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EEL 5346 – Eletrônica BásicaJader A. De Lima UFSC, 2015
Circuitos Básicos a Diodos
Prof. Jader A. De Lima
EEL 5346 – Eletrônica BásicaJader A. De Lima UFSC, 2015
T
DSD
nV
vII exp1
característica I-V do diodo
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Aplicações – Circuitos Retificadores
Retificador de Meia-Onda
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Carregador de bateria
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Retificador de meia-onda com filtro a capacitor (AC/DC)
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Retificador de onda-completa com filtro a capacitor (AC/DC)
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AND gate
Portas Lógicas(RTL)
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?
Portas Lógicas(RTL)
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modulador FM com varactor
Modulação FM
varactor
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Sinal superposto a um nível DC (operação linear)
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1/rD
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AC
ex: n =1, ID0 = 5mA e VT = 25mV → rD = 5
10
10
1
exp1
exp
T
DS
TT
DDS
DD
DD
nV
VI
nVnV
vVI
vV
ir
0D
TD
I
nVr
modelo equivalente diodo para pequenos sinais (baixas e médias frequências)
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Ex: adotando VD = 0.7V, determinar V1, V2 e I
I = 2.07mA; V1 = 9.73V, V2 = 4.55V
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Operação na região reversa – Diodo ZenerMínima corrente necessária para
operação na região de ruptura
Máxima corrente em função da
dissipação no diodo (Pdiss = VZ x IZ)
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1.2V < |Vz| <100V
intervalo de operação
Operação na região reversa – Diodo Zener
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Batteries replaced by Zener diodes
Aplicação de diodos Zener: circuitos limitadores
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Referência de tensão para um circuito integrado
Exemplo de aplicação diodo Zener
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Adotando VDG (diodo verde) = VDR (diodo vermelho)= 2V e │VBREAK │ = 3V, determinar R para garantir20mA no diodo ligado
R = 300
Considerar agora VDB (diodo azul) = 5V, VDR = 2V e │VBREAK │ = 3V, determinar R para garantir 20mA no diodo ligado
R = 150?5V > │VBREAK │ = 3V
Exercício: Detector de polaridade
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possível solução
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Circuitos limitadores a diodos
• oferecem a circuitos sensíveis proteção a sobre-tensões
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Limita a ampitude do sinal à entrada do receptor
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a) DA off e DB offIDA = 0A e IDB = 0A → IR = 0A → Vout = Vin
exemplo: admitindo VD0 = 0V (diodos ideais), determinar Vo x Vi
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a) DA off e DB offIDA = 0A e IDB = 0A → IR = 0A → Vout = Vin
b) DA on e DB ?VDA = 0V → Vout = 6V → VDB = -15V → DB off → IDB = 0A *No ponto de comutação VDA = 0V e IDA = 0 → IR = 0 → Vin = Vout = 6V
exemplo: admitindo VD0 = 0V (diodos ideais), determinar Vo x Vi
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a) DA off e DB offIDA = 0A e IDB = 0A → IR = 0A → Vout = Vin
b) DA on e DB ?VDA = 0V → Vout = 6V → VDB = -15V → DB off → IDB = 0A *No ponto de comutação VDA = 0V e IDA = 0 → IR = 0 → Vin = Vout = 6V
c) DB on e DA ?VDB = 0V → Vout = -9V → VDA = -15V → DA off → IDA = 0A *No ponto de comutação VDB = 0V e IDB = 0 → IR = 0 → Vin = Vout = -9V
exemplo: admitindo VD0 = 0V (diodos ideais), determinar Vo x Vi
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a) DA off e DB offIDA = 0A e IDB = 0A → IR = 0A → Vout = Vin
b) DA on e DB ?VDA = 0V → Vout = 6V → VDB = -15V → DB off → IDB = 0A *No ponto de comutação VDA = 0V e IDA = 0 → IR = 0 → Vin = Vout = 6V
c) DB on e DA ?VDB = 0V → Vout = -9V → VDA = -15V → DA off → IDA = 0A *No ponto de comutação VDB = 0V e IDB = 0 → IR = 0 → Vin = Vout = -9V
exemplo: admitindo VD0 = 0V (diodos ideais), determinar Vo x Vi
d) DB on e DA onNão é possível, visto b) e c)
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a) DA off e DB offIDA = 0A e IDB = 0A → IR = 0A → Vout = Vin
exemplo: admitindo VD0 = 0V (diodos ideais), determinar Vo x Vi
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b) DB on e DA ?VDB = 0V → Vout = 5V + (10K IDB)
*No ponto de comutação VDB = 0V e IDB = 0A → Vout = 5V→ Vout = -VDA -5V – (10k IDA) = 5VSe DA on, VDA = 0 → (10k IDA) = 10V → corrente no sentido reverso de DA → DA offSendo então DA off, IDA = 0; Assim, no ponto de comutação IR = 0 e Vin = Vout = 5V
Para Vin > 5V → Vout = 5V + Vin/2 (divisor de tensão devido aos resistores de 10K)
exemplo: admitindo VD0 = 0V (diodos ideais), determinar Vo x Vi
a) DA off e DB offIDA = 0A e IDB = 0A → IR = 0A → Vout = VinSe Vin = Vout = 0, DA off e DB off
I?
