Aula 5 O Modelo para Pequenos Sinais O Diodo real na ...lsi.usp.br/~acseabra/grad/2223_files/psi2223_aula_05-2013.pdf · -Calcular tensões e correntes em circuitos CC/CA com diodos

Prof. AC.Seabra-PSI/EPUSP 2013 88

Aula 5O Modelo para Pequenos SinaisO Diodo real na região de ruptura reversa

88


PSI 2223 – Introdução à EletrônicaProgramação para a Primeira Prova


5ª Aula: • O Modelo para Pequenos Sinais• O Diodo real na região de ruptura reversa

Ao final desta aula você deverá estar apto a:

-Avaliar se o modelo para pequenos sinais pode ser empregadopara analisar a resposta CA de um determinado circuito

-Explicar e obter os parâmetros de um modelo CC/CA para diodoszener

-Explicar as diferenças entre os modelos para diodos, tanto naregião de polarização direta quanto na região de polarizaçãoreversa

-Calcular tensões e correntes em circuitos CC/CA com diodoszener

-Empregar diodos zener em circuitos reguladores de tensão


Resumo de ModelosLei do Diodo MODELOS CC(Exponencial) Ideal Bateria Bat+Res


Resumo de ModelosLei do Diodo MODELO CA(Exponencial) Pequenos Sinais

ac


Relembrando Exemplo 3.6: Considere o circuito abaixo, alimentado por uma fonte V+ constituída por um sinal CC de 10V sobre o qual aplica-se um sinal senoidal de 60Hz com 1Vp de amplitude. Calcule a tensão CC sobre o diodo e a amplitude do sinal senoidal sobre ele. Assuma que o diodo tem uma queda de tensão de 0,7V em 1mA e n=2.

Passos:- Resolver a parte CC

-Modelo diodo ideal (aberto/fechado)-Modelo bateria-Modelo bateria+rD

- Resolver a parte CA-Modelo para pequenos sinais

1 , , 502

dd

T

v ou v mVnV

• 3º : Verificação – válido se


Relembrando Exemplo 3.6:Passos:- Resolver a parte CC



mAk

ID 93,010

)7,010(

0,7DV V


Relembrando Exemplo 3.6:Passos:- Resolver a parte CC



ac

2 25 53,80,93

Td

D

nV mVrI mA

540,1.10 54

5,35

dd s

d

rv vR r k

mV

0,1 9510 54

sd

d

vi AR r k

(10 0,7) 0,9310DI mAk

0,7DV V


Relembrando Exemplo 3.6: Considere o circuito abaixo, alimentado por uma fonte V+ constituída por um sinal CC de 10V sobre o qual aplica-se um sinal senoidal de 60Hz com 1Vp de amplitude. Calcule a tensão CC sobre o diodo e a amplitude do sinal senoidal sobre ele. Assuma que o diodo tem uma queda de tensão de 0,7V em 1mA e n=2.

Passos:- Resolver a parte CC



5,35dv mV

95di A

0,93DI mA

0,7DV V

0,7 5,35D D dv V v V mV 0,930 0,095D D di I i mA mA

1 , , 502

dd

T

v ou v mVnV


Exercício 3.15: Considere um diodo com n=2 polarizado em 1mA. Determine a variação na corrente quando variamos a tensão de

(a)-20mV (b) -10mV (c)-5mV (d)+5mV (e)+10mV (f)+20mVFaça esse cálculo (i) usando o modelo para pequenos sinais

(ii) a lei do diodo

50(i) d

d DT

v vi InV

22 1

1

2 3

2 3 2 3

2 3 2 25 115

2 3

2 3

2 3 10

10 10 1

1 0 10 1 1 0 10 1

,

, ,

, mV

(ii) , log

, log

, log

( )

, ( ) , mA ( )

T

T T

T

DD D T

DvnVD D

TD D

v vnV nV

D D Dv vmV

IV V nVI

I iV v V nVI

I i I iv nVI I

I I i i I

i mA

análise CA

análise lei do Diodo

ac

vd(t)

vd(t)


Exercício 3.15: Considere um diodo com n=2 polarizado em 1mA. Determine a variação na corrente quando variamos a tensão de

(a)-20mV (b) -10mV (c)-5mV (d)+5mV (e)+10mV (f)+20mVFaça esse cálculo (i) usando o modelo para pequenos sinais

(ii) a lei do diodo

-18,9%-9,9%-4,8%+5,3%+9,9%+21%e %

+0,493m+0,222m+0,105m-0,095m-0,182m-0,330m∆i(ii)+0,40m+0,20m+0,10m-0,10m-0,20m-0,40m∆i (i)+20m+10m+5m-5m-10m-20m∆v

50( )(i) d t

T

v v vinV

±10mV erro< 10%(aprox. pequenos sinais)

⇒

análise CA

análise lei do Diodo 1151 0 10 1

mV(ii) , mA ( )v

i

vd(t)

1 , , 502

dd

T

v ou v mVnV

10dv mV


Exercício 3.16: Projete o circuito abaixo para que VO = 3V quandoIL = 0 e que VO mude de 40mV por 1 mA de corrente de carga.


