Eletrônica - cin.ufpe.brcin.ufpe.br/~ags/eletr%F4nica/aula_02.pdf · A natureza de uma junção p-n

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  • EletrnicaDiodo 01

    CIN-UPPE

  • Polarizao direta

    (foward)

    Polarizao direta

    (reverse)

    ruptura

    (breakdown)

    Diodo A natureza de uma juno p-n que a corrente eltrica ser

    conduzida em apenas uma direo (direo direta) no sentido

    da seta e no na direo contrria (reversa). Esta a

    ferramenta bsica para o conceito de retificao na construo

    de fontes de alimentao DC (Direct Corrent)(Corrente

    Continua)(freqncia zero), etc.

    Curva de operao de um dodo

    Tenso de joelho

    anodo catodo

  • Diodo Caractersticas gerais

    O diodo um dispositivo no linear. Abaixo de um certa tenso

    direta de 0.7 V (silcio), apenas uma pequena corrente passa

    pelo dispositivo.

    Diferentemente de um resistor a corrente no diodo aumenta

    bastante quando lhe aplicamos uma tenso direta superior a

    0.7V. Isto ocorre devido a barreira de depleo dos diodos.

    A resistncia direta de um diodo retificador , uma vez vencida

    a barreira de potencial, proporcional a soma das resistncias

    das regies p e n.

    rB = rp + rn (resistncia hmica do diodo)

    Esta resistncia alcana valores da ordem de 1 .

  • Resitncia no diodo Resistncia esttica (CC)

    Em um dado circuito a resistncia dada pela lei de Ohm:

    R = Vd/IdEsta resistncia ocorre quando aplicamos uma tenso dc ao circuito

    _+

    id r

    diodoV

    Vd

    Pontos de operao:Polarizao direta:

    a) Id = 2 mA; Vd = 0.5 V;

    Rd = 250 b) Id = 20 mA; Vd = 0.7 V;

    Rd = 35 Polarizao reversa:

    c) Vd = 10V, Id =10 A;Rd = 10 M

    Polarizao direta

    (foward)

    Polarizao direta

    (reverse)

    ruptura

    (breakdown)

    Id

    Vd

    20

    2

  • Reta de carga

    Reta de carga um recurso usado para calcular o valor exato da corrente e da tenso de operao do diodo em um dado circuito.

    Dado o circuito e as caractersticas eltricas do diodo, encontre seu ponto de operao.

    _+

    id R = 1K

    diodo10V

    Vd

    Vdc (V)

    Id(mA)

    a) Id = 10V/ 1K = 10 mA

    b) VR = IR.R = 9,22V0,78 10

    10

    V = Id.R+Vd

    Reta de carga

  • Diodo corrente e potncia

    A corrente direta em um diodo deve ser controlada a fim de se

    evitar super aquecimento (dissipao de potncia) do

    dispositivo e sua queima. Assim sempre aconselhvel a

    colocao de um resistor em srie para a limitao desta

    corrente.

    _+

    i r

    diodoV

    i = (V-Vd)/r

    P = i.Vd = i2.rB (potncia dissipada no diodo)

    Vd

    Em diodos retificadores, em geral, o fabricante especifica esta

    caracterstica em funo da corrente mxima suportada pelo

    diodo.

    Exemplo:

    Diodo IN4001 fornece uma corrente mxima (Io) de 1A.

  • Diodos - Modelos

    Modelo Ideal podemos idealizar um diodo perfeito, comparado o dispositivo retificador a uma chave mecnica.

    Diodo conduz com resistncia zero quando o diodo est polarizado diretamente (chave fechada)

    Diodo no conduz com resistncia infinita quando o diodo est polarizado inversamente (chave aberta)

    Aberto V 0

    V = 0,0 V

    Resistncia infinita

  • Diodos - modelos

    Na segunda aproximao consideramos um diodo como uma

    chave que precisa de uma tenso mnima (limiar) para seu

    funcionamento.

    V = 0.7 VAberto V 0,7 V

    Aberto V 0,0 V

  • Diodo - modelos

    Numa terceira aproximao, o modelo considera tambm a resistncia interna do diodo rB em srie com uma bateria (DC).

    Este modelo mais apropriado quando se trabalha com circuitos de alta preciso (resistores de preciso de valores bem baixos).

    Aberto V 0

    rBrB

    V = 0,7 V (barreira de potencial)

    =0,7V

    Aberto V 0,7

  • Diodo - exemplo Diodo retificador 1N4001

    ctodoanodo

    Obs:

    - Embora o diodo retificador 1N4001 suporte 1A como valor mximo

    absoluto, devemos garantir, por questo de segurana e de vida til do

    dispositivo, que a corrente direta em condies normais de uso seja

    da ordem de 0.5 A.

    - A tenso direta tpica (VF) de 0.93 V.

  • Diodo

    retificador

    1N4001

  • Circuitos com diodos Algumas aplicaes

    Porta lgica OR

    Porta Lgica AND

    Fonte de alimentao

    Meia onda

    Onda completa

  • Portas lgicas

    Porta lgica OR

    (X)V0

    (Y)V1(Z)Vout =

    (Z)Vout

    +

    -

    (X)V0

    (Y)V1

    Porta lgica AND

    =

    R R

    Z=X+Y Z=X.Y

  • Fontes de alimentao AC-DC

    Uma fonte de alimentao DC a partir de uma fonte AC, no

    Brasil, significa retificar tenses que trabalham a 60 Hz

    (senoidal). Estas tenses podem aparecer em diferentes

    valores (220V, 110V, 12 V, etc), dependendo do fator de

    reduo aplicado.

