O Modelo para Pequenos Sinais - O Diodo real na região de ruptura reversa

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Prof. AC.Seabra-PSI/EPUSP 2013 1
Aula 5
O Modelo para Pequenos Sinais
O Diodo real na região de ruptura reversa
1
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PSI 2223 – Introdução à Eletrônica
Programação para a Primeira Prova
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5ª Aula: 
• O Modelo para Pequenos Sinais
• O Diodo real na região de ruptura reversa
Ao final desta aula você deverá estar apto a:
-Avaliar se o modelo para pequenos sinais pode ser empregado
para analisar a resposta CA de um deterrminado circuito
-Explicar e obter os parâmetros de um modelo CC/CA para diodos
zener
-Explicar as diferenças entre os modelos para diodos, tanto na
região de polarização direta quanto na região de polarização
reversa
-Calcular tensões e correntes em circuitos CC/CA com diodos
zener
-Empregar diodos zener em circuitos reguladores de tensão
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Relembrando Exemplo 3.6: Considere o circuito abaixo, 
alimentado por uma fonte V+ constituída por um sinal CC de 10V 
sobre o qual aplica-se um sinal senoidal de 60Hz com 1Vp de 
amplitude. Calcule a tensão CC sobre o diodo e a amplitude do 
sinal senoidal sobre ele. Assuma que o diodo tem uma queda de 
tensão de 0,7V em 1mA e n=2.
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Relebrando Exemplo 3.6: 
Passos:
- Resolver a parte CC
-Modelo diodo ideal (aberto/fechado)
-Modelo bateria
-Modelo bateria+rD
- Resolver a parte CA
-Modelo para pequenos sinais
mA
k
ID 93,010
)7,010( 
mV
krR
rvv
mA
mV
I
nVr
d
d
sd
D
T
d
35,5
5410
54
8,53
93,0
252


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Exercício 3.15: Considere um diodo com n=2 polarizado em 1mA. 
Determine a variação na corrente quando variamos a tensão de
(a)-20mV (b) -10mV (c)-5mV (d)+5mV (e)+10mV (f)+20mV
Faça esse cálculo (i) usando o modelo para pequenos sinais
(ii) a lei do diodo
50
 (i)
mV
d
d
T
v vi
nV
 
2
2 1
1
2 3
2 3 2 3
2 3 2 25 115
2 3
2 3
2 3 10
10 10 1
1 0 10 1 1 0 10 1

 
 
 
 
    
      
       
      
,
, ,
, mV
(ii) , log
, log
, log
( )
, ( ) , mA ( )
T
T T
T
D
D D T
D
v
nVD D
T
D D
v v
nV nV
D D D
v v
mV
IV V nV
I
I iV v V nV
I
I i I iv nV
I I
I I i i I
i mA
a n á l
i s e C
A
análise lei do Diodo
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Exercício 3.15: Considere um diodo com n=2 polarizado em 1mA. 
Determine a variação na corrente quando variamos a tensão de
(a)-20mV (b) -10mV (c)-5mV (d)+5mV (e)+10mV (f)+20mV
Faça esse cálculo (i) usando o modelo para pequenos sinais
(ii) a lei do diodo
-18,9%-9,9%-4,8%+5,3%+9,9%+21%e %
+0,493m+0,222m+0,105m-0,095m-0,182m-0,330m∆i(ii)
+0,40m+0,20m+0,10m-0,10m-0,20m-0,40m∆i (i)
+20m+10m+5m-5m-10m-20m∆v
50
   (i)
mVT
v vi
nV
±10mV erro< 10%
(aprox. pequenos sinais)
⇒
a n á l
i s e C
A
a n á l i s e l e i d o D i o d o
1151 0 10 1

