Aplicações do Diodo em Eletrônica

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UPEM
Núcleo de Pesquisa em Mecatrônica 
CEFET/RJ campus Nova Iguaçu
Eletrônica I
(GELE0631)
Caṕıtulo 2
Aplicações do Diodo
Rene Cruz Freire
rene.freire@cefet-rj.br
Centro Federal de Educação Tecnológica Celso Suckow da Fonseca
Campus Nova Iguaçu
8/2023
Sumário
Introdução
Análise por Reta de Carga
Configurações com Diodos em Série
Configurações em Paralelo e Série-paralelo
Portas AND/OR (”E/OU”)
Retificador de Meia-Onda
Retificador de Onda Completa
Retificadores com Filtro Capacitivo
Ceifadores
Grampeadores
Diodos Zener
Introdução
▶ Circuitos microeletrônicos são baseados em complexas
estruturas de semicondutores, que têm sido alvo de
pesquisa há mais de sete décadas.
▶ O objetivo final do caṕıtulo é o estudo do diodo, mas antes
é necessário entender o funcionamento básico dos
materiaissemicondutores e das condições em que conduzem
corrente.
▶ Dispositivos semicondutores são o coração dos Circuitos
Integrados (CI’s), cuja célula fundamental é a junção PN.
▶ Para entender as caracteŕısticas das junções PN é
importante estudar:
▶ O comportamento dos portadores de carga no estado sólido.
▶ A modificação da densidade dos portadores de carga.
▶ Os diferentes mecanismos de fluxo/transporte de carga.
Análise por Reta de Carga
▶ A análise do diodo pode seguir dois caminhos: usando
caracteŕısticas reais ou aplicando um modelo aproximado
para o dispositivo.
▶ Análise por reta de carga: é usada para analisar o circuito
com diodos usando suas caracteŕısticas reais.
Análise por Reta de Carga
▶ Uma linha reta é definida pelos parâmetros do circuito.
▶ É chamada de reta de carga porque a interseção no eixo
vertical é definido pela carga aplicada R.
Análise por Reta de Carga
▶ O ID máximo é igual a E/R e o VD máximo é igual a E .
▶ O ponto onde a linha de carga e a curva caracteŕıstica se
cruzam é o ponto Q, que identifica ID e VD para um diodo
espećıfico em um determinado circuito.
Exemplo 01
1. Para a configuração em série do diodo da figura (a),
empregando a curva caracteŕıstica do diodo da figura (b),
determine:
a) VDQ e IDQ .
b) VR.
Exemplo 01
Solução:
a) A reta é traçada entre os pontos VD = E = 10V e
ID =
E
R
=
10V
0,5kΩ
= 20mA. A interseção entre a reta de carga e
a curva caracteŕıstica define o ponto Q como VDQ
∼= 0,78V e
IDQ
∼= 18,5mA.
b) A queda de tensão no resistor pode ser calculada de duas
formas:
Pela Lei de Ohm:
VR = IDQ · R = 18,5mA · 0,5kΩ = 9,22V
Pela Lei de Kirchhoff:
VR = E −VD = 10V − 0,78V = 9,22V
Exemplo 01
Solução:
Configurações com Diodos em Série
▶ A resistência direta do diodo geralmente é tão pequena em
comparação com os outros elementos em série do circuito
que pode ser ignorada.
▶ Em geral, um diodo está no estado “ligado” se a corrente
estabelecida pelas fontes aplicadas for tal que sua direção
corresponda à da seta no śımbolo do diodo, e VD ≥ 0,7V
para siĺıcio, VD ≥ 0,3V para germânio, e VD ≥ 1,2V para
arseneto de gálio.
▶ Pode-se assumir que o diodo está “ligado” e, em seguida,
encontrar a corrente no diodo. Se a corrente flui para o
terminal positivo do diodo, a suposição está correta, caso
contrário, o diodo está “desligado”.
