formatação final M2-parte1

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O material a seguir é parte de uma das aulas da apostila
de MÓDULO 2 que por sua vez, faz parte do CURSO
de ELETROELETRÔNICA ANALÓGICA -DIGITAL
que vai do MÓDULO 1 ao 4.
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APOSTILA ELÉTRICA-2 E ELETRÔNICA-1
MÓDULO - 2
AULA ANÁLISE DE DEFEITOS EM
DIODOS SEMICONDUTORES
6
Vários tipos de defeitos nos diodos com
resistores em malhas série e paralelas
ANÁLISE DE DEFEITOS COM DIODOS
O diodo pode ser considerado um componente de
analise mais complexa que o resistor, pois em
análise de defeitos poderá apresentar-se aberto,
alterado, em curto e com fuga. Já para os resistores,
basicamente só tínhamos 2 defeitos possíveis:
resistor aberto ou alterado.
Para os diodos essa análise é um pouco mais
“delicada” como veremos a seguir:
Diodo aberto: Este defeito poderá manifestar-se
somente quando o diodo estiver diretamente
polarizado e possuindo entre seus terminais tensão
acima de 0,6V. Neste defeito a junção PN está
interrompida e portanto o diodo se comporta como
uma chave aberta independente de sua
polarização, não permitindo nenhuma circulação de
corrente mesmo se estiver diretamente polarizado
sob qualquer tensão. Este defeito geralmente
ocorre quando o diodo foi submetido a uma
corrente muito “alta” (bem acima de sua corrente
nominal) ou quando for submetido a uma tensão
reversa muito acima do que possa suportar.
Diodo alterado: Este defeito poderá manifestar-se
somente quando o diodo estiver diretamente
polarizado e possuindo entre seus terminais tensão
acima de 0,6V. Apresenta uma degeneração de
seus cristais, fazendo com que o diodo perca suas
características de P e N, sendo que entre seus
terminais apareça uma tensão maior que 0,6V, ou
seja, passa a ter uma determinada resistividade,
que pode chegar de alguns ohms a mais de 100k.
Nesse caso de alterado, a resistência interna não
poderá ser maior que 1Mohm, pois se isso
ocorresse, poderia ser considerado como diodo
aberto.
Diodo em curto: neste defeito os cristais P e N se
recombinaram formando um material condutor de
baixa resistividade; em outras palavras o diodo
passará a funcionar como um resistor de
“baixíssimo” valor (próximo a 0W); com isso o diodo
será um curto, e mesmo reversamente polarizado,
não terá tensão sobre seus terminais (curto total).
ELETRÔNICA
Este defeito também ocorre quando o diodo é
submetido a “fortes” correntes, levando o mesmo ao
aquecimento excessivo, mas não tão forte para
causar ruptura, fazendo assim seu material
estrutural se recombinar.
Diodo com fuga: este defeito manifesta-se na
polarização direta, quando a tensão sobre o diodo é
pouco maior que zero volt e um pouco menor que
0,6V. Também manifesta-se na polarização
reversa, quando o diodo, que deveria ser uma
chave aberta, apresenta determinada resistência
entre seus terminais. Quando a junção PN é
rompida, faz parte dos cristais se recombinem,
ficando com uma constituição parecida com um
resistor que poderá ser de baixo ou alto valor, mas
com características parecidas com um diodo, então
o diodo passará a conduzir corrente elétrica quando
está inversamente polarizado, igual a um resistor,
ou ainda quando estiver diretamente polarizado.
Este defeito ocorre geralmente quando o diodo é
submetido a tensões reversas bem acima da tensão
nominal para a qual foi fabricado.
A seguir temos alguns circuitos com defeito, com
descrições detalhadas de como chegar ao
componente defeituoso. Para mostrar alguns
métodos de análise de defeitos em circuitos com
diodos e resistores, partiremos dos circuitos mais
simples para os mais complexos.
