EMB5116 - 3b - Diodos

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<p>Dr. Juan Camilo Castellanos Rodriguez</p><p>Departamento de Engenharias da Mobilidade</p><p>Centro Tecnológico de Joinville</p><p>3 – Diodos (Aplicações)</p><p>Prof. Juan Castellanos - EMB51162</p><p>Retificação</p><p>Prof. Juan Castellanos - EMB51163</p><p>Fonte de tensão DC</p><p>Fonte: Sedra, A.S.; Smith, K. C. Microeletronic Circuits. 6 ed.</p><p>Prof. Juan Castellanos - EMB51164</p><p>Retificação de meia onda</p><p>• Extensão a funções variantes no tempo</p><p>Fonte: Boylestad-Nashelsky. Dispositivos Eletrônicos e Teoria de Circuitos. Editora Prentice – Hall do Brasil, 2013.</p><p>Prof. Juan Castellanos - EMB51165</p><p>Retificação de meia onda</p><p>Região de condução (0 → T/2).</p><p>Fonte: Boylestad-Nashelsky. Dispositivos Eletrônicos e Teoria de Circuitos. Editora Prentice – Hall do Brasil, 2013.</p><p>Prof. Juan Castellanos - EMB51166</p><p>Retificação de meia onda</p><p>Região de não condução (T/2 → T)</p><p>Fonte: Boylestad-Nashelsky. Dispositivos Eletrônicos e Teoria de Circuitos. Editora Prentice – Hall do Brasil, 2013.</p><p>Prof. Juan Castellanos - EMB51167</p><p>Retificação de meia onda</p><p>Valor médio da tensão</p><p>de entrada</p><p>Tensão máxima</p><p>ou pico de entrada</p><p>Valor médio da tensão</p><p>de saída (diodo ideal)</p><p>Tensão máxima</p><p>ou pico de saída</p><p>(diodo ideal)</p><p>Peak inverse voltage</p><p>PIV = Vm</p><p>Parametros importantes para dimensionar o diodo:</p><p>PIV, Imax (depende da carga) Fonte: Boylestad-Nashelsky. Dispositivos Eletrônicos e Teoria de Circuitos.</p><p>Editora Prentice – Hall do Brasil, 2013.</p><p>Prof. Juan Castellanos - EMB51168</p><p>Retificação de meia onda</p><p>tensão de entrada</p><p>tensão de saída</p><p>tensão de condução do diodo O diodo conduz entre</p><p>Θ e π-Θ e se repete a</p><p>cada 2π.</p><p>O angulo de condução</p><p>é: π-2Θ, sendo</p><p>Θ=sin-1(V</p><p>D</p><p>/V</p><p>S</p><p>).</p><p>Tensão de saída CC:</p><p>V</p><p>OCC</p><p>= V</p><p>S</p><p>/π-V</p><p>D</p><p>/2</p><p>A corrente pico do diodo</p><p>é:</p><p>I</p><p>Dmax</p><p>=(V</p><p>S</p><p>-V</p><p>D</p><p>)/RFonte: Sedra, A.S.; Smith, K. C. Microeletronic Circuits. 6 ed.</p><p>Prof. Juan Castellanos - EMB51169</p><p>Exercício</p><p>● Calcule o ângulo de condução, a corrente pico, o PIV a</p><p>tensão de saída CC para um retificador de meia onda que</p><p>usa um diodo de silício (VD=0.7) e um R=100Ω alimentado</p><p>por uma entrada senoidal de 12Vrms</p><p>Prof. Juan Castellanos - EMB511611</p><p>Exemplo</p><p>1. Esboce a tensão de saída vo e</p><p>determine o valor CC de saída</p><p>para o circuito da figura.</p><p>2. Repita o item (1) se o diodo</p><p>ideal for substituído por um</p><p>diodo de silício.