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DIODOS

FUNDAMENTOS 12 h. DIODOS. DIODO IDEAL. LIMITAÇÃO DA TENSÃO DIRETA E CORRENTE REVERSA. RETIFICADOR. EXEMPLO 3.1. Considere o circuito a seguir, onde a tensão da bateria é de 12 V e a tensão de pico da senóide é de 24 V.

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Presentation Transcript

  1. FUNDAMENTOS 12 h DIODOS

  2. DIODO IDEAL

  3. LIMITAÇÃO DA TENSÃO DIRETA E CORRENTE REVERSA

  4. RETIFICADOR

  5. EXEMPLO 3.1 Considere o circuito a seguir, onde a tensão da bateria é de 12 V e a tensão de pico da senóide é de 24 V. Determine a fração de tempo de cada ciclo em que o diodo conduz, e também o valor de pico da corrente no diodo e a tensão de polarização reversa máxima sobre o diodo.

  6. EXEMPLO 3.1

  7. EXEMPLO 3.1 O diodo conduz quando vs>12, ou seja 24sin()=12 que tem como solução 1=30° e 2=150° ou seja, conduz durante =2-1=120°, o que representa 1/3 do período. A corrente de pico vale Id=(24-12)/100=0,12 A A tensão reversa máxima é igual a: Vd=12-(-24)=36 V

  8. EXEMPLO 3.2 Determine V e I no circuito com diodos a seguir. Na primeira figura, supondo ambos os diodos conduzindo, temos que: VB=0, V=0, ID2=1 mA e portanto I=1 mA. Na segunda figura, supondo ambos os diodos conduzindo, temos que: VB=0, V=0, ID2=2 mA e I=-1 mA, o que indica que D1 está cortado, e portanto I=0.

  9. EXEMPLO 3.2

  10. EXEMPLO 3.2 Além disso, ID2=20/15k=1,33 mA V=VB=-10+10k1,33m=3,3 V o que confirma o corte de D1.

  11. CARACTERÍSTICA ELÉTRICA DE DIODOS REAIS

  12. CARACTERÍSTICA ELÉTRICA DE DIODOS REAIS Existem 3 regiões distintas: Polarização direta se v>0. Polarização reversa se v<0 Região de ruptura se v<-VZK

  13. REGIÃO DE POLARIZAÇÃO DIRETA Na região de polarização direta: i=IS{exp[v/(nVT)]-1} onde IS é denominada corrente de saturação (da ordem de 10-15 A para pequenos diodos), VT é denominada tensão térmica e 1n2 é uma constante de fabricação do diodo.

  14. REGIÃO DE POLARIZAÇÃO DIRETA A tensão térmica é dada por: VT=kT/q onde k=1,3810-23 J/K, T é a temperatura em K e q=1,610-19 C é a carga de um elétron, que à temperatura ambiente vale: VT25 mV. No sentido direto para i>>IS i=ISexp[v/(nVT)] ou v=nVTln(i/IS)

  15. REGIÃO DE POLARIZAÇÃO DIRETA Para v<0,5 V a corrente é desprezível. Assim, v=0,5 V é denominada tensão de corte. Por outro lado, a queda de tensão de um diodo em condução é v0,7 V. Como IS e VT variam com a temperatura, dada uma corrente constante, a tensão diminui 2 mV para cada °C de aumento da temperatura.

  16. VARIAÇÃO DA TENSÃO COM A TEMPERATURA

  17. REGIÃO DE POLARIZAÇÃO REVERSA Neste caso, v<0 e portanto a exponencial torna-se desprezível perante a unidade, e assim: I -IS Na verdade a corrente reversa é muito maior que a corrente de saturação, podendo alcançar 1 nA, e isto se deve a efeitos de fuga.

  18. REGIÃO DE RUPTURA Ela ocorre quando a tensão reversa for maior que a tensão de ruptura. Neste caso, a corrente aumenta rapidamente para um aumento pequeno na tensão. Se não houver um resistor que limite a corrente, o diodo se destruirá. Observe que nesta região, um diodo pode funcionar como uma fonte de tensão.

  19. ANÁLISE DE CIRCUITO COM DIODOS

  20. ANÁLISE DE CIRCUITO COM DIODOS Podemos escrever duas equações: ID=ISexp(VD/nVT) e ID=(VDD-VD)/R Supondo que IS e n sejam conhecidos, a solução deste sistema não-linear de equações não apresenta forma fechada. Solução: cálculo numérico ou análise gráfica.

  21. ANÁLISE GRÁFICA

  22. MODELO DE SEGMENTOS LINEARES

  23. MODELO DE SEGMENTOS LINEARES Neste caso: iD=0 para vDVD0 ID=(vD-VD0)/rD para vDVD0 onde para o exemplo anterior VD0=0,65 V e rD=20  O modelo de segmentos lineares pode ser modelado pelo circuito a seguir.

