Aula 2 - Circuitos a Diodos

Circuitos a diodos

Profº. MSc. Geydison Gonzaga Demetino

Junção PN

Junção PN

• Quando os materiais são unidos, os elétrons e as lacunas da região de junção se combinam, resultando em uma ausência de portadores livres na região próxima a junção;

• Essa região descoberta constituída de íons positivos e negativos é chamada de região de depleção devido a depleção de portadores nessa região.

Junção PN

Diodo

• Símbolo do diodo

- Dispositivo com dois terminais

- Vd = Tensão do diodo

- Id = Corrente do diodo

Cátodo Anodo

Exemplos de diodos

Diodo

• A aplicação de uma tensão nos terminais de um diodo permite três possibilidades:

• Nenhuma polarização (Vd = 0V);

• Polarização direta (Vd > 0V );

• Polarização reversa (Vd < 0V).

Nenhuma polarização

• Na ausência de uma tensão de polarização, o fluxo de cargas em qualquer sentido é zero.

Polarização reversa

• Se uma tensão externa for aplicada na junção p-n de maneira que o terminal positivo esteja conectado ao material do tipo N e o terminal negativo esteja ligado ao material do tipo P, o número de íons não combinados na região de depleção do material do tipo N aumentará devido ao grande número de elétrons livres arrastados para o potencial positivo da tensão aplicada;

• Por razões semelhantes, o número de íons negativos não

combinados aumentará no material do tipo P.

Polarização reversa

Polarização direta

• A polarização direta é realizada quando um potencial positivo é aplicado no material do tipo P e o potencial negativo no tipo N.

• A aplicação do potencial de polarização direta “forçará” os elétrons do material do tipo N e as lacunas do tipo P se recombinarem com íons próximos da fronteira e reduzirem a largura da região de depleção.

Polarização direta

Diodo ideal

• Dispositivo que se assemelha a uma chave.

Diodo ideal

• Polarizado diretamente (Em condução) = Resistência zero

• Polarizado reversamente (sem condução) = Resistência infinita

Diodo real

Resistência DC

• A aplicação de um tensão DC num circuito contendo um diodo semicondutor resultará em um ponto de operação sobre a curva do diodo inalterado com o tempo.

Exemplo 1

Folha de especificações

Teste do diodo

Configurações em série de diodos com entradas DC

• Em geral, um diodo está no estado “ligado” se

a corrente estabelecida pela fonte é tal que sua direção está no mesmo sentido que a seta do símbolo do diodo, e VD≥0,7V para o silício e VD ≥ 0,3V para o germânio.

Configurações em série de diodos com entradas DC

Exemplo – Determine VR e VD

Exemplo – Determine ID e VR

Exemplo

• Determine o valor de ID.

Exercício

• Determine IR e V0.

Exercício

• Determine IR e V0

Configuração em paralelo de diodos

Exemplo

• Determine Vo, I1, ID1, ID2

Exercício

• Determine I.

Exercício

Exercício

Retificador de meia onda

• O retificador de meia onda utiliza metade dos semiciclos da senóide de entrada.

Retificador de meia onda

Retificador de meia onda

Retificador de meia onda

Retificador de meia onda

Retificador de meia onda

Retificador de meia onda

Exemplo

• Esboce a tensão de saída V0 e o valor DC de saída. Faça o mesmo para um diodo de silício.

Exemplo

Exemplo

Retificador de onda completa

• O retificador de onda completa utiliza

ambos os semiciclos da senóide de entrada.

Ponte retificadora

Ponte retificadora – um semiciclo

Ponte retificadora – semiciclo seguinte

Retificação de onda completa

• Equações:

Retificação de onda completa

Exemplo

• Determine a forma de onda de saída e calcule o nível DC na saída.

Exemplo

Exemplo

Circuitos retificadores

• Uma das aplicações mais importantes do diodo é na aplicação de circuitos retificadores.

Circuitos retificadores

Multiplicadores de tensão

• São circuitos que permitem obter um valor de tensão de saída multiplicada por um valor inteiro;

• O valor de pico de tensão de entrada é multiplicado por um determinado valor;

• São exemplos desse circuito, o dobrador de tensão, triplicador e quadruplicador.

Dobrador de tensão

• Dobrador meia-onda.

Semiciclo positivo

Semiciclo negativo

Dobrador de tensão

• Ao se aplicar LKT na malha externa se obtém a seguinte equação de saída.

• VC2 = 2VM

• A saída do circuito será uma meia onda filtrada por um capacitor;

Triplicador e quadruplicador de tensão

Limitadores

• São circuitos que utilizam diodos para limitar uma porção de um sinal de entrada sem distorcer o restante da forma de onda aplicada (BOYLESTAD, 2013);

• Um exemplo bastante conhecido é o retificador de meia onda.

Limitadores em série

Limitadores em série

Limitadores em série

Limitadores em paralelo

Limitadores em paralelo

Exercício

• Determine o sinal de saída VO nos circuitos abaixo a partir do sinal de entrada Vi.

Diodo Zener

• O diodo zener é um dispositivo capaz de conduzir corrente, tanto polarizado diretamente quanto reversamente;

• Uma das suas principais aplicação é como regulador de tensão.

Diodo zener

Diodo zener

Diodo zener

• Folha de dados de um diodo zener.

Análise do diodo zener

• Uma forma bastante simples de analisar o diodo é como regulador, onde a tensão de entrada Vi e o resistor de carga RL são fixos.

Análise do diodo zener

• 1º passo é determinar o estado do diodo zener;

• Isso é feito retirando-o do circuito e calculando a tensão através do circuito aberto resultante.

• 2º passo é substituir o circuito equivalente a calcular as incógnitas necessárias.

Análise do diodo zener

• Se V >= VZ diodo ligado e se V < VZ diodo desligado.

Exemplo

Exemplo

Exercício

• Determine VL, VR, IZ e PZ em seguida mude RL

para um resistor de 3K Ω e refaça os cálculos.

Diodo emissor de luz (LED)

• LED faz parte da família de dispositivos de junção p-n;

• Em qualquer junção p-n polarizada diretamente, existe, dentro da estrutura, uma recombinação de buracos e elétrons;

• Silício e germânio é gerado principalmente calor durante a polarização direta.

Diodo emissor de luz (LED)

• Materiais como fosfeto de arseniero de gálio (GaAsP) ou fosfeto de gálio (GaP);

• Nesses materiais a energia luminosa é suficiente para criar luz visível.

• O processo de emissão de luz, aplicando-se uma fonte elétrica de energia, é chamado de eletroluminescência (BOYLESTAD, 1998).

Identificação do LED

Diodo emissor de luz (LED)

Símbolo do LED

Exemplos de LEDs

Referências

• BOYLESTAD, R. L. Dispositivos eletrônicos. Prentice hall. 1998.

• HALLIDAY. M. E. Fundamentos de física 3. Piracicaba: 2005.