preparado por sam kinyera obwoya african virtual university

Preparado por Sam Kinyera OBWOYA

African Virtual university

Universidade Virtual Africana 1

Aviso

Este documento é publicado sob as condições do Creative Commons

http://en.wikipedia.org/wiki/Creative_Commons

Atribuição

http://creativecommons.org/licenses/by/2.5/

Licença (abbreviated “cc-by”), Versão 2.5.

Tabela de Conteúdos

I.Módulo Electrónico________________________________________________________3

II. Pré-requisitos do Curso ou Conhecimentos_____________________________________3

III. Tempo_________________________________________________________________3

IV. Materiais ___________________________________________________________ 3

V. Módulo de Fundamentação__________________________________________________3

VI. Conteúdo______________________________________________________________4

6.1 Visão Geral_________________________________________________________4

6.2 Esboço____________________________________________________________5

6.3 Organização Gráfica_________________________________________________ 6

VII. Objectivos Gerais_______________________________________________________ 7

VIII. Objectivos Específicos de Aprendizagem__________________________________

IX. Pré-avaliação____________________________________________________________

X. Actividades de Ensino e Aprendizagem______________________________________1

XI. Glossário de Conceito-Chave ____________________________________________ 149

XII. Lista de leituras obrigatórias______________________________________________ 15

XIII.Lista compilada de Recursos Multimédia (Opcional) _________________________ 153

XIV. Lista compilada de links úteis _________________________________________ 155

XV. Síntese do Módulo____________________________________________________ 158

XVI. Avaliação sumativa _________________________________________________ 160

XVII. Referências________________________________________________________ 163

XVIII. Aluno___________________________________________________________ 164

XIX. Autor principal do módulo____________________________________________ 164



I. Módulo de Electrónica Por Sam Kinyera Obwoya Kyambogo – Universidade de Uganda

II. Pré-requisitos do Curso ou Conhecimentos

O pré-requisito básico para este Módulo é a Física que se tem aprendido na escola. Em

particular, o conhecimento dos seguintes cursos são essenciais para se seguir a

compreensão do Módulo de uma forma eficaz: Física do Estado Sólido e Electricidade e

Magnetismo. Como um requisito geral, é necessário o conhecimento de cálculo e álgebra

na Matemática.

III. Tempo Um total de 120 horas é necessário para que você complete este Módulo.

IV. Material Os materiais necessários para o módulo incluem o acesso a um computador. Porém, o

mais importante ainda é necessário um acesso contínuo à internet. A internet irá fornecer

muitos referenciais essenciais e recursos multimédia. Estes multimédias são importantes,

uma vez que, em alguns casos, eles servem como palestrantes virtuais e fontes de

equipamentos que podem ser utilizados para realizar experiências virtuais. Entretanto,

alguns CD-ROMs também estarão disponíveis para complementar o uso da internet.

Outros materiais incluem leituras obrigatórias e recursos obrigatórios que podem estar

disponíveis em livrarias ou nas proximidades das escolas.

V. Módulo de Fundamentação

Este módulo visa proporcionar um fundamento básico da Física aos estudantes. Isto irá

permitir que os alunos aprendam a matéria, a fim de explicar e esclarecer os princípios

envolvidos na electrónica. O módulo está estruturado de tal sorte que, a partir da

realização das actividades nele prescritas, o aluno possa alcançar elevados resultados.

Dum modo geral, o módulo irá proporcionar ao aluno, ideias básicas do que é a

Electrónica em termos de manifestações dos seus componentes-chave bem como as suas

características, de modo a habilitá-lo a ensinar a Física escolar duma forma eficaz e

VI. Conteúdo 6.1 Visão Geral


A Electrónica tem como objecto de estudo, o fluxo de carga através de vários materiais e

dispositivos tais como, semicondutores, resistores, indutores, capacitores, nano-estruturas,

e tubos em estado de vácuo. Todas as aplicações de electrónica envolvem a transmissão de

energia e possíveis informações à ela relativas. Apesar de ser considerado um ramo da

física teórica, a concepção e a construção de circuitos electrónicos para resolver problemas

práticos é uma técnica essencial no domínio da engenharia electrónica e engenharia da

computação. O estudo de dispositivos semicondutores e da nova tecnologia envolvente é,

por vezes, considerada um ramo da física. Este módulo centra-se em aspectos de

engenharia electrónica. Outros tópicos importantes incluem resíduos electrónicos e Saúde

Ocupacional, impactos da fabricação de semicondutores. Este curso de electrónica

destina-se à alunos que se inscrevam para a formação em serviço e licenciados em

Educação, em formação contínua. Como é sabido, na Física Moderna, as expressões

Electrónicas, constituem um “osso difícil de roer”. O Módulo contém seis unidades:

Circuitos com Diodos; Circuitos com Transistor; Amplificadores operacionais; Circuitos

Digitais; Aquisição de dados e Controle de Processos; e Informática de interligação de

dispositivos. Na primeira unidade / actividade, ou seja, “Circuitos com Diodos”, são

explicados aos estudantes os conceitos sobre a geração de carga transportadora, o de semi-

condutores intrínsecos e extrínsecos e os conceitos de portadores de carga, formação e

aplicação de junção PN, e como projectar e analisar circuitos de díodo (por exemplo, os

circuitos de alimentação); Na segunda unidade / actividade, ou seja, “Circuitos

Transistor”, o aluno deverá explicar como funciona um Transístor de Junção Bipolar

(BJT); Projectar e analisar os circuitos BJT em função das várias configurações (CE, EB,

CB); Explicar como funciona uma Junção Field Effect Transistor (JFET) – Junção

Transistor de Efeito de Campo; Projectar e analisar os circuitos JFET nas configurações

(CD, CS); Explicar como funciona o IC bem como, projectar e analisar circuitos

MOSFET. Na unidade três, o estudante deve ser capaz de explicar a construção do

amplificador operacional; e conceber, analisar e sintetizar circuitos com amplificadores

operacionais. Na unidade quatro, ou seja, “Circuitos Digitais”, o aluno deverá manipular


6.2 Esboço Actividade 1: (20 horas)

“Circuitos com Díodos” debruça-se sobre a teoria de “bandas de energia”; a junção PN e o

Efeito Diodo, seu Circuito e as suas aplicações comuns.

Actividade 2: (30 horas)

Circuitos Transistores: Transístor de Junção Bipolar (BJT) – Amplificador de EmissoComum; Amplificador de Colector Comum e Amplificador de Base Comum. JunçãTransistor de Efeito de Campo (JFET); Junção Transistor de Efeito de Campo (JFET) comAmplificador de Fonte Comum; Junção Transistor de Efeito de Campo (JFET) comAmplificador de Dreno Comum. Transistor de Efeito de Campo de Dupla Entrada. Circuitode Energia MOSFET. Circuitos de Múltiplos Transistores.


Amplificadores Operacionais: Amplificadores “Open-Loop”, Amplificador Ideal,

Análises estimativas, O Rendimento do “Open-Loop”.


Circuitos Degitais: Sistemas Numéricos, Álgebra de Boole, Portas Lógicas, Lógica

Combinatória. Multiplex e decodificadores. Gatilho Schmitt, Elemento de Armazemento

de Duplo-Estado, Fechos e “Flip-flops” não cronometrados, Os “flip-flops”

cronometrados, A Dinâmica dos “Flip – flops”cronometrados. Registo de Tiro-Único.

Actividade: 5 (20 horas)

Aquisição de Dados e o Processo de Controle dos Transdutores, Circuitos Condicionados

aos Sinais de Dados, Osciladores, Conversão de Circuito Analógico a Digital.


Computadores e elementos de dispositivo de interligação do Microcomputador 8-, 16- ou

32- Bit Buses.


6.3. Organização Gráfica


VII. Objectivo(s) Geral(is)

Após concluir o módulo, o aluno deve ser capaz de:

• Apreciar e aplicar os conceitos básicos de electrónica e os circuitos.

VIII. Objectivos Específicos de Aprendizagem

Unidade Objectivo(s) de Aprendizagem

Os Alunos devem ser capazes de: 1. Circuitos com Diodos (20 horas) • Revisão sobre os Conceitos de “Energia”e “Teoria de Bandas; • Junção PN e o Efeito Díodo; • Circuitos e Aplicações do Díodo Normal

2. Transistor Circuitos: (25 horas) Os Alunos devem ser capazes de:

• Junção Bipolar do Transistor; • Junção (BJT): com Emissor Comum Amplificado; com Colector Comum Amplificado e com Base Comum Amplificado; • Junção Transistor de Efeito de Campo (JFET), Junção Transistor de Efeito de Campo (JFET) com Amplificador de Fonte Comum, Junção Transistor de Efeito de Campo (JFET) com Amplificador de Dreno Comum; • Transistor de Efeito de Campo de Dupla Entrada. Circuitos de Energia MOSFET. Circuitos de Múltiplos Transistores. • Amplificadores “Open loop”; • Amplificadores Ideais, Análises Estimativas, O Rendimento de “Open – loop”

• Explicar como funciona a Junção do Transistor Bipolar (BJT); • Projectar e análisar os circuitos básicos BJT em várias configurações (CE, EB, CB); • Explicar como funciona a Junção Transistor de Efeito de Campo (JFET) – Algumas Teorias; • Projectar e analisar os Circuitos (JFET) nas configurações (CD, CS); • Explicar como funcionam os Circuitos de Energia MOSFET (Teoria); Projectar e analisar os Circuitos de Energia MOSFET

3.Amplificadores Operacionais (10 horas) • Explicar a construção do

Amplificador Operacional; • Projectar, analisar e sintetizar Circuitos com amplificadores operacionais

Os Alunos devem ser capazes de:

• Explicar a geração dos portadores de carga intrínsecos e extrínsecos nos semi-condutores; • Explicar a formação e aplicação da junção PN; •Projectar e analisar circuitos com díodo (por exemplo, circuitos de fornecimento de energia)

4. Circuitos Digitais (30 horas)

• Sistemas numéricos, Álgebra de Boole, Portas Lógicas; • Lógica Combinatória; • Multiplex e Decodificadores, Gatilho Schmitt, Elemento de Armazemento de Duplo-Estado; • Fechos e “flip-flops” não-cronometrados; Dinâmica dos “Flip - flops” cronometrados. • Registo de Tiro-Único


Os Alunos devem ser capazes de

• Explicar o funcionamento de um transdutor em vários modos (Tensão, piezo e temp); • Explicar e aplicar o sinal do transdutor nos processos de condicionamento; • Aplicar o sinal condicionado na forma digital.


• Manipular números de diferentes bases: (2,8,10,16); • Aplicar a Álgebra de Boole na projecção de Circuitos Lógicos; • Projectar, analisar e sintetizar Circuitos Lógicos (Multiplex e decodificadores. Gatilho Schmitt, “flip-flops”, Registos.

6. Computadores e Interligação de

dispositivos (15 horas)

• Elementos do Microcomputador

de 8-, 16- or 32- Bit Buses.


• Explicar o nível de componentes

de sistemas de um

microprocessador.

5. Processo de Controle e Aquisição de dados (20 horas) • Transdutores, Sinal Condicionado; • Circuitos, Osciladores, Conversão de Circuito Analógico a Digital.

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IX. Pré - Avaliação Você está pronto para aprender Electrónica?

Título da pré-avaliação: ELECTRÓNICA Fundamentação: A pré-avaliação destina-se a determinar o nível dos pré-requisitos que o

aluno tem sobre a Electrónica ensinada na escola, objectivando orientar a mente do

mesmo sobre a quantidade de trabalhos que deverá realizar durante o curso. De todo

modo, a pré-avaliação não se destina a desencorajar o aluno, mas sim, a motivá-lo a

começar o curso com uma elevada prontidão para enfrentar os futuros desafios.

9.1 Auto-Avaliação associada à Electrónica

1 A resistência dos materiais semicondutores numa célula fotocondutora varia com a

intensidade da luz incidente:

a. directamente

b. inversamente

c. exponencialmente

d. logaritimicamente 2 Uma célula solar funciona com o princípio de: a. difusão

b. recombinação c. fluxo transportador d. acção fotovoltáica

3 Quais dos seguintes dispositivos tem a maior sensibilidade?

a. célula fotocondutora b. célula fotovoltáica c. fotodíodo d. fototransistor

4 Em LED, a luz é emitida por causa: a. da realização da recombinação de portadores de carga

b. da luz que cai sobre o diodo que depois disso fica amplificado c. da luz que se reflecte, devido à acção da lente d. do diodo que fica esquentado

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5 Um transistor regulador de tensão em série é chamado de regulador seguidor de emissor, porque o emissor do transistor segue a tensão:

6 Um regulador de tensão de comutação pode ser dos seguintes tipos:

a. invertido b. de avanço c. de recuo d. todas alíneas acima citadas

7 Um regulador de tensão ideal tem uma regulação de tensão de:

a 0 b. 1 c. 50 d. 100

8 Dispositivos electrónicos que convertem a energia CC para alimentação AC sãochamados:

a inversores b. rectificadores

c. inversores

d. transformadores

9 A saída de um rectificador de meia onda é adequado apenas para:

a. execução de auto-rádios

b. execução de motores ac

c. execução de gravadores

d. carregamento de baterias

10 Quando usado num circuito, um díodo Zener é sempre: a. polarizado

b. inversamente polarizado

c. ligado em série

d. perturbado por superaquecimento

a. base

b. entrada

c. saída

d. colector


11 Díodos Zener são utilizados principalmente como:

a. rectificadores

b. amplificadores c. osciladores

d. reguladores de tensão

12 Um regulador “shunt amp-op” difere do regulador em série, no sentido de que o seu

elemento de controle é ligado em: a. série com a linha de resistência b. paralelo com a linha de resistência c. paralelo com resistor de carga d. paralelo com a tensão de entrada

13 Os sistemas digitais geralmente operam em sistema:

a. octal b. binário c. decimal d. hexadecimal

14 O ganho acumulado de quatro bits binários (1 + 1 + 1 + 1) dá:

a. 1111

b. 111

c. 110

d. 11

15 O resultado da multiplicação do binário 1112 x 102 é:

a. 1101

b. 0110

c. 1001

d. 1110 16 As FETs têm propriedades semelhantes às de:

a. transístor PNP

b. transistor NPN

c. válvulas termiónicas

d. transistor de unijunção


17 O ganho de tensão de um dado amplificador JFET de fonte comum depende: a. da sua impedância de entrada

b. do seu factor de amplificação

c. da sua resistência dinâmica do dreno

d. resistência de carga de dreno

18 A impedância de entrada extremamente elevada de um MOSFET é principalmente devido:

a. à ausência de seu canal b. à tensão negativa da fonte de entrada

c. ao esgotamento da corrente de transporte

d. ao vazamento extremamente pequeno da corrente do capacitor de entrada

19 A principal função de um seguidor de emissor é:

a. amplificar a potência b. dupla impedância

c. impedância de entrada baixa

d. sinal de seguidor de base

20 O menor dos quatro h parâmetros de um transistor é:

a. hi

b. hr

c. h0

d. hf

Chave de Respostas 11. D

12. A 1. B

2. D

3. D

4. A

5. A

6. D

7. A

8. A

9. B

13. B

14. B

15. D

16. B

17. D

18. C

19. B

20 C


Comentário pedagógico para os alunos

A pré-avaliação destina-se a determinar o quanto você sabe de electrónica e a prepará-lo

para o módulo. O resultado da pré-avaliação dir-lhe-á sobre que matérias você precisa

despender mais tempo, de modo a que nelas mais se concentre, para que o estudo e a

aprendizagem do módulo ocorra normalmente. Como você deve ter percebido, a maioria

das perguntas contêm temas que normalmente não são dados na escola.

O início do módulo começa com a revisão da teoria das bandas de energia, matéria que

você terá aprendido na física do estado sólido. Eventualmente, vai aprender sobre a

junção PN e efeito díodo, circuito, e aplicações de díodos comuns.

Aqui, a expectativa é que você deve ser capaz de explicar a geração de portadores de

cargas intrínsecas e extrínsecas dos semi-condutores, formação e a aplicação da junção

PN; e, finalmente, ser capaz de projectar e analisar os circuitos de díodos (por exemplo,

fornecimento de circuitos de potência). Para qualquer outra actividade aqui proposta, a

sua realização visa alcançar os objectivos previamente estabelecidos. Deste modo, você é

aconselhado a passar por cada ponto da actividade numa ordem cronológica. Sempre que

for necessário um pré-requisito, você deve ir aos primeiros temas antes de prosseguir para

temas seguintes.

Uma série de referências são apontadas ao longo de cada actividade. O que você precisa

fazer, é sempre ter acesso à estas referências. A maioria delas estão disponíveis em “on-

line”. Se você não tiver acesso permanente à Internet, é aconselhado a “baixar” essas

referências e arquivar as cópias. Uma série de recursos multimédia também são incluídos.

Estes são muito úteis, pois podem actuar como professores virtuais ou fontes de

laboratório virtual. Você é encorajado a usar estes recursos multimédia o tempo todo.


X. Actividades de Ensino-Aprendizagem

Actividade 1: Circuitos de Díodos Você precisará de 20 horas para concluir essa actividade. Apenas orientações básicas são fornecidas para ajudá-lo a contornar as dificuldades encaradas nas actividades. Para tal, recomenda-se uma grande capacidade de leitura e de trabalho independente.

Objectivos específicos de Ensino e Aprendizagem

Nesta actividade, você deve ser capaz de: (i) Explicar a geração dos portadores de carga intrínsecos e extrínsecos nos semi-condutores; (ii) Explicar a formação e aplicação da junção PN; (iii) Projectar e analisar circuitos de díodos (por exemplo, os circuitos de alimentação).

Síntese das actividades de aprendizagem Essa actividade inclui, entre outras, a explicação da geração de portadores de carga, intrínsecos e extrínsecos de semi-condutores; formação e aplicação da junção PN e, finalmente, como projectar e analisar circuitos de díodos (por exemplo, o fornecimento de circuitos de potência).

Lista de leituras requeridas

1ª Leitura Referência completa: http://en.wikibooks.org/wiki/Electronics. 3rd October 2007.

Resumo: Este é um livro completo sobre electrónica que aborda, entre outros, os seguintes tópicos: circuitos analógicos, tubos de vácuo; díodos, transistores; amplificadores; amplificadores operacionais e multiplicadores analógicos.

Justificativa: Cada tema é apresentado de uma forma muito simples, de modo a facilitar a leitura individual. Entretanto, tais servem apenas para complementar o processo do ensino e aprendizagem. 2ª Leitura Referência: http://en.wikipedia.org/wiki/electronics. 5 de Outubro de 2007.

Resumo: Esta leitura é formada a partir de referências obtidas de vários “sites”. Suas URLs podem ser obtidas a partir de uma cópia electrónica desta leitura. Basicamente, todos os tópicos essenciais do curso são abordados nesta 2ª leitura. Justificativa: A referência proporciona uma leitura fácil à fontes em electrónica que, em

princípio, deverão ser de fácil acesso ao leitor.


List a de recursos relevantes de MULTIMÉDIA

Referência: http://www.educypedia.be/electronics/javacollectors.htm. Resumo: Este recurso permite o estudo das características do transistor NPN. Justificativa: O “site” oferece uma experiência virtual simples e elegante que pode ser usapara o estudo das características do transistor NPN. Referência: http://server.oersted.dtu.dk/personal/ldn/javalab/Circuit04.html

Referência: http://server.oersted.dtu.dk/personal/ldn/javalab/Circuit01.html Sumário: Este recurso fornece um circuito de um “equivalente Thevenin” com uma carga em que a potência P está a ela (carga) associada. Justificativa: Este site oferece um recurso útil para aprender sobre o divisor de tensão. Lista Relevante de Links Úteis Titulo: Análise de Circuítos Básicos

URL: http://oc w.mit.edu/Oc wWeb/Ele ctrical-Enginee ring-and-Computer-Science/6- 002Circuits-and-ElectronicsFall2000/VideoLectures/index.ht. Resumo: Estes contêm os slides de palestras feitas pelo instrutor acompanhados de

vídeo-aula bem como a descrição e demonstração ao vivo, das mesmas. Titulo: Díodos

URL: http://jersey.uoregon.edu/~rayfrey/431/lab2_431.pdfhttp://jersey.uoregon.

edu/ Resumo: Este “site” fornece as características do trabalho prático VI. Além disso, o “site”

oferece leituras em relação à junção do transistor, comutação do transistor e a sua

saturação, etc.

Titulo: Aplicação do díodo

URL: http://morley.eng.ua.edu/G332BW.pdf.

Resumo: Diversas aplicações de díodos incluindo a sua alimentação, rectificador de meia

onda, ponte rectificadora. Também são apresentados o rectificador de onda completa com

filtro, etc…

Resumo: O recurso é para o circuito vulgar de emissor comum (CE) amplificador, que inclui um

transistor npn com base externa, colector e resistências de carga. O aluno encontrará, para um

dado conjunto de parâmetros do componente, intervalos de tensões de entrada que fazem com que

o transistor fique no estado de corte, activo ou saturado, respectivamente. No caso de aplicações

analógicas, o aluno irá determinar a amplificação de tensão diferencial do circuito quando o

transistor estiver no estado activo. Enquanto que para aplicações digitais, espera-se encontrar o

menor ganho possível de corrente (Beta) e uma resistência de colector correspondente, que faz

com que o circuito funcione com a lógica como a de um inversor se tratasse.

Justificativa: Esse recurso serve para auxiliar na aprendizagem sobre a polarização de transistor npn.

Actividade 1.1 Revisão sobre a Teoria de Bandas de Energia

Principais Conceitos-Chave sobre a teoria de faixa de energia

(v) Que um material semicondutor é aquele cujas propriedades eléctricas estão entre os isoladores e os condutores. Em termos de bandas de energia, semicondutores podem ser definidos como aqueles materiais que tenham a banda de condução quase vazia e a de valência quase cheia. Existe um pequeno intervalo entre as bandas de valência e de condução em que as excitações térmicas ou outras são suficientes para preencher a lacuna. Com essa pequena diferença, a presença de uma pequena percentagem de um material dopado pode aumentar consideravelmente a condutividade.(vi) Que os electrões de um átomo ultraperiférico, isto é, aqueles que estão mais

afastados do cerne do núcleo, são chamados electrões de valência e têm a maior

energia ou, pelo menos, energia de ligação.

(vii) Que a banda de energia ocupada por electrões de valência é chamada banda de valência e é a maior banda ocupada. Pode ser total ou parcialmente preenchida com electrões, mas nunca vazia.

Tarefa 1.1

Instrução importante

1. Para cada tarefa que você realizar, deve tomar notas curtas usando algumas das

referências que lhe são dadas, inclusive aquelas que você pode ter acesso.

2. Use livros disponíveis em ambientes electrónicos e outras referências como por exemplo http://hyperphysics. phy-astr.gsu.edu para:

(a) Revisitar os conteúdos da física do estado sólido e refrescar a sua memória sobre

os significados de: banda de energia, banda de valência, banda de condução, energia

de lacuna e nível de Fermi;

Descrição detalhada da actividade (Principais elementos teóricos)

(iii) Que os isoladores têm uma banda de condução vazia; porém possuem uma banda de valência preenchida; (iv) Que nos condutores, como os metais da banda de valência se sobrepõe à banda de condução, não há condições para criação de lacunas. Neste caso, a corrente total de condutores, é simplesmente um fluxo de electrões.

Os principais conceitos-chave que se aprendem sobre a teoria de bandas de energia na Física do

estado sólido são:


(i) Que os estados de energia disponíveis, formam o que chamamos de bandas; (ii) Que, a partir da banda de condução, nos isoladores, os electrões na banda de valênc

estão separados por um grande fosso chamado lacuna de energia proibida;

Que, para os semicondutores intrínsecos tais como o Silício e o Germânio, o nível de Fermi se situa entre as bandas de valência e de condução. Apesar de não condutividade a 0 K, em temperaturas mais elevadas da banda proibida e uma reduzida banda de energia é suficiente para que um número finito de electrões possam alcançar a banda de condução e fornecer alguma corrente. A condutividade de um semicondutor aumenta com a temperatura;

(iv)

(c) Distinguir entre condutores, semicondutores e isoladores;

(d) Desenhar diagramas mostrando bandas de energia em condutores, semicondutores

e isoladores;

(e) Explicar o que se entende por semicondutores intrínsecos e energia de ligação.

Lição 1.1

Nesta secção o aluno irá aprender: (i) Que a posição do nível de Fermi em relação à banda de condução é um factorimportante na determinação das propriedades eléctricas de materiais; (ii) Que, à temperatura normal, a diferença de energia entre as grandes bandas devalência num isolador, nenhum electrão poderá alcançar a banda de condução; (iii) Que, nos semicondutores, a largura da lacuna é sufdicientemente pequena de tasorte que, a energia térmica pode alcançar fracção significativa de electrões;

(v) Que um semicondutor intrínseco é aquele que é feito de material semicondutor na sua forma extremamente pura. Em contrapartida, um semicondutor intrínseco pode ser definido como sendo aquele em que o número de electrões de condução é igual ao número de lacunas.

Actividade 1.2 Origem dos portadores de carga

Nós podemos desenvolver este conceito, lembrando-nos da estrutura atómica e os

electrões de valência que são:

Tarefa 1.2.1

Para entendermos a origem dos portadores de carga, é necessário realizar as seguintes

tarefas:

(a) Ler e escrever notas curtas sobre o que se entende por estrutura atómica.

(b) Esboçar a estrutura atómica do Germâncio (Ge) e do Silício (Si) -germânio (Ge).

Para além disso, é recomendável realizar a distribuição electrónica de um elemento de

comparação com a estrutura atómica. Na figura. 1.1., é mostrado um exemplo da


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Banda de Condução

Banda de Valência

2ª Banda

1ª Banda

Figura 1.1. Distribuição electrónica do átomo de Silício

(c) Estrutura atómica do átomo de Germânio que é composto por: (i) um núcleo central que é positivamente carregado, e

(ii) quatro electrões na órbita ultraperiférica. Tais são chamados de electrões de

valência. Este é o mesmo número de electrões na banda de valência.

1.2.2 Semicondutores Intrínsicos: Electrões e Lacunas

Os exemplos comuns de semicondutores são os de germânio e silício, cuja energia das

lacunas varia entre 0,72 eV e 1,1 eV, respectivamente. À temperaturas acima de 0º K alguns

electrões são excitados para a banda de condução deixando de ocupar as lacunas na banda de

valência, como ilustra a figura 1.2. Observe que apenas as bandas de valência e de condução

são mostradas, uma vez que as faixas mais baixas não são preenchidas de qualquer modo.

Figura 1.2. Electrões excitados para a banda de condução deixando, na banda de

valência, lacunas positivamente carregadas

Se uma tensão externa, é aplicada em todo o silício, electrões de condução se deslocam

para o ânodo, enquanto as lacunas passam da banda de valência para o cátodo, conforme é

mostrado na figura 1.3. Daí a afirmação segundo a qual, nos semicondutores o

movimento de electrões e lacunas se processa em direcções opostas.

Os pares de condução formados de electrão – lacuna, os portadores de carga. O número ni, de portadores de carga térmica gerada por unidade de volume é dada pela equação (1).

ni N expE g / 2kT (1)

Expresão em que N, é a constante dada pelo semicondutor, Eg é a energia da banda

lacuna, k é a constante de Boltzmann e T é a temperatura em Kelvin.

nieeh

Do mesmo modo, a condutividade, , de semicondutores é dada pela equação. (2).

Figura 1.3. Movimento de electrões de condução deslocando-se para o ânodo (+), enquanto as lacunas da banda de valência se deslocam para o cátodo (-) quandosobre eles é aplicada uma tensão.

Onde e, é a carga do electrão, e é a mobilidade dos electrões, e h é a mobilidade das

lacunas.

Lição 1.2

(i) De acordo com a configuração electrónica dos átomos, o número máximo de

electrões permitidos em cada camada externa é de 2 ; no nível nth,

existem n sub-camadas cujos valores de l variam de 0, 1, 2, …. (n-1). Cada sub-camada pode acomodar um máximo de 2 (2l + 1) electrões;

(ii) Quer o Germânio (Ge), bem como o Silício (Si), possuem quatro electrões na

banda de valência ou na camada mais externa;

(iii) Electrões de condução são encontrados dentro a fluirem livremente na banda de

condução;

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Corrente de Lacunas Corrente de Electrões


Actividade 1.3 Nível de Fermi em semicondutores intrínsecos

Em termodinâmica estatística, o número de electrões, , na banda de condução é dada

pela equação (3).

