aula 02

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Eletrônica
Diodo 01
CIN-UPPE
Polarização direta
(foward)
Polarização direta
(reverse)
ruptura 
(breakdown)
Diodo
� A natureza de uma junção p-n é que a corrente elétrica será 
conduzida em apenas uma direção (direção direta) no sentido 
da seta e não na direção contrária (reversa). Esta é a 
ferramenta básica para o conceito de retificação na construção 
de fontes de alimentação DC (Direct Corrent)(Corrente 
Continua)(freqüência zero), etc. 
� Curva de operação de um díodo
Tensão de joelho
anodo catodo
Diodo –Características gerais
� O diodo é um dispositivo não linear. Abaixo de um certa tensão 
direta de 0.7 V (silício), apenas uma pequena corrente passa 
pelo dispositivo.
� Diferentemente de um resistor a corrente no diodo aumenta 
bastante quando lhe aplicamos uma tensão direta superior a 
0.7V. Isto ocorre devido a barreira de depleção dos diodos.
� A resistência direta de um diodo retificador é, uma vez vencida 
a barreira de potencial, proporcional a soma das resistências 
das regiões p e n.
rB = rp + rn (resistência ôhmica do diodo)
Esta resistência alcança valores da ordem de 1 Ω.
Resitência no diodo
� Resistência estática (CC)
Em um dado circuito a resistência é dada pela lei de Ohm:
R = Vd/Id
Esta resistência ocorre quando aplicamos uma tensão dc ao circuito
_
+
id r
diodo
V
Vd
Pontos de operação:
Polarização direta:
a) Id = 2 mA; Vd = 0.5 V;
Rd = 250 Ω
b) Id = 20 mA; Vd = 0.7 V;
Rd = 35 Ω
Polarização reversa:
c) Vd = – 10V, Id =10 µA;
Rd = 10 M Ω
Polarização direta
(foward)
Polarização direta
(reverse)
ruptura 
(breakdown)
Id
Vd
20
2
Reta de carga
� Reta de carga é um recurso usado para calcular o valor exato da 
corrente e da tensão de operação do diodo em um dado circuito. 
� Dado o circuito e as características elétricas do diodo, encontre seu 
ponto de operação.
_
+
id R = 1KΩ
diodo
10V
Vd
Vdc (V)
Id(mA)
a) Id = 10V/ 1KΩ = 10 mA
b) VR = IR.R = 9,22V
0,78 10
10
V = Id.R+Vd
Reta de carga
Diodo – corrente e potência
� A corrente direta em um diodo deve ser controlada a fim de se 
evitar super aquecimento (dissipação de potência) do 
dispositivo e sua queima. Assim sempre é aconselhável a 
colocação de um resistor em série para a limitação desta 
corrente.
_
+
i r
diodo
V
i = (V-Vd)/r
P = i.Vd = i
2.rB (potência dissipada no diodo)
Vd
� Em diodos retificadores, em geral, o fabricante especifica esta 
característica em função da corrente máxima suportada pelo 
diodo.
Exemplo:
� Diodo IN4001 fornece uma corrente máxima (Io) de 1A.
Diodos - Modelos
� Modelo Ideal – podemos idealizar um diodo perfeito, comparado o 
dispositivo retificador a uma chave mecânica.
– Diodo conduz com resistência zero quando o diodo está 
polarizado diretamente (chave fechada)
– Diodo não conduz “com resistência infinita” quando o diodo está 
polarizado inversamente (chave aberta)
Aberto V <0
Fechado V >0
V = 0,0 V
Resistência infinita
Diodos - modelos
� Na segunda aproximação consideramos um diodo como uma 
chave que precisa de uma tensão mínima (limiar) para seu 
funcionamento. 
V = 0.7 V
Aberto V <0,7 V
Fechado V >0,7 V
Aberto V <0,0 V
Fechado V >0,0 V
Diodo - modelos
� Numa terceira aproximação, o modelo considera também a resistência 
interna do diodo rB em série com uma bateria (DC).
� Este modelo é mais apropriado quando se trabalha com circuitos de 
alta precisão (resistores de precisão de valores bem baixos).
