DÍODOS_2012_13

ELECTRÓNICA

DÍODOS

CIRCUITOS COM DÍODOS

EMM

ENIDH – Victor Gonçalves

2012 - 13

ENIDH - Victor Gonçalves 2

Bibliografia:

• Microelectronic Circuits, A. Sedra, 5th Ed, Oxford University Press,

2004

• Circuitos com Transístores Bipolares e MOS, M. Silva, F. Calouste

Glubenkian, Lisboa, 1999

• PowerPoint de aulas teóricas e fichas de trabalhos práticos


REVISÕES

• Lei de Ohm:

V=R.I

• Leis de Kirchoff:

Num nó:

Numa malha:

• Potência: P=V.I

i

ii 0

n

nv 0


v

i

A

A’

Circuito

v

A

A’

R TH

TH

Circuito Equivalente de Thévenin

Circuito Equivalente de Norton

Teorema da sobreposição

v

A

A’RTH

TH RTH

ScorpionPC

Typewriter

ScorpionPC

Typewriter

Solution manual

ScorpionPC

Typewriter

Livro


Exemplos

12v

A

A’

1k

+

-2k

1k

12v

1k

+

-2k

1k

6v+

-

2k500

12v

1k

+

-2k

1k

2k 10mA


Exemplos Determine o equivalente de Thévenin dos circuitos que se seguem, aos terminais AB

Determine a potência dissipada numa carga de 100K, no primeiro e no segundo

Circuitos e 1K, no terceiro.


QUADRIPÓLOS 1I

1

2I

V2V

2

1

2221

1211

2

1

I

I

zz

zz

V

V

Impedâncias:

2221212

2121111

IzIzV

IzIzV

0I2

112

1

I

Vz

0I1

111

2

I

Vz

0I1

221

2

I

Vz

0I2

222

1

I

Vz


0V1

111

2

V

Iy

0V2

112

1

V

Iy

0V1

221

2

V

Iy

0V2

222

1

V

Iy

2

1

2221

1211

2

1

V

V

yy

yy

I

I

2221212

2121111

VyVyI

VyVyI

Admitâncias


Parâmetros híbridos

0V1

111

2

I

Vh

0I2

112

1

V

Vh

0V1

221

2

I

Ih

0I2

222

1

V

Ih

2

1

2221

1211

2

1

V

I

hh

hh

I

V

2221212

2121111

VhIhI

VhIhV


0I1

111

2

V

Ig

0V2

112

1

I

Ig

0I1

221

2

V

Vg

0V2

222

1

I

Vg

2

1

2221

1211

2

1

I

V

gg

gg

V

I

2221212

2121111

IgVgV

IgVgI

ENIDH - Victor Gonçalves

Materiais isoladores e condutores

ENIDH, - Victor Gonçalves

Semicondutores (breve introdução)

ENIDH - Victor Gonçalves

Semicondutor intrínseco

Nos semicondutores intrínsecos:

•A largura da banda proibida é cerca de 1 eV.

•À temperatura de 0ºK, é 1.21 eV, para o silício e 0.785 eV, para o Ge.

•A 0ºK, a banda de valência está completamente ocupada e a de condução está

completamente desocupada (todos os níveis desocupados).

•O seu comportamento depende fortemente da temperatura. ENIDH - Victor Gonçalves

14

Semicondutores extrínsecos

Obtidos a partir de semicondutores intrínsecos dopados com impurezas.

Dopando uma estrutura de silício (átomos com 4 electrões de valência) com arsénio (átomos

com 5 electrões de valência), cada um dos átomos deste participa com electrões em 4 ligações

covalentes com átomos de silício, ficando com um electrão (o quinto) a ocupar um nível de

energia ligeiramente inferior ao da banda de condução. São níveis dadores e esses electrões

podem ser excitados com baixos níveis de energia, passando para a banda de condução.

Este é um semicondutor tipo n.

E DEc

Ev


Semicondutores extrínsecos tipo p

• Dopando uma estrutura de silício com gálio (átomos com 3 electrões de valência), cada um

dos átomos deste participa com electrões em ligações covalentes a 3 átomos de um conjunto

de 4. Assim, os átomos de silício que participam nessas ligações aceitam electrões que

sejam excitados na banda de valência e aí surgem lacunas; existem níveis aceitadores.

Estamos na presença de um semicondutor tipo p.

E A

Ec

Ev

DÍODOS

Junção p-n

p n

Silício

p n CátodoÂnodo

Contactos metálicos

16 ENIDH - Victor Gonçalves


A junção p-n com tensão aplicada

p n

D

-

v

+

Di

Polarização inversa

Polarização directa

Alarg. da zona

de deplecção

p n

D

+

v

-


O DÍODO

Símbolo:

A C

I D

V D

1: Ge

2: Si

Para T=300ºK: V =26 mV

q : carga do electrão q=1.6×10-19C

A k

CA

)1(.

