🎛️ 01 Eletrônica Analógica

Navegação Rápida & Integração Curricular

🏭 Grande Área: 05 Eletrônica, Automação e Controle | 🏠 Hub Central: Hub Principal 📚 Escopo Curricular: Eletrônica Analógica I (Física de Semicondutores, Diodos, TBJ, JFET/MOSFET e Amp-Op Ideal) & Eletrônica Analógica II (Múltiplos Estágios, Cascode, Par Diferencial, Amp-Op CMOS de 2 Estágios, Resposta em Frequência, Efeito Miller, 4 Topologias de Realimentação, Filtros Ativos, Osciladores e Amplificadores de Potência Classes A/B/AB/C/D).


1. Visão Geral da Disciplina

A disciplina de Eletrônica Analógica constitui o pilar fundamental do processamento contínuo de sinais no domínio elétrico e da interface física entre o mundo real (grandezas analógicas como temperatura, pressão, som e luminosidade) e os subsistemas digitais de processamento. Seu escopo estende-se desde a física quântica do estado sólido e transporte de portadores em semicondutores até a síntese e projeto de circuitos integrados analógicos complexos, abrangendo amplificação linear de pequenos e grandes sinais, instrumentação de alta precisão, filtragem seletiva ativa, geração autônoma de sinais senoidais e estágios de potência termicamente compensados.


2. Mapa Estruturado das Aulas (Gold Standard)

A matriz programática desta disciplina foi integralmente estruturada e sintetizada no padrão de excelência acadêmica, contendo modelagem físico-matemática exaustiva, equacionamento rigoroso em KaTeX, esquemáticos e curvas em vetores SVG padronizados na paleta Catppuccin Mocha, cadernos de exercícios da UFPR (TE329) e banco de questões comentadas de concursos públicos federais e ENADE:

AulaTítulo da AulaTópicos Centrais e ModelagemArtefato Vetorial SVG Integrado
01Física dos Semicondutores e DiodosEstrutura cristalina, dopagem , barreira de potencial , equação de Shockley, resistência dinâmica , retificadores meia-onda e onda completa (tap e ponte), cálculo rigoroso de ripple com filtro C, regulação Zener e tunelamento vs avalanche.analogica_aula01_diodos_retificadores_zener_ripple.svg
02Transistor Bipolar de Junção (TBJ)Física de transporte NPN/PNP, modos corte/ativa/saturação, relações e , efeito Early (), polarização estável por divisor resistivo e Thévenin, retas de carga CC e CA, modelos de pequenos sinais (), topologias EC, CC e BC.analogica_aula02_tbj_polarizacao_reta_carga_amplificador.svg
03Transistores de Efeito de Campo (FETs)JFET: estrangulamento , corrente , Shockley quadrático; MOSFET: acúmulo, depleção e inversão, , região triodo vs saturação, modulação de canal , transcondutância , auto-polarização, chaveamento analógico e inversor CMOS.analogica_aula03_mosfet_curvas_polarizacao_pequenos_sinais.svg
04Amplificadores Operacionais, AmpOp CMOS e InstrumentaçãoArquitetura do AmpOp CMOS de Dois Estágios (), compensação por capacitor de Miller (), pole splitting, RHP zero e resistor ; Amp-Op ideal e terra virtual, configurações básicas, Amplificador de Instrumentação (INA), integrador/diferenciador; não-idealidades: , ICMR, PSRR, CMRR, slew rate e .analogica_aula04_ampop_ideal_par_diferencial_instrumentacao.svg
05Filtros Ativos e Osciladores SenoidaisFunções biquadráticas (LP, HP, BP, BS, All-Pass), capacitores chaveados, aproximações de Butterworth e Chebyshev (, cálculo de ordem ), escalonamento ; topologias Sallen-Key, KHN e Tow-Thomas; critério de Barkhausen, controle não-linear AGC a diodos/JFET, Ponte de Wien, Phase-Shift, Colpitts, Hartley, Cristal e Schmitt Trigger.analogica_aula05_filtros_ativos_sallen_key_barkhausen_wien.svg
06Múltiplos Estágios, Par Diferencial, Frequência e RealimentaçãoCascateamento de estágios, espelhos de corrente e topologia Cascode (); Par Diferencial BJT/MOS, meio-circuito diferencial, modo comum com , CMRR e carga ativa em espelho (); resposta em frequência (), Teorema de Miller e ; 4 Topologias de Realimentação (Tensão-Série, Corrente-Série, Tensão-Paralelo, Corrente-Paralelo) e estabilidade de Bode ().analogica_aula06_par_diferencial_miller_topologias_realimentacao.svg
07Amplificadores de Potência e Dimensionamento TérmicoClassificação por ângulo de condução (Classes A, B, AB, C e D) e ; Seguidor de Emissor Classe A (); Push-Pull Complementar Classe B (, máxima dissipação em ) e distorção de crossover; Classe AB com diodos e Multiplicador de , pares Darlington e Sziklai, proteção contra curto e modelagem térmica ().analogica_aula07_amplificadores_potencia_classes_ab_termico.svg