Aberto V <0
Fechado V >0
rBrB
V = 0,7 V (barreira de potencial)
=0,7V
Aberto V <0,7
Fechado V >0,7
Diodo - exemplo
� Diodo retificador 1N4001
cátodoanodo
Obs:
- Embora o diodo retificador 1N4001 suporte 1A como valor máximo 
absoluto, devemos garantir, por questão de segurança e de vida útil do 
dispositivo, que a corrente direta em condições normais de uso seja 
da ordem de 0.5 A.
- A tensão direta típica (VF) é de 0.93 V.
Diodo
retificador
1N4001
Circuitos com diodos 
� Algumas aplicações
– Porta lógica OR
– Porta Lógica AND
– Fonte de alimentação
• Meia onda
• Onda completa
Portas lógicas
� Porta lógica OR
(X)V0
(Y)V1
(Z)Vout =
(Z)Vout
+
-
(X)V0
(Y)V1
� Porta lógica AND
=
R R
Z=X+Y Z=X.Y
Fontes de alimentação AC-DC
� Uma fonte de alimentação DC a partir de uma fonte AC, no 
Brasil, significa retificar tensões que trabalham a 60 Hz 
(senoidal). Estas tensões podem aparecer em diferentes 
valores (220V, 110V, 12 V, etc), dependendo do fator de 
redução aplicado. 
� Em geral, os equipamentos eletrônicos trabalham a baixa 
tensão, o que implica na necessidade de um transformador 
para reduzir da tensão da rede, antes de se efetivar a 
retificação. 
∼
∼
220V Vac
+
-
∼/±
Circuito retificador
Vdc
Transmissão de energia elétrica
� A energia elétrica produzida 
nas usinas hidrelétricas é 
levada, mediante condutores 
de eletricidade, aos lugares 
mais adequados para o seu 
aproveitamento. Para o 
transporte da energia até os 
pontos de utilização, não 
bastam fios e postes. Toda a 
rede de distribuição depende 
estreitamente dos 
transformadores, que elevam 
a tensão, ora a rebaixam. 
http://geocities.yahoo.com.br/saladefisica7/funciona/transformador.htm
Transformador
(eleva a tensão)
Transformador
(baixa a tensão)
Linhas de transmissão 
de alta tensão
O transformador
1
2
∼
∼
V1
N1 : N2
V2
primário secundário
I1 I2
carga
Onde:
N2 = Número de espiras do secundário do transformador
N1 = Número de espiras do primário do transformador
Considere que não há perda no circuito magnético do transformador 
(transformador ideal), ou seja, a potência de entrada é igual a potência de saída 
(P1=P2).
Se P1=P2 , então I1V1 = I2V2 => I1 / I2 = V2 /V1 ; 
Relação tensão/número de espiras em um transformador:
como V2 / V1=N2 / N1, então I1 / I2 = N2 /N1 , ou seja,
I1 = (N2 /N1). I2 e I2 = (N1 /N2). I1 
Retificador por diodo
� Um dispositivo capaz de converter uma onda senoidal (cujo 
valor médio é zero) em um forma de onda unidirecional, com 
uma componente não zero, é chamado retificador.
∼ ∼
RLV2(rms)V1(rms)
N1 : N2
5 : 1
Vdc = ? 
0
V(volts)
α=ϖtpi 2pi
Vp
α=ϖtpi 2pi
Valores de tensão gerados
� Valor Eficaz ou valor RMS é o valor que a tensão ou corrente deveria 
ter se a tensão fosse constante (como uma C.C. constante).
� Por definição o valor efetivo ou rms de uma função periódica do tempo 
é dada pela área de um ciclo da curva, a qual representa o quadrado 
da função dividida pela base. 
� Para retificação meia onda:
� Tensão Eficaz (ou RMS-Root-Mean-Square)= 0,707 do valor máximo 
(tensão de pico), ou seja, 70%.
� Geralmente, quando se fala de uma corrente ou tensão alternada, faz-
se referência ao seu valor eficaz.
– A corrente alternada medida por um amperímetro é a corrente eficaz.
– Os medidores indicam comumente valores eficazes (ou RMS)..
