Universidade Federal do Vale do São Francisco - UNIVASF Colegiado de Engenharia da Computação – CECOMP Diodos – Parte II Jadsonlee da Silva Sá [email protected]

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Diodos – Parte IIDiodos – Parte II

Jadsonlee da Silva SáJadsonlee da Silva Sá

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Diodo RealDiodo Real Característica i-v de um diodo de junção feitos

de silício e suas regiões de operação.

• Polarização direta Polarização direta v > v > 0.0.

• Polarização inversa Polarização inversa v v < 0.< 0.

• Ruptura Ruptura v < -V v < -VZKZK..


Diodo RealDiodo Real Região de Polarização Direta.

– A relação i-v é aproximada por

• IS Corrente de saturação.

• VT Tensão térmica.

• n Constante (entre 1 e 2) que depende do material e da estrutura física.

( 1)T

v

nVSi I e



– Corrente de Saturação – IS.

• IS é constante para um determinado diodo e uma temperatura.

• Diretamente proporcional à área da secção transversal do diodo.

• IS ≈ 10-15 A Baixa potência.

• Dobra a cada aumento de 5 °C.



– Tensão Térmica – VT.

• k = 1,38*10-23 Joules/Kelvin (Constante de Boltzmann).

• T = 273 + temp (°C) (Temperatura absoluta em kelvin).

• q = 1,6*10-19 Coulomb (Carga do elétron).

T

kTV

q 25 TV mV



( 1)T

v

nVSi I e

ln

T

v

nVS S

TS

i I i I e

iou v nV

I



– Considere um diodo D com uma tensão v = V1, a respectiva corrente i = I1 é obtida da seguinte forma:

– Para v = V2, obtemos i = I2 de forma similar.

1

1T T

Vv

nV nVS Si I e I I e

2

2T

V

nVSI I e



– Considerando que o diodo D é o mesmo e que a temperatura é constante, podemos obter a seguinte relação.

• Uma década de variação na corrente do diodo resulta em uma queda de tensão de 2,3nVT.

2 1( )

2 22 1

1 1

22 1

1

ln

2,3 log

T

V V

nVT

T

I Ie V V nV

I I

IV V nV

I


Diodo RealDiodo Real Região de Polarização Inversa – v<0.

– Para v<0 e |v|>VT (25 mV) poucas vezes, por aproximação, obtemos:

– A corrente na direção inversa é constante e igual a IS.

( 1)T

v

nVSi I e

Si I


Diodo RealDiodo Real Região de Ruptura – v<VZK.

– Tensão inversa excede um valor específico chamado de tensão de ruptura VZK.

– Deve-se limitar a potência dissipada no diodo via circuitos externos.

– O diodo nesta região é usado para regulação de tensão.


Modelos Matemáticos – Região Modelos Matemáticos – Região DiretaDireta

Diodo real diretamente polarizado.

– Objetivo Determinar VD e ID.

– Estudamos dois modelos: diodo ideal e exponencial.

– Veremos mais modelos.



Modelo Exponencial.

– É o modelo mais preciso para a região direta.

– Para VDD > 0,5 V, temos que ID >> IS. Então,

– Usando leis das malhas no circuito, obtemos:

D

T

V

nVD SI I e

DD DD

V VI

R

IS, n e VT são conhecidos.



Modelo Exponencial.

– Temos duas equações e duas incógnitas.

– Como resolver?

– Formas de obter a solução:

• Análise gráfica;

• Análise iterativa.



Modelo Exponencial.

– Análise Gráfica.D

T

V

nVD SI I e DD D

D

V VI

R



Modelo Exponencial.

– Análise Iterativa.

• Qual o valor de ID e VD para VDD = 5 V e R = 1 kΩ?

• Suposições:

– ID = 1 mA para VD = 0,7V;

– Queda de tensão varia de 0,1 V para cada década de variação na corrente.



Modelo Exponencial.


• 1ª iteração.

5 0,74,3

1DD D

D

V VI mA

R

2 22 1 2 1

1 1

1 1 2 2

2,3 log 0,1log

Para 0,7 V, 1 e 4,3 , 0,763

T

I IV V nV V V

I I

V I mA I mA temos V V



Modelo Exponencial.


• 2ª iteração.

• ID = 4,237 mA e VD = 0,762 V.

5 0,7634,237

1DD D

D

V VI mA

R

1 1 2

22 1

1

Para 0,763 V, 4,3 e 4, 237 , :

4, 2370,1log 0,763 0,1log 0,762 V

4,3

V I mA I mA temos

IV V

I



Necessidade de uma análise mais rápida e simples para circuitos complexos.

– Modelo para Segmentos Lineares.

– Modelo de Queda de Tensão Constante.

– Modelo de Diodo Ideal.

– Modelo para Pequenos Sinais Próxima aula.



Modelo para Segmentos Lineares.

– Idéia Encontrar uma relação linear i-v.

0

00

0,

( ),

D D D

D DD D D

D

i v V

v Vi v V

r

Neste exemplo, VDO=0,65 V e rD = 20 Ω.




– Circuito equivalente do modelo.




– Exemplo: calcule ID e VD, onde VDD = 5V,R = 1 kΩ, VD0 = 0,65 V e rD=20 Ω.

ID = 4,26 mA VD = 0,735 V



Modelo de Queda de Tensão Constante.

– Utiliza uma reta vertical como aproximação da parte da curva exponencial.



Modelo de Queda de Tensão Constante.

– Para os exemplos anteriores, calcule ID e VD utilizando o modelo de queda de tensão constante.



Modelo de Diodo Ideal.

– Utilizado quando as tensões são muito maiores que a queda de tensão no diodo (0,6 - 0,8V) – Despreza-se, a queda de tensão do diodo no cálculo da corrente no diodo.

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