Configurações com Diodos em Série
Polarização Direta
▶ Constantes:
▶ VD(Si) = 0,7V
▶ VD(Ge) = 0,3V
▶ Análise (Diodo Si):
▶ VD = 0,7V (ou VD = E se E < 0,7V )
▶ VR = E −VD
▶ ID = IR = IT =
VR
R
=
E −VD
R
Configurações com Diodos em Série
Polarização Reversa
▶ Análise:
▶ VD = E
▶ VR = 0V
▶ ID = 0A
Exemplo 02
2. Para a configuração em série do diodo da figura abaixo,
determine VD , VR e ID .
Exemplo 02
Solução:
Para um diodo de siĺıcio, teremos VD = 0,7V .
A tensão VR é calculada pela lei das malhas:
VR = E −VD = 8V − 0,7V = 7,3V
Por fim, a corrente ID é calculada pela lei de Ohm:
IR =
VR
R
=
7,3V
2,2kΩ
∼= 3.32mA
Exemplo 03
3. Repita o exemplo anterior com o diodo invertido.
Exemplo 03
Solução:
Na polarização reversa o diodo se comporta como um circuito
aberto, portanto VD = E = 8V , IR = 0A e VR = 0V .
Configurações com Diodos em Série
Notação de Fonte
Exemplo 04
4. Para a configuração em série do diodo da figura abaixo,
determine VD , VR e ID .
Exemplo 04
Solução:
Neste caso teremos E < 0,7V , ou seja a tensão aplicada é
insuficiente para “ligar” o diodo de siĺıcio, portanto
VD = E = 0,5V , IR = 0A e VR = 0V .
Exemplo 05
5. Determine V0 e ID para o circuito série abaixo, sendo
VD(LED) = 1,8V .
Exemplo 05
Solução:
E = 12V > VK1 +VK2 = 0,7V + 1,8V = 2,5V , portanto há
corrente nesse sentido. Aplicando a lei das malhas, temos:
V0 = E −VK1 −VK2 = 12V − 2,5V = 9,5V
Como o resistor está aterrado, VR = V0:
IR =
VR
R
=
V0
R
=
9,5V
680Ω
∼= 13,97mA
Exemplo 06
6. Determine V0, VD2 e ID para o circuito série abaixo.
Exemplo 06
Solução:
Como um dos diodos está polarizado reversamente, não haverá
condução de corrente no circuito, portanto VD1 = V0 = 0V ,
IR = ID1 = 0A e VD2 = E = 20V .
Exemplo 07
7. Determine I , V1, V2 e V0 para o circuito série abaixo.
Exemplo 07
Solução:
Exemplo 07
Solução:
O diodo está polarizado diretamente, com o estado “ligado”
denotado por VD = 0,7V . A corrente resultante é calculada
como:
I =
E1 + E2 −VD
R1 + R2
=
10V + 5V − 0,7V
4,7kΩ+ 2,2kΩ
∼= 2,07mA
As tensões são calculadas como:
V1 = IR1 = 2,07mA · 4,7kΩ = 9,73V
V2 = IR2 = 2,07mA · 2,2kΩ = 4,55V
V0 = V2 − E2 = 4,55V − 5V = −0,45V
Configurações em Paralelo e Série-paralelo
▶ Os métodos usados na seção anterior podem ser estendidos
à análise de configurações em paralelo e em série-paralelo.
▶ Para cada área de aplicação, simplesmente adaptam-se as
etapas sequenciais aplicadas às configurações de diodo em
série.
Exemplo 08
8. Determine V0, I1, ID1 e ID2 para o circuito paralelo abaixo.
Exemplo 08
Solução:
Exemplo 08
Solução:
A tensão em elementos paralelos é sempre a mesma, portanto
V0 = 0,7V . A corrente total será:
I1 =
VR
R
=
E −VD
R
=
10V − 0,7V
0,33kΩ
= 28,18mA
Como os diodos são semelhantes, eles possuirão a mesma
corrente:
ID1 = ID2 =
I1
2
=
28,18mA
2
= 14,09mA
Exemplo 09
9. Encontre o resistor R para garantir uma corrente de 20 mA
através do diodo “ligado” para o circuito dado. Ambos os
diodos têm tensão de ruptura reversa de 3V e tensão de
ativação média de 2V.