</p><p>3. Calcule o ângulo de condução</p><p>Fonte: Boylestad-Nashelsky. Dispositivos Eletrônicos e Teoria de Circuitos.</p><p>Editora Prentice – Hall do Brasil, 2013.</p><p>Prof. Juan Castellanos - EMB511612</p><p>Retificação de onda completa</p><p>Fonte: Boylestad-Nashelsky. Dispositivos Eletrônicos e Teoria de Circuitos.</p><p>Editora Prentice – Hall do Brasil, 2013.</p><p>Prof. Juan Castellanos - EMB511613</p><p>Retificação de onda completa</p><p>Região de condução (0 → T/2).</p><p>Fonte: Boylestad-Nashelsky. Dispositivos Eletrônicos e Teoria de Circuitos. Editora Prentice – Hall do Brasil, 2013.</p><p>Prof. Juan Castellanos - EMB511614</p><p>Retificação de onda completa</p><p>Região de condução (T/2 → T)</p><p>Fonte: Boylestad-Nashelsky. Dispositivos Eletrônicos e Teoria de Circuitos. Editora Prentice – Hall do Brasil, 2013.</p><p>Prof. Juan Castellanos - EMB511615</p><p>Retificação de onda completa</p><p>Valor médio da tensão</p><p>de saída (diodo ideal)</p><p>Tensão máxima</p><p>ou pico de saída</p><p>(diodo ideal)</p><p>Fonte: Boylestad-Nashelsky. Dispositivos Eletrônicos e Teoria de Circuitos. Editora Prentice – Hall do Brasil, 2013.</p><p>Prof. Juan Castellanos - EMB511616</p><p>Retificação de onda completa</p><p>O diodo conduz entre</p><p>Θ e π-Θ e se repete a</p><p>cada 2π.</p><p>O angulo de condução</p><p>é: π-2Θ, sendo</p><p>Θ=sin-1(2V</p><p>D</p><p>/V</p><p>S</p><p>).</p><p>Tensão de saída CC:</p><p>V</p><p>OCC</p><p>= 2V</p><p>S</p><p>/π - 2V</p><p>D</p><p>A corrente pico do diodo</p><p>é:</p><p>I</p><p>Dmax</p><p>=(V</p><p>S</p><p>-2V</p><p>D</p><p>)/RPIV = VS-VD</p><p>Fonte: Sedra, A.S.; Smith, K. C. Microeletronic Circuits. 6 ed.</p><p>Prof. Juan Castellanos - EMB511617</p><p>Retificador de onda completa com transformador</p><p>com derivação central.</p><p>Fonte: Boylestad-Nashelsky. Dispositivos Eletrônicos e Teoria de Circuitos. Editora Prentice – Hall do Brasil, 2013.</p><p>Prof. Juan Castellanos - EMB511618</p><p>Retificador de onda completa com transformador</p><p>com derivação central.</p><p>Fonte: Boylestad-Nashelsky. Dispositivos Eletrônicos e Teoria de Circuitos. Editora Prentice – Hall do Brasil, 2013.</p><p>Prof. Juan Castellanos - EMB511619</p><p>Retificador de onda completa com transformador</p><p>com derivação central.</p><p>Fonte: Boylestad-Nashelsky. Dispositivos Eletrônicos e Teoria de Circuitos. Editora Prentice – Hall do Brasil, 2013.</p><p>Prof. Juan Castellanos - EMB511620</p><p>Retificador de onda completa com</p><p>transformador com derivação central.</p><p>O diodo conduz entre</p><p>Θ e π-Θ e se repete a</p><p>cada 2π.</p><p>O angulo de condução</p><p>é: π-2Θ, sendo</p><p>Θ=sin-1(2V</p><p>D</p><p>/V</p><p>S</p><p>).</p><p>Tensão de saída CC:</p><p>V</p><p>O</p><p>= 2V</p><p>S</p><p>/π - V</p><p>D</p><p>A corrente pico do diodo</p><p>é:</p><p>I</p><p>Dmax</p><p>=(V</p><p>S</p><p>-V</p><p>D</p><p>)/RPIV = 2VS-VD</p><p>Fonte: Sedra, A.S.; Smith, K. C. Microeletronic Circuits. 