N.P E gExpressão em que PEgé a probabilidade de um electrão em função da energia Eg.

Usando a equação da função de distribuição de probabilidade de Fermi – Dirac (4):

P( ) = (5)

Portanto,

= (6)

Tarefa 1.3.1 Exercício

(a) Use as informações fornecidas nas equações (3) e (6) e mostre que

Sugestão: Use N = como o número de electrões em ambas as bandas e o

número de electrões na banda de valência.

Onde P(E) é a probabilidade de encontrar um electrão com energia E, é o nível de Ferm

Isto significa que:


Lição 1.3

São feitas as seguintes suposições:

(i) Quando comparadas entre elas, a largura das bandas de energia são pequenas em relaçãodas bandas de energias proibidas (lacunas);

(ii) Desde que a largua das bandas de enregia seja pequena, todos os níveis energéticpossuirem a mesma energia; (iii) A energia de todos os níveis na banda de valência é nula;

(iv) A energia de todos os níveis da banda de condução é igual à energia da banda de lacunaEg.

Actividade 1.4 Semicondutores extrínsecos

Nesta actividade o aluno aprenderá : A. Diz-se que um semicondutor é dopado quando sobre ele é injectado uma pequena quantidade de impurezas. Tais são designados por semicondutores extrínsecos ou impuros;

B. Os agentes dopings mais comuns são:

(i) átomos pentavalentes, ou seja, com cinco electrões de valência (exemplos: Arsénio, Antimônio e Fósforo); (ii) átomos trivalentes, ou seja, com três electrões de valência (exemplos: Gálio, Índio, Alumínio e Boro; C. Átomo pentavalente dopado (conhecido como átomo doador). Isto se deve ao facto de doar electrão para a banda de condução do Germânio puro;

D. Um átomo trivalente dopado, é chamado por átomo aceitador, porque ele aceita

um electrão do átomo de Germânio. Deste modo, dois tipos de semicondutores

extrínsecos podem ser formados: os do Tipo – N e os do Tipo – P.

Actividade 1.4.1 Semicondutor do Tipo – N

Semicondutores do Tipo – N podem ser formados quando, por exemplo, o Antimônio é

adicionado uma impureza, como por exemplo ao Silício. Um exemplo disso é ilustrado

na figura 1.4. (a) Cada átomo de Antimônio forma uma ligação covalente com quatro

átomos de Germânio, mas o quinto electrão do Antimônio ainda continua fracamente

ligado à ele. Sob a acção do campo eléctrico ou energia térmica, este electrão livre pode

ser facilmente excitado da banda de valência para a banda de condução.

• Observe que cada átomo de Antimônio introduzido na “vacância” do Germânio

Univesidade Virtual Africana 22

(a) (b)

Figure 1.4 (a) Semicondutor do Tipo – N, formado pelo acréscimo de Antimônio para Silício; (b) Semicondutor do Tipo – P, formado pelo acréscimo de Boro para Silício. Depois de ter libertado um electrão da valência, o átomo doador se torna um ião com carga positiva. Porém, não pode tomar parte na condução, pois é fortemente ligado à estrutura cristalina. A adição do Antimônio aumenta consideravelmente o número de electrões de condução. Deste modo, a concentração de electrões na banda de condução é maior e ultrapassa a concentração de lacunas na banda de valência. Nestas condições, vemos que no Semicondutor do Tipo – N, os electrões constituem os maiores portadores de carga, enquanto as lacunas constituem as menores portadoras de carga. Quando aumenta o número de portadores de carga na banda de condução, o nível de Fermi muda para cima da banda de condução, como é ilustrado na Fig 1.5(b).

(a) (b)

Figura 1.5 Ilustração das posições do nível de Fermi em relação à banda de

condução

Tipo - N Tipo - P

Impureza

aceitadora

geradora de

lelectrões

livres

Impureza

aceitadora

geradora de

lacunas

Antimónio

adicionado

como

impureza

Boro

adicionado

como

impureza


Actividade 1.5 Semiconductor Extrínseco do Tipo – P

Aqui você aprende que: Semicondutor extrínseco do Ipo – P, é formado quando um átomo trivalente como Boro é adicionado ao cristal puro de Germânio (Ou cristal de Silício puro, como é mostrado na figura. 1.4 (b)). Os três electrões de valência do átomo de Boro formam ligações covalentes com quatro átomos de Silício em seu torno. Porém uma ligação fica incompleta. Tal ligação imcompleta é a responsável pelo surgimento de lacunas. A impureza “aceitadora” produz tantas lacunas positivas em cristal de Silício, que nas

suas proximidades existem átomos de Boro do tipo P (P de positivo) que criam

semicondutores extrínsecos. No semicondutor do Tipo – P, a condução é feita através do movimento de lacunas da banda de valência. As lacunas constituem os portadores maioritários uma vez que são eles os responsáveis pelo transporte de electrões. Diferentemente do semicondutor do Tipo – N, o nível de Fermi nos do Tipo – P, retorna para a banda de valência, como ilustra a Figura 1.5 (a), porque aqui, as lacunas, que são as transportadoras de electrões, estão na banda de valência. Actividade 1.6 Condutividade em semicondutores intrínsecos

Num semicondutor intrínseco a corrente total I, é o resultado da soma dos dois fluxos:

electrões e lacunas. Tal soma é dada pela equação:

I = Ie+ Ih (7) A partir da equação (7), pode ser demonstrado que

(i) I e 8

(iii) A densidade de corrente será dada por:


Tarefa 1.6.1 Faça a anotação e a verificação das equações

(a) Use as referências disponíveis e verifique as Equações (8), (9) e (10)

Sugestão: Observe que num semicondutor intrínseco, (o número de lacunas).

Actividade 1.7 Condutividade dos semicondutores extrínsecos

Em semicondutores extrínsecos, a densidade, corrente J, é dada pelas Equações. (11) e

(12). (i) Para semicondutores do Tipo – N:

= e( + )E (11)

(ii) E, `para semicondutores do Tipo – P:

= e( + )E (12)

Onde, depois de dopados, e são as densidades dos electrões e das lacunas em

semicondutores do Tipo – N e, e , são os electrões e lacunas no semicondutor Tipo –

P, respectivamente. Tarefa 1.7.1

• Você precisa tentar resolver muitos problemas numéricos relacionados à actividade 1.6,

a fim de desenvolver uma confiança suficiente neste tópico. Actividade 1.7.2 Força

Nesta actividade, você vai aprender que:

A direcção de movimento dos portadores de carga em semicondutores ocorre através de do

mecanismos:

(i) Deriva de cargas, sob a influência do campo eléctrico aplicado e,

(ii) Difusão de carga de uma região de alta densidade de carga para outra de bai

densidade de carga.

Num cristal quando lhe é aplicado um campo eléctrico, os portadores de carga atingem um

movimento directo que resulta numa velocidade média líquida chamada de velocidade de

deriva, , cuja direcção é a do campo eléctrico aplicado E, e produz uma corrente. A relação

entre a velocidade de deriva e o campo eléctrico aplicado é dada por:


A densidade total da corrente devido à deriva de electrões e lacunas é dada por:

J = + = e nE + e pE = e n + p)E (14)

Expressão em que n e p são as densidades dos electrões e lacunas, respectivamente.

Actividade 1.7.3: Difusão

Os principais conceitos que você aprende nesta secção são:

(i) A difusão é um fluxo gradual da carga de uma região de alta densidade para uma outrafraca densidade, sem a aplicação de campo eléctrico inicial, que eventualmente leve à umcorrente eléctrica. (ii) A difusão dos portadores de carga ou coeficiente de difusão D, que é constante,proporcional ao gradiente da sua densidade e tem como unidade:

(iii) A densidade da corrente devida à difusão das lacunas é dada por:

= -e (15)

Do mesmo modo:

= -e (16)

, são certas constantes que indicam, respectivamente, electrões e lacunas de

difusão;

, o gradiente de densidade dos electrões;

, o gradiente de densidade das lacunas

Para a simulação do modo como varia a difusão do nível de Fermi em função à concentraçdos portadores de carga, consulte:

http://jas.eng.buffalo.edu/education/semicon/fermi/bandAndLevel/index.html.

http://jas.eng.buffalo.edu/education/semicon/fermi/bandAndLevel/index.html 10 de

Outubro de 2007.


Actividade 1.7.4 Combinação entre as correntes de deriva e difusão

Num dado semicondutor, os processos de deriva e de difusão podem estar presentes

simultaneamente. Assim, as expressões para as densidades dos electrões e das lacunas é

dada pela Equação (17):

= e nE + e e = e pE + e (17)

Actividade 1.7.5 Recombinação

(i) A recombinação também é um fenómeno que ocorre em semicondutores. (ii) É o resultado da colisão de um electrão com uma lacuna, como o retorno livre delectrões da banda de condução à banda de valência; (iii) A recombinação é acompanhada pela emissão de energia.

Além disso, nos semicondutores, a geração térmica dos pares electrão – lacuna ocorre

continuamente. Deste modo, não existe uma taxa de recombinação líquida dada pela

diferença entre a taxa de recombinação e geração dos portadores de carga.

Para saber mais sobre a difusão, a deriva e log de recombinação de cargas, favor de consultar: http://jas.eng.buffalo.edu/education/semicon/diffusion/diffusion.htmlhttp://

jas.eng.buffalo.edu/education/semicon/diffusion/diffusion.html . 7 de Outubro de 2007.

Actividade 1.8 Junção P-N Nesta secção você vai aprender que:

(i) Uma junção PN é formada, juntando numa mesma peça, um semicondutor dopado

Tipo – P à um outro também dopado, desta feita com impurezas do Tipo – N.

(ii) A superfície de interface que divide o semicondutor do Tipo – P do semicondutor

do Tipo – N, chama-se junção.

Além disso você também irá aprender que ocorrem os seguintes fenómenos: 1. Uma fina camada de depleção ou região que estabelece em ambos os lados da junção (também chamada de região de carga espacial ou de transição) por ser uma região que está empobrecida de portadores de carga livre. Sua espessura é de cerca de

m

. Veja a Fig. 1.6 2. Existe na superfície de interface da junção, uma barreira potencial ou junção

potencial.

3. A presença da camada de depleção dá origem à junção e capacidade de difusão

Universidade Virtual Avricana 27

Actividade 1.9 Formação e depleção da camada

Nesta actividade você irá aprender:

(i) Que no início da formação da junção PN, a concentração de lacunas na região P é maior do que a dos electrões da região N. (Onde elas existem como portadores minoritários);

(ii) Que, através da junção, se estabeleça uma diferença de concentração do gradiente de densidade, fazendo com que alguns dos elctrões livres e móveis na região N se difundamatravés da junção e se combinem com as lacunas formando iões negativos;

(iii) Tais electrões livres deixam para trás iões positivos na região N;

(iv) Conseqüentemente, uma carga de espaço se acumula, levando à criação de umaregião estreita na junção chamada camada de depleção, como ilustra a Fig.1.6. (v) Na junção com a polarização directa, a camada de depleção inibe qualquer difusão deelectrões.

Figura 1.6. Região de depleção formada em ambos os lados da junção


Actividade 1.10 Origem da junção de barreira ou de tensão

Os conceitos-chave para aprender são:

= (18)

Onde é a densidade dos electrões, N é a densidade das lacunas e a densidade de electrõe

antes da dopagem. E,

= = = 26 mV

Actividade 1.11 Banda de energia PN em equilíbrio

Aqui você aprenderá que:

(i) Durante o intercâmbio, o nível de Fermi dos dois lados da junção, mantém-se em equilíbio. Deste modo, electrões e lacunas alcançam um equilíbrio na junção e formam uma região de depleção como ilustra a Fig.1.7;

(ii) Na Fig. 1.7, o sentido ascendente representa o aumento da energia de electrões. Tal significa que a energia deve ser fornecida para que um electrão suba. Do mesmo modo, tem que haver o fernecimento de energia para que a lacuna desça.

(i) Uma diferença de potencial eléctrico conhecida como junção ou barreira de potencial é estabelecida através de uma junção PN, mesmo quando a junção é isolada externamente; (ii) O estabelecimento do potencial de barreira é devido às linhas carregadas com cargas opostas fixas de iões de ambos os lados dos dois lados da camada;

(iii) A existência de uma barreira de potencial, , interrompe o fluxo de mais

portadores através da junção menos alimentada pela energia de uma fonte externa;

(iv) À temperatura ambiente de 300 º K, é cerca de 0,3 V para Ge e 0,7 V para o Si;

(v) A expressão para a barreira de potencial é dada pela equação 18:


Figure 1.7. Posição do nível de Fermi em equilíbrio na junção P - N

Actividade 1.11 Polarização directa de energia da banda P – N

Nesta secção você irá aprender que, quando a junção p – n é polarizada, como ilustra a

figura. 1.8, os electrões de condução, em materiais do Tipo – N, através da junção ocorre

uma difusão destes, uma vez que possuem maior energia do que as lacunas em materiais

do Tipo – P. Como conseqüência, eles facilmente se combinam com as lacunas, tornando

possível um progresso contínuo de corrente através da junção. Para demonstração da

junção do díodo PN, com polarização, consulte:

http://jas.eng.buffalo.edu/education/pn/biasedPN/index.html. 5 de Outubro de 2007.

Figura 1.8. Banda de energia PN com polarização directa


Actividade1.12 Condução polarizada

Em seguida mostraremos o que ocorre durante a condução polarizada:

(i) Numa junção pn, a corrente directa envolve os electrões do material tipo N movendo-se para a esquerda através da junção e recombinam-se com as lacunas no material tipo-p.

(ii) Como resultado, electrões se movem para a esquerda, pulando de lacuna em lacuna,

dando a impressão que os furos se movem para a direita, como ilustra a Fig.1. 9.

Figura 1. 9 Condução polarizada

Actividade 1.13 Junção P-N polarizada inversamente

(i) Numa junção PN inversamente polarizada, (Fig. 1.10), uma tensão inversa faz com que uma corrente transitória de fluxo de electrões e lacunas seja impelida para fora da junção;

(ii) Quando o potencial térmico formado pela camada de depleção alargada for igual à

voltagem aplicada, tal fluxo cessará, excepto para uma pequena corrente.

Figura 1.10 Junção P-N polarizada inversamente


Actividade 1.16 Aplicações de Díodos

Actividade 1.16.1 Rectificação de meia onda

(a) (b) (c)

Figura 1.13 Rectificação de meia onda

Escreva notas curtas para explicar como a tensão de saída na fig. 1.13 (c) é obtida quando a corrente é alternada, Fig. 1.13 (a), é alimentada ao circuito na figura 1.13 (b). Use referência: http://ourworld.compuserve.com/homepages/g_knott/elect205.htm. (6 de Outubro de 2007.)


Actividade 1. 16.2 Rectificação de onda completa

Nesta actividade você usará o diagrama dado na fig. 1.14 para explicar como a corrente

alternada é totalmente rectificada.

entrada saída

Actividade 1.16.3 Duplicador de Tensão

Figura 1.14 Rectificação de onda completa

Use o esquema ilustrado na figura. 1.14 para explicar como os díodos D1, D2, D3, D4 depois de totalmente rectificados, causam uma corrente alternada. Para informações adicionais, consulte: http://ourworld.compuserve.com/homepages/g_knott/elect207.htm. 6 de Outubro de 2007.

Universdade Virtual African 34

A fim de descrever o que ocorre num dobrador de tensão, você precisa usar o conceito que

aprendeu ao explicar o funcionamento de um rectificador de meia onda.

Auto – Avaliação Nº 1

1. (a) Determine a concentração de portadores intrínsecos de Silício (Si) à temperatura de

350K, sendo os dados:

.

(b). Utilizando o execício da alínea (a) determine a condutividade do Silício sabendo

que:

3. (a ) Explique porque é que, apesar dos semicondutores do tipo N terem excesso de electrões, e do tipo P excesso de lacunas de condução, mesmo assim continuam electricamente neutros.

(b) Explique o que se entende por "excesso" e "defeito" de condução.

4. (a) Explique como é que surge a barreira de potencial?

(b) Identifique os factores de que depende a barreira do petencial?

(c) Para uma dada junção pn, explique como cada um desses factores influenciam a

magnitude da barreira de potencial?

= 0.14 e = 0.05

2. (a) Usando as informações fornecidas nas equações (3) - (6) prove que: =


Actividade 2: Circuitos Transistor

Você precisará de 25 horas para concluir essa actividade. Aqui são fornecidas apenas

orientações básicas com o objectivo de ajudá-lo a realizar a actividade..


• Explicar como funciona um Transistor de Junção Bipolar (TJB);

• Projectar e analisar os circuitos JFET em ambas configurações (CD, CS);

• Projectar e analisar circuitos básicos BJT nas configurações de (CE), EB, CB);. • Explicar como funciona Transistor de Junção de Efeito de Campo Transistor

(JFET);. • Explicar como funciona o circuito MOSFET;

• Projectar e analisar o circuito MOSFET. .

Síntese da actividade de aprendizagem

Lista de leituras obrigatórias

Esta actividade versa sobre o funcionamento da junção BJT. Isto inclui, entre outras

polarizações, as de Junção EB; polarização inversa da junção BC, tensão, corrente, carga e

controle, a configuração do transistor, os circuitos Transistor, Correntes de Fuga em

Transistor. Uma série de equações também são derivadas. Estas incluem, entre outras, a

relação entre as correntes dos transistores. Além disso, a actividade envolve a

aprendizagem sobre transístor, características estáticas, ou seja, características de entrada,

de saída e características de transferência da corrente constante. A última parte desta

actividade é sobre o funcionamento do transistor do efeito de campo (FET) e MOSFET.

Lista de leituras obrigatórias

1ª Leitura: Livros de electrónica na versão WIKI

Referência: http://en.wikibooks.org/wiki/Electronics 5 de Outubro de 2007

Resumo: Os tópicos abordados nesta leitura incluem: circuitos analógicos, circuit

digitais, elementos de Circuitos Digitais, Arquictetura de Computadores, analógico-digit

e conversores Digital-analógicos.

Justificativa: A leitura abrange profundamente os contornos das actividades do cur

básico de Electrónica.

2ª Leitura: Electrónica

Referência: http://en.wikipedia.org/wiki/electronics. 4 de Outubro de 2007

Resumo: Esta leitura é feita a partir de referências obtidas a partir de vários “sites”. Su

URL d b id i d ó i l ó i d l i B i d


Lista dos recursos relevantes de MULTIMÉDIA

Referência: http://jas.eng.buffalo.edu/education/semicon/fermi/bandAndLevel/indexhtml. 4 de Outubro de 2007. Resumo: O recurso apresenta os níveis de Fermi versus concentração de portadoresTambém apresenta a dopagem de impurezas dadoras e aceitadoras. Justificativa: Isso ajuda na aprendizagem da concentração dos portadores e na dopagem deimpurezas dadoras e aceitadoras. Referência: http://jas.eng.buffalo.edu/education/fab/BjtFet/index.html. 4 de Outubro de 2007. Resumo: As etapas de fabricação do par de Metal-Óxido-Semiconductor (MOS), Transistode Junção de Efeito de Campo Transistor (JFET) e um Transistor de Junção Bipolar (BJTenvoltos numa pasta de Silício. Os quatro botões, o primeiro, o anterior , o próximo , e opassado, permitem visualizar as imagens estáticas em vários pontos da fabricação dodispositivo. O botão animate-next mostra-lhe através da seqüência de animação de horário defabricação, o fluir a partir duma etapa para a etapa seguinte. A capacidade de animaçãoensina mais claramente as etapas da execução física envolvida. As etapas de fabricação dedispositivos semicondutores envolve muitas características físicas, químicas e térmicasetapas que, com este applet, permitirá que você entenda os conteúdos nele envolvidos. Justificativa: Este é um recurso útil para aprender a usar este tipo de dispositivos. Referência: http://jas.eng.buffalo.edu/education/transistor/n_MOS_IV/mosfet.html 4 de Outubro de 2007 Resumo: O recurso mostra um applet que calcula as parcelas das características de saída de vários canais, com especial realce os do tipo MOSFET. Tentar mudar a tensão dreno-fonte (VDS intervalo) e / ou o valor inicial “iniciar”da polarização de porta ou outros valores para verificar o seu efeito, mudar a corrente de dreno (VDS) para perceber o preconceito contra fuga. Justificativa: Este é um recurso útil para aprender a calcular e traçar as características desaída de um MOSFET de vários canais. Lista de links úteis e relevantes: Título: Amplificador do tipo MOSFET URL: http://ocw.mit.edu/OcwWeb/Electrical-Engineering-and-Computer-Science/6-

002Circuits-and-ElectronicsFall2000/VideoLectures/index.htm. 4 de Outubro de 2007. Resumo: Este curso contém slides de palestras com o acompanhamento de vídeos de

palestras, a

descrição e demonstração ao vivo apresentados pelo instrutor durante as aulas.

Título: Transistores BJT e FET URL: http://www.nhn.ou.edu/~bumm/ELAB/Lect_Notes/BJT_FET_transitors_v1_1.html. 3de Outubro de 2007


Título: CMOS.

URL: http://en.wikipedia.org/wiki/CMOS. 4 de Outubro de 2007

Resumo: Este “site” oferece alguns materiais de boa leitura sobre a estrutura da porta

NAND, a mudança de alimentação e escapamento.

Título: Fonte Comum

URL: http://en.wikipedia.org/wiki/Common_source. 4 de Outubro de 2007

Resumo: O “site” proporciona uma leitura sobre as características de largura de banda.

Título: JFET.

URL: http://en.wikipedia.org/wiki/JFET 4 de Outubro de 2007

Resumo: Esta é uma fonte de materiais de boa leitura sobre JFET e sobre a sua estrutura,

funções, símbolos esquemáticos e comparação com outros transistores.


A descrição detalhada da actividade

Esta secção consiste numa mistura teórica sobre as instruções de que o aluno deve fazer

prescritos no módulo da aprendizagem. O aluno é aconselhado a completar totalmente

cada secção do módulo antes de passar à secção ou actividade seguinte. Para cada secção,

o aluno é aconselhado a consultar as referências recomendadas. Isto é importante porque

as instruções e as actividades descritas estão apresentadas de forma breve.

Actividade 2.1 Funcionamento do Transistor da Junção Bipolar (BJT)

Nesta secção você vai aprender como funciona um BJT, e a aprendizagem-chave inclue o

seguinte:

(i) Um Transistor do tipo BJT consiste em três regiões diferentes de semicondutores

dopados: a região do emissor, a região de base e na região de colector. Tais regiões são,

respectivamente, do tipo p, tipo n e tipo p, formando um Transistor do tipo PNP, Fig. 2.1

(a), tipo e n, tipo p e tipo n, formando um Transistor do tipo NPN, Fig 2.1 (b). Cada região

do semicondutor é conectado à um terminal, devidamente rotulado: Emissor (E), Base (B)

e Colector (C);

(ii) Um Transistor do tipo BJT pode ser usado na amplificação ou comutação de

aplicações;

(iii) Transistores bipolares são assim chamados porque o seu funcionamento envolve

tanto electrões bem como lacunas;

(iv) Embora uma pequena parte do transistor actual seja devido ao fluxo dos portadores

maioritários, a maioria dos transistores actuais é devido ao fluxo dos portadores

minoritários, e assim, os dispositivos BJTs são classificados como dispositivos de

"menores portadores de carga”.


Figura 2.2 Junções NPN e BJT directamente polarizadas e junções E-B e B-C,

inversamente polarizadas

(vi) Na operação típica de NPN, a junção base-emissor é polarizada directamente e a

junção colector-base é parcialmente inversa, como é mostrado na Fig.2.2.

NB. Na figura. 2.2, a tensão entre E e B é simbolizada como “VBE” e entre C e B como “VCB “. A disposição da indicação dos índices tem a ver com o facto de, a base ser positiva com relação ao emissor e que, o colector também é positivo com relação à base.

(vii) Quando uma tensão positiva é aplicada à junção emissor-base e ocorre uma repulsão do

equilíbrio gerado entre os portadores de carga térmica e o campo eléctrico, criando um

desequilíbrio na camada de depleção, permitindo que os electrões excitados de movimento

térmico se injectem para a região de base. Junto ao emissor, tais electrões se defundem "através da

base da região de alta concentração para a região de baixa concentração perto do colector;

(viii) Os electrões na base são chamados de portadores minoritários, porque ela é dopada de

cargas do tipo p que criam lacunas que são portadores maioritários na base;

(ix) A região de base do transistor deve ser fina, para que os portadores de carga possam se

difundir rapidamente em relação aos portadores minoritários do semicondutor, isto para minimizar

o percentual de portadores que se recombinam antes de atingir a junção base-colector;

(x) A junção base-colector está polarizada inversamente. Do colector à base, ocorre uma pequena

injecção de electrões que se difundem através da base para o colector e são arrastados para o

l t lé t i iã d d l ã d j ã b l t

Universidade Virtual African 40

Actividade 2.1.2 Definições – Chave

(i) Emissor: Esta região é fortemente dopada do que qualquer das outras regiões, pois

sua função principal é fornecer à base, portadores de carga maioritária;

(ii) Base: Esta região constitui a parte central do transistor. É muito fina em relação à

qualquer emissor ou colector e é levemente dopada.

(iii) Colector: Sua principal função é colectar os portadores de carga maioritários que

vem do emissor, passando pela base.

(iv) A estrutura das junções NPN e BJT é mostrada na figura 2.3.

Figura 2.3 Estrutura das junções NPN e BJT

(v) A região do colector é muito maior do que a região do emissor, porque tem um maoir

poder de dessipar e de colectar portadores maioritários de carga na entrada..

Tarefa 2.1

Use: http://en.wikipedia.org/wiki/Bipolar_junction_transistor 7 de Outubro de 2007

e tome notas curtas sobre:

(i) Transistores do tipo – PNP;

(ii) Como são construídos os Transistores;

(iii) Enumerar as principais características físicas e práticas dos transistores do tipo

NPN e BJT.

(iv) Cinco regiões distintas da operação do Transistor do tipo TJB: Directa – Activa,

Inversa – Activa, Saturação, Corte e de Ruptura.


Actividade 2.1.3 Tensão, corrente e controle de carga (a) Usando a referência http://en.wikipedia.org/wiki/Bipolar_junction_transistor, (7 de

Outubro de 2007), você vai aprender que a corrente entre colector-emissor: (i) Pode ser vista como sendo controlada pela corrente emissor base (corrente de

controle), ou; (ii) Pela tensão base-emissor (controle de tensão); (iii) Estas visões são relacionadas pela conexão corrente – tensão da junção base –

emissor; (iv) A explicação física para a corrente do colector está fundada na quantidade dos

portadores de carga minoritários na região de base; (v) No projecto de circuito linear, a visão da corrente de controle é muitas vezes

preferida, pois é aproximadamente linear. Ou seja, a corrente do colector é de aproximadamente (ver equação 2.2) vezes a corrente da base. O modelo de

controle de tensão requer que se tenha em conta uma função exponencial.

Actividade 2.1.4. Configuração de um Transistor

Nesta secção você vai aprender acerca dos três tipos de ligação dos circuitos de BJT.

1. Existem três tipos de conexões de circuito para o funcionamento de um transistor,

como é mostrado na figura 2.4

(a) Base – Comum CB; (b) Emissor – Comum CE; e (c) Colector - Comum CC.

C E

E O/P O/P B B O/P I/P

I/P I/P E B C

(a) (b) (c)

Onde indica a entrada e ; a saída.

Figura 2.4 Os três tipos de Ligação do Circuito BJT


O termo comum é utilizado para designar o eléctrodo que é comum à entrada e saída.

2. Para demonstração do amplificador do emissor comum, consulte:

http://www.ngsir.netfirms.com/englishhtm/Amplifier.htm: 7 de Agosto de 2007

Variar os diferentes componentes, tanto quanto puder e observar e anotar a

variação dos parâmetros de saída.

3. Para Transistor npn, polarização, ver: http://server.oersted.dtu.dk/personal/ldn/javalab/

Circuito 04.htm 6 de Agosto de 2007.

4. Análise do amplificador do tipo BJT de etapa única:

http://jas.eng.buffalo.edu/education/

ckt/bjtamp/index.html#. 6 de Agosto de 2007.