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c) DA on e DB ?VDA = 0V → Vout = -5V – (10K IDA)
*No ponto de comutação VDA = 0V e IDA = 0A → Vout = -5V→ Vout = VDB +5V + (10k IDB) = -5VSe DB on, VDB = 0 → (10k IDB) = -10V → corrente no sentido reverso de DB → DB offSendo então DB off, IDB = 0; Assim, no ponto de comutação IR = 0 e Vin = Vout = -5V
Para Vin < - 5V → Vout = -5V - Vi/2 (divisor de tensão devido aos resistores de 10K)
d) DB on e DA onNão é possível, visto b) e c)
I?
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• Vo = Vi para -5V ≤ Vi ≤ 5V
• para Vi ≥ 5V; Vo = 5V + Vi/2
• para Vi ≤ -5V; Vo = -5V - Vi/2
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Circuitos Retificadores
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vo (t) = 0, para vs(t) < VD0
para vs(t) > VD0 {
Retificador de Meia-Onda
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Para rD << R → R/(rD +R) ~1 , tem-se:
Parâmetros importantesdo diodo: { • capacidade de corrente do diodo
• PIV - máxima tensão reversa (pico)
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tensão média à saída (Vave):
Para Vs(t) = Vmsint e Vm >> VD0,
R
VI
aveave corrente média na carga R:
fator de ripple: 100_
% xV
Vfr
ave
ripplepp
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%314100%
3.325
5.103
3.3252
_
_
xV
Vfr
VV
VV
V
VVV
ave
ripplepp
ripplepp
mave
rmsm
ripple% muito alto e indesejável !
pode ser reduzido com capacitor em paralelo com a carga !!!
exemplo: R = 50W conectado com carga de um retificador de meia-onda, sendoa tensão de fonte 230Vrms @ 60Hz.
Determinar o valor médio de Vout, e o fator do valor pico-a-pico do ripple à saída ee o fator ripple.
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Retificador de meia-onda com filtro a capacitor
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em regime:
D on D on
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em regime:
D off D off
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Cálculo de C:
Carga removida do capacitor durante o tempo de descarga (t3-t2). Admitindo T >> t2-t1
TIQ L
CVQ ripplepp _
valor DC à saída
m
mave
VPIV
VV
2
No caso de um capacitor de valor alto (o que ocorre na prática):
Carga reposta ao capacitor durante o tempo de carga (t2-t1). } ripplepp
L
V
TIC
_
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exemplo: R = 50W conectado com carga de um retificador de meia-onda, sendoa tensão de fonte 230Vrms @ 60Hz. C = 100mF.
Determinar o valor médio de Vout, e o fator do valor pico-a-pico do ripple à saída ee o fator ripple.
%32.3100%
8.101.0
108.0
108.0
7.1660/1
51.650
3.325
3.3252
_
_
xV
Vfr
VC
QV
CTIQ
msT
AR
VI
VVVV
ave
ripplepp
ripplepp
L
aveL
rmsmDC
fr% reduzido, mas às custas de alto C !!
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Retificador de onda-completa
Senóides idênticas defasadas de 180º
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%1571002
%
2
2
_
xfr
VV
VPIV
VV
mripplepp
m
mave
valor DC à saída
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Retificador de onda-completa com filtro a capacitor
2_
T
V
IC
ripplepp
L
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Retificador de onda-completa em ponte
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PIV
mVPIV
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queda em 2 diodos
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PIV
Durante semiciclo positivo, tensão reversa em D3:
VD3 (reversa) = Vo + VD2 (direta)
DmDDs VVVVVPIV 2 mVPIV
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Retificador de onda-completa em ponte com filtro a capacitor
2_
T
C
IV
Lripplepp
metade do valor em relação aomeia-onda com filtro C !
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Detector de pico (detector de envoltória)
Admitindo onda senoidal com tensão de pico Vm e diodo ideal com VD0 = 0V D on
0 < Vs < Vm Vo = Vs
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Detector de pico (detector de envoltória)
Vm+
-
D on → D off
Vm
Admitindo onda senoidal com tensão de pico Vm e diodo ideal com VD0 = 0V
Vs = Vm Vo = Vm
diodo permanece cortado
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Modulação digital ASK (amplitude-shift keying)
Demodulador AMModulação AM: informação contida na amplitude do sinal
permite a descarga de C
T
RC
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ciclo inicial
Detector de pico: similar ao retificadorde meia-onda com filtro C
= RC
Admitindo onda senoidal com tensão de pico Vm e diodo ideal com VD0 = 0V
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em regime
ripplepp
L
V
TIC
_
TV
VRC
ripplepp
m
_
Vm
= RC
Detector de pico: similar ao retificadorde meia-onda com filtro C
Admitindo onda senoidal com tensão de pico Vm e diodo ideal com VD0 = 0V
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Deslocador de Nível (level-shifter)
Admitindo onda senoidal com tensão de pico Vp e diodo ideal com VD0 = 0V
D off
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Deslocador de Nível (level-shifter)
Admitindo onda senoidal com tensão de pico Vp e diodo ideal com VD0 = 0V
D on
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Deslocador de Nível (level-shifter)
Admitindo onda senoidal com tensão de pico Vp e diodo ideal com VD0 = 0V
D off
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Deslocador de Nível (level-shifter)
Admitindo onda senoidal com tensão de pico Vp e diodo ideal com VD0 = 0V
D off
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Deslocador de Nível (level-shifter)
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Dobrador de Tensão
deslocador de nível + detector de pico
Admitindo onda senoidal com tensão de pico Vp e diodo ideal com VD0 = 0V