l’ange du foyer / le triomhe du surrealism – max ernst
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L’ange du foyer / Le Triomhe du Surrealism – Max Ernst
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ELETRÔNICA E
MECÂNICA
QUÂNTICA
FÍSICA PARA ENGENHARIA ELÉTRICA
“Near the end of this decade, when they begin enumerating the names of the people who had the greatest impact on the 20th century, the name of John Bardeen, who died last week, has to be near, or perhaps even arguably at, the top of the list... Mr. [sic] Bardeen shared two Nobel Prizes and won numerous other honors. But what greater honor can there be when each of us can look all around us and everywhere see the reminders of a man whose genius has made our lives longer, healthier and better.” – Editorial do Chicago Tribune em 03/02/1991.
José Fernando FragalliDepartamento de Física – Udesc/Joinville
Física para Engenharia Elétrica – Eletrônica e Mecânica Quântica
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1. Introdução
3. A Era da Eletrônica
2. O Nascimento da Eletrônica
5. A Relação entre a Física do Estado Sólido e a Mecânica Quântica
4. A Relação entre a Eletrônica e a Física do Estado Sólido
a. A Válvula Diodob. A Válvula Triodo
a. O transistor
ELETRÔNICA E MECÂNICA QUÂNTICA
Física para Engenharia Elétrica – Eletrônica e Mecânica Quântica
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a) A Eletrônica estuda o comportamento macroscópico dos elétrons nos dispositivos.
1. INTRODUÇÃO
Eletrônica e o comportamento macroscópico dos elétrons
Podemos focar o estudo da eletrônica em vários aspectos, dos quais destacaremos três.
ELETRÔNICA E MECÂNICA QUÂNTICA
Física para Engenharia Elétrica – Eletrônica e Mecânica Quântica
Descrição pictórica do movimento de elétrons em
um fio metálico
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Orbital s
Orbital p
Orbital d
b) A Eletrônica estuda o comportamento microscópico dos elétrons nos dispositivos.
1. INTRODUÇÃO
Eletrônica e o comportamento microscópico dos elétrons
ELETRÔNICA E MECÂNICA QUÂNTICA
Física para Engenharia Elétrica – Eletrônica e Mecânica Quântica
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c) A Eletrônica estuda dispositivos de retificação, amplificação e chaveamento de sinais elétricos.
Diodos Transistores bipolares Transistor MOSFET
1. INTRODUÇÃO
Eletrônica e os vários dispositivos
ELETRÔNICA E MECÂNICA QUÂNTICA
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a) Retificação de Meia-Onda.
1. INTRODUÇÃO
Circuitos de retificação
Os circuitos de retificação podem ser de vários tipos, como mostrados a seguir.
ELETRÔNICA E MECÂNICA QUÂNTICA
Física para Engenharia Elétrica – Eletrônica e Mecânica Quântica
Circuito retificador de meia onda e respectiva transformação do sinal elétrico
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b) Retificação de Onda Completa.
1. INTRODUÇÃO
Mais circuitos de retificação
ELETRÔNICA E MECÂNICA QUÂNTICA
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Circuito retificador de onda completa e respectiva
transformação do sinal elétrico
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1. INTRODUÇÃO
Circuitos de amplificaçãoUma forma de fazer o transistor trabalhar como elemento
de amplificação é com a base comum, como mostrado abaixo.
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Transistor BC547 conectado a um sinal de entrada com base comum à saída
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1. INTRODUÇÃO
Mais circuitos de amplificação
ELETRÔNICA E MECÂNICA QUÂNTICA
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Outra forma de fazer o transistor trabalhar como elemento de amplificação é com a base comum, como mostrado abaixo.
Transistor conectado a um sinal de entrada com base comum à saída
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Abaixo mostramos um tipo de circuito simples que chaveia o sinal elétrico.
1. INTRODUÇÃO
O circuito de chaveamento
Os transistores também podem ser usados em circuitos que chaveiam o sinal elétrico.
ELETRÔNICA E MECÂNICA QUÂNTICA
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Um típico circuito
chaveador usando
transistor e sua reta de
carga
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Fotografia de um circuito integrado construído no Brasil, nos laboratórios da
Escola Politécnica da USP em 1988
a) Microeletrônica: CIRCUITOS INTEGRADOS.
1. INTRODUÇÃO
A microeletrônica
A Eletrônica está tão presente em nossas vidas que seria desnecessário destacar a sua importância.
Ainda assim, ousamos apontar algumas de suas principais aplicações.
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b) Optoeletrônica: LASER DE DIODO.
1. INTRODUÇÃO
Mais aplicações da Mecânica Quântica na Eletrônica
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Constituição de um laser de diodo
Laser de Diodo
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c) Novos materiais: NANOTECNOLOGIA.
1. INTRODUÇÃO
Aplicações da Mecânica Quântica em Novos Materiais
Estruturas alotrópicas do carbono
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1. Introdução
3. A Era da Eletrônica
2. O Nascimento da Eletrônica
5. A Relação entre a Física do Estado Sólido e a Mecânica Quântica
4. A Relação entre a Eletrônica e a Física do Estado Sólido
a. A Válvula Diodob. A Válvula Triodo
a. O transistor
ELETRÔNICA E MECÂNICA QUÂNTICA
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A invenção da válvula diodo se deve a John Ambrose Fleming (1847-1945).
