Dispositivos Eletrônicos e Teoria de Circuitos

784 Pages·2013·244.429 MB·Portuguese

by  Robert L. Boylestad, Louis Nashelsky

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ispositivos
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lEtrônicos
E TEORIA DE CIRCUITOS
11ª Edição
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Robert L. Boylestad
Louis Nashelsky
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ispositivos
E
lEtrônicos
E TEORIA DE CIRCUITOS
11ª Edição
Tradução: Sônia Midori Yamamoto
Revisão técnica: Alceu Ferreira Alves
Professor de Eletrônica junto à Faculdade de Engenharia de Bauru,
da Universidade Estadual Paulista (UNESP).
Eng. Eletricista e Mestre em Engenharia Elétrica pela Universidade de São Paulo.
Doutor em Energia pela UNESP.
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preparação Beatriz Garcia
reviSão Guilherme Summa e Juliana Costa
capa Casa de Ideias
projeto Gráfico e DiaGramação Casa de Ideias
Dados Internacionais de Catalogação na Publicação (CIP)
(Câmara Brasileira do Livro, SP, Brasil)
Boylestad, Robert L.
Dispositivos eletrônicos e teoria de circuitos / Robert L. Boylestad,
Louis Nashelsky; tradução Sônia Midori Yamamoto; revisão técnica
Alceu Ferreira Alves. – 11. ed. – São Paulo: Pearson Education
do Brasil, 2013.
Título original: Electronic devices and circuit theory
ISBN 978-85-64574-21-2
1. Aparelhos e dispositivos eletrônicos
2. Circuitos eletrônicos I. Nashelsky, Louis. II. Título.
12-13206 CDD-621.3815
Índice para catálogo sistemático:
1. Circuitos eletrônicos : Engenharia eletrônica 621.3815
2. Dispositivos eletrônicos: Engenharia eletrônica 621.3815
2013
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DEDICATÓRIA
Para Else Marie, Alison e Mark, Eric e Rachel, Stacey
e Jonathan e nossas oito netas: Kelcy, Morgan, Codie, Samantha,
Lindsey, Britt, Skylar e Aspen.
Para Kira, Katrin e Thomas, Larren e Patrícia e nossos seis netos:
Justin, Brendan, Owen, Tyler, Colin e Dillon.
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SUMÁRIO
1. Diodos semicondutores .........................1 3.9 Teste de transistores .............................134
3.10 Encapsulamento do transistor e
1.1 Introdução ...............................................1
identificação dos terminais ...................136
1.2 Materiais semicondutores: Ge, Si e GaAs ..2
3.11 Desenvolvimento do transistor .............138
1.3 Ligações covalentes e materiais intrínsecos 3
3.12 Resumo................................................139
1.4 Níveis de energia .....................................5
3.13 Análise computacional .........................140
1.5 Materiais dos tipos n e p ...........................7
Problemas ......................................................142
1.6 Diodo semicondutor ................................9
1.7 O ideal versus o prático ..........................18 4. Polarização CC — TBJ ........................144
1.8 Níveis de resistência ...............................20 4.1 Introdução ...........................................144
1.9 Circuitos equivalentes do diodo .............24 4.2 Ponto de operação...............................145
1.10 Capacitância de transição e difusão ........26 4.3 Circuito de polarização fixa ..................146
1.11 Tempo de recuperação reversa ...............28 4.4 Configuração de polarização do
1.12 Folhas de dados do diodo ......................28 emissor ................................................152
1.13 Notação do diodo semicondutor ...........31 4.5 Configuração de polarização por divisor
1.14 Teste do diodo .......................................32 de tensão .............................................157
1.15 Diodos Zener .........................................33 4.6 Configuração com realimentação de
coletor .................................................162
1.16 Diodos emissores de luz .........................36
4.7 Configuração seguidor de emissor .......166
1.17 Resumo..................................................43
4.8 Configuração base-comum ..................167
1.18 Análise computacional ...........................43
4.9 Configurações de polarizações
Problemas ........................................................45
combinadas .........................................168
2. Aplicações do diodo ............................48 4.10 Tabela resumo .....................................170
2.1 Introdução .............................................48 4.11 Operações de projeto ..........................172
2.2 Análise por reta de carga .......................49 4.12 Circuitos com múltiplos TBJ .................175
2.3 Configurações com diodo em série ........53 4.13 Espelhos de corrente ............................180
4.14 Circuitos de fonte de corrente ..............183
2.4 Configurações em paralelo e em série-
-paralelo ................................................59 4.15 Transistores pnp .....................................184
2.5 Portas AND/OR (“E/OU”) .......................62 4.16 Circuitos de chaveamento com
transistor ..............................................186
2.6 Entradas senoidais: retificação de meia-
-onda .....................................................64 4.17 Técnicas de análise de defeitos em
