INTRODUÇÃO

Com a necessidade de evoluir o ser humano sempre busca novas alternativas mais baratas e eficientes. Uma dessas alternativas foi a descoberta do Diodo e do Transistor.

Foi em 1904 que surgiu a primeira Válvula a Diodo, trazendo um grande avanço a aquela época, ela foi usada até meados da década de 80, mas até hoje podemos observar o Diodo nos televisores e rádios antigos.

O Diodo caiu em desuso, pois:

·         Ocupam muito espaço;

·         Aquecem muito devido ao aquecimento do filamento, portanto dissipa alta quantidade de energia em forma de calor.

·         Possuem baixa vida útil

Na Segunda Guerra Mundial as potências precisavam produzir equipamentos menores e mais eficientes, foi então que surgiu o transistor, após 11 anos de pesquisa os cientistas conseguiram produzir o primeiro transistor em 1947.

O transistor assim como o diodo é um semicondutor, ou seja, é quando os íons possuem uma lacuna sem elétrons, e eles ficam “passeando” sucessivamente de lacuna em lacuna, logo estabelece uma condução elétrica. Uma quantidade minúscula de dopagem tipo N(Ver Glossário) ou tipo P(Ver glossário) leva um cristal de silício de bom isolante a um condutor viável, mas não excelente – por isso o nome "semicondutor".

Podemos dizer que o transistor é o substituto das válvulas eletrônicas, ele é a unidade básica dos microcircuitos, microchips, microprocessadores, etc. Graças a ele, hoje temos nossos microcomputadores, rádio portátil, televisores, entre outros.

Por outro lado o Diodo também tem suma importância na eletrônica, ele converte uma fonte de corrente alternada para uma corrente contínua, esta propriedade é utilizada em grande número de circuitos eletrônicos e nos retificadores. Pode funcionar como proteção contra a troca de polaridades. Um dos inconvenientes do diodo consiste no fato de necessitar de cerca de 0,7 V para começar a conduzir, ficando com essa queda de tensão aos seus terminais.

DIODO

O diodo semicondutor é um componente não linear que permite a passagem de corrente num sentido e impede a passagem da corrente no sentido contrário.

Quando ligamos dois materiais um do tipo “P e outro do tipo “N”,o resultado se chama uma junção PN ou diodo semicondutor. Se utilizarmos o Silício, por exemplo, adiciona-se átomos de índio (In) para se obter o semicondutor do  tipo P e adiciona-se átimos de Fósforo (P), Arsênio (As) ou Antimônio (Sb) para obter o semicondutor  do tipo N, quando fazemos este tipo de operação se da o nome de: Dopagem do semicondutor, depois de unidos Pn fica com 2 terminais, o terminal ligado ao semicondutor do tipo “P” chama-se: Ânodo(A), o terminal ligado ao semicondutor do tipo N chama-se de Cátodo (K).O Ânodo A é reconhecido num diodo por ter uma risca circular em torno do encapsulamento  respectivo.

Se a fonte de alimentação for alternada, então o diodo conduz num dos sentidos da corrente elétrica e não conduz no outro sentido da corrente. Diz-se então que o díodo faz uma retificação simples da corrente alternada fornecida pela fonte.

1. Polarização direta – Liga-se o terminal positivo (+) da fonte de alimentação ao terminal P da junção e, portanto, o terminal negativo (-) da fonte ao terminal N da junção semicondutora.
2. Polarização inversa - Liga-se o terminal positivo (+) da fonte de alimentação ao terminal N da junção e, portanto, o terminal negativo (-) da fonte ao terminal P da junção semicondutora.

Geralmente, o fabricante fornece dados como: capacitância parasitária do diodo, características  mecânicas e térmicas do componente.

A retificação de onda completa, que pode utilizar dois ou quatro diodos, consoante a montagem, permite que o receptor seja alimentado pelas duas alternâncias da corrente fornecida pela rede de corrente alternada, embora a corrente no receptor tenha um só sentido. Na retificação de onda completa, a potência fornecida ao receptor duplica, relativamente à retificação simples.

