Apresentação do PowerPoint

Tecnologia em Automação Industrial
2016
ELETRÔNICA II
Aula 03
Revisão: diodos
Prof. Dra. Giovana Tripoloni Tangerino
https://giovanatangerino.wordpress.com
[email protected]
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DIODOS
2
Profa. Dra. Giovana Tripoloni Tangerino
DIODOS
Profa. Dra. Giovana Tripoloni Tangerino
DIODO SEMICONDUTOR
• O diodo é um dispositivo de dois terminais
• É criado pela simples junção de um material do tipo n com outro do tipo p
• Idealmente, o diodo:
• conduz somente em uma única direção
• O sentido definido da corrente convencional para a região de tensão positiva corresponde à ponta da
seta no símbolo do diodo.
• comporta-se de maneira semelhante a uma chave mecânica controlando a corrente que flui
entre seus dois terminais.
• Como chave fechada na região de polarização direta (região de condução).
• Como chave aberta na região de polarização reversa (região de não condução).
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DIODO REAL: CURVA CARACTERÍSTICA
• Equação de Shockley:
• 𝐼𝐷 = 𝐼𝑠 𝑒 𝑉𝐷
𝑛𝑉𝑇
−1
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DIODO IDEAL x REAL
DIODO IDEAL
DIODO REAL
SIMPLIFICADO
Leva em
consideração a
inclinação
devido à
resistência
interna rav
DIODO REAL
LINEAR
Leva em
consideração a
inclinação devido
à resistência
interna rav
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DIODOS ZENER
• Opera na região de polarização reversa na tensão Zener (VZ)
• Variando o nível de dopagem de um diodo de silício, um fabricante pode
produzir diodos Zener com tensões de ruptura de cerca de 2V a valores
acima de 1000V.
• Na região direta: atua como um diodo comum
• Na região de ruptura:
•
•
•
•
VZ: a tensão é quase constante sobre a maior parte da região de ruptura.
IZT: corrente de teste especificada em datasheet.
IZM: corrente máxima reversa.
PZM: portência máxima reversa.
• Aplicação mais comum: regulador de tensão
• Reguladores: circuitos que mantêm a tensão na carga quase constante,
independentemente da alta variação na tensão de linha e na resistência de
carga.
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EXEMPLOS
DIODOS
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Exemplo 1
• Para a configuração em série do diodo da figura
(a), empregando a curva característica do diodo
da figura (b), determine:
• a) 𝑉𝐷 𝑄 e 𝐼𝐷 𝑄
• Lei das tensões de Kirchhoff:
• 𝐸 − 𝑉𝐷 − 𝑉𝑅 = 0
• 𝐸 = 𝑉𝐷 + 𝑉𝑅
• 𝐸 = 𝑉𝐷 + 𝐼𝐷 𝑅
• Para definir a reta de carga:
𝐸
10
• Para 𝑉𝐷 = 0𝑉  𝐼𝐷 = =
= 20𝑚𝐴
𝑅
0,5𝑘