2.1 🕹️ Laboratórios Virtuais Interativos (HTML5 + SVG)

🕹️ Simulador Dinâmico Interativo: Retificadores (Meia-Onda, Tap Central e Graetz), Regulador Zener e Polarização de TBJ (Retas CC/CA)

Laboratório duplo para análise temporal de retificadores com filtro capacitivo e regulação Zener (, pulsos ) e projeto de polarização de TBJ por divisor de tensão com Retas de Carga Estática (CC) e Dinâmica (CA), parâmetros de pequenos sinais () e ceifamento por corte e saturação: 👉 ▶️ Clique para Abrir o Simulador em Tela Cheia no Navegador (Arquivo no cofre: [[simulador_analogica_diodos_retificadores_tbj_reta_carga.html]] — Integrado na Aula 01 e Aula 02)

🕹️ Simulador Dinâmico Interativo: Filtros Ativos Analógicos (Butterworth vs. Chebyshev e Mapa de Polos)

Síntese interativa de filtros ativos de a ordem nas aproximações de Butterworth e Chebyshev Tipo I (), com transformações espectrais (LPF, HPF, BPF e Notch), Diagramas de Bode de Magnitude/Fase, mapa de polos e zeros no plano e dimensionamento Sallen-Key: 👉 ▶️ Clique para Abrir o Simulador em Tela Cheia no Navegador (Arquivo no cofre: [[simulador_filtros_ativos_butterworth_chebyshev_bode.html]] — Integrado na Aula 05 e Aula 06)

🕹️ Simulador Dinâmico Interativo: Amplificadores de Potência (Classes A, B e AB) e Dimensionamento Térmico

Análise temporal de tensão e corrente nos estágios de saída Classes A, B e AB, visualização da Distorção de Crossover, curva parabólica de dissipação nos transistores com atalho para o ponto crítico e cálculo eletro-térmico da temperatura de junção : 👉 ▶️ Clique para Abrir o Simulador em Tela Cheia no Navegador (Arquivo no cofre: [[simulador_amplificadores_potencia_classes_ab_termico.html]] — Integrado na Aula 07)


3. Prontuário de Fórmulas e Equações Canônicas

3.1 Diodos e Retificação

  • Equação de Shockley da Junção:
  • Resistência Dinâmica Incremental:
  • Tensão de Ripple Pico-a-Pico (Filtro Capacitivo):
  • Tensão Contínua Média com Filtro C:

3.2 Transistor Bipolar de Junção (TBJ)

  • Relações de Corrente e Ganho:
  • Polarização por Divisor Thévenin:
  • Condição de Insensibilidade a :
  • Parâmetros Híbrido- de Pequenos Sinais:

3.3 Transistores de Efeito de Campo (MOSFET / JFET)

  • JFET em Saturação (Shockley):
  • MOSFET NMOS em Região Triodo ():
  • MOSFET NMOS em Região de Saturação ():
  • Transcondutância do MOSFET:

3.4 Amplificadores Operacionais, AmpOp CMOS e Instrumentação

  • Amplificador Inversor e Não-Inversor:
  • Amplificador de Instrumentação (INA de 3 Amp-Ops):
  • AmpOp CMOS de Dois Estágios (Ganhos, Compensação de Miller e Anulação do Zero):
  • Largura de Banda e Slew Rate:

3.5 Filtros Ativos e Osciladores

  • Sallen-Key LPF com Componentes Iguais:
  • Aproximações de Butterworth e Chebyshev Tipo I:
  • Escalonamento de Impedância () e Frequência ():
  • Critério de Oscilação de Barkhausen e Ponte de Wien:

3.6 Par Diferencial, Cascode, Teorema de Miller e Realimentação Negativa

  • Impedância de Saída e Ganho do Estágio Cascode:
  • Par Diferencial (Modo Diferencial, Modo Comum, CMRR e Carga Ativa):
  • Teorema de Miller e Frequência de Transição ():
  • Equação Geral da Realimentação Negativa e Impedâncias:

3.7 Amplificadores de Potência (Classes A, B e AB) e Dimensionamento Térmico

  • Seguidor de Emissor Classe A:
  • Estágio Push-Pull Complementar Classe B:
  • Multiplicador de (Classe AB) e Equação Eletro-Térmica de Fourier:

4. Acervo de Apostilas, Slides e Listas de Exercícios Integradas

4.1 Acervo Base de Eletrônica Analógica I

  • O Diodo · Transistor Bipolar de Junção (TBJ) · O Transistor · Amplificadores Operacionais · Introdução aos Sistemas Analógicos · Sistemas de transmissão analógicos e digitais · ABC da Eletrônica 10.

4.2 Acervo de Eletrônica Analógica II (UFPR — TE329 — Profa. Ana Flávia dos Reis)

  • Aulas Teóricas:
    1. 1. Revisão analog I e características não ideiais de Amplificadores
    2. 2. Amplificadores de múltiplos estágios e amplificadores diferenciais
    3. 3. Resposta em frequência
    4. 4. AmpOp CMOS de dois estágios
    5. 5. Realimentação de AmpOps parte I
    6. 6. Realimentação de AmpOps parte II
    7. 7. Filtros analógicos parte I
    8. 8. Filtros analógicos parte II
    9. 9. Amplificadores de Potência
    10. 10. Osciladores
  • Listas de Exercícios e Atividades Práticas:
    • lista_exercicios_parte1 (Múltiplos estágios, Cascode, Espelhos de corrente e Par diferencial)
    • lista_exercicios_parte2 (Diagramas de Bode, Baixa/Alta frequência, Teorema de Miller, AmpOp e 4 Topologias de Realimentação)
    • lista_exercicios_parte3 (Filtros passivos/ativos, Butterworth/Chebyshev, Osciladores RC/LC e Amplificadores de Potência)

5. Integração Multidisciplinar e Conexões no Vault

A disciplina de Eletrônica Analógica atua como a espinha dorsal de condicionamento e controle que conecta os seguintes domínios do conhecimento:

  • 03 Eletrônica Industrial: Conversores chaveados CC-CC (Buck/Boost), pontes tiristorizadas e controle PWM de potência utilizam os princípios de semicondutores e par de disparo.
  • 04 Sistemas Dinâmicos e Controle: Resposta em frequência de malha fechada, margens de ganho e fase e estabilidade de Bode são diretamente aplicados nos amplificadores com realimentação e filtros ativos.
  • 09 Sistemas de Proteção e Medição: Os canais de aquisição de sinal de relés digitais IED utilizam amplificadores de instrumentação e filtros anti-aliasing Sallen-Key analógicos antes da conversão A/D.
  • 02 Eletrônica Digital: A operação de portas lógicas TTL e inversores CMOS fundamenta-se nos estados de chaveamento corte/saturação de TBJs e MOSFETs.

6. Referências Bibliográficas Normativas

  1. SEDRA, Adel S.; SMITH, Kenneth C. Microelectronic Circuits. 7th ed. Oxford: Oxford University Press, 2014.
  2. RAZAVI, Behzad. Fundamentals of Microelectronics. 2nd ed. Hoboken: John Wiley & Sons, 2013.
  3. BOYLESTAD, Robert L.; NASHELSKY, Louis. Dispositivos Eletrônicos e Teoria de Circuitos. 11ª ed. São Paulo: Pearson, 2013.
  4. FRANCO, Sergio. Design with Operational Amplifiers and Analog Integrated Circuits. 4th ed. New York: McGraw-Hill, 2014.
  5. MALVINO, Albert; BATES, David. Eletrônica: Volume 1 e Volume 2. 8ª ed. Porto Alegre: AMGH, 2016.
  6. JAEGER, Richard C.; BLALOCK, Travis N. Microelectronic Circuit Design. 5th ed. New York: McGraw-Hill, 2015.