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    Vídeo 1

    vamos discutir alguns conceitos básicos sobre a Semiconductor Eletrônica porque o componente de vários mecatrônicos é específico especificamente os controladores eles são compostos por tantos eletroeletrônicos semi-condutores que é transistor, IC's e tantas coisas estão lá ok. Então, como eu disse uma necessidade de entender a característica física do semicondutor que são usados em um em um circuito eletrônico. Veremos a física de semicondutores e aprendamos como o componente eletroeletrônico é projetado usando diferentes tipos de materiais semicondutores. Aprenderão também o símbolo esquemático símbolo para diferentes diodo semicondutor e transistor que são usados no design de circuito. Por isso, antes de mais nada, comecemos pelo conceito de bandas de energia em condutor, isolante e semicondutores ok. Por isso, podemos ver que em qualquer material essencialmente existem três bandas; uma é a banda de condução e depois temos a banda de valência e estas duas bandas são separadas pela banda proibida ok e é a banda de condução que é responsável pela condução da corrente basicamente ok. E aqui, se estamos falando de dizer metais, em metais há muito grande número de elétrons fracamente ligados na banda de condução ok e quando uma voltagem é aplicada em metais, esses elétrons fracamente ligados migram livremente e eles produzem a corrente ok. Assim, podemos entender a diferença entre maestro, isolante e semicondutor com a ajuda dessas duas bandas que é a banda de condução e valência e a segregação entre essas duas bandas. Por isso, vejamos aqui algumas das figuras. Digamos por maestro, podemos ver que temos uma banda de valência e temos uma banda de condução. Na banda de condução, temos um livre temos elétrons há muito número de elétrons existem e a segregação entre a banda de condução e a banda de valência ou que é a lacuna de energia que chamamos na lacuna proibida, gap de energia proibida a, esta uma banda proibida em vez ok esta é muito pequena ou insignificante ok. Então, isso está lá. Se falarmos de isolante, então podemos ver que, em isolante, há poucos elétrons na banda de condução ok. Há poucos quase não há elétrons em banda de condução em vez de isolante e há poucos elétrons na banda de valência e há uma lacuna de energia muito grande entre a banda de condução e valência que é se um elétron tem que se deslocar da banda de valência para banda de condução muito grande quantidade de voltagem é necessária e ok para fazê-lo, tudo bem. Então, que está aí, há uma lacuna energética muito grande. Então, há materiais que se encontram entre o condutor e isolante e que é o que chamamos como os materiais semicondutores ok. Agora, em caso de materiais semicondutores, a lacuna energética, a pequena lacuna energética, há uma pequena lacuna de energia entre a condução e a banda de valência.
    E esta figura ilustram você quando uma voltagem é aplicada então, esses elétrons basicamente eles se movem pelo lado positivo do suprimento de tensão e eles se movem nessa direção ok e assim, nossa direção convencional atual é o oposto do da direção de movimento do elétron e vemos a corrente estar se movendo nessa direção ok. Então, como eu estava contando sobre semicondutores basicamente assim, estes são na verdade a classe de elementos no grupo IV da tabela de período que possuem propriedades entre condutor e isolante ok e como eu disse estes já que suas propriedades é entre condutor e isolante, eles são chamados de semicondutores. Por isso, o ideal é identificá-los com uma lacuna de energia muito pequena ok. Então, o que acontece se olarmos para os elementos do grupo IV da tabela periódica? Digamos que temos silício e germânio ok e as propriedades do cristal semicondutor puro podem ser significativamente alteradas através da inserção de uma pequena quantidade de elementos do grupo superior ou digamos grupo V ou o grupo inferior dizem grupo III da tabela periódica no latroio de cristal do semicondutor. E esse processo é o que chamamos como o doping e esses elementos são chamados basicamente de dopantes. Então, como eu estava dizendo a você o silício tem quatro elétrons de valência ok. Então, se o arsênico ou fósforo de digamos grupo V é adicionado no latro-cristal, então o que acontece? Um dos cinco elétrons de valência, sabemos que oito elétrons são necessários para que o obtenham; para obtê-lo como o que chamamos como um saturado de multa. Então, depois de oito elétrons, se o silício tiver os quatro elétrons de valência assim, se estamos auxiliando arsênico ou fosforoso que tem cinco elétrons; assim, totalmente estaremos tendo nove elétrons ok. Assim, os oito elétrons estarão tornando-o ideal basicamente ok. Por isso, o único elétron adicional que estará lá que será o elétron livre ok e que permanece mais livre para se moviar e o dopante é chamado o que conhecemos como doador. E já que, aqui elétrons temos um adicional de um elétrons extra ou um elétron livre em vez disso, o semicondutor resultante é chamado de silício tipo n devido à disponibilidade do elétron no latroeiro de cristal como porta-cargas. Agora, se o silício for dopado com boro ou gallium digamos a partir do grupo III ok, então furos de forma devido aos elétrons desaparecidos no latroio onde os átomos de dopantes aceitadores substituíram o átomo de silício. Agora, isso ocorre porque o átomo de dopante só tem os três elétrons de valência. Então, basicamente o que você vai estar tendo é que você vai se ter dito aqui 1, 2, 3, 4 digamos 5, 6, 7, 8 então, você tem o total de 7 elétrons e há um buraco ok. Então, há um furo que está sendo criado se eu estou colocando um elemento que é elemento que é boro ou gallium ok fromgroup III com o silício ok. Agora, este furo pode saltar de átomo para átomo e este produz uma corrente positiva e este tipo de semicondutor é chamado de semicondutor p-type.

