domingo, 6 de fevereiro de 2011

Transistor de Junção Bipolar Estrutura Básica


Transistor de Junção Bipolar Estrutura Básica

O transistor bipolar é um componente eletrônico constituído por materiais semicondutores de silício ou germânio, capaz de atuar como controlador da corrente, o que possibilita o seu uso como amplificador de sinais ou como interruptor eletrônico.


Em qualquer uma das duas funções o transistor encontra ampla aplicação:
-          Amplificador de sinais = equipamentos de som e imagem e controles industriais
-          Interruptor eletrônico = controles industriais, calculadoras e computadores eletrônicos.
O transistor bipolar proporcionou um grande desenvolvimento à eletrônica, devido a sua versatilidade de aplicação, constituindo-se em elemento chave de grande parte dos equipamentos eletrônicos e é o tipo mais comum e mais largamente usado como elemento discreto ( não integrado), sendo chamado bipolar porque nele circulam correntes de portadores majoritários e minoritários ( elétrons e lacunas ).

Tipos de Transistores Bipolares
Os transistores bipolares possuem duas junções PN, formadas pela justaposição de materiais semicondutores tipo P e tipo N e dessa forma obtemos dois tipos de transistores de junção bipolar o tipo NPN fig.1 e o tipo PNP fig.2 conforme figuras abaixo:

                                        fig.1                                                               fig.2

                               Principio e Característica de Funcionamento

Consideremos o transistor NPN, onde temos duas junções, logo se aplicarmos a cada junção uma fonte de tensão teremos quatro únicas possibilidade de polarização do transistor como segue:

a)


Como vimos no estudo da polarização dos diodos, aplicando-se na junção P o terminal positivo da fonte de tensão e na junção N o negativo da fonte o diodo estará diretamente polarizado e invertendo-se a fonte ele estará reversamente polarizado, logo no transistor acima a junção 1-3 através da fonte Ea estará reversamente polarizado e da mesma forma estará a junção 2-3 com Eb, dessa forma precisaremos aplicar uma tensão muito forte nas fontes para que os elétrons rompam a barreira de depleção, mais quando isso se suceder haverá um rompimento da junção e queima do componente, dessa forma o transistor será uma chave aberta não funcionando.
 
Nessas condições a junção 1-2 e 2-3  estarão diretamente polarizada, logo os elétrons são repelidos devido ao negativo da  fonte e por sua vez são atraídos através do terminal 3 pelo positivo das fontes, logo, se aplicarmos uma tensão nas fontes superior a 0,7v o transistor queima, isso significa que ele funciona como uma chave fechada.
A junção 1-3 está diretamente polarizada e a junção 2-3 reversamente polarizada, temos, portanto que os elétrons são repelidos de 1 para 3 devido ao negativo da fonte Ea e os elétrons de 2 são atraídos pelo positivo da fonte Eb acrescido dos elétrons de 1, a menos de uma pequena parcela de elétrons que são atraídos pelo pólo positivo da fonte Ea, como o potencial de Eb > Ea, a grande maioria dos elétrons serão atraídos pela fonte Eb, logo funciona, porém com uma corrente em 2 menor quando comparado com a próxima polarização.
Temos nessa condição uma inversão em relação ao item c, ou seja, 1-3 está reversamente polarizado e 2-3 está diretamente polarizado, logo os elétrons de 2 são repelidos devido ao negativo de Eb  e os elétrons de 1 são atraídos pela fonte Ea acrescido dos elétrons de 2 e somente uma pequena parcela de elétrons que chegam em 3 são atraídos pelo positivo de Eb que tem uma tensão menor que Ea.

Vemos, portanto que o item c e d funcionam de forma idêntica, só que d tem um funcionamento mais adequado, pois tendo 2 uma maior quantidade de elétrons que 1 isso acarreta um maior fluxo de elétrons, portanto uma maior corrente e potência  elétrica. O item c terá um menor fluxo de elétrons e, portanto uma menor potência dissipada, dessa forma sua utilização fica restrito aos circuitos integrados na família TTl.

Voltando ao item d observamos que a camada 2 é quem está emitindo os elétrons e devido a esse fato a mesma é chamada de emissor representado pela letra E, já a camada 1 é quem está recebendo os elétrons, portanto é um coletor de elétrons representado pela letra C e suas dimensões são maiores para dissipar a potência e finalmente a camada intermediária 3 deve ser mais estreita possível para evitar-se a recombinação dos pares elétrons-lacunas e é ela a base de sustentação entre o emissor e o coletor, portanto representada pela letra B de base.

O sentido da corrente elétrica será o convencional, logo contrário ao sentido do fluxo dos elétrons e dessa forma temos:   IE  = IC + IB

Estando as fontes Ea e Eb em paralelo com suas respectivas junções temos: Ea = VCB  e  Eb = BBE , logo VCE = VCB + VBE e ainda a potência dissipada no coletor PC = VCE  x IC


O valor de VBE será [ 0,6V < VBE < 0,7V ], para efeito de cálculo utilizaremos VBE = 0,6V.