Actividade 2.1.5 Circuitos Transistores

Nesta secção são fornecidas notas básicas sobre o comportamento e as características do

Transistor do tipo BJT ligados em circuitos. Você precisa lê-las, juntamente com outras

referências, a fim de acompanhar o que ocorre realmente.

Figura 2.5 Fucionamento do transistor do tipo npn

1. Deve-se notar que num circuito de transistor:

(i) Os potenciais diferentes são designados pelo duplo índice. O índice representa sempre

o primeiro ponto que é mais positivo. Por exemplo, na Fig.2.5, a diferença de potencial

entre emissor e base é escrito como VBE (e não VEB) porque a base é positiva em relação

ao emissor.

(ii) O transistor conduz corrente apreciável (da ordem de 1mA), do terminal C para o

terminal E se e só se VBE está acima de um limiar de tensão por vezes referido como o

corte de tensão, que é de cerca de 600 mV para o Transistor do tipo BJTs de Silício.


(iii) Esta tensão aplicada faz com que a junção pn "regresse" para baixo, permitindo

um fluxo de electrões do emissor para a base;

(iv) Devido ao campo eléctrico existente entre a base e o colector, a maioria desses

electrões atravessa, através do colector, a parte superior da junção pn, formando a

corrente do colector, IC. O restante dos electrões recombinam-se com lacunas que cosntituem as maiores portadoras de carga na base, formando uma corrente por meio

da conexão com esta, dando lugar a corrente de base, IB. Como ilustrado no

diagrama, a corrente do emissor IE, representa a corrente total do transistor, que é a soma das correntes de outros terminais, isto é:

(v) IE IC IB

(vi) Por convenção, para transistor normal, as correntes que fluem são tidas como

positivas e as que decorrem de fora são tidas como negativas. Daqui resulta que, IE seja

considerada como corrente positiva, e as IC e IB como negativas. 2. Principais pontos de aprendizagem

Os quatro marcos básicos sobre todos os circuitos de transístores são:

i. A corrente convencional flui ao longo da seta ao passo que os electrões fluem em

sentido contrário;

ii. E / B junção é sempre polarizado directamente;

iii. C / B junção é sempre polarizado inversamente;

iv. I E I C I B

Actividade 2.1.6 Transistor ‘alpha’ e ‘beta’

1. Você precisa aprender sobre alguns conceitos fundamentais usados em conexão com

transistores. De princípio, os conceitos para aprender são os seguintes:

(i) A eficiência de um Transistor do tipo BJT é medido pela proporção dos electrões

capazes de atravessar a base e chegar ao colector;

(ii) Um maior doping da região de emissor de luz e dopagem da região base causa maior

injecção de electrões do emissor para a base e de lacunas no sentido contrário;

(iii) O ganho de corrente do emissor comum é representado por bc ou hfe, e é

aproximadamente igual ao rácio entre o colector de corrente contínua para a base de

. 2.1

. 2.2

Para a demonstração dos applets de Transistores do tipo BJT, consulte: http://jas.eng.buffalo.edu/ 6

de Agosto de 2007.

Para as etapas de fabrico dos Transistores do tipo FET e JBT, consulte:

http://jas.eng.buffalo.edu/education/fab/BjtFet/index.html. 6 de Agosto de 2007.

Para a obtenção de uma corrente alta, os portadores de carga maioritários, portadores injectados

da junção base-emissor devem ser provenientes do emissor:

(i) As pequenas alterações na tensão aplicada entre os terminais de emissor-base faz com que a

corrente que flui entre o emissor e o colector mude significativamente. Este efeito pode ser usado

para amplificar a tensão de entrada ou em curso. Os transisitores do tipo BJTs podem ser

concebidos como os de tensão e fontes de corrente, mas são mais simplesmente caracterizados

como fontes de corrente controlada, ou devido à baixa impedância na base, desempenham o

papel de amplificadores de corrente;

(ii) A maioria dos transistores bipolares do tipo NPN que são usados hoje, porque a mobilidade de

electrões é maior do que a das lacunas em semicondutores, faz crescer as correntes maiores

tornando as operações mais rápidas.

1. Um ac ac para um transistor, na configuração do CB, é a causa da mudança da corrente do

colector para a corrente do emissor.

. 2.3

Isso também é conhecido como o ganho de curto-circuito de um transistor, dado por -hfb

(iv) Outro parâmetro importante é o ganho de corrente de base comum, dc. Ele é aproximadamente igual ao ganho de corrente do emissor para colector na configuração base comum. Esta proporção tem geralmente um valor aproximado à unidade, entre 0,98 e 0,998. Alfa e beta são mais precisamente relacionados com as seguintes identidades

(transistor NPN):


2. Também ac em configurações CE é dada pela Equação (2.4).

.= 2.4

Exemplo: 2.1

Num transístor com a configuração em CB, IB e IE são, respectivamente de 1,5 mA e 30

mA. Calcular os valores de α e IC

Solução

IC IE IB 1.5 x 30 x 1.47 mA

Exemplo 2.2 Analise a configuração de Colector – Comum:

Figura 2.6 Analise a configuração de Colector – Comum

Note que à entrada é aplicada uma corrente entre a base e o colector, enquanto na saída é

retirada entre o colector e o emissor (Fig. 2.4). IB é a corrente de entrada. Assim, ganho de

corrente é dada pela equação 2.5


Assim, a corrente de saída, IE = (1 + β) x corrente de entrada

Em ambas as Figuras, quer a 2.6 (a) como a 2.6 (b), é válida a relação: IE IB IC .

Para a demonstração do amplificador de emissor comum (demonstração do seu trabalho)

veja: http://www.educypedia.be/electronics/javacollectors.htm. 10 de Agosto de 2007.

http://www.educypedia.be/electronics/composemiconductors.htm 10 de Agosto de 2007.

Resumo das actividades de aprendizagem

Lembre-se que as relações entre as correntes do transistor são as seguintes:

(i) . ; . ; . e . (2.6)

A partir da Equação 2.6), o aluno deve ser capaz de mostrar que:

(a) IC = IE;

(b) IB = 1IE ;

(c) IE = e

(d) I E : I B : I C 1: 1:


Activity 2.1.7 Correntes de fuga em Transistores

P N P N N P I = I I I = I I E

E C E C E

V V ( ) V ( ) V I EE

EE I I 1 E I C C

1 E

CC CO

C O ( ) I I = 1 I I I C E B E CO ( ) = 1 I I I

B E CO

(a) (b)

Figura 2.7 Correntes de fuga em Transistores

Na Fig. 2.7 (a) e (b), VCC é a tensão de alimentação, e VEE é a tensão do emissor. Em ambos os circuitos, vemos que IE se divide em duas partes, a saber:

i1IE que se torna corrente de base, IB, no circuito externo e

(ii) IE que se torna corrente do colector, Ic, também no circuito externo.

Embora a relação seja inversa para os portadores maioritários de carga, na Fig. 2.7

(a), ela é polarizada directamente para os electrões gerados termicamente, que

constituem os maiores portadores de carga. Isso atribui a corrente de fuga, ICBO, que

flui na mesma direcção que a corrente maioritária do colector, IC, ainda que VEE,

esteja desligado. Os índices CBO indicam o suporte do "Colector de Base” com emissor

aberto.

Note que ICBO é dependente da temperatura, pois ela é feita da geração térmica dos

portadores minoritários de carga. Considerando a corrente, devido aos portadores

minoritários de carga, então:

IC = IE + ICBO (2.7)

= maioritária + minoritária


Actividade 2.1.8 Características Estáticas do Transistor

Nesta secção, são descritas as três características importantes do Transistor do tipo BJT.A fim de compreender os conceitos em estudo, são fornecidos juntamente com outros materiais, as notas de referência. Você vai aprender que o transistor tem três caracteristicas importantes: Características de Entrada, Caracterísitcas de Saída e Características de Transferência de Corrente Constante.

Características Estáticas do Transistor de Base Comum

I C

I E E C

R 2

R V V V 1

V C B E E C C B E

B

Figura 2.8 Características Estáticas do Transistor

(1) Características de Entrada

Esta característica dá a variação da corrente IE com VBE quando VCB é constante.

(i) Use as referências ao seu dispor e descreva como os conjuntos de valores IE e VBE são

obtidos, quando VCB é constante;

(ii) Os esboços gráficos mostram a variação da corrente IE com a tensão VBE para

diferentes valores da tensão VCB;

(iii) A partir de um gráfico dado, obtenha a resistência instantânea de entrada, Rin, que é

obtida a partir da inclinação recíproca, isto é,

= = (2.8)


Note que, na variação Rin com VBE geralmente dá origem a uma distorção de sinais.

2. Características de saída (São melhor obtidas através da experiência) Esta é uma relação que mostra a variação da corrente IC com a tensão VCB quando se IE mantém constante. (i) Todas as actividades apresentadas no item 2.1.8 podem ser realizadas experimentalmente. Para realizar esta actividade prática, use as componentes que estão ilustradas na Figura 2.8.; (ii) Para a obtenção das características de saída, anote os valores correspondentes da corrente IC e da tensão VCB para diferentes valores da corrente IE;

(iii) Você deve ser capaz de notar que, uma pequena quantidade da corrente IC, flui mesmo quando a corrente IE = 0;

(iv) Use as características obtidas para encontrar ac do transistor.

I C

mA I

mA

(i) Além de um certo valor da tensão VCE, devido à avaria da avalanche, a corrente IC

aumenta rapidamente para um nível próximo ao da saturação, o que pode danificar otransistor; (ii) A pequena quantidade de corrente IC, que flui mesmo quando IE = 0, é a corrente defuga do colector ICB0;

(iii) A parte recíproca, perto da característica horizontal, dá a resistência de saída, dotransistor Rout , que oferece um woulf para o sinal de entrada. (3) Características da corrente de transferência Esta é a relação que mostra a variação da corrente do colector IC, com a do emissor IE

quando a tensão VCB, é constante. (i) Descreve como você pode obter os valores correspondentes de IC e IE, quando VCB, éconstante; (ii) As características típicas de transferência são calculadas usando o esquema dado na fig2.9.

Pontos de aprendizagem

+

(a) (b)

Aqui, o essencial é aprender os conceitos que possibilitem esquematizar os diferentes circuitos transistores. O ponto importante a reter é que num transistor do tipo NPN, quer o colector bem como a base têm que ser positivos em relação ao emissor. As figuras 2.10-2.12 mostram como a tensão de alimentação pode ser representada com apenas um terminal da bateria e o outro terminal a ser aterrado, de modo a fornecer uma via completa da corrente.


(iii) Se você tiver realizado esta actividade, praticamente determinará os valores de:

ac =

.

Tarefa 2.3 Leituras adicionais e anotações

Repita a actividade 2.1.8 para:

(a) Características estáticas de Emissor Comum; ( b Características estáticas de Colector Comum.

Actividade 2.1.9 Diferentes maneiras de esquematizar Circuitos Transistores

= 10 V V 25 V V E E C C

(i) Configuração de Base Comum

I I C E PNP R I R E E R 10 K 20 K R L

L E 20K 10 K

PNP C V V B VCE EB C C + 25V 10V V B

E B VBC

+

-

-

Figura 2.10 Configuração redesenhada de Base Comum

Fig. 2.10 (a) pode ser como é mostrado na Fig. 2.10 (b) em que o terminal negativo de


(ii) Configuração de Emissor Comum

+ V V + BB C C o o R I L C I I

C B NPN 10K R I R 1M R 10K B B L B 1M NP N V V V C E B E V C C B B 20V I 10V E V V I B E C E E

( ) a ( ) b

Figure 2.11 Configuração de Emissor Comum

A forma mais comum de indicar a tensão de alimentação na fig. 2.11 (a) é dado na fig.

2.11 (b). Uma vez que o colector e a base são positivos em relação ao emissor, pode ser

usada uma única bateria.

(iii) Configuração de Colector Comum

I I R I E B E E NPN R R R I B E B B NPN -

+ V EE V + V V C E V I C B BB C V C E I + + + + C B

C ++ ++

Figure 2.12 (a) (b)

As tensões de alimentação de energia na fig. 2.12 (a) para a configuração do CC pode

ser redesenhado como é mostrado na 2.12 (b).


Exemplos numéricos

• Cálculos de tensões e correntes nos circuítos

Considere a figura. 2.10 (b). A partir do solo e a aplicação das leis de Kirchoff para a

parte esquerda do circuito, temos:

(a) = 0

Para Si, VBE = 0.7V = 0.465 mA

Na maioria dos casos: VEE VE

Assim:

= = 0.5 mA

(b) IC IE IE 0.5mA

• As razões de ser dessa aproximação.

(C) Da mesma forma, para o circuito à direita e, a partir dos conhecimentos,

temos:

VCB VCC I C RL VCC I E RL 25 -0.5 10 20V

Actividade 2.2 Transistor de Efeito de Campo F E T

Você vai aprender que::

(i) Transistores de efeito de campo também são dispositivos de três terminais, que é

amplamente utilizado em circuitos lineares, integrados e digitais.

Universdade Virtual African 53

(ii) Num FET, apenas um tipo de portador de carga está envolvido na sua acção: o

electrão ou lacuna positiva. Por conta disso, FET é chamado de transistor unipolar;

(iii) Existem dois tipos comuns de transistores de efeito de campo: transistor junção de

efeito de campo (JFET); e semicondutor de efeito de campo metal-óxido (MOSFET)

Actividade 2.2.1 Acção de JFET

Canal tipo-n

G • D S N

o o + - Porta na região do tipo p

Figura 2.13 Canal tipo n

Para a fig. 2.13, os recursos incluem::

(i) S e D, que são duas ligações chamadas fonte e dreno, respectivamente. Quando

estes estão ligados ao fornecimento de energia d.c, electrões fluem através do canal a

partir da fonte, S, à fuga, D,

(ii) A região do tipo – p chamada porta G, que está ligada ao canal n. Sua função é a

de controlar a entrada do eléctrodo.

Para demonstração, veja: http://jas.eng.buffalo.edu/education/pn/biasedPN/index.html.

8 de Agosto de 2007.

N-channel JFET: http://www-g.eng.cam.ac.uk/mmg/teaching/linearcircuits/jfet.html JFET: http://jas.eng.buffalo.edu/education/jfet/index.html#. 8 de Agosto de 2007

Tarefa 2.4 Faça anotações

(a) Tome notas curtas sobre a formação de regiões de esgotamento quando o

portão, G, é feito negativavamente em relação ao canal n, como é ilustrado na

figura. 2.13.


(b) Descreva como a magnitude da tensão aplicada determina a largura da camada de

depleção, a resistência do canal e do valor da corrente de dreno;

(c) Esboce os símbolos para FET, ou circuitos básicos para a corrente contínua para

ambos canais (canal – n e canal – p);

(d) Use as características de saída do FET, para mostrar que a resistência de saída da

corrente alternada, rd , é a inclinação da produção, onde os níveis de corrente são nulos.

Isto é:

(i) A resistência de saída da corrente alternada, = , onde VGS é constante (2.9);

(ii) Use também as características mútuas, para mostrar que a condutância mútua que é

responsável pela sensibilidade do controle do portão na corrente de dreno é dada pela

Equação 2.10. Isto é:

A condutância mútua, = , onde VDS é uma constante (2.10)

Use a fig. 2.15 (a) e (b) para calcular os valores de rd quando VGS = -2V e o valor da

condutância mútua gm quando VDs = 6 v e VGS = -2 V.


Actividade 2.2.2 Compressão

O conceito principal que você vai aprender aqui é sobre a relação entre a região de

depleção com as mudanças de potencial entre S e D

Ponto de “compressão” G

• S D g

o o + - Região de depleção

Figura 2.14 Ilustração de uma “Compressão”

Observações feitas:: 1. À medida que a distância aumenta de S para D: (i) O potencial do canal se torna mais positivo; (ii) O inverso, entre o portão e o canal, aumenta para D, e (iii) A largura do canal entre a região de depleção diminui ao longo do

comprimento da porta. 2. Aumentando a tensão positiva no dreno provoca a destruição das regiões que no fim voltam a se unir no dreno, comprimindo-se assim a corrente num determinado valor.

Exemplo Numérico

I D

V = 2 = 0.2mA GS V

V 10 6 2 DS V0

Figure 2.16: (a) Amplificação do Circuito Básico FET; (b) Circuito equivalente FET

Universidade Virtual Africana56

I D

3 δId 2mA

2

δId 2mA

1

V G S -3 -2 -1

VGS 1.5V

Figura 2.15 (b)

Da Eq. 2.10, = = = 40

Da Eq. 2.11 =

Actividade 2.2.3 Circuitos de AC a FET

+9V R D D

0.1 F Vgs

= Vi R V

V0 Vi

r D 0 sinal 1M d S Vi

-

(a) (b)


Você vai aprender que, na FET:

(i) Existe um pequeníssimo vazamento de fluxos entre a origem e o portão; (ii) A corrente da fonte = corrente do dreno; (iii) Da porta à fonte, a capacitância é muito pequena, enquanto que no BJT é muito maior.

Ilustração do amplificador do Circuito Básico FET

(i) Na Fig. 2. 16 (a) a finalidade do capacitor é a de isolar a origem do sinal a partir do

portão, tendo em conta a corrente contínua;

(ii) O valor da capacitância, C, tem que ser suficientemente grande para diminuir o sinal.

Neste caso, o valor da frequência f, é calculado para C = 0.1 F e a reactância XC = 1

MΩ como se segue.

XC = =

f = = 1.6 Hz

Circuito AC equivalente

O circuito equivalente da Fig.2.16 (a) é dado na Fig. 2,16 (b) e é desenhado após a

identificação de que:

(i) RD é conectado entre dreno e a fonte;

(ii) A resistência de saída, rd, dentro do FET entre o dreno e a fonte é paralela à RD;

(iii) O sinal da tensão Vi ou Vgs, desenvolve um sinal de corrente Id gmVgs que se

ramifica entre rd e RD.


Actividade 2.2.4 Ganho de tensão em média frequência

A série de frequências médias em a.f. situa-se na faixa compreendida entre 300 Hz e 5000

Hz.

Ganho de Tensão Av = = , onde V0 e Vi são valores r.m.s.

Da Fig. 2.16 (b)

V0 IdR gmVgsR

Onde R = , rd e RD estão em paralelo.

V0 Vds e Vi Vgs

= Av gmR

Exemplo Numérico

Um Transistor de Efeito de Campo tem = e rd = 60 k está ligado à uma

carga de resistência de dreno de 30 k em tensão do amplificador a.f. Ache o ganho de

tensão.

Solução:

R = = = 20 k

Av gmR 4 20 80

Note que à porta é acoplada por efeito da capacitância através do óxido e do canal.

Quando a porta é fornecida por uma distorção positiva, um campo é criado através do qual

o óxido atrai os electrões para a região do portão. Esta condução tem lugar entre a fonte e

o dreno. O grau de realização depende de quão positiva é a porta que diz respeito à fonte.

Para as características de saída do tipo –n do MOSFET consulte:

http://jas.eng.buffalo.edu/education/transistor/n MOS IV/mosfet.html. 10 de Agosto


Tarefa 2.5 Faça apontamentos acompanhados de leituras

Use as referências e faça anotações para:

i. Relação entre saída e saída de fase;

ii. Polarização de “Portas”;

iii. Cálculos de linhas de carga.

Actividade 2.2.5 MOSFET

1. Estrutura

(i) MOSFET é uma das formas de FET onde o canal do portão está isolado por uma

camada fina de óxido de silício, como mostra a figura. 2.17.

(ii) Assim, num MOSFET:

- qualquer fuga de corrente ocorre entre a porta e o canal;

- a resistência de entrada é de centenas de Ms.

G D S Óxido de Silício

Canal - N

Substrato - P

Base

Figura 2.17 Construção de MOSFET (do tipo depleção)

1. Analise a configuração de CE e mostre que:

Sugestão: Em primeiro lugar, escreva a relação de dc em função das correntes de Colector

e de Base;

2. Mostre que, na configuração CC, a corrente de saída 1x corrente de

entrada;

3. Com referência à um transistor:

(a) Mostre que + e

(b) Do mesmo modo, mostre que IB 1 IE ICBO;

(c) Repita a actividade 2.17, para o circuito da configuração de CE.


Tarefa 2.6 Faça apontamentos acompanhados de leituras

Use as referências e complete as notas em:

- características das curvas de saída quando a magnitude do desvio é positivo num

MOSFET;

2ª Auto - Avaliação


Actividade 3: Amplificadores Operacionais

Você precisará de 10H para completar esta actividade. Para ajudá-lo a realizar a actividade,

serão fornecidas apenas orientações básicas.

Objectivos específicos do Processo de Ensino e Aprendizagem

Nesta actividade você deverá ser capaz de:

i. Explicar a construção do Amplificador Operacional e,

ii. Projectar, analisar e sintetizar circuitos de Amplificadores Operacionais. Resumo da actividade de aprendizagem A actividade envolve a aprendizagem sobre as características gerais de um amplificador

operacional, os princípios em que se baseia o seu funcionamento e as suas aplicações na

computação clássica que incluem a adição, a subtração, a multiplicação, a divisão, a

integração e a diferenciação. Equações relevantes, são derivadas para resolver problemas

numéricos. Lista de leituras OBRIGATÓRIAS

1ª Leitura: “WIKIBOOKS” Electrónicos

Referência: http://en.wikibooks.org/wiki/Electronics. 5 de Outubro de 2007.

Resumo: Os tópicos abordados nesta leitura incluem: Circuitos analógicos, Circuitos

digitais, Elementos dos Circuitos digitais, arquictetura do computador, Conversão dos

Circuitos Analógicos à Digitais e vice-versa.

Justificativa: Uma leitura adequada desta actividade, abrange os conhecimentos sobre o

curso básico de electrónica.

2ª Leitura: “WIKIBOOKS” do Amplificador Operacional

Referência: http://en.wikibooks.org/wiki/Electronics/Op-Amp. 5 de Outubro de 200.

Resumo: A 2ª leitura inclui: Amplificadores, Amplificadores Operacionais “op-amp”,

notação, processos de concepção rápida, Amplificadores Operacionais ideais,

comfiguração de Amplificadores Operacionais Básicos, configurações avançadas de

Amplificadores operacionais e Amplificadores Operacionais reais.

Justificativa: Estes elementos fornecem a maior parte das leituras obrigatórias para o

amplificador operacional, e que são necessárias para o sucesso do curso.


List a relevante dos recursos MULTIMÉDIA

Referência: http://server.oersted.dtu.dk/personal/ldn/javalab/Circuit03.html. 3 de Outubro

de 2007.

Resumo: Este recurso está no amplificador inversor onde a fonte de tensão está ligada

a fim de verificar o circuito para diferentes valores das resistências e / ou circuitos abertos

de ganho dos amplificadores operacionais.

Justificativa: No caso (normal) de um grande ganho em malha aberta dos amplificadores

operacionais, (tipicamente 100dB), o mecanismo do terminal de retorno irá forçar a

entrada inversora a ser praticamente aterrada. Neste limite, o factor de amplificação de

circuito fechado será determinado unicamente pelos valores de resistência.

Lista Relevante dos Links Úteis

Título: Amplificador Operacional

URL: http://ocw.mit.edu/OcwWeb/Electrical-Engineering-and-Computer-Science/6-002Circuits-and-ElectronicsFall2000/VideoLectures/index.htm 3 de Outubro de 2007. Resumo: Este curso contêm slides de aulas e vídeos acompanhados de palestras e

descrições de demonstração ao vivo, apresentados pelo instrutor.

Título: “OP-Amps”

URL: http://en.wikibooks.org/wiki/Electronics/Op-Amps”. 4 de Outubro de 2007.

Resumo: Proporciona bons materiais de leitura em amplificadores, Op-Amp, notação,

ideal Op-Amps, configurações básicas de Op-Amp, Op-Amps reais.

Título: Amplificadores Operacionais

URL: http://en.wikipedia.org/wiki/Operational_amplifier. 4 de Outubro de 2007.

Resumo: Contém bom material de leitura do amplificador operacional. Os tópicos

incluem: operações básicas, amplificadores operacionais ideais, limitações do

amplificador real, notações, uso dos projectos do sistema electrónico, o comportamento de

DC, o comportamento de AC, o circuito do amplificador básico não-invertido, circuitos

i t d 741 ti d “ ” li õ


Actividade 3.1 Construção do amplificador operacional

(i) é vulgarmente abreviado como um “op-amp”, e o seu símbo de circuito é mostrado na Fig. 3.1; (ii) possui duas entradas e uma saída onde a entrada é assumida que tem uma alta impedância e, portanto, é desprezível o fluxo de corrente para dentro ou para fora da saída; (iii) possui uma saída que é controlada por um retorno negativo vulgarmente usado; (iv) possui uma voltagem de saída e de entrada que é determinada por um retorno negativo por causa do alto ganho do amplificador; (v) possui idealmente, na saida, uma impedância nula. Isto significa que um amplificador operacional pode libertar uma corrente infinitamente larga para a carga ou para o circuito a ele ligado; (vi) realiza todas as computações clássicas possíveis, incluindo a adição, a subtração, a multiplicação, a divisão, a integração e a derivação.

onde:

V+ : entrada não - invertida o

o +

V+ o

_ o V-

Referências como: http://en.wikipedia.org/wiki/Operational_amplifier 6 de Agosto de

2007.

Você vai aprender que o Amplificador Operacional:

o

V- :entrada invertida

Vout – Saída

: Alimentação positiva, (Às vezes também

designados por VDD, VCC, ou VCC + )

: Alimentação negativa, (Às veze

também designados por VSS, VEE, ou VCC - )

Figura 3.1 Símbolo para o Circuito de um op-amp

Universidqde Virtual Africana 64

O tipo mais comum de amp-op é o "741". Ele tem 8 “pinos”. A Fig. 3.2 dá a sua aparência

física.

Figura 3.2 Aparência física típica do Op-amp “741”

Actividade 3.2 Circuito básico do amplificador não-inversor


Na saída, a tensão é a diferença entre o + e - da entrada multiplicado pelo ganho em

malha aberta: Vout VV* Avo .

+

-

+ V in V V

out out

( a) Amplificador invertido ( b) Amplificador não – invertido

Figura 3.3 Circuito básico do amplificador invertido e não – invertido

(i) Se um op-amp está ligado como na Fig. 3.3 (a) e (b) a proporção de entre seria

muito elevada. Isto é chamado ganho de malha aberta. Quando na saída de um Op-

amp é operado sem qualquer ligação resistor ou capacitor para qualquer das suas

http://server.oersted.dtu.dk/personal/ldn/javalab/Circuit03.html. 7 de Julho de 2007.

http://www.ngsir.netfirms.com/englishhtm/Amplifier.htm

http://server.oersted.dtu.dk/personal/ldn/javalab/Circuit03.html


Tarefa 3.1 Leituras futuras e realização de notas

Use as seguintes referências:

1. http://en.wikipedia.org/wiki/Operational_amplifier. 12 de Agosto de 2007.

2. B.L Theraja e R.S. Sedha: Circuitos e princípios de dispositivos electrónicos:

(a) Faça notas completas sobre circuitos de amplificadores “não – invertidos”;

(b) Exponha duas “regras de ouro" de como você tomou nota;

(c) Faça notas sobre as diferenças entre o ganho de open loop e closed loop;

Para a simulação do amplificador invertido, veja:

Actividade 3.2.1 Retorno negativo

R 2

+

_ R

V 1 ou t V

i n R 3

o

o o o

o

o

Figura 3.4 Retorno negativo

x

(ii) Numa configuração não – invertida, a saída V0 está em fase com a tensão de entrada

e é igual à amplificada na entrada, mas

(iii) Neste caso da configuração invertida, a tensão de saida é exactamente oposta, igual àtensão amplificada da entrada, isto é, a tensão da saída tem um desfasamento d180º com a tensão de entrada.

Universidade Africana Virtual 66

O retorno negativo ocorre quando um pequeno sinal de saída se torna invertido com o

auxílio da configuração ilustrada na Fig. 3.4. A partir de V0 ocorre um desfasamento de

180º, com a entrada, o retorno reduz a amplicação do sinal no amplificador e, portanto

reduz o seu ganho. A quantidade do retorno da saída é controlada pela resistência R2.

Algumas vantagens do uso do retorno negativo são:

1. A amplicação com um ganho quase infinitamente variável, pode ser obtido usando

um circuito padrão de “op amp”;

2. O uso do retorno negativo aumenta a série de frequências que vai ampliar o

amplificador e aumenta sua estabilidade;

Algumas características de “Op amp”:

(i) Possuem uma impedância muito elevada entre a entrada + e – e a terra.

