Aula 2 - Circuitos a Diodos
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Circuitos a diodos
Profº. MSc. Geydison Gonzaga Demetino
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Junção PN
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Junção PN
• Quando os materiais são unidos, os elétrons e as lacunas da região de junção se combinam, resultando em uma ausência de portadores livres na região próxima a junção;
• Essa região descoberta constituída de íons positivos e negativos é chamada de região de depleção devido a depleção de portadores nessa região.
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Junção PN
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Diodo
• Símbolo do diodo
- Dispositivo com dois terminais
- Vd = Tensão do diodo
- Id = Corrente do diodo
Cátodo Anodo
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Exemplos de diodos
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Diodo
• A aplicação de uma tensão nos terminais de um diodo permite três possibilidades:
• Nenhuma polarização (Vd = 0V);
• Polarização direta (Vd > 0V );
• Polarização reversa (Vd < 0V).
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Nenhuma polarização
• Na ausência de uma tensão de polarização, o fluxo de cargas em qualquer sentido é zero.
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Polarização reversa
• Se uma tensão externa for aplicada na junção p-n de maneira que o terminal positivo esteja conectado ao material do tipo N e o terminal negativo esteja ligado ao material do tipo P, o número de íons não combinados na região de depleção do material do tipo N aumentará devido ao grande número de elétrons livres arrastados para o potencial positivo da tensão aplicada;
• Por razões semelhantes, o número de íons negativos não
combinados aumentará no material do tipo P.
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Polarização reversa
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Polarização direta
• A polarização direta é realizada quando um potencial positivo é aplicado no material do tipo P e o potencial negativo no tipo N.
• A aplicação do potencial de polarização direta “forçará” os elétrons do material do tipo N e as lacunas do tipo P se recombinarem com íons próximos da fronteira e reduzirem a largura da região de depleção.
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Polarização direta
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Diodo ideal
• Dispositivo que se assemelha a uma chave.
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Diodo ideal
• Polarizado diretamente (Em condução) = Resistência zero
• Polarizado reversamente (sem condução) = Resistência infinita
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Diodo real
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Resistência DC
• A aplicação de um tensão DC num circuito contendo um diodo semicondutor resultará em um ponto de operação sobre a curva do diodo inalterado com o tempo.
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Exemplo 1
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Folha de especificações
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Teste do diodo
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Configurações em série de diodos com entradas DC
• Em geral, um diodo está no estado “ligado” se
a corrente estabelecida pela fonte é tal que sua direção está no mesmo sentido que a seta do símbolo do diodo, e VD≥0,7V para o silício e VD ≥ 0,3V para o germânio.
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Configurações em série de diodos com entradas DC
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Exemplo – Determine VR e VD
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Exemplo – Determine ID e VR
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Exemplo
• Determine o valor de ID.
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Exercício
• Determine IR e V0.
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Exercício
• Determine IR e V0
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Configuração em paralelo de diodos
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Exemplo
• Determine Vo, I1, ID1, ID2
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Exercício
• Determine I.
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Exercício
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Exercício
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Retificador de meia onda
• O retificador de meia onda utiliza metade dos semiciclos da senóide de entrada.
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Retificador de meia onda
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Retificador de meia onda
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Retificador de meia onda
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Retificador de meia onda
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Retificador de meia onda
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Retificador de meia onda
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Exemplo
• Esboce a tensão de saída V0 e o valor DC de saída. Faça o mesmo para um diodo de silício.
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Exemplo
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Exemplo
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Retificador de onda completa
• O retificador de onda completa utiliza
ambos os semiciclos da senóide de entrada.
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Ponte retificadora
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Ponte retificadora – um semiciclo
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Ponte retificadora – semiciclo seguinte
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Retificação de onda completa
• Equações:
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Retificação de onda completa
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Exemplo
• Determine a forma de onda de saída e calcule o nível DC na saída.
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Exemplo
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Exemplo
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Circuitos retificadores
• Uma das aplicações mais importantes do diodo é na aplicação de circuitos retificadores.
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Circuitos retificadores
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Multiplicadores de tensão
• São circuitos que permitem obter um valor de tensão de saída multiplicada por um valor inteiro;
• O valor de pico de tensão de entrada é multiplicado por um determinado valor;
• São exemplos desse circuito, o dobrador de tensão, triplicador e quadruplicador.
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Dobrador de tensão
• Dobrador meia-onda.
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Semiciclo positivo
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Semiciclo negativo
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Dobrador de tensão
• Ao se aplicar LKT na malha externa se obtém a seguinte equação de saída.
• VC2 = 2VM
• A saída do circuito será uma meia onda filtrada por um capacitor;
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Triplicador e quadruplicador de tensão
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Limitadores
• São circuitos que utilizam diodos para limitar uma porção de um sinal de entrada sem distorcer o restante da forma de onda aplicada (BOYLESTAD, 2013);
• Um exemplo bastante conhecido é o retificador de meia onda.
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Limitadores em série
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Limitadores em série
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Limitadores em série
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Limitadores em paralelo
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Limitadores em paralelo
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Exercício
• Determine o sinal de saída VO nos circuitos abaixo a partir do sinal de entrada Vi.
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Diodo Zener
• O diodo zener é um dispositivo capaz de conduzir corrente, tanto polarizado diretamente quanto reversamente;
• Uma das suas principais aplicação é como regulador de tensão.
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Diodo zener
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Diodo zener
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Diodo zener
• Folha de dados de um diodo zener.
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Análise do diodo zener
• Uma forma bastante simples de analisar o diodo é como regulador, onde a tensão de entrada Vi e o resistor de carga RL são fixos.
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Análise do diodo zener
• 1º passo é determinar o estado do diodo zener;
• Isso é feito retirando-o do circuito e calculando a tensão através do circuito aberto resultante.
• 2º passo é substituir o circuito equivalente a calcular as incógnitas necessárias.
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Análise do diodo zener
• Se V >= VZ diodo ligado e se V < VZ diodo desligado.
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Exemplo
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Exemplo
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Exercício
• Determine VL, VR, IZ e PZ em seguida mude RL
para um resistor de 3K Ω e refaça os cálculos.
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Diodo emissor de luz (LED)
• LED faz parte da família de dispositivos de junção p-n;
• Em qualquer junção p-n polarizada diretamente, existe, dentro da estrutura, uma recombinação de buracos e elétrons;
• Silício e germânio é gerado principalmente calor durante a polarização direta.
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Diodo emissor de luz (LED)
• Materiais como fosfeto de arseniero de gálio (GaAsP) ou fosfeto de gálio (GaP);
• Nesses materiais a energia luminosa é suficiente para criar luz visível.
• O processo de emissão de luz, aplicando-se uma fonte elétrica de energia, é chamado de eletroluminescência (BOYLESTAD, 1998).
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Identificação do LED
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Diodo emissor de luz (LED)
Símbolo do LED
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Exemplos de LEDs
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Referências
• BOYLESTAD, R. L. Dispositivos eletrônicos. Prentice hall. 1998.
• HALLIDAY. M. E. Fundamentos de física 3. Piracicaba: 2005.