circuitos ...............................................189
2.7 Retificação de onda completa ................66
4.18 Estabilização de polarização .................191
2.8 Ceifadores..............................................69
4.19 Aplicações práticas ...............................199
2.9 Grampeadores .......................................74
4.20 Resumo................................................205
2.10 Circuitos com alimentação CC e CA .......79
4.21 Análise computacional .........................206
2.11 Diodos Zener .........................................82
Problemas ......................................................209
2.12 Circuitos multiplicadores de tensão ........88
2.13 Aplicações práticas .................................90 5. Análise CA do transistor TBJ ...............220
2.14 Resumo................................................100 5.1 Introdução ...........................................220
2.15 Análise computacional .........................100 5.2 Amplificação no domínio CA ................220
Problemas ......................................................106 5.3 Modelagem do transistor TBJ ...............221
5.4 Modelo r do transistor ........................224
3. Transistores bipolares de junção .........115 e
5.5 Configuração emissor-comum com
3.1 Introdução ...........................................115
polarização fixa ....................................228
3.2 Construção do transistor ......................116
5.6 Polarização por divisor de tensão .........230
3.3 Operação do transistor ........................116
5.7 Configuração EC com polarização do
3.4 Configuração base-comum ..................118 emissor ................................................232
3.5 Configuração emissor-comum .............122 5.8 Configuração de seguidor de emissor ..236
3.6 Configuração coletor-comum ..............128 5.9 Configuração base-comum ..................239
3.7 Limites de operação .............................129 5.10 Configuração com realimentação do
3.8 Folha de dados do transistor ................131 coletor .................................................240
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viii Dispositivos eletrônicos e teoria de circuitos
5.11 Configuração com realimentação CC do 7.14 Curva universal de polarização para o
coletor .................................................243 JFET .....................................................380
5.12 Efeito de R e R ....................................245 7.15 Aplicações práticas ...............................382
L s
5.13 D eterminação do ganho de corrente ...249 7.16 Resumo................................................391
5.14 Tabelas-resumo ....................................251 7.17 Análise computacional .........................392
5.15 Sistemas de duas portas .......................251 Problemas ......................................................394
5.16 Sistemas em cascata ............................256
8. Amplificadores com FET .....................400
5.17 Conexão Darlington ............................260
8.1 Introdução ...........................................400
5.18 Par realimentado ..................................266
8.2 Modelo de JFET para pequenos sinais ...401
5.19 Modelo híbrido equivalente .................269
8.3 Configuração com polarização fixa ......406
5.20 Circuito híbrido equivalente
aproximado .........................................274 8.4 Configuração com autopolarização ......408
5.21 M odelo híbrido equivalente completo .278 8.5 Configuração com divisor de tensão ....411
5.22 Modelo π híbrido .................................283 8.6 Configuração porta-comum .................412
5.23 V ariações dos parâmetros do transistor 284 8.7 Configuração seguidor de fonte (dreno-
-comum) .............................................415
5.24 Análise de defeitos ...............................287
8.8 MOSFETs tipo depleção .......................417
5.25 Aplicações práticas ...............................288
8.9 MOSFETs tipo intensificação.................417
5.26 Resumo................................................295
8.10 Configuração com realimentação de
5.27 Análise computacional .........................297
dreno para o E-MOSFET .......................418
Problemas ......................................................305
8.11 Configuração com divisor de tensão
6. Transistores de efeito de campo .........317 para o E-MOSFET .................................420
6.1 Introdução ...........................................317 8.12 Projeto de circuitos amplificadores com
FET ......................................................421
6.2 Construção e características do JFET .....318
8.13 Tabela-resumo .....................................423
6.3 Curva característica de transferência ....323
8.14 Efeito de R e R ..................................423
6.4 Folhas de dados (JFETs) ........................327 L sig
8.15 Configuração em cascata .....................427
6.5 Instrumentação ....................................330
8.16 Análise de defeitos ...............................430
6.6 Relações importantes ...........................330
8.17 Aplicações práticas ...............................431