    Vídeo 2

    Então, olhemos para a característica de junção pn; pn junction significa que o que estamos fazendo essencialmente é que um semicondutor de tipo p e um semicondutor n tipo estamos a juntá-lo. Então, temos o semicondutor tipo p, temos o semicondutor n tipo n. No semicondutor tipo n, temos os elétrons, os elétrons livres que se encontram prontamente disponíveis para mover enquanto que, em semicondutor do tipo p, temos os furos que estão prontamente disponíveis para se mover ok. Então, se não há campo aplicado em todos os dois terminais de digamos essa junção do pn ok, então o que acontece que o que acontece? Alguns dos elétrons saltam de n lado para o lado p como você pode ver aqui; similarmente, alguns dos furos saltam de p lado a n lado como você pode ver por aqui e há um potencial de contato interno que é em torno de 0,6 0,7 volt que é formado. Agora, o que acontece se eu aplicar uma voltagem em todo o terminal deste pn junction? Ok. Então, suponhamos que eu aplique uma voltagem aqui através da junção pn assim, que meu lado positivo da fonte ou anode esteja conectado ao tipo p-tipo aqui p-tipo e similarmente, o cátodo está conectado ao lado n aqui, então o que acontece basicamente esse lado negativo estará em contato com o n side aqui assim, estas cargas serão repelidas. Da mesma forma, os furos o lado positivo sendo o contato com os buracos por aqui haverá movimento dos furos nessa direção ou o movimento dos elétrons na direção oposta e estaremos tendo um fluxo de elétrons ou o que podemos dizer é que o fluxo de corrente ok. Então, aqui podemos ver que um negativo que é elétron está se movendo para este lado ok. Então, novamente aqui um buraco será criado assim, este espaço de furo será novamente tomado por um elétron daqui e assim por diante ok. Então, efetivamente o nosso elétron estará fluindo nesta direção ok e claro, sua direção atual será a oposta. Então, esse caso em que podemos ver que há fluxo de corrente em toda essa junção pn é o que chamamos como o encaminhá-lo para a frente ok. E, de forma semelhante, se aplicarmos agora a tensão através destes dois terminais de uma forma oposta que é o lado positivo está ligado ao n-tipo de material e lado negativo ligado ao tipo p de material, então o que acontece porque estas cargas serão atraídas em direção ao ânodo ok. A região, a região de esgotamento aqui ok vai estar aumentando ainda mais proibindo qualquer movimento dos elétrons através da junção ok e isto é o que é chamado como o viés inverso. Assim, em preconceito como a voltagem aplicada se aproxima do valor do potencial de contato digamos de 0,6 0,7 volt para silício, a corrente aumenta exponencialmente ok e esta corrente é dada por I 0 exponencial qV D por kT menos 1 em que I D é a corrente através da junção, I 0 é a corrente de saturação reversa, q é a carga de um elétron que é 1,6 em 10 potência menos 19 coulomb e k é a constante de Boltzmann que é a 1,3 em 10 potência menos 23 Joule por Kelvin ok e V D aqui é a tensão de viés dianteia em cruzamento e T é a temperatura absoluta da junção em Kelvin. Agora, em caso de viés inverso, a corrente de saturação reversa I 0 faz fluir, mas esta corrente é muito pequena da ordem de 10 para poder menos 19 10 para o poder menos 15. Então, é por isso que consideramos, assumimos que o fluxo atual do cruzamento cruzado em caso de viés reverso é de quase 0. Ora, aqui então, o que temos visto que quando a junção pn é encaminhá-se de forma tendenciada ok, obtemos a corrente através dela e quando a ela é tendenciada de forma parcial, não há corrente; assim, basicamente seus atos, seus passes atuais em apenas uma direção que é o caso quando é de frente viés ok. Por isso, o diodo de silício é por isso que às vezes também se referia como retificador porque passa corrente de apenas
    uma direção ok. Então, é assim que a representamos que é você tem um p junction arrependido pn junction over aqui e há uma representação simbólica para ele aqui a peça do lado n existe uma linha vertical e há um triângulo aqui ok. E este positivo e negativo é mostrado e este é o dispositivo de exemplo dizer IN314 é um diodo e este é o sentido da corrente de corrente de corrente de corrente ou de corrente de corrente que é o oposto ao sentido de movimento do elétron que consideramos porque vimos que supomos que os elétrons fluem neste sentido. Esta figura mostra basicamente alguns do diodo comum comercialmente disponível. Então, você pode ver pequeno diodo de sinal, diodos de energia estão lá, então