos avanços ocorridos nas técnicas de fabricação.
Trata-se do Transistor de Efeito de Campo com Porta Isolada, também conhecido, abreviadamente, por MOS-FET do inglês Metal Oxide Semicobductor Field Effect Transístor. Como sabemos, os transístores de efeito de campo se caracterizam pelo fato de que a corrente é controlada por meio de um campo eletrostático. Um transístor de efeito de campo é constituído, basicamente, por um bloco de material semicondutor, o canal, em cujos extremos encontramos dois eléctrodos, o Supridouro, que faz o mesmo papel do emissor de um transístor bipolar, e o Dreno, que desempenha as funções do colector. Teoricamente, a corrente deve circular considerando o sentido convencional, do supridouro para o dreno e essa corrente recebe o nome de corrente de Dreno, sendo representada pelas letras ID.
Entre supridouro e dreno encontra-se o eléctrodo de controle, o Gate ou Porta. A corrente do dreno é controlada pela tensão de gate, ou melhor, pela tensão gate e supridouro (VGS ou EGS).
Do acima exposto, segue-se que qualquer variação da tensão de gate corresponderá a uma variação da corrente de supridouro, de modo que a razão ID/VGS nos dá a Transcondutância do transístor, representada por YHS. A transcondutância é medida em mho, ou, mais correctamente em Simens, sendo que alguns fabricantes de transístores preferem informar a transcondutância em miliamperes por volt.
Um transístor de efeito de campo é constituído por uma junção PN, da qual uma região vem a ser o canal e a outra o Substrato. Se o canal for N, o substrato será P e vice-versa, sendo que essa junção deve ser polarizada inversamente, de modo que o substrato é conectado internamente ao supridouro ou pode ser dotado de um terminal próprio para a conexão à massa.
Os terminais de dreno e de supridouro são fixados a um canal na forma usual de fabricação de semicondutores; a porta é constituída por uma lâmina metálica isolada do canal por meio de uma película de óxido metálico, originando disto o nome de MOS-FET.
Os transístores MOS também são conhecidos como IG-FET – “Insulated Gate”, que quer dizer transístor de efeito de campo de porta isolada.
O fato da porta ser isolada do canal confere ao transístor de efeito de campo uma impedância de entrada praticamente infinita, definida unicamente pelos elementos de polarização, além da completa ausência de correntes de fuga entre o canal e o gate que podem, eventualmente, se tornarem notáveis nos transístores de efeito de campo de junção J-FET.
 

Figura 16

XII – Célula fotoelétrica
A célula fotoelétrica consiste, substancialmente, de um tubo de vidro, no interior do qual é feito o vácuo ou introduzido gás a baixa pressão, e colocada uma superfície, geralmente de forma semicilíndrica, recoberta com uma substância fotoemissora, e de um fio disposto no eixo do cilindro, cuja finalidade é recolher os elétrons  emitidos.
A superfície fotoemissora é chamada de cátodo e o fio é chamado de ânodo. Na figura 17, representamos uma célula fotoelétrica em seu aspecto simbólico.
 

Figura 17

Intercalado entre cátodo e ânodo, no circuito externo, um sensível instrumento indicador de corrente, verifica-se que no escuro o instrumento não indica nada, mas, à medida que se vai aumentando a intensidade luminosa, a corrente também aumenta. Isto significa que a emissão catódica depende do fluxo luminoso.


Enhancement Mode MOSFET

José António Flor de Sousa