Exemplo 09
Solução:
Aplicando a lei de Ohm, obtemos:
I =
E −VLED
R
→ R =
E −VLED
I
=
8V − 2V
20mA
= 300Ω
Exemplo 10
10. Determine V0 para o circuito paralelo abaixo, sendo
VD(LED) = 2,2V .
Exemplo 10
Solução:
Apenas um dos diodos pode conduzir corrente, de modo a não
violar a lei das malhas. Nesse caso, logo que a tensão no diodo
de siĺıcio atingir 0,7V ele passa a conduzir e mantém o ńıvel de
tensão, fazendo o LED se comportar como circuito aberto.
Portanto, temos V0 = 12V − 0,7V = 11.3V .
Exemplo 11
11. Determine as correntes I1, I2 e ID2 .
Exemplo 11
Solução:
Exemplo 11
Solução:
Os diodos estão polarizados diretamente, com o estado “ligado”
denotado por VK1 = VK2 = 0,7V . Assim é posśıvel resolver I1:
I1 =
VK2
R1
=
0,7V
3,3kΩ
= 0,212mA
Pela lei das malhas obtém-se V2:
V2 = E −VK1 = VK2 = 20V − 0,7V − 0,7V = 18,6V
Aplicando a lei de Ohm, obtém-se I2:
I2 =
V2
R2
=
18,6V
5,6kΩ
= 3,32mA
Por fim, obtém-se ID2 pela lei dos nós:
ID2 = I2 − I1 = 3,32mA− 0,212mA ∼= 3,11mA
Portas AND/OR (”E/OU”)
▶ As ferramentas de análise estão agora à nossa disposição e
a oportunidade de analisar uma configuração utilizada em
computadores ilustrará uma das possibilidades de aplicação
desse dispositivo relativamente simples.
▶ Nossa análise está limitada à determinação dos ńıveis de
tensão e não incluirá uma discussão detalhada sobre
álgebra booleana ou lógicas positiva e negativa.
Exemplo 12
12. Determine V0 e I para o circuito abaixo.
Exemplo 12
Solução:
Analisandopela luz da lógica positiva, a entrada de 10V
corresponderá a “1” e a entrada de 0V corresponderá a “0”.
Assim, temos V0 = E −VD = 10V − 0,7V = 9,3V , valor que
polariza D2 reversamente e D1 diretamente, ou seja, apenas D1
está conduzindo. Dessa forma temos um ńıvel de tensão
V0 = 9,3V na sáıda, suficientemente grande para ser
considerado alto (“1”).
Exemplo 12
Solução:
Exemplo 13
13. Determine o ńıvel de sáıda da porta AND de lógica positiva
do circuito abaixo.
Exemplo 13
Solução:
Neste caso temos D1 polarizado reversamente e D2 polarizado
diretamente, resultando que D1 não conduzirá corrente. Deste
modo temos VK em paralelo com E e R, resultando em
V0 = VK = 0,7V , pela proximidade com “0” é um valor
considerado de ńıvel baixo. Calculando a corrente I pela lei de
Ohm:
I =
E −VK
R
=
10V − 0,7V
1kΩ
= 9,3mA
Exemplo 13
Solução:
Retificador de Meia-Onda
Retificador de Meia-Onda
▶ Para 0 ≤ t ≤ T/2, o diodo está “ligado”.
▶ O diodo é substitúıdo pelo curto-circuito equivalente para o
diodo ideal.
Retificador de Meia-Onda
▶ Para T/2 ≤ t ≤ T , o diodo está “desligado”.
▶ O diodo é substitúıdo por um circuito aberto.
Retificador de Meia-Onda
O valor médio da tensão é VCC = 0,318Vm , onde Vm é a tensão
de pico do sinal senoidal
Retificador de Meia-Onda
▶ O efeito do uso de um diodo de siĺıcio com VK = 0,7V é
mostrado abaixo.
