008 - Semicondutores corrigido · Volt e o seu valor pode ser variado através do grau de dopagem...

Material SemicondutorPossuem propriedades elétrica especiais

- Os mecanismo de circulação das cargas não podem serexplicado como nos condutores/isoladores

- Não é um bom condutor de corrente elétrica (como o Cu ou o Al)

- Não é um isolante (como a borracha ou o plástico)

Região de depressão

Nenhuma corrente flui através da junção A corrente flui através da junção

Para diodos de germânio esse valor é cerca de 0,3V e silício 0,7V.

Junção PN

- União entre materiais tipo P e N- Região onde materiais são unidos → junção PN- Processo que cria zona de transição entre 2 tipos de materiais

ANÁLISE SIMPLIFICADA DO FUNCIONAMENTO DO DÍODO

Comporta-se como um interruptor direcional

Deixa passar corrente num sentido direto

Não permite passagem de corrente em sentido reverso

Características

SENTIDO DIRETO SENTIDO REVERSO

Calcular a corrente que percorre o circuito conside rando o modelo do díodo ideal

- Díodo conduz ? - Hipótese: considerar díodo ON e calcular ID

Calcular a corrente que percorre o circuito conside rando o modelo do díodo ideal

- Díodo conduz ? - Hipótese: considerar díodo OFF

V D = 5 VD < 0

CURVA CARACTERÍSTICA DO DIODO

CONFIGURAÇÃO PRÁTICA

Análise de circuito com diodos

Vl = Vfonte - Vd

Vl = 12 – 0,6

Vl = 11,4 V

POLARIZAÇÃO DIRETA

It = (Vf – Vd) / Rt

It = (12 – 0,6) / 220

220 ohms

It = 11,04 / 220It = 0,051AIt = 51,81mA

11,4V

Rl = ?

Não existe corrente entre o pólo positivo da fonte e o diodo.

A corrente sendo zero a queda de tensão na lâmpada será zero, assim toda tensão estará sobre o diodo .

Esta é uma característica do circuito serie aberto.

POLARIZAÇÃO REVERSA

Analise de circuito

12VDC

D1 D2 D3

L1 L2 L3

L4D4

I

I2

I3

CH1

Somente L1 e L4 irão acenderL1 e L4 tem uma resistência de 10 ohms e 17,5 ohms respectivamente.

Qual o tipo de ligação que as lâmpadas pertencem e qual a corrente total do circuito?

Analisar o circuito abaixo e verificar se existe fluxo de corrente, se existir, determinar a corrente.

1K

Quando a tensão da fonte na malha for maior que 10V, e o circuito possuirsomente um diodo podemos considerar a queda de tensão no diodo igual a zero.

Calcular a corrente para uma fonte de

24V e 100VV=24; I = 23,3mA

V=100; I = 99,3mA

Analisar as quedas de tensões e determinar a corrente do circuito.

D1 D2 D3

R1

12K

Para conduzir um diodo consome 0,6V

0,6x3 = 1,8V

Vr1 = 100 – 1,8

100V

Vr1 = 98,2 V It = 98,2 / 12000

It = 0,0081 A

It = 8,18mA

100V

R1 R2 R3

3 x 10K

D1 D2 D3

Verificar o sentido da corrente e calcular seu valor total

It = I1 + I2 + I3

I1 I2 I3

I = V / R

It = 0,01 + 0,01

Complete a tabela

Fonte VR1 Vd It PR

3VDC 0,7

5VDC 0,6

10VDC 0,7

12VDC 0,6

13.8VDC 0,7

24VDC 0,6

TESTE DO DIODO - Posicione o seletor na escala de teste de diodo Teste de diodo

EXERCÍCIO PRÁTICO ANALISE DE CIRCUITOS COM DIODOS

Análise os valores medidos no circuito abaixo

DIODO EMISSOR DE LUZ (LIGHT EMMITING DIODE - LED)

Apresenta uma junção PN,semelhante a um diodocomum, que emite luz visívelquando diretamente polarizado.

Geralmente a corrente para apolarização de um LED comumdeve ficar na faixa de 3 mA a15 mA.

