Aula 3 - Diodos
Transcript of Aula 3 - Diodos
-
8/16/2019 Aula 3 - Diodos
1/30
Aula 3 – Diodos
Engenharia Mecânica – Ênfase: Mecatrônica
Disciplina: Eletrônica Analógica e Digital
Prof. Marcio Zancheta
-
8/16/2019 Aula 3 - Diodos
2/30
2
Sumário
Símbolo de um diodo: identificação do anodo e catodo
Curva característica do diodo
Análise do diodo ideal
Descrição da segunda aproximação
Descrição da terceira aproximação
Resistência de Corpo do Diodo, Resistência CC (direta e reversa)
Reta de Carga e Ponto Quiescente
Referência: Capitulo 3 – Eletrônica Vol. 1 - Malvino
-
8/16/2019 Aula 3 - Diodos
3/30
Introdução
Resistor: dispositivo linear pois o gráfico da corrente x tensão é umareta.
Diodo: dispositivo não-linear.
O gráfico não é uma reta devido a barreira de potencial (B.P.):• Tensão no diodo menor que B.P.: corrente é baixa
• Tensão no diodo maior que B.P.: corrente aumenta rapidamente.
3
Objetivos desta aula: conhecer e entender as características defuncionamento dos diodos.
-
8/16/2019 Aula 3 - Diodos
4/30
Símbolo e Tipos de Encapsulamento
4
O lado p é chamado de anodo (A) e o lado n é o catodo (K). Encapsulamentos: a maioria identifica o catodo com uma faixa.
-
8/16/2019 Aula 3 - Diodos
5/30
Circuito com Diodo
5
Polarização direta:
conduz uma corrente
de anodo para o catodo.
Polarização reversa:
não conduz corrente.
A corrente é limitada por um resistor.
Circuito complexo: pode-se usar Teorema de Thevenin para determinarse está diretamente polarizado.
-
8/16/2019 Aula 3 - Diodos
6/30
Curva Característica do Diodo
6
Região direta: quando o diodo está polarizado diretamente, sóhá aumento da corrente quando a tensão no diodo for maior doque a barreira de potencial (Aproximadamente igual a 0,7 V).
(para diodo de Silício)
-
8/16/2019 Aula 3 - Diodos
7/30
Curva Característica do Diodo II
7
Região inversa: o diodo está polarizado reversamente.
Só há corrente quando a tensão no diodo atingir a tensão deruptura. Depois a “avalanche” produz uma corrente inversa altadestruindo o diodo.
-
8/16/2019 Aula 3 - Diodos
8/30
Resistência de Corpo do Diodo
8
Acima da barreira de potencial a corrente aumenta rapidamente.
O que impede a passagem de corrente é a resistência ôhmica dasregiões p e n que formam a resistência de corpo ( ) do diodo.
A resistência de corpo depende do tamanho das regiões p e n e de
quanto elas são dopadas.
Em geral, esse valor é menor que 1.
-
8/16/2019 Aula 3 - Diodos
9/30
Corrente Máxima e Dissipação de Potência
9
Corrente Direta Máxima: Se a corrente for muito alta, o calor excessivo pode destruí-lo.
O fabricante especifica a corrente direta máxima ( ) que umdiodo pode conduzir com segurança sem diminuir a vida útil oudegradar suas características.
Exemplo: o diodo 1N456 tem uma corrente direta de 135 mA.
Dissipação de Potência de um diodo:
Pode ser calculada de forma similar a um resistor:
Potência nominal: é a potência máxima que um diodo pode dissiparseguramente sem diminuir sua vida útil ou degradar suas propriedades:
-
8/16/2019 Aula 3 - Diodos
10/30
Exemplo 1
10
O diodo está polarizado diretamente ou reversamente?
Solução: para facilitar a análise, visualize o circuito equivalente deThevenin alimentando o diodo entre os pontos A e B:
Portanto, o diodo estápolarizado diretamente
-
8/16/2019 Aula 3 - Diodos
11/30
Problema 1
11
Os diodos estão polarizados direta ou reversamente? Explique.
-
8/16/2019 Aula 3 - Diodos
12/30
Exemplo 2
12
Um diodo tem uma potência nominal de 5 W. Se a tensão no diodo forde 1,2 V e a corrente de 1,75 A, qual a dissipação de potência? O diodoqueimará?
Solução:
Esse valor é menor do que a potência nominal do diodo logo, não queimará.
Problema 2:Em relação ao Exemplo 2, qual é a dissipação de potência se a tensão nodiodo for de 1,1 V e a corrente de 2 A?
-
8/16/2019 Aula 3 - Diodos
13/30
Gráfico detalhado da região direta
13
Solução exata: A corrente é aproximadamente zero
até a tensão no diodo atingir abarreira de potencial.
Nas proximidades de 0,6 a 0,7 V, acorrente no diodo aumenta.
Acima de 0,8 V, o gráfico é quase
linear.
A maioria das vezes não será necessário uma solução exata,
por isso, podemos usar aproximações.
-
8/16/2019 Aula 3 - Diodos
14/30
Diodo Ideal (1ª aproximação) Facilita a análise para verificação de defeitos.
O diodo ideal funciona como uma chave:
14
-
8/16/2019 Aula 3 - Diodos
15/30
Exemplo 3
15
Use o diodo ideal para calcular a tensão e a corrente na carga:
Solução: como ele está polarizado diretamente, ele é equivalente a umachave fechada, sendo assim:.
Com a lei de Ohm, a corrente na carga é:
Problema 3:
Considerando o exemplo 3, calcule a corrente ideal na carga se a fonte detensão for de 5 V.
