ELT009 - Aula 4 - Teoria do diodo - Parte I

Prévia do material em texto

Eletrônica Analógica I 
ELT009 
Engenharia de Controle e Automação 
TEORIA DO DIODO 
PARTE I 
Aula 4 
 ELT009 - Eletrônica Analógica I Aula 4 - Teoria do Diodo 
VALORES DE RESISTÊNCIA 
Aula 4 
 ELT009 - Eletrônica Analógica I Aula 4 - Teoria do Diodo 
Antes de começar... 
 Diodo polarizado diretamente apresenta uma 
 Baixa resistência 
 Chave fechada 
 Prever resistor limitador de corrente externo 
 Tensão de joelho → VT = 0,7V (Si) 
 Tensão de disparo, tensão de limiar, etc 
 Depende da temperatura. 
 Varia aproximadamente -2mV por grau Celsius; 
 Tipos de diodo 
 Diodos de sinal → Baixa potência 
 Retificadores → Alta potência 
 
ELT009 - Eletrônica Analógica I Aula 4 - Teoria do Diodo 
Pensando um pouco... 
ELT009 - Eletrônica Analógica I Aula 4 - Teoria do Diodo 
Como eu consigo calcular a resistência disso aqui? 
 
 
 V = R.I 
Resistências do diodo 
 Componente altamente não linear, porém: 
 Partes de sua curva característica podem ser linearizadas 
 Ou seja, partes da curva são expressas pela Lei de Ohm. 
 Este procedimento acarreta na definição de alguns níveis 
de resistência (na polarização direta): 
 Resistência Estática - Resistência DC (RD); 
 Resistência Dinâmica Incremental - Resistência AC Incremental 
(rd); e 
 Resistência Dinâmica Média - Resistência AC Média (rAV). 
 
ELT009 - Eletrônica Analógica I Aula 4 - Teoria do Diodo 
Resistência 
Polarização Reversa 
 Na polarização reversa 
 A resistência possui um valor altíssimo. 
 Na prática este valor é muito maior (pelo menos 10 vezes) que o 
maior resistor presente no circuito. 
 Condição é simbolizada pelo seu comportamento 
idealizado 
 Chave aberta 
ELT009 - Eletrônica Analógica I Aula 4 - Teoria do Diodo 
Resistência Estática - DC 
 ELT009 - Eletrônica Analógica I Aula 4 - Teoria do Diodo 
Polarização Direta 
Resistência Estática 
 Resistência Estática - Resistência DC 
(RD); 
 Estabelece-se um ponto de operação 
Q 
 Relação direta entre a tensão DC e a 
corrente no diodo. 
 
 
 Maior para regiões próximas ou abaixo 
do joelho da curva 
 Elevado valor na polarização reversa 
(antes da ruptura). 
 A resistência DC não depende do formato 
da curva característica. 
 
 ELT009 - Eletrônica Analógica I Aula 4 - Teoria do Diodo 
Q 
Resistência Dinâmica Incremental 
 ELT009 - Eletrônica Analógica I Aula 4 - Teoria do Diodo 
Polarização Direta 
Resistência Dinâmica Incremental 
 Resistência Dinâmica Incremental - 
Resistência AC Incremental (rd) 
 Estabelece-se um ponto de operação Q 
 Ponto Q segue um sinal variante no tempo 
superposto à um nível DC. 
 Desde que a variação seja pequena temos a 
Operação a Pequeno Sinal 
 Curva se confunde com a reta tangente no 
ponto (derivada). 
ELT009 - Eletrônica Analógica I Aula 4 - Teoria do Diodo 
Polarização Direta 
Resistência Dinâmica Incremental 
 Para a curva característica 
mostrada: 
Determine a resistência dinâmica (rd) 
para ID = 25mA. 
 