  24. MODELO DE SEGMENTOS LINEARES

  25. EXEMPLO 3.5 Obtenha a corrente e a tensão no diodo para o circuito com diodo e resistor mostrado anteriormente utilizando o modelo de segmentos lineares com VD0=0,65 V rD=20  R=1 k

  26. EXEMPLO 3.5

  27. EXEMPLO 3.5 Neste caso, podemos escrever para a corrente no diodo: ID=(VDD-VD0)/(R+rD) ID=(5-0,65)/(1000+20)=4,3 mA A tensão no diodo é dada por: VD=VD0+rDID VD=0,65+204,310-3=0,735 V

  28. MODELO DE QUEDA DE TENSÃO CONSTANTE

  29. MODELO DE QUEDA DE TENSÃO CONSTANTE Neste caso, podemos escrever que: ID=(VDD-VD0)/R onde tipicamente VD0=0,7 V. Para o exemplo anterior: ID=(5-0,7)/1000=4,3 mA

  30. MODELO DE QUEDA DE TENSÃO CONSTANTE

  31. MODELO PARA PEQUENOS SINAIS Considere um diodo polarizado para operar com um sinal em torno do ponto quiescente. A tensão total no diodo é dada por: vD(t)=VD+vd(t) A corrente instantânea pode ser escrita como: iD(t)=ISexp[(VD+vd)/nVT] iD(t)=ISexp(VD/nVT)exp(vd/nVT) iD(t)=IDexp(vd/nVT)

  32. MODELO PARA PEQUENOS SINAIS

  33. MODELO PARA PEQUENOS SINAIS Supondo que vd/nVT<<1, podemos aproximar a exponencial pelos dois primeiros termos de sua série de Taylor: iD(t)=ID(1+vd/nVT) iD(t)=ID+(ID/nVT)vd iD(t)=ID+id onde id=vd/rd

  34. MODELO PARA PEQUENOS SINAIS E portanto, rd=nVT/ID Ou seja a resistência dinâmica é inversamente proporcional à corrente. E portanto, vD(t)=VD+rdid De onde, tiramos o modelo circuital a seguir.

  35. MODELO PARA PEQUENOS SINAIS

  36. CIRCUITOS EQUIVALENTES PARA PEQUENOS SINAIS

  37. EXEMPLO 3.6 Considere o circuito a seguir, no qual a fonte de tensão V+ tem um valor DC de 10 V, sobreposto a uma ondulação senoidal de 60 Hz de 1 V de pico. Calcule a amplitude do sinal senoidal sobre o diodo. Suponha que VD=0,7 V, R=10 k e n=2.

  38. EXEMPLO 3.6

  39. EXEMPLO 3.6 Do ponto de vista DC, ID=(10-0,7)/10=0,93 mA A resistência dinâmica é dada por: rd=nVT/ID=225/0,93=53,8  A tensão senoidal sobre o diodo vale: vd=v+rd/(rd+R)=5,4 mV e que por ser pequeno (<< 10 mV) justifica a aplicação do modelo de pequenos sinais.

  40. DIODOS ZENER

  41. MODELO PARA O DIODO ZENER Um diodo zener na região de ruptura pode ser modelado por: VZ=VZ0+rzIZ para IZIZK onde VZ0 é o ponto em que a curva do zener intercepta o eixo de tensão, e rz representa a inclinação daquela curva.

  42. MODELO PARA O DIODO ZENER

  43. EXEMPLO 3.8 Seja o circuito da figura a seguir, onde um diodo zener é utilizado. A tensão de zener VZ=6,8 V é obtida para uma corrente de zener IZ=5 mA, com rz=20  e IZK=0,2 mA. A fonte de alimentação V+=101 V. Determine VO sem carga usando V+ nominal. Calcule a variação de VO resultante da variação de 1 V em V+.

  44. EXEMPLO 3.8 Calcule a variação em VO resultante da conexão de uma carga de RL=2 k. Calcule a variação em VO quando RL=0,5 k. Qual o valor mínimo de RL para o diodo continuar a operar na região de ruptura.

  45. EXEMPLO 3.8

  46. EXEMPLO 3.8 Podemos determinar inicialmente, VZ0=VZ-rzIZ=6,8-20510-3=6,7 V Sem carga, temos que IZ=(V+-VZ0)/(R+rz)=(10-6,7)/520=6,3 mA Portanto, VO=VZ0+IZrz=6,7+6,310-320=6,83 V Para uma variação V+=1 V, temos que VO=V+rz/(rz+R)=120/520=38,5 mV

  47. EXEMPLO 3.8 Uma carga de 2 k vai drenar aproximadamente 3,4 mA, portanto VO=rzIZ=-203,410-3=-68 mV Uma carga de 500  vai drenar aproximadamente 13,6 mA, o que não é possível, pois a corrente pelo resistor é de apenas 6,4 mA. Neste caso o zener estará cortado e a tensão de saída será dada por VO=V+RL/(R+RL)=10/2=5 V o que confirma o corte do zener.

  48. EXEMPLO 3.8 Para o zener operar com corrente IZK=0,2 mA, temos que VZ=VZKVZ0=6,7 V. Neste caso, a corrente de pior caso que passa por R é (9-6,7)/0,5=4,6 mA, e portanto a corrente que sobra na carga é 4,6-0,2=4,4 mA. Portanto, RL=6,7/4,4=1,5 k.

  49. PROJETO DE REGULADOR ZENER Considere o regulador com zener a seguir. O regulador é alimentado com uma tensão que possui uma grande ondulação. A função do regulador é fornecer uma tensão de saída que seja a mais constante possível, independente de: Tensão de Entrada Variações da carga. Ondulação da tensão de entrada.

  50. PROJETO DE REGULADOR ZENER

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