Aula 3A modelos de diodos

EE530 Eletrônica Básica I
Prof. Fabiano Fruett
3A - Modelos de Diodos
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Conceitos básicos
Modelos e formas de análise
Modelo para pequenos sinais
Regulador de tensão a diodo Exemplo
Modelo do Diodo em Altas
Frequências para Pequenos Sinais *
* Assunto com caráter introdutório
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Diodo Ideal
Símbolo
Circuito Equivalente
Analogia hidráulica
2
1
Característica I versus V de um diodo ideal
R =∞⇒I =
V
=0
R
R =0⇒I =
V
=∞
R
3
Combinação diodo e resistor
Diodo e resistor em série
Polarização direta
Característica I versus V
Polarização reversa
Circuito equivalente
para polarização direta
4
2
Diodo como retificador
Retificador
Retificador com carga
Qual o valor médio das duas formas de onda mostradas acima?
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Cálculo do valor médio da onda retificada
T
Vout , med
1
1
= ∫ Vout ( t ) dt =
T 0
T
=
T /2
∫V
p
sin ω tdt
0
V
1 Vp
T /2
[ − cos ω t ]0 = p
T ω
π
6
3
Circuito diodo-bateria (limitador)
Diodo bateria
Diodo resistor
Diodo, bateria e resistor
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Modelos para um diodo
Modelo ideal
Modelo exponencial
Modelo com queda de tensão constante
8
4
Modelo de segmentos lineares
iD = 0,
v D ≤ VD 0
iD = (v D − VD 0 )/rD ,
v D ≥ VD0
Fonte: Sedra Fig. 3.20 9
Modelo de segmentos lineares
ou modelo de “bateria com resistência”
Fonte: Sedra Fig. 3.21
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5
Afinal, qual modelo utilizar
A questão sobre a escolha do modelo numa
aplicação particular é algo que o projetista
enfrenta repetidamente, não somente com
diodos mas com qualquer elemento de
circuito. O problema está em encontrar um
compromisso adequado entre exatidão e
complexidade. A capacidade de escolher o
modelo apropriado para um dispositivo
aumenta com a prática e com a experiência.
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Exemplo de um circuito com diodo
I D = I S expVD /VT
ID =
VDD − VD
R
I D VD ?
Fonte: Sedra Fig. 3.18 12
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Análise gráfica
ID =
VDD − VD I = I expVD /nVT
= D
S
R
Fonte: Sedra Fig. 3.19 13
Exemplo de análise iterativa
Determine os valores da corrente ID e da tensão VD para o
circuito com VDD = 5 V e R = 1 kΩ. Suponha que a
corrente do diodo é de 1 mA para uma tensão de 0,7 V, e
que a queda de tensão varia de 0,1 V para cada década de
variação na corrente.
V − VD
I D = DD
R
5 − 0, 7
=
= 4, 3 mA
1k
V2 = V1 + 0,1log
I2
I1
 4, 3 
V2 = 0, 7 + 0,1log 

 1 
= 0, 763V
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7
Análise numérica
I D = I S expVD /nVT
I D = I S expVD /nVT
ID = 1 mA e VD = 0,7 V
IS ?
Análise rápida (por inspeção)
A análise rápida usa modelos simplistas para o diodo
Existe uma hierarquia de modelos de diodos,
sendo a escolha do modelo apropriado ditada
pela aplicação.
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Modelo para
pequenos sinais
16
8
Resistência de pequenos sinais ou
resistência incremental
rd =
∆VD VT
=
∆I D I D
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Modelo do diodo para pequenas variações
próximas do ponto de polarização Q.
vD = VD 0 + iD rd
= VD 0 + ( I D + id )rd
= (VD 0 + I D rd ) + id rd
= VD + id rd
VD0 é determinado pelo ponto de polarização e pela resistência incremental
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9
Formas de análise
Circuito com valores cc e de sinal
Análise cc
Substituição do diodo pelo modelo
Análise de sinal
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Regulador de tensão a diodo
Qual o comportamento deste regulador com a temperatura?
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Exercício:
Dimensione os componentes do circuito de modo que VO=3V
quando IL=0. VO varia em 40mV por 1mA de variação na
corrente de carga.
Calcule o valor de R e a seção da junção de cada diodo
(suponha diodos idênticos) em relação a um diodo com queda
de tensão de 0,7 V para 1 mA de corrente.
+15V
R
VO
IL
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Modelo do Diodo em Altas Frequências
para Pequenos Sinais *
Ponto de polarização: ID, VD
rd = VT /I D
Cd = (τ T /VT ) I D , para VD > 0
m
 V 
C j = C j 0 /  1 − D  para VD < 0
 V0 
C j ≅ 2C j 0 , para VD > 0
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Sugestão de estudo
• Razavi, Cap. 3 até seção 3.4
• Sedra/Smith Cap. 3 até seção 3.4
– Exercícios e problemas correspondentes
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