Operação Física dos Diodos - Engenharia Eletrica
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Sumário Diodos • Circuitos Retificadores • Circuitos Limitadores e Grampeadores • Operação Física dos Diodos TE214 Fundamentos da Eletrônica Engenharia Elétrica Circuitos Retificadores • O diodo retificador converte a senóide de entrada em uma saída unipolar. Circuitos Retificadores: Meia Onda • Retificador de meia onda: utiliza metade dos ciclos da senóide de entrada. vO 0, vO vS VD 0 R R vS VD 0 , R rD R rD vS VD 0 • Em muitas aplicações temos rD << R, logo: vO vS VD 0 VD0= 0,7V Circuitos Retificadores: Meia Onda Circuitos Retificadores: Meia Onda • Na escolha dos diodos: – Capacidade de condução do diodo: maior corrente que ele pode conduzir – Tensão de pico inversa (PIV): tensão que deve suportar sem entrar na região de ruptura • Para o exemplo temos PIV = VS • Normalmente escolhemos um diodo que suporte 50% a mais do valor esperado para PIV Circuitos Retificadores: Onda Completa • Retificador de onda completa: utiliza ambos os semiciclos da senóide de entrada “inverte” o semiciclo negativo da onda senoidal! • Quando a tensão de entrada é positiva (semiciclo positivo), VS é positiva, logo 1. Diodo D1 conduz 2. Diodo D2 “cortado” (inversamente polarizado) • Quando a tensão de entrada é negativa (semiciclo negativo), VS é negativa, logo 1. Diodo D1 “cortado” (inversamente polarizado) 2. Diodo D2 conduz, Circuitos Retificadores: Onda Completa PIV = 2VS - VD • A corrente circula por R sempre no mesmo sentido Circuitos Retificadores: Ponte • • Circuitos Retificadores: Ponte Retificador em ponte: Implementação alternativa do retificador de onda completa. Quando a tensão de entrada é positiva (semiciclo positivo), a tensão VS é positiva, logo 1. Diodos D1 e D2 conduzem 2. Diodos D3 e D4“cortados” (inversamente polarizados) • Quando a tensão de entrada é negativa (semiciclo negativo), a tensão VS é negativa, logo 1. Diodos D1 e D2 “cortados” (inversamente polarizados) 2. Diodos D3 e D4 conduzem Retificador com Capacitor de Filtro • Capacitor em paralelo com a carga variação na tensão de saída. • Durante ambos os semiciclos, a corrente circula por R no mesmo sentido PIV = VS - VD Retificador com Capacitor de Filtro reduz a Retificador com Capacitor de Filtro Circuitos Retificadores: Resumo Circuitos Retificadores: Resumo Circuitos Limitadores • Aplicação em circuitos de proteção. Característica de transferência geral para um circuito limitador Em geral k 1 Se vI exceder o limiar superior (L+/K) ou o limiar inferior (L-/K) a tensão de saída será limitada a L+ e L- respectivamente. Circuitos Limitadores • Limitadores implementados combinando diodos e resistores. Circuitos Grampeadores • Circuito restaurador de cc. vO vI vC • Limitadores simples e duplos Circuitos Grampeadores Operação Física dos Diodos • Compreender a física do dispositivo que proporciona as características observadas entre seus terminais. Operação Física dos Diodos • O diodo é uma junção pn. • Material semicondutor (silício) tipo p posto em contato com uma material semicondutor tipo n. • Regiões p e n fazem parte de um mesmo cristal de silício. • São criadas duas regiões com “dopagens” diferentes. Operação Física dos Diodos • Sílício Intrínseco (Cristal 2D) Círculos: núcleo átomos de silício. +4 indica sua carga positiva de +4q, que é neutralizada pelos 4 elétrons da camada de valência. Ligações covalentes são formadas pelo compartilhamento dos elétrons pelos átomos vizinhos. Em 0 K, todas as ligações estão completas e não há elétrons livres para condução de corrente. Operação Física dos Diodos • Difusão e Deriva: – Mecanismos pelos quais elétrons e lacunas se movem através de um cristal de silício. Em temperatura ambiente, alguns ligações covalente se rompem pela ionização térmica. Cada ligação rompida dá origem a um elétron livre e a uma lacuna. Ambos se tornam disponíveis para a condução de corrente elétrica. Operação Física dos Diodos • Semicondutores Dopados: – Cristal de silício tem concentrações iguais de elétrons e lacunas. – Silício Dopado: um dos materiais predomina (lacunas ou elétrons). – Corrente de difusão: gerada pela concentração de elétrons livres em uma região. • Tipo n: silício dopado onde portadores majoritários são elétrons (-). • Tipo p: silício dopado onde portadores majoritários são lacunas (+). – Como é feita a dopagem? – Corrente de deriva: gerada por um campo elétrico que acelera elétrons e lacunas. Introduz átomos de impurezas! • Elemento pentavalente fósforo Silício tipo n • Elemento trivalente boro Silício tipo p Operação Física dos Diodos Operação Física dos Diodos • Semicondutores Dopados: • Junção pn “aberta” – Corrente de Difusão: ID (portadores majoritários) – Região de Depleção: cargas não neutralizadas pelos elétrons/lacunas livres. • Dá origem a um campo elétrico – Corrente de Deriva: IS (portadores minoritários) Operação Física dos Diodos Operação Física dos Diodos • Junção pn “polarizada inversamente” • Junção pn “ruptura” – Corrente I : elétrons circulando de n para p. – Corrente I : elétrons circulando de n para p. • Movimenta as lacunas de p para n. • Provoca aumento das cargas fixas positivas • Provoca aumento das cargas fixas negativas Aumenta a largura da camada de depleção Aumenta a tensão da barreira Aumenta a largura da camada de depleção I<IS I>IS Operação Física dos Diodos • Junção pn “polarização direta” – Corrente I : fornecimento de portadores majoritários em ambos os lados da junção. • Neutralizam algumas cargas fixas Diminui a largura da camada de depleção Diminui a tensão da barreira
