TE 043 CIRCUITOS DE RÁDIO-FREQÜÊNCIA 1 CAPÍTULO 1 INTRODUÇÃO.
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TE 043 CIRCUITOS DE RÁDIO-FREQÜÊNCIA1
CAPÍTULO 1INTRODUÇÃO
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1.1 OBJETIVOS DO CURSO
Objetivo principal: Fornecer ao estudante fundamentos teóricos e aspectos práticos necessários ao projeto de circuitos analógicos que operam em freqüências na faixa de rádio-freqüência (RF) e de microondas (MW).
Responder às seguintes perguntas:
1. A partir de qual freqüência a análise de circuitos convencional se torna inadequada?
2. Que características fazem com que os componentes tenham comportamentos distintos em alta e baixa freqüência ?
3. Qual “nova” teoria de circuitos deve ser empregada?
4. Como essa teoria é aplicada ao projeto de circuitos analógicos de rádio-freqüência?
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TE 043 CIRCUITOS DE RÁDIO-FREQÜÊNCIA3
DIAGRAMA EM BLOCOS DE UM SITEMA DE RF GENÉRICO
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TE 043 CIRCUITOS DE RÁDIO-FREQÜÊNCIA4
CIRCUITO SIMPLIFICADO DE UM AMPLIFICADOR DE POTÊNCIA PARA TELEFONE CELULAR ( 2 GHz)
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TE 043 CIRCUITOS DE RÁDIO-FREQÜÊNCIA5
LAYOUT DA PLACA DE CIRCUITO IMPRESSO DO AMPLIFUICADOR DE POTÊNCIA
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TE 043 CIRCUITOS DE RÁDIO-FREQÜÊNCIA6
1.2 GRANDEZAS E DIMENSÕES
Representação de uma onda eletromagnética
)cos(
)cos(
0
0
ztHH
ztEE
yy
xx
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TE 043 CIRCUITOS DE RÁDIO-FREQÜÊNCIA7
)cos(
)cos(
0
0
ztHH
ztEE
yy
xx
- freqüência angular
- constante de propagação
2
- comprimento de onda
rrrry
x ZH
E 377000
Z0 - impedância intrínseca - permeabilidade - permissividade
1
pv Vp – velocidade de fase
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TE 043 CIRCUITOS DE RÁDIO-FREQÜÊNCIA8
1.3 ESPECTRO DE FREQÜENCIA
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TE 043 CIRCUITOS DE RÁDIO-FREQÜÊNCIA9
1.4 COMPORTAMENTO DE ELEMENTOS PASSIVOS EM RF
Análise convencional de circuitos em corrente alternada
• Resistência (R) independe da freqüência
• Capacitância (C)
• Indutância (L)
CXC
1
LX L
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TE 043 CIRCUITOS DE RÁDIO-FREQÜÊNCIA10
Em alta freqüência um fio de cobre ou uma linha de cobre em um circuito impresso possui uma resistência dependente da freqüência e uma indutância.
Exemplo: Fio de cobre cilíndrico de raio a, comprimento l e condutividade cond tem uma resistência DC
condDC a
lR
2
Em DC toda a seção transversal é usada para a condução de corrente.
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Em AC a corrente tende a fluir mais próxima à superfície do condutor a medida que a freqüência aumenta.
A densidade de corrente é dada por
paJ
prJ
apI
J z1
0
2
onde condjp 2e paJprJ 10 ,
são funções de Bessel de ordem 0 e de primeira ordem respectivamente.
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TE 043 CIRCUITOS DE RÁDIO-FREQÜÊNCIA12
A resistência e a indutância normalizadas em alta freqüência (f>500MHz) são dadas por:
2aRR DC 2aRL DC
21 condf Profundidade pelicular
Para << a
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Densidade de corrente normalizada para um fio de cobre de 1mm de diâmetro.
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TE 043 CIRCUITOS DE RÁDIO-FREQÜÊNCIA15
Aproximação para a densidade de corrente em alta freqüência
raj
z eraj
pIJ
1
2
aa
Ra
RR DCDC 22
2
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TE 043 CIRCUITOS DE RÁDIO-FREQÜÊNCIA16
1.4.1 RESISTORES EM ALTA FREQÜÊNCIA
Tipos de resistores
•Resistores de carbono
•Resistores de fio
•Resistores de filme metálico
•Resistores de filme fino de alumínio ou berílio
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TE 043 CIRCUITOS DE RÁDIO-FREQÜÊNCIA17
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TE 043 CIRCUITOS DE RÁDIO-FREQÜÊNCIA18
Circuitos equivalentes para resistores em alta freqüência
Resistores de filme
Resistores de fio
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TE 043 CIRCUITOS DE RÁDIO-FREQÜÊNCIA19
Exemplo: Determinar a variação da impedância com a freqüência de um resistor de filme metálico de 500, com conexôes de fio de cobre de 2,5 cm de comprimento e raio de 2,032x10-4 m e uma capacitância parasita de 5pF.
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TE 043 CIRCUITOS DE RÁDIO-FREQÜÊNCIA20
1.4.1 CAPACITORES EM ALTA FREQÜÊNCIA
Capacitor de placas planas e paralelasdA
dA
C r
0
Em alta freqüênciaCjG
Ze
1
ss
diele
Cd
Ad
AG
tantan
diels
tan
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TE 043 CIRCUITOS DE RÁDIO-FREQÜÊNCIA21
Exemplo: Determinar a impedância de um capacitor de 47 pF cujo dielétrico é óxido de alumínio (tan s= 10-4) e cujas conexões são de fio de cobre de 2,032x10-4 m de raio e 1,25 cm de comprimento.
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TE 043 CIRCUITOS DE RÁDIO-FREQÜÊNCIA22
Construção de um capacitor cerâmico para montagem em superfície
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TE 043 CIRCUITOS DE RÁDIO-FREQÜÊNCIA23
1.4.1 INDUTORES EM ALTA FREQÜÊNCIA
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Exemplo: Estimar a resposta em freqüência de um indutor formado por 3,5 espiras de fio de cobre de acordo com a figura abaixo.
mmd
mmr
ma
mml
36,0
27,1
5,63
27,1
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TE 043 CIRCUITOS DE RÁDIO-FREQÜÊNCIA26
1.5 COMPONENTES REAIS
1.5.1 RESISTORES
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TE 043 CIRCUITOS DE RÁDIO-FREQÜÊNCIA27
1.5.2 CAPACITORES
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TE 043 CIRCUITOS DE RÁDIO-FREQÜÊNCIA28
1.5.3 INDUTORES