LEDs ou Light Emitting Diodes estão lá e 2-dígitos ou displays de LED de 7 segmentos estão lá. Então, você pode ver que há 7-segmentos aqui 1, 2, 3, 4, 5, 6 e 7. Então, estes são o que chamamos de 2 dígitos display de 7 segmentos porque podemos exibir os 2 dígitos com a ajuda de 7-segment. Novamente, esta figura mostra a você alguns dos diodos disponíveis comercialmente. Agora, eu apenas no slide anterior discuti-se que há um fluxo atual se ele for encaminho para frente e não há fluxo de corrente se for de viés reverso ok. Então, se planejamos a curva de voltagem e atual curva característica para o diodo, então você pode ver que é assim que se parece. Então, idealmente o que acontece isso; o ideal é o que acontece que com uma pequena voltagem no viés de frente, você vai obter uma corrente muito grande como pode ver aqui ok; enquanto que, no viés inverso como você continua aumentando a voltagem; você continua aumentando a voltagem, mas sua corrente não vai mudar ok. Então, é isso que está aí.
    Agora, a curva real do diodo é algo assim que há um crescimento exponencial basicamente, crescimento exponencial no valor atual na região de viés dianteado e que recebe uma espiada basicamente para diodo de silício em torno de 0,7 volt ok; e aproximação do diodo real pode ser feita com a ajuda de linha tracejada como é mostrado aqui. Então, esse é o comportamento na região de viés de frente. Agora, na região de viés reverso o que acontece como eu estava te dizendo em caso de diodo real, o que acontece se você continuar aumentando a voltagem, inicialmente não haverá uma corrente, mas no break down motivo que você vai ter em uma alta voltagem, você vai ter aumento no valor atual e, finalmente, ele leva ao fracasso por aqui. E este aumento íngreme é basicamente aumentar em corrente uma vez que a tensão quase constante é útil na concepção do regulador de tensão o que chamamos como sendo o diodo Zener que eu estarei discutindo nos próximos slides ok. Então, nós temos a região de viés de frente, este é o comportamento e esta é a região de viés reverso e esta que chamamos como região de quebra porque aqui a falha ocorre. E você pode ver que aqui a magnitude atual está na micro gama basicamente micro ampere enquanto que, quando é de frente viés, temos é na faixa de ampere de milli.

    Vídeo 3

    Agora, essa característica do diodo que ele permite corrente apenas em uma direção pode ser usada para a finalidade de retificação ok. Então, aqui, suponhamos que eu tenha uma fonte de tensão ok V e eu e esta voltagem é uma ditada variada e deixe que haja um circuito onde temos um resistor e eu sou um diodo colocado por aqui e a partir deste diodo, estou digitando a tensão de saída ok. Então, por aqui há uma entrada sinusoidal por aqui então, você pode ver que entrada sinusoidal que é a tensão vai ou voltagem de entrada está tanto no lado positivo como no lado negativo e queremos retificar também é isso que é queremos só no lado positivo. Então, aqui o que acontece? Você pode ver que quando V i é positivo ok, quando V i é positivo e este é o lado negativo do diodo ok então, esse positivo e isso é negativo então, o que acontece? Isso se torna o viés reverso ok. Assim, os diodos obtêm um viés reverso; agora, em viés inverso, não há fluxo de corrente assim, quando não há fluxo de corrente a partir desse diodo, então o que acontece?Seja qual for o V que eu esteja lá, o mesmo V o está disponível em todo o terminal. Então, essa entrada é o que estiver lá, nós temos a saída por aqui ok. E na próxima metade do ciclo, isso se torna negativo e este é claro é negativo assim, este diodo se torna o viés inverso e em viés inverso arrependido este diodo se torna o viés de avanço e em caso de viés de frente, há fluxo de corrente so, não há queda de tensão em toda esta; assim, temos a tensão 0 aqui em todo o terminal ok. Então, o é assim que o nós conseguimos a voltagem retificada ok. Então, repito novamente quando V i é negativo, diodo é forward bias e temos um ele é equivalente a um curto-circuito assim sem queda de tensão através de diodo so, obtemos a tensão de 0 e este ciclo repetido. Agora, podemos usar o mesmo circuito de diodo ok em uma moda de say bridge ok para retificá-lo ok ou o que chamamos ele bastante de retificador de ponte cheia. Então, eu tenho entrada de linha Ac dizer V AC está lá, esta é a natureza da oferta de entrada, eu tenho um transformador que diz passo para baixo transformador aqui assim, a voltagem é reduzida com a ajuda de transformador.