• Para 𝐼𝐷 = 0𝑉  𝑉𝐷 = E = 10V
• A intersecção entre a reta de carga e a curva
característica do diodo define o ponto Q:
• 𝑉𝐷 𝑄 ≅ 0,78𝑉 e 𝐼𝐷 𝑄 ≅18,5mA
• b) 𝑉𝑅
• 𝑉𝑅 =𝐼𝑅 𝑅 = 𝐼𝐷 𝑄 𝑅 = 18,5𝑚𝐴 0,5𝑘Ω = 9,25𝑉
• ou 𝑉𝑅 = 𝐸 − 𝑉𝐷 = 10𝑉 − 0,78𝑉 = 9,22𝑉
• c) 𝑅𝐷 em CC
• 𝑅𝐷 =
𝑉𝐷 𝑄
𝐼𝐷 𝑄
0,78𝑉
= 18,5𝑚𝐴 = 42,16Ω
• Uma vez determinado o ponto Q de CC, o diodo pode
ser substituído por sua resistência equivalente CC
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Exemplo 2
• Repita o exemplo 1 utilizando o modelo
aproximado para o diodo semicondutor
de silício
• a) 𝑉𝐷 𝑄 e 𝐼𝐷 𝑄
• Lei das tensões de Kirchhoff:
• 𝐸 − 𝑉𝐷 − 𝑉𝑅 = 0
• 𝐸 = 𝑉𝐷 + 𝑉𝑅
• 𝐸 = 𝑉𝐷 + 𝐼𝐷 𝑅
• Para definir a reta de carga (continua sendo a mesma):
𝐸
10
• Para 𝑉𝐷 = 0𝑉  𝐼𝐷 = =
= 5𝑚𝐴
𝑅
0,5𝑘
• Para 𝐼𝐷 = 0𝑉  𝑉𝐷 = E = 10V
• A intersecção entre a reta de carga e a curva do modelo aproximado do diodo define o ponto Q:
• 𝑉𝐷 𝑄 ≅ 0,7𝑉 e 𝐼𝐷 𝑄 ≅18,5mA
• b) 𝑉𝑅
• 𝑉𝑅 =𝐼𝑅 𝑅 = 𝐼𝐷 𝑄 𝑅 = 18,5𝑚𝐴 0,5𝑘Ω = 9,25𝑉
• Ou 𝑉𝑅 = 𝐸 − 𝑉𝐷 = 10𝑉 − 0,7𝑉 = 9,3𝑉
• c) 𝑅𝐷 em CC
• 𝑅𝐷 =
𝑉𝐷 𝑄
𝐼𝐷 𝑄
0,7𝑉
= 18,5𝑚𝐴 = 37,84Ω
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Exemplo 3
• Repita o exemplo 1 utilizando o
modelo ideal para o diodo
semicondutor de silício
• a) 𝑉𝐷 𝑄 e 𝐼𝐷 𝑄
• Lei das tensões de Kirchhoff:
• 𝐸 − 𝑉𝐷 − 𝑉𝑅 = 0
• 𝐸 = 𝑉𝐷 + 𝑉𝑅
• 𝐸 = 𝑉𝐷 + 𝐼𝐷 𝑅
• Para definir a reta de carga (continua sendo a mesma):
𝐸
10
• Para 𝑉𝐷 = 0𝑉  𝐼𝐷 = =
= 5𝑚𝐴
𝑅
0,5𝑘
• Para 𝐼𝐷 = 0𝑉  𝑉𝐷 = E = 10V
• A intersecção entre a reta de carga e a curva do modelo aproximado do diodo define o ponto Q:
• 𝑉𝐷 𝑄 ≅ 0𝑉 e 𝐼𝐷 𝑄 ≅20mA
• b) 𝑉𝑅
• 𝑉𝑅 =𝐼𝑅 𝑅 = 𝐼𝐷 𝑄 𝑅 = 20𝑚𝐴 0,5𝑘Ω = 10𝑉
• Ou 𝑉𝑅 = 𝐸 − 𝑉𝐷 = 10𝑉 − 0𝑉 = 10𝑉
• c) 𝑅𝐷 em CC
• 𝑅𝐷 =
𝑉𝐷 𝑄
𝐼𝐷 𝑄
=
0𝑉
20𝐴
=0
• A utilização do modelo ideal do diodo deve ser reservada para os casos em que a função de um diodo é mais
importante do que níveis de tensão que diferem em décimos de volt e para situações em que as tensões aplicadas
são consideravelmente maiores do que a tensão de limiar VK.
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a
Exemplo 4
• Para a configuração do diodo em série como o da figura, determine VD, VR e ID.
• a) VD
• Diodo polarizado diretamente: sentido da corrente estabelecido por E coincide com o
sentido da seta do diodo.
• VD=0,7V.
• b) VR
• 𝑉𝑅 = 𝐸 − 𝑉𝐷 = 8𝑉 − 0,7𝑉 = 7,3𝑉
• c) ID
• 𝐼𝐷 = 𝐼𝑅 =
𝑉𝑅
𝑅
=
7,3𝑉
2,2𝑘Ω
≅ 3,32mA
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Exemplo 5
• Repita o exemplo 4 com o diodo invertido
• Diodo polarizado inversamente: sentido da corrente estabelecido por E não coincide com
o sentido da seta do diodo.