  

Introdução à Microcontroladores


Introdução à Microcontroladores
Os microcontroladores são chips inteligentes, que tem um processador, pinos de entradas/saídas e memória. Através da programação dos microcontroladores podemos controlar suas saídas, tendo como referencia as entradas ou um programa interno.
O que diferencia os diversos tipos de microcontroladores são as quantidades de memória interna (programa e dados), velocidade de processamento, quantidade de pinos de entrada/saída (I/O), alimentação, periféricos, arquitetura e set de instruções.

Gravação do PIC


O PROCESSO DE GRAVAÇÃO DE UM PIC
Para podermos escrever (gravar) em um microcontrolador nós vamos precisar de uma gravadora, um software gravador, um compilador e um programa.
· O programa pode ser escrito em assembler. Nele ira conter as informações de configuração do nosso microcontrolador e a lógica do nosso dispositivo. Normalmente usa-se o bloco de notas ou o MPLAB IDE (editor e simulador) para escrever estes programas.
· O compilador vai transformar as informações geradas pelo programa (*.asm) em opcode – códigos operacionais (hexadecimais de 14 bits) e transformar em hexadecimal (*.hex).
· O Software Gravador, vai transmitir as informações hexadecimais geradas pelo compilador de forma correta para o gravador.
· O Gravador converte e organiza os sinais gerados pelo computador, para que eles sejam armazenados no microcontrolador.
Fig. 1.5: PIC Diagrama de Programação

Também podemos simular nossos projetos através do software MPLAB IDE, onde podemos monitorar todos os endereços de memória e possibilita o acompanhamento de todo o sistema, para identificar e solucionar problemas.

Fig. 1.6: MPLAB IDE Print Screen

ESCREVENDO UM PROGRAMA

Fazem parte de um programa para nosso microcontrolador: o tipo do processador (ex. p16f84a), arquivo contendo o set de instruções – comandos (ex. P16f84. inc), o tipo de oscilador e recursos de gravação, as portas que serão de entrada/saída, as variáveis do sistema, os endereços de memória que cada parte do programa vai utilizar, e o mais importante: A lógica de programação.
Segue abaixo um exemplo comentado de programa:


Fig. 1.7:PIC16F84A de acordo com a programação da Fig1.8.


Fig. 1.8: Exemplo de programa PIC.

O COMPILADOR – MPASMWIN
O compilador vai transformar o código fonte do programa em novas instruções sequenciais para o microcontrolador. O mpasmwin encontra-se em versões para windowsn (mpasmwin) e para ms-dos (mpasmdos).
Cada uma das instruções identificara precisamente a função basica que o PIC ira executar. Onde a instrução é representada por um código operativo (do inglês operation code ou abreviadamente opcode) podemos memorizar 14 bits em cada locação da memória EEPROM. Esta memória no PIC16C84 dispõe de 1024 locações e cada uma devera conter uma só instrução. Um exemplo de opcode em notação binaria esta escrito a seguir: 00 0001 0000 0000B.
É mais provavel que um opcode venha representado na notação hexadecimal, ou seja: 0100H.
Este código, completamente sem sentido para nós humanos, é o que o PIC esta preparada para entender. Para facilitar a compreensão ao programador, se recorre a um instrumento e convenção para tornar a instrução mais compreensível.
A primeira convenção é a que associa o opcode (um total de 35 para o PIC16C84) a uma sigla mnemônica, ou seja uma inicial que seja facil de recordar o significado da instrução.
Voltando ao nosso exemplo o opcode 0100H corresponde a instrução mnemônica CLRW que é a forma abreviada da instrução CLEAR WREGISTER, ou seja, zere o registro W. Estes códigos podem ser encontrados dentro do arquivo de biblioteca do compilador, que é invocado pelo programa. No caso este arquivo é o P16C84 (pela linha include “P16C84.INC).




Fig. 1.9: MPASM.

