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EE530 Eletrônica Básica I1A – Introdução
Prof. Fabiano Fruett
Introdução
• Eletrônica versusMicroeletrônica
• Exemplo de sistemas microeletrônicos
• Conceitos Básicos– Circuitos Analógicos e Digitais
– Teoremas Básicos
Eletrônica Discreta versusIntegrada (Micro ou nanoeletrônica)
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Por que Integrar?Quais são as vantagens e desvantagens?
Quando e Como integrar?
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Evolução da Eletrônica Integrada19581947 1961 1997
1 transistor 7,5 M transistores
Comparativo e evolução da tecnologia para microprocessadores
8-Core Itanium
3,100,000,000 2012 Intel 32 nm * 544 mm²
62-Core Xeon Phi
5,000,000,000 2012 Intel 22 nm
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Intel 4004 2,300 1971 Intel 10 µm 12 mm²
Nome nº de transistores ano Fabricante Pitch Área de Si
*
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Exemplo de sistemas eletrônicos
• Sistema de monitoramento da pressão em pneus de automóveis
• Câmera Digital
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IE 012 6
Sistema para Monitoramento da pressão dos pneus
Fonte da figura: VW
Produção nacional de veículos em 2012: 3.8 milhões
Mercado potencial: 16 milhões de CIs por ano
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Câmera Digital
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Funcionamento de um fotodiodo
Matriz de Pixels em uma câmera Digital
Uma coluna da Matriz
Conexão do Focal Planar Array (FPA) com o ADC
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Eletrônica Analógica
Eletrônica Digital
Processamento de sinais
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Sinais Analógicos e Sinais Digitais
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Sinal Digital de 100 Mb/s e 1 Gb/s
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Efeito do Ruído em um Sinal Digital
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Amostragem para conversão analógico-digital
Circuito Sample and Hold
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Conversor analógico-digital
0 1 2 10 1 2 12 2 2 ... 2N
ND b b b b −−= + + +
b0 é o bit menos significativo (Least Significant Bit – LSB) ebN-1éo bit mais significativo (Most Significant Bit – MSB).
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Exemplo de aplicação dos conversores de dados:
Sistema de controle
Fonte: R. Tocci and N. Widmer, Digital Systems
Continua em EE610 Eletrônica Digital ...
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Considerações sobre precisão e exatidãoem sistemas analógicos e digitais
Precisão Exatidão
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Precisãovs. Exatidão
exatidão boa precisão pobre
exatidão pobreprecisão boa
exatidão boaprecisão boa
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Precisão e Exatidão
Precisão:É a capacidade do sistema de medida fornecer a mesma leitura quando a mesma quantidade é medida nas mesmas condições (ambiente, operador etc). A precisão não considera a coincidência entre o resultado e o verdadeiro valor da medida.
Exatidão: Considera o desvio entre o valor representado na saída do sistema e o valor ideal ou verdadeiro aplicado em sua entrada.
Quantidade medida
Núm
ero
de
me
dida
s
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Pergunta: Como podemos relacionar precisão e exatidão com sistemas de
medida analógicos e digitais?
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Circuitos Analógicos – Circuitos Digitais e Circuitos MixSignal (AMS)
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Exemplos de circuitos e sistemas AMS:
• Câmera Digital
• DVD Player
• Telefone celular
• RFID tags
• Conversores de sinais (A/D e D/A)
• Transdutores (sensores e atuadores)etc
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Informações importantes aos descrentes da tecnologia analógica
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• A grande maioria dos CIs digitais incorpora circuitos analógicos.
• Os limites dos sinais digitais tem natureza analógica.
• Sensores e Atuadores são, em grande maioria, elementos estritamente analógicos
• Engenheiros eletrônicos analógicos são minoria no mercado, portanto ...
Teoremas Básicos de Circuitos
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Lei das Correntes de Kirchhoff (LCK) ou Lei dos nós
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Lei das Tensões de Kirchhoff (LTK)
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Circuito Equivalente de Thévenin
A 22
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Circuito Equivalente de Norton
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A 24
0SR ≃
+
−( )sv t
SR
( )si tSR
SR ∞≃
Fonte de tensão Fonte de corrente
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Análise de circuitos eletrônicos
Blocos:• Fonte de sinal• Circuito eletrônico• Carga
Exemplo:
• Microfone
• Amplificador
• Alto falante
de sinal
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Fonte
Sinal representado por uma fonte de tensão
Sinal representado poruma fonte de corrente
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CargaElemento que recebe o sinal processado pelo circuito eletrônico; pode ser uma simples associação de componentes passivos ou ser composta por um estágio do circuito
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Circuito eletrônico
Processa o sinal da fonte antes de entregá-lo à carga
Exemplo: Amplificador de tensão
ii
i
vZ
i=
Sinal de entrada nulo
oo
o
vZ
i=
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Exemplo 1.5
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Amplificador de tensão com fonte de sinal de entrada e carga resistiva
Sedra/Smith Fig. 1.17
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Parâmetros relacionados ao ganho
Ganho de tensão decircuito aberto
Ganho de tensão
Ganho de tensão global
o i Lvo
s i s L o
v R RA
v R R R R=
+ +L
ovo
i R
vA
v→∞
≅
o Lv vo
i L o
v RA A
v R R≅ =
+
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Amplificador de corrente
Sedra/Smith Tab. 1.1
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Amplificador de transcondutância
Sedra/Smith Tab. 1.1
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Amplificador de transresistência
Sedra/Smith Tab. 1.1
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Conceitos básicos de análise e projetos de circuitos eletrônicos
Análise: Uma vez conhecidos os valores ecaracterísticas dos componentes do circuito, trata-se da obtenção dos valores de tensão e/ou correntepara estes componentes ou de parâmetros decircuitos, como impedâncias ou ganhos.
Geralmente os modelos de amplificadores sãounilaterais, isto é, o sinal é unidirecional, sócircula da entrada para a saída. Portanto a análiseparte de fonte em direção a carga.
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Projeto
Processo de calcular valores e especificações decomponentes e de escolher dispositivos de formaque os circuitos realizem o processamentonecessário do sinal.
O projeto é feito utilizando-se das equaçõesobtidas durante a análise para obtenção dosvalores dos componentes.
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SimulaçãoA simulação é uma ferramenta valiosa dentro doprocesso de análise e projeto de circuitos. Contudo afidelidade do resultado de simulação depende dosmodelos e parâmetros utilizados. A análise dosresultados de simulação deve ser criteriosa.
A simulação é uma caricatura da realidade
O programa de simulação de circuitos eletrônicosmais utilizado é o PSPICE.
http://www.orcad.com/downloads/demo/default.asp
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Dicas • Os livros Razavi e Sedra/Smith trazem ao final de
cada capítulo alguns exemplos de simulação com PSPICE.
• O livro do Boylestad traz exemplos de análise computacional passo-a-passo.
• Material Complementar (página do curso)– Apostila PSPICE, Prof. Rodrigo Cutri– Pspice Exemplo 1.5 (Sedra), resposta em freq. dos
amplif.
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Sugestão de estudo
• Razavi Cap. 1
• Sedra/Smith quarta edição– Cap. 1, seções 1.1, 1.3, 1.4 e 1.5
– Problemas : 1.1, 1.2, 1.11, 1.15 e 1.16
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FIM