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Circuitos a diodos Profº. MSc. Geydison Gonzaga Demetino

Aula 2 - Circuitos a Diodos

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Circuitos a diodos

Profº. MSc. Geydison Gonzaga Demetino

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Junção PN

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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.

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Junção PN

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Diodo

• Símbolo do diodo

- Dispositivo com dois terminais

- Vd = Tensão do diodo

- Id = Corrente do diodo

Cátodo Anodo

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Exemplos de diodos

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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).

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Nenhuma polarização

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

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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.

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Polarização reversa

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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.

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Polarização direta

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Diodo ideal

• Dispositivo que se assemelha a uma chave.

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Diodo ideal

• Polarizado diretamente (Em condução) = Resistência zero

• Polarizado reversamente (sem condução) = Resistência infinita

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Diodo real

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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.

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Exemplo 1

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Folha de especificações

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Teste do diodo

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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.

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Configurações em série de diodos com entradas DC

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Exemplo – Determine VR e VD

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Exemplo – Determine ID e VR

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Exemplo

• Determine o valor de ID.

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Exercício

• Determine IR e V0.

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Exercício

• Determine IR e V0

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Configuração em paralelo de diodos

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Exemplo

• Determine Vo, I1, ID1, ID2

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Exercício

• Determine I.

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Exercício

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Exercício

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Retificador de meia onda

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

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Retificador de meia onda

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Retificador de meia onda

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Retificador de meia onda

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Retificador de meia onda

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Retificador de meia onda

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Retificador de meia onda

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Exemplo

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

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Exemplo

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Exemplo

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Retificador de onda completa

• O retificador de onda completa utiliza

ambos os semiciclos da senóide de entrada.

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Ponte retificadora

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Ponte retificadora – um semiciclo

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Ponte retificadora – semiciclo seguinte

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Retificação de onda completa

• Equações:

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Retificação de onda completa

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Exemplo

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

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Exemplo

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Exemplo

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Circuitos retificadores

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

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Circuitos retificadores

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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.

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Dobrador de tensão

• Dobrador meia-onda.

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Semiciclo positivo

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Semiciclo negativo

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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;

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Triplicador e quadruplicador de tensão

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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.

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Limitadores em série

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Limitadores em série

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Limitadores em série

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Limitadores em paralelo

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Limitadores em paralelo

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Exercício

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

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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.

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Diodo zener

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Diodo zener

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Diodo zener

• Folha de dados de um diodo zener.

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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.

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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.

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Análise do diodo zener

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

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Exemplo

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Exemplo

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Exercício

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

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

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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.

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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).

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Identificação do LED

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Diodo emissor de luz (LED)

Símbolo do LED

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Exemplos de LEDs

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Referências

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

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