-
8/16/2019 Aula 3 - Diodos
16/30
Exemplo 4
16
Calcule a tensão e a corrente na carga usando um diodo ideal:
Solução: uma forma de resolver é aplicando o teorema de Thevenin no
circuito à esquerda do diodo. Para cálculo de , considera-se o valor dafonte igual a zero:
A tensão é calculada da seguinte forma:
-
8/16/2019 Aula 3 - Diodos
17/30
Exemplo 4 (continuação)
17
A figura mostra o circuito equivalente de Thevenin alimentando o diodo:
Com o circuito em série é possível verificar que o diodo está polarizadodiretamente. Visualizando o diodo como uma chave fechada, temos:
Problema 4: A partir do exemplo 4, mude a tensão da fonte de 36 V para18 V e calcule a tensão e a corrente na carga considerando o diodo ideal.
-
8/16/2019 Aula 3 - Diodos
18/30
Segunda Aproximação Casos em que há necessidade de maior precisão nos valores de
corrente e tensão na carga.
18
Só existirá corrente quando a tensão no diodo for maior que 0,7 V.
A partir deste ponto o diodo passa a conduzir na polarização direta.
-
8/16/2019 Aula 3 - Diodos
19/30
Exemplo 5 Use a segunda aproximação para calcular a tensão e corrente na
carga e a potência no diodo:
19
Solução: como o diodo está polarizado diretamente, ele é equivalente auma bateria de 0,7 V. Sendo assim, temos:
A potência no diodo é:
Problema 5: Usando o circuito acima, mude a fonte de tensão
para 5 V e calcule a nova tensão na carga, corrente e potência.
-
8/16/2019 Aula 3 - Diodos
20/30
Exemplo 6 Calcule a tensão e a corrente na carga e a potência no diodo usando a
2ª aproximação.
20
Solução: similar ao exemplo 4, é possível determinar o circuito equivalentede Thevenin:
Como a tensão no diodo é 0,7 V, a corrente na carga é:
-
8/16/2019 Aula 3 - Diodos
21/30
Exemplo 6 (continuação)
A tensão na carga é: e a potência no diodo é:
21
Problema 6: Repita o exemplo 6 usando 18 V para a fonte dealimentação.
-
8/16/2019 Aula 3 - Diodos
22/30
Terceira Aproximação
22
A resistência de corpo ( ) é incluída.
Após o diodo de silicio entrar em condução, a tensão aumentalinearmente com o aumento da corrente.
Circuito equivalente: uma chave em série com uma barreira depotencial de 0,7 V e uma resistência .
-
8/16/2019 Aula 3 - Diodos
23/30
Terceira Aproximação (cont.)
23
Durante a condução, a queda de tensão no diodo será:
Quase sempre, a resistência de corpo é menor que 1 .
Este valor pode ser desprezado quando:
Exemplo 7: o diodo 1N4001 tem uma resistência de corpo de 0,23 .Qual é a tensão e corrente na carga e potência no diodo?
-
8/16/2019 Aula 3 - Diodos
24/30
Exemplo 7 (solução)Substituindo o diodo por sua 3ª aproximação temos:
A resistência de corpo é menor que 1/100 da resistência de carga.
A 2ª aproximação pode ser utilizada para resolver de forma idêntica aoexemplo 5.
24
-
8/16/2019 Aula 3 - Diodos
25/30
Exemplo 8 Repita o exemplo anterior para uma resistência de carga de 10 .
25
Solução:
A resistência total: A tensão total em :
Portanto, a corrente na carga:
A tensão na carga: A tensão no diodo:
A potência no diodo:
Especificações 1N4001: corrente direta máx.: 1 A, potência: 1 W, ou seja,
está operando no limite.
-
8/16/2019 Aula 3 - Diodos
26/30
Problema 7
Repita o exemplo 8 usando 5 V como o valor da fonte de tensão.
26
-
8/16/2019 Aula 3 - Diodos
27/30
Cálculo da Resistência de Corpo É a resistência somente das regiões p e n.
A partir da curva do diodo, adota-se dois pontos acima da barreira depotencial:
Para o diodo 1N4001 temos:
Quanto maior a inclinação da curva do diodo (mais vertical) acima dabarreira de potencial, menor é a resistência de corpo.
27
-
8/16/2019 Aula 3 - Diodos
28/30
Resistência CC do Diodo É a resistência de corpo MAIS o efeito da barreira de potencial.
Varia de acordo com a corrente que circula no diodo.
Na condução direta é simbolizada por ; no sentido de conduçãoreversa, ela é designada por .
28
Resistência Direta (RD ou RF):
Diminui com aumento da corrente.Valor é baixo.
Resistência Reversa (RR):
Diminui quando aproxima da ruptura.Valor é alto.
-
8/16/2019 Aula 3 - Diodos
29/30
Retas de Carga Recurso usado para calcular o valor exato da corrente e da tensão no
diodo. Equação para a reta de carga:
Exemplo:
Se a tensão da fonte for de 2 V e a resistência em série com o diodo for de100 , a equação resultante será:
Trata-se de uma relação linear entre a corrente e a tensão, graficamenterepresentada por uma reta.
É possível obter dois pares de valores que cortam os eixos X e Y:
Para temos
Para temos29
-
8/16/2019 Aula 3 - Diodos
30/30
Ponto Quiescente
30
O ponto de intersecção entre a curva do diodo e a reta de carga é o
ponto de operação, também chamado de ponto Q (quiescente).
Pela leitura das coordenadas temos uma corrente de 12,5 mA e uma
tensão no diodo de 0 75 V