Diodo RealA Região de Ruptura Reversa


A região de Ruptura ReversaConstruindo um modelo

0Z Z Z ZV V r I

No caso do Zener este é um modelo CC e AC! (para grandes e pequenos sinais, não tem lei exponencial envolvida!)

Em geral estipula-se um par VZ, IZteste


A região de Ruptura ReversaConstruindo um modelo para o Diodo Zener

ZZZZ IRVV 0


Em geral estipula-se um par VZ, IZteste


A região de Ruptura ReversaUma Família de Diodos Zener Reais


A região de Ruptura ReversaUma Família de Diodos Zener Reais


A região de Ruptura ReversaConstruindo um modelo para o Diodo Zener

ZZZZ IRVV 0

O efeito da temperatura:Vz < 5V o coeficiente de temperatura é negativoVz > 5V o coeficiente de temperatura é positivo


Exemplo 3.8: O diodo zener do circuito abaixo é especificadopara 6,8V@5mA, rz =20 e IZK = 0,2mA. Veja que V+ tem uma variação.(a) Determine a tensão de saída sem carga;(b) Determine a variação na saída para uma variação de +- 1V na entrada;(c) Qual a variação na tensão de saída quando se coloca uma carga que

drena 1mA? (d) Qual a variação na tensão de saída para uma carga de 2k;(e) Qual a variação na tensão de saída para uma carga de 0,5k;(f) Qual o valor mínimo de carga para o circuito operar corretamente?



Exemplo 3.8: O diodo zener do circuito abaixo é especificadopara 6,8V@5mA, rz =20 e IZK = 0,2mA. Veja que V+ tem umavariação.

0

0

0

6 8 20 56 7

, . mA,

Z Z Z Z

Z

Z

V V r IV

V V


Exemplo 3.8: 6,8V@5mA, rz =20 e IZK = 0,2mA. (a) VO? (sem carga)

10V

(b) Variação em VO para uma variação de ± 1V na entrada;

10 6 7 6 3500 20

6 7 20 6 3 6 827

( , ) , mA( )

V =V , . , ,

ZZ

O Z

V VIR r

m V

10±1V

1V

500Ω

20Ω

201 38 5500 20

, mVZv V


Exemplo 3.8: 6,8V@5mA, rz =20 e IZK = 0,2mA.

6 3 1 0

c/carga

/carga /c gs ar a

( , , )mA = 5,3mA6,7+20.5,3m=6,806V

6,806 - 6,827

21mV

Z R L

Z

Z Z Z

Z

c

I I IVV V VV

(c) Qual a variação na tensão de saída quando se coloca uma carga que drena 1mA?

(d) Qual a variação na tensão de saída para uma carga de 2k; Considere inicialmente que VZ não varia.

10V

2k

2 6 827 2 3 416 3 3 4

c/carga

/carga /cargas

, / , mA( , , )mA = 2,9mA

6,7+20.2,9m=6,758V

6,758 - 6,827

69mVc

L L

Z R L

Z

Z Z Z

Z

R k I kI I IVV V VV

6 758 3 382

/carga 6,758V

, , mAk

Z c

L

V

I

1mA 1mA1mA

.

.

.


Exemplo 3.8: 6,8V@5mA, rz =20 e IZK = 0,2mA.(e) Qual a variação na tensão de saída para uma carga de 0,5k; Considere V+ = 10V.

0,5k

0 5 6 827 0 5 13 656 3 13 65

, k , / , k , mA( , -7,, )m 35mA (zener em aberto!!!A = )

L L

Z R L

R II I I

(f) Qual o valor mínimo de carga para o circuito operar corretamente? Considere V+ = 10±1V.

~6,827V (em aberto)

0,5k

0,5k10V 010

0 5 0 55

5, k., k , kO

OV V

V

IZmin=0,2mA

106 3 0 2 6 1

6 827 11206 1

max min

minmax

:, , , mA

,, m

L R Z

Z

L

ParaV VI I I

VRI

10±1V

0

10 1 96 7

9 6 7 0 5 4 64 6 0 2 4 4

6 7 15204 4

min

max min

minmax

, :

( , )/ , k , mA, , , mA

,, m

Z Z Z

R

L R Z

Z

L

Pior casoV V V Ve V V V V

I VI I I

VRI

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