CONTEÚDO DA AULAdaelt.ct.utfpr.edu.br/.../Eletronica/AulaAT06_ZenerLED_1oSem17_web.pdf · EMISSOR DE LUZ (LED) ... 4- Para o dimensionamento do resistor absorvedor/limitador, adota-se

18/03/2017

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UNIVERSIDADE TECNOLÓGICA FEDERAL DO PARANÁ

DEPARTAMENTO ACADÊMICO DE ELETROTÉCNICA

ELETRÔNICA 1 - ET74C

Prof.ª Elisabete Nakoneczny Moraes

Aula 6 – DIODO ZENER e DIODO

EMISSOR DE LUZ (LED)

Curitiba, 22 março de 2017.

22 Mar 17 AT06- Zener e Led 2

CONTEÚDO DA AULA

1. REVISÃO: Solução de circuitos

2. DIODO ZENER

1. Características elétricas

2. Modos de operação

3. Detalhamento região ruptura

4. Exemplo de cálculo

3. DIODO LED

1. Exemplo de cálculo

2. LED orgânico

4. EXERCÍCIOS SOBRE ZENER

5. APRIMORAMENTO SOBRE LED’s

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1-Revisão: ponto de operação, quiescente ou ponto “Q”

Vcc

Vca

VCC

tNível CC

Quando há a superposição dos níveis de tensão, o nível CC, ou

seja, as tensões CC estarão presentes somente quando o sinal CA

cruzar o eixo zero.

Sendo esta a condição em que o circuito passa pelo ponto

quiescente (Q).

O termo quiescente significa quieto.


1Revisão-Determinação do ponto “Q”

Ponto quiescente é obtida pelo cruzamento da curva característica do

diodo em conjunto com a reta de carga do circuito elétrico.

i) Curva característica

ii) Circuito sob análise

iii) Reta de Carga iv) Ponto Quiescente

Curva característica +

Reta de carga

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1-Revisão:Solução de circuitos

1. Análise gráfica

Visualizar a operação

do circuito, porém

impraticável em

circuitos complexos;

)1( T

D

nV

V

S eII

3. Modelo matemático

1

212 log3,2

I

IVVV T

Análise interativa

Alto nível de precisão

da resposta;

2. Modelo elétrico– Modelo Ideal: positivo: adequando quando a tensão V

fonte>>VD;

negativo: não adequado em soluções para

pequenos sinais.

– Modelo Simplificado: positivo: utilizado para uma primeira aproximação;

negativo: baixo nível de precisão.

2-Tipos de diodos


Créditos: http://www.eletronicadidatica.com.br/componentes/diodo/diodo.htm

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2-Curva característica do diodo ZENER


VZ, VBR,VR

-tensão zener

-tensão breakover

-tensão de ruptura

7

IsCorrente de

saturação

-tensão joelho

-tensão threshold (Vth/VT)

-tensão de limiar (V)

-corrente direta

-corrente forward (IF)

corrente saturação,

reversa

Região de ruptura

Corrente de

saturação

Região de saturação

Polarização Inversa

•Boylestad: seção 1.6, p.10,

seção 1.14 e seção 2.11

•Sedra: seção 3.6

Vc

Tensão de Corte:

Corrente direta

desprezível

2.1-Características ZENER


O diodo Zener é fabricado para operar em tensões além da tensão de ruptura, na região de ocorrência dos efeitos Zener/Avalanche. Nesta região a curva característica I = f(V) se aproxima de uma reta de coeficiente angular 1/rZ muito pequeno o que leva a pequena variação de tensão para uma ampla faixa de variação de corrente.

Sua construção difere pelo nível de dopagem e área da junção. ✓Fortemente dopado o que torna a tensão de ruptura (Vz) bem menor que nos diodos convencionais. ✓A área da junção é aumentada o que facilita a dissipação da potência.

KK

K

A

AA

Tensão de zener (VZ= 27 V)

Tensão de zener (VZ= 8,2 V)

Opera em polarização reversa

A

K

Símbolo

K

A

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2.1-Efeito Zener & efeito Avalanche


Efeito de zener:

Ao polarizar um diodo zener com uma tensão reversa igual a Vz há

o rompimento das ligações covalentes no semicondutor, esse efeito se

chama ruptura zener e depende do grau de dopagem do material

semicondutor.

Efeito de avalanche:

Com o aumento da tensão reversa sobre o diodo, ocorre um aumento

da velocidade das cargas elétrica (energia cinética) no semicondutor.

Esse aumento de velocidade faz com que os choques dos elétrons livres

contra a rede cristalina produza energia suficiente para libertar elétrons

da camada de valência (ionização).