O SOFTWARE GRAVADOR - ICPROG
Através do ic-prog vamos transferir o arquivo gerado pelo compilador (que agora é hexadecimal - *.hex) para a nossa gravadora. Existem varios tipos de gravadoras compatíveis com o icprog. No nosso caso vamos utilizar o tipo JDM. Para isso vá ao menu configurações e na opção Hardware (ou pressione F3) e configure o programa como a figura abaixo:
Fig. 2.0: IC-Prog.
O GRAVADOR DE PIC´S
O gravador é o hardware, que vai converter os impulsos eletrônicos ativados pelo software gravador (ic-prog) na porta seriais/paralela para os pinos do nosso microcontrolador. Esta gravação é feita de forma serial, ou seja, após codificar os comandos em números hexadecimais, agora transcodificamo-os em impulsos elétricos seriais para a gravadora, que vai atingir os níveis de tensões necessários para possibilitar a transferência dos códigos para dentro da memória de dados do PIC.
O princípio de gravação é o mesmo para todas as gravadoras, o que muda é o hardware que o desenvolvedor vai utilizar para garantir segurança para seu computador, seu microcontrolador e sua gravadora.
 Em algumas gravadoras temos a fonte na própria placa e em outras utilizaremos a tensão existente na porta de comunicação do micro (em geral, uns 15mA). Normalmente em uma fonte para a gravadora temos a ponte retificadora, um capacitor de 1000uF-eletrolítico, um de 100nF-eletrolítico, em seguida um LM7805 (TO-220) e um capacitor de 100uF-eletrolítico. Portanto, durante o processo de gravação o pic deve ser alimentado com +5Vcc e ter o GND conectado.
Em determinado momento da gravação precisaremos de um pulso entre 13Vcc e 15Vcc no pino 5 - MCLR (Memory Clear), portanto também teremos uma outra fonte para gerar esta tensão.
 O pino SDA (RB7) transmite e recebe dados. É por este pino que os dados a serem gravados são inseridos ou lidos, conforme o comando selecionado.
O pino SCL (RB6) é o clock de sincronismo das informações.
O grande segredo é saber onde enviar estes pulsos (veja a tabela 3, abaixo):
Tabela 3 : Pulsos de cada pino.
Atenção, apesar dos PIC´s serem praticamente imunes a energia estática e muito resistentes para qualquer ambiente, nunca devemos inserir ou retirar o microcontrolador com a gravadora ligada ou conectada. Para preservação da porta de comunicação com o PC, não devemos remover o cabo durante o processo de gravação ou com o ic-prog aberto. É recomendável que você mantenha sempre o microcontrolador em uma porta soquete (mesa para CI) com furos torneados, aumentando assim a vida útil do microcontrolador.





Arquitetura do PIC


Arquitetura do PIC

Arquitetura Computacional
-CPU = Controle e execução do software
-Memória = Armazena Programa e Dados
-Entrada e Saída = Interface com o mundo externo
-Barramentos:
= De Dados (Data Bus);
= De Endereços (Address Bus);
= De Controle (Control Bus);
= De Programa (Program Bus).
Memórias
-Tipos de memória:
= Memória de programa
= EPROM (Erasable Programmable Read Only Memory);
= ROM (Read Only Memory);
= OTP (One Time Programmable);
= FLASH (EEPROM de acesso rápido);
-Memória de dados:
= RAM (volátil);
= EEPROM (não volátil).
Entrada e Saída
-Os terminais de entrada e saída são divididos em portais (dispositivos de I/O) geralmente de 8 bits;
-Cada terminal pode ser configurado individualmente como entrada ou saída;
-Cada terminal tem capacidade para acionar pequenas cargas.
Interrupções
-Tratamento de emergências;
-São rotinas chamadas por hardware;
-Execução independente do programa principal.
Periféricos
-Timers;
-Temporizadores e contadores;
-PWM;
-Comunicação serial;
-Síncrona (I2C, SPI);
-Assíncrona (RS232);
-Conversor analógico/digital;
-Comparadores analógicos;
-Driver de display de cristal líquido;
-Protocolos indústrias e automobilísticos:
  = RS485 / RS232;
  = CAN;
  = LIN.

O que é PIC?

O PIC (Peripheral Interface Controllers) é um circuito integrado produzido pela Microchip Technology Inc. , que pertence a categoria dos microcontroladores, ou seja, um componente integrado que em um único dispositivo contem todos os circuitos necessários para realizar um completo sistema digital programavel. O pic pode ser visto externamente como um circuito integrado TTL ou CMOS normal, mas internamente dispõe de todos os dispositivos típicos de um sistema microprocessado, ou seja: Uma CPU (Central Processor Unit ou Unidade de Processamento Central) e sua finalidade é interpretar as instruções de programa; Uma memória PROM (Programmable Read Only Memory ou Memória Programável Somente para Leitura) na qual ira memorizar de maneira permanente as instruções do programa; Uma memória RAM (Random Access Memory ou Memória de Acesso Aleatório) utilizada para memorizar as variáveis utilizadas pelo programa; Uma serie de LINHAS de I/O (entrada e saída) para controlar dispositivos externos ou receber pulsos de sensores, chaves, etc. Uma serie de dispositivos auxiliares ao funcionamento, ou seja, gerador de clock, bus, contador, etc. A presença de todos estes dispositivos em um espaço extremamente pequeno, da ao projetista ampla gama de trabalho e enorme vantagem em usar um sistema microprocessado, onde em pouco tempo e com poucos componentes externos podemos fazer o que seria oneroso fazer com circuitos tradicionais. O PIC esta disponível em uma ampla gama de modelos para melhor adaptar-se as exigências de projetos específicos, diferenciando-se pelo numero de linha de I/O e pelo conteúdo do dispositivo. Inicia-se com modelo pequeno identificado pela sigla PIC12Cxx dotado de 8 pinos, até chegar a modelos maiores com sigla PIC17Cxx dotados de 40 pinos. Uma descrição detalhada da tipologia do PIC é disponível no site da Microchip ( www.microchip.com ) , onde conseguimos encontrar grandes e variadas quantidades de informações técnicas, software de apoio, exemplos de aplicações e atualizações disponíveis.

Fig. 1.1: Entradas/Saídas Pic.