Eletrônica Industrial

Eletrônica Industrial

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Itabira 2005

Presidente da FIEMG Robson Braga de Andrade

Gestor do SENAI Petrônio Machado Zica

Diretor Regional do SENAI e Superintendente de Conhecimento e Tecnologia Alexandre Magno Leão dos Santos

Gerente de Educação e Tecnologia Edmar Fernando de Alcântara

Elaboração Equipe Técnica - Núcleo Eletroeletrônica

Unidade Operacional Centro de Formação Profissional Pedro Martins Guerra

APRESENTAÇÃO
1. FÍSICA DOS SEMICONDUTORES
1.1 Condução dos semicondutores
1.2 Dopagem de semicondutores
2. DIODO DE JUNÇÃO
2.1 Junção PN
2.2 Diodo de junção ideal
2.3 Diodo de junção real
2.4 Comportamento do diodo em AC
2.5 Regime máximo do diodo em C
2.6 Efeito da temperatura na característica
2.7 Resistência do diodo
2.8 Tempo de chaveamento do diodo
2.9 Classificação dos diodos
3. RETIFICADORES
3.1 Retificador de 1/2 onda
3.2 Retificador de onda completa
3.3 Retificador em ponte
3.4 Filtros
4. TRANSITOR BIPOLAR DE JUNÇÃO (TBJ)
5. AMPLIFICADORES DE POTÊNCIA
5.1 Dissipadores de calor
6. JFET
7. ELETRÔNICA DE POTÊNCIA
7.1Diodos
8. TIRISTORES
8.1 O SCR
8.2 TRIAC
9. CHAVES CONTROLÁVEIS
9.1 GTO
9.2 IGBT – Transitor bipolar de porta isolada
10. UJT
10.1 Geradores de pulsos: circuitos de disparo para tiristores e triacs
10.2 Gerador de pulsos sincronizados com a alimentação
1. CIRCUITO INTEGRADO TCA 780/785
12. RETIFICADORES

Sumário

12.2 Retificadores controlados
13. INVERSORES
13.1 Inversores não autônomos
13.2 Inversores autônomos
13.3 Modulação PWM
13.4 Inversores monofásicos
13.5 Inversores trifásicos
14. EXEMPLO DE APLICAÇÃO
14.1 A evolução do controle de velocidade
14.2 Controle escalar
14.3 O modo de controle vetorial
15. EXERCÍCIOS E PROBLEMAS
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
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Curso Técnico de Manutenção em Equipamentos de Mineração

Apresentação

“Muda a forma de trabalhar, agir, sentir, pensar na chamada sociedade do conhecimento.” Peter Drucker

O ingresso na sociedade da informação exige mudanças profundas em todos os perfis profissionais, especialmente naqueles diretamente envolvidos na produção, coleta, disseminação e uso da informação.

O SENAI, maior rede privada de educação profissional do país,sabe disso , e consciente do seu papel formativo , educa o trabalhador sob a égide do conceito da competência:” formar o profissional com responsabilidade no processo produtivo, com iniciativa na resolução de problemas, com conhecimentos técnicos aprofundados, flexibilidade e criatividade, empreendedorismo e consciência da necessidade de educação continuada.”

Vivemos numa sociedade da informação. O conhecimento , na sua área tecnológica, amplia-se e se multiplica a cada dia. Uma constante atualização se faz necessária. Para o SENAI, cuidar do seu acervo bibliográfico, da sua infovia, da conexão de suas escolas à rede mundial de informações – Internet - é tão importante quanto zelar pela produção de material didático.

Isto porque, nos embates diários,instrutores e alunos , nas diversas oficinas e laboratórios do SENAI, fazem com que as informações, contidas nos materiais didáticos, tomem sentido e se concretizem em múltiplos conhecimentos.

O SENAI deseja , por meio dos diversos materiais didáticos, aguçar a sua curiosidade, responder às suas demandas de informações e construir links entre os diversos conhecimentos, tão importantes para sua formação continuada !

Gerência de Educação e Tecnologia

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1FÍSICA DOS SEMICONDUTORES

1.1CONDUÇÃO NOS SEMICONDUTORES Estrutura atômica

Qualquer substância ou material conhecido pode ser subdividido em partes cada vez menores, até que se chegue à menor delas, a molécula. Pode-se então definir como molécula “a menor partícula a qual se pode dividir um corpo sem que este perca suas propriedades fundamentais”. A partir do ponto em que se descobriu à molécula, conseguiu-se subdividi-la ainda mais, mas desta feita não é mais possível conseguir que o material conserve suas propriedades fundamentais.

A estas subdivisões da molécula deu-se o nome de ÁTOMO, palavra de origem grega, que significa A=não TOMO=divisão, ÁTOMO=NÃO DIVISÍVEL.

O átomo é formado por um grande número de partículas, dentre as quais, podemos destacar:

- ELÉTRONS: parte do átomo com carga elétrica negativa (-).

- PRÓTONS: parte do átomo com carga elétrica positiva (+).