Por idealização, esta impedância é infinita mas, na prática, ela é aproximadamente igual

à 20 MΩ. Isto garante que a corrente flua para o terminal de entrada do amplificador;

(ii) A impedância nula na saída, garante que o amplificador não seja afectado pela carga.

Nota breve

Devido ao elevado ganho de “open loop”, é desprezível a diferença entre a tensão positivnegativa na entrada que vai criar na saída altos valores de tensão suplementar. Tal

valor é chamado de tensão de saturação Vs, que como na saída, pode atingir valores elevados

Se a tensão suplementar for de 15V e o ganho de “open loop” de 15V então, a diferença

na voltagem produz uma saturação de = 150 . Com a tensão V0, uma pequena

diferença na voltagem V0, pode deslocar de +15 V para -15 V ou numa outra direcção.

N.B. Para esta observação, esboce a variação de V0 com Vin.

Para o amplificador, o uso da tensão negativa (-) na entrada deve ser praticamente a mesma

que a positiva. No circuito amplificador, o inversor de entrada, o sinal (+) está ligado à terra

que também é tensão 0V Assim na entrada o pólo negativo ( ) deve ser sempre


Actividade 3.2.2 Ganho do Amplificador Invertido

Na Fig. 3.3, a entrada é mantida equilibrada, na medida do possível se o resistor R3

R1 R2 é ligado entre a entrada positiva e 0V em paralelo com R1 & R2

A partir da entrada (+), o potencial terra (terra virtual) da corrente através de e

A partir da entrada, a impedância é muito alta e nenhuma corrente pode fluir para a

entrada negativa. Portanto, a soma das correntes na junção X deve ser igual a zero.

Isto é:

+

= - (3.1.)

Mas,

= - = Ganho

Assim, o ganho deste amplificador inversor = - . O sinal negativo indica que a

saída é invertida. O ganho depende das resistências R1 & R2 . Isto significa que o

ganho não é afectado por quaisquer mudanças que possam ocorrer dentro do amp-op,

como uma mudança no ganho devido às mudanças de temperatura. Assim, o retorno

negativo proporciona a estabilidade.

Tarefa 3.2 Leituras futuras e anotações

Use as referências e faça as anotações:

1. Ganho do Amplificador não – invertido;

2. Seguidor de tensão;

3. Respostas frequentes de circuitos amp-op.


Actividade 3.2.3 Ganho do Amplificador não - invertido

Usando a Fig. 3.5, o ganho do amplificador não-inversor é derivado das seguintes:

Figura 3.5 Ganho do Amplificador não - invertido

A entrada é aplicada à entrada +, mas o retorno é aplicado - entrada como é mostrado na

Fig. 3.5. A fracção do sinal de saída a ser realimentado para a entrada é determinado pelo

divisor de potencial R1 & R2 .

A fração de V0 enviada para a inversão (-) de entrada é V f , onde

V f = (3.2)

A diferença de tensão entre as duas entradas é dada VT onde,

VT Vin V f . (3.3)

Neste caso, VT é a tensão amplificada, isto é,

V0 = A0 ×VT . (3.4)

A0 é o ganho do “open – loop”. Assim, substituindo VT na Equação (3.3) usando a

Equação (3.4), obtemos:

Vin V f A0 VT (3.5)

e

= - (3.6)

Do mesmo modo substituindo na Equação (3 2) nós temos:


Exemplo:

Calcule a tensão na saída num amplificador não invertido para uma entrada de 120 μV se R

= 2.4 k Ωe R2 240kΩ .

Solução:

A partir do ganho no circuito “open – loop” se obtém que:

A = 1 + = 1 +

A tensão na saída será:

V0 = AV1 = 101× 120μV = 12.12mV .

- =

= ( + )

= =

(3.7)

Então A0 0

Da Equação 3.7, o ganho depende de R 1 & R2 .


Actividade 3.2.4 Op-amps como soma de amplificadores

Um amp-op é usado no áudio pré-amplificadores e misturadores. Quando usado para

adicionar qualquer número de sinais ou tensões, o circuito é chamado de amplificador

soma, Fig. 3.6. Ponto X é um terra virtual. Portanto, ponto de entrada em X, as correntes,

são:

, ,

E, o retorno da corrente =

Pela Lei de Kirchoff, temos:

+ + + = 0

x + x + x

(3.8)

R 4

R

_

1 R 2

x R 3 V

+ V o ut V 1

V 2 R 3 5

Figura 3.6 Op-amps como soma de amplificadores

Assim, é a soma de três entradas com cada uma delas a multiplicar por um factor ,

onde R corresponde à resistência de entrada. O sinal negativo para V0 indica que V0 está

desfasada com a saída. Este resultado aplica-se à tensão AC e DC e é bastante útil para

i t d i f ã é f t d i f di i l


Actividade 3.2.5 Retorno Positivo, Oscilações de Ondas Quadradas ou Multivibrador Estável

Você vai aprender que:

1. Retorno negativo reduz a diferença de potencial na entrada;

2. Do mesmo modo, o retorno “+ve” tende a aumentar a diferença de potencial na

entrada, uma vez que a tensão de saída estará em fase com a tensão de entrada;

3. Assim, a produção atinge rapidamente a tensão de saturação VS. Se o circuito

Opamp é projectado para fazer com que a saída mude continuamente de +VS

para –VS e vice-versa, obtém-se uma tensão de saída oscilante. O circuito com

retorno positivo que produz um quadro de ondas oscilatórias e actua como um

multivibrator estável, é mostrado na Fig. 3.7.

R 1

_ V 1

V V

+ 2

0 R C 3 1

R 2

Figure 3.7 Retorno Positivo, Oscilações de Ondas Quadradas ou Multivibrador Estável.

Acção do circuito.

Para a descrição do que acontece, leia e siga a explicação que se segue:

Inicialmente, deixe C1, a se descarregar e com V0 a ter o seu valor máximo positivo

(+ V) devido à uma pequena diferença de potencial nas entradas.

A fracção V2 de V1 é realimentada para a entrada +. Deste modo:

= (3.9)


(a)

T

e

n

s

a

o

Tempo

Período de tempo

Tempo

(b)

Figura 3.8 Variação da tensão em função do tempo

Depois de um tempo, que depende da constante temporal C1 R1, V1 atinge-se um

valor superior ; e a saída muda de tal sorte que ela fica -V, como é mostrado na

figura. 3.8 (b).

A realimentação positiva faz com que o amp-op se alterne rapidamente desde V2. Depois desce, tornando-se muito inferior que V1 e forçando ainda V1 a obter valores negativos muito rapidamente. C1 agora está carregado (e começa a descarga no sentido oposto) até V1 tornando-se inferior em relação à V2 . Em seguida, o op-amp muda novamente para V0 que novamente se torna positivo (+ V). O ciclo é então repetido.

V0 é a realimentação da saída negativa através de R1. Isto faz com que C1

(que inicialmente não está carregada) se carregue através de R1 e aumente

exponencialmente em função do tempo, através de + V para V1 como é

mostrado na Fig. 3.8 (a).

A Fig 3.8 (a) mostra como V1 varia com o tempo e a Fig 3.8 (b) mostra como a voltagem

de saída V0 varia com o tempo. O tempo periódico do multivibrador é obtido pela equação:

T = 2 ln(1 + ) (3.10)

Tarefa 3.3 Leituras seguintes e anotações

Use as referências disponíveis e faça anotações sobre:

1. Oscilador de onda senoidal: escrever a expressão para a freqüência de saída

2. Amp op como comparador, e Circuito de Comutação.

Actividade 3.2.6 Op-amp como um integrador

1. Nesta secção, é-lhe apresentado um amp-op como um integrador. Leia e certifique-de que você compreende a descrição.


C

I1 R I 2 - 1

X V i n V +

0

0 V

Figura 3.9 Op-amp como um integrador

O Circuito na Fig. 3.9, fornece uma saída V0, que é parte integrante da tensão de entrada

Vin. . O ponto X é uma terra virtual. O p.d através de R é Vin e, através de C é V0. Mas,


(3.11)

e,

= C (3.12)

No ponto X,

I1 I 2 0

= C (3.13)

Assim,

dt = -

= - dt (3.14)

tensão na saída é proporcional ao integral da tensão na entrada

Da equação (3.13)

= -C

= - -k (constante) (3.15)

Isto significa que V0 varia linearmente com o tempo e tem um gradiente negativo.

1. Enumere os factores que podem influenciar para que um determinado op-amp possa ser seleccionado para o uso.

2. Calcule a voltagem na saída num amplificador não – invertido para uma entrada de 420 se R1 = 1.7 kΩe R2 340kΩ.

3. Dada a figua abaixo, calcule a tensão na saída se V1 = 50sen(1000t) mV e V2

10sen300tmV



R 3

R

_

1

R x 2

V + V o ut

1 V R 2 5


Actividade 4: Circuitos Digitais

Resumo da actividade de aprendizagem

Você precisará de 30 horas para completar esta actividade. Aqui serão fornecidas apenas

pequenas orientações que o ajudarão a realizar a actividade.


Nesta actividade, você deve ser capaz de:

(i) Manipular números em várias bases (2,8,10,16);

(ii) Aplicar a Álgebra de Boole na projecção de circuitos lógicos, e

(iii) Projectar, analisar e sistematizar circuitos lógicos (multiplicadores,

descodificadores, Schmitt, triggers, flip-flops, registos);

(iv) Explicar os componentes do nível dos sistemas de um microprocessador.

Nesta actividade serão aprendidos os diferentes sistemas, incluindo o número decimal,

binário, octal e hexadecimal e os Sistemas Numéricos. Também serão aprendidos a

conversão dum sistema numérico para outro e como cada sistema numérico considerado é

codificado. A última parte da actividade é sobre as “portas – lógicas”em que são

apresentadas e discutidas as diferentes características de “portas – lógicas” usando

exemplificações adequadas com base na Álgebra de Boole.

Lista de leituras REQUERIDAS

1ª Leitura: WIKIBOOKS Electrónicos

Referência Completa: http://en.wikibooks.org/wiki/Electronics. 5 de Outubro de 2007.

Resumo: Os tópicos abordados nesta leitura incluem: Circuitos Analógicos, Circuitos

Digitais, Elementos de Circuitos Digitais, Arquictetura de Computadores, Conversão de

Circuitos Analógicos à Digitais e vice – versa.

Justificativa: A leitura abrange adequadamente o curso de electrónica básica em

actividade.

2ª Leitura

Referência: http://en.wikipedia.org/wiki/electronics. 5 de Outubro de 2007.

Resumo: Esta leitura é formada por várias referências obtidas em muitos “sites”. Suas

URLs podem ser obtidas a partir de uma cópia electrónica desta leitura Basicamente

3ª Leitura: Álgebra de Boole e notas designando simulações dos circuitos de “Schmitt

Trigger”

Referência: http://en.wikipedia.org/wiki/Electronics/Boolean-Algebra. 5 de Outubro de

2007.

Justificativa: Isto proporciona uma leitura fácil sobre o material relativo à Àlgebra de

Boole.

Lista relevante dos recuros MULTIMÉDIA

Referência: http://jas.eng.buffalo.edu/ 3 de Outubro de 2007.

Resumo: Uma melhor ilustração dos amplificadores com BJT e MOSFET são usados para

uma melhor e fácil compreensão destes tópicos.

Justificativa: Proporciona uma melhor ilustração em video sobre os amplificadores com

BJT e MOSFET.

-Circuitos modelos de quatro amplificadores básicos;

-Etapa-simples de Circuitos amplificadores BJT (CE, CB, e CC);

-Etapa-simples do projecto do amplificador invertido de Emissor – Comum (java1.1);

-Etapa-simples do circuito amplificador MOSFET (CS, CG e CD); -Diferentes tipos de carga em Circuitos Amplificadores IC (como por exemplo, o

amplificador CS).

Lista relevante dos “links” úteis

Título: Lógica Digital

URL: http://www.educypedia.be/electronics/digital.htm. 3 de Outubro de 2007.

Resumo: Este “site”proporciona a leitura de materiais sobre as portas lógicas, Diagrama

de Venus, Teoremas, Circuitos de Lógica Combinacional, Formas Canónicas, Álgebra

de Boole, Mapas Karnaugh, Tabelas de Verdade, truth tables, interruptor debouncing,

JK flip-flop, servidor mecânico flip-flop, subtração binária, artmética binária, JK Flip-

FlopFecho D latch, Flip-Flop D,simbolos de Flip-Flop, conversão de entrada de Flip-Flop,

circuitos alternados de flip-flop, uso do fecho NOR, construção de Flip-Flop CMOS,

contador, contador de ondas.

Title: Desencadeamento de Schmitt

URL:

http://www.visionics.ee/curriculum/Experiments/Schmitt%20Trigger/Schmitt%20Trigger1.

html.

3 de Outubro de 2007.

Resumo: Proporciona uma leitura adicional sobre a teoria do desencadeamento de

Schmitt



Título: Álgebra de Boole

URL: http://en.wikibooks.org/wiki/Electronics/Boolean_Algebra. 4 de Outubro de 2007.

Resumo: Aqui são apresentadas operações da matemática formal juntamente com as

leis da Álgebra de Boole. Além disso, são fornecidos exemplos variados.

Título: Multiplexing

URL: http://en.wikipedia.org/wiki/Multiplexing. 4 de Outubro de 2007.

Resumo: A leitura inclui telegrafia, processamento de vídeo, radiodifusão digital e

radiodifusão analógica.


Introdução

Actividade 4.1 Sistemas Numéricos

iManipulação de números de diferentes bases

Um sistema de numeração é um conjunto de números, juntamente com uma ou mai

operações, como adição ou multiplicação.

Exemplos de sistemas numéricos incluem: números naturais, inteiros, números racionais

números algébricos, números reais, números complexos, números p-adic, os números

surreais, e os números de hiper-real.

Numeral

Os números utilizados ao escrever números com dígitos ou símbolos podem ser dividido

em dois tipos que podem ser chamados de números aritméticos 0,1,2,3,4,5,6,7,8,9 e

números geométricos 1,10,100, 1000,10000 ... , respectivamente.

Existem quatro sistemas de numerais aritméticos que são frequentemente utilizados em

circuitos digitais. Estes sistemas são:

1. Decimal, que tem uma base (ou raiz) de 10, ou seja, ele usa 10 símbolos diferentes para

representar números.

2. Binário, que tem uma base de dois, ou seja, ele usa apenas dois símbolos diferentes.

3. Octal; tem uma base de 8, ou seja, utiliza oito símbolos diferentes.

4. Hexadecimal; que tem uma base de 16, ou seja, ele usa dezesseis símbolos diferentes.

Existem dois tipos de circuitos básicos que podem ser considerados como dispositivos

digitais: Portas Lógicas e flip-flop. Calculadora electrónica é um exemplo de um circuito

digital, onde a informação é processada em forma binária e o resultado aparece como

números decimais. A mudança gradual do eixo do potenciómetro é a entrada analógica

num circuito composto por uma bateria, potenciómetro e amperímetro, todos ligados em

série. Exemplos de sinais analógicos incluem: onda senoidal, áudio e sinais de vídeo,

enquanto que a onda quadrada é um exemplo de um sinal digital. Um sinal digital possui

duas amplitudes distintas, tais como 0 e +5 V. O pulso é todo ligado ou desligado, ou

seja, todos de alta ou de baixa.


Todos esses sistemas utilizam o mesmo tipo de notação posicional, exceptuando: a) sistema decimal que utiliza potências de base 10 que são usados para representar

quantidades que estão fora do sistema digital;

b) sistema binário, que usa o poder de 2, que é largamente utilizado pelos sistemas

digitais, como computadores digitais que operam em informações binárias;

c) sistema octal que utiliza energia de 8, tem certas vantagens no trabalho digital

porque exige menos circuitos para obter informações dentro e fora de um sistema

digital. Além disso, é mais fácil de ler, gravar e imprimir números octais em relação

aos binários;

d) sistema hexadecimal que utiliza energia de 16, é particularmente adequado para

microcomputadores.

Actividade 4.2 O sistema numérico decimal

(i) Base ou Raiz

O sistema de numeração decimal tem uma base de 10, o que significa que contém dez

símbolos únicos (ou algarismos) que são: 0,1,2,3,4,5,6,7,8,9. Qualquer um destes pode ser

usado em cada posição do número.

(ii) Valor posicional

O valor posicional de um número 2573 dado por:

2573 = 2* + 5* + 7* + 3*

O número 3 é o dígito menos significativo (LSD), enquanto que 2 é o dígito mais

significativo (MSD).

Novamente, o número 2573.469 pode ser escrito como:

2573.469 = 2* +5* + 7* +3* +4* +6* +9*


Actividade 4.3 Sistema numérico binário

Como sistema numérico decimal (ou binário), tem uma raiz e ele também usa o mesmo

tipo do sistema de valor de posição.

Raiz

Sua base ou raiz é dois, porque ele usa apenas dois dígitos 0 e 1. (A palavra “dígito

binário” é tratada por “bit”). Todos os números binários consistem de uma seqüência de

0s e 1s. São exemplos: 10, 101 e 1011 que são lidos como: um zero, um-zero-um e um-zero

um-um. Para evitar confusão entre os sistemas de base 10 com os de base 2 são

adicionados os índices como a seguir é mostrado:

1010 , 10110 , 657410 ____ números decimais e 102 , 1012 , 1100012 ____ números binários

Valor Posicional

O valor posicional de cada “bit” corresponde à de potência de base 2. Um número binário

de 7 “bits”é 1101.011 e é como ilustrado abaixo

MSD LSD

1 1 0 1 • 0 1 1

Ponto Binário O equivalente decimal é:

1101.0112 1x 1 x 0 x 1 x 0 x 1 x 1 x

8 4 0 10 8 4 0 10 13.37510

Números binários são usados extensivamente em todos os sistemas digitais, principalmente devido à

natureza própria de produtos electrónicos. O “bit” 1 pode ser representado por um transistor saturado

(totalmente condutor), ligado à uma luz, à um relé energizado ou à um imã imantado de uma

determinada direcção. O bit 0, por outro lado, pode ser representado como um transistor de corte, a luz

desligada, o relé de tensão ou um ímã magnetizado na direcção oposta. Nesses casos, há apenas dois

valores que um dispositivo pode assumir.


Actividade 4.4 Conversão do Sistema Binário ao Decimal

Exemplo 4.1 Converta 11012 para o seu equivalente número decimal.

Solução As quatro etapas envolvidas na conversão são dadas como as seguintes:

Actividade 4.5 Fracções Binárias

O procedimento é o mesmo com inteiros binários, excepto que os pesos a seguir são usados

para posições pouco diferentes.

Exemplo 4.2. Converta a fraccão binária 0.101 para a sua equivalente decimal.

Solução. Os quatro passos seguintes serão utilizados para esta finalidade. Etapa 1. 0 1 0 1

Etapa 2. ½ ¼ 1/8

Etapa 3. ½ ¼ 1/8

Etapa 4. ½ +1/8 = 0.6

0.1012 0.62510

Exemplo 4.3 Encontre o equivalente decimal do número binário de 6 bits 101.1012

Solução:

1 0 1 1 0 1

4 2 1 ½ ¼ 1/8

4 2 1 ½ ¼ 1/8

= 5 + ½ +1/8 = 5.625

Os seguintes procedimentos devem ser adoptados para a conversão de um dado binário

(número inteiro) em seu equivalente número decimal:

Etapa 1. Escreva o número binário, ou seja, todos os seus bits em uma linha;

Etapa 2. Directamente sob os bits, escreva 1, 2, 4, 8, 16, ... Começando da direita para a

esquerda;

Etapa 3. Riscar os pesos decimais que se encontram sob bit 0;

Etapa 4. Acrescentar os pesos restantes para obter o equivalente decimal.

Etapa 1. 1 1 0 0 1

Etapa 2 16 8 4 2 1

Etapa 3 16 8 4 2 1

Etapa 4 16+8+1 = 25.

1. 2 × 1 = 2, adicione 1 ao bit seguinte de modo que 2 +1 = 3


3. 2 × 7 = 14, adicione 0 ao bit seguinte de modo que 14 0 = 14


5. 2 × 29 = 58, adicione 0 ao bit seguinte de modo que 58 0 = 58


Actividade 4.6 Método Duplo - Dadded Este método de conversão de números inteiros binários em seus equivalentes decimais é

muito mais simples e mais rápido do que o método de medida dada em especial no caso

dos grandes números. As três etapas estão envolvidas:

1. Duplique, primeiro, o bit da estrema esquerda e adicione este valor ao bit seguinte à

direita;

2. Duplique a soma obtida e adicione o valor dobrado ao bit seguinte;

3. Continue a etapa 2 até ao último bit adicionando ao montante o anteriormente

duplicado.

A conversão de 110012 é como se segue. Vê-se que 110012 =2510

1 1 0 0 1

2x1 =2,2+1 =3 2x3 = 6,6+0=6, 2x6 =12,12+ 0=12, 2x12 =24, 24+1=25

(i) Usando o método duplo-Dadd, vamos converter 1110102 em seu equivalente binário..

Portanto 1110102 = 5810 .


4.7 Conversão dum sistema Decimal para o Binário

(a) Númeiros Inteiros

Essas conversões podem ser realizadas usando o método chamado duplo-dadded ou pela

divisão por dois métodos. Como exemplo, vamos converter 2510 no seu equivalente

binário. 25 ÷ 2 =12+ remanescente de 1 TOPO

12 ÷ 2 = 6 + remanescente de 0



1 ÷ 2 = 0 + remanescente de 1 BASE

Portanto 2510 = 110012

(b) Números Fraccionários

Actividade 4.9 Operações Binárias

Considerem-se as quatro seguintes operações binárias:

1. Adição 2. Subtracção 3. Multiplicação 4. Divisão (a) Use seus conhecimentos de matemática (da escola) para realizar a adição binária.

( b) Subtracção binária

A subtração binária exige mais operações de empréstimo do que a subtracção decimal.

As quatro regras para a subtracção binária são fornecidas como se segue:

1. 0 – 0 = 0, 2. 1 - 0 = 1, 3. 1 – 1 = 0,

4. 0 – 1 = 1 com um empréstimo de 1 a partir da coluna seguinte do final 10 – 1 = 1

Neste caso, a regra de múltiplo-por-dois é usada multiplicando cada bit por 2 e gravar na parte inteira do número. Os passos seguintes mostram como o número 0.812510 éconvertido para o seu equivalente binário. 0.8125 × 2 = 1.625 = 0.625 com transporte de 1

0.625 × 2 = 1.25 = 0.25 com transporte de 1



0.8125 10 = 0.1101 2


Exemplo 4.4

Vamos subtrair 01012 de 11102 . As diferentes etapas são explicadas abaixo: 1110 -0101

1001

Explicação

Como podemos verificar, pode-se notar que falar em termos de números decimais, temos subtraído 5 a partir de 14. Obviamente, a resposta tem que ser 9 (10012).

Actividade 4.10 Complemento de um número

No capítulo digital, dois tipos de cumprimentos de números binários são utilizados para

complementar a subtração:

(a) 1º Complemento:

Este 1º complemento do número binário, é obtido pela troca de cada 0 para 1 e cada 1

para 0. Isto é também chamado complemento raiz-menos-um.

Por exemplo, 1º complemento de 1002 é 0112 e de 11102 é 00012. (b) O 2º complemento de um número binário, é obtido pela adição de 1 no 1o

complemento.

2º complemento = 1º complemento + 1. Este é também conhecido por complemento verdadeiro. Exemplo: 4.5

O 2º complemento de 10112 é encontrado como se segue:

Etapa 1: O seu 1º complemento é 0100 2.

Etapa 2: Adiciona-se 1 à 01002 a fim de obter 01012

Etapa 3: Assim o 2º Complemento de 10112 é 01012

1. A partir da primeira coluna nós podemos subtrair 1 do 0, tomando de empréstimo a

coluna seguinte à esquerda. Assim, colocamos abaixo 1 na resposta e mudamos o 1 da

coluna esquerda seguinte em relação à 0.

2. Nós aplicamos a regra 1 para a coluna seguinte, i.e. 0 – 0 = 0.

3. Nós aplicamos a regra 3 da terceira coluna, ou seja, 1-1 = 0.

4. Finalmente, aplicamos a regra 2, isto é, a sua última e quarta coluna: 1- 0 = 1.


O método complementar da subtração reduz a subtração num processo da adição.

Nos computadores digitais, este método é popular porque:

1. Para simplificar os circuitos serem necessários somente circuitos adicionais;

2. É fácil obter “Complementos”com circuitos digitais.

Actividade 4.10 Subtração do 1º Complemento.

A subtração de números é feita pela adição do 1º Complemento utilizando-se as seguintes

regras:

1. Calcule o 1º Complemento da subtração pela troca de todos 1s para 0s e de todos

0s para 1s;

2. Adicione este complemento ao minuendo;

3. Realize a transição final em torno do último 1 ou 0;

4. Se não houver um fim no resultado (isto é, se o resultado for =0), então a resposta

deve ser recomplementada e deve-se-lhe colocar um sinal negativo;

5. Nenhum recomplemento é necessário colocar se o fim da operação resultar em 1.

Exemplo 4.6

A subtração de 1012 a partir de 1112 é realizada da seguinte forma:

Solução:

111 + 010 ←1º complemento do subtraindo 101

1001

1 ←último resultado

010 A resposta final é obtida pela remoção da soma aditiva na última com o acréscimo do remanescente. Este é o chamado “arredondamento final”.


Tarefa 4.1 Use as regras descritas no item 4.13, na resolução dos problemas:

Use as regras de subtração e efectue as seguintes operações:

a. Subtraia 11012 de 10102. A resposta é -0011. Explique como você obteve este

resultado.

b. Subtraia 11102 de 01102. A resposta é -1000 2

c. Subtraia 011012 de 110112 de 110112 A resposta é 0111 0 2

Actividade 4.11 Subtração do 2º Complementar

Os passos essenciais são dados como se segue:

1. Encontre o 2º complemento para o subtraendo,

2. Adicione este complemento para o minuendo,

3. “Pule o transporte final,

4. Se o transporte é uma resposta positiva não precisa de recomplemento,

5. Se não houver transporte, recomplemente a resposta e anexe o sinal “menos”.

Exemplo 4.7 Usando o 2º complementar da subtração

Subtraia 10102 de 11012

Solução.

O 1º complemento de 1010 é 0101

O 2º complemento é 0101 + 1 = 0110

Adicionando-lhe 1101 obteremos:

1101

+0110 10011

Descartando o transporte final dá como resposta final 00112 .


Actividade 4.12 Multiplicação e Divisão Binária

O processo de multiplicação e divisão binário é o mesmo para a multiplicação e divisão

decimal (a) As quatro regras simples da multiplicação são:

i. 0 × 0 = 0

ii. 0 × 1 = 0

iii. 1 × 0 = 0

iv. 1 × 1 = 1

(b) As regras da divisão são:

i. 0 ÷ 1=0

ii. 1 ÷ 1= 1

iii. Divisão de 1 por 0 não tem sentido

Tarefa 4.2 Futuras leituras e anotações

a) Use as referências disponíveis e leia sobre a multiplicação e a divisão de números

binários;

b) Faça o maior número de exemplos possíveis, com objectivo de resolver tais

problemas;

c) Multiplique 11012 por 11002 (A resposta é 10011002);

d) Multiplique 1112 por 111 (A resposta é 1010012);

e) Divida 110012 por 1012 (A resposta é 1012);

f) Divida 1100112 por 10022 (A resposta é 110.112).

Actividade 4.13 Sistema numérico Octal

(i) Raiz ou Base

Tem uma base de 8, o que significa que a sua contagem tem oito dígitos distintos:

0,1,2,3,4,5,6, e 7


Esses dígitos de 0 a 7 têm exactamente o mesmo significado físico, como no sistema

decimal. Além de 7, a contagem se torna:

0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7,

→10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17,

20, 21, 22, 23, 24, 25, 26, 27,

30, 31, 32, … … … … …

(ii) Valor posicional

O valor da posição (ou peso) para cada dígito é dado por diferentes potências de 8 como é

mostrado abaixo:

← • →

↑ Ponto octal

Exemplo 4.8 Conversão de número octal à números decimais

4538 ≡4 × 5 × 3 4 ×64 5 ×8 3 ×1 29910

453.278 ≡ 4 × 5 × 3 4 ×64 5 ×8 3 ×1 + 2x + 7x

299.359410

Exemplo 4.9 Conversão de números decimais à número octal

Aqui, 8 actua como um factor multiplicador de números inteiros e como um factor de

divisão de fracções.