▶ O diodo está “ligado” quando o sinal aplicado é de pelo
menos 0,7 V.
▶ v0 = vi −VK .
▶ Para Vm >> VK : VCC
∼= 0,318(Vm −VK ).
Exemplo 14
14. Para o circuito abaixo:
a) Esboce a tensão de sáıda v0 e determine o valor CC de
sáıda para o circuito.
b) Repita o item (a) se o diodo ideal for substitúıdo por um
diodo de siĺıcio.
Exemplo 14
Solução:
a) Neste caso o diodo irá conduzir durante o semiciclo negativo
da senóide:
VCC = −0,318Vm = −0,318 · 20V = −6,36V
Exemplo 14
Solução:
b) Introduzindo o efeito do diodo de siĺıcio:
VCC
∼= 0,318(Vm −VK ) = 0,318 · (20V − 0,7V ) = −6,14V
Retificador de Meia-Onda
Tensão de Pico Inversa do diodo (PIV)
▶ Como o diodo é apenas polarizado diretamente para
metade do ciclo CA, ele também é polarizado reversamente
por meio ciclo.
▶ É importante que a tensão nominal de ruptura reversa do
diodo seja alta o suficiente para suportar o pico de tensão
CA de polarização reversa e evitar entrar na região Zener.
Retificador de Onda Completa
▶ O processo de retificação pode ser melhorado usando um
circuito retificador de onda completa.
▶ A retificação de onda completa produz uma sáıda CC
maior:
▶ Meia-onda: VCC = 0,318Vm
▶ Onda completa: VCC = 0,636Vm
Retificador de Onda Completa
Circuito para o peŕıodo 0 ≤ t ≤ T da tensão de entrada vi
Retificador de Onda Completa
▶ Caminho de condução para a região positiva de vi .
▶ Caminho de condução para a região negativa de vi .
Retificador de Onda Completa
O ńıvel CC é agora o dobro do retificador de meia onda
VCC (OC ) = 2VCC (MO) = 2 · 0,318Vm = 0,636Vm
Retificador de Onda Completa
Efeito da utilização do diodo de siĺıcio com VK = 0,7V
▶ vi −VK − v0 −VK = 0 → v0 = vi − 2VK
▶ V0max = Vm − 2VK
▶ Para Vm >> 2VK : VCC
∼= 0,636(Vm − 2VK )
Retificador de Onda Completa
Tensão de Pico Inversa do diodo (PIV)
Retificador de Onda Completa
Transformador com Derivação Central
Retificador de Onda Completa
▶ Condições do circuito para a região positiva de vi .
▶ Condições do circuito para a região negativa de vi .
Retificador de Onda Completa
Tensão de Pico Inversa do diodo (PIV)
Exemplo 15
15. Determine a forma de onda de sáıda do circuito da figura
abaixo e calcule o ńıvel CC na sáıda e a tensão de pico
inversa.
Exemplo 15
Solução:
Para a região positiva de vi :
Exemplo 15
Solução:
Redesenhando o circuito:
Exemplo 15
Solução:
Para a parte negativa os papéis dos diodos são trocados e
obtemos a forma de onda resultante:
Exemplo 15
Solução:
Calculando tensão CC e tensão de pico inversa:
v0 = (1/2)vi
V0max = (1/2)Vimax = (1/2)10V = 5V
VCC = 0,636vi = 0,636 · 5V = 3,18V
Para este caso, temos PIV ≥ Vm , portanto:
PIV = (1/2)Vm = (1/2)10V = 5V .
Retificadores com Filtro Capacitivo
▶ Os circuitos retificadores estudados até aqui, entretanto,
ainda não produzem uma sáıda útil para alimentar
dispositivos eletrônicos.
▶ Ao contrário de uma bateria, o retificador gera uma sáıda
que varia de modo considerável com o tempo.
▶ Devemos, portanto, tentar produzir uma sáıda com um
perfil que se aproxime o máximo posśıvel de uma constante.