   mV(ii) , mA ( )
v
i
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Exercício 3.16: Projete o circuito abaixo para que VO = 3V quando
IL = 0 e que VO mude de 40mV por 1 mA de corrente de carga.
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Resumo de Modelos
Lei do Diodo MODELOS CC
(Exponencial) Ideal Bateria Bat+Res
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Resumo de Modelos
Lei do Diodo MODELO CA
(Exponencial) Pequenos Sinais
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Diodo Real
A Região de Ruptura Reversa
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A região de Ruptura Reversa
Construindo um modelo
0Z Z Z ZV V r I  
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A região de Ruptura Reversa
Construindo um modelo para o Diodo Zener
ZZZZ IRVV  0
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A região de Ruptura Reversa
Uma Família de Diodos Zener Reais
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A região de Ruptura Reversa
Uma Família de Diodos Zener Reais
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A região de Ruptura Reversa
Construindo um modelo para o Diodo Zener
ZZZZ IRVV  0
O efeito da temperatura:
Vz < 5V o coeficiente de temperatura é negativo
Vz > 5V o coeficiente de temperatura é positivo
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Exemplo 3.8: O diodo zener do circuito abaixo é especificado
para 6,8V@5mA, rz =20 e IZK = 0,2mA. Veja que V+ tem uma
variação.
(a) Determine a tensão de saída sem carga;
(b) Determine a regulação de linha para a variação de +- 1V na entrada;
(c) Qual a variação na tensão de saída quando se coloca uma carga que
drena 1mA? Isso é chamado Regulação de Carga.
(d) Qual a variação na tensão de saída para uma carga de 2kW;
(e) Qual a variação na tensão de saída para uma carga de 0,5kW;
(f) Qual o valor mínimo de carga para o circuito operar corretamente?
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Exemplo 3.8: O diodo zener do circuito abaixo é especificado
para 6,8V@5mA, rz =20 e IZK = 0,2mA. Veja que V+ tem uma
variação.
0
0
0
6 8 20 5
6 7
, . mA
,
Z Z Z Z
Z
Z
V V r I
V
V V
 
 

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Exemplo 3.8: 6,8V@5mA, rz =20 e IZK = 0,2mA. 
(a) VO? (sem carga)
10V
(b) Variação em VO para uma variação de ± 1V na entrada; (regulação de linha)
10 6 7 6 3
500 20
6 7 20 6 3 6 827
( , ) , mA
( )
V =V , . , ,
Z
Z
O Z
V VI
R r
m V
   
  
10±1V
1V
500Ω
20Ω
201 38 5
500 20
, mVZv V 
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Exemplo 3.8: 6,8V@5mA, rz =20 e IZK = 0,2mA.
6 3 1 0
c/carga
/carga /c gs ar a
( , , )mA = 5,3mA
6,7+20.5,3m=6,806V
6,806 - 6,827
21mV
Z R L
Z
Z Z Z
Z
c
I I I
V
V V V
V
   

   
  
(c) Qual a variação na tensão de saída quando se coloca uma carga que drena 1mA? Considere que VZ não varia.
(d) Qual a variação na tensão de saída para uma carga de 2k; Considere que VZ não varia.
10V
2k
2 6 827 2 3 41
6 3 3 4
c/carga
/carga /cargas
, / , mA
( , , )mA = 2,9mA
6,7+20.2,9m=6,758V
6,758 - 6,827
69mV
c
L L
Z R L
Z
Z Z Z
Z
R k I k
I I I
V
V V V
V
    
   

   
  
6 758 3 38
2
/carga 6,758V
, , mA
k
Z c
L
V
I

  
1mA 1mA
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Exemplo 3.8: 6,8V@5mA, rz =20 e IZK = 0,2mA.
(e) Qual a variação na tensão de saída para uma carga de 0,5k; Considere V+ = 10V.
0,5k
0 5 6 827 0 5 13 65
6 3 13 65
, k , / , k , mA
( , -7,, )m 35mA (zener em aberto!!!A = )
L L
Z R L
R I
I I I
    
   
(f) Qual o valor mínimo de carga para o circuito operar corretamente? Considere V+ = 10±1V.
~6,827V (em aberto)
0,5k
0,5k
10V 010
0 5 0 5
5
5, k.
, k , kO
OV V
V    

IZmin=0,2mA
10
6 3 0 2 6 1
6 827 1120
6 1
max min
min
max
:
, , , mA
,
, m
L R Z
Z
L
ParaV V
I I I
VR
I
     
   
10±1V
0
10 1 9
6 7
9 6 7 0 5 4 6
4 6 0 2 4 4
6 7 1520
4 4
min
max min
min
max
, :
( , )/ , k , mA
, , , mA
,
, m
Z Z Z
R
L R Z
Z
L
Pior casoV V V V
e V V V V
I V
I I I
VR
I
   
  
  
    
   