256 .4310 → octal 256 ÷ 8 = 32 com remanescente 0

32 ÷ 8 = 4 com remanescente 0

4 ÷ 8 = 0 com remanescente 4

25610 ≡ 4008

Similarmente,


0.4310 → octal funciona de seguinte modo:

0.43 × 8 = 3.44 = 0.44 com transporte 3

0.44 × 8 = 3.52 = 0.52 com transporte 3

0.52 × 8 = 4.16 = 0.16 com transporte 4

0.16 × 8 = 1.24 = 0.24 com transporte 1

0.24 × 8 = 1.92 = 0.92 com transporte 1, etc

0.4310 0.3348

256.4310 400.3348 .

Actividade 4.14 Conversão de sistema Binário ao sistema Octal

O procedimento mais simples é usar o método binário-tripleto, onde um dado número

binário é organizado em grupos de 3 bits a partir do ponto binário e, em seguida, cada

grupo é convertido para o equivalente número octal.

Exemplo 4.10

(a ) Converta 1010112 para o equivalente octal.

Solução

Etapa 1: Comece pela conversão de bits para grupos de três, i.e.

101011 101 011

Etapa 2: Converta cada um destes para o octal.

1012 é octal 5 e 0112 é octal 3.

101 011

↓ ↓ 5 3

1010112 = 538

(b) Converta 1101.112 para octal.


Solução

Etapa 1. Agrupe três bits, i.e.

1101.11 001 101 110

Actividade 4.14.1 Utilidade do sistema do número octal.

A facilidade com que as conversões podem ser feitas entre o sistema octal e o binário

torna o sistema octal atraente: uma forma de exprimir grandes números binários. Note-se

que alguns números binários, em computadores, nem sempre representam uma quantidade

numérica, mas sim, muitas vezes alguns transmitem um tipo de código, uma informação,

como:

(i) dados numéricos concretos;

(ii) números correspondentes a um local chamado (endereço) na memória;

(iii) um código de instrução;

(iv) representando um código alfabético e outros caracteres não numéricos;

(v) grupo de bits que representa o estado de dispositivos internos ou externos à

computador.

Quando se lida com uma grande quantidade de números binários de muitos bits é

conveniente e mais eficiente escrever um número em octal ao invés de binário. Mas,

lembre-se que os circuitos digitais, os sistemas de trabalho são estritamente binários.

Actividade 4.15 Sistema numérico hexadecimal

Sistema numérico hexadecimal

1. Tem uma base de 16 e, portanto, ele usa dezesseis dígitos distintos cuja contagem é

de 0 a 9 e de A a F do seguinte modo: 0,1,2,3,4,5,6,7,8,9, A, B, C , D, E, F;

2. Coloque o valor de cada dígito em ordem ascendente de potências de 16 para

números inteiros e em ordem descendente das potências de 16 para números

fraccionários.

Este sistema é utilizado para especificar endereços de diferentes números binários

armazenados em memória do computador.

Etapa 2

↓ ↓ ↓ 1 5 6

1101.112 15.68


Exemplo 4.11 Contando além de F

………F 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 1A 1B 1C 1D 1E 1F 20 21 22….

Actividade 4.16 Codificação digital

Em circuitos de lógica digital, cada número ou peça de informação é representado por

uma combinação equivalente de dígitos binários chamados de código digital.

A utilidade de um código, entre outros, é:

(i) Reduzir a exigência de circuito;

(ii) Aumentar a confiabilidade do sistema digital;

(iii) Permitir que o erro detectado seja corrigido.

Actividade 4.16.1 Código “Binário Decimal Codificado” (BCD)

O código “Binário Decimal Codificado” (BCD) é usado para representar um dígito

decimal por um grupo de quatro bits. Da direita para a esquerda, a ponderação das

posições de 4 bits é 8-4-2-1 Isso também é chamado de código 8421. Trata-se portanto de

um código numérico ponderado. Cada dígito decimal de 0 a 9 requer um número binário

de 4 bits codificados como é mostrado na Tabela 4.1.

Tabela 4.1

Decimal BCD 0 0000 1 0001

2 0100

3 0101

4 0110 5 0111 6 0010 7 0011 8 1000

9 1001

a) No entanto, qualquer número decimal é expresso em código BCD,

substituindo cada dígito decimal pela combinação adequada de 4 bits.

b) Por outro lado um número BCD é convertido num número decimal dividindo


Exemplo 4.12 Escreva o número 674 em código BCD.

Solução. 0110 0111 0100.

Da mesma forma, os códigos BCD para os números decimais a seguir são apresentados na

Tabela 4.2.

Table 4.2

Decimal BCD

Actividade 4.16.3 Octal Codificação

6 2 5 1 2 7 0 3

Actividade 4.16.4 Codificação Hexadecimal.

A vantagem deste código é que os quatro bits são expressos por um único personagem.

No entanto, a desvantagem é que novos símbolos devem ser usados para representar os

valores binários de 1010 à 1111 binário.

51 0101 0001

0100 0010 1000 0111 0011 0110 1001

0010 0001 0000 0101 0111

428 7369

21057

110 010 101 001 010 111 000 011


Portas lógicas

Actividade 4.17 Definição de portas lógicas

Uma porta lógica é um circuito electrónico que:

(i) toma decisões com base na lógica de certas combinações de sinais de entrada;

(ii) tem uma saída e uma ou mais entradas;.

(iii) implementa a lógica de funcionamento de hardware baseado em álgebra booleana.

As variáveis usadas na álgebra booleana são 0 ou um 1. Os ICs mais comuns desses

portões são: Transistor- Transistor-Lógico (TTL), Acoplado à Lógica Emissor (ECL),

Óxido de Metal-Semicondutor (MOS), e Complementado por Metal-Óxido-

Semicondutor. (CMOS).

Para demonstração veja o seguinte, os Applets úteis: http://jas.eng.buffalo.edu/

Applet porta inversora CMOS: http://jas.eng.buffalo.edu/education/mos/inverter/index2.html: 4 de Outubro de 2007

Interruptor Analógico & Portas Transmissoras:

http://jas.eng.buffalo.edu/education/mos/tgate/index.html.

Actividade 4.17.1 Lógica Positiva e Negativa

O número de símbolos 0 e 1 representa os possíveis estados de um circuíto ou dispositivo

de computação de sistemas onde podemos ter uma lógica positiva ou negativa. Numa

lógica positiva, 1 representa tanto um circuito “ON”, um interruptor fechado, uma alta

voltagem, um “PLUS” sinal, ou uma afirmação verdadeira. Por outro lado 0, representa um

circuito “OFF”, um interruptor aberto, a baixa tensão, um sinal de menos, ou uma

declaração falsa. Numa lógica negativa, que prevalece apenas em condições opostas. Para

um sistema digital com dois níveis de tensão de 0V e 5V, temos um sistema de lógica

positiva se o símbolo 1 representa 5V e 0 para 0V. Mas se alguém fizer a 1 para representar

0V e 0 para representar 5V, então vamos colocar o sistema de lógica negativa

Basicamente, o mais positivo dos dois níveis de tensão representa o 1 em uma lógica

negativa, a tensão mais negativa representa 1, e não é essencial que a 0 tenha que ser

representado por 0V.


Figura 4.1 A Porta “OU”

Actividade 4.17.3 Operação lógica

Os pontos – chave da aprendizagem são:

a) A porta “OU” tem uma saída 1 quando A ou B ou ambos são 1. b) Ou seja, ele é tudo ou nada porque a porta de saída ocorre quando uma ou todas as entradas estão presentes.; c) Na Fig.4.1 (b), a lâmpada acende (lógica 1) quando um interruptor A ou B ou ambos estão fechados. Mas, a saída é 0 se e somente se ambas as entradas forem 0. Em condições de comutação, a lâmpada está desligada (lógica 0) somente quando ambas as chaves A e B são “OFF”. A porta “OU” representa a equação booleana A + B = X. (4.1) Na equação. 4.1, X é verdadeiro quando quer A ou B são verdadeiros ou ambos são verdadeiros. Em alternativa, isso significa que a saída X é 1 quando A ou B ou ambos são 1. O portão “OU” neste caso é chamado de porta “OU” inclusive porque inclui o caso em que ambas as entradas são verdadeiras. O sinal '+' na equação. 4.1 indica que a operação “OU” e não que a soma de A e B é igual a X. Os outros símbolos utilizados em vez de '+' são U e V. Assim, Eq. 4.1 pode ser escrita como:

AUB = X ou AVB = X.

(4.2)

Actividade 4.17.2: A Porta “OU” Esta atividade exige que você aprenda que:

O símbolo para uma porta “OU”de duas entradas com suas entradas marcadas como A e B

e a saída como X é ilustrado na figura 4.1 (a). Seu circuito de comutação equivalente é

mostrado na figura 4.1 (b). As três variáveis A, B e X podem ter o valor 1 ou 0 somente

em um momento.


Exemplo 4.13 Transistor de porta “OU”

Este exemplo, ilustra um transistor possível ou porta constituída por três transistores interconectados

, e alimentados a partir de uma fonte comum Vcc = +5 V, como é mostrado na figura 4.3.

5V + R R 1 2 X M N

B A Q Q Q

3 2 1

Figura 4.2 Transistor de porta “OU” constituído por três transistores interconectados

Descrição do que acontece em Fig.4.2

(i) Quando +5 V é aplicada à A, é polarizado directamente e por isso conduz.

Supondo que está saturado, todo Vcc = 5V cai em fazendo com que N vá para

solo. Este, por sua vez, corta fazendo com que X vá para Vcc, ou seja, 5 V;

(ii) Quando +5 V é aplicada a B, conduz N para o solo, ou seja, 0V. Sem nenhum impedimento na

base fica cut-off, levando novamente X Vcc, isto é, para 5 V.

(iii) Se ambas as entradas A e B são aterradas, e são de corte de condução de N para 5 V.

Como resultado, torna-se polarizado directamente e realiza-se plenamente. Nesse caso, todo

Vcc cai em R2 conduzindo M e X para o solo.

Tarefa 4.3. Construção de uma tabela de verdade para a porta “OU” a) Para todas as combinações possíveis de entrada, use Fig.4.1 (b) e construa uma

tabela de verdade que apresenta o estado de saída; b) Explique o significado de cada combinação; c) Construa uma tabela de verdade para uma entrada”OU” de três portas


Actividade 4.17.4 Porta Excluisva “OU”

Nesta secção você vai aprender que:

(a) : Porta Exlusiva “OU” (b) : Seu circuito equivalente de comutação

Figura 4.3

Actividade 4.17.5 A porta “AND”

O símbolo da lógica, para a porta de 2 entradas, é mostrado na figura 4.4 (a) e seu circuito

equivalente de comutação na figura 4.4 (b). Cada uma das três variáveis A, B, X pode ter

um valor de 0 ou 1.

Aqui lidamos apenas com declarações exclusivas, tais como:

Você pode ser rico ou você pode ser pobre,

Obviamente, você não pode ser ambos ao mesmo tempo.

A mudança de circuito comutação, da figura 4.3 (b) simula o Exclusivo “OU” na porta

(XOR).

As comutações de A e B serão individualmente acender a luz, mas a combinação

simultãnea de A e B não é possível. Você pode construir a tabela de verdade.

a) O símbolo para a porta Exclusiva “OU” é mostrado na figura. 4.3 (a) e o seu

circuito equivalente de comutação na figura 4.3 (b);

b) Neste tipo de porta, a saída é 1 quando suas entradas são diferentes e a saída é 0

quando ambas as entradas são iguais;

c) O circuito também é chamado de um comparador de igualdade ou detector porque

produz uma saída apenas quando as duas entradas são diferentes.


A

B A B X

X

. A B X = (a) (b)

Porta de duas entradas Circuito de comutação equivalente

Figura 4.4

Operação lógica

• A porta dá uma saída apenas quando todas as suas entradas estão presentes;

• A porta possui uma saída 1 quando A e B são 1. Portanto, essa porta é de tudo ou

nada, cuja produção ocorre somente quando todas as suas entradas estão presentes;

• Na terminologia do verdadeiro / falso, a saída de uma porta “AND” será verdadeira

somente se todas as suas entradas são verdadeiras. Sua saída seria falsa se qualquer

uma das suas entradas é falsa.

A porta : AND” trabalha na álgebra booleana.

A × B = X ou A.B = X ou AB = X . (4.3

Isso é diferente da multiplicação aritmética. O significado lógico de Eq. (4.3) é:

• Saída X é uma só, quando ambos A e B são: 1.

• Saída X só é verdadeira quando A e B são verdadeiras.

Tarefa 4.4 Construção da tabela de verdade

(a) Construa uma tabela de verdade para a porta de 2 entradas.

(b) Construa uma tabela de verdade para “AND” de 3 entradas.

(c) Projecte um circuito eléctrico equivalente para uma porta “AND”

lamp


Actividade 4.17.6 Simbolização Lógica da Multiplicação da Porta “AND”

Actividade 4.17.7 A porta NÃO

(i) A saída para esta porta é NÃO que é a mesma que a sua entrada. Esta porta também é

chamada de inversor porque inverte o sinal de entrada. Ela tem uma entrada e uma saída,

como mostra a figura 4.5 (a) e a sua tabela de verdade é mostrada na figura. 4.5 (b). O

símbolo esquemático para a inversão é um pequeno círculo, conforme ilustrado na figura

4.5 (a). A B

0

1

1

0

(a) A porta NAO (b) A tabela de verdade

O símbolo de inversão ou negação ou complementação é uma barra sobre a função que

indica o estado oposto. significa “não – A”. Do mesmo modo , significa

complementar de (A + B)

De acordo com a álgebra booleana, a porta executa multiplicação lógica em suas entradas

de acordo com a Eq. 4.4.

(4.4)

Em geral, as leis de Boole de multiplicação são dadas pela equação. (4.5):

(4.5)


(2) A operação “NAO”

Assim, o duplo do complemento resulta no próprio valor.

Actividade 4.17.8 A porta NOR

() Esta é uma porta “NOT-OR” que pode ser feita por “OR” ligando inversamente na

saída, como mostra a figura 4.6 (a).

A X

B

Figura 4.6 A porta “NOT-OR “ que pode ser feita de uma porta “OR”.

A equação de saída é dada por:

=

A função NOR é justamente o inverso da função OR.

Tarefa 4.5: Circuitos equivalentes para uma porta “NÃO”

(2) A porta “NOR” é uma porta Universal

A porta “NOR” é muitas vezes referida como uma porta universal porque pode ser usada

para realizar as funções lógicas básicas: OR, AND e NOT.

Esta é uma operação de complementaridade e o seu símbolo é uma barra superior. Por exemplo:

= 0

= 1

= = 1 ou = = 0


A

A A o

B X A B X = AB

B B

(a) Como porta OR

(b) Como a porta AND A

A o = A

(c) Como porta NOT

Figura 4.7

(i) Como a porta OR

Na Fig.4.7 (a) na saída das portas “NOR” é dada por A + B. Ao usar um outro

inversor na saída, a saída final é invertida e é dada por X = A + B que é a função

lógica de uma porta ou normal.

(ii) Como porta AND

Para usar uma porta NOR como uma porta AND, são utilizados dois inversores,

um para cada entrada como mostra a figura 4.7 (b)

(iii) Como porta NOT

Como uma porta NOT, as duas entradas estão ligadas como mostra a figura. 4.7 (c).

+


Actividade 4.17.8 A porta NAND

A porta NAND é uma porta “NÃO-AND”. Ela pode ser obtida através da ligação de

uma porta NOT na saída de uma porta AND como mostra a figura 4.8. Sua saída é

dada pela equação booleana.

A A X

B B

(a) (b)

Figura 4.8

Se ambas as entradas não são 1, então a saída da porta será de 1.

(2) A porta NAND como porta universal.

NAND é chamada de porta universal, porque pode executar todas as três funções de uma

porta lógica OR, AND e inversor.

Tarefa 4.6 Mais leituras e notas

(a) Mostre como uma porta NÃO pode ser feita a partir de uma porta NAND;

(b) Mostre como você pode usar duas portas NAND para obter uma porta AND;

(c) Mostre como uma porta OR pode ser feita de três portas NAND.


Exemplo 1: Um sinal eléctrico é expresso em 101.011. Explique seu significado. Se esse

sinal é aplicado a uma porta NOT, qual seria o sinal de saída?

Solução

Sinal de entrada 0 1 1 1 0 1

0 0 0 0 1 1 Sinal de saída

O número binário 1010112 para o sinal de entrada é representado como um trem de pulsos. A lógica positiva 1, representa uma alta voltagem e 0 representa a baixa. O número binário para o sinal de saída é 0101002. Exemplo 2. Dois sinais eléctricos representados por A = 101.101 e B = 110.101 são

aplicados à duas entradas de portas AND. Esboce o sinal de saída e o número binário que

representa.

Solução: Os trens de pulso correspondentes ao A e B são mostrados na Figura 4.9. Numa

porta AND, C é apenas ( ? ) quando A e B são ambos = 1.

A 0 1 0 1 1 1

0 1 0 1 1 1 B

Sinal de entrada

Sinal de entrada

Sinal de entrada C 0 0 1 0 1 1

1 2 3 4 5 6 Intervalos de tempo

Figura 4.9 Mostrando sinais de entrada A e B, e de saída C


A saída pode ser encontrada em diferentes intervalos de tempo da seguinte forma: 1. 1º intervalo : 1 + 1 = 1

2. 2º intervalo : 0 + 1 = 0

3. 3º intervalo : 1 + 0 = 0

4. 4º intervalo : 1 + 1 = 1

5. 5º intervalo : 0 + 0 = 0

6. 6º intervalo : 1 + 1 = 1

Assim, a saída da porta AND é 1001012

Actividade 4.17.8 Circuito lógico combinatório

Combinações de circuito lógico é um circuito construído a partir de diversas combinações da porta lógica. O circuito possui um conjunto de entradas, uma rede lógica sem memória para funcionar nas entradas e um conjunto de saídas como é mostrado na figura. 4.10. A saída de um circuito de lógica combinacional depende unicamente do valor de entrada

presente e não dos anteriores. Exemplos desses circuitos são: decodificadores,

somadores, multiplexadores e demultiplexador, etc.

Saída combinatória

Portas lógicas

combinatórias

Saídas externas

Figura 4.10 Circuitos lógicos combinatórios


Actividade 4.17.9 Multiplexer e Demultiplexer

(a) O multiplexador (MUX) é um dispositivo que selecciona a única entrada de dados de

entrada N fontes, C0, C1 ,............ Cn-1, sob a influência de uma selecção de entrada,

como mostra a Fig.4.11 (a). Tem uma linha única de saída. Assim, o multiplexer é um

interruptor de lógica combinatória que é controlado por um sinal de lógica.

Entrada C

0 c 0 C Saída c 1 -4

multiplexer 1 1

c F Saída 2

c 3

Endereço C B A 1 n-

Seleccionar (a) (b)

Figura 4.11 (a) Multiplexador mecânico analógico; (b) 4-1 multiplexer: Diagrama de

blocos

(b) Demultiplexer

Um demultiplexador executa o processo inverso de um multiplexador. Pode levar uma entrada e

transferir os dados da linha de entrada para a correcta, de várias linhas de saída, sob a influência

de uma selecção de entrada.

Use os livros electrónicos padrão e compile notas sobre o trabalho de um

demultiplexador.

Actividade 4.17.11 Flip-Flops

O nome de flip-flop descreve a capacidade de um circuito de alternar entre dois estados estáveis.

Um flip-flop, que também é chamado de bi-estável multi-vibrador, constitui um circuito básico de

memória digital, pois possui dois estados estáveis. Um dos estados estáveis é conhecido como SET

ou lógico 1, e outro estado estável é denominado RESET, CLEAR ou 0.

A maioria dos flip-flops são do tipo clocked, em que a mudança de estado do flip-flop ocorre em

algum taxa definida. Alguns dos mais utilizados flip-flops são do SR, JK, D e tipos de T.

O tipo mais simples de flip-flop é o set-reset ou flip-flop SR. Ele tem duas entradas: a S

e R insumos e as duas saídas, que são complementares entre si, denotado por Q e . O

SR-circuito flip-flop é chamado, às vezes, SR-trava. Os meios de travamento do circuito

mantém uma condição, no modo de deficiência, até que seja libertada pelo pulso S ou R.

A construção da SR travada é mostrada na Fig. 4.12.


aSR-flip-flop.

R o Q o

o o Q o

Figura 4.12 Circuito SR-flip-flop com duas portas NOR

• Há quatro modos de operação: (i) modo com deficiência ou inibido, (ii) modo

definido, (iii) modo redefinido ou claro, e (iv) modo não permitido ou proibido.

Actividade 4.19 ÁLGEBRA DE BOOLE

Introdução

Álgebra booleana não é a álgebra numérica comum que aprendemos nas escolas de ensino

médio, mas um sistema totalmente novo chamado álgebra lógica. Como já foi visto antes, a

álgebra booleana é ideal para a concepção e análise da lógica de circuitos usados nos

computadores. Ela oferece uma maneira económica para que se descrevam em linha recta

os circuitos do computador e os complicados circuitos de aviamento. Em comparação com

outras ferramentas matemáticas de análise e projectos, a álgebra booleana tem as vantagens

da simplicidade, velocidade e precisão.

Recurso exclusivo da álgebra booleana.

Diferente de álgebra comum, as variáveis utilizadas na álgebra booleana tem uma

Por exemplo, na equação lógica A + B = C, cada uma das três variáveis A, B e

C podem ter apenas um valor, 0 ou 1.


Leis da Álgebra de Boole

A Álgebra de Boole é um sistema matemático baseado na lógica. Ela tem o seu próprio

conjunto de leis fundamentais que são necessárias para a manipulação de diferentes

expressões booleanas.

1. Leis OR

Lei 1 A + 0 = A Lei 3. A + A = A

Lei 2 A + A = 1 A + 1 = 1 Lei 4.

2. Lei AND

Lei 5. A.A = A A.0 = 0 Lei 7.

Lei 6 A.A = 0 A.1= A Lei 8.

3. Leis de complementaridade

Lei 9. = 1 Lei 12. A = 0, Então = 0

Lei 10. = 0 Lei 13. = A

Lei 11. Se A = 0, Então = 1

4. Leis de Comutatividade

Essas leis permitem mudança na posição das variáveis e expressões em OR e AND.

Lei 14. A+ B = B + A Lei 15. A.B = B.A

As leis 14 e 15 significam que a ordem em que uma combinação dos termos é feita não

afecta o resultado final da mesma.


5. Leis Associativas

Essas leis permitem a remoção dos suportes da expressão lógica e agrupamento de

variáveis.

Lei 16. A + (B + C ) = ( A + B) + C

Lei 17. ( A + B) + (C + D) = A + B + C + D

Lei 18. A.(B.C ) = ( A.B).C

6. Leis Distributivas

Estas leis permitem a factorização ou a multiplicação de uma expressão.

Lei 19. A(B + C ) = AB + AC .

Lei 20. A + BC = ( A + B)( A + C ).

Lei 21. A + .B = A + B.

7. Lei de Absorção

Estas permitem-nos reduzir uma expressão lógica complicada para uma forma mais

simples que resulta da absorção de alguns dos termos em termos existentes.

Lei 22. A + AB = A

Lei 23. A.( A + B) = A

Lei 24. A.( + B) = AB ..



1. Converta a fracção binária 0.111 para o equivalente decimal.

2 Converta 0.7710 para o equivalente binário.

3. Converta 25.62510 para o equivalente binário.

4. Nas seguintes conversões, comente sobre as respostas que você obteve:

i - 1101.02 e 11010.02 .

ii- 1101.02 e 110.102 .

Realize as seguintes subtrações binárias: a. 10002 - 00012 b. 10012 - 01112. c. 11012 - 10102

6. Expresse os seguintes números hexadecimais em números binários

(i) D8 (ii) 4E.

7. (a) Use as referências para desenhar o circuito equivalente para a porta NOT e

explique como ele funciona.

(b)

A

B

X C

(i) Ache a equação de Boole para a saída X.

(ii) Avalie X quando: A = 0, B = 1, C = 1 , e quando A = 1, B = 1, C = 1

(c) Construa a operação lógica para a porta NOR e explique o seu funcionamento.


8. i) Desenhe o circuito lógico multiplexer mostrado na Fig. 4.11 (b);

ii) Escreva a equação lógica que determina a função de comutação;

iii) O demultiplexador executa o processo inverso de um multiplexador.

Escreva uma breve nota sobre o assunto!

9.

(i) Escreva uma tabela de verdade para a Fig. 4.13;

(ii) Use a Fig. 4.13 para descrever os quatro modos de operação: modo deficiente ou

inibido; modo de ajuste; modo claro ou de reajuste; e modo proibido ou não permitido.

(iii) Desenhe um circuito de temporário SR-Flip flop e descreva o seu modo de

funcionamento.


Actividade: 5 Aquisição de Dados e Controle de Processos

Você precisará de 20 horas para concluir essa actividade. Apenas orientações básicas são

fornecidas para ajudá-lo a atravessar a actividade.


Nesta actividade você deverá ser capaz de: (i) Explicar o funcionamento de um transdutor em vários modos (tensão, luz,

piezo, temp);

(ii) Explicar e aplicar processos de transdutor de sinal condicionado, e

(iii) Aplicar o sinal condicionado em formato digital.

Síntese da actividade de aprendizagem

Nesta actividade, são considerados os diferentes tipos de transdutores em relação à forma

de como é feito o processamento das informações. A discussão sobre o processamento da

informação está em três partes: sensores, condicionamento de sinal e aquisição de dados.

Sensor peso elétrico é discutido como exemplo de sensores e é derivada da expressão para

a tensão gerada. Nos termos de condicionamento de sinal são discutidas as seguintes

questões: requisitos para os conversores analógico-digital, isolamento de sinal,

processamento de sinal, remoção de sinais indesejados. Além disso, são discutidos

elementos relacionados à conversões de sensores de tensão, corrente e resistência à

tensão. A última secção da actividade considera a aquisição de dados, onde os temas

discutidos incluem anti-aliasing; amostragem e retenção; conversão analógica para a

digital; integração de sistemas. Em alguns casos, algumas equações são extraídas e

usadas para problemas numéricos.

Lista de leituras EXIGIDAS


1ª Leitura: WIKIBOOKS

Referência completa: http://en.wikibooks.org/wiki/Electronics/Boolean_Algebra. 5 de

Outubro de 2007.

Resumo: Os tópicos cobertos incluem, entre outros: operadores formais matemáticos, as

leis da álgebra booleana (associatividade, distributividade e comutividade).

Justificativa: Isso fornece materiais básicos de leitura em álgebra booleana.

2ª Leitura: Sensores

Referência completa:

http://Soundlab.cs.princeton.ed/learning/tutorials/sensors/node19.html.

3 de Julho de 2007.

Resumo: Os temas incluem a aquisição de dados (sensores, piezoeléctricos,

acelerómetros, força de sensoriamento de resistores, microfones, sensores de

biopotencial); Condicionador de sinais (Requisitos para os conversores AD, a tensão de

voltagem, corrente à tensão, resistência à tensão, capacidade à tensão); aquisição de dados

(anti aliasing, analógica para a l conversão digital, sistemas de aquisição de dados).

Justificativa: Esta leitura fornece bons materiais para esta actividade.

Lista de recursos MULTIMÉDIA relevantes:

Referência: http://images.google.co.uk/images?hl=en&q=Transducers&oe=UTF-8 & um

= 1 & ie = UTF-8 & sa = N & tab = wi. 04 de outubro de 2007.

Resumo: São fornecidas as imagens dos diversos tipos de transdutores.

Justificativa: O recurso é muito bom, pois proporciona informações sobre os diferentes

Transdutores.

Referência: http://images.google.co.uk/images?hl=en&q=sensors&oe=UTF-8 & um = 1

& ie = UTF-8 & sa = N & tab = wi 04 de Outubro de 2007.

Resumo: O recurso oferece diferentes tipos de sensores.

Racional: As imagens reforçam o aprendizado quando se olha para eles.