 
 
Polarização Direta 
Resistência Dinâmica Incremental 
 A derivada de uma função em um ponto é igual a 
inclinação da reta tangente traçada nesse ponto 
 
ELT009 - Eletrônica Analógica I Aula 4 - Teoria do Diodo 
 
k = 11.600 
Tk = 273 + 25 = 298
º 
k/Tk = 38,93 
Na região do joelho 
Resistência Dinâmica Média 
 ELT009 - Eletrônica Analógica I Aula 4 - Teoria do Diodo 
Polarização Direta 
Resistência Dinâmica Média 
 Resistência Dinâmica Média - Resistência AC 
Média (rAV). 
 Não se estabelece um ponto de operação Q 
 O sinal variante no tempo provoca deslocamentos 
muito grandes entorno do ponto de operação 
 Define-se uma resistência AC média. 
 Calculado tomando uma linha reta que une os 
dois pontos extremos das variações do sinal e 
fazendo-se a relação entre a tensão e a corrente. 
 
ELT009 - Eletrônica Analógica I Aula 4 - Teoria do Diodo 
CIRCUITOS EQUIVALENTES 
Aula 4 
 ELT009 - Eletrônica Analógica I Aula 4 - Teoria do Diodo 
Circuitos equivalentes do diodo 
 Circuitos equivalentes são uma combinação de elementos de circuito 
(resistores, capacitores, fontes de tensão, etc) propriamente 
escolhidos, para representar, com um certo grau de precisão, as 
características de um dispositivo ou um sistema. 
 
 Um sinônimo para circuito equivalente é modelo e este representa o 
dispositivo (ou sistema) de forma a torná-lo linear. 
 
 O uso de modelos simplifica a análise de um circuito que contenha 
componentes altamente não lineares. 
 
ELT009 - Eletrônica Analógica I Aula 4 - Teoria do Diodo 
Circuito Equivalente ou Modelo Linear por 
Partes 
 Curva não é copiada de forma exata – 
aproximada por segmentos de reta 
 Mas a aproximação é suficientemente próxima da 
curva real 
 Para simular VT é inserida uma bateria de 0,7V 
na direção oposta à de condução 
 Para a região de inclinação da curva equivalente 
a resistência ca média é incluída (região 
“ligado”) 
 
ELT009 - Eletrônica Analógica I Aula 4 - Teoria do Diodo 
Circuito Equivalente ou Modelo Linear por 
Partes 
 Para que o dispositivo possa conduzir 
 Tensão através do sistema deve superar a tensão de 
joelho (limiar) da bateria 
 Quando isto ocorre, a resistência do diodo tem o 
valor de rav 
ELT009 - Eletrônica Analógica I Aula 4 - Teoria do Diodo 
Circuito Equivalente ou Modelo 
Simplificado 
 Para a maior parte das aplicações, a resistência rav é 
pequena o suficiente para ser desprezada na comparação 
com os outros elementos do circuito 
 Retirando rav do circuito equivalente é o mesmo que considerar o 
diodo com a curva característica apresentada a seguir 
 
 
ELT009 - Eletrônica Analógica I Aula 4 - Teoria do Diodo 
Circuito Equivalente ou Modelo Ideal 
 Depois que se retirou rav, pode-se avançar um pouco mais e 
retirar a bateria de 0,7V que pode ser ignorada em 
comparação com o nível de tensão aplicada 
 
ELT009 - Eletrônica Analógica I Aula 4 - Teoria do Diodo 
Qual modelo utilizar? 
 Normalmente, o modelo simplificado atende a maioria das 
análises de circuitos com diodos. 
 Contudo, sempre que possível, deve-se avaliar os valores 
das tensões aplicadas e de outras resistências do circuito. 
 Se estas forem muito superiores aos valores de VT e de rAV (pelo 
menos dez vezes maior) o modelo ideal levará a resultados com 
um grau de imprecisão de no máximo 10%. 
 Quando as tensões aplicadas e outras resistências forem da 
mesma ordem de grandeza de VT e rAV torna-se necessário o uso 
do modelo linear por partes. 
 