    Agora, esta sinuosa secundária do transformador é conectada através de diodo ok e este diodo retifica-o ok e depois, há filtros e reguladores e estes filtro e regulador nos dá a tensão constante ok que é a tensão constante que pode ser obtida através da carga DC. Agora, como isso funciona basicamente? É simples. Então, se há uma entrada positiva basicamente assim, isso é lado positivo; este é lado positivo. Então, o que acontece? Seu isso são lados positivos então, lado positivo sendo conectado ao lado positivo então, isso está sendo diantado viés ok. Então, a sua corrente vai estar passando daqui ok e similarmente, este é lado positivo conectado ao lado positivo assim, encaminharão viés.
    Então, isso esses dois elétrons basicamente funcionam no viés de frente enquanto, você pode ver que esse lado positivo sendo conectado ao lado negativo isso faz com que este e este diodo no viés reverso ok. Então, desta forma são os dois esses dois diodos estão no modo de viés diantado similarmente. Então, os fluxos atuais e nós podemos obter a voltagem através do aqui carregamento aqui. Da mesma forma, se for voltagem negativa aqui é negativa, então esses dois diodos estão no viés de frente ok. Então, a corrente flui através deles e então nós conseguimos a tensão de saída aqui. Por isso, as aqui são as pontes de diodo que estão comercialmente disponíveis no mercado. O dispositivo cilíndrico à direita na fotografia como limite atual de 1 ampère. Físico, é de 7 milímetro de altura e 10 milímetro de diâmetro. O dispositivo plano à esquerda tem um limite atual de 4 ampère. É ele tem uma espessura de 6 milímetro e 16 milímetro de altura e 19 mm de largura e fotografia na direita so uma ponte de diodo grande e de alto poder. Possui capacidade atual de 15 ampere e pico de tensão de viés reverso de 400 volts. Então, estes são os disponíveis comercialmente. Agora, vamos discutir ou vamos explorar a característica do diodo no viés inverso em que o que eu disse que em caso de viés reverso, se mantemos aumentando a voltagem assim, quando a voltagem é muito alta, há alguma corrente que estamos ficando ok e esta característica é usada como regulador de tensão. Sendo assim, a maior tensão de quebra de diodo é de cerca de 15 volt e estes possuem curva de decomposição acentuada como eu disse com tensão de quebra bem definida e, assim, eles mantêm a tensão quase constante sobre uma ampla gama de corrente. Assim, eles são bom regulador de tensão e esta propriedade para utilizar adequadamente o diodo zener em um circuito, o zener deve ser revertido viés com valor mantido em excesso de sua pane ou voltagem zener ok. Então, aqui podemos ver o símbolo esquemático do diodo zener, aqui você pode ver a diferença enquanto que, o para o diodo normal, o símbolo é este ok. Mas em caso de zener um, temos um símbolo diferente e este é o V I característico dele e aqui estamos interessados que o zener esteja sendo preconceito reverso então, aqui você pode ver que a voltagem onde obtemos corrente que é chamada de voltagem zener e este é o ponto de operação em torno do qual queremos que isso opere. Aqui, linha de dash mostra ideia diodo zener ideal no viés para frente e inverso ok. Então, se vemos o zener como regulador de tensão, então diga que tenho circuito com uma voltagem V i, há um resistor R e aqui está um diodo zener e estou interessado em usar este diodo zener como regulador de tensão basicamente é aquele que me dá uma voltagem constante ok. Então, se eu analisar esse circuito dizer se eu aplico a lei de voltagem do Kirchhoff, então você pode ver aqui meu menos V i mais eu z R are está aqui e então mais o que o seu V z este é igual a 0 ok. Então, o que eu receito é basicamente eu z é V i menos V z por R. Então, eu receito essa relação. Então, mudança na corrente deste zener basicamente será delta V i menos delta V z dividido por R. Então, aqui, podemos ver que há uma relação não-linear basicamente. Então, para cuidar disso o que fazemos é que definimos um; definimos um o que você diz é que a resistência dinâmica R d e dizem que este I z será então delta V z por R d so, definimos esta resistência dinâmica como esta. E se eu substituo essa equação no anterior, é isso que eu receito como saída. Então, meu delta V o é delta V z e este é delta V i vezes R d por R d mais R. Então, este fator basicamente fica multiplicado para a sua tensão de entrada e o que quer que esteja lá, você obtém isso como a fonte de tensão constante. Em seguida, há um diodos emissores de luz basicamente estes são o diodo que emite fótons quando o viés de frente ok. Então, esta é a representação esquemática para isso e este é um símbolo esquemático ok. Então, os fótons sendo emitidos quando isso é viés de frente ok. E similarmente, há fotodiodos que funcionam na onda inversa basicamente que é se a luz