6 ed.</p><p>Prof. Juan Castellanos - EMB511621</p><p>Filtragem no retificador</p><p>Forma de onda pulsante é inapropriada para eletrônica → Precisa ser</p><p>filtrada</p><p>Fonte: Sedra, A.S.; Smith, K. C. Microeletronic Circuits. 6 ed.</p><p>Prof. Juan Castellanos - EMB511622</p><p>Filtragem no retificador</p><p>t1</p><p>Sem carga e</p><p>com diodo ideal</p><p>0→ t</p><p>1</p><p>: Diodo conduz e o capacitor é carregado até a tensão</p><p>pico (Vp)</p><p>Fonte: Sedra, A.S.; Smith, K. C. Microeletronic Circuits. 6 ed.</p><p>Prof. Juan Castellanos - EMB511623</p><p>Filtragem no retificador</p><p>t1</p><p>Sem carga e com</p><p>diodo ideal</p><p>t</p><p>1</p><p>→∞: Capacitor matem a carga no valor da tensão pico</p><p>(Vp) causando que o diodo esteja polarizado</p><p>reversamente</p><p>V</p><p>O</p><p>=V</p><p>P</p><p>Fonte: Sedra, A.S.; Smith, K. C. Microeletronic Circuits. 6 ed.</p><p>Prof. Juan Castellanos - EMB511624</p><p>Retificador com</p><p>capacitor e carga</p><p>(Diodo ideal)</p><p>CR>T</p><p>Fonte: Sedra, A.S.; Smith, K. C. Microeletronic Circuits. 6 ed.</p><p>Prof. Juan Castellanos - EMB511625</p><p>Filtragem no retificador</p><p>t1</p><p>0→ t</p><p>1</p><p>: Diodo conduz e o capacitor é carregado até a tensão</p><p>pico (Vp)</p><p>Fonte: Sedra, A.S.; Smith, K. C. Microeletronic Circuits. 6 ed.</p><p>Prof. Juan Castellanos - EMB511626</p><p>Filtragem no retificador</p><p>t</p><p>1</p><p>→t</p><p>2</p><p>: Diodo se encontra polarizado reversamente e</p><p>capacitor é descarregado através do resistor</p><p>t1 t2</p><p>CR>T</p><p>Fonte: Sedra, A.S.; Smith, K. C. Microeletronic Circuits. 6 ed.</p><p>Prof. Juan Castellanos - EMB511627</p><p>Filtragem no retificador</p><p>t</p><p>2</p><p>→t</p><p>1</p><p>: Tensão do diodo se torna positiva de novo (tensão do ânodo sobe</p><p>e do cátodo desce) e conduz, a fonte de entrada carrega de novo o</p><p>capacitor até o valor da tensão pico (Vp)</p><p>t1t2</p><p>Fonte: Sedra, A.S.; Smith, K. C. Microeletronic Circuits. 6 ed.</p><p>Prof. Juan Castellanos - EMB511628</p><p>Filtragem no retificador</p><p>Tensão de saída: V</p><p>O</p><p>= V</p><p>p</p><p>- V</p><p>r</p><p>/2, sendo que a tensão</p><p>de ripple é: V</p><p>r</p><p>= V</p><p>p</p><p>/ fCR</p><p>Tempo de</p><p>condução do</p><p>diodo é:</p><p>ωΔt≈√(2V</p><p>r</p><p>/V</p><p>p</p><p>)</p><p>sendo,</p><p>ω=2πf</p><p>Fonte: Sedra, A.S.; Smith, K. C. Microeletronic Circuits. 6 ed.</p><p>Prof. Juan Castellanos - EMB511629</p><p>Filtragem no retificador</p><p>A corrente do diodo somente existe durante o</p><p>período de carga do capacitor.</p><p>Corrente pico</p><p>Corrente média</p><p>Sendo I</p><p>L</p><p>a corrente da carga</p><p>Fonte: Sedra, A.S.; Smith, K. C. Microeletronic Circuits. 