ELT009 - Eletrônica Analógica I Aula 4 - Teoria do Diodo 
EXERCÍCIOS 
ELT009 - Eletrônica Analógica IAula 4 - Teoria do Diodo 
Exercício 1 
 Determine os valores de resistência estática (RD) do diodo 
cuja curva é mostrada na figura, para: 
a. ID = 2mA 
b. ID = 20mA 
c. VD = -10V 
ELT009 - Eletrônica Analógica I Aula 4 - Teoria do Diodo 
Exercício 2 
 Para a curva característica mostrada: 
a. Determine a resistência dinâmica (rd) 
para ID = 2mA. 
b. Determine a resistência dinâmica (rd) 
para ID = 25mA. 
 
ELT009 - Eletrônica Analógica I Aula 4 - Teoria do Diodo 
Exercício 2 
 Para a curva característica mostrada: 
a. Determine a resistência dinâmica (rd) 
para ID = 2mA. 
b. Determine a resistência dinâmica (rd) 
para ID = 25mA. 
 
ELT009 - Eletrônica Analógica I Aula 4 - Teoria do Diodo 
Exercício 2 
 Para a curva característica mostrada: 
a. Determine a resistência dinâmica (rd) 
para ID = 2mA. 
b. Determine a resistência dinâmica (rd) 
para ID = 25mA. 
 
ELT009 - Eletrônica Analógica I Aula 4 - Teoria do Diodo 
Exercício 3 
Usando a equação 
 Para a curva característica mostrada: 
a. Determine a resistência dinâmica (rd) 
para ID = 2mA. 
b. Determine a resistência dinâmica (rd) 
para ID = 25mA. 
c. Compare os resultados com os obtidos 
anteriormente 
 
 
ELT009 - Eletrônica Analógica I Aula 4 - Teoria do Diodo 
Exercício 3 
Usando a equação 
 Para a curva característica mostrada: 
a. Determine a resistência dinâmica (rd) 
para ID = 2mA. 
b. Determine a resistência dinâmica (rd) 
para ID = 25mA. 
 
ELT009 - Eletrônica Analógica I Aula 4 - Teoria do Diodo 
EXERCÍCIOS PROPOSTOS 
ELT009 - Eletrônica Analógica I Aula 4 - Teoria do Diodo 
Exercícios Propostos 
 Aula4-Exercício01: Encontre o 
circuito equivalente linear para os 
diodos de Si e Ge da figura. Use o 
segmento de reta que cruza o 
eixo horizontal em VT. 
ELT009 - Eletrônica Analógica I Aula 4 - Teoria do Diodo 
Exercícios Propostos 
 
 Aula4-Exercício02: (a) Usando a 
equação fornecida, determine a 
resistência para as correntes de 1mA e 
15mA do diodo da figura. 
 
 
 
 (b) Usando a equação esperta, calcule 
os valores da resistência ca. Compare 
com os valores obtidos anteriormente. 
ELT009 - Eletrônica Analógica I Aula 4 - Teoria do Diodo 
Exercícios Propostos 
Usando o modelo simplificado do diodo 
 Aula4-Exercício03: No circuito ao lado, dado 
que a tensão da fonte V = 9V e R = 1 kOhms. 
Calcule a corrente através do diodo 
 
 Aula4-Exercício04: (a) No circuito ao lado, 
dada a tensão da fonte V = 100V e R = 220 
Ohms. Quais os diodos relacionados abaixo 
podem ser utilizados? (b) E se a polaridade 
for invertida? Justifique. 
ELT009 - Eletrônica Analógica I Aula 4 - Teoria do Diodo 
Diodo Vruptura Imáx 
1N914 75V 200mA 
1N4001 50V 1A 
1N1185 120V 35V 
Aula4-Exercício05: (a) No mesmo 
circuito, se V = 5V, qual deverá ser 
o valor de R para se obter uma 
corrente de diodo de 10mA? 
Exercícios Propostos 
 
 Aula4-Exercício06: Alguns sistemas como alarme contra roubo, 
computadores, etc, utilizam uma bateria auxiliar no caso da fonte 
de alimentação principal falhar. Descreva como funciona o circuito 
abaixo. 
 
ELT009 - Eletrônica Analógica I Aula 4 - Teoria do Diodo