2. O NASCIMENTO DA ELETRÔNICA
O “pai” da EletrônicaPodemos dizer que a Eletrônica “nasceu” em 1905 com a
invenção da válvula diodo.
Fleming foi aluno de James Clerk Maxwell quando este dava aulas de matemática e eletricidade na Cambridge University em 1877.
Fleming foi consultor científico de Marconi na área de radiotelegrafia.John Fleming
ELETRÔNICA E MECÂNICA QUÂNTICA
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Thomas EdisonDispositivo usado por Edison em 1883 para descobrir a Emissão termoiônica
Durante este período, desenvolveu experimentos com o Efeito Edison (emissão termoiônica), que é o efeito básico usado no desenvolvimento da válvula.
2. O NASCIMENTO DA ELETRÔNICA
O que fez Fleming?De 1888 a 1891 trabalhou na Edson Electric Light
Company, empresa de Thomas Alva Edison (1847-1931).
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Esquema de uma válvula simples
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Em 1905 Fleming patenteou a válvula diodo.
2. O NASCIMENTO DA ELETRÔNICA
A patente da válvula diodo
A válvula diodo desenvolvida por Fleming foi usada em rádios receptores e radares por muitas décadas, até que ela fosse sobrepujada pelos diodos e transistores de estado sólido, na década de 1950.
ELETRÔNICA E MECÂNICA QUÂNTICA
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Primeiras válvulas diodo construídas por Fleming
Válvula diodo usada em um rádio receptor
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1. Introdução
3. A Era da Eletrônica
2. O Nascimento da Eletrônica
5. A Relação entre a Física do Estado Sólido e a Mecânica Quântica
4. A Relação entre a Eletrônica e a Física do Estado Sólido
a. A Válvula Diodob. A Válvula Triodo
a. O transistor
ELETRÔNICA E MECÂNICA QUÂNTICA
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A válvula diodo é composta de um filamento e uma placa metálica dentro de um bulbo de vidro.
Muito do ar presente no bulbo é bombeado para fora para obter um vácuo parcial.
2. O NASCIMENTO DA ELETRÔNICA
Esquema de construção da válvula diodo
ELETRÔNICA E MECÂNICA QUÂNTICA
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Constituintes básicos de uma válvula diodo
Exemplo de uma válvula
comercial
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a) Retificador: essencialmente converte um sinal AC em um sinal DC, como esquematizado abaixo.
2. O NASCIMENTO DA ELETRÔNICA
Aplicações da válvula diodo
A válvula diodo é usada em diversas aplicações, às quais destacamos sua ação como retificador e como detector.
ELETRÔNICA E MECÂNICA QUÂNTICA
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Exemplo de válvulas
comerciais Válvula atuando como retificador de sinal elétrico
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b) Detector: neste caso, a válvula obtém o sinal a partir de uma onda portadora modulada, como esquematizado abaixo.
2. O NASCIMENTO DA ELETRÔNICA
Mais aplicações da válvula diodo
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Válvula atuando como detector de sinal elétrico transportado por uma
onda modulada
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Na figura abaixo mostramos um típico circuito de operação onde vemos uma fonte (B), uma válvula e um resistor de carga (RL).
2. O NASCIMENTO DA ELETRÔNICA
Princípio de operação da válvula diodo
Este circuito faz com que uma corrente elétrica e uma diferença de potencial sejam selecionados para a operação junto ao resistor de carga.
ELETRÔNICA E MECÂNICA QUÂNTICA
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Princípio básico de operação de uma válvula diodo
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I: corrente elétrica que circula pela válvula
Curva característica da válvula diodo.
A válvula diodo pode ser modelada unicamente com conceitos da eletrostática.
2. O NASCIMENTO DA ELETRÔNICA
Modelo físico de funcionamento da válvula diodo
Modelar significa obter uma expressão para a curva característica da válvula I(V) a partir de primeiros princípios, isto é, a partir das leis básicas da eletricidade.
VII
V: tensão de polarização da válvulaModelo para uma
válvula diodo
ELETRÔNICA E MECÂNICA QUÂNTICA
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A: área de seção transversal dos eletrodos da válvula
2. O NASCIMENTO DA ELETRÔNICA
Curva característica ideal da válvula diodoAplicamos a Equação de Poisson e o Princípio da
Conservação da Energia para obter a curva característica I(V).
2/32/1
20 2
94 V
me
dAVI
e
d: distância entre o cátodo e o ânodo
2/32
61032,2 VdAVI
0 = 8,8510-12 C2/Nm2
e = 1,60210-19 C
me = 9,10910-31 C
ELETRÔNICA E MECÂNICA QUÂNTICA
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Modelo para uma válvula diodo
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Válvula Ideal
Válvulas reais 5U4 e 1V2
2. O NASCIMENTO DA ELETRÔNICA
Modelo teórico funcionamento prático da válvula diodoAbaixo mostramos a curva característica teórica (à
esquerda) e curvas características de duas válvulas comerciais.