Vrms = (1/ 2pi.∫ V(t)
2dt)1/2
pi
0
2pi
0
Vrms =(1/ 2pi.∫ Vp(t)
2sen2dt)1/2 = Vp(t)/√2
Retificação de meia onda
Tensão de pico no primário:
Vp1 = Vrms.√2 => (120.1.414) V = 170 V
Tensão de pico no secundário:
Vp2 = (N2 / N1). Vp1 = (1/5).170 ≈ 34V
A freqüência do sinal de meia onda é igual à freqüência da linha:
f = 60 Hz, T= 1/f = 16,7 ms
Considere que o diodo é um diodo ideal
∼
∼
RL
1N4001
V2 = 24 V V1 = 120V
N1 : N2
5 : 1
Vdc = ? 
Retificação em meia onda
T = 16.7 ms
T/2 T
V1
170
- 170
V(volts)
t(ms)= 16.7
V2
34
- 34
V(volts)
t(ms)
T = 16.7
∼
1N4001
V2 = 24 V
N1 : N2
5: 1
RL
∼
V1 = 120V
Vdc =10,8 V
O valor médio de uma função periódica é dado por 
Vdc= (1/T).∫V(t)dt, ou seja, a área de um ciclo (área 
da meia onda) dividido pela base (T= 2 pi )
Vdc = (1/T)∫V(t)dt , T=2 pi , para meia onda: 
Vdc=(1/T)∫ Vp sen(wt). dt = Vp/pi = 0,318 Vp .
Assim, Vdc = 0,318.(34)V = 10,8 V
Freqüência: f=1/T = 1/16.7 ms = 60 Hz
T/2
0
Fator de ondulação
Vdc
Retificação em meia onda
T = 16.7 ms
T/2 T
Fator de Ondulação = F.O = Vp /(Vp /pi) = pi
170
- 170
V(volts)
t(ms)
= 16.7
∼ ∼
RL
1N4001
V2 = 24 V V1 = 120V
N1 : N2
5 : 1
Retificação de onda completa
� Devido ao tap central da saída de baixa do transformador, o circuito é 
equivalente a dois retificadores de meia onda.
� O retificador inferior retifica o semiciclo negativo (D2) e o retificador 
superior o semiciclo positivo (D1). Ou seja, D1 conduz durante o 
semiciclo positivo e D2 durante o semiciclo negativo.
RL VdcV1 = 120V∼
∼
∼
N1 : N2
5 : 1
1N4001
1N4001
24 V
RL Vdc=10,4VV1 = 120V∼
∼
∼
N1 : N2
5 : 1
1N4001
1N4001
17V
- Tensão de pico no primário:
Vp1 = (120.1,414) V = 170 V
- Tensão de pico no secundário:
Vp2 = (N2 / N1). Vp1 = (1/5).170 ≈ 34V (total)
- Como a tomada central está aterrada, cada semiciclo do enrolamento secundário 
tem uma tensão senoidal com um valor de 17V.
-O valor cc (Vdc) ou médio da tensão de saída(carga), considerando o tap central é 
dado por:
Vdc = (2.Vp/pi) = 0,636 Vp = 10,4V
A freqüência do sinal de meia onda na saída (tensão retificada) agora é dada por:
f2 = 2.f1 = 2. (60 Hz), T2= 1/f2 = 16,7/2 = 8,33 ms
Fator de ondulação = Vp/(2.Vp/pi) = pi/2
(f1 = 60Hz)
(f2 = 120Hz)
Retificação de onda completa em ponte
� Construção que também retifica a onda nos dois sentidos, só que 
diferentemente do circuito com dois diodos, este modelo utiliza um 
trafo sem tap central (tomada central aterrada). 
� A vantagem de não usarmos a tomada central é que a tensão 
retificada na carga é o dobro daquela que teria o retificar de onda 
completa com tomada central. 