Cada led deverá ter uma resistência em série paralimitar a corrente de funcionamento.

Se a ligação for em paralelo, é aconselhável usarpara cada um dos leds uma resistência limitadora.

Ligação correta

CÁLCULO DA RESISTÊNCIA DE POLARIZAÇÃO DE UM LED.

Para um led de 2V e 15mA, ligado a uma fonte de 9VDC.

+ -

EXERCÍCIO PRÁTICO Calculo do Resistor do LED

V = 12VDCVled = 2,2VDC

Iled = 10mA

R1 = ?

Dados:VRES = 12 – 2,2VRES = 9,8 VDC

R = Vres/IledR = 9,8 / 0,010

R = 980 ohms

12VDC

R1

1K

R=~ 1Kohms

LED1

EXERCÍCIO PRÁTICO

Montar o circuito abaixo :

Para ligar o LED

Ao ligar a fonte o LED inicia desligado.

Para desligar o LED

Ao ligar a fonte o LED iniciar ligado.

Para ligar o led deve pressionar um botão. Para desligar o led deve pressionar um botão.

Execute a montagem Execute a montagem

DIODO ZENER É também conhecido por diodo de ruptura, diodo de tensão constante,díodo regulador de tensão.

O díodo zener quando polarizado inversamente (ânodo a um potencialnegativo em relação ao cátodo) permite manter uma tensão constanteaos seus terminais (UZ) sendo por isso muito utilizado naestabilização/regulação da tensão nos circuitos.

Pz=Vz.Iz

Izm=Pz/Vz

Izm = Max corrente de zener

Pz= Potencia zener

Vz = Tensão de zener

Se desejarmos alimentar uma carga qualquer com uma tensão invariável, perfeitamenteisenta de qualquer variação ou flutuação, nada mais há do que montar o sistemaconstituído pelo díodo zener (polarizado inversamente) e a resistência limitadora R,de tal modo que o díodo fique em paralelo com a carga.

R – Resistência que tem porfunção limitar a corrente no zener (IZ).

Rc – Resistência de carga(receptor)

O díodo zener quando polarizado inversamente (ânodo a um potencial negativo emrelação ao cátodo) permite manter uma tensão constante aos seus terminais (UZ) sendopor isso muito utilizado na estabilização/regulação da tensão nos circuitos.

POLARIZAÇÃO

CURVA CARACTERÍSTICA

ZONA DE TRABALHO

Os díodos zener são definidos pela sua tensão de zener (Uz) mas para que possaexistir regulação/estabilização de tensão aos seus terminais a corrente que circula pelodíodo zener (Iz) deve manter-se entre os valores de corrente zener definidos comomáximo e mínimo , pois se é menor que o valor mínimo, não permite a regulação datensão e, se é maior, pode romper a junção PN por excesso de corrente.

CARACTERÍSTICAS TÉCNICASA utilização do díodo zener é limitada pelos seguintes parâmetros:

Vz – Tensão de zener (este valor é geralmente especificado para umadeterminada corrente de teste IZT)

Desde que a potência não seja ultrapassada, o díodo zenerpode trabalhar dentro da zona de ruptura sem ser destruído.

Izmáx – Corrente de zener máxima

Izmin – Corrente de zener mínima

Pz – Potência de dissipação (PZ = VZ x IZ)

PRINCIPIO DE FUNCIONAMENTO

Vimos que o díodo rectificador se comportava quase como isolador quando apolarização era inversa. O mesmo se passa com o díodo zener até um determinadovalor da tensão (VZ), a partir do qual ele começa a conduzir fortemente.

Qual será então o fato que justifica esta transformação de isolador em condutor?

A explicação é nos dada pela teoria do efeito de zener e o efeito de avalanche

Efeito de zener – Ao aplicar ao díodo uma tensão inversa de determinado valor (Vz) érompida a estrutura atómica do díodo e vencida a zona neutra, originando assim acorrente elétrica inversa.

Efeito de avalanche – Para tensões inversas Vr >7 Volt, a condução do díodo éexplicada exclusivamente pelo efeito de avalanche. Quando se aumenta o valor datensão inversa, aumenta também a velocidade das cargas eléctricas (electrões).