5,1VI
0,245 VI U
1,121 VI V
ELETRÔNICA E MECÂNICA QUÂNTICA
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1. Introdução
3. A Era da Eletrônica
2. O Nascimento da Eletrônica
5. A Relação entre a Física do Estado Sólido e a Mecânica Quântica
4. A Relação entre a Eletrônica e a Física do Estado Sólido
a. A Válvula Diodob. A Válvula Triodo
a. O transistor
ELETRÔNICA E MECÂNICA QUÂNTICA
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Em 1906 Lee De Forest (1873-1961) obteve a patente de um dispositivo de dois eletrodos usado como detector de ondas eletromagnéticas.
2. O NASCIMENTO DA ELETRÔNICA
O “pai” da válvula triodo
Este dispositivo era uma variante da válvula diodo inventada por Fleming em 1904.
Lee De Forest
Em 1907 De Forest obteve a patente de um dispositivo de três eletrodos, muito mais sensível na detecção de ondas eletromagnéticas.
Este dispositivo também foi chamado de “válvula de De Forest” e desde 1919 é conhecido por válvula triodo.
ELETRÔNICA E MECÂNICA QUÂNTICA
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A válvula triodo é obtida a partir da válvula diodo, com a introdução de uma grade colocada entre o cátodo e o ânodo, como pode ser visto na figura abaixo.
2. O NASCIMENTO DA ELETRÔNICA
Esquema de construção da válvula triodo
ELETRÔNICA E MECÂNICA QUÂNTICA
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Constituintes básicos de uma válvula triodo
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A grade introduzida entre o cátodo e o ânodo controla o fluxo de elétrons entre estes dois eletrodos.
2. O NASCIMENTO DA ELETRÔNICA
Funcionamento da válvula diodo
A corrente elétrica que flui pelo circuito varia de acordo com o valor da tensão aplicada entre a grade e o ânodo.
Existe um valor de tensão elétrica acima da qual cessa o fluxo de elétrons através do circuito.
ELETRÔNICA E MECÂNICA QUÂNTICA
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Funcionamento da válvula triodo
![Page 31: L’ange du foyer / Le Triomhe du Surrealism – Max Ernst](https://reader038.vdocuments.mx/reader038/viewer/2022103009/570638591a28abb8238fd0a2/html5/thumbnails/31.jpg)
Abaixo mostramos as curvas características de uma válvula triodo para vários valores de tensão de grade aplicados.
2. O NASCIMENTO DA ELETRÔNICA
Curvas características da válvula triodo
Na mesma figura é apresentada (em linha tracejada) a Lei de Child, que é a curva teórica para a válvula diodo.
ELETRÔNICA E MECÂNICA QUÂNTICA
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Curvas características da válvula triodo 6SN7 para várias tensões
aplicadas à placa
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Abaixo apresentamos algumas desvantagens no uso de válvulas em circuitos elétricos.
a) o seu tamanho: a miniaturização dos dispositivos fica comprometida.
b) a sua fragilidade: o seu invólucro é feito de vidro.
c) o aquecimento em operação: como ela trabalha em alta tensão, a dissipação de energia na forma de calor é grande.
2. O NASCIMENTO DA ELETRÔNICA
Desvantagens do uso das válvulas
ELETRÔNICA E MECÂNICA QUÂNTICA
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Exemplo de válvulas triodos comerciais
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d) a sua vida é curta, se comparada ao do transistor.
e) a sua fabricação é mais dispendiosa do que a do transistor, devido à baixa escala de fabricação.
f) dificuldades técnicas: as válvulas apresentam alto ruído e instabilidade em algumas faixas de frequência, principalmente na região de micro-ondas.
2. O NASCIMENTO DA ELETRÔNICA
Mais desvantagens do uso das válvulas
ELETRÔNICA E MECÂNICA QUÂNTICA
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Esquema interno de uma válvula triodo
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b) o transistor trabalha em uma faixa limitada de potência, enquanto que a válvula trabalha em potências desde W até milhares de W.
c) válvulas apresentam uma vantagem técnica adicional que é o desempenho melhor em altas frequências, se comparada com a de um transistor.
a) válvulas são usadas em situações onde sejam necessárias maiores quantidades de potência.
2. O NASCIMENTO DA ELETRÔNICA
Vantagens do uso das válvulasAbaixo apresentamos algumas vantagens no uso de
válvulas em circuitos elétricos.
ELETRÔNICA E MECÂNICA QUÂNTICA
Física para Engenharia Elétrica – Eletrônica e Mecânica Quântica
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Guglielmo Marconi John Logie Baird
a) Projeto e desenvolvimento dos grandes sistemas de comunicação do Século XX, como o rádio (Guglielmo Marconi, em 1901) e TV (John Logie Baird, em 1926).
2. O NASCIMENTO DA ELETRÔNICA
“Agradecimentos” às válvulasMesmo com as limitações comparadas com a ação dos
atuais transistores, as válvulas foram responsáveis por um enorme avanço tecnológico, alguns deles apontados abaixo.
ELETRÔNICA E MECÂNICA QUÂNTICA
Física para Engenharia Elétrica – Eletrônica e Mecânica Quântica
Exemplo de rádio
Exemplo de TV
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O ENIAC, mostrado em operação ao lado, é composto por 17.468 válvulas e ocupava um galpão imenso. Processava
apenas 5.000 adições, 357 multiplicações e 38 divisões por segundo, bem menos até do que uma calculadora de bolso atual,
das mais simples
b) Projeto e desenvolvimento do primeiro computador eletrônico (valvulado), o ENIAC – ELECTRONIC NUMERICAL INTEGRATOR AND CALCULATOR, em 1946.