O elétron que foi libertado também é acelerado, colide com a

rede cristalina, libertando outros elétrons, isso da origem a uma

reação em cadeia conhecida com efeito avalanche.

A localização da região Zener pode ser controlada pelo nível de dopagem.

O aumento da dopagem ( impurezas) diminui o potencial Zener.Boylestad, p. 25

2.2-Modos de operação (Boylestad p.63)


✓

Polarização

Reversa

-

+

✓Polarizaçã

o Direta

Funciona como uma fonte de tensão de

módulo Vz.

Vz

Funcionamento semelhante ao do diodo semicondutor.

Vop > Vz

-

+

2) Se a tensão de opera-ção (Vop) for maior quea tensão de zener (Vz).

0 < Vop <

Vz

1) Se a tensão de operação (Vop) estiver entre 0V e Vz . Funciona como uma

chave aberta.

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2.3-Detalhamento da região ruptura (Sedra p. 165)

22 Mar 17AT06- Zener e Led 11

Grandezas relacionadas ao componente na região de ruptura:

1. VZ tensão zener. Tensão no ponto de operação (quiescente).

2. IZT valor particular de corrente de teste. No ponto de operação VZ.

3. VZK tensão de joelho (knee).

4. VZ0 ponto em que a reta de inclinação 1/rz intercepta o eixo da tensão.

5. Pz potência máxima de zener.

1

2

3

4

maxmax ZZZ IVP

Consideração para cálculos de

circuitos com o diodo zener:

Adota-se que a corrente mínima

no zener é 10% da Izmax .

Ex: Zener de 5V1/400mW

mAmI

mAI

VPI

Z

Z

ZZZ

84,7)43,78).(1,0(

43,781,5/4,0

/

max

max

2.4-Exemplo de cálculo (Boylestad p.63)


-

1- Verificação do estado do diodo Zener:Para isso, “remova-o” do circuito e calcule a tensão do circuito aberto. Utilize o divisor de tensão.

2- a) Se V > Vz o zener está “ligado”. 3- Se o zener estiver na condição “ligado”, substitua-o por uma fonte com tensão equivalente a VZ e, resolva o circuito.

b) Se V < Vz o zener está “desligado”

4- Para o dimensionamento do resistor absorvedor/limitador, adota-se a regra prática de que a corrente no zener é 10% da Imáx Iop zener = 0,1 Imáx

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2.4-Exemplo de cálculo


1) Condição do zener: determinar a tensão de circuito aberto, se Vop < Vz o zener NÃO está operando como regulador de tensão.

Solução (a) para RL = 1,2k)

A tensão de 8,73V é menor que

10V (VZ), portanto o diodo está na condição desligado.

2) O restante do cálculo segue como um circuito série.

2.4-Exemplo de cálculo


Solução (b) para RL =

3k)

3k

1) Condição do zener: determinar a tensão de circuito aberto, se Vop > Vz o zener ESTÁ operando com regulador de tensão.

2) Nessa situação a tensão na carga será igual a tensão de zener.

3) Determinação da corrente de carga (IL).

OBS: o valor da potência definida no exercício –

PZM indica a potência máxima do componente.

Sendo esse valor usado para eventual

determinação da máxima corrente de operação

do zener (IZM).

6) Potência de operação do zener (PZ).

4) Corrente no resistor série (IR). Diferença das tensões Vi e VL (=Vz) .

5) Corrente no zener (IZ). Diferença das correntes IR e IL .

(Boylestad)

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2.4-Análise em função do tipo de carga


Vi fixo e RL variável

1) Carga (RL) que garante que o zener permaneça

no estado ligado. Isolando tem-se RLmin.

2)O valor mínimo de RL

implica em uma ILmax :

3) A tensão no resistor série

quando o zener está

ligado:

4) A corrente no resistor

série:

5) A corrente no

zener:

6) Corrente mínima para a

carga: •IZMin fornecido na folha de especificações

7) Resistência máxima da

carga:

RL fixo e Vi

1)Tensão mínima na carga (RL) que garante que o

zener permaneça no estado ligado. Isolando tem-se

Vi.

2)Tensão máxima da fonte é limitada pela corrente

máxima de zener (IZM =IR - IL) ,

3) A tensão da fonte Vi é definida por:

3-Diodo emissor de luz - LED


Dispositivo optoeletrônico que é formado por uma junção PN que ao ser

diretamente polarizada, faz com que os elétrons cruzem a barreira de

potencial e se recombinem com as lacunas, ao se recombinarem, há a

emissão de energia na forma de luz visível fóton.

Simbologia usual:

A identificação dos terminais do led:

chanfro catodo-K

terminal comprido anodo-A

Utilizam materiais semicondutores cristalinos. Foram os primeiros a ser

construídos.

