aula 3 - diodos

8/16/2019 Aula 3 - Diodos

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Aula 3 – Diodos

Engenharia Mecânica – Ênfase: Mecatrônica

Disciplina: Eletrônica Analógica e Digital

Prof. Marcio Zancheta


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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


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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.

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Objetivos desta aula: conhecer e entender as características defuncionamento dos diodos.


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Símbolo e Tipos de Encapsulamento

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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.


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Circuito com Diodo

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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.


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Curva Característica do Diodo

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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)


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Curva Característica do Diodo II

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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.


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Resistência de Corpo do Diodo

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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.


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Corrente Máxima e Dissipação de Potência

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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:


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Exemplo 1

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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


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Problema 1

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Os diodos estão polarizados direta ou reversamente? Explique.


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Exemplo 2

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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?


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Gráfico detalhado da região direta

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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.


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Diodo Ideal (1ª aproximação) Facilita a análise para verificação de defeitos.

O diodo ideal funciona como uma chave:

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Exemplo 3

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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.


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Exemplo 4

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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:


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Exemplo 4 (continuação)

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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.


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Segunda Aproximação Casos em que há necessidade de maior precisão nos valores de

corrente e tensão na carga.

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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.


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Exemplo 5 Use a segunda aproximação para calcular a tensão e corrente na

carga e a potência no diodo:

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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.


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Exemplo 6 Calcule a tensão e a corrente na carga e a potência no diodo usando a

2ª aproximação.

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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:


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Exemplo 6 (continuação)

A tensão na carga é: e a potência no diodo é:

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Problema 6: Repita o exemplo 6 usando 18 V para a fonte dealimentação.


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Terceira Aproximação

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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 .


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Terceira Aproximação (cont.)

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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?


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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.

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Exemplo 8 Repita o exemplo anterior para uma resistência de carga de 10 .

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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.


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Problema 7

Repita o exemplo 8 usando 5 V como o valor da fonte de tensão.

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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.

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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 .

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Resistência Direta (RD ou RF):

Diminui com aumento da corrente.Valor é baixo.

Resistência Reversa (RR):

Diminui quando aproxima da ruptura.Valor é alto.


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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


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Ponto Quiescente

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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

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