▶ Este problema pode ser mitigado com a adição de um
capacitor inicialmente descarregado em paralelo com a
carga alimentada.
Retificadores com Filtro Capacitivo
Retificador de Meia-onda
▶ 0 ≤ t ≤ t1 → capacitor carrega até atingir Vout = Vp −VD .
▶ t1 ≤ t ≤ t2 → capacitor descarrega numa frequência muito
menor do que Vin , até os seus valores se igualarem.
▶ t2 ≤ t ≤ t3 → Vin aumenta até que Vin −Vout = VD .
▶ t3 ≤ t ≤ t4 → capacitor carrega até atingir Vout = Vp −VD .
Retificadores com Filtro Capacitivo
Retificador de Meia-onda
▶ Em aplicações práticas, a amplitude de ripple, VR, deve
permanecer abaixo de 5 a 10% da tensão de pico de
entrada.
▶ Se a corrente máxima que flui na carga for conhecida, o
valor de C1 pode ser escolhido suficientemente grande para
que o ripple seja aceitável.
▶ Para isto, é necessário calcular VR.
▶ Um ciclo completo de descarga de C1 por RL é dado por:
Vout(t) = (Vp −VD)e
−t/τ
t1 ≤ t ≤ t3
τ = RLC1
Retificadores com Filtro Capacitivo
Retificador de Meia-onda
▶ Para assegurar um ripple pequeno, RLC1 deve ser muito
maior que t3 − t1.
▶ Logo, usando a aproximação e−ϵ ≈ 1− ϵ, para ϵ << 1,
temos:
Vout(t) ≈ (Vp −VD)
(
1− t
RlC1
)
Vout(t) ≈ (Vp −VD)−
Vp −VD
RL
· t
C1
▶ O primeiro termo no lado direito representa a condição
inicial em C1, enquanto o segundo termo representa uma
rampa decrescente.
▶ Como se uma corrente constante igual a (Vp −VD)/RL
descarregasse C1.
Retificadores com Filtro Capacitivo
Retificador de Meia-onda
▶ A amplitude de ripple é igual à quantidade de descarga em
t = t3.
▶ Como t4 − t1 é igual ao peŕıodo de entrada, Tin , escrevemos
t3 − t1 = Tin −∆T , onde ∆T = t4 − t3 é o intervalo de
tempo em que D1 conduz. Portanto:
VR =
Vp −VD
RL
· Tin −∆T
C1
▶ Se C1 sofrer uma pequena descarga, o diodo ficara ligado
por um breve peŕıodo de tempo, tal que ∆T << Tin , logo:
VR ≈ Vp −VD
RL
· Tin
C1
⇒ Tin = f −1
in
VR ≈ Vp −VD
RLC1fin
Exemplo 16
16. Esboce a forma de onda da sáıda do circuito a seguir à
medida que C1 varia de valores muito grandes a muito
pequenos
Exemplo 16
Solução:
Quando o valor de C1 é muito grande, a corrente que flui por
RL quando D1 está desligado produz apenas uma pequena
alteração em Vout . Reciprocamente, quando C1 é muito
pequeno, o circuito se aproxima do retificador de meia-onda
simples e exibe grandes variações de Vout .
Exemplo 17
17. Um transformador converte a tensão de linha de 110V a
60Hz em uma excursão de pico a pico de 9V . Um
retificador de meia-onda com VD = 0,7V segue o
transformador e fornece potência a um notebook modelado
como uma resistência RL = 0,5Ω. Determine o valor
máximo do capacitor de filtragem que mantém o ripple
abaixo de 0,1V .
Solução:
VR =
Vp −VD
RLC1fin
→ C1 =
Vp −VD
RLVRfin
=
4,5V − 0,7V
0,5Ω · 0,1V · 60Hz
=
1,267F
Este é um valor muito grande. O projetista pode buscar um
equiĺıbrio entre amplitude de ripple, tamanho, peso e custo do
capacitor.
