Electrónica 1

Díodo Zener

• Para funcionar com polarização inversa.

• Modelo mais simples assume rz=0

Electrónica 1

…exemplo

• …como é que calcula I, IZ e IL?

Electrónica 1

Díodo Zener

• Ef. Zener (Vz <5V)

• Avalanche (Vz >7V)

_

(directa)

sugere uma combinação simples pouco sensível à te

Variação com a tem

mperatura

peratura

2mV/ºC

ex:

6.8V 0.7V 7.5V

-

z

z D z eq

VT

V V V

vT

∆≈

∆≈ +

∆

= ∧ = → =

∆

corrente máxima (ou potência)t

E

e

specific

nsão de

ações:

Zener

Electrónica 1

AplicaçõesFontes de Alimentação

• Rectificador– Rectificador de meia onda– Rectificador de onda

completa– Ponte de Graetz

• Filtro (passa-baixo)• Reguladores de tensão

– Com díodo de Zener– série

Electrónica 1

Rectificador de meia-onda

• Transformador– Isolamento galvânico– Abaixamento da tensão

– vs alternada, v unidirecional

o

Electrónica 1

Rectificador de meia-ondao

( )

2max 1

1

0

Desprezando a queda de tensão no díodoarcadas positivas de

Valor médio da sinusoide simplesmente rectificada

1 1sin2

sentido do díodo trocadoarcadas nagativas de

O s

S m

o Om Omav

O

v vnV Vn

v V d V

v

π

α απ π

=

≈

= =

=

∫

sv

Electrónica 1

Rectificador de Onda Completa

• Transformador com tomada no ponto médio do secundário.

( )

1

2

1

2

0 conduz cortado

20 cortado conduz

(desprezando a queda de tensão no díodo quando conduz)sentido dos díodos trocados

S O SO S

S O S O Omav

O S

v D v vv vD

v D v v v VD

v v

π

> = =

< = − =

→ = −

Electrónica 1

Rectificador em Ponte de Graetz

• Vantagens :– Secundário do transformador sem tomada central com

metade da tensão

vs>0; vO=vsvs<0; vO=-vs

Electrónica 1

AplicaçõesFontes de Alimentação

• Rectificador– Rectificador de meia onda– Rectificador de onda

completa– Ponte de Graetz

• Filtro (passa-baixo)• Reguladores de tensão

– Com díodo de Zener– série

Electrónica 1

Filtro (passa-baixo)

Tensão alternada – rectificador –tensão rectificada – filtro LP – tensão ≅ contínua (com tremor, “ripple”)

Im

Im Im

»desprezando a queda de tensão no díodocarga perdida = carga reposta

amplitude do tremor

ORC T v V

V VC V T VR fCR

→ ≈

∆ = → ∆ =

Electrónica 1

Regulador de tensão com díodo Zener

Regulador paralelo (díodo Zener // carga)

2

2 1 1 22 1

2

independente de e de

; ;

Usa-se para potências muito baixasnormalmente 0, gerador de tensão de referência.

I z O Z

I

Z I ZZ

v V v Vv R

V v Vi i i i iR R

i

> → =

−= = = −

≈

R2

R1 i 2i 1

vOv I

R2

R1 i 2i 1

vOv Ir z

VZ

Receptor de Satélite

Electrónica 1

Vários circuitos limitadores

Electrónica 1

Transistor MOS

• Estrutura: D-Dreno, G-Porta, S-Fonte, B-Substrato ou corpo

Electrónica 1

Transistor MOS

• Porta com tensão positiva cria zona de deplecção:

• IG=0 Porta isolada• IB=0 Junções BD e BS

Polarização inversa.• ID=IS (KCL)• Se VBS=0

terminal B não intervém.

Electrónica 1

Zonas de FuncionamentoCorte

• vGS < Vt → iD =0 Corte– Não há portadores endre D e S– Vt tensão de limiar “threshold” 1~3V típico, >1V em CIs

• vGS > Vt → iD ≠0 Condução– Forma-se canal (dentro da zona de deplecção): electrões atraídos

para debaixo da porta – inversão de p para n– Transistor NMOS ou de canal n (electrões livres), pode

conduzir (iD ≠0 ) se vDS ≠0 • Condução:

– Tríodo– Saturação

Electrónica 1

Tríodo

1

2

0

0( 0) proporcional a resistência comandada por

1 definição varia com os livros2

0

[2( ) ]

tensão

00

eq

DS GS t

D n GS t DS D

n

GS t DS

D DS

GS t DS GS

n OX

t

S

R

DS GS t

D

v v Vi k v V v v

v V vi v

v V v vv v V

i

Wk CL

k

V

µ

− ≈

> ∧ ≥ ≈

≡

→

> ∧ < < −

< << −

=

= ≡

− −

< <

=→

−

1442443

2[2( ) ]n GS t DS DSv V v v− −

Electrónica 1

Saturação

2

0

(aprox.)gerador de corrente comandado por tensãoVCCS não linear (quadrático)

Saturação amplificadorTríodo e corte interruptor

( ) não depende de

GS t DS GS t

D GS t

D DS

i k vv

vV

i

v V v V> ∧ ≥ − >

→→

=→ −

Electrónica 1

Resumo: NMOS

2

2

Corte:Condução:

Saturaçã

0

0 ( )

o

Trío 0 [2do ( ) ]

GS t D

GS t DS D n GS t

DS GS t D n GS t DS DS

v V i

v V v i k v Vv v V i k v V v v

→

→

< =

< − < = −

< < − = −→ −

Electrónica 1

definições

-2

0 2

1 AV2mobilidade dos electrões no canal

capacidade por unid. área

3.97 const. dielétrica do SiOespessura do óxido "thickness"

largura do canal "width"compriment

n n OX

n

OXOX

OX

OX

OX

Wk CL

Ct

tWL

µ

µε

ε ε

=

→

= →

= →

→

→→

min

o do canal "length"

"aspect ratio"

tecnologia actual (2004): 10nm; L 0.13μmOX

WL

t

→

= =

Electrónica 1

Curvas características

Sat.

Electrónica 1

NMOS

PMOS

Electrónica 1

CMOS →NMOS+PMOS

Electrónica 1

Resumo: NMOS e PMOS(reforço)

2

2

(mesmo funcionamento que NMOS, troca sentido d

Corte:Condução:

Saturação

Trío

NM

0

0

d

OS

( )

0 [2(P S

) ]M

oO

GS t D

GS t DS D n GS t

DS GS t D n GS t DS DS

v V i

v V v i k v Vv v V i k v V v v

→

→

< =

< − < = −

< < − = − −→

2

2

as correntes e tensões)

Corte:Condução:

Saturaçã

0

0 ( )

o

Tríodo 0 [2( ) ]

SG t D

SG t SD D p SG t

SD SG t D p SG t SD SD

v V i

v V v i k v V

v v V i k v V v v

< =

< − < = −

< < − − −

→

→ =

→

Electrónica 1

NMOS e PMOS(deplecção)

Mesmas equações que transistor NMOS ou PMOS de reforço com Vt<0

Electrónica 1

Andar de Fonte Comum

Vt=1V

k=100µAV-2

RD=20kΩ

VDD=5V

2

Corte

Condução: Saturação? Tríodo?

Hipótese: Sa

0.30;

2 2

(a)

(b)

t. ( ) =100 A3 Confirma hipótese ?: Sat

(c)

5

I t

D O DD D D DD

I GS t

D n GS t

O DD D D GS t

I G

v V Vi v V R i V

v V v V Vi k v V

v V R i V v Vv V v

µ

= < →= = − =

= = > →

= −= − = > −

=þ

2

2

2

Condução: Saturação? Tríodo?

Hipótese: Sat.Confirma hip.? Sat Tríodo

Hipótese:Tríod

5

( ) =1.6 A2.7

[2( ) ]

o

S t

D n GS t

O DD D D GS t

D n GS t DS DS

ODD OD

D

V Vi k v V m

v V R i V v V

i k v V v vvV vi

R

= > →

= −= − = − < −

= − − →− =

→ý þ

( )

2

2 1.5 2.5 0

( ) =1.6

Confirma Trí

A8.18

0.305 odo

I O

D n GS t

O DSGS t

v v

i k v V mV

v vV v V

− − + =

= −

= = < −

ý

þ

Electrónica 1

Andar de Fonte ComumCircuito analógico básico

• PFR: O que sucede se o PFR estiver em VI=0V ou VI=5V?

ganho de tensão

Sinais = variações de tensão AMPLIFICADOR

sinais fracos: troço linea proporcional

r

O v I

O I

v A v

v v

→∆

≈ ∆≈

∆ =

∆

Ov∆

Iv∆

Electrónica 1

Andar de Fonte ComumCircuito digital básico

• Se vI = 0V (0 lógico)→ vO = 5V (1 lógico) • Se vI = 5V (1 lógico) → vO ≈ 0V (0 lógico)

– INVERSOR

NOR NAND