Para tensões inversas Vr, entre 5V e 7V, a condução do díodo é explicadacumulativamente pelos dois efeitos (efeito de zener e efeito de avalanche ).

Este efeito verifica-se geralmente para tensões inversas Vr <5 Volt e o seu valor pode ser variado através do grau de dopagem (percentagem de impurezas) do silício ou do germânio.

A velocidade atingida pode ser suficiente para libertar electrões dos átomossemicondutores, através do choque. Estes novos electrões libertados e aceleradoslibertam outros, originando uma reacção em cadeia, à qual se dá o nome de efeito deavalanche.

Dz1=5v6

R1=12k

Vin=24V

Determine a corrente total do

circuito , Pz=0,5W

It=(Vin-Vz)/R1

It=(24-5,6)/12000

It=1,53mA

Pz=Vz x It

Pz=5,6 x 0,00153Pz=0,008568W ou

8,56mW

A potência consumida

do zener é menor do

que 500mW, o diodo

zener está aplicado

corretamente.

Calcular usando R1 =180R

It=Vin-Vz/R1

It=24-5,6/180

It=0,10222 A

102,22mA

Pz=Vz x It

Pz=5,6 x 0,10222

Pz=0,5724W ou

572,44mW

Com R1=180R a potência consumida

excedeu a nominal do zener.

Determinar a corrente de R2, Dz1=5,6V

R1=2KR2=1KVin=18V

O resistor R2 está em paralelo com zener

,considerando somente R2 e Dz1 a fonte e

R1 não interferem na corrente de saída.

Está é a função do zener servir de

estabilizador da tensão de saída.

IRL=Vz/R2

IRL=5,6/1000

IRL=0,0056 A

5,6mA

Determine R1 considerando a tensão de zener 12v.

Analisar a malha de saída, calculando a corrente em R2.

Calcular a corrente no diodo zener baseado na sua potência.

Calcular o valor de R1 analisando a malha de entrada.

Malha 1

Malha 2

IL - Corrente

da carga

IL=Vz/R2

IL=12/500

IL=0,02A

A corrente que

passa em R1 é a

soma da corrente

de Dz1 mais R2.

R1 = ?

R2 = 500 ohms

Vin 48V

Corrente em R1

IL=24mA

VR2 = 12V

IR1 = Iz + IRL

IR1 = 24 + 12

IR1 = 36mA

VR1 = Vfonte- VR2

VR1 = 48-12

VR1 = 36V

IT = 36mA

IZ- Corrente

de Zener

Iz= IT - IL

Iz= 36 - 24

Iz= 12mA

Tensão em R1 Valor de R1

R1 = VR1 x IT

R1 = 36 / 0,036

R1 = 1000 ohms

Verificar experimentalmente o efeito estabilizador de tensão de um díodo zener

Desenhar o esquema do circuito elétrico

Verificar o código alfanumérico do díodo e o código de cores das resistências.Testar com um multímetro todos os componentes que vai utilizar.

Colocar os componentes no protoboard e interligá-los entre si através dos condutores elétricos.Tirar conclusões das observações experimentais.

Tensão da fonte 12VDC Carga - 2,2 VDC – 10mA

A resistência R2 tem por função limitar a corrente no led.A resistência de R1 tem por função limitar a corrente no zener

Malha 2Malha 1IL - Corrente da carga IL = Vz / R2

IL = 5,1/570IL = 0,008 AIL = 8,94mA

Resistencia da malha 2RM2 = R2 + Resld1RM2 = 560 + 10RM2 = 570 ohms

Iz = It- IL

IZ- Corrente de Zener

Iz = 6,97 – 8,94

Iz = 1,97 mA

R2 = 560 ohms Calcular R1

Montar e verificar os valores calculados

Tensão em R1

VR1 = Vfonte- (VR2+LD1)

VR1 = 12 – (2,82+2,2)

VR2=2,82

VR1 = 12 – (2,82+2,2)