Exemplo 17
17. Um transformador converte a tensão de linha de 110V a
60Hz em uma excursão de pico a pico de 9V . Um
retificador de meia-onda com VD = 0,7V segue o
transformador e fornece potência a um notebook modelado
como uma resistência RL = 0,5Ω. Determine o valor
máximo do capacitor de filtragem que mantém o ripple
abaixo de 0,1V .
Solução:
VR =
Vp −VD
RLC1fin
→ C1 =
Vp −VD
RLVRfin
=
4,5V − 0,7V0,5Ω · 0,1V · 60Hz
=
1,267F
Este é um valor muito grande. O projetista pode buscar um
equiĺıbrio entre amplitude de ripple, tamanho, peso e custo do
capacitor.
Retificadores com Filtro Capacitivo
Retificador de Meia-onda
▶ interpretando a corrente (Vp −VD)/RL como a corrente IL
na carga:
VR =
IL
C1fin
▶ Sob polarização direta, a corrente no diodo consiste em
duas componentes:
a) A corrente transiente que flui em C1.
IC1
= C1
dVout
dt
b) A corrente fornecida a RL.
IL =
Vp −VD
RL
Retificadores com Filtro Capacitivo
Retificador de Meia-onda
▶ Portanto, a corrente de pico no diodo ocorre quando IC1
atinge valor máximo.
▶ Esse momento ocorre quando D1 é ligado, pois é quando
Vout tem inclinação máxima.
▶ Supondo que VD << Vp , notamos que D1 é ligado em
Vin(t1) = Vp −VR
Retificadores com Filtro Capacitivo
Retificador de Meia-onda
▶ Assim, para Vin(t) = Vp sen(ωt):
Vp sen(ωin t1) = Vp −VR
sen(ωin t1) = 1− VR
Vp
▶ Desprezando VD , temos Vout ≈ Vin(t), portanto a corrente
no diodo será:
ID1(t) = C1
dVout
dt
+
Vp
RL
ID1(t) = C1
d
dt
[Vp sen(ωin t)] +
Vp
RL
ID1(t) = C1ωinVp cos(ωin t) +
Vp
RL
Retificadores com Filtro Capacitivo
Retificador de Meia-onda
▶ ID1(t) atinge seu valor de pico em t = t1:
Ip = C1ωinVp cos(ωin t1) +
Vp
RL
▶ Aplicando a identidade sen2(θ) + cos2(θ) = 1, temos:
Ip = C1ωinVp
√
1−
(
1− VR
Vp
)2
+
Vp
RL
Ip = C1ωinVp
√
2VR
Vp
− V 2
R
V 2
p
+
Vp
RL
Retificadores com Filtro Capacitivo
Retificador de Meia-onda
▶ Como VR << Vp , desprezamos o segundo termo na raiz
quadrada:
Ip ≈ C1ωinVp
√
2VR
Vp
+
Vp
RL
Ip ≈ Vp
RL
(
RLC1ωin
√
2VR
Vp
+ 1
)
Exemplo 18
18. Supondo VD ≈ 0 e C1 = 1,267F , determine a corrente de
pico no diodo do exemplo 17.
Solução:
Ip =
Vp
RL
(
RLC1ωin
√
2VR
Vp
+ 1
)
Ip =
4,5V
0,5Ω
·
(
0,5Ω · 1,267F · 2π · 60Hz ·
√
2 · 0,1V
4,5V
+ 1
)
Ip = 462,14A
Este valor é muito grande. Vale notar que a corrente que flui
em C1 é muito maior do que aquela que flui em RL.
Exemplo 18
18. Supondo VD ≈ 0 e C1 = 1,267F , determine a corrente de
pico no diodo do exemplo 17.
Solução:
Ip =
Vp
RL
(
RLC1ωin
√
2VR
Vp
+ 1
)
Ip =
4,5V
0,5Ω
·
(
0,5Ω · 1,267F · 2π · 60Hz ·
√
2 · 0,1V
4,5V
+ 1
)
Ip = 462,14A
Este valor é muito grande. Vale notar que a corrente que flui
em C1 é muito maior do que aquela que flui em RL.