Retificador de pico é onde ao invés de uma carga resistiva, temos uma carga puramente capacitiva, o capacitor só pode se carregar positivamente, pois o diodo não permite a circulação de corrente no semiciclo negativo, o díodo conduz totalmente a carga e carrega o capacitor com a tensão (eg-vd), se começa a cair o que tenderia a descarregar o capacitor, bloqueia imediatamente impedindo que o capacitor se descarregue, portanto o capacitor mantém a carga correspondente e a tensão entre suas extremidades.

Referência bibliográfica:

FURLAN, ROGÉRIO. Resistores. Disponível em: <http://www.lsi.usp.br/~roseli/www/psi2307_2004-Teoria-1-Retif.pdf>. Acesso em:    04 Nov. 2011.

TRANSISTOR

O transistor (transference resistor) é basicamente constituído de dois diodos, sendo que ambos compartilham a base, os transistores têm por função amplificar os sinais elétricos, ou seja, um amplificador (tornar um sinal elétrico mais fraco ou mais forte). Ele tem a capacidade de controlar a quantidade de eletricidade que é conduzida. Os microfones é um exemplo em que o transistor é utilizado.

Vamos observar o que acontece quando juntamos três porções, fazendo um sanduíche de uma porção N.

 De acordo com [01]:

PNP

“Cada uma dessas camadas tem sua peculiaridade:

·         a primeira camada P (da esquerda) tem largura média e é fortemente dopada, ou seja, tem muitos átomos trivalentes. Isto torna essa camada um fornecedor de lacunas (cargas positivas). Por isso ela é chamada emissor.

·         a camada central N é muito fina e tem uma dopagem média. Como ela é fina, ela não representa um empecilho muito grande para as cargas que vêm do emissor. Esta camada é chamada base.

·         a camada da direita é bastante larga em relação às demais e é fracamente dopada. Por ser responsável por receber os elétrons que saem do emissor e atravessam a base, esta camada é chamada coletor.”

Quando fazemos uma polarização direta emissor – base, podemos observar que ele se comporta como um condutor, ou seja, os elétrons são atraídos pelo pólo positivo da bateria.

 

Agora quando fazemos a polarização Base-Coletor, obtém-se um efeito interessante:

O Coletor exerce uma atração maior sobre os elétrons do que a base, pois ela é muito fina e o coletor está com energia extra gerada pelo pólo negativo da bateria. Com isso apenas uma pequena parte dos elétrons passam pela base e a maioria vai para o coletor. Para conseguir a amplificação precisamos aplicar uma pequena variação na Base para obtermos uma grande variação na corrente do Coletor. Com isso obtemos a amplificação, ou seja, entramos com uma pequena corrente (Via Base) e saímos com uma grande corrente (Via Coletor).

Amplificação. (Inspirado em desenho da Lucent).

Referência Bibliográfica:
SILVA, AGOSTINHO, ROSA. O que é transistor?. Disponível em: http://www.agostinhorosa.com.br/artigos/funcionamento-do-transistor.html.

CONCLUSÃO

Com os estudos realizados nosso grupo verificou que com a descoberta do diodo foi possível realizar a radiotransmissão, a partir disso o ser humano buscou melhorar o desempenho dos circuitos e, para isso, os cientistas conseguiram chegar a descoberta do transistor, foi então que iniciou-se a Era Digital, permitindo criar e “miniaturizar” tudo o que conhecemos hoje como eletrônico.

Corrente Elétrica

A corrente elétrica é um fluxo de elétrons que circula por um condutor quando entre suas extremidades houver uma Tensão.
Condutor é todo material que permite a mobilidade fácil dos elétrons, sendo os melhores condutores os metais. Quando o material não permite essa mobilidade dos elétrons, ele é dito isolante, por exemplo, madeira. 

O Cobre é o metal mais utilizado na indústria eletroeletrônica. Observando a imagem ao lado podemos perceber que ele possui 29 elétrons distribuídos em 4 camadas. A 4ª camada exterior está incompleta, possuindo apenas 1 elétron e a distância desse para o núcleo nos sugere que ele está fracamente ligado ao restante do átomo de cobre,como no interior do átomo há uma repulsão entre elétrons e uma atração entre  prótons então à medida que cresce a distância entre o núcleo e os elétrons em órbita, a força de ligação diminui, portanto se este elétron receber energia suficiente do meio externo ( própria temperatura ambiente) para se libertar do átomo, passará a ser chamado de elétron livre.