D1
D2
D3
D4
V
∼ ∼
V1 = 120V
(6OhZ)
24 V
-
+
-
34 V
170V
-170V
Tensão reversa
Tensão reversa
+
-
D1
D2
D3
D4
V
∼ ∼
Neste tipo de retificador a tensão de pico Vp saída é dada por:
Vp = 24/0.707 = 34 V
Considerando os dois diodos em série, temos que a tensão de pico na carga
é dada por Vp – 2.(0.7) = 32,6 V
Vantagens deste modelo:
1. saída em onda completa
2. Tensão ideal de pico igual a tensão de pico no secundário
3. Não necessidade de tomada central no enrolamento secundário.
Obs: A freqüência do sinal de meia onda na saída (tensão retificada) agora 
é dada por:
f2 = 2.f1 = 2. (60 Hz), T2= 1/f2 = 16,7/2 = 8,33 ms
Fator de ondulação ≈ Vp/(2.Vp/pi) = pi/2
34V
Tensão de 
ondulação
Tr = tensão de ondulação (ripple)(pico a pico)
Tp = tempo entre picos na tensão de saída
Funcionamento:
1. Inicialmente o capacitor está descarregado.
2. Durante o primeiro meio ciclo da tensão do secundário,o diodo está conduzindo 
permitindo que o secundário carregue o capacitor até a tensão de pico.
3. Logo após, no ciclo negativo, o diodo pára de conduzir, o que significa uma chave 
aberta. Neste estágio, o capacitor, como tem uma tensão Vp polariza inversamente
o diodo e começa a descarregar-se na carga (Rl).
4. O que devemos pensar é em torno da constante de tempo de descarga do 
capacitor, que é função de Rl e de C. Esta constante deve ser bem maior que o 
período T do sinal de entrada. Assim, o capacitor só de descarregará um pouco
até o próximo ciclo. 
Reduzindo Fator de ondulação - filtro
Redução do F.O através da 
introdução de um capacitor em 
paralelo com a carga do circuito
Capacitor – curva de carga
� Equação de carga do capacitor
V
V0
0,63 V0
Em t = RC V
0 V0 V0
Em t = 2RC 0,86V
0
A voltagem entre os tempos T1 e T2 se comporta
como na descarga do capacitor, dada por:
A voltagem de ondulação é definida como a voltagem entre Vmax e Vmin:
Se a capacitância é grande, RC >> T2-T1, podemos aproximar a exponencial
como Assim, 
Desde que T2-T1 ∼ T/2, onde T é o período da onda senoidal, então
Para um circuito com retificação de meia onda
Vr(pp) = Vmax/fRC
Circuito retificador em ponte
� A tensão de saída da fonte, levando-se em conta uma ponte 
retificadora:
– Existe dois diodos ligados em série, cada um com 0,7V de queda 
de tensão.
Vdc = Vp – 1.4V
– Se considerarmos a ondulação em nossos cálculos podemos 
estimar que:
Vcc(com ondulação) = Vcc (sem ondulação) – Vr(pp)/2
Este é um valor médio utilizada na prática.
O valor de pico a pico é menor que 10% do valor de pico. 
Circuito retificador em ponte
� Corrente cc no diodo em uma ponte retificadora é dada por:
– ID= o,5.IL
– Isto ocorre porque cada diodo conduz durante um semi-ciclo.
– Assim, por exemplo, para um diodo que suporta 1 A, a carga 
máxima do circuito deveria ser de 2 A.
� Tensão de pico reversa no diodo que não estiver em condução.
– PIV = Vp2
� Corrente de surto
– Corrente existente quando da ligação do equipamento, quando o 
capacitor está descarregado.
– O diodo deve suportar uma corrente de pico em um tempo 
determinado.
• Se o capacitor for, em geral,menor que 1.000 µF, a corrente de 
surto é geralmente muita rápida para danificar o diodo.
• Se o capacitor for superior a 1.000 µF, necessitando de vários 
ciclos até sua carga, ele pode danificar o diodo.
Projeto
� Projetar uma fonte de tensão com as seguintes características:
– Vsaída = 18V (rms) (tap central 9V)
– Corrente máxima = 100mA (carga)
– Retificador de meia onda (sem filtro capacitivo)
1. Retificador de onda completa em ponte 
1. sem filtro capacitivo
2. Com filtro capacitivo (Ondulação máxima menor que 5%Vmax)
� Obs:
– Utilizara retificação onda completa
– Especificar todos os componentes
– Demonstrar projeto em protoboard
– Implementar em placa padrão
Conversão AC - DC
Inversão de fase
Conversão AC - DC
Vp(pp) < 0.5% Vmax