6 ed.</p><p>Prof. Juan Castellanos - EMB511630</p><p>Retificação de onda completa</p><p>Tensão de saída: V</p><p>O</p><p>= V</p><p>p</p><p>- V</p><p>r</p><p>/2, sendo que a tensão</p><p>de ripple é: V</p><p>r</p><p>= V</p><p>p</p><p>/ 2fCR</p><p>Corrente pico</p><p>Corrente média</p><p>Sendo I</p><p>L</p><p>a corrente da carga</p><p>Frequência da tensão de saída é o dobro</p><p>da forma de onda de entrada</p><p>Fonte: Sedra, A.S.; Smith, K. C. Microeletronic Circuits. 6 ed.</p><p>Prof. Juan Castellanos - EMB511631</p><p>Retificação de meia onda e com</p><p>tensão de condução</p><p>Para considerar a</p><p>tensão de condução</p><p>do diodo, substitua V</p><p>p</p><p>por V</p><p>p</p><p>-2V</p><p>D</p><p>Para considerar a</p><p>tensão de condução</p><p>do diodo, substitua V</p><p>p</p><p>por V</p><p>p</p><p>-V</p><p>D</p><p>Retificador de onda</p><p>completa</p><p>Retificador de meia</p><p>onda</p><p>Prof. Juan Castellanos - EMB511632</p><p>Exemplo</p><p>Determine a forma de onda de saída do circuito, calcule o nível CC na saída e a PIV</p><p>requerida para cada diodo.</p><p>Fonte: Boylestad-Nashelsky. Dispositivos Eletrônicos e Teoria de Circuitos. Editora Prentice – Hall do Brasil, 2013.</p><p>Prof. Juan Castellanos - EMB511633</p><p>Diodo Zener</p><p>Prof. Juan Castellanos - EMB511634</p><p>Diodo Zener</p><p>VZ = VZ0 + IZ rZ</p><p>para VZ > VZ0 ΔV=rZΔ I</p><p>Resistência</p><p>incremental</p><p>(quanto menor, mais</p><p>constante a tensão)</p><p>Fonte: Boylestad-Nashelsky. Dispositivos Eletrônicos e Teoria de Circuitos.</p><p>Editora Prentice – Hall do Brasil, 2013.</p><p>Fonte: Sedra, A.S.; Smith, K. C. Microeletronic Circuits. 6 ed.</p><p>Prof. Juan Castellanos - EMB511635</p><p>Maior valor de r</p><p>Z Evite regiões de</p><p>baixa corrente</p><p>Fonte: Sedra, A.S.; Smith, K. C. Microeletronic Circuits. 6 ed.</p><p>Prof. Juan Castellanos - EMB511636</p><p>Diodo Zener</p><p>● O fabricante especifica VZ a uma corrente de teste IZT</p><p>●</p><p>Prof. Juan Castellanos - EMB511637</p><p>Exercício</p><p>O diodo Zener é especificado para ter VZ=6,8V a</p><p>IZ=5mA, rZ=20Ω e IZK=0,2mA. A fonte de</p><p>alimentação V+ é de 10V nominal mas pode</p><p>variar em ±1V.</p><p>1. Calcule Vo com o valor nominal da fonte V+.</p><p>2. Calcule a variação em Vo resultante da</p><p>variação de ±1V. (ΔV</p><p>0</p><p>/ΔV+ é expressado em</p><p>mV/V, conhecido como regulação de linha)</p><p>3. Calcule a variação em Vo resultante da</p><p>conexão de RL que consome I</p><p>L</p><p>=1mA (ΔV</p><p>0</p><p>/ΔI</p><p>L</p><p>é expressado em mV/mA, conhecido como</p><p>regulação de carga)</p><p>4. Calcule a variação em Vo com RL=2kΩ</p><p>5. Calcule a variação em Vo com R</p><p>L</p><p>=0,5kΩ</p><p>6. Qual o val. mín. de RL para que o diodo</p><p>continue na região de ruptura? Fonte: Sedra, A.S.; Smith, K. C. Microeletronic Circuits. 