Em um centímetro cúbico de cobre, à temperatura ambiente, há aproximadamente 1,4 x 10²⁴ elétrons livres.

Os elétrons Livres são aqueles elétrons que não estão presos a um átomo e não possuem uma direção definida. Se uma Diferença de Potencial for aplicada entre os extremos do condutor, esse movimento das cargas passará a ser um movimento organizado dirigido em um único sentido. Quando isso ocorre, dizemos que uma corrente elétrica foi estabelecida no condutor.

Os elétrons e a corrente elétrica não são visíveis, mas podemos comprovar sua existência conectando, por exemplo, uma lâmpada a uma bateria. Entre os terminais do filamento da lâmpada existe uma diferença de potencial causada pela bateria, logo, os elétrons livres (de carga negativa) serão atraídos pelo terminal positivo. O terminal negativo da bateria funciona como uma fonte de elétrons que são atraídos à medida que os elétrons livres do fio de cobre se deslocam no sentido do terminal positivo. A atividade química da bateria produzirá uma absorção de elétrons no terminal negativo. O fluxo de carga através da lâmpada provocará o aquecimento do filamento até que ele fique incandescente, emitindo assim a luz desejada.

Se 6,242 x 10¹⁸  elétrons atravessam em um segundo, com velocidade uniforme a seção reta circular imaginária do condutor visto na figura ao lado, se diz que o fluxo de carga corresponde a 1 ampère (A), em homenagem ao físico francês André Marie Ampère (1775-1836).

Bibliografia:

Livros:

Boylestad, R. L. - INTRODUÇÃO À ANÁLISE DE CIRCUITOS - 10ª Edição.

Pearson Education do Brasil. São Paulo /SP. 2004.

Sites:

Disponível em:

http://www.corradi.junior.nom.br/eletricidade_bas.pdf

Acessado em 14/09/2011

Sentido da Corrente Elétrica

Existem dois sentidos adotados para a corrente elétrica, o sentido convencional e o sentido real.

O sentido convencional foi adotado porque quando a eletricidade foi descoberta, acreditava-se que a carga se deslocava do pólo positivo para o negativo, mas na verdade os elétrons têm carga negativa, portanto o sentido real da corrente elétrica é do pólo negativo para o positivo.

Diferença de Potencial

No circuito mostrado acima, o acúmulo de cargas negativas (elétrons) no terminal negativo, enquanto cargas positivas (íons positivos) se acumulam no terminal positivo, ou seja, a falta de elétrons em um pólo e o excesso em outro origina uma diferença de potencial (d.d.p). Se conectarmos os dois terminais através de um condutor, os elétrons acumulados no terminal negativo terão energia suficiente para alcançar o terminal positivo.

A unidade da tensão elétrica, é o volt (V) em homenagem ao Físico Italiano Alessandro Volta.

Portanto, a tensão é um indicador da quantidade de energia envolvida na movimentação de uma carga entre dois pontos de um sistema elétrico. Ao contrário, quanto mais alta for a tensão fornecida por uma fonte de energia, maior será a quantidade de energia disponível para mover cargas no sistema.

Em resumo, a diferença de potencial (em volts) aplicada por uma fonte de tensão sobre um circuito elétrico é a pressão que coloca o sistema em operação e causa o fluxo de cargas, ou corrente, pelo sistema elétrico. Uma analogia mecânica para a tensão aplicada é a diferença de pressão aplicada na água em uma mangueira. O fluxo de água resultante nesse sistema é semelhante ao fluxo de carga em um circuito elétrico. Sem a pressão aplicada pela torneira, a água simplesmente permanece em repouso na mangueira, de forma semelhante aos elétrons de um fio de cobre. que não tem uma direção comum de movimento sem a aplicação de uma tensão elétrica.

Em geral, a diferença de potencial entre dois pontos é definida por:

Lembrando: D.D.P também é conhecida por Tensão elétrica ou Voltagem.

