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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