VR1 = 6,98V

IT=6,97mA

Valor de R1

R1 = VR1 / IT

R1 = 6,98 / 0,069

R1 = 1011,59 ohms

Vz=5,1

Circuito regulador com Zener

D1 = 1N4007Imax = 1 A VRM = 1000V

Dz1Vz = 10V Pz = 1WPonto A

A

Ponto B

B

Ponto C

C

Circuito meia onda

D1 = 1N4007Imax = 1 A VRM = 1000V

Dz1Vz = 10V Pz = 1W

Ponto A

A

Ponto B

B

Ponto C

C

Determinar a corrente zener no circuito abaixo para máxima e mínima tensão de entrada

OBS.: A tensão de entrada varia ±10% entre 44 V a 36 V. Vrz

IRLIzItPara Vin = 44V

IL = Vz / RlIL = 24 / 10000IL = 2,4mA

It = (Vf – Vz) / RzIt = (44 – 24) / 1200It = 16,66 mA

Iz = It - ILIz = 2,4 – 16,66Iz = 14,26 mA

Para Vin = 36VIL = Vz / RlIL = 24 / 10000 IL = 2,4 mA

It = (Vf – Vz) / RzIt = (36 – 24) / 1200It = 10 mA

Iz = It - ILIz = 10 – 2,4Iz = 7,6 mA

Corrente máxima do zenerIzmax = Pz / VzIzmax = 0,5 / 24Izmax = 21mA

ConclusãoA corrente no zener nunca ficara > 21mA. O circuito consegue estabilizar a tensão de 24V mesmo com uma variação de 10% na entrada.

Considere um diodo zener de 5V1 e potência de 300 mW. Qual será a corrente máxima permitida?

Iz = Pz / VzIz = 0,3 / 5,1Iz = 0,05 AIz = 58,82 mA

Nestas condições o diodo zener suporta uma corrente máxima reversa de 58,82 mA

Ate aqui calculamos a corrente máxima que um diodo zener pode suportar semcausar danos, no entanto, existe para efeitos de projeto uma porcentagem a serconsiderada no dimensionamento desses componentes.

EVITANDO AQUECIMENTO EXCESSIVO NA JUNÇÃO

Toda vez que calculamos a corrente do zener utilizando sua potência, esse valor será o máximo tolerável, para tornar o dimensionamento mais próximo do perfeito, utiliza-se um valor de Iz menor que o máximo valor calculado.

Considerando um diodo cuja tensão zener seja de 12 V e cuja potência seja 500 mW, sendo a fonte de alimentação de 18 V, pode-se calcular o valor da resistência em série com o diodo.

Iz = Pz / VzIz = 0,5 / 12Iz = 0,04 AIz = 41,66 mA

Podemos considerar a correntemínima do zener como sendoaproximadamente de 10 a 20%do valor da corrente máxima.

IZmin = 0,04.0,15IZmin = 6 mA

Calculando Iz mínima

Calculando o valor mínimo do resistor RzRZmin = (Vf – Vz) / IZmaxRZmin = (18 – 12) / 0,04RZmin = 150 ohms

O valor de ideal de Rz deve ser superiora RZMIN para que o diodo não sejasubmetido a uma corrente superior àsua corrente máxima IZMAX.

Calculando o valor máximo do resistor RzRZmax = (Vf – Vz) / IZminRZmax = (18 – 12) / 0,006RZmax = 1000 ohms

RZ = (Rzmin + Rzmax) / 2RZ = (150 + 1000) / 2RZ = 575 ohms

Calculando o valor de Rz

Conclusão:

RZmin < Rz < Rzmax

Circuitos com resistências e díodos

- Níveis lógicos correspondem a tensões

- ON – curto fechado (ID>0)

- OFF – circuito aberto (VD<0)

FUNÇÃO AND (E LÓGICO)TABELA VERDADE

FUNÇÃO LÓGICA

Quantas entradas ?2

Numero de

entradas

Numero de

possibilidades

Quantas possibilidades ?2

Função OR (OU lógico)

FUNÇÃO LÓGICA

TABELA VERDADE

SISTEMA DE AUTOMAÇÃO