Bibliografia:

Livros:

Boylestad, R. L. - INTRODUÇÃO À ANÁLISE DE CIRCUITOS - 10ª Edição.

Pearson Education do Brasil. São Paulo /SP. 2004.

Sites:

Disponível em:

http://www.corradi.junior.nom.br/eletricidade_bas.pdf

http://www.labeletronica.com/eletronica-para-informatica/parte-3--corrente-tensao-resistencia-potencia-e-frequencia

Acessado em 14/09/2011

Resistências

Resistência elétrica é a capacidade de um corpo qualquer se opor à passagem de corrente elétrica mesmo quando existe uma diferença de potencial aplicada. Seu cálculo é dado pela Lei de Ohm, e, segundo o Sistema Internacional de Unidades (SI), é medida em ohms.

Quando uma corrente elétrica é estabelecida em um condutor metálico, um número muito elevado de elétrons livres passa a se deslocar nesse condutor. Nesse movimento, os elétrons colidem entre si e também contra os átomos que constituem o metal. Portanto, os elétrons encontram certa dificuldade para se deslocar, isto é, existe uma resistência à passagem da corrente no condutor. Para medir essa resistência, os cientistas definiram uma grandeza que denominaram resistividade elétrica.

A unidade de medida da resistência é o Ohm, cujo símbolo é a letra grega maiúscula ômega (Ω).

O nome desta unidade é uma homenagem a Georg Simon Ohm (1787-1854), que descobriu relações matemáticas envolvendo as dimensões dos condutores e as grandezas elétricas, definindo o conceito de resistência elétrica e formulando o que passou a ser chamada Lei de Ohm.

Fatores que influenciam a resistência.

A resistência elétrica depende de quatro fatores:

• Material representado por P.
• Comprimento L.
• Seção transversal A.
• Temperatura T.

Ρ= é a resistividade elétrica (em ohm metros, Ωm);

L= é o comprimento do material (medido em metros);

A= é a área da seção do material.

Resistividade P de alguns materiais

Material	ρ @ 20º C (ohms-metros)
Prata	1,58 × 10-8
Cobre	1,67 × 10-8
Alumínio	2,65 × 10-8
Ferro	9,71 × 10-8
Carbono	(3 – 60) × 10-5
Silício	0,1 – 60
Vidro	109 – 1012
Borracha	1013 – 1015

Portanto, corrente, tensão e resistência elétrica estão relacionadas entre si.   Por exemplo,  se pegarmos um condutor que possui determinada resistência elétrica e a ele aplicarmos uma tensão, faremos com que circule certa corrente por esse condutor.  Se dobrarmos a tensão aplicada, a corrente também dobra.  Essa relação é mostrada na primeira lei de Ohm:

Tensão é igual ao Valor da resistência multiplicado pelo valor da corrente.

V=R.I

Resistência é igual ao valor da tensão dividido pelo valor da corrente

R=V/I

Corrente é igual ao valor da tensão dividido pelo valor da resistência.

I= V/R

Com isso, a resistência depende do metal através do qual os elétrons irão circular, quando o condutor for percorrido por uma corrente elétrica, ele vai se aquecer, por isso que, num ferro de passar roupas, num secador de cabelos ou chuveiro, o calor é produzido pela corrente que atravessa fio metálico que serve como elemento resistivo. Quando metal aquece, dá-se o nome de efeito Joule. É devido àqueles choques descritos anteriormente, dos elétrons contra os átomos que a energia cinética média de oscilação de todos os átomos aumenta. Isso se manifesta como um aumento da temperatura do condutor.

Logo:

·         Quanto mais fino o condutor, maior a resistência. 

Quanto maior a corrente que circula por um fio, maior a queda de tensão nele

Bibliografia:

Livros:

Boylestad, R. L. - INTRODUÇÃO À ANÁLISE DE CIRCUITOS - 10ª Edição.

Pearson Education do Brasil. São Paulo /SP. 2004.

Sites:

Disponível em:

http://www.labeletronica.com/eletronica-para-informatica/parte-3--corrente-tensao-resistencia-potencia-e-frequenciahttp://pt.wikipedia.org/wiki/Resist%C3%AAncia_el%C3%A9trica

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