2. O NASCIMENTO DA ELETRÔNICA
Mais “agradecimentos” às válvulas
ELETRÔNICA E MECÂNICA QUÂNTICA
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1. Introdução
3. A Era da Eletrônica
2. O Nascimento da Eletrônica
5. A Relação entre a Física do Estado Sólido e a Mecânica Quântica
4. A Relação entre a Eletrônica e a Física do Estado Sólido
a. A Válvula Diodob. A Válvula Triodo
a. O transistor
ELETRÔNICA E MECÂNICA QUÂNTICA
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![Page 38: L’ange du foyer / Le Triomhe du Surrealism – Max Ernst](https://reader038.vdocuments.mx/reader038/viewer/2022103009/570638591a28abb8238fd0a2/html5/thumbnails/38.jpg)
Antes da 2a Guerra Mundial a pesquisa em eletrônica se concentrava no estudo de contatos retificadores para circuitos de rádio-comunicação.
Esquema do Coesor de Branly
3. A ERA DA ELETRÔNICA
Aspectos históricos
ELETRÔNICA E MECÂNICA QUÂNTICA
Física para Engenharia Elétrica – Eletrônica e Mecânica Quântica
Até então este tipo de contato era feito por um dispositivo conhecido como coesor de Branly.
O coesor de Branly funciona quando uma onda eletromagnética ativa o estado condutor de limalhas metálicas.Fotografia do
Coesor de Branly
![Page 39: L’ange du foyer / Le Triomhe du Surrealism – Max Ernst](https://reader038.vdocuments.mx/reader038/viewer/2022103009/570638591a28abb8238fd0a2/html5/thumbnails/39.jpg)
John Bardeen Walter Brattain
Apesar de funcionar, o coesor de Branly apresentava instabilidade, tal que procurou-se por um artefato tecnológico que pudesse funcionar como radar.
O avanço tecnológico entre a 1a e a 2a Guerra Mundial procurou por dispositivos estáveis de estado sólido.
3. A ERA DA ELETRÔNICA
Mais história
ELETRÔNICA E MECÂNICA QUÂNTICA
Física para Engenharia Elétrica – Eletrônica e Mecânica Quântica
Isto culminou com a descoberta do efeito transistor em 1947 por John Bardeen (1908-1991) e Walter Houser Brattain (1902-1987).
![Page 40: L’ange du foyer / Le Triomhe du Surrealism – Max Ernst](https://reader038.vdocuments.mx/reader038/viewer/2022103009/570638591a28abb8238fd0a2/html5/thumbnails/40.jpg)
Primeiro transistor construído por
Bardeen e Brattain
3. A ERA DA ELETRÔNICA
O primeiro transistor
ELETRÔNICA E MECÂNICA QUÂNTICA
Física para Engenharia Elétrica – Eletrônica e Mecânica Quântica
Esta descoberta foi o início de uma nova era, tanto na pesquisa em semicondutores como no desenvolvimento tecnológico.
O primeiro transistor construído por Bardeen e Brattain foi feito apenas com um bloco de germânio (Ge) ligado por contatos metálicos a fontes de tensão.
Esquema constitutivo do
primeiro transistor
![Page 41: L’ange du foyer / Le Triomhe du Surrealism – Max Ernst](https://reader038.vdocuments.mx/reader038/viewer/2022103009/570638591a28abb8238fd0a2/html5/thumbnails/41.jpg)
3. A ERA DA ELETRÔNICA
A contribuição essencial de Shockley
ELETRÔNICA E MECÂNICA QUÂNTICA
Física para Engenharia Elétrica – Eletrônica e Mecânica Quântica
Em 1948 o transistor bipolar tomou a sua atual configuração a partir da contribuição de William Bradford Schockley (1910-1989).
Ao invés do bloco de Ge, Schockley usou o semicondutor dopado com impurezas doadoras (tipo n) e aceitadoras (tipo p), além dos contatos metálicos e fontes de tensão.
William Schockley
Esquema constitutivo do
primeiro transistor
![Page 42: L’ange du foyer / Le Triomhe du Surrealism – Max Ernst](https://reader038.vdocuments.mx/reader038/viewer/2022103009/570638591a28abb8238fd0a2/html5/thumbnails/42.jpg)
1. Introdução
3. A Era da Eletrônica
2. O Nascimento da Eletrônica
5. A Relação entre a Física do Estado Sólido e a Mecânica Quântica
4. A Relação entre a Eletrônica e a Física do Estado Sólido
a. A Válvula Diodob. A Válvula Triodo
a. O transistor
ELETRÔNICA E MECÂNICA QUÂNTICA
Física para Engenharia Elétrica – Eletrônica e Mecânica Quântica
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Pela descoberta e aperfeiçoamento do transistor, Bardeen, Brattain e Shockley ganharam o Prêmio Nobel de Física de 1956.
John Bardeen Walter Brattain
William Schockley
3. A ERA DA ELETRÔNICA
Os inventores do transistor
ELETRÔNICA E MECÂNICA QUÂNTICA
Física para Engenharia Elétrica – Eletrônica e Mecânica Quântica
Como vimos, O transistor foi inventado em duas etapas, por três cientistas: John Bardeen, Walter Brattain e William Schockley.