Exemplo1: Na figura 25a, o diodo D1 esta
diretamente polarizado; sua polarização deixaria a
tensão do ponto A com 0,6V acima do terra, ou seja,
0V (terra) + 0,6V (queda do diodo) = 0,6V.
figura 25a
figura 25b
R1
1kW
+10V
A
10V
D1
R1
1kW
Diodo aberto
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D1
65
APOSTILA ELÉTRICA-2 E ELETRÔNICA-1
Mas como pode ser visto, a tensão do ponto A se
encontra com 10V - tensão da fonte - indicando que
D1 não está polarizado, funcionando como uma
chave aberta, mesmo diretamente polarizado,
indicando que D1 está aberto, como ilustra a figura
25b.
Exemplo 2: A figura 26 é o mesmo circuito da figura
25, só que a tensão no ponto A agora é 0V.
Essa tensão de 0V no ponto A, pode ser resultado
de um curto em D1 ou R1 aberto. Este defeito é
muito difícil de ser analisado, e veremos várias
formas de fazer isso:
2a: Na prática, podemos dizer que se observarmos
figura 26
R1
1kW
+10V
A
0V
D1
MÓDULO - 2
figura 27
R1
1kW
+10V
A
0,2V
D1
D1 com fuga
Exemplo 4: Na figura 28, o diodo D1 está
polarizado e podemos notar, que existe sobre o
mesmo uma tensão de 6V, indicando que pelo diodo
está havendo corrente, mas sua condutividade é
menor, ou seja, D1 está alterado, resultando em
uma queda de tensão maior sobre o mesmo.
figura 28
R1
1kW
+10V
D1 em curto
ou R1 aberto
A
6V
D1 alterado
detalhadamente a medição feita na tela do
multímetro, muitas coisas poderemos concluir. Se a
tensão medida, for de zero volt e não varia, temos
uma probabilidade de quase 100% de ser o diodo
em curto. Mas, caso a tensão indicada em zero volt,
produzir pequenas variações, podemos afirmar que
o resistor está aberto. Esta pequena variação que
estamos mencionando, ocorre também quando
temos as pontas do multímetro em aberto,
recebendo pequenas interferências e alterando
levemente a tensão de zero indicada no display.
2b: Neste defeito, levantando D1 e novamente
medindo o ponto A. Caso a tensão seja de 10V, R1
estará bom, mas D1 estará em curto. Caso a tensão
seja de 0V, R1 estará aberto.
2c: Finalmente, poderemos determinar o problema
alterando a referência de medição do multímetro.
Medindo o ponto A temos zero volt, que poderia ser
D1 em curto ou R1 aberto. Mas fica a dúvida.
Colocando agora a ponta vermelha do multímetro
no potencial positivo e a ponta preta no ponto de
medição A, caso a medição resulte em 12V, o diodo
D1 estará em curto. Mas se continuarmos medindo
zero volt, o resistor R1 é que estará aberto.
Exemplo 3: Continuamos com o mesmo circuito
dos exemplos anteriores, agora o diodo D1 da figura
27 está polarizado, o que é normal para as
condições de polarização em que D1 se encontra,
mas sobre ele podemos notar uma tensão de 0,2V,
ou seja, abaixo do normal, indicando que D1 está
com fuga.
66
Exemplo 5: Na figura 29, agora temos um circuito
com 2 resistores e um diodo em série com os
resistores.
Para analisar circuitos com defeitos, devemos
sempre ter o mesmo procedimento, que é de
colocar as tensões sobre os componentes. As
tensões medidas nos pontos A e B nos servem
apenas de instrumento para chegarmos as quedas
de tensões sobre os componentes. NÃO
DEVEMOS calcular as tensões que o circuito teria
caso não estivesse com defeito.
figura 29a
A
R1
1kW
+10V
D1
7,6V
B
7V
R2
1kW
Como o nosso circuito é um circuito série então
basta colocar as tensões e analisar a proporção
entre os resistores e a polarização do diodo, como
pode ser visto na figura 29b.