Lista Relevante de Links Úteis:


Actividade 5.1 Operação de Transdutores

Nesta actividade, você será obrigado a:

(i) Explicar o funcionamento de um transdutor em vários modos;

(ii) Explicar e aplicar os processos do transdutor condicionado de sinal;

(iii) Aplicar o sinal condicionado em formato digital. A electrónica é um curso que não é muito ensinado na escola. Esta actividade em grande

medida, proporcionar-lhe-á maior parte das informações básicas relacionadas à diferentes

conceitos. No entanto, você será obrigado a realizar a leitura extensiva, a fim de cobrir as

lacunas em falta. Uma série de referências são dadas a você durante o seu estudo, mas você

não deve se limitar apenas à estas referências. Actividade 5.1.1 Definição de Transdutores Um transdutor é um dispositivo, geralmente eléctrico, electrónico, electro-mecânico,

eletromagnético, fotônica, ou fotovoltáico que converte um tipo de energia para outro,

para várias finalidades, incluindo a medição ou a transferência de informação (por

exemplo, sensores de pressão). Num sentido mais amplo, um transdutor é por vezes

definido como qualquer dispositivo que converte um sinal de uma forma para outra.

Actividade 5.1.2 Processamento da informação

Nesta secção, você aprenderá como o processamento de informações é feito. Isto em

relação às áreas principais. O caminho através do qual as informações são processadas

requer três partes: sensores, condicionamento de sinais e aquisição de dados, conforme é

ilustrado na Fig.5.1.

Figura 5.1 As três partes através das quais a informação é processada


Antes de descutir sobre as três partes através das quais as informações são processadas,

vamos em primeiro lugar, olhar para os tipos de transdutores.

Tipos de transdutores Os tipos de transdutores são dados como segue:

1. Electromagnético:

- Antena - converte ondas electromagnéticas em corrente eléctrica e vice-versa.

- Tubo de raios catódicos (CRT) - converte sinais eléctricos à forma visual.

- Lâmpada fluorescente, lâmpada incandescente - converte energia eléctrica em luz visível.

- Cartucho Magnético - converte movimento em forma eléctrica.

- Resistor dependente da luz (LDR) - converte as mudanças nos níveis de luz nas alterações

de resistência.

- Cabeça Tape - converte variações de campo magnético em forma eléctrica.

- Sensor de efeito Hall - converte um nível de campo magnético em forma eléctrica.

2. Electroquímico:

- Sonda de Ph.

- Células de combustível electro-galvanizado.

3. Eletromecânico:

- Motor rotativo, o motor linear.

- Potenciômetro quando usado para medir a posição.

- Célula de carga - converte a força para o de sinal eléctrico, usando extensómetros.

- Medidor de tensão.

- Interruptor.

4. Eletroacústico:

- Geofone - converte o movimento de terra (deslocamento) em tensão.

- Hidrofone - converte mudanças na pressão da água numa forma eléctrica.

- Altifalante, alterações do fone de ouvido - converte sinais eléctricos em forma acústica.

- Microfone - converte mudanças na pressão atmosférica num sinal eléctrico.

- Cristais piezoelétricos - converte variações de pressão em forma eléctrica.

L d dí d di d i d l i lé i f d l


5. Eletrostático:

- Electrómetro

- Cristal Líquido Desenvolvido (LCD)

6. Termoeléctrico:

- Detector da Temperatura de Resistência RTD.

- Termopar.

- Termistor (incluindo resistores PTC e NTC).

Tarefa 5.1 Faça leitura e tome notas

Você é obrigado a usar as referências: http://en.wikipedia.org/wiki/Transducer 8 de Outubro

de 2007; http://soundlabs.princeton.edu/learning tutorials/sensors/node7 12 de Agosto de

2007; Para fazer breves notas. Você precisa usar os links dentro da referência, a fim de

enriquecer as notas.

(a) Explicar o funcionamento de um transdutor nos seguintes modos:

Tensão;

Luz;

Piezo e

Temperatura

Actividade 5.1.3 Breves Notas sobre sensor de condicionamento de sinal, e

dados para a sua aquisição

Nesta secção, os três estágios de processamento de informação na fig. 5.1 são brevemente

discutidos como se segue. A maioria dos conceitos são fornecidos. Assim, o que você

precisa fazer é concentrar-se na compreensão dos conceitos abaixo fornecidos.

(i) O Sensor

Os sensores podem ser classificados pela física subjacente de seu funcionamento, embor

um princípio físico possa ser usado para explicar vários e diferentes fenômenos. Po

exemplo, o efeito piezoelétrico pode medir a força, flexão, aceleração, calor e vibraçõe

acústicas. No entanto, um fenômeno também pode ser medido por muitos princípios físicos

Por exemplo, as ondas sonoras podem ser explicadas pelo efeito piezoelétrico bem como

capacitância, os efeitos dos campos electromagnéticos, e mudanças na resistência.

Universidadde Virtual Africana 116

(ii) Condicionamento de Sinais

As informações de um sensor devem ser alteradas para uma forma adequada, para a entrada no sistema de aquisição de dados. Isto significa mudar a saída do sensor de tensão (se já não estiver), modificando os sensores de uma série dinâmica para aumentar a precisão do sistema de aquisição de dados, eliminando os sinais indesejados, e limitar o espectro do sensor. Em alguns casos, processamento de sinais analógicos (lineares e não lineares) são desejáveis para aliviar a carga de processamento do sistema de aquisição de dados e do computador. (iii) Aquisição de Dados O tempo analógico e contínuo dos sinais medidos pelo sensor e modificado pelo circuito de condicionamento de sinal deve ser convertido para o formato que um computador possa entender. Isto é, o que é referido aqui como aquisição de dados. Actividade 5.1.4 Sensores Nesta atividade, você vai explicar o funcionamento de alguns dos sensores tais como: 1. Sensorces Pizoelectricos e força de sensoriamento resistor e microfones. 2. As notas fornecidas devem ser completadas em todos os momentos. Sensores piezoléctricos O efeito piezoeléctrico é um efeito no qual a energia é convertida da forma mecânica para a eléctrica. Quando uma pressão é aplicada à um piezoelétrico, os resultados decorrentes da deformação mecânica são uma carga eléctrica. Por exemplo, microfones piezoelétricos pressionados resultam em tensão acústica. Alternativamente, quando uma carga eléctrica é aplicada à um cristal polarizado, o cristal sofre uma deformação mecânica que pode, por sua vez, criar uma pressão acústica. (Leia mais sobre isso). Como a tensão é criada num cristal polarizado

Figura 5.2 Estrutura interna de um electreto

Sólidos que estão em permanente polarização eléctrica são chamados de electretos, Fig.

5.2. Semelhante polarização permanente também é observada em cristais, onde, cada

célula do cristal tem um dipolo eléctrico orientados de acordo com o seu alinhamento

University Africana Virtual 117

Mas isso resulta em excesso de carga de superfície que atrai cargas livres da envolvente

atmosfera que faz com que o cristal fique electricamente neutro. Se uma força suficiente é

aplicada ao cristal piezoeléctrico, a deformação que ocorre perturba a orientação dos

dipolos eléctricos e é criada uma situação em que a carga não é completamente cancelada.

Isso resulta num excesso temporário de carga de superfície, que posteriormente se

manifesta como uma tensão que é desenvolvida através do cristal.

Figura 5.3 Um sensor baseado no efeito piezoelétrico

Se a superfície da carga em um cristal é sabida, este princípio físico é utilizado para fazer

um sensor que mede a força. Um sensor de força é feito de um capacitor formado por

“uma saduiche” de cristal piezoeléctrico entre duas placas de metal, como mostra a figura.

5.3. Quando uma força externa actua sobre um cristal, é criada uma carga, que é uma

função da força aplicada à defomação do cristal. Esta carga resulta em uma tensão, V dada

pela Equação 5.1

V = (5.1)

Expressão em que é a carga resultante de uma força f, e C é a capacitância do

dispositivo. Como descrito acima, cristais piezoelétricos funcionam como transdutores que transformam a força, ou estresse mecânico em carga eléctrica que por sua vez pode ser convertida em uma tensão. Por outro lado, se se aplica uma voltagem às placas do sistema na figura. 5.3, o campo eléctrico resultante faz com que o dipolo eléctrico interno fique realinhado, o que poderia causar uma deformação do material. Um exemplo disso são transdutores piezoelétricos que são usados tanto como alto-falantestensão (tensão para mecânica) e microfones (mecânica para eléctrica).

Tarefa 5.2 Leitura e anotações

Faça uma leitura obrigatória à 5ª Leitura e à outras referências para escrever notas

explicando os princípios de funcionamento de:

(a) Força de sensoriamento resistores.


Actividade 5.1. Condicionamento de Sinais

Requisitos para os conversores A – D

O propósito primário para o circuito de condicionamento de sinal analógico é modificar a saída do sensor para a forma que pode ser perfeitamente convertido num tempo discreto de fluxo de dados digitais pelo sistema de aquisição de dados. Alguns requisitos importantes de entrada da maioria dos sistemas de aquisição de dados são os seguintes:

1. O sinal de entrada deve ser na forma de onda de tensão. O processo de converter a saída de um sensor de tensão pode também ser usado para reduzir os sinais não desejados, ou seja, os ruídos.

2. A gama dinâmica do sinal de entrada deve ser igual ou próximo a gama dinâmica do sistema de aquisição de dados (normalmente igual ao nível de referência de tensão, (Vref , ou 2* Vref ). Isso é importante para maximizar a resolução do Conversor-Analógico-Digital (ADC).

3. A fonte de impedância, Rs, do sinal de entrada deve ser baixa, o suficiente para que as mudanças na impedância de entrada, Rin, do sistema de aquisição de dados não afecte o sinal de entrada.

4. A largura de banda do sinal de entrada deve ser limitada, a menos de metade da taxa de amostragem da conversão analógica para a digital. Breves notas sobre exigências adicionais para o condicionamento de sinal

Há muitos outros usos para o circuito de condicionamento de sinal dependendo da aplicação particular. Algumas delas são:

(i) Sinal de isolamento Em muitas aplicações é necessário isolar o sensor da fonte de alimentação do computador. Isso é feito de duas maneiras: o isolamento magnético ou isolamento óptico.

(ii) Sinal de pré-processamento Geralmente, para realizar o pré-processamento sobre o sinal do sensor, é desejável, antes de aquisição de dados, baixar no sistema, a taxa necessária de amostragem, a fim de reduzir o tempo de processamento exigido pelo computador ou até mesmo desempenhar funções que permitirão a utilização de um sistema muito simples de aquisição de dados completamente.

(iii) A remoção de sinais indesejados Muitos sinais de sensores de saída podem ter muitos componentes diferentes. Alguns desses sinais adicionais podem danificar o sensor de saída e precisam ser removidos antes que o sinal seja digitalizado. O “ruido” que resulta de sinaisindesejados também podem ser removidos com circuitos analógicos Por exemplo


Tensão de Tensão

(i) Motivação

Muitos sensores de saída são de uma onda de tensão. Assim, nenhum circuito de

condicionamento de sinal é necessário para realizar a conversão de uma tensão. No

entanto, a transformação da impedância modifica uma banda dinâmica, e a redução da

largura de banda pode ser necessária para todo o sistema de condicionamento de sinal,

dependendo da amplitude e largura de banda do sinal e da impedância do sensor. Desta

fase em diante, é importante rever a análise do circuito ideal de amp-op discutido na

actividade 3 (não - invertido, a soma do amplificador, etc...).

(ii) Circuitos Amplificados

Invertido

O circuito mais comum usado para o condicionamento de sinal é o circuito amplificador inversor mostrado na Fig. 5.4. O ganho de tensão deste amplificador é

- . Assim, o nível de saída do sensor pode ser comparado com o nível necessário para

o sistema de aquisição de dados. A impedância de entrada é de cerca de RI e a

impedância de saída é quase nula. Assim, este circuito prevê impedância transformada

entre o sensor e o sistema de aquisição de dados.

Figura 5.4 Circuito amplificador inversor

O balanço da tensão de saída do amplificador é limitada pela oferta de potência do

amplificador, como mostra a figura. 5.5. Neste exemplo, a alimentação é + / - 13V

Quando o saída do amplificador for superior à este nível, a saída é “cortada”'.


Figura 5.5 Clipping de saída de um amplificador

A largura de banda é limitada, da mesma forma como a gama dinâmica do amplificador.

O ganho de largura de banda de op-amp é fixo. Quando um op-amp tem um de banda de

largua de 3MHz está conectado por um ganho de 100, então a largura de banda do

amplificador será limitado a 30kHz (100 × = 30kHz MHz). Todos os op-amps introduzem

um ruído ao sinal e constitui uma limitação importante do circuito amplificador.

Resistências também introduzem ruído no circuito. A equação para este ruído térmico é

V 2ruido = 4kTBR (5.2),

Onde k é constante de Boltzmann, T a temperatura, B é a largura de banda do dispositivo de

medição, e R é o valor da resistência. Outra limitação do amp-op é a compensação da

tensão. Todos os op-amps têm uma pequena quantidade deste potencial DC, e é amplificado

então apenas como se fosse parte do sinal do sensor, não presente entre os terminais

inverso e não-inverso.


(iii ) Amplificador de Instrumentação Possivelmente, o circuito mais importante de configuração de amplificação do sensor de

saida é o Amplificador de Instrumentação (AI). Num Amplificador de Instrumentação,

temos:

1. Um ganho estável, acurado e finito, normalmente entre 1 e 1000;

2. Uma impedância de entrada extremamente alta;

3. Uma impedância de saida extremamente baixa;

4. Um CMRR. Extremamente alto

N.B. CMRR (Taxa Comum do Modo de Rejeição) é definido como:

CMRR = vc

vd

A

A (5.3)

Onde,

VVout

vdA V = ganho do modo diferencial (5.4

2

VVVA out

vc= ganho do modo comum (5.5

O amplificador diferente aqui descrito não satisfaz o segundo requisito da alta impedânci

na entrada. Este problema é resolvido pela implantação dum amplificador não – invertid

em cada uma das entradas dos diferentes amplificadores mostrados na fig. 5.6. Lembre-s

que o amplificador não – invertido tem uma impedância de entrada quase infinita. Na fig

5.6, os dois resistores são ambos ligados pelo resistor comum RG, instalado em torno do

resistores. O ganho total do diferencial do circuito é dado pela Equação (5.6):

AVd =

1

2321R

R

RG

R (5.6


Figura 5.6 Instrumentação do Amplificador

Exemplo: Cálculo numérico

Determine o ganho total do amplificador da Fig. 5.6 se

2.3kΩ; R2 = 47kΩ; R3 = 4.5kΩ; and RG = 2.0kΩ

Solução:

AVd =

1

2321R

R

RG

R

112.4

(v) Passo baixo e alto de filtros activos

A largura de banda do sinal de entrada pode ser limitada por modificar o amplificador não – invertid

como o ilustrado na figura. 5.7. Ou seja, o resistor de realimentação é substituído pela combinaçã

resistor/capacitor. Assim, o ganho do circuito é agora dado pela Eq.. 5.7.

= (5.7)

Onde, = ‐ e = (5.8


Figura 5.7 Filtro Passo – Baixo Unipolar

Actividade 5.2 Corrente para Tensão Nesta secção você vai aprender como a corrente de saída de um sensor pode ser

convertida numa tensão. Actividade 5.2.1 Motivação

Alguns sensores funcionam mais como corrente de saída ao invés de uma tensão. O sensor

mais comum deste tipo é o de díodos que tem uma saída de corrente proporcional à

quantidade de luz que brilha sobre ele. Neste caso, usa-se o circuito de condicionamento

de sinal, para converter a corrente de saída do sensor à uma tensão.

Actividade 5.2.2 Circuitos

Para converter uma corrente à uma tensão, ao invés de um amplificador não-inversor,

uma configuração do amplificador inversor. Isso ocorre porque um amplificador não-

inversor puxa muito pouca corrente. A Fig. 5.8 mostra um amplificador de corrente ligada

à um fotodiodo. À medida que a luz aumenta, a corrente de saída do fotodiodo aumenta,

aumentando assim Vout proporcionalmente:

Vout I sR 5.9


Actividade 5.3 Resistência para a tensão

Actividade: 5.3.1 Motivação

Muitos sensores causam mudanças na resistência eléctrica em resposta à quantidade da

sua medida. Por exemplo, resistores da força do sensoriamento, suas resistências

diminuem quando uma força é aplicada, alterando em termistores a resistência em função

da temperatura e nos microfones de carbono, alteram a sua resistência em resposta à

mudança da pressão acústica. Portanto, nos aparelhos, o que é necessário é converter a

resistência numa voltagem utilizável que pode ser lida pelos conversores de analógico

para digital. Alguns circuitos que realizam essas medidas são a seguir descritas:


Existem duas maneiras de converter a resistência de um sensor de tensão. A primeira e a mais simples é aplicar uma tensão à uma rede divisória do resistor composta por um resistor de referência, RF, e do sensor RM, como ilustra a Fig. 5.9.

Figura 5.9 Resistência para a tensão

A tensão que aparece em todo o sensor (ou o resistor de referência) é, então, tampão antes

de ser enviado para o ADC. A tensão de saída é dada pela equação 5,10.

= = (5.10)

Neste caso, o amplificador amplifica a tensão de todo o sensor medido através do sensor

e ainda assim é muito melhor amplificar somente a mudança na tensão devido a uma

mudança na resistência do sensor. Isto é conseguido através de uma ponte como é

mostrado na figura. 5.10.

Actividade 5.4 Capacidade de tensão

Actividade 5.4.1 Motivação

A propriedade de capacitância eléctrica é um princípio físico por trás de muitos dos

sensores, porque é uma propriedade que varia directamente proporcional à distância entre

as placas de metal. Capacitores podem ser usados como sensores que podem detectar a

presença de um objecto entre suas placas. Isso ocorre porque os capacitores são sensíveis

ao material que reside entre suas placas de metal. Assim, este princípio pode ser usado

como um detector para determinar quando alguém entra num espaço. No caso do sensor

piezoelétrico, usamos o facto de que a tensão de um capacitor carregado varia

inversamente proporcional à sua capacitância. A tensão de saída é amplificada à um nível

utilizável por um circuito amp-op.



Figura 5.10 A ponte de resistência conectada à um amplificador de instrumentação (IA)

Se R1 é igual à R, então o resultado aproximado deste circuito é dada pela equação 5.11.

= (5.11)

Onde A é o ganho do IA e δ é a mudança na resistência do sensor correspondente à alguma acção físic

Aqui, só δ está sendo ampliado.

Esta actividade descreve brevemente como a capacitância pode ser medida. Deve-se notar quecapacitância pode ser medida da mesma forma como para medir a resistência, para medir, ou sej


resistores, são usados capacitores. No entanto, uma diferença fundamental é que Vref deve ter um sinal sinusoidal desde os blocos capacitores DC.

Actividade 5.5 Aquisição de Dados

Nesta secção você vai aprender sobre as funções das diferentes secções de aquisição de

dados. A Fig. 5.11 mostra os passos respeitados para a aquisição de dados. Cada etapa do

processo de Aquisição de dados contempla: Anti-aliasing; amostra / Hold e Quantização

são descritas a seguir.

Figura 5.11 Aquisição de dados

Actividade 5.5.1 Anti-aliasing

O requisito essencial é que todos os sinais devem ser de banda limitada a menos de

metade da taxa de amostragem do sistema de amostragem. Para os sinais de largo

espectro, um lowpass analógico de filtro deve ser colocado antes do sistema de aquisição

de dados. A atenuação mínima deste filtro na freqüência aliasing deve ser, no mínimo:

Amin 20log

Onde B é o número de bits do ADC. Esta fórmula é derivada do facto de que há um nível

mínimo de ruído inerente ao processo de amostragem e não há necessidade de atenuar o

sinal do sensor mais abaixo deste nível de ruído.

Tarefa 5.3 Leitura e anotações por realizar

(a) Use obrigatoriamente a 5ª Leitura e outras referências para escrever notas em breve

O bl A ti li i d Filt


Actividade 5.5.2 Retenção e Amostragem de um Circuito


O objectivo da amostra e os circuitos de espera é para tirar um instantâneo do sinal do

sensor e manter o valor. Isso acontece uma vez a cada período de amostragem quando o

interruptor liga o condensador ao circuito de condicionamento de sinal. Durante este

período, o capacitor tem o valor de tensão medido até que uma nova amostra seja

estabelecida. Tendo em conta tudo isso, o ADC deve ter um sinal estável, a fim de

executar com precisão uma conversão. A Fig. 5.13 é um circuito equivalente para a

amostragem e retenção do circuito. Muitas vezes, a amostra e os circuitos de espera são

incorporados no mesmo pacote do circuito integrado.

C

Figura 5.13 Circuito equivalente para Retenção e Amostragem

No entanto, um circuito de Retenção e Amostragem tem problemas que são atribuídos à:

Limitado Tempo de Abertura; passagem directa do sinal, e Inclinação do Sinal.

Actividade 5.5 Conversão Analógica - Digital


(i) O objectivo da conversão do analógico para o digital é quantizar o sinal de entrada

da amostra e manter o circuito nos níveis discretos 2B - onde B é o número de bits do

conversor analógico-digital (ADC);

(ii) A tensão de entrada pode variar de 0 a Vref (ou de –Vref para + +Vref para um ADC

bipolar). O que isto significa é que a tensão de referência do ADC é usado para definir

o intervalo de conversão da ADC;

(iii) Para um ADC monopolar, uma entrada de 0 V fará com que o conversor para

saída de todos seja nula;

(iv) Se a entrada para o ADC for igual ou superior a Vref, em seguida, o conversor de

saída serão todos iguais;

(v) Para entradas entre estes dois níveis de tensão, a ADC, os números binários de

saída serão correspondentes ao nível de sinal;

(vi) Para um ADC bipolar, a entrada mínima é de –Vref e não 0V.


1. Problemas com ADC

ADC tem problemas devido ao ruído no sinal de saída quantizada. Isto é porque emite

apenas níveis . A razão do sinal para este ruído de quantização é chamado SQNR. O SQNR em

decibéis (dB) é aproximadamente igual a 6 vezes o número de bits do ADC dada pela Eq. 5.13.

20logSQNR6Bits

5.13

Para um ADC de 8 bits, o SQNR é aproximadamente igual a 48dB. No entanto, outras

fontes de ruído que corrompem a saída do ADC incluem o ruído do sensor, do circuito de

condicionamento de sinal, e em torno do circuito digital.

2. Como reduzir o ruído.

Os efeitos do ruído podem ser reduzidos, maximizando o nível do sinal de entrada. Ou seja, aumentando o ganho do circuito de condicionamento ao máximo até que este seja igual à Vref de ADC. Também é possível reduzir a Vref até o nível máximo do sensor. O problema com isto é que o ruído irá corromper os pequenos sinais. Uma boa regra é manter Vref pelo menos tão grande como a conversão do sinal digital máximo, geralmente de 5V. Actividade 5.6 Sistema de Integração

Figura 5.14 Diagrama de Bloco dos Instrumentos Nacionais da placa de aquisição de

dados


Actividade 5.6.1 Sistema de Aquisição de Dados

A Fig. 5.14 representa um diagrama de blocos simplificado de hardware do Instrumento

Nacional da placa de aquisição de dados que pode ser usado na parte de laboratório de

uma classe. Possui 16 canais analógicos que podem ser configurados como 16 simples de

terminais de entrada ou 8 entradas diferenciais. Isto é conseguido através do

multiplexador, ou comutação de circuitos e software configurável. A saída do

multiplexador feeds num amplificador é programável através de software. Este circuito

permite que o programador escolha uma amplificação adequada ao sinal que está a ser

medido. A placa utilizada no laboratório é capaz de executar ganhos de 0,5 até 100. Como

um exemplo de como esse ganho programável seria usado, considere um bipolar (positivo

e negativo) do sinal de entrada. O conversor analógico-digital possui uma gama de tensão

de entrada de ± 5V, portanto, um ganho de 0,5 seria aconselhável para lidar com tensões

variando entre ± 10V (5/0.5). Da mesma forma, um ganho de 100 resultaria numa escala

máxima de ± 50mV (5 / 100) na entrada da placa. Além dos conversores de analógico

para digital, há dois conversores digitais para analógicos, que permitem gerar sinais

analógicos. Oito linhas digitais I/O também são fornecidos que permitem que a placa de

circuitos de controle digital externo monitore o estado dos dispositivos externos, tais

como interruptores ou botões.

5ª Auto – Avaliação

1. (a) O que quer dizer o seguinte?

(i) Tempo Finito de Abertura;

(ii) Passagem directa do sinal;

(iii) Inclinação do Sinal.

2. Explique o que se entende por isolamento magnético e isolamento óptico.

3. Explique a teoria básica de isolamento óptico.


Actividade 6: Computadores e dispositivos de interligação

Você precisará de 15 horas para concluir essa actividade. Somente são fornecidas

orientações básicas para ajudá-lo a executar a actividade.

Objectivos Específicos de Ensino e Aprendizagem

Nesta actividade, espera-se que você seja capaz de explicar o nível que compõe um

sistema, um microprocessador. Resumo da actividade de aprendizagem

A actividade começa por dar as definições dos termos essenciais. Isto é seguido por

considerações e classificações dos tipos dos computadores, tais como computadores

analógicos, computadores digitais e computadores híbridos. Em cada caso, são

consideradas três unidades principais de um computador: - os dispositivos de entrada,

dispositivos de saída e unidade de processamento central. No caso da CPU, um

significado de um termo como de 16 bits memória de 64 K são claramente explicados.

Lista de materiais de leitura

7ª Leitura: Computadores Wikibooks

Referência: http://en.wikipedia.org/wiki/Computer. 04 de outubro de 2007.

Resumo: A referência fornece como obras a leitura em arquitectura armazenada do

programa do computador. Isto inclui a unidade de controle, aritmética / unidade lógica

(ALU), a memória, entrada / saída (I / O), multitarefa, multiprocessamento, e criação de

redes e internet.

Justificativa: esta é uma leitura simples e básica para que alguém possa começar a

aprender sobre o computador.

Lista de recursos relevantes MULTIMÉDIA

Referência: http://www.eastaughs.fsnet.co.uk/cpu/index.htm. 07 de outubro de 2007.

Resumo: Os temas abordados incluem computador tutorial, tutorial microprocessador que

discute sobre a estrutura do CPP e instruções para a sua execução.

Justificativa: Isso fornece uma explicação concisa e ilustração de um computador.

Lista Relevante de Links Úteis

Título: Computadores

URL: http://en.wikipedia.org/wiki/Computer 04 de outubro de 2007.

Resumo: O recurso fornece leitura em programas armazenados na arquitectura, e como

Obras, o computador. Isto inclui a unidade de controle, aritmética / unidade lógica (ALU),


Título: Microprocessador.

URL: http://en.wikipedia.org/wiki/Microprocessor. 5 de outubro de 2007.

Resumo: Este fornece algumas matérias básicas de leitura: projectos de 8 bits,

projectos de 16 bits, projectos de32 bits e projectos de 64 bits em computadores pessoais.

Título: Arquitectura no computador de 32 bits.

URL: http://en.wikipedia.org/wiki/32-bit

Resumo: Isto dá o significado de um processador de 32 bits.

Título: Arquitectura no computador de 8 bits.

URL: http://en.wikipedia.org/wiki/8-bit

Resumo: O tema inclui a lista de CPUs de 8 bits.


Actividade 6.1 Computador Nesta actividade, nós começamos por dar uma definição de um computador digital antes

de passar a explicar os componentes do nível dos sistemas de um microprocessador.

Actividade 6.1.1 Definição Um computador digital é um complexo conjunto de portas lógicas, registradores e

circuitos associados, organizados para realizar computação lógica de manipulação de

formas de onda que representa números digitais e palavras. Os circuitos dos

computadores digitais são projectados para realizar cálculos lógicos de todos os tipos.

Portanto, a máquina fornece instruções detalhadas referentes a cada etapa específica para

o cálculo desejado, bem como todos os números digitais envolvidos. O conjunto completo

de instruções é chamado por programa e é armazenado no computador. Desde que o

programa e os dados sejam facilmente alterados para diferentes problemas, o

armazenamento do progama no computador digital é um instrumento muito flexível e

poderoso de transformação.