![Page 44: L’ange du foyer / Le Triomhe du Surrealism – Max Ernst](https://reader038.vdocuments.mx/reader038/viewer/2022103009/570638591a28abb8238fd0a2/html5/thumbnails/44.jpg)
Bardeen e Brattain continuaram seu trabalho na pesquisa básica da Física do Estado Sólido na University of Illinois (Urbana), IL – USA.
Shockley voltou-se para a indústria, criando a empresa Shockley Semiconductor Company , que posteriormente deu origem à Intel.
3. A ERA DA ELETRÔNICA
O destino dos inventores do transistor
ELETRÔNICA E MECÂNICA QUÂNTICA
Física para Engenharia Elétrica – Eletrônica e Mecânica Quântica
![Page 45: L’ange du foyer / Le Triomhe du Surrealism – Max Ernst](https://reader038.vdocuments.mx/reader038/viewer/2022103009/570638591a28abb8238fd0a2/html5/thumbnails/45.jpg)
O transistor foi inicialmente conhecido como “triodo semicondutor”, em analogia à válvula triodo que apresentava a mesma característica de amplificação.
Transistor é uma junção das palavras (em inglês) transfer e resistor, e significa a transferência de corrente elétrica de um circuito a outro.
3. A ERA DA ELETRÔNICA
ELETRÔNICA E MECÂNICA QUÂNTICA
Física para Engenharia Elétrica – Eletrônica e Mecânica Quântica
O efeito transistor
Como vemos, o transistor apresenta três terminais: o coletor (C), a base (B) e o emissor (E).
![Page 46: L’ange du foyer / Le Triomhe du Surrealism – Max Ernst](https://reader038.vdocuments.mx/reader038/viewer/2022103009/570638591a28abb8238fd0a2/html5/thumbnails/46.jpg)
Apesar do grande impacto posterior, a repercussão não foi grandiosa pois não se discutia à época a substituição das válvulas pelos transistores.
3. A ERA DA ELETRÔNICA
Primeiras consequências da invenção do transistor
ELETRÔNICA E MECÂNICA QUÂNTICA
Física para Engenharia Elétrica – Eletrônica e Mecânica Quântica
À título de curiosidade, a descoberta do transistor ocorreu em Dezembro de 1947, e não em Junho de 1948 como frequentemente divulgado.
A divulgação das pesquisas foi retardada durante estes sete meses por problemas relativos à patente.
![Page 47: L’ange du foyer / Le Triomhe du Surrealism – Max Ernst](https://reader038.vdocuments.mx/reader038/viewer/2022103009/570638591a28abb8238fd0a2/html5/thumbnails/47.jpg)
O dispositivo construído por Bardeen e Brattain apresentava problemas com a estabilidade e reprodutibilidade dos contatos elétricos.
Em 1949 Shockley (Bell Labs) aperfeiçoou o transistor de contato de ponto utilizando materiais semicondutores que apresentavam dopagem (impurezas).
3. A ERA DA ELETRÔNICA
Primeiras consequências da invenção do transistor
ELETRÔNICA E MECÂNICA QUÂNTICA
Física para Engenharia Elétrica – Eletrônica e Mecânica Quântica
Como vemos na figura ao lado, no primeiro transistor os contatos elétricos eram feitos com clipes e lâminas de navalha.
![Page 48: L’ange du foyer / Le Triomhe du Surrealism – Max Ernst](https://reader038.vdocuments.mx/reader038/viewer/2022103009/570638591a28abb8238fd0a2/html5/thumbnails/48.jpg)
A grosso modo, o transistor funciona como uma “torneira eletrônica”.
3. A ERA DA ELETRÔNICA
ELETRÔNICA E MECÂNICA QUÂNTICA
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O efeito transistor
No caso do transistor, ele regula a quantidade de corrente elétrica que passa por um circuito.
O transistor pode ser usado tanto como um interruptor digital (chave) como um dispositivo analógico para controlar progressivamente a corrente elétrica em um dispositivo.
![Page 49: L’ange du foyer / Le Triomhe du Surrealism – Max Ernst](https://reader038.vdocuments.mx/reader038/viewer/2022103009/570638591a28abb8238fd0a2/html5/thumbnails/49.jpg)
a) Uma corrente elétrica de controle é aplicada entre o emissor e a base.
3. A ERA DA ELETRÔNICA
O funcionamento do transistor: o papel de Vbe
ELETRÔNICA E MECÂNICA QUÂNTICA
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Veremos agora, passo a passo, como funciona o transistor.
b) Os elétrons são injetados na base através da junção com o emissor (devido a Vbe).
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c) Elétrons fluem através da junção com o coletor para o circuito externo (devido a Vce).
3. A ERA DA ELETRÔNICA
O papel da tensão entre o coletor e a base
ELETRÔNICA E MECÂNICA QUÂNTICA
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d) Quando a voltagem na base varia, a corrente elétrica no circuito externo varia proporcionalmente.