6 ed.</p><p>Prof. Juan Castellanos - EMB511638</p><p>Solução</p><p>1. Sendo VZ=6,8V, IZ=5mA e rZ=20Ω,</p><p>então VZ0=6,7V, analisando sem</p><p>carga:</p><p>2. para ΔV+ = ±1V</p><p>Regulação de linha é:</p><p>±38,5mV/V</p><p>Prof. Juan Castellanos - EMB511639</p><p>Solução</p><p>3. O zener diminuirá 1mA, i.e.</p><p>ΔIZ=-1mA</p><p>5. Com RL=0,5kΩ,IL=13,6mA, não é</p><p>possível pois IZ=6,4mA (Zener está em</p><p>corte). V0 é determinado pelo divisor de</p><p>tensão</p><p>4. Com RL=2kΩ, IL=6,8/2kΩ=3,4mA, i.e.</p><p>ΔIZ=-3,4mA</p><p>Regulação de carga é: -20mV/mA</p><p>ou regulação de linha por 3,4mA</p><p>6. Para operar na borda IZK=0,2mA, i.e.</p><p>V0≈VZK≈6,7V; I=(10-6,7)/0,5k=4,6mA. Isto é</p><p>4,4mA disponíveis para a carga:</p><p>Prof. Juan Castellanos - EMB511640</p><p>Projeto de regulador de tensão com diodos</p><p>Zener</p><p>VO</p><p>+</p><p>-</p><p>V0=VZ</p><p>Fonte: Sedra, A.S.; Smith, K. C. Microeletronic Circuits. 6 ed.</p><p>Prof. Juan Castellanos - EMB511641</p><p>Exercício</p><p>Projetar uma fonte CC com</p><p>saída de 7,5V, a fonte de</p><p>alimentação (VS) varia de 15-</p><p>25V e a corrente de carga</p><p>máxima é 15mA. O diodo</p><p>Zener disponível é de</p><p>VZ=7,5V @ 20mA com</p><p>rZ=10Ω. Calcule o valor</p><p>necessário para R e</p><p>determine as regulações de</p><p>carga e linha. Calcule também</p><p>as variações de V</p><p>0</p><p>para</p><p>variações de VS e IL</p><p>1. Se VZ=7,5V @ 20mA com rZ=10Ω,</p><p>então V</p><p>Z0</p><p>=7,3V</p><p>2. Considerando I</p><p>Zmin</p><p>=(1/3)I</p><p>Lmax</p><p>3. Regulação de linha = 25,4mV/V</p><p>4. Regulação de carga = -9,7mV/mA</p><p>5. ΔV</p><p>0</p><p>=25,4mV/V*10V=0,254V ou 3.4%</p><p>(com V</p><p>0</p><p>=7,5V)</p><p>6. ΔV</p><p>0</p><p>=-9,7mV/mA*15mA=-0,15V ou -2%</p><p>R=15−7 ,3−10∗5m</p><p>5m+15m</p><p>=383Ω</p><p>Contato</p><p>E-mail: Juan.Castellanos@ufsc.br</p><p>Slide 1</p><p>Retificação</p><p>Fonte de tensão DC</p><p>Retificação de meia onda_clipboard5</p><p>Retificação de meia onda_clipboard6</p><p>Retificação de meia onda</p><p>Slide 7</p><p>Slide 8</p><p>Slide 9</p><p>exemplo</p><p>Retificação de onda completa_clipboard7</p><p>Retificação de onda completa_clipboard8</p><p>Retificação de onda completa_clipboard9</p><p>Slide 15</p><p>Slide 16</p><p>Slide 17</p><p>Slide 18</p><p>Slide 19</p><p>Slide 20</p><p>Filtragem no retificador</p><p>Slide 22</p><p>Slide 23</p><p>Slide 24</p><p>Slide 25</p><p>Slide 26</p><p>Slide 27</p><p>Slide 28</p><p>Slide 29</p><p>Retificação de onda completa</p><p>Slide 31</p><p>Exemplo_clipboard10</p><p>Diodo Zener_clipboard13</p><p>Diodo Zener</p><p>Slide 35</p><p>Slide 36</p><p>Exemplo_clipboard14</p><p>Slide 38</p><p>Slide 39</p><p>Projeto de regulador de tensão com diodos zener</p><p>Exemplo</p><p>Slide 42</p>