Retificadores com Filtro Capacitivo
Retificador de Onda Completa
▶ O retificador de meia-onda estudado anteriormente
bloqueia os semiciclos negativos da entrada, permitindo
que o capacitor seja descarregado pela carga durante quase
todo o peŕıodo.
▶ Portanto, o circuito ficar sujeito a um intenso ripple na
presença de uma carga grande (corrente alta).
▶ Uma simples modificação no circuito permite reduzir o
ripple de tensão por um fator de dois.
▶ Essa modificação consiste em inverter o semiciclo negativo
através de uma ponte de diodos, formando assim o
retificador de onda completa com filtro capacitivo.
Retificadores com Filtro Capacitivo
Retificador de Onda Completa
▶ Como a descarga do capacitor ocorre por quase metade do
ciclo de entrada, o ripple é aproximadamente igual à
metade do retificador de meia-onda:
VR ≈ 1
2
· Vp − 2VD
RLC1fin
▶ A expressão de Ip segue igual ao retificador de meia-onda,
uma vez que consideramos VD ≈ 0.
Retificadores com Filtro Capacitivo
Resumo
▶ Durante o pico do semiciclo negativo do retificador de
meia-onda, temos VD ,off = Vp +Vout ≈ 2Vp , o que
significa que o diodo deve suportar uma tensão reversa da
ordem de 2Vp sem sofrer ruptura.
Ceifadores
Ceifadores são circuitos que utilizam diodos para “ceifar” uma
porção de um sinal de entrada sem distorcer o restante da
forma de onda aplicada.
Ceifadores
Ceifador com Fonte em Série
Adicionar uma fonte CC em série com o diodo de corte altera a
polarização direta efetiva do diodo.
Ceifadores
Exemplo 19
19. Determine a forma de onda de sáıda do circuito da figura
abaixo.
Exemplo 19
Solução:
Exemplo 20
20. Determine a forma de onda de sáıda do circuito da figura
abaixo.
Exemplo 20
Solução:
Ceifadores
Ceifador Paralelo
▶ O diodo em um circuito ceifador paralelo “corta” qualquer
tensão na polarização direta.
▶ Uma fonte de tensão CC pode ser adicionada em série com
o diodo para alterar o ńıvel de corte.
Exemplo 21
21. Determine a forma de onda de sáıda do circuito da figura
abaixo.
Exemplo 21
Solução:
Exemplo 22
22. Determine a forma de onda de sáıda do circuito da figura
abaixo utilizando um diodo de siĺıcio com VK = 0,7V .
Exemplo 22
Solução:
Ceifadores
Resumo Ceifadores em Série
Ceifadores
Resumo Ceifadores em Paralelo
Grampeadores
Um grampeador é um circuito constitúıdo de um diodo, um
resistor e um capacitor que desloca uma forma de onda para um
ńıvel CC diferente, sem alterar a aparência do sinal aplicado.
Grampeadores
▶ R é escolhido de modo que o peŕıodo de descarga
5τ = 5RC seja muito maior que o peŕıodo T/2 ≤ t ≤ T , e
supõe-se que o capacitor retenha toda a sua carga.
▶ Polarização direta: diodo se comporta como curto e o
capacitor é carregado.
▶ Polarização reversa: diodo se comporta como circuito
aberto e o capacitor se comporta como uma fonte de tensão
CC em série com V .
Exemplo 23
23. Determine v0 para o circuito da figura abaixo para a
entrada indicada.
Exemplo 23
Solução:
Polarização direta: determinando v0 e VC .
Exemplo 23
Solução:
Polarização reversa: determinando v0.
Exemplo 23
Solução:
Grampeadores
Resumo Grampeadores (5τ >> T/2)
Diodos Zener
▶ O diodo Zener é um tipo de diodo que permite a corrente
passe não apenas na polarização direta como um diodo
normal, mas também na polarização reversa se a tensão for
maior que a tensão de ruptura conhecida como “tensão
Zener” (VZ ).