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1. Introdução
3. A Era da Eletrônica
2. O Nascimento da Eletrônica
5. A Relação entre a Física do Estado Sólido e a Mecânica Quântica
4. A Relação entre a Eletrônica e a Física do Estado Sólido
a. A Válvula Diodob. A Válvula Triodo
a. O transistor
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![Page 52: L’ange du foyer / Le Triomhe du Surrealism – Max Ernst](https://reader038.vdocuments.mx/reader038/viewer/2022103009/570638591a28abb8238fd0a2/html5/thumbnails/52.jpg)
Antes do transistor, a eletrônica estava centrada na válvula, que é um dispositivo à vácuo.
Após a invenção do transistor houve uma ênfase no desenvolvimento de dispositivos de Estado Sólido.
Com isso, houve uma mudança no paradigma do desenvolvimento científico e tecnológico.
Aspectos históricos
ELETRÔNICA E MECÂNICA QUÂNTICA
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4. A RELAÇÃO ENTRE A ELETRÔNICA E A FÍSICA DO ESTADO SÓLIDO
![Page 53: L’ange du foyer / Le Triomhe du Surrealism – Max Ernst](https://reader038.vdocuments.mx/reader038/viewer/2022103009/570638591a28abb8238fd0a2/html5/thumbnails/53.jpg)
Antes do transistor 2a Guerra Mundial, Bomba Atômica, Tecnologia Nuclear.
A Guerra Fria
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4. A RELAÇÃO ENTRE A ELETRÔNICA E A FÍSICA DO ESTADO SÓLIDO
![Page 54: L’ange du foyer / Le Triomhe du Surrealism – Max Ernst](https://reader038.vdocuments.mx/reader038/viewer/2022103009/570638591a28abb8238fd0a2/html5/thumbnails/54.jpg)
Grande parte do financiamento à pesquisa foi destinado à compreensão da Física Nuclear....
A prevalência da pesquisa em Física Nuclear
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4. A RELAÇÃO ENTRE A ELETRÔNICA E A FÍSICA DO ESTADO SÓLIDO
![Page 55: L’ange du foyer / Le Triomhe du Surrealism – Max Ernst](https://reader038.vdocuments.mx/reader038/viewer/2022103009/570638591a28abb8238fd0a2/html5/thumbnails/55.jpg)
E à construção de reatores nucleares...
Usinas nucleares
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4. A RELAÇÃO ENTRE A ELETRÔNICA E A FÍSICA DO ESTADO SÓLIDO
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Pensem nas crianças mudas telepáticas Pensem nas meninas cegas inexatas, Pensem nas mulheres rotas alteradas,
Pensem nas feridas como rosas cálidas, Mas não se esqueçam da rosa da rosa, Da rosa de Hiroxima a rosa hereditária, A rosa radioativa estúpida e inválida,
A rosa com cirrose a anti-rosa atômica, Sem cor nem perfume sem rosa sem nada.
Rosa de Hiroxima Vinícius de Morais
E ..... ao desenvolvimento da bomba atômica Guerra Fria.
Os problemas da energia nuclear
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4. A RELAÇÃO ENTRE A ELETRÔNICA E A FÍSICA DO ESTADO SÓLIDO
![Page 57: L’ange du foyer / Le Triomhe du Surrealism – Max Ernst](https://reader038.vdocuments.mx/reader038/viewer/2022103009/570638591a28abb8238fd0a2/html5/thumbnails/57.jpg)
Após o transistor revolução da Eletrônica e da tecnologia em Novos Materiais.
a) Materiais metálicos: ligas metálicas leves.
A mudança de paradigma
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4. A RELAÇÃO ENTRE A ELETRÔNICA E A FÍSICA DO ESTADO SÓLIDO
![Page 58: L’ange du foyer / Le Triomhe du Surrealism – Max Ernst](https://reader038.vdocuments.mx/reader038/viewer/2022103009/570638591a28abb8238fd0a2/html5/thumbnails/58.jpg)
Após o transistor revolução da Eletrônica e da tecnologia em Novos Materiais.
b) Materiais cerâmicos: cerâmica de alto desempenho.
A mudança de paradigma
ELETRÔNICA E MECÂNICA QUÂNTICA
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4. A RELAÇÃO ENTRE A ELETRÔNICA E A FÍSICA DO ESTADO SÓLIDO
ALUMINA
![Page 59: L’ange du foyer / Le Triomhe du Surrealism – Max Ernst](https://reader038.vdocuments.mx/reader038/viewer/2022103009/570638591a28abb8238fd0a2/html5/thumbnails/59.jpg)
Após o transistor revolução da Eletrônica e da tecnologia em Novos Materiais.
c) Materiais poliméricos: plásticos.
A mudança de paradigma
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4. A RELAÇÃO ENTRE A ELETRÔNICA E A FÍSICA DO ESTADO SÓLIDO
![Page 60: L’ange du foyer / Le Triomhe du Surrealism – Max Ernst](https://reader038.vdocuments.mx/reader038/viewer/2022103009/570638591a28abb8238fd0a2/html5/thumbnails/60.jpg)
Após o transistor revolução da Eletrônica e da tecnologia em Novos Materiais.
d) Materiais compósitos.
A mudança de paradigma
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4. A RELAÇÃO ENTRE A ELETRÔNICA E A FÍSICA DO ESTADO SÓLIDO
![Page 61: L’ange du foyer / Le Triomhe du Surrealism – Max Ernst](https://reader038.vdocuments.mx/reader038/viewer/2022103009/570638591a28abb8238fd0a2/html5/thumbnails/61.jpg)
O que estes materiais têm em comum?