0 T

D

V

V

D II

q

kTVT

K: constante de Boltzman 1.38×10-23


Característica i (v ) D D

Ampliada:


O díodo ideal

V D

I D

V D

I D


Característica linearizada por troços

V D

I D r r

r d

V g

Modelo equivalente

Polarização directa: Polarização inversa:

V g r d

r r Elevada

C.A.

Silício: g V =0.6V ENIDH - Victor Gonçalves

22

Modelos de díodos em polarização directa


Dependência da temperatura


Ponto de funcionamento em regime estático

R

V DD V D

I D


Regime dinâmico


CIRCUITOS LIMITADORES

R

V i

V o

Função de transferência

V i

V o


Determinar a função de transferência do circuito

R

V 1

V o V i

V 2

V o

V i V 1 +V g


EXERCÍCIOS

R

V 1

V o V i

V 2

V >V 1 2

R

V 1

V o V i

V 2

1 2

R=100Ω

V =0.6V

r =10Ω

V =3V

γ

d

1


Díodo Zener

Característica I (V ) Z Z


Exercícios

a) O valor nominal da tensão de saída em vazio (considere Vzk=5.6V e rz=10Ω).

b) A tensão de saída com carga (RL=1K).

c) A potência dissipada no d. zener e na carga (valores nominais).

d) A regulação de carga.

e) A regulação de linha.

f) Substituir tensão contínua por uma alterna sinusoidal (24Vpp) e esboçar:

e.1) A função de transferência

e.2) O sinal de saída

V =12V±1vO

470+

-

RLi 5V6

R 1


V

v

470+

-

RL

R 1

I i I o

zk

r z

+

-

i Iz

o

i

zLz

zz

zk

zki

I

I

rRr

rrR

V

VV 1

ac

bd

dc

badc

ba

det

11

zLzk

zzki

i

rRV

rVV

I

det

zkz

zkiz

o

Vr

VVrR

I

1det mA45.13Ii

mA68.5Io

VVo 68.5

bcdadc

ba..det

mA77.7I

III

z

oiz


OUTROS TIPOS DE DÍODOS

(Dispositivos optoelectrónicos)

• LED

• Fotodíodo


CIRCUITOS RECTIFICADORES

Rectificador de meia-onda


)t(sen.Vtv iMi f2

2

VV iM

ief

T

ooDC dttvT

V1

0

..2

1dsenVV oMoDC

oM

oDC

VV

DiMoM VVV

AC v (t)i v (t)o RL

2

1

T

2iief dttv

T

1V


Ponte de Graetz

+

-

+-

Rectificadores de onda completa


oM

oDC

VV .2

Ponte de Graetz

)t(sen.Vtv iMi f2

DiMoM VVV .2

AC

RL

iv (t)

v (t)o


Com dois díodos

DiMoM VVV


R. Meia-onda com filtro capacitivo


t

c V)t(v

RC

T

r VV

Para RC<<T, temos:

CR

T.VV oDC

r

CR.f

VV oDC

r Cf

IV DC

r.

2

roDCoM

VVV

DiMoM VVV AC v (t)i v (t)o RL

C+

-


Em vazio:


R. Onda completa com filtro capacitivo

DiMoM VVVGraetzP 2:.

2

roDCoM

VVV

DiMoM VVVdíodosdoiscomct :.Re

AC

RL

iv (t)

v (t)oC+

-

I DC

C.f2

IV DC

r


EXERCÍCIOS

1. Conhecidas Vief e f, determinar, para um rectificador de meia onda, o valor de

VoDC.

2. Idem, para rectificadores de onda completa.

3. Para rectificadores com filtro capacitivo, determinar:

1. O o valor médio da tensão na saída e o “ripple”.

2. Dimensionar condensadores para assegurar determinados valores de IDC e Vr.


Estrutura duma fonte de alimentação


Analisar os circuitos que se seguem e caracterizar a tensão de saída, VoDC e “ripple”,

considerando os dados fornecidos para cada grupo.

Análise em vazio e em carga.

RL

v (t)CC+

-

v (t)LAC v (t)i

R

AC

RL

iv (t)

v (t)CC+

-

v (t)L

R


Reguladores integrados das séries 78xx e 79xx

Analisar os circuitos

AC

RL

iv (t)

v (t)CC+

-

v (t)L

78051

2

3

AC

R L

iv (t)

v (t)C

C+

-

v (t)L

78051

2

3

R

I2

Vief=

C=

R=

VLED=

RL ou IL =

RR=

I2=







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