6.7 MOSFET tipo depleção ........................331
8.18 Resumo................................................439
6.8 MOSFET tipo intensificação ..................335
8.19 Análise computacional .........................439
6.9 Manuseio do MOSFET..........................342
Problemas ......................................................443
6.10 MOSFETs de potência VMOS e UMOS .343
6.11 CMOS .................................................344 9. Resposta em frequência do TBJ e do JFET .451
6.12 MESFETs ..............................................345
9.1 Introdução ...........................................451
6.13 Tabela-resumo .....................................347
9.2 Logaritmos ..........................................451
6.14 Resumo................................................348
9.3 Decibéis ...............................................454
6.15 Análise computacional .........................348
9.4 Considerações gerais sobre frequência .459
Problemas ......................................................350
9.5 Processo de normalização ....................460
7. Polarização do FET .............................353 9.6 Análise para baixas frequências —
diagrama de Bode ...............................463
7.1 Introdução ...........................................353
9.7 Resposta em baixas frequências —
7.2 Configuração com polarização fixa ......354
amplificador com TBJ com R ...............468
7.3 Configuração com autopolarização ......356 L
9.8 Impacto de R na resposta em baixa
7.4 Polarização por divisor de tensão .........360 S
frequência do TBJ .................................471
7.5 Configuração porta-comum .................363
9.9 Resposta em baixas frequências —
7.6 Caso especial: VGSQ = 0 V ......................365 amplificador com FET ..........................474
7.7 MOSFETs tipo depleção .......................365 9.10 Capacitância de efeito Miller ................476
7.8 MOSFETs tipo intensificação.................368 9.11 Resposta em altas frequências —
7.9 Tabela-resumo .....................................372 amplificador com TBJ ...........................478
7.10 Circuitos combinados ..........................372 9.12 Resposta em altas frequências —
7.11 Projeto .................................................374 amplificador com FET ..........................484
7.12 Análise de defeitos ...............................377 9.13 Efeitos da frequência em circuitos
7.13 FET de canal p ......................................378 multiestágios .......................................486
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Sumário ix
9.14 Teste da onda quadrada .......................487 13.4 Funcionamento de um CI temporizador ...609
9.15 Resumo................................................490 13.5 Oscilador controlado por tensão ..........612
9.16 Análise computacional .........................491 13.6 Malha amarrada por fase .....................614
Problemas ......................................................500 13.7 Circuitos de interface ...........................617
13.8 Resumo................................................621
10. Amplificadores operacionais ..............505
13.9 Análise computacional .........................621
10.1 Introdução ...........................................505
Problemas .......................................................624
10.2 Circuito amplificador diferencial ...........507
10.3 Circuitos amplificadores diferenciais BiFET, 14. Realimentação e circuitos osciladores .626
BiMOS e CMOS ...................................512
14.1 Conceitos sobre realimentação ............626
10.4 Fundamentos básicos de amp-ops. ......515
14.2 Tipos de conexão de realimentação .....627
10.5 Circuitos práticos com amp-ops ...........518
14.3 Circuitos práticos de realimentação ......632
10.6 Especificações do amp-op — parâmetros
14.4 Amplificador com realimentação —
de offset CC .........................................521
considerações sobre fase e frequência ..636
10.7 Especificações do amp-op — parâmetros
de frequência .......................................524 14.5 Operação dos osciladores ....................638
10.8 Especificações do amp-op ....................526 14.6 Oscilador de deslocamento de fase ......639
10.9 Operação diferencial e modo-comum ..531 14.7 Oscilador em ponte de Wien ................642
10.10 Resumo................................................533 14.8 Circuito oscilador sintonizado ..............644
10.11 Análise computacional .........................534 14.9 Oscilador a cristal .................................646
Problemas .......................................................537 14.10 Oscilador com transistor unijunção ......649
14.11 Resumo................................................649
11. Aplicações do amp-op .......................541
14.12 Análise computacional .........................650
11.1 Multiplicador de ganho constante .......541
Problemas .......................................................653
11.2 Soma de tensões ..................................544
11.3 Buffer de tensão ...................................546 15. Fontes de alimentação (reguladores de