1) Todos foram obtidos a partir de um melhor conhecimento da estrutura dos ÁTOMOS que os constituem.
2) Hegemonia da Física Atômica como base para a Física do Estado Sólido.
3) Necessidade de uma ferramenta teórica para melhor compreender o ÁTOMO MECÂNICA QUÂNTICA.
A prevalência da Física Atômica
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4. A RELAÇÃO ENTRE A ELETRÔNICA E A FÍSICA DO ESTADO SÓLIDO
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1) Década de 1940 (1946) Invenção do TRANSISTOR.
O desenvolvimento tecnológico nos anos 1940
ELETRÔNICA E MECÂNICA QUÂNTICA
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4. A RELAÇÃO ENTRE A ELETRÔNICA E A FÍSICA DO ESTADO SÓLIDO
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Jack Kilby Robert Noyce
Fotografia do primeiro circuito
integrado (CI) fabricado pelas
Texas Instrument
Fotografia de um CI moderno.
2) Década de 1950 (1958, Jack Kilby e Robert Noyce, Texas Instrument) Miniaturização (Circuitos Integrados).
O desenvolvimento tecnológico nos anos 1950
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4. A RELAÇÃO ENTRE A ELETRÔNICA E A FÍSICA DO ESTADO SÓLIDO
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Theodore Maiman
Componentes do primeiro laser de
rubi.
3) Década de 1960 Invenção do LASER (LASER de RUBI, por Theodore Maiman em 1960).
O desenvolvimento tecnológico nos anos 1960
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4. A RELAÇÃO ENTRE A ELETRÔNICA E A FÍSICA DO ESTADO SÓLIDO
![Page 65: L’ange du foyer / Le Triomhe du Surrealism – Max Ernst](https://reader038.vdocuments.mx/reader038/viewer/2022103009/570638591a28abb8238fd0a2/html5/thumbnails/65.jpg)
Robert Hall
Comparação entre o tamanho de um laser de diodo e
uma moeda de US$ 0,05.
Laser de diodo de alta potência.
4) Década de 1960 Desenvolvimento do LASER DE DIODO (Robert Hall, 1962).
O desenvolvimento tecnológico nos anos 1960
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4. A RELAÇÃO ENTRE A ELETRÔNICA E A FÍSICA DO ESTADO SÓLIDO
![Page 66: L’ange du foyer / Le Triomhe du Surrealism – Max Ernst](https://reader038.vdocuments.mx/reader038/viewer/2022103009/570638591a28abb8238fd0a2/html5/thumbnails/66.jpg)
Uma pirâmide nada faraônica - Em crescimento por epitaxia por feixes moleculares (MBE – Molecular Beam Epitaxy), átomos de germânio auto-organizaram espontaneamente sobre uma base de silício para formar essa nanopirâmide.
5) Década de 1970 Desenvolvimento de novas tecnologias de obtenção de materiais eletrônicos.
O desenvolvimento tecnológico nos anos 1970
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4. A RELAÇÃO ENTRE A ELETRÔNICA E A FÍSICA DO ESTADO SÓLIDO
![Page 67: L’ange du foyer / Le Triomhe du Surrealism – Max Ernst](https://reader038.vdocuments.mx/reader038/viewer/2022103009/570638591a28abb8238fd0a2/html5/thumbnails/67.jpg)
6) Década de 1980 Desenvolvimento da fibra óptica e a conseqüente nova área das telecomunicações.
O desenvolvimento tecnológico nos anos 1980
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4. A RELAÇÃO ENTRE A ELETRÔNICA E A FÍSICA DO ESTADO SÓLIDO
![Page 68: L’ange du foyer / Le Triomhe du Surrealism – Max Ernst](https://reader038.vdocuments.mx/reader038/viewer/2022103009/570638591a28abb8238fd0a2/html5/thumbnails/68.jpg)
Engenharia na escala atômica - Em 1990, 35 átomos de xenônio foram arranjados sobre uma superfície de níquel para compor o logotipo da IBM. Com manipulação nessa escala, moléculas podem ser fabricadas, ou modificadas, átomo por átomo.
7) Década de 1990 Controle sobre os átomos (Engenharia Atômica).
O desenvolvimento tecnológico nos anos 1990
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4. A RELAÇÃO ENTRE A ELETRÔNICA E A FÍSICA DO ESTADO SÓLIDO
![Page 69: L’ange du foyer / Le Triomhe du Surrealism – Max Ernst](https://reader038.vdocuments.mx/reader038/viewer/2022103009/570638591a28abb8238fd0a2/html5/thumbnails/69.jpg)
Nanotubo de carbono - Folhas de arranjos hexagonais de átomos de carbono se enrolam para formar tubos longos, mas com diâmetro tipicamente entre 1 e 2 nanômetros. As extremidades, não mostradas na figura, são compostas de átomos em arranjo pentagonal. Essa surpreendente "macromolécula" é uma das vedetes da Nanociência & Nanotecnologia.
8) Década de 2000 Hegemonia da Nanociência e da Nanotecnologia.