    Em geral, os equipamentos eletrnicos trabalham a baixa

    tenso, o que implica na necessidade de um transformador

    para reduzir da tenso da rede, antes de se efetivar a

    retificao.

    220V Vac +-

    /

    Circuito retificador

    Vdc

  • Transmisso de energia eltrica

    A energia eltrica produzida

    nas usinas hidreltricas

    levada, mediante condutores

    de eletricidade, aos lugares

    mais adequados para o seu

    aproveitamento. Para o

    transporte da energia at os

    pontos de utilizao, no

    bastam fios e postes. Toda a

    rede de distribuio depende

    estreitamente dos

    transformadores, que elevam

    a tenso, ora a rebaixam.

    http://geocities.yahoo.com.br/saladefisica7/funciona/transformador.htm

    Transformador

    (eleva a tenso)

    Transformador

    (baixa a tenso)

    Linhas de transmisso

    de alta tenso

  • O transformador

    1

    2

    V1

    N1 : N2

    V2

    primrio secundrio

    I1 I2

    carga

    Onde:

    N2 = Nmero de espiras do secundrio do transformador

    N1 = Nmero de espiras do primrio do transformador

    Considere que no h perda no circuito magntico do transformador

    (transformador ideal), ou seja, a potncia de entrada igual a potncia de sada

    (P1=P2).

    Se P1=P2 , ento I1V1 = I2V2 => I1 / I2 = V2 /V1 ;

    Relao tenso/nmero de espiras em um transformador:

    como V2 / V1=N2 / N1, ento I1 / I2 = N2 /N1 , ou seja,

    I1 = (N2 /N1). I2 e I2 = (N1 /N2). I1

  • Retificador por diodo Um dispositivo capaz de converter uma onda senoidal (cujo

    valor mdio zero) em um forma de onda unidirecional, com

    uma componente no zero, chamado retificador.

    RLV2(rms)V1(rms)

    N1 : N25 : 1

    Vdc = ?

    0

    V(volts)

    =t 2

    Vp

    =t 2

  • Valores de tenso gerados

    Valor Eficaz ou valor RMS o valor que a tenso ou corrente deveria ter se a tenso fosse constante (como uma C.C. constante).

    Por definio o valor efetivo ou rms de uma funo peridica do tempo dada pela rea de um ciclo da curva, a qual representa o quadrado da funo dividida pela base.

    Para retificao meia onda:

    Tenso Eficaz (ou RMS-Root-Mean-Square)= 0,707 do valor mximo (tenso de pico), ou seja, 70%.

    Geralmente, quando se fala de uma corrente ou tenso alternada, faz-se referncia ao seu valor eficaz.

    A corrente alternada medida por um ampermetro a corrente eficaz.

    Os medidores indicam comumente valores eficazes (ou RMS)..

    Vrms = (1/ 2. V(t)2dt)1/2

    0

    2

    0

    Vrms =(1/ 2. Vp(t)2sen2dt)1/2 = Vp(t)/2

  • Retificao de meia onda

    Tenso de pico no primrio:

    Vp1 = Vrms.2 => (120.1.414) V = 170 V

    Tenso de pico no secundrio:

    Vp2 = (N2 / N1). Vp1 = (1/5).170 34V

    A freqncia do sinal de meia onda igual freqncia da linha:

    f = 60 Hz, T= 1/f = 16,7 ms

    Considere que o diodo um diodo ideal

    RL

    1N4001

    V2 = 24 V V1 = 120V

    N1 : N25 : 1

    Vdc = ?

  • Retificao em meia onda

    T = 16.7 ms

    T/2 T

    V1

    170

    - 170

    V(volts)

    t(ms)

    = 16.7

    V2

    34

    - 34

    V(volts)

    t(ms)

    T = 16.7

    1N4001

    V2 = 24 V

    N1 : N25: 1

    RLV1 = 120V

    Vdc =10,8 V

    O valor mdio de uma funo peridica dado por

    Vdc= (1/T).V(t)dt, ou seja, a rea de um ciclo (rea da meia onda) dividido pela base (T= 2 )

    Vdc = (1/T)V(t)dt , T=2 , para meia onda:

    Vdc=(1/T) Vp sen(wt). dt = Vp/ = 0,318 Vp .

    Assim, Vdc = 0,318.(34)V = 10,8 V

    Freqncia: f=1/T = 1/16.7 ms = 60 Hz

    T/2

    0

  • Fator de ondulao

    Vdc

    Retificao em meia onda

    T = 16.7 ms

    T/2 T

    Fator de Ondulao = F.O = Vp /(Vp /) =

    170

    - 170

    V(volts)

    t(ms)

    = 16.7

    RL

    1N4001

    V2 = 24 V V1 = 120V

    N1 : N25 : 1

  • Retificao de onda completa Devido ao tap central da sada de baixa do transformador, o circuito

    equivalente a dois retificadores de meia onda.

    O retificador inferior retifica o semiciclo negativo (D2) e o retificador superior o semiciclo positivo (D1). Ou seja, D1 conduz durante o semiciclo positivo e D2 durante o semiciclo negativo.

    RL VdcV1 = 120V

    N1 : N25 : 1

    1N4001

    1N4001

    24 V

  • RL Vdc=10,4VV1 = 120V

    N1 : N25 : 1

    1N4001

    1N4001

    17V

    - Tenso de pico no primrio:

    Vp1 = (120.1,414) V = 170 V

    - Tenso de pico no secundrio:

    Vp2 = (N2 / N1). Vp1 = (1/5).170 34V (total)- Como a tomada central est aterrada, cada semiciclo do enrolamento secundrio

    tem uma tenso senoidal com um valor de 17V.

    -O v