- NÊUTRONS: parte do átomo que não tem carga elétrica.

Os prótons e os nêutrons constituem o chamado núcleo do átomo tendo em seu redor, num movimento de rotação, os elétrons, dispostos em órbitas concêntricas.

É importante lembrar que somente a camada periférica de um átomo pode apresentar-se incompleta, as demais estão sempre completas.

Os elétrons que se encontram nesta camada periférica, são chamados de elétrons de valência, e possuem a característica de serem quase que completamente livres, para participar de fenômenos químicos e elétricos.

Quando um grupo de átomos esta disposto simetricamente entre si, um elétron de valência muitas vezes gira em torno de dois núcleos, ao invés de um só. Quando isto acontece, os elétrons de valência unem os átomos nos quais giram ao redor, a este tipo de ligação dá-se o nome de ligação covalente.

ELÉTRON DE VALÊNCIA: elétrons da camada externa, responsáveis pela atividade química ou elétrica do elemento.

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Se, num material, após todas as ligações covalentes terem se realizado, ainda restarem elétrons que não possuem uniões firmes, estes são denominados de elétrons livres. Quanto maior o número de elétrons livres, maior a condutividade.

A partir desse conceito podemos então definir:

- CONDUTOR: material que possui grande quantidade de elétrons livres.

- ISOLANTE: material que possui pouca ou nenhuma quantidade de elétrons livres.

- SEMICONDUTOR: existem certos materiais, com moléculas especiais, que se situam entre os dois grupos e não são nem bons condutores, nem bons isolantes, chamam-se semicondutores, pois possuem elétrons livres, mas em pequena quantidade. Destes materiais os mais conhecidos são: o Germânio (Ge) e o Silício (Si).

O número de valência destes dois elementos equivale ao número ou quantidade de elétrons na última camada periférica. Estes átomos possuem uma outra particularidade, que é a de se combinarem entre si, para formar o que denominamos de estrutura cristalina.

Estrutura cristalina

O Ge por problemas de limitações (temperatura) teve o seu uso abandonado e o silício passou a ser o cristal mais utilizado para a fabricação de componentes eletrônicos. O silício é um elemento químico pertencente ao quarto grupo da tabela periódica. Cada átomo possui 14 elétrons na coroa. A camada mais interna é ocupada somente por dois elétrons e a seguinte por oito. Os quatro elétrons restantes circulam numa terceira camada eletrônica. Portanto nesta terceira camada para que o átomo atingisse a estabilidade química, seriam necessários mais quatro elétrons. No estado sólido e sob condições adequadas de fabricação, o silício constitui uma rede cristalina, onde cada átomo tem quatro átomos vizinhos eqüidistantes, interligados por pontes de pares de elétrons, ligação covalente; e todos os elétrons de valência dos átomos de silício, na estrutura cristalina, são envolvidos pelas ligações entre átomos. Estão, desse modo, presos em um lugar, sendo denominados elétrons presos.

LIGAÇÃO COVALENTE: união entre dois átomos através de seus elétrons de valência.

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Conceito de lacuna

A rede cristalina se encontra sempre a uma temperatura acima do zero absoluto, ou seja, contém sempre determinada quantidade de energia térmica. O resultado da presença dessa energia térmica é que os átomos e os elétrons vibram em torno de suas posições de repouso, o que tem como conseqüência o aparecimento de forças mecânicas adicionais na rede cristalina. Se a energia introduzida for tão elevada que supere as forças de ligação, alguns elétrons poderão escapar de suas ligações covalentes. Tais elétrons ficam livres de seus átomos e com isso se tornam móveis; são denominados, então, elétrons livres e estão, do mesmo modo como as moléculas de um gás, em permanente movimento. Ao mesmo tempo, estão sempre colidindo com os átomos da estrutura em oscilação, modificando constantemente a direção do movimento.

Aparece um movimento em ziguezague irregular desses elétrons, no qual, em termos de valores médios não há direção predominante.

Quando um elétron abandona uma ligação covalente, fica faltando, nesse lugar, uma carga elétrica negativa, provocando então a formação de uma lacuna.

Verifica-se que essa lacuna, ou seja, uma carga negativa faltante na ligação da rede, também pode ser considerada como uma partícula autônoma, carregada positivamente.

Existem, pois, com a introdução de calor, elétrons livres e lacunas de igual número, e ambas as espécies de portadores contribuem para a condutividade do semicondutor.

1.2 DOPAGEM DE SEMICONDUTORES

Semicondutor intrínseco

É uma estrutura cristalina formada somente por átomos do mesmo cristal, sendo, portanto um material semicondutor muito puro. A natureza dos semicondutores é tal que mesmo quantidades muito pequenas de certas impurezas podem alterar drasticamente suas propriedades elétricas. Por esta razão, um semicondutor não seria chamado verdadeiramente intrínseco, a menos que, o nível de impurezas fosse muito pequeno. A figura 01 ilustra a estrutura cristalina do Si, a qual é idêntica a do Ge.

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