▶ Normalmente a tensão Zener está no intervalo
1,8V ≤ VZ ≤ 200V .
▶ É utilizado como regulador de tensão.
Diodos Zener
Circuitos equivalentes aproximados do diodo Zener nas três
regiões posśıveis de aplicação.
Exemplo 24
24. Determine as tensões de referência fornecidas pelo circuito
da figura abaixo, que utiliza um LED de cor branca para
indicar que a energia está ligada. Quais são os valores da
corrente que passa pelo LED, a potência fornecida pela
fonte e a potência absorvida pelo LED e o diodo Zener 1?
Exemplo 24
Solução:
V01 = VZ2 +VK = 3,3V + 0,7V = 4V
V02 = VZ1 +V01 = 6V + 4V = 10V
Corrente através do LED branco:
IR = ILED =
40V −V02 −VLED
R
=
40V − 10V − 4V
1,3kΩ
= 20mA
Potência fornecida pela fonte:
PS = EIS = EIR = 40V · 20mA = 800mW
Potência absorvida pelo LED:
PLED = VLEDILED = 4V · 20mA = 80mW
Potência absorvida pelo diodo Zener 1:
PZ1 = VZ1IZ1 = 6V · 20mA = 120mW
Diodos Zener
Regulador Zener Básico
▶ Remova o diodo Zener do circuito.
▶ Calcule a tensão de circuito aberto.
▶ Se V ≥ VZ , o diodo Zener está “ligado”.
▶ Se V < VZ , o diodo Zener está “desligado”.
Diodos Zener
Regulador Zener Básico
▶ Determinando o estado do diodo Zener.
▶ Substituindo o diodo Zener pelo seu equivalente “ligado”.
Exemplo 25
25. Para o circuito abaixo:
a) Determine VL, VR, IZ e PZ .
b) Repita o item (a) com RL = 3kΩ
Exemplo 25
Solução:
a) Determinando o estado do diodo:
V = VL = Vi
RL
R + RL
= 16V
1,2kΩ
1kΩ+ 1,2kΩ
= 8,73V
Exemplo 25
Solução:
Como V = 8,73V < VZ = 10V então o diodo está
“desligado”, portanto:
V = VL = 8,73V
IZ = 0A
PZ = VZ IZ = VZ · 0A = 0W
VR = Vi −VL = 16V − 8,73V = 7,27V
Exemplo 25
Solução:
b) Determinando o estado do diodo:
V = VL = Vi
RL
R + RL
= 16V
3kΩ
1kΩ+ 3kΩ
= 12V
Exemplo 25
Solução:
Como V = 12V > VZ = 10V então o diodo está “ligado”,
portanto:
VL = VZ = 10V
VR = Vi −VL = 16V − 10V = 6V
IZ = IR − IL =
VR
R
− VL
RL
=
6V
1kΩ
− 10V
3kΩ
= 2,67mA
PZ = VZ IZ = 10V · 2,67mA = 26,7mW
PZ = 26,7mW < PZM = 30mW → o diodo opera sem
“queimar”.
Exerćıcios - Caṕıtulo 2
▶ Análise por Retade Carga - 1, 4;
▶ Configurações com Diodo em Série - 7;
▶ Configurações em Paralelo e em Série-paralelo - 13;
▶ Entradas Senoidais: Retificação de Meia-onda - 22, 23, 24,
26;
▶ Retificação de Onda Completa - 29, 31;
▶ Ceifadores - 34;
▶ Grampeadores - 37;
▶ Diodos Zener - 42, 43.
	Sumário
	Introdução
	Análise por Reta de Carga
	Configurações com Diodos em Série
	Configurações em Paralelo e Série-paralelo
	Portas AND/OR ("E/OU")
	Retificador de Meia-Onda
	Retificador de Onda Completa
	Retificadores com Filtro Capacitivo
	Ceifadores
	Grampeadores
	Diodos Zener