    cai sobre eles, uma corrente é produzida. Por isso, estes são projetados para detectar os fótons e podem ser usados em um circuito para sentir a luz. Por isso, os fotodiodos podem funcionar basicamente como um sensor de luz ok. Então, lá. A seguir, chegando aos próximos minutos, vou gastar em discutir sobre um dispositivo semicondutor de componentes muito importante chamado transistor que revolucionou a indústria eletrônica basicamente ok. Então, existem dois tipos de transistor que é o transistor de junção bipolar e transistores de efeito de campo. Por isso, em resumo, eles são chamados de BJT's e FET's ok. Então, o transistor de junção bipolar basicamente consiste em três adjacências, diodo tínhamos que duas região adjacente; um era material do tipo p outro era n-tipo material ok e aqui, temos as três regiões adjacentes de dope silicon cada uma delas conectada a uma carga externa. Existem dois tipos de BJT's que é npn ou pnp's ok. Consiste em como estamos amamentando basicamente essas três regiões basicamente ok. Assim, ele consiste em uma região fina ou camada de sanduíche de silício tipo p entre as duas camadas de n-tipo silício e três lideres estão conectadas às três regiões e elas são chamadas de coletor, base e emissor. Então, essa figura você pode ver que este é um transistor npn basicamente. Então, este é o silício do tipo p, nós temos n tipo silício; n tipo silício aqui. Então, o um n terminal está conectado aqui que é chamado coletor, um centro um é chamado base e aqui este é chamado de emissor ok.
    Assim, o silício do tipo n é o silício do tipo n no emissor é mais fortemente dopado do que o coletor. Aqui como você pode ver nessa figura assim, basicamente, não podemos fazer intercâmbio que não podemos tornar emissor como o coletor e o coletor como o emissor ok porque eles são dopados é diferente. Sendo assim, estes não são emissores e coletores não são intercambiáveis ok. Aqui, está a representação basicamente para este transistor npn basicamente. Então, podemos ver que a voltagem base V B é mostrada aqui, a tensão de emissor é mostrada aqui, a tensão coletora é mostrada aqui ok. Assim, mostra-se a direção de corrente de através da base através de emissor de coletor e através de emissor é basicamente é uma somatória de corrente e corrente de coletor está lá e podemos ver que o V CE é maior que 0 e V BE é maior que 0. Sendo assim, V CE é basicamente voltagem entre o coletor e emissor e V é a voltagem entre a base e emissor. Portanto, estes são os basicamente como são definidos V BE é basicamente V B menos V E, V CE é V C é V C menos V E e I E é I B mais I C. Normalmente, V C é maior que V B e maior que V E so, podemos ver que junção de BE é bias forward e BC junction é bias inverction ok. Então, isso é lá. E o IB controla que é a corrente de base controla a corrente do coletor e ela atua como um amplificador atual. Então, basicamente essa amplificação é dizer que beta vezes a corrente do coletor é beta timesque do I B ok. Por isso, a conexão transistor existem vários tipos de conexões dizem que base comum, emissor comum e conexões coletoras comuns estão lá ok. Por isso, nas minhas próximas palestras, estaremos você vendo como esses transistores podem ser usados para o propósito diferente ok. Por isso e o mais importante é o transistor como um interruptor ok. Então, que nós estaremos vendo em nossa próxima palestra ok. Então, essas são as referências. A maior parte do material para esta palestra foi tirada de muito bom livro Introdução à Mechatronics por Alciatore e Histand. Por isso, se você está interessado em mais leitura, por favor, faça encaminhá-lo. Obrigado.