Sobre R1 temos 2,4V (10V - 7,6V), para marcarmos
a tensão sobre um componente utilizamos uma seta
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ELETRÔNICA
APOSTILA ELÉTRICA-2 E ELETRÔNICA-1
sobre o componente indicando uma diferença de
potencial, cuja a ponta indica o potencial maior (+) e
o início da seta indica o potencial menor (-). Para
marcar a tensão sobre R1 utilizamos uma seta
apontada para cima pois a tensão em cima de R1 é
10V (+) e embaixo de R1 a tensão do ponto A é
7,6V(-) que é a tensão mais negativa. Esta seta de
indicação além de indicar a tensão sobre o
componente também indica o sentido de circulação
da corrente, que será o sentido oposto ao da seta
pois a circulação da corrente elétrica se dá no
sentido do potencial positivo para o negativo.
MÓDULO - 2
Do mesmo modo que analisamos o exemplo
anterior, vamos analisar este exemplo. Em primeiro
lugar, colocar as quedas de tensão sobre os
componentes com as “setas” para indicar as
tensões como já foi explicado no exercício anterior.
figura 30b
+10V
7V
-
+
R1
1kW
2,4V
-
+
0,6V
+
B
-
A
D1
B
R2
1kW
R2
1kW
2,4V
-
7V
A
+
+
+10V
R1
1kW
D1
0,6V
figura 29b
R1 alterado
+
R2 alterado
Voltando a nossa análise do defeito estávamos
colocando as tensões sobre os componentes com
uma seta indicativa para facilitar a análise. R1 tem
2,4V e R2 tem 7V sobre ele (7V – 0V). Já D1 tem
0,6V de queda de tensão. Fazendo a análise,
começaremos com D1, que está diretamente
polarizado (seta de tensão apontada para o anodo)
e a queda de tensão sobre ele é 0,6V indicando que
o diodo deve estar polarizado corretamente; então a
princípio, descartamos um defeito no diodo. Vamos
agora analisar os resistores; como estão em série, a
análise é a mesma feita para circuitos só de
resistores, como visto na apostila de módulo 1, R1
recebe uma tensão de 2,4V e R2 com 7V dando
uma proporção para R3 em torno de 3x, a tensão de
R1 (7V ÷ 2,4V). Como R2, tem o valor igual a de R1
(1kW), então as tensões também deveriam manter a
proporção de 1 para 1, com isto podemos concluir
que R2 está alterado (o que tem a tensão maior),
conforme mostra a figura 29b.
Na figura 30b, temos o mesmo circuito com as
quedas de tensões indicadas pelas “setas”.
Teremos então para R1 uma queda de tensão de 7V
(10V – 3V); em R2 teremos uma queda de tensão de
2,4V (2,4V – 0V), e por fim em D1 teremos 0,6V (3V 2,4V) de queda de tensão, como pode ser visto na
figura 30b.
Vamos começar a análise por D1, que está
polarizado diretamente (tensão maior no anodo,
conforme indica a “seta”) e como está com uma
queda de tensão de 0,6V sobre ele, podemos
considerar que D1 está polarizado normalmente.
Agora continuaremos a análise com os resistores,
R2 tem a menor queda de tensão (2,4V) e será
nossa referência, R1 tem 7V de tensão e
proporcionalmente a R2 será 3x maior que R1 (7V ÷
2,4V); como R2 tem o valor igual a de R1 (1kW).
Então, as tensões sobre eles também deveriam
manter a proporção de 1 para 1, com isto, podemos
concluir que R1 está alterado (o que tem a tensão
maior), conforme mostra a figura 30b.
Exemplo 6: O circuito da figura 30a, é idêntico ao
exemplo anterior, mas com tensões diferentes no
ponto A e B.
Exemplo 7: Neste exemplo também temos o
mesmo circuito dos exemplos anteriores, como
mostra a figura 31a.