Actividade 6.1.2 Tipos de computadores

Nesta actividade, você vai aprender que os computadores podem ser divididos de acordo

com o tamanho e a memória. Estes incluem:

Micro computadores. Um micro ou computador pessoal é o menor sistema de computador

de uso geral. Pode executar o programa para uma variedade de instruções. Esses

computadores geralmente têm 8, 16 ou um microprocessador de 32 bits. Um

microprocessador de 8 bits significa que ele pode processar 8 bits ou 1 byte de dados em

um momento único;

Minicomputadores. Um sistema de minicomputador é um computador de uso geral de

pequeno porte. Os minicomputadores são computadores multi-usuários em contraste com

os micros. Eles são muito úteis em redes de processamento de dados distribuídos. A

maioria dos microcomputadores projectados hoje em dia possuem microprocessadores de

32 bits.;

mainframe. Um sistema de computador mainframe é um computador rápido que pode

processar dados muito mais rápidos e, vários microprocessadores são usadas no lugar de

utilidade única em sistemas de micro e minicomputadores. 2 à 8 bytes pode ser operado

a tomaticamente na mesma nidade de tempo;


Actividade 6.1.3 Classificação dos computadores

Nesta secção você vai aprender que os computadores também podem ser classificados de

acordo com o processamento de dados. A classificação inclui computadores analógicos,

digitais e computadores híbridos.

a) Os computadores analógicos.

(i) Lida com dados que são representados por quantidades físicas de tamanho variável

contínua como corrente, tensão, temperatura, tempo, etc.;

(ii) Levantamento de probremas matemático-análogos;

No entanto, e um computador analógico é menos preciso (1 em ) e possui memória

limitada. b) Os computadores digitais.

Estes computadores lidam com números reais, expressos em algarismos e as qualidades do problema são representadas por números discretos. O circuito de pulsos é usado em computadores. Ele decompõe o problema em passos aritméticos lógicos. Tem uma

memória muito grande e uma precisão muito alta (1 em ou mais).

c) Computadores híbridos. Os computadores híbridos são aqueles em que as características desejáveis dos computadores analógicos e digitais são integrados. Actividade 6.1.4 Componentes essenciais de um sistema de computador. Nesta actividade, você aprenderá sobre as funções das principais unidades de um computador. Um computador pode ser dividido em três unidades principais: - Os dispositivos de entrada, dispositivos de saída e unidade central de processamento. O diagrama de blocos de um sistema de computador é mostrado na figura 6.1.

Unidade de Controle

C P U

Unidade Lógica &

Aritmética

Saída Entrada

Memória principal

Figura 6.1 Diagrama de blocos de um sistema informático


(i) Os dispositivos de entrada. Os dados necessários e as instruções são enviados para o computador através do dispositivo de entrada do computador. Os dispositivos de entrada podem ser basicamente divididos em dois tipos: - Dispositivos de entrada directos e dispositivos de entrada indirectos. Os dispositivos de entrada directa consistem em:

Teclado, terminal de dados de entrada, leitor de código de barra, "tela tocha" (unidade visual do visor), caneta de luz, mesa de entrada, “mouse”, disco de voz, leitor de caracteres magnéticos de tinta, e um leitor óptico de caracteres.

Enquanto os dispositivos indirectos consistem em: Leitor de cartão perfurado, Leitor de disco da disquete, discos compactos, memória de varas e fitas magnéticas

Leitor (ii) os dispositivos de saída. Estes dispositivos tomam a saída gerada a partir do computador em código de máquina e converte-os para serem armazenados de tal sorte que sejam compreensíveis por seres humanos, de alguma maneira conveniente. Os dispositivos de saída podem ser divididos em três categorias: saída exibida, saída e saída armazenada. A maioria dos computadores possuem dispositivos de exibição. Os dispositivos de visualização são tubo de raios catódicos (CRT). A exibição em plasma veio para a ribalta nos computadores portáteis. O dispositivo de saída impressa gera a saída na forma impressa em papel. As impressoras podem ser amplamente divididas em quatro tipos: - As impressoras matriciais, Cartas impressoras de alta qualidade , impressoras de linha, as impressoras a laser. As diferentes formas de produção armazenada também conhecidas como armazenamento secundário do sistema são as seguintes: - De papel perfurado, fita magnética, disco magnético, disco de armazenamento de memória RAM, armazenamento de bolha magnética, disco óptico. (iii) Unidade Central de Processamento (CPU). A CPU é o coração do computador e consiste em três componentes a saber: - Memória ou memória principal, unidade lógica e aritmética, e Unidade de Controlo. Todos estes componentes são circuitos electrónicos. A memória principal ou área de memória pode ser dividida em quatro secções como se segue: - Área de armazenamento de entrada onde os dados são realizados até que sejam processados; - Área de armazenamento de programa, área onde se realiza a instrução e o processamento de dados; -Area de Trabalho e armazenamento (bloco de notas) onde os dados intermediários são realizados ao mesmo tempo que processados. - Área de armazenamento de saída, onde são realizados os resultados finais.


A memória de armazenamento principal é de dois tipos: - Memória de núcleo magnético; - Memória Semiconductor. O primeiro tipo é não volátil, isto é, não deixa armazenar os dados quando a fonte de fora está ligada. É agora praticamente substituído pelo último tipo. As memórias de semicondutores são de acesso mais rápido e mais compacto e barato. Os tipos mais comuns são: - Memória de acesso aleatório (RAM); - Memória apenas pra leituras (ROM); - ROM Programável (PROM) - PROM apagável (EPROM). A memória é medida em termos de palavras, localização ou endereços. Por exemplo, o número de bytes de 16 bits numa memória de 64 K é dada como se segue:

= 64 * 1024 * 16 = 1048576 bits

= 131072 bytes,

Se 1 byte = 8 bits de armazenamento e um K = 1024 posições.

Onde 1 byte = 8 bits de armazenamento e um K = 1024 posições.

Actividade 6.2 Microprocessador

Nesta actividade, vamos aprender sobre um microprocessador e, em seguida, explicar os

seus componentes ao nível do sistema.

Um microprocessador é um processador de computador num microchip. É às vezes

chamado de um chip de lógica. É o "motor" que entra em movimento quando você liga

seu computador. O microprocessador é projectado para realizar operações aritméticas e

operações lógicas que fazem uso de pequenas áreas de exploração chamados registros.

Operações de microprocessadores típicos incluem a adição, subtração, comparando dois

números, e números de buscar uma área para outra. Estas operações são o resultado de um

conjunto de instruções que fazem parte do projecto do microprocessador. Quando o

computador é ligado, o microprocessador é projectado para obter a primeira instrução do

Insumo Básico / Saída do Sistema (BIOS) que vem com o computador como parte de sua

memória Depois disso tanto o BIOS ou a exploração BIOS do sistema que carrega na


Em suma, o microprocessador é a integração de uma série de funções úteis num

IC de pacote único. Essas funções são:

a. A capacidade de executar um conjunto armazenado de instruções para executar tarefas

definidas pelo usuário;

b. A habilidade de ser capaz de acessar os chips de memória externa para ler e escrever

dados de e para a memória.

Actividade 6.2.1 Arquitectura de Computadores.

Você vai aprender que:

a. As partes principais de um computador digital, podem ser interligadas de diversas

maneiras enfatizando aspectos operacionais diferentes;

b. A estrutura interna de cada parte pode ser configurada para executar determinadas

tarefas mais eficientes. Esses aspectos do projecto do computador digital são referidos

como arquitectura de computadores.

Actividade 6.2 Arquitectura de microprocessadores

Esta actividade lida com o aprendizado da arquitectura de microprocessadores, que

incluem: organização de memória, unidade central de processamento e entrada / saída.

Actividade 6.2.1 Organização da memória

Aqui você aprende que a Memória Apenas para Leitura (ROM), e Memória de Acesso

Aleatório (RAM) usada em sistemas de microprocessadores são baseadas, entre outros, de

Transistor – Bipolar, Portas de Circuitos Integrados (Porta DTL NAND, Porta NAND

TTL, Porta ECL NOR, Porta OR), e portas de circuitos integrados MOSFET (Porta

NMOS NOR, Porta CMOS NAND).

• escreva notas curtas para explicar o seguinte:

a. Memória de Acesso Aleatório (RAM);

b. Memória Apenas para Leitura (ROM).


Pontos de aprendizagem

Entre outros pontos, você deve saber que: (i) Uma medida do poder de um sistema de microprocessador é a capacidade da

memória, para esta determinar a duração do programa e a quantidade de dadosque podem ser manipulados;

(ii) Em geral, a menor unidade de informação acessada sem memória é uma palavra, eque o comprimento de palavra mais comummente usado em microprocessadoresé uma palavra de 8 bits, chamados bytes;

(iii) Palavras de memória podem ser interpretadas pelo processador de três maneirasfundamentalmente diferentes: dados numéricos binários puros, instruções ecódigo de dados;

(iv) Os dados numéricos binários são associados com o programa. Por exemplo, umbyte de memória pode representar qualquer número entre 0000 0000, ou seja, de0 a 1111 1111 ou 255.

Activitdade 6.2.2 Unidade Central de Processamento (CPU)

Nesta actividade, você vai aprender que: (i) Cada CPU tem pelo menos um registo em que as palavras buscadas a partir de

dados da memória podem ser armazenadas; (ii) O registo principal de trabalho da CPU é chamado de acumulador; (iii) Há lojas acumuladoras de dados de palavras a serem operados pela CPU.

•_ Use referências e escreva notas curtas para explicar o funcionamento de três outros registos operacionais, tais como: registador de instrução; programa de registo e dados do contador.

Actividade 6.2.3 Entrada/Saída

Esta actividade é parecida com a que ocorre entrada / saída do microprocessador. A chave da aprendizagem são os seguintes:

(i) Num sistema de microprocessador completo, a CPU troca dados e endereço depalavras com memória chips e entrada / saída ou dispositivos de I / O;

(ii) Uma maneira directa de fazer isso é com um ônibus de dados e ônibus de endereços,que são caminhos de sinal comuns que interligam todos os dispositivos. (O termoônibus derivada do latim omnibus, que significa "para todos");

(iii) A CPU pode colocar uma palavra de endereço no barramento de endereços, que édecodificada por cada um dos outros chips e resulta em alguma respostaapropriada. Esta resposta, que poderia ser um chip de memória para colocar apalavra memória abordados no ônibus de dados, é desencadeada por um sinal quepermita a uma linha de controle, tais como a leitura / gravação da linha decontrole.

Universidade Africana 138

(v) A convenção popular é a de atribuir o menor de 10 dígitos para o endereço da palavra

e os restantes 6 dígitos binários mais significativos para a selecção de chips, como é

mostrado abaixo:

Endereço de memória de 16 bits

Usando esta convenção ou 64, diferentes memórias chips (dispositivos AND/OR de I/

O) podem ser seleccionados e até ou 1024, podem ser abordadas palavras individuais

em cada chip. Às vezes, a maioria dos dispositivos de I / O comunicam-se com microprocessor atravésdos amoortecedores chips da interface de I / O os que são abordados pela CPU bem comochips de memória.da interface chips que são tratados pela CPU como chips de memória. • Escreva notas curtas para explicar o que significa o seguinte, na entrada / saída i. prioridades de interrupção; ii. Acesso directo à memória (DMA).

Actividade 6.3 Codificador e decodificador.

Nesta actividade, aprendemos que num computador:

(i) O processo de codificação transforma os sinais desejados em palavras binárias que

podem ser armazenadas na memória para uso quando necessário;

(ii) O comprimento de palavra (número de bits) é muito inferior ao número de linhas;

(iii) O circuito de um codificador também tem muitas linhas de entrada, mas a saída é

um padrão de código que identifica cada uma das entradas. Por exemplo, sete

sinais de entrada são codificados para produzir três bits palavras binárias.

- Em geral, um total de - 1 linhas de entrada podem ser representadas por n

bits palavras binárias.

Exemplo: Encontre o número de linhas de entrada que pode ser codificado para

1. palavra oito bit;


Solução:

K 0 o o A o

o K B 1 o o C o o o o D o

Teclado

E K o F 8 3

o o o G 1V

Figura 6.2 Diagrama de blocos do codificador de teclado

Número total de linhas de entrada = ‐ 1

Pora uma palavra de 8 bits, o número total de linhas de entrada é = - 1 = 255

Para uma palavra de 16 bits, o número total de linhas de entrada é = -1 = 65535

Palavras cujos comprimentos são de 8, 16, 32 e 64 bits são de uso comum emsistemas de computador. As palavras são muitas vezes divididas em segmentosde oito bits, chamadas bytes. Exemplo: Para determinar o número mínimo de bits necessários para um tecladoem que existem 26 letras minúsculas e maiúsculas 26, 10 numéricas e 22caracteres especiais são necessários para o número total de 84 = (26 + 26 + 10 +22) códigos exigidos para transmitir um código binário com cada golpe doconselho-chave. Desde que as linhas número total de entrada = 2n – 1

- 1

O número de n bits, é determinado como segue:

Se n = 6, então, = 64. Isso é menos do que o total exigido de 84 códigos;

Se n = 7, então, = 128. Esta é maior do que 84. Portanto, um mínimo de 7 bits serão

necessários. Actividade 6.3.1 Ilustração de um codificador.

Um diagrama de blocos de um codificador como é mostrado na figura 6.2. Se a chave está

deprimida, um interruptor Kn, é fechado e, em seguida, uma fonte de 1V (correspondente

ao estado 1) é conectado à linha de entrada.


Actividade 6.4 Microprocessadores Práticos

Nesta actividade, são discutidos e aprendidos os diferentes microprocessadores práticos

tais como: sistemas de 8 bits, 16 bits e CPUs de 32 bits.

Actividade 6.4.1 Sistemas de 8-Bit


(i) Um processador de 8 bits possui conjuntos de instruções (78 instruções), arquitectura d

chip e 2- μs ciclos de instrução;

(ii) Ambas as instruções e palavras de dados são de 8 bits;

(iii) Mas a extensão que aborda a palavra é 16 bits que corresponde ao endereço de , ou

65,536 localizações;

(iv) Separe os dados de 8 bits e o endereço de ônibus de 16-bit que comunica com chip

periféricos, e uma região de memória RAM é reservada para agir como a pilha, que permit

sub-rotina praticamente ilimitado de nidificação;

(v) Assim, na arquitectura de computadores, números inteiros de 8 bits, os endereços d

memória, ou outros dados são aqueles que tem, no máximo, 8 bits (um octeto) de largura

Além disso, CPU de 8 bits e arquitecturas ALU são aqueles que são baseadas em

registadores, barramentos de endereço ou dados de ônibus desse tamanho;

(vi) O primeiro microprocessador de 8 bits amplamente adoptado foi o Intel 8080, sendo

muito usado em computadores hobbyist dos anos 1970 e início de 1980, muitas veze

correndo o sistema operacional CP / M.

• Escreva uma breve nota sobre o que se entende por ciclo de instrução.

Actividade 6.4.1 Sistemas de 16 bits

Os principais pontos de aprendizagem aqui são os seguintes:

(i) Maior precisão em circuitos de microprocessador é alcançado através da utilização d

palavras com mais dados. Para isso, são usados os processadores de 16 bits e 32 bits;

(ii) É aconselhável usar palavras mais endereços para que as memórias maiores possam se

acessados e também maior velocidade de relógio a fim de reduzir o tempo de execução;

(iii) Microprocessadores modernos de chips de 16 e 32 bits atingiem estes objectivos usando

comprimentos mais longos e também pelo emprego avançado da sua arquitectura;

(iv) Um certo número de parâmetros diferentes especificam o desempenho d


(vi) A capacidade de memória é indicada por convenção e comummente utiliza-se a

potência de base 2.

Ou seja, K é o símbolo para = 1024 bytes ou kilobytes e M significa =

1,048,576 bytes, ou um megabyte, enquanto G = 1,073,741,824 bytes, ou um

gigabyte.

(vii) Os processadores proeminentes de 16 bits incluem o PDP-11, Intel 8086, Intel 80286

e o 65C816 WDC. O Motorola 68000 era de 16 bits em que os seus barramentos de dados

eram de 16 bits de comprimento; No entanto, era de 32 bits em que os registradores de

forma geral, eram de 32 bits de comprimento acrescidas de instruções aritméticas

suportadas por 32 bits aritméticos e 24 bits em que o barramento de endereços é de 24 bits.

Um número inteiro de 16 bits pode armazenar (ou 65.536) valores únicos.

Numa representação sem sinal, estes valores são os números inteiros entre 0 e

65535; usando dois valores que o compõem, é possível variar de -32768 a 32767.

Actividade 6.4.3 sistemas de 32 bits

Os principais pontos de aprendizagem aqui são os seguintes:

(i) A arquitectura de computadores, números inteiros de 32 bits, os endereços de memória,

ou outros dados são aqueles que são mais de 32 bits (4 octetos) de largura. Além disso,

CPU de 32 bits e arquitetura ALU são aquelas que são baseadas em registadores,

barramentos de endereço ou dados de ônibus desse tamanho. 32-bit também é um termo

dado a uma geração de computadores em que os processadores de 32 bits eram a norma;

(ii) O intervalo de valores inteiros que podem ser armazenados em 32 bits é de 0 a

4294967295 ou através -2147483648 a 2147483647 usando a codificação de 2º

complemento. Assim, um processador com endereços de memória de 32 bits pode

directamente aceder 4 gigabytes de byte de memória de memória endereçável.

Actividade 6.4.4 Kibibyte vs Kilobyte

Nesta actividade, vamos diferenciar entre kibibyte e kilobyte. Primeiro, vamos definir o

kibibyte. Isto é,

O kibibyte ((Uma contração de kilo binário byte) é uma unidade de informação ou

computador de armazenamento, estabelecida pela Comissão Eléctrica Internacional

em 2000. Seu símbolo é KiB.

1 kibibyte = bytes = 1 024 bytes


Você deve observar que:

Se alguém espera uma energia de dois valores para se referir à capacidade, e os

fabricantes utilizam uma energia de dez valores, a diferença pode ser substancial:

(i) Com um kilobyte (1024 versus 1000), a diferença é de 2,4%;

(ii) Com megabyte (1.024 km ou 1.048.576, contra 1.000.000 - uma diferença de 4,9%.

(iii) Com "gigabytes", se usa um 1024³, o tamanho de uma unidade seria de esperar que

fosse de 1.073.741.824 bytes por gigabyte contra um mero 1.000 milhões - uma diferença

de 7,4%.

Por isso deve saber que, a confusão pode ser agravada pelo uso de ambos: 1024 e

1.000 numa única definição.

A capacidade citada de 3 ½ polegadas em disquete de discos HD é de 1,44 MB, onde

o MB é 1000 vezes 1024 bytes. A capacidade total é, portanto, 1474560 bytes, ou

seja, aproximadamente 1,41 MiB.

Exemplo:

A relação acima pode ser demonstrada como se segue:

1.44 MB = 1,44 × 1000 × 1024 = 1.474.560 bytes

Divida isso por 1.048.576, ou seja,

= 1.40625 MiB

Assim, uma disquete de 1,44 MB pode armazenar 1.474.560 bytes de dados quando MB significa 1000 vezes de 1024 bytes.


1. Explique o significado do termo programa na computação.

2. Encontre o número de linhas de entrada que pode ser codificado para uma palavra

de 32-bit.

3. Explique o que se entende por uma instrução e um registo em computação.

4. Expresse 3.7MB em

ibytes

iiMiB

Solução da Auto - Avaliação 1


1. (a) ni = 6.1144 ×

(b) 0.01859

2. Isso porque, com a adição de impurezas doadoras, o número de electrões disponíveis

para efeitos de condução torna-se mais do que o número de lacunas disponíveis

intrinsecamente. Mas a carga total dos semicondutores não muda por causa da impureza

doadora trazidas como carga muito negativa (por meio de electrões), nem pela carga

positiva (por meio de protões no seu núcleo).

3. Barreira de tensão depende da densidade do doping, da temperatura e da carga

electrónica. Para uma junção de dados, os dois primeiros factores são constantes, assim

sendo, dependentes da temperatura. Com o aumento da temperatura, os portadores de carga

minoritária são reduzidas, levando a que a dispersão aumente através da junção. Como

resultado, o equilíbrio ocorre em menor potencial de barreira. Esta diminuição, tanto para

Ge como para Si, é de cerca de .


1. As características físicas que são BJT:

- A base é levemente dopada, com material de alta resistividade;

- O colector circunda a região do emissor, tornando-se quase impossível para os

electrões injectados na região de base para escapar de serem recolhidos, tornando o valor

resultante do α muito próximo à unidade e, portanto, tornando o β do transistor grande. A

vista da secção transversal de um BJT indica que a junção base-colector tem uma área

muito maior do que a junção base-emissor.

- O transistor de junção bipolar, ao contrário de outros transistores, não é um

dispositivo simétrico. Isto significa que, trocando o colector e o emissor do transístor

resulta um modo activo e que começa a funcionar em modo reverso. Devido a estrutura

interna do transistor, ser geralmente optimizado para operação em modo activo

intercambiando o colector e emissor, torna os valores de α e β em operação inversa muito

menores do que aquelas encontradas na operação em modo activo; muitas vezes o α de


- Para o ganho de corrente de alta, a maioria dos portadores injectados na junção base-

emissor devem ser provenientes do emissor.

Pequenas mudanças na tensão aplicada entre os terminais de emissor-base faz com que a

corrente que flui entre o emissor e o colector mude significativamente. Este efeito pode

ser usado para amplificar a tensão ou corrente de entrada. BJTs podem ser pensados

como fontes de tensão e de corrente controladas, mas são mais simplesmente

caracterizadas como fontes de corrente controlada, ou amplificadores de corrente, devido

à baixa impedância na base.

NPN é um dos dois tipos de transistores bipolares, nos quais as letras "N" e "P" se referem

à carga no interior da maioria dos transportadores de carda nas diferentes regiões do

transistor. A maioria dos transistores bipolares NPN são hoje usados, porque em

semicondutores, a mobilidade do electrão é maior do que a de lacunas, permitindo

maiores fluxos de correntes e uma operação mais rápida.

Transistores NPN são compostos por uma camada dopada por semicondutores do tipo –

P a "base"), entre duas camadas dopadas por semicondutores do tipo – N. Uma pequena

entrada em vigor da base-emissor de modo comum é amplificada na saída do colector.

A seta no símbolo do transistor NPN é na perna do emissor e aponta na direcção do fluxo

convencional da corrente quando o dispositivo está directamente ligado. Um Dispositivo

mnemônico conveniente identifica o símbolo do transistor NPN e, por eliminação, o

transistor PNP é "Não Pointed NPN”.


1. Um amp‐op específico pode ser escolhido para o seu ganho loop: abertura,

largura de banda de ruído, impedância de entrada, consumo de energia, ou uma

relação entre qualquer um destes factores.

2. 84.42 mV

3. A tensão de saída.

= ‐ + ‐ 10V1 33V2


Souções da Auto-Avaliação 4

1. Os quatro passos seguintes serão utilizados para esta finalidade.

Etapa 1. 0 1 1 1

Etapa 2. ½ ¼ 1/8

Etapa 3. ½ ¼ 1/8

Etapa 4. ½ + ¼ +1/8 = 0.875

1112 0.87510

2. 0.77 10 = 0.110001 2

3. 25.62510 = 11001.10 2

4. i- 13 e 26;

ii- 13 e 6.5

Isto implica que o deslocamento do ponto binário para a direita equivale a multiplicar o

número por 2, enquanto o deslocamento do ponto binário para a esquerda é equivalente a

dividir o número por 2

5.a. 1112 b. 00102

c. 00112

6. i11101000 ii1001111

7. c ( ) i. X = AB + C

ii. X = 1; e X = 1

8 A equação lógica que determina a função de comutação é dada por

F = B A AB


Para A = B = 0, Temos F = C0 ,

Para A = 0, B = 1, temos F = C1



Assim, para C2 a ser seleccionado AB = 10, que permite X2 e C2 aparecer na saída F

Solução de auto-avaliação a 5

1. (a) Tempo finito Abertura: A amostra e o realizador de um período de tempo captura

uma amostra do sinal do sensor, isso é chamado de tempo de abertura. Uma vez que

o sinal pode variar durante este tempo, o sinal amostrado pode ser um pouco fora.

-Passagem directa do sinal: Quando a amostra e o realizador não estão ligados ao

sinal, o valor a ser realizado deve permanecer constante. Infelizmente, alguns

sinais com a mudança para o capacitor, sangram causando uma ligeira mudança

na tensão a ser realizada.

-Inclinação do sinal: Se o sinal não é amostrado com freqüência suficiente, a tensão

a ser realizada no capacitor começa a diminuir lentamente ao longo do tempo.

(b) A principal solução para estes problemas é ter um tempo de abertura muito pequeno em

relação ao período de amostragem. Isto significa que, ao se projectar o uso de um IHC de

amostragem alta, o tempo de abertura da amostra e o realizador devem ser muito pequenos.

2. -Isolamento magnético: é usado principalmente para o poder, um engate a partir do

computador ou da tomada do sensor e isto é feito através do uso de um transformador.

- Isolamento óptico: é utilizado para acoplar o sinal do sensor para a entrada de aquisição de

dados. Isso geralmente é feito através do uso de um díodo emissor de luz e um fotodetector

Isso pode ser integrado num pacote único IC como o 6N139.

A Teoria Básica sobre isolamento óptico, tem dois elementos básicos: uma fonte de luz

(geralmente um díodo emissor de luz) e um detector foto-sensível. Estes dois elementos são

posicionados frente a frente e inseridos num circuito eléctrico para formar um acoplado

óptico. A propriedade chave de um acoplador óptico, é que há uma lacuna de isolamento

entre a fonte de luz e o detector. Nenhuma corrente passa por este diferencial, somente a luz

desejada de ondas que representam dados. Assim, os dois lados do circuito são


primeira aplicação para o isolamento óptico é num circuito de dados ponto-a-ponto, que abrange uma distância de várias centenas de metros ou mais. Porque os dispositivos conectados são presumivelmente em circuitos de energia diferentes, uma diferença de potencial da terra provavelmente existe entre eles. Quando existe essa condição, a tensão da «terra» pode ser diferente, por vezes, várias centenas de volts. Sempre que existe uma diferença de potencial na «terra» um fenômeno chamado laço do chão pode ocorrer. Neste fenômeno, a corrente irá fluir ao longo da linha de dados num esforço para igualar o potencial de terra entre os dispositivos conectados. O laço do chão pode, pelo menos, adulterar gravemente as comunicações, se não danificar o próprio hardware! O isolamento óptico resolve efectivamente o problema de laço do chão levantando a ligação entre a linha de dados e "terra" em cada extremidade da linha. Se uma conexão óptica acoplada existe em cada extremidade, surge uma diferença de potencial no «tráfego de dados flutuantes» acima da volatilidade do terreno. Solução para a auto-avaliação 6. 1. Em computação, um programa é um conjunto específico de operações ordenadas a um computador para executar. Nos computadores modernos, o programa contém uma seqüência de um-em-um-tempo de instruções que o computador segue. Normalmente, o programa é colocado numa área de armazenamento acessível para o computador. O computador recebe uma instrução para executá-lo e começa então a instrução seguinte. A área de armazenamento ou de memória pode conter também os dados que a instrução opera. (Note que um programa é também um tipo especial de "dados" que explica como operar em "aplicação ou usuário de dados. "). Os programas podem ser caracterizados como interactivo ou lote em termos do que os leva e como são executados de forma contínua. Um programa interactivo recebe dados de um usuário interactivo (ou possivelmente de outro programa que simula um usuário interactivo). Um programa em lotes é executado e faz o seu trabalho, e depois pára. Programas de lote podem ser iniciados por solicitação de usuários interactivos e o seu programa interactivo executa o programa de lote. Um interpretador de comandos ou um navegador da Web é um exemplo de um programa interactivo. Um programa que calcula e imprime uma folha de pagamento da empresa é um exemplo de um programa de lote. Os trabalhos de impressão também são programas de lote. Quando você cria um programa, você escreve-o usando algum tipo de linguagem de computador. Sua linguagem são declarações do programa fonte. Você, então, "compila" o programa de origem (com um programa especial chamado compilador de linguagem) e o resultado é chamado de programa objecto. Existem vários sinónimos para o programa objecto, incluindo o módulo objecto e programa compilado. O programa objecto contém a seqüência de 0s e 1s chamada linguagem de máquina que o processador trabalha com a lógica.

A linguagem de máquina do computador é construída pelo compilador de linguagem


de possíveis instruções do computador e o comprimento (número de bits) numa instrução.