11.4 Fontes controladas ...............................546 tensão) ..............................................654
11.5 Circuitos de instrumentação.................549
15.1 Introdução ...........................................654
11.6 Filtros ativos .........................................551
15.2 Considerações gerais sobre filtros .........655
11.7 Resumo................................................554
15.3 Filtro a capacitor ..................................656
11.8 Análise computacional .........................555
15.4 Filtro RC .................................................659
Problemas ......................................................562
15.5 Regulação de tensão com transistor .....661
12. Amplificadores de potência................566 15.6 Reguladores de tensão integrados ........666
12.1 Introdução — Definições e tipos de 15.7 Aplicações práticas ...............................670
amplificadores .....................................566 15.8 Resumo................................................673
12.2 Amplificador classe A com alimentação- 15.9 Análise computacional .........................673
-série ....................................................568
Problemas .......................................................675
12.3 Amplificador classe A com acoplamento
a transformador ...................................571 16. Outros dispositivos de dois terminais .678
12.4 Operação do amplificador classe B .......576 16.1 Introdução ...........................................678
12.5 Circuitos amplificadores classe B ..........580 16.2 Diodos de barreira Schottky (portadores
12.6 Distorção do amplificador ....................585 quentes) ..............................................678
12.7 Dissipação de calor em transistores de 16.3 Diodos varactor (varicap) .....................682
potência ..............................................589
16.4 Células solares......................................685
12.8 Amplificadores classe C e classe D ........592
16.5 Fotodiodos ..........................................690
12.9 Resumo................................................593
16.6 Células fotocondutivas .........................692
12.10 Análise computacional .........................594
16.7 Emissores de IV ....................................692
Problemas .......................................................598
16.8 Displays de cristal líquido .....................694
13. CIs lineares/digitais ............................600 16.9 Termistores ..........................................697
13.1 Introdução ...........................................600 16.10 Diodo túnel .........................................698
13.2 Operação de um CI comparador ..........600 16.11 Resumo................................................702
13.3 Conversores digital-analógico ..............605 Problemas .......................................................703
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x Dispositivos eletrônicos e teoria de circuitos
17. pnpn e outros dispositivos ..................706 B. Fator de ondulação e cálculos de
17.1 Introdução ...........................................706 tensão ............................................745
17.2 Retificador controlado de silício ...........706 B.1 Fator de ondulação de retificador.........745
17.3 Operação básica do retificador controlado B.2 Tensão de ondulação do capacitor de
de silício...............................................707 filtro .....................................................745
17.4 Características e especificações do SCR 709 B.3 Relação de V e V com a
CC m
17.5 Aplicações do SCR ...............................710 ondulação r ..............................................746
17.6 Chave controlada de silício ..................714 B.4 Relação de V (rms) e V com
r m
17.7 Chave com desligamento na porta ......716 a ondulação r .......................................747
17.8 SCR ativado por luz ..............................718 B.5 Relação entre ângulo de condução,
porcentagem de ondulação e I /I para
17.9 Diodo Shockley ....................................718 pico cc
os circuitos retificadores com filtro a
17.10 DIAC ....................................................720
capacitor..............................................748
17.11 TRIAC ..................................................722
17.12 Transistor de unijunção ........................723 C. Tabelas ..............................................750
17.13 Fototransistores ....................................730
D. Soluções para os problemas ímpares
17.14 Optoisoladores ....................................731
selecionados ......................................752
17.15 Transistor de unijunção programável ....734
17.16 Resumo................................................737
Índice remissivo ......................................756
Problemas .......................................................738
A. Parâmetros híbridos — Determinações
gráficas e equações de conversão (exatas
e aproximadas) ..................................741
A.1 Determinação gráfica dos parâmetros h 741
A.2 Equações de conversão exatas .............744
A.3 Equações de conversão aproximadas ...744
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