Na figura, temos as tensões medidas no circuito
com defeito. Já sabemos que o primeiro passo, para
analisar defeitos, é colocar as tensões sobre os
componentes, como é feito na figura 31b.
Devemos colocar as tensões sobre os
figura 30a
figura 31a
A
R1
1kW
+10V
3V
A
+10V
R1
1kW
D1
D1
B
ELETRÔNICA
B
5V
2,4V
R2
1kW
5V
R2
1kW
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67
APOSTILA ELÉTRICA-2 E ELETRÔNICA-1
componentes, fazendo a diferença entre as tensões
acima e abaixo do componente e marcá-las na
figura com uma seta indicando a tensão mais
positiva (maior potencial).
MÓDULO - 2
figura 32b
R1
10kW
5V
+10V
A
figura 31b
+
+10V
5V
-
+
D1 aberto
R1
1kW
A
5V
5V
D1
R2
10kW
D1 em curto
D1
0V
+
B
R2
1kW
5V
R1 tem 5V sobre ele, já que na parte de cima temos
10V da fonte e na parte debaixo temos 5V no ponta
A, R2 também tem 5V de tensão já que na parte de
cima temos 5V do ponto B e embaixo temos 0V da
“massa”, já D1 não apresenta nenhuma queda de
tensão (0V) já que as tensões do ponto A e B são
iguais a 5V. Começamos a análise justamente D1,
pois não queda de tensão sobre ele, e olhando o
circuito, vamos verificar que tanto R1 como R2
apresentam quedas proporcionais, indicando que
existe corrente circulante. Assim, afirmamos que D1
está em curto, permitindo a passagem de corrente
pela malha sem apresentar 0,6V sobre ele.
está com defeito. Para confirmar que os resistores
não estão com defeito podemos verificar que suas
quedas de tensão são iguais (5V cada) e os seus
valores de resistência também são iguais (10kW),
mantendo a proporção (de 1 para 1), tanto para a
tensão como para a resistência, como pode ser
conferido na figura 31b.
Exemplo 9: Neste exercício, temos um circuito
idêntico ao exemplo anterior, como podemos ver na
figura 33a. Na figura, temos as tensões medidas no
circuito com defeito, onde já sabemos que o
primeiro passo será analisar as tensões sobre os
componentes, como é feito na figura 33b.
figura 33a
R1
10kW
+10V
A
0,2V
Exemplo 8: Neste exemplo temos um circuito
diferente, onde dois resistores estão em série,
sendo que D1 está em paralelo com um dos
resistores (R2).
R2
10kW
D1
figura 32a
+10V
R1
10kW
A
5V
R2
10kW
D1
Na figura, temos as tensões medidas no circuito
com defeito, onde em R1 tem 5V sobre ele, já que
na parte de cima temos 10V da fonte e na parte
debaixo temos 5V no ponto A . No resistor R2,
também há 5V de tensão já que na parte de cima
temos 5V do ponto A e embaixo temos 0V da
“massa”. Consequentemente, D1 também tem 5V
sobre ele, já que está paralelo a R2.
Vemos que D1 está polarizado diretamente, já que a
tensão mais positiva está em seu anodo (ponta da
seta indicadora de tensão). Mas, como esta tensão
de polarização (5V) é maior que 0,6V indica que D1
68
O resistor R1 tem 9,8V sobre ele, já que na parte de
cima temos 10V da fonte e na parte debaixo temos
apenas 0,2V no ponto A . O resistor R2 tem 0,2V de
tensão já que na parte de cima temos 0,2V do ponto
A e embaixo temos 0V da “massa”.
Consequentemente, D1 também tem 0,2V sobre
ele, já que está em paralelo a R2. Podemos ver que
D1, está diretamente polarizado, mas mal
polarizado, já que a tensão mais positiva está em
seu anodo é de somente 0,2V. Podíamos ter aqui,
figura 33b
R1
10kW
9,8V
+10V
R1 alterado
OU
A
D1 C/ fuga
0,2V
0,2V
D1
R2
10kW
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