Dispositivo para a sinalização com a vantagem

de confiabilidade, reduzido tamanho e

manutenção, os LED'S (Light Emitting Diodes)

representam grande economia e energia em

relação às lâmpadas convencionais.

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3-Tipos - LED


Alto Brilho: luz direcionada,

encapsulamento incolor,

monocromático. Aplicação em

painéis e sinalização indoor ou

outdoor.

Convencional: encapsulamento colorido difuso,

baixo custo, baixo consumo e longa vida útil.

Luzes indicativas em painéis em geral.

Bicolor:

encapsulamento

incolor ou leitoso,

anodo ou catodo em

comum. Aplicação em

painéis de sinalização,

iluminação back light

em botoeiras

automotivas.

Power led: alto fluxo luminoso

com baixa potência

consumida, diversas

cores,amplo campo de

emissão de luz, custo elevado.

Display de 7

segmentos

Fita/Barra de Led

http://dreamfeel.wordpress.

com/2010/03/08/novas-

formas-de-iluminacao-leds-

rgb/

3-Parâmetros do LED cristalino


TENSÃO DIRETA é a tensão que deve ser aplicada ao LED, em

polarização direta. Esse parâmetro VjLED é a tensão da camada de

depleção. A grande maioria dos LED'S existente no varejo

especializado, apresenta uma tensão direta que depende de suas

características, principalmente da sua cor:

vermelho = 1,6V

verde= 2 a 2,4V

amarelo =2,4V

CORRENTE MÁXIMA DIRETA é responsável pela luminosidade máxima

que se pode obter do componente.

Representa a maior corrente que o LED pode suportar, sem queimar,

quando diretamente polarizado.

A grande maioria dos LED'S encontráveis no varejo, apresenta uma

corrente máxima direta entre 40 e 50 mA.

5mA ≤ Iled ≤ 50mA

http://dreamfeel.wordpress.com/2010/03/08/novas-formas-de-iluminacao-leds-rgb/

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3-Parâmetros do LED cristalino


TENSÃO MÁXIMA INVERSA é a tensão que o LED suporta, quando

inversamente polarizado. Se tensão máxima reversa for ultrapassada,

o LED queimará. Ao contrário dos diodos comuns, que podem ser

construídos para resistir a tensões inversas muito altas (100 V, 500 V,

1000 V ou mais ) a grande maioria dos LED'S não suporta tensão inversa

alta, estando os limites normais entre 4 e 6 Volts.

LED EM CA como a tensão reversa do led é baixa (4-6V), há a necessidade do

cuidado que devemos ter quando alimentamos um led em CA,para evitar que o led receba

uma tensão no sentido inverso maior que o limite máximo, tem-se duas soluções:

Rlimitador

Diodo

LED

Rlimitador_1

Diodo Rlimitador_LED

LED

O diodo funciona como um curto

circuito, protegendo o LED.Faz-se a retificação da CA , para que

posteriormente seja aplicada ao LED.

3-Tensão Vj LED cristalino x alto brilho


Vled cristalino:

vermelho = 1,6V

verde= 2 a 2,4V

amarelo =2,4V

5mA ≤ Iled ≤ 50mA

Créditos: http://testandoeletronica.blogspot.com.br/2013/01/como-testar-e-identificar-os-

terminais.html

ADOTA-SE led

cristalino:

Vled = 2V

Iled= 20mA

Vled alto brilho: acima de 3V:

Iled > 20mA

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3.1-Exemplo de cálculo LED


Esquematize um circuito utilizando um LED em polarização direta, cuja

Iled = 30mA, Vled =1,6V e Vi = 14 V. Calcule o resistor para o perfeito

funcionamento do led em polarização direta.

Rs = ____________ PRs = _____________ Pled = ____________

A aplicação do led exige a existência de um resistor absorvedor. Os

parâmetros usuais para esse cálculo são:

VV

mAImA

LED

LED

0,2

205

Vled:

vermelho = 1,6V

verde= 2 a 2,4V

amarelo =2,4VRsLED

RsR

S

R

SRsR

LED

LEDfonte

S

IImas

IVR

VRIP

I

VVR

S

S

S

2

2

413,3 372mW 48mW

3.2- Organic LED - OLED


Fonte: Appl. Phys. Lett. 51, 913 (1987); doi: 10.1063/1.98799

Construído com materiais orgânicos camadas de compostos

carbônicos, compostos por moléculas de carbono que emitem luz ao

receberem uma carga elétrica. As moléculas podem ser diretamente

aplicadas sobre a superfície a ser utilizada. São acrescentados os

filamentos metálicos que conduzem os impulsos elétricos a cada célula.

