analise de circuitos com diodos

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Prof. Alceu André Badin
Modelos equivalente de diodos e 
introdução ao cálculo térmico
Parte dos slides são do material 
disponibilizados pelos autores do 
livro “Dispositivos eletrônicos e 
Teoria de Circuitos”
Objetivos da aula
• Revisar as característica dos diodos
• Estudo dos modelos matemáticos dos 
diodos. 
• Análise de circuitos com diodos.
Prof. Alceu A. Badin UTFPR/DAELT
Lembrando...
VD<0V
Polarização reversa ou inversa
VD
CátodoÂnodo + -
Condições de operação do diodo
• As lacunas no material do tipo p são atraídos para perto do terminal
negativo da fonte de tensão.
• Polarização reversa
oA tensão reversa faz com que a área
da região de depleção aumente.
o Os elétrons no material do tipo n
são atraídos para perto do terminal
positivo da fonte de tensão.
Condições de operação do diodo
VD>0V
Polarização direta
VD
CátodoÂnodo + -
Condições de operação do diodo
• Polarização direta
oA tensão direta faz com que
a área da região de depleção
diminua.
o Os elétrons e lacunas são
empurrados em direção à
junção p-n.
• Os elétrons e lacunas têm energia suficiente para cruzar a junção
p-n.
Condições de operação do diodo
Tensão de polarização 
direta
• O ponto no qual o diodo muda da condição de ausente de
polarização para a condição de com polarização direta ocorre quando
os elétrons e as lacunas fornecem energia suficiente para cruzar a
junção p-n. Essa energia vem da tensão externa aplicada ao longo do
diodo.
• A tensão de polarização direta necessária para um:
o Diodo de arseneto de gálio  1.2 V
o Diodo de silício 0.7 V
o Diodo de germânio  0.3 V
Efeitos da temperatura 
• À medida que a temperatura aumenta, é adicionada energia ao
diodo.
• Ela reduz a tensão de polarização direta necessária para condução
de polarização direta.
• Ela aumenta a quantidade de corrente reversa na condição de
polarização reversa.
• Ela aumenta a tensão máxima de avalanche da polarização reversa.
• Os diodos de germânios são mais sensíveis a variações de
temperatura que os de silício ou de arseneto de gálio.
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Modelos equivalente de 
circuito dos diodos
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O que é um modelo equivalente de 
circuitos?
É uma representação simplificada que busca 
representar o comportamento real de um 
componente sem a complexidade de sua 
operação física detalhada.
Comummente o comportamento não-linear do 
componente é representado satisfatoriamente
por um modelo linear de circuitos. 
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Característica IFxVF
VF<0V
Modelos: R=Ω R=0Ω
VF>0V
ConduçãoBloqueio
-
C
F
vF+
A
iDiodo Ideal
iF
vF
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Característica IFxVF
VF<V(TO)
Modelos: R=Ω
VF>V(TO)
ConduçãoBloqueio
V(TO)
Não idealidade: Barreira de potencial da junção PN
Diodo não ideal - simplificado
iF
vF
V(TO)
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Característica IFxVF
VF<V(TO)
Modelos: R=Ω
VF>V(TO)
ConduçãoBloqueio
V(TO)
Não idealidades: Barreira de potencial e resistência série rT
Diodo não ideal - simplificado
iF
vFV(TO)
1/rT
rT
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Curva real x Modelo equivalente
Modelo
Modelo
V(TO)rT
Real
Capacitância do diodo
• Quando reversamente polarizada, a camada de depleção fica muito
grande. As fortes polaridades negativa e positiva do diodo criam
capacitância (CT). A quantidade de capacitância depende da tensão
reversa aplicada.
• Quando polarizada diretamente, a capacidade de armazenamento
ou a capacidade de difusão passa a existir à medida que a tensão do
diodo aumenta.
Capacitância do diodo
Tempo de recuperação 
reversa (trr)
• Tempo de recuperação reversa é o tempo necessário para um
diodo para de conduzir quando sua polarização é alternada de direta
para reversa.