O desenvolvimento tecnológico nos anos 2000
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4. A RELAÇÃO ENTRE A ELETRÔNICA E A FÍSICA DO ESTADO SÓLIDO
![Page 70: L’ange du foyer / Le Triomhe du Surrealism – Max Ernst](https://reader038.vdocuments.mx/reader038/viewer/2022103009/570638591a28abb8238fd0a2/html5/thumbnails/70.jpg)
9) Década de 2010 Quais serão os próximos passos?
?Novas fontes de energia, engenharia genética,
novíssimos materiais.....
O desenvolvimento tecnológico nos anos 2010
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4. A RELAÇÃO ENTRE A ELETRÔNICA E A FÍSICA DO ESTADO SÓLIDO
![Page 71: L’ange du foyer / Le Triomhe du Surrealism – Max Ernst](https://reader038.vdocuments.mx/reader038/viewer/2022103009/570638591a28abb8238fd0a2/html5/thumbnails/71.jpg)
1. Introdução
3. A Era da Eletrônica
2. O Nascimento da Eletrônica
5. A Relação entre a Física do Estado Sólido e a Mecânica Quântica
4. A Relação entre a Eletrônica e a Física do Estado Sólido
a. A Válvula Diodob. A Válvula Triodo
a. O transistor
ELETRÔNICA E MECÂNICA QUÂNTICA
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![Page 72: L’ange du foyer / Le Triomhe du Surrealism – Max Ernst](https://reader038.vdocuments.mx/reader038/viewer/2022103009/570638591a28abb8238fd0a2/html5/thumbnails/72.jpg)
Modelo atômico de Thomson (pudim
de passas).
Modelo atômico de Rutherford (modelo
planetário).
ÁTOMOS!!!!!!!!
O que é um ÁTOMO????
Os átomos
5. A RELAÇÃO ENTRE A FÍSICA DO ESTADO SÓLIDO E A MECÂNICA QUÂNTICA
ELETRÔNICA E MECÂNICA QUÂNTICA
Física para Engenharia Elétrica – Eletrônica e Mecânica Quântica
![Page 73: L’ange du foyer / Le Triomhe du Surrealism – Max Ernst](https://reader038.vdocuments.mx/reader038/viewer/2022103009/570638591a28abb8238fd0a2/html5/thumbnails/73.jpg)
Modelo atômico de Bohr.
Modelo quântico (orbitais atômicos)
Orbital s. Orbital p.
ÁTOMOS!!!!!!!!O que é um ÁTOMO????
Os modelos atômicos
ELETRÔNICA E MECÂNICA QUÂNTICA
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5. A RELAÇÃO ENTRE A FÍSICA DO ESTADO SÓLIDO E A MECÂNICA QUÂNTICA
![Page 74: L’ange du foyer / Le Triomhe du Surrealism – Max Ernst](https://reader038.vdocuments.mx/reader038/viewer/2022103009/570638591a28abb8238fd0a2/html5/thumbnails/74.jpg)
1) GÁS quase nenhuma interação entre os átomos.
Vapor d’água.
Átomos em estado gasoso
ELETRÔNICA E MECÂNICA QUÂNTICA
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5. A RELAÇÃO ENTRE A FÍSICA DO ESTADO SÓLIDO E A MECÂNICA QUÂNTICA
![Page 75: L’ange du foyer / Le Triomhe du Surrealism – Max Ernst](https://reader038.vdocuments.mx/reader038/viewer/2022103009/570638591a28abb8238fd0a2/html5/thumbnails/75.jpg)
2) LÍQUIDO pouca interação entre os átomos.
Água líquida.
Átomos em estado líquido
ELETRÔNICA E MECÂNICA QUÂNTICA
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5. A RELAÇÃO ENTRE A FÍSICA DO ESTADO SÓLIDO E A MECÂNICA QUÂNTICA
![Page 76: L’ange du foyer / Le Triomhe du Surrealism – Max Ernst](https://reader038.vdocuments.mx/reader038/viewer/2022103009/570638591a28abb8238fd0a2/html5/thumbnails/76.jpg)
3) SÓLIDO grande interação entre os átomos.
Água sólida (gelo).
Átomos em estado sólido
ELETRÔNICA E MECÂNICA QUÂNTICA
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5. A RELAÇÃO ENTRE A FÍSICA DO ESTADO SÓLIDO E A MECÂNICA QUÂNTICA
![Page 77: L’ange du foyer / Le Triomhe du Surrealism – Max Ernst](https://reader038.vdocuments.mx/reader038/viewer/2022103009/570638591a28abb8238fd0a2/html5/thumbnails/77.jpg)
Como compreender os átomos para poder controlar as suas propriedades?
MECÂNICA QUÂNTICA nele!
Mecânica Quântica: qual o seu papel nisso tudo
O papel da Mecânica Quântica no estudo da Física Atômic
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ELETRÔNICA E MECÂNICA QUÂNTICA
Física para Engenharia Elétrica – Eletrônica e Mecânica Quântica
5. A RELAÇÃO ENTRE A FÍSICA DO ESTADO SÓLIDO E A MECÂNICA QUÂNTICA
![Page 78: L’ange du foyer / Le Triomhe du Surrealism – Max Ernst](https://reader038.vdocuments.mx/reader038/viewer/2022103009/570638591a28abb8238fd0a2/html5/thumbnails/78.jpg)
The angel of hearth and home – Max Ernst