É flexível, fino e com qualidade superior de reprodução de imagens.

São menos eficientes do

que os cristalinos, mas

possuem a vantagem de

serem mais leves e de

poderem ser flexíveis

quando o material usado

é um polímero.

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3.2- Organic LED - OLED


Fonte: Shionoya, Shigeo e Kobayashi, Hiroshi. Organic ElectroluminescentDiodes. Springer Proceedings in Physics. 1989

O OLED é uma superfície luminosa ao contrário do led que se

caracteriza por um ponto luminoso.

A tela orgânica possui luz própria, com isto não necessita de luz de

fundo ou luz lateral, (backlight ou sidelight) e ocupa menos espaço. As

telas OLED possuem baixos tempos de resposta e podem ser

visualizadas em ângulos de até 180º.

4-Exercícios ZENER (Boylestad seção 2.11)


Respostas:42c=1835ohms, 42d=220 ohms43=20ohms, 12V, 2,4W44=11,3V a 15,86V45=500ohms, 40mA

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5-Variações dos OLED’s


http://tecnologia.hsw.uol.com.br/led-organico-oled.htm. Visitado em 07/10/14

http://www.tecmundo.com.br/amoled/8189-tecnologia-oled-como-ela-vai-revolucionar-as-

telas.htm. Visitado em 07/10/14

Tipos de OLEDs:

✓OLED com matriz passiva

✓OLED com matriz ativa

✓OLED transparente

✓OLED de emissão superior

✓OLED dobrável

✓OLED branco

http://www.tecmundo.com.br/telas/18168-entenda-as-diferencas-nas-telas-de-celulares-de-

ultima-geracao.htm. Visitado em 15/03/16

http://www.tecmundo.com.br/telas/49151-a-evolucao-das-telas-em-celulares-infografico-

.htm. Visitado em 15/03/16

5-PMOLED-Matiz passiva de OLED


Os PMOLEDs têm tiras de cátodo, camadas orgânicas e tiras de ânodo. As tiras de ânodo são arranjadas perpendicularmente às tiras de cátodo. As interseções do cátodo com o ânodo formam os pixels onde a luz é emitida. O circuito elétrico externo aplica uma corrente às tiras selecionadas de ânodo e cátodo, determinando quais pixels serão ligados e quais permanecerão desligados.

Os PMOLEDs são fáceis de fazer, mas consomem mais energia do que outros tipos de OLED, principalmente devido à energia necessária para alimentar o circuito externo. Os PMOLEDs são mais eficientes para textos e ícones e mais adequados para telas menores (2 a 3 polegadas de diagonal) como aquelas que você encontra nos telefones celulares, PDAs e MP3 players. Mesmo com o circuito externo, os OLEDs com matriz passiva consomem menos energia da bateria do que os LCDs que são os atualmente usados.

http://tecnologia.hsw.uol.com.br/led-organico-oled.htm

http://www.tecmundo.com.br/amoled/8189-tecnologia-oled-como-ela-vai-revolucionar-as-telas.htm

http://www.tecmundo.com.br/telas/18168-entenda-as-diferencas-nas-telas-de-celulares-de-ultima-geracao.htm

http://www.tecmundo.com.br/telas/49151-a-evolucao-das-telas-em-celulares-infografico-.htm

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5-AMOLED-Matiz ativa de OLED


Os AMOLEDs têm camadas completas de cátodo, moléculas orgânicas e

ânodo, mas a camada de ânodo se sobrepõe a uma estrutura de

transistor de filme fino (TFT) que forma uma matriz. A própria estrutura TFT é

o circuito elétrico que determina quais pixels ficam ligados para formar

uma imagem.

Os AMOLEDs consomem menos

energia do que os PMOLEDs

porque a estrutura TFT requer

menos energia do que o circuito

externo, portanto, são eficientes

para grandes displays. Os

AMOLEDs também têm taxas de

atualização mais rápidas,

adequados para vídeo. Os

AMOLEDs se adaptam melhor

para monitores de computadores,

TVs de tela grande e avisos

eletrônicos ou painéis de anúncios.

5-OLED transparente


OLEDs transparentes têm apenas componentes transparentes (substrato, cátodo e ânodo) e, quando desligados, são até 85% tão transparentes quanto seu substrato. Quando um display de OLED transparente é ligado, permite que a luz passe nas duas direções. O display OLED transparente pode ter matriz ativa ou passiva. Essa tecnologia pode ser usada para displays "heads-up".

O Head Up Display (sigla HUD) é um instrumento inicialmente desenvolvido para utilização em aeronaves visando a fornecer informações visuais ao piloto sem que este tenha que desviar os olhos do alvo à frente da aeronave. (Wikipédia)

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