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Tecnologias de diodos comerciais
 Diodos standard: transição > 0,5μs (baixa frequência)
 Fast recovery: transição < 250 ns
 Soft-recovery – transição amortecida sem pico de tensão 
(principalmente tecnologia Schottky)
 ultrafast-recovery transição < 100 ns
 Zero recovery (Carbeto de silicio, (SiC) – Silicon Carbide) 
transição em poucos ns.
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Diodo Real – comparação do bloqueio
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Diodo Real – exemplos SKN 71
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Diodo Real – exemplos IDH10G65C5
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Diodo Real – exemplo MUR860 (Ultrafast)
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Perdas totais no diodo:
Obs.: PB são insignificantes comparadas as perdas de condução;
Para operação em baixa frequência P1 e P2, na maioria dos casos, 
não são significativas.
2 q [ ]
PD = Perdas totais no diodo. [W]
PC = Perdas em condução. [W]
PB = Perdas em bloqueio [W]
P1 = Perdas na entrada em condução. [W]
P2 = Perdas no bloqueio. [W]
1 2D CP P P P  
Perdas no diodo - PD [W]
D CP PAssim:
Perdas no diodo - PD [W]
Circuito equivalente em condução
 Onde:
 Perdas em condução:-
C
F
vF
F
+
A
i
i
A
V(TO)
+
C
rT
-vF
2
( )C TO Dmed T DefP V I r I 
VF = Tensão direta do diodo [V]
PC= Perdas no diodo. [W]
V(TO)= Tensão limiar de condução[V]
rT = resistência série do diodo. []
IDmed = Valor médio da corrente. [A]
IDef = Valor eficaz da corrente. [A]
( )F TO rTV V V 
C F DmedP V I
OU
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Introdução ao cálculo Térmico
Em semicondutores:
 Problemas:
 As perdas nos componentes produzem calor.
 Os componentes semicondutores possuem limites de 
temperaturas para o adequado funcionamento.
 O calor gerado deve ser transferido para o ambiente.
 Solução:
 Usar mecanismos para melhorar a transferência de calor para o 
ambiente. (dissipadores, ventilação forçada etc.)
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Cálculo térmico em regime permanente
 Circuito térmico equivalente:
P
Rjc Rcd Rda
TaTdTcTj
Tj - temperatura da junção (oC).
Tc - temperatura da cápsula (oC).
Td - temperatura do dissipador (oC).
Ta - temperatura ambiente (oC).
P - potência térmica sendo 
transferida ao meio ambiente (W).
Rjc - resistência térmica entre a junção e 
cápsula (oC/W).
Rcd - resistência térmica entre o 
componente e dissipador (oC/W).
Rda - resistência térmica entre o 
dissipador e o ambiente (oC/W).
Rja - resistência térmica entre a junção e o 
ambiente (oC/W).
ja jc cd daR R R R  
Introdução ao cálculo Térmico
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Cálculo térmico em regime permanente
 O objetivo é evitar que a temperatura máxima da junção 
alcance valores próximos da máxima temperatura 
permitida, dada pelo fabricante.
 Pelo circuito térmico temos:
P
Rjc Rcd Rda
TaTdTcTj
j a ja
j a
ja
T T R P
T T
R
P
 

 
Tj - temperatura da junção (oC).
Ta - temperatura ambiente (oC).
P - Perdas no componente. (W)
Rja - resistência térmica entre a junção e 
o ambiente (oC/W).
Introdução ao cálculo Térmico
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Referências
 BOYLESTAD, Robert L.; NASHELSKY, Louis. 
Dispositivos eletrônicos e teoria de circuitos. 11. ed. São 
Paulo, SP: Pearson Education do Brasil, c2013. 
 BARBI, Ivo. Eletrônica de Potência; 6ª Edição, UFSC, 
2006. 
 Christian Miesner et al. “thinQ!™ Silicon Carbide 
Schottky Diodes: An SMPS Circuit Designer’s Dream 
Comes True!” (www.infineon.com) 
 Datasheets: Vishay, Infineon e Semikron.