• 𝐼𝐷 = 0𝐴
• 𝑉𝑅 = 𝐼𝑅 𝑅 = 𝐼𝐷 𝑅 = 0 𝑅 = 0𝑉
• 𝑉𝐷 = 𝐸 − 𝑉𝑅 = 8 − 0 = 8𝑉
• Um circuito aberto pode ter qualquer valor de tensão através de seus terminais, mas a
corrente é sempre 0A.
• Um curto-circuito tem um queda de tensão de 0V em seus terminais, mas a corrente é
limitada apenas pelo circuito em questão.
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Exemplo 6
• Para a configuração do diodo em
série da figura determine VD, VR e ID.
• 𝐼𝐷 = 0𝐴
• 𝑉𝑅 = 𝐼𝑅 𝑅 = 𝐼𝐷 𝑅 = 0𝐴 1,2𝑘Ω = 0𝑉
• 𝑉𝐷 = 𝐸 − 𝑉𝑅 = 0,5 − 0 = 0,5𝑉
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Exemplo 7
• Determine Vo e ID para o circuito em série da figura.
• 𝑉𝑜 = 𝐸 − 𝑉𝐾 1 − 𝑉𝐾 2 = 12𝑉 − 0,7 − 1,8𝑉 = 9,5𝑉
• 𝐼𝐷 = 𝐼𝑅 =
𝑉𝑅
𝑅
=
9,5𝑉
680Ω
≅ 13,97mA
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Exemplo 8
• Determine I, V1, V2 e V0, para a configuração
CC em série da figura
𝐸1 +𝐸2 −𝑉𝐷
𝑅1 +𝑅2
10𝑉+5𝑉−0,7𝑉
4,7𝑘Ω+2,2𝑘Ω
14,3𝑉
6,9𝑘Ω
• 𝐼 = 𝐼𝐷 =
=
=
≅
2,07𝑚𝐴
• 𝑉1 = 𝐼𝑅1 = 2,07𝑚𝐴 4,7𝑘Ω = 9,73𝑉
• 𝑉2 = 𝐼𝑅2 = 2,07𝑚𝐴 2,2Ω = 9,73𝑉
• 𝑉0 = 𝑉2 − 𝐸2 = 4,55𝑉 − 5𝑉 = −0,45𝑉
• O sinal de menos indica que Vo tem uma
polaridade oposta à mostrada na figura.
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Exemplo 9
• Determine Vo, I1, ID1 e ID2 para a
configuração do diodo em paralelo.
• Vo =0,7V
• A tensão sobre elementos em paralelo é
sempre a mesma, ou seja, é a mesma sobre o
diodo
• 𝐼1 =
𝐸−𝑉𝐷
𝑅
• 𝐼𝐷1 =
10𝑉−0,7𝑉
=
= 28,28𝑚𝐴
0,33𝑘Ω
𝐼1
28,18𝑚𝐴
𝐼𝐷2 = =
= 14,09𝑚𝐴
2
2
• Esse exemplo indica uma das razões para
que diodos sejam colocados em paralelo.
• Se a corrente nominal dos diodos fosse
apenas 20mA, uma corrente de 28,18mA
danificaria o dispositivo se fosse utilizado
só um para o circuito.
• Colocando os dois em paralelo, limitamos a
corrente a um valor seguro de 14,09mA
com a mesma tensão nos terminais.
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Exemplo 10
• Determine as correntes I1, I2 e ID2 para o circuito da
figura
• nós em paralelo
• 𝐼1 =
𝑉𝐾2
𝑅1
=
0,7𝑉
3,3𝑘Ω
= 0,212𝑚𝐴
• Aplicando as leis das Tensões de Kirchhoff na malha
indicada no sentido horário produz:
• −𝑉2 + 𝐸 − 𝑉𝐾1 −𝑉𝐾2 = 0
• 𝑉2 = 𝐸 − 𝑉𝐾1 −𝑉𝐾2 = 20𝑉 − 0,7𝑉 − 0,7𝑉 = 18,6𝑉
• 𝐼2 =
𝑉2
𝑅2
=
18,6𝑉
5,6𝑘Ω
= 3,32𝑚𝐴
• Pela lei dos nós, no nó inferior a:
• 𝐼𝐷2 + 𝐼1 = 𝐼2
• 𝐼𝐷2 = 𝐼2 − 𝐼1 = 3,32𝑚𝐴 − 0,212𝑚𝐴 = 3,11𝑚𝐴
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