2. Para a palavra de 32 bits, o número total de linhas de entrada = - 1 = 4294967295

3. Instrução

Uma instrução é uma ordem dada a um processador de computador por um programa informático. No nível mais baixo, cada instrução é uma seqüência de 0s e 1s que descreve uma operação física do computador, é executada (como em "Adicionar") e, dependendo do tipo de instrução especial, a especificação das zonas especiais de conservação chamado registos que pode conter dados que serão utilizados na realização da instrução, ou o local no computador memória de dados. Na linguagem do computador assembler, cada instrução de linguagem geralmente corresponde a uma instrução do processador único. Em linguagens de alto nível, regista-se uma declaração de língua geral dos resultados (após a compilação do programa) em várias instruções do processador. Num computador, um cadastro faz parte de um pequeno conjunto de dados de exploração de lugares que fazem parte de um processador de computador. Um registo pode ser titular de uma instrução de computador, um dispositivo de armazenamento de endereço, ou qualquer tipo de dados (como uma seqüência de bits ou caracteres individuais). Algumas instruções especificam registradores como parte da instrução. Por exemplo, uma instrução pode especificar que o conteúdo de dois registos definidos aditado juntos e, em seguida, colocado num registro especificado. O registo deve ser suficientemente grande para conter uma instrução - por exemplo, num computador, instruções de 32 bits, um cadastro deve ser de 32 bits de comprimento. Em alguns modelos de computador, há registros menores, por exemplo, meio-registo, para obter instruções mais curtas. Dependendo do desenho do processador e linguagem de regras, os registos podem ser numerados ou ter nomes arbitrários

4. (i) 3788800 bytes


XI. Lista compilada de todos os conceitos-chave

Condutividade intrínseca- É a condutividade de um semicondutor que está associado

com o semicondutor em si e não é aportado por impurezas. O número de portadores de

carga em qualquer temperatura igual: electrões e lacunas são termicamente gerados e são

esses que dão origem à condutividade intrínseca.

Semicondutor intrínseco - É um semicondutor puro, no qual, sob a condição de

equilíbrio térmico, a densidade dos electrões e lacunas são iguais. Na prática, a pureza

absoluta é inatingível e o termo é aplicado para materiais quase puros.

Semicondutor extrínseco - É um semicondutor em que a concentração de portadores de

carga é dependente de impurezas ou outras imperfeições.

Camada de depleção: É um espaço em que, num semicondutor, há uma carga líquida,

devido à insuficiência dos portadores de carga móvel. Por exemplo, na ausência de um

campo aplicado, camadas de depleção são formadas, na superfície de interface entre

semicondutores do tipo-P e do tipo-N. Eles também são formados na supericície de

interface entre um metal e um semicondutor.

Rectificador - é um dispositivo eléctrico que permite o fluxo de corrente em apenas um

sentido e assim pode transformar a corrente alternada em contínua. Ele opera tanto através

da supressão de meio ciclos de onda corrente ou na forma de reversão de atenuação de

seus suplentes. Os rectificadores mais comuns são os díodos semicondutores.

Limiar de tensão: é a tensão na qual uma característica particular de um dispositivo

eléctrico ocorre pela primeira vez. Um transistor de efeito de campo é aquele em que a

tensão ocorre a formação de canais.

Fuga – O fluxo de corrente eléctrica, devido ao isolamento imperfeito, num caminho

diferente daquele pretendido.

Corrente de fuga – é uma falha devido à fugas. Tem um valor pequeno em comparação

com a magnitude de um curto-circuito.

Amplificador – É um dispositivo para reproduzir uma entrada eléctrica com uma

intensidade maior. Se um aumento da força electromotriz produz numa operação de alta

impedância, o dispositivo é uma amplificador de tensão, e se a saída provoca um fluxo

considerável de corrente numa impedância relativamente baixa, o dispositivo é um

amplificador de potência. Os amplificadores mais comummente usados são os que


A porta lógica - é um dispositivo usado para implementar as funções lógicas elementares.

Estas portas basicamente incluem, entre outros: A porta AND, a porta inversa NOT, a

porta NAND, a porta NOR, etc.

Transdutor – é dispositivo para converter um sinal não eléctrico para o sinal eléctrico

(ou vice-versa). As variações do sinal eléctrico são uma função da entrada. Os

transdutores são utilizados como instrumentos de medição e na área eletroacústica, aplica-

se o termo de gramofone pick-ups, os microfones e alto-falantes. A quantidade física

medida pelo transdutor é a mensuranda, a parcela do transdutor em que a produção é

proveniente dos elementos do transdutor, e a natureza da operação é o princípio de

transdução. A quantidade física medida pelo transdutor é a mensuranda, a parte do

transdutor em que a saída é originária dos elementos do transdutor, e a natureza da

operação é o princípio de transdução. O dispositivo no transdutor que responde

directamente ao mensurando é a elementar de sensoriamento e os limites inferior e

superior do valor mensurando para o qual o transdutor fornece uma saída útil é o intervalo

dinâmico.

Microprocessador é a integração de uma série de funções úteis num pacote único IC.

Essas funções são a capacidade de executar um conjunto armazenado de instruções para

executar tarefas definidas pelo usuário, e a capacidade de ser capaz de acessar os chips de

memória externa para ler e escrever dados de e para a memória.


XII. Lista compilada de leituras obrigatórias

1ª Leitura

Referência completa: http://en.wikibooks.org/wiki/Electronics. 03 de outubro de 2007.

Resumo: Este é um livro completo sobre electrónica que aborda, entre outros: Circuitos

analógicos: tubos de vácuo, transistores, diodos, amplificadores, amplificadores

operacionais, e multiplicadores analógicos.

Justificativa: Cada tema é apresentado de forma muito simples, que torna a leitura mais

fácil. No entanto, estes servem simplesmente para complementar o processo de

aprendizagem.

2ª Leitura

Referência: http://en.wikipedia.org/wiki/electronics. 5 de outubro de 2007.

Resumo: Esta leitura é formada a partir de referências obtidas a partir de vários sites.

Seus URLs podem ser obtidos a partir de uma cópia electrónica desta leitura.

Basicamente, todos os tópicos de elementos essenciais do curso são abordados nesta 2ª

leitura.

Justificativa: A referência proporciona uma leitura fácil de fontes em electrónica que

um leitor não deve ter nenhum problema de usá-los.

3ª Leitura: Amplificador Operacional Wikibooks

Referência: http://en.wikibooks.org/wiki/Electronics/Op-Amp. 5 de outubro de 2007.

Resumo: A 3ª Leitura inclui: Amplificadores, processo de concepção amp-op, notação,

rápido, op-amps ideais, configuração de op-amps de base, configurações avançadas do

amp-op e amp-op’s reais .

Justificativa: A leitura fornece a maior parte do requerido no amplificador operacional

que é necessário para o curso.

4ª Leitura: a álgebra booleana + notas sobre a criação e simulação de circuito


5ª Leitura: Sensores

Referência: http://Soundlab.cs.princeton.ed/learning/tutorials/sensors/node19.html. 7 de

julho de 2007.

Resumo: os temas incluem a aquisição de dados (sensores piezoelétricos, acelerómetro,

vigor de resistores de detecção, microfones, sensores de biopotencial); Condicionador de

sinais (Requisitos para os conversores AD, a tensão de voltagem, corrente à tensão,

resistência à tensão, capacidade à tensão) ; aquisição de dados (anti aliasing, conversão de

analógica para a digital, sistemas de aquisição de dados).

Fundamentação. Esta leitura fornece bons materiais para a actividade.

Leitura 7: Wikilivros de Informática

Referência: http://en.wikipedia.org/wiki/Computer. 04 de outubro de 2007.

Resumo: A referência fornece leitura em arquitectura armazenada do programa, e

como funciona o computador. Isto inclui a unidade de controle, aritmética / unidade lógica

(ALU), a memória, entrada / saída (I / O), multitarefa, multiprocessamento, e redes de

internet.

Justificativa: esta é uma leitura simples e básica para alguém que quer começar a

aprender sobre o computador.

Universdade Africana Virtual 153

XIII. Lista de Recursos - Elaboração de Multimédia

Referência: http://www.educypedia.be/electronics/javacollectors.htm

Resumo: Este recurso permite estudar as características do transistor NPN

Justificativa: O site oferece uma experiência virtual simples e elegante que conduz ao

estudo das características do transistor NPN.

Referência: http://server.oersted.dtu.dk/personal/ldn/javalab/Circuit04.html

Resumo: O recurso é para o circuito de um primitivo emissor comum (CE), que inclui um

amplificador de transistor npn e com base em resistências externas de carga e colector. O

aluno vai encontrar um conjunto fixo de componente de parâmetros dos limites de tensão

de entrada que fazem com que o transistor fique no estado de “corte”, “activo” ou de

“saturação”, respectivamente. No caso de aplicações analógicas o aluno irá determinar a

amplificação de tensão diferencial do circuito quando o transistor está na faixa “activa”.

Enquanto que para aplicações digitais é esperado encontrar o menor ganho possível de

correntel (beta) e uma resistência de colector correspondente, que faz o circuito de um

inversor de lógica funcional.

Justificativa: Este recurso serve para auxiliar na aprendizagem sobre a polarização

Transistor npn.

Referência: http://server.oersted.dtu.dk/personal/ldn/javalab/Circuit01.html

Resumo: Este recurso fornece um circuito de um equivalente Thevenin com uma carga de

de poder P que é entregue à carga.

Justificativa: Este sítio oferece um recurso útil para aprender sobre o divisor de tensão.

Referência: http://jas.eng.buffalo.edu/education/semicon/fermi/bandAndLevel/index.html. 04 de outubro de 2007. Resumo: O recurso apresenta os níveis de Fermi vs concentração de portadores e doping do doador e impurezas aceitadoras. Justificativa: Este recurso oferece o aids na inclinação de concentração da portadora de carga e “dopagem” dos doadores de carga. Referência: http://jas.eng.buffalo.edu/education/fab/BjtFet/index.html. 04 de outubro 2007. Resumo: Os passos para a fabricação de um par de Metal-Oxide Semiconductor-(MOS) Field Effect Transistor (FET) e um transistor de junção bipolar (BJT) em silicone wafer é ilustrado neste applet. Os quatro botões, o “primeiro”, o “anterior”, o “próximo”e “passado” permitem que você visualize as imagens estáticas em vários pontos da

Universitdade Virtual Africana 154

Referência: http://jas.eng.buffalo.edu/education/transistor/n_MOS_IV/mosfet.html. 4 de Outubro de 2007.

Resumo: O recurso mostra um applet que calcula as parcelas e as características de saída de um canal-n (modo de realce) de um MOSFET. Tentar mudar a tensão dreno-fonte (VDS intervalo) e / ou o valor da polarização de porta inicial ('iniciar') ou outros valores e ver o que ocorre com a mudança da corrente de fuga do dreno (VDS). Justificativa: Este é um recurso útil para aprender a calcular e a traçar as características de saída de um canal-n de um MSOFET. Referência: http://server.oersted.dtu.dk/personal/ldn/javalab/Circuit03.html. 3 de Outubro de 2007. Resumo: Este recurso está no amplificador inversor quando a fonte de tensão é ligada, àfim de verificar o circuito para diferentes valores de resistências e / ou o ganho open loopdo op amp. Justificativa: No caso (normal) de um grande ganho em malha aberta do amp op(geralmente > 100 dB), o mecanismo de feedback irá forçar o terminal de entrada invertendo-o virtualmente no “solo”. Neste limite o factor de amplificação de circuito fechado será determinado exclusivamente pelos valores de resistência. Referência: http://jas.eng.buffalo.edu/ 03 de outubro de 2007. Resumo: A ilustração útil de amplificadores com BJT e MOSFET são usados para promover a compreensão fácil dos tópicos. Justificativa: Fornece vídeos úteis sobre amplificadores com BJT ou MOSFET, tais como: Circuitos de quatro modelos de amplificadores básicos

-Fase única BJT circuitos amplificador (CE, CB e CC) - Circuitos em um único estágio do amplificador emissor comum (Java1.1) -Circuitos em um único estágio do amplificador MOSFET (CS, CG e CD) -Diferentes tipos de carga num amplificador do Circuito IC (um exemplo ampéres

CS) Referência: http://images.google.co.uk/images?hl=en&q=Transducers&oe=UTF-8 & um = 1 & ie = UTF-8 & sa = N & tab = wi. 04 de outubro de 2007. Resumo: São fornecidas imagens de diferentes tipos de transdutores. Justificativa: O recurso é muito bom, pois proporciona informações sobre diferentes Transdutores. Referência: http://images.google.co.uk/images?hl=en&q=sensors&oe=UTF- 8 & um = 1 & ie = UTF-8 & sa = N & tab = wi. 04 de outubro de 2007. Resumo: O recurso oferece diferentes tipos de sensores. Justificativa: As imagens reforçam o aprendizado quando se olha para eles. R f ê i h // h f k/ /i d h 07 d b d 2007


XIV. Lista Compilada de links úteis

Título: Análise básica de circuitos

URL: http://ocw.mit.edu/OcwWeb/Electrical-Engineering-and-Computer-Science/6-

002Circuits-and-ElectronicsFall2000/VideoLectures/index.htm. 06 de outubro de 2007.

Resumo: Este curso contém os slides que acompanham a palestra de vídeo conferências, e

descrição da demonstração ao vivo apresentada pelo instrutor.

Título: Diodos

URL: http://jersey.uoregon.edu/ rayfrey/431/lab2_431.pdfhttp ~: / jersey.uoregon/.edu/

Resumo: Este site oferece características de um trabalho prático VI. Além disso, o

site oferece leitura em junções do transistor, troque transistor e saturação, etc.

Título: Aplicações do diodo

URL: http://morley.eng.ua.edu/G332BW.pdf.

Resumo: São apresentadas várias aplicações de diodos incluindo o fornecimento d

energia, reticficadores de meia onda, rectificadores de ponte, rectificadores de ond

completa com filtro, etc.

Título: Amplificador MOSFET

URL: http://ocw.mit.edu/OcwWeb/Electrical-Engineering-and-Computer-Science/6-

002Circuits-and-ElectronicsFall2000/VideoLectures/index.htm. 04 de outubro de 2007.

Resumo: Este curso contém os slides de palestras acompanhadas de vídeos.

Título: Transistores BJT e FET

URL: http://www.nhn.ou.edu/ ~ bumm/ELAB/Lect_Notes/BJT_FET_transitors_v1_

1.html. 3 Outubro de 2007.

Resumo: Este site proporciona bons materiais de leitura sobre transistor BJT e FET

Título: Transistor de junção bipolar

URL: http://en.wikipedia.org/wiki/Common_collector. Outubro2007 4.

Resumo: Este oferece muito bom material de leitura sobre a estrutura do NPN, PNP,

transistor bipolar de heterojunção, transistores e circuitos de aplicações de transistores.

Título: CMOS

URL: http://en.wikipedia.org/wiki/CMOS. 04 de outubro de 2007.

Universidade VirtualAfricana 156

Título: JFET URL: http://en.wikipedia.org/wiki/JFET. 04 de outubro de 2007. Resumo: Esta é uma fonte de materiais de boa leitura sobre JFET e sobre a estrutura,função, símbolos esquemáticos, e comparação com outros transístores. Título: Amplificador Operacional URL: http://ocw.mit.edu/OcwWeb/Electrical-Engineering-and-Computer-Science/6- 002Circuits-and-ElectronicsFall2000/VideoLectures/index.htm. 03 de outubro de 2007. Resumo: Estes contêm vídeo de slides do curso de aula que acompanham palestras edescrições de demonstração ao vivo apresentado pelo instrutor durante as aulas. Título: OP-Amps URL: http://en.wikibooks.org/wiki/Electronics/Op-Amps. 04 de outubro de 2007. Resumo: Fornece bom material de leitura em amplificadores, Op-Amp, notação, idealOp-Amps, configurações básicas Op-Amp, e real Op-Amp. Título: Amplificador Operacional URL: http://en.wikipedia.org/wiki/Operational_amplifier. 04 de outubro de 2007. Resumo: Tem bom material de leitura sobre amplificador operacional. Os tópicosincluem: funcionamento básico, amp-op ideal, as limitações do op-amps real, anotações,uso de projecto de sistemas electrónicos, o comportamento do DC, comportamento doAC, de base não-inversora do circuito amplificador, circuito interno de 741 tipos de op-amp, e aplicações comuns. Título: Lógica Digital URL: http://www.educypedia.be/electronics/digital.htm. 03 de outubro de 2007. Resumo: Este site oferece material de leitura sobre portas lógicas, diagramas de Venn,Teoremas de Morgan, circuitos de lógica combinatória, formas canônicas, a álgebrabooleana, mapas de Karnaugh, tabelas de verdade, interruptores inactivos, flip-flop JK,mestre-escravo flip-flop, subtração de binários, aritméticos, JK Flip-Flop, trava D, Flip-Flop D, símbolos Flip-Flop, convertendo entradas de Flip-Flop, circuitos suplentes flip-flop, flip-flops D, uso de travas NOR, CMOS, construção de flip-flop, contadores,contador ripple. Título: Schmitt trigger URL:% http://www.visionics.ee/curriculum/Experiments/Schmitt 20Trigger/ Schmitt 20Trigger1.html%. 03 de outubro de 2007. Resumo: Este fornece leitura adicional sobre a teoria do desencadeamento de Schmitt. Título: Portas Lógicas URL: http://www.shef.ac.uk/physics/teaching/phy107/phy107.htmlhttp://www.shef. ac.uk/physics/teaching/phy107/phy107.html. 03 de outubro de 2007. Resumo: Esta leitura prepara o aluno com as habilidades fundamentais exigidas no projecto de circuitos digitais. Nenhum conhecimento prévio de técnicas digitais éassumido. A primeira leitura apresenta as portas lógicas básicas que formam o edifíciofundamental de blocos de todos os circuitos digitais. Em seguida, avança para combinarestes elementos do circuito numa série de maneiras para construir circuitos que fornecem


Título: Álgebra Booleana URL: http://en.wikibooks.org/wiki/Electronics/Boolean_Algebra. 04 de outubro 2007. Resumo: Aqui são fornecidas as operações formais da matemática juntamente com as leis da álgebra Booleana. Além disso, uma série de exemplos são fornecidos. Título: Multiplexing URL: http://en.wikipedia.org/wiki/Multiplexing. 04 de outubro de 2007. Resumo: A leitura inclui telegrafia, processamento de vídeo, radiodifusão digital, e radiodifusão analógica. Título: Piezoeletricidade URL: http://en.wikipedia.org/wiki/Piezoelectricity. 04 de outubro de 2007. Resumo: Este fornece leitura útil a: materiais, que inclui aplicações de alta tensão e fontede energia, sensores, actuadores, motores piezoeléctricos, e classe de cristais. Título: Transducers URL:. Http://en.wikipedia.org/wiki/Transducer 04 de outubro de 2007. Resumo: Este oferece boa leitura sobre os tipos de transdutores, que incluem entre outrosantena, lâmpada fluorescente, um sensor de efeito Hall, motor rotativo, vibração dgerador alimentado, cristais piezoeléctricos e fotodiodos. Título: Computadores URL: http://en.wikipedia.org/wiki/Computer 04 de outubro de 2007. Resumo: O recurso fornece leitura sobre a arquitectura armazenada do programa, e comofunciona um computador. Isto inclui a unidade de controle, aritmética / unidade lógic(ALU), a memória, entrada / saída (I / O), multitarefa, multiprocessamento, e criação dredes e internet. Título: Microprocessador URL: http://en.wikipedia.org/wiki/Microprocessor. 5 de outubro de 2007. Resumo: Este fornece algumas matérias básicas de leitura: desenhos notáveis de 8 bits, modelos de 16 bits, 32 bits, projectos e desenhos de 64 bits em computadores pessoais. Título: Arquitectura no computador de 32 bits URL: http://en.wikipedia.org/wiki/32-bit Resumo: Isto dá o significado de um processador de 32 bits. Título: Arquitectura no computador de 8 bits URL: http://en.wikipedia.org/wiki/8-bit Resumo: O tema incl i a lista de CPUs de 8 bits


XV. Síntese do Módulo

Como ponto de partida, dispositivos como resistores, capacitores e indutores são chamados componentes lineares porque a corrente aumenta em proporção directa com a tensão aplicada em conformidade com a lei de Ohm. No entanto, soubemos que componentes como diodos, para que esta proporcionalidade não possua dispositivos, são chamados de não-lineares, e que são a base para todos os circuitos electrónicos práticos.Os conceitos-chave que esta actividade prevê é o exame das propriedades de um dos dispositivos não-linear, o diodo retificador. Aqui, a aprendizagem mostrou que um rectificador passa a maioria da corrente para uma polaridade da voltagem aplicada do que a outra. Além disso, quando um rectificador está incluído num circuito de corrente alternada, a corrente é insignificante quando a polaridade da voltagem sobre o rectificador está na direcção inversa. São consideradas como uma das principais aplicações a utilização de diodos para a retificação de onda completa. Aprendemos também que, a versatilidade inerente à componentes electrónicos não-lineares é reforçada imensamente pela capacidade de influenciar a corrente no dispositivo de acordo com os sinais de um eléctrodo introduzido na constante, que são considerados dispositivos activos, porque o eléctrodo de controle permite a interacção activa com correntes no dispositivo. Principalmente, você notou que, as propriedades eléctricas de dispositivos activos são descritas pelas características tensão-corrente. Basicamente, as características tensão-corrente de dispositivos electrónicos dependem primariamente dos movimentos dos seus electrões livres. Assim, as propriedades de transístores e dispositivos semicondutores, tais como o diodo de junção, são conseqüência directa do comportamento dos electrões em cristais semicondutores. Diferentes tipos e aplicações de transistores foram discutidos e aprendidos no módulo. Assim como transistores, diodos também são dispositivos não-lineares. Sua operação é determinada pela análise de gráficos utilizando a descrição das suas propriedades eléctricas dadas pelas características tensão-corrente. A análise em detalhe difere em dispositivos de tensão controlada, tais como o transistor de efeito de campo, em comparação com os dispositivos actuais, tais como transistor bipolar, mas não é diferente no que diz respeito ao princípio do seu funcionamento. No módulo, vimos que o desempenho dos amplificadores de transistores é reforçado em qualquer aspecto, retornando uma fracção do sinal de saída aos terminais de entrada. Este processo é chamado de feedback. Vimos que o sinal de retorno pode tanto aumentar a entrada ou tender a cancelá-lo, e o último, é chamado de feedback negativo. A actividade de aprendizagem mostrou que, as características melhoradas de resposta em frequência e distorção de forma de onda reduzido são alcançadas com feedback negativo.Além disso, vimos que, o desempenho do amplificador é muito menos dependente da alteração dos parâmetros do transistor causado pelo envelhecimento ou aos efeitos da temperatura. O módulo incluiu, de forma especial, um debate sobre o feedback negativo, conhecido como feedback operacional usado em amplificadores que realizam operações matemáticas, como adição ou a integração de um sinal de entrada. Vimos que os

lifi d i i ã li d di ã l b


magnitude real é relativamente sem importância. Que, circuitos digitais precisam de ter

apenas duas condições estáveis representados por um transistor totalmente em condução,

ou completamente cortado. Tais circuitos são inerentemente mais confiáveis do que os

que devem lidar com intervalo contínuo dos níveis de sinal. Que, qualquer número dado

pode ser representado por uma onda digital assim que a exactidão não é limitada pela

estabilidade dos parâmetros do circuito. Que, os sinais digitais são manipulados por

circuitos de acordo com declarações lógicas específicas que fazem o processamento

extremamente flexível poderoso da possível informação. O módulo culminou com a

produção de lógica de processamento digital muito complexo em chips individuais.

Microprocessadores utilizam a técnica de computadores digitais que são usados para

diversas e diferentes aplicações.

Universidade Virtual Africana160

XVI. A avaliação sumativa

1. (a) Discuta o princípio de funcionamento de um transistor PNP;

(b) Descreva como as características estáticas de um transistor NPN ligado n

configuração base-comum pode ser determinada;

(c) Um transistor operando na configuração BC tem has IC =3.0 mA, IE= 3.2 mA e ICO=0.02 mA. Que corrente vai fluir no circuito colector deste transistor quandconectado numa configuração CE?

2. (a) Mostre que numa configuração CE α e β têm uma relação dada pela equação

(b) Discuta a origem da fuga de corrente em um transístor;

(c) Para um dado transístor, IC = 5.450 mA, IB 49μA, ICO 4.9μA. Encontre:

(i) Os valores de IE α e β .

3 (a) Use exemplos adequados para distinguir os semicondutores intrínsecos d

semicondutores extrínsecos.

(b) Encontre a concentração de portadores intrínsecos de silício em 3000 K para os quais

N = 4,0× , E g = 1.1eV, μe = 0.13 , e μh = 0.05

4. (a) Explique a formação da camada de depleção de uma junção PN.

(b) Com a utilização de diagramas apropriados, descreva uma junção PN no modo d

transmissão;

5. (a) Descreva brevemente os três componentes essenciais através dos quais a

informações são processadas: sensores, condicionamento de sinal e aquisição d

dados.


5V + o R R 2 1

X o M N o o B A

Q Q Q

3 2 1

6. (a) Descreva brevemente o trabalho de um multiplexer e um decodificador.

(b) Encontre o número de linhas de entrada que pode ser codificado para

1. oito palavras bit

2. dezesseis palavras bit

7. (a) Use o diagrama abaixo, para descrever o que ocorre num transistor possível de port

lógica OR constituído por três transistores interconectados , e fornecidos a partir d

uma fonte comum Vcc = +5 V.

(b) Construa uma tabela de verdade para 3 entradas de porta AND

(c) Projecte circuitos eléctricos equivalentes para a porta AND.

8 (a) Converta a fracção binária 0,101 em seu equivalente decimal (b) Use Método Double-Dadd e converta 110012 para o equivalente decimal (c) Converta 1010112 para o equivalente octal.

9. (a) Com o auxílio do diagrama apropriado, descreva a acção de um JFET.

(b) Um transistor de efeito de campo tem: gm = 3 e and rd =60 kΩ e é usado com um

resistência de carga de drenagem de 35 k no amplificador de AF. Encontre o ganho dtensão.


10. (a) Descreva como um op-amp pode ser utilizado como soma amplificador.

(b) Mostre que o ganho num amplificador não-inversor é dada por:

Ganho


XVII. Referências

Frederick F. Driscoll; Robert F. Coughlin. Solid State devices and Applications, D.B

Taraporevala Sons & Co.PVT, Published with arrangement withPrentice Hall, Inc. 1981.

Bernard Grob, Basic Electronics, 4th ed., McGraw Hill International Book Company,

London, 1983.

Close K.J & J Yarwood. Experimental Electronics for Students, London Chapman

and Hall, Halsted Press Book, John Woley & Sons, 1179.

Tayal D.C. Basic Electronics. 2nd ed. Himalaya Publishing House Mumbai, 1998.

Theraja B.L., R.S. Sedha. Principles of Electronic Devices and Circuits, S.Chand &

Company Ltd, New Delhi, 2004.

Sparkes J.J. Semiconductor Devices 2nd ed. Chapman & Hall, London, 1994.

Richard R. Spenser & Mohammed S. Ghaussi. Introduction to Electronic Circuit

Design, Prentice Hall, Pearson Education, Inc 2003.

Noel M Morriss. Semiconductor Devices, MacMillan Publishers Ltd. 1984.

Robert Boylestad& Louis Nashelsky. Electronic Devices and Circuit Theory, Prentice-

Hall International Editions. 1992.

James J. Brophy. Basic Electronics for Scientists. 5th Edition, McGraw-Hill Publishing

Company, New York, 1990.


XVIII. Registo do estudante

Nome Nº de

Registo

Assign 1

Assign 2

Assign 3

Av. Assign

1º Teste 2º Teste Av. Test Total

XIX. Principal autor do modulo

Dr. Sam Obwoya Kinyera é professor no Departamento de Física da Universidade

Kyambogo, Uganda. Ele é actualmente Director do Ensino à Distância na

Universidade de Kyambogo. Ele foi um professor educador desde 1984.

Entre 1978 e 1984, foi Chefe do Departamento de Física, na Escola Secundária “Old

Kampala” em Uganda. Seu endereço electrónico é [email protected]

preparado por sam kinyera obwoya african virtual university

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