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Polarização do diodo Polarizar um diodo significa aplicar uma diferença de potencial as suas extremidades. Se conectarmos uma bateria aos terminais do diodo, haverá uma polarização direta, caso o polo positivo da bateria for colocado em contato com o material tipo P, e o polo negativo em contato com o material tipo N. Polarização direta No material tipo N os elétrons são repelidos pelo polo negativo da bateria e empurrados para a junção. No material tipo P, as lacunas também são repelidas pelo terminal positivo e tendem a penetrar na junção. Isso diminui a zona de depleção. Para haver fluxo livre de elétrons, a tensão da bateria tem de sobrepujar o efeito da zona de depleção. E então estabelecido um fluxo de corrente elétrica através do dispositivo. Polarização reversa Invertendo-se as conexões entre a bateria e a junção PN, isto e, ligando o polo positivo da bateria no material tipo N e o polo negativo no material tipo P, a junção fica polarizada inversamente. No material tipo N os elétrons são atraídos para o terminal positivo, afastando-se da junção. Fato análogo ocorre com as lacunas do material do tipo P. Podemos dizer que, nesta condição, o potencial elétrico da bateria aumenta a zona de depleção, tornando praticamente impossível o deslocamento de elétrons de um cristal para o outro. Curva característica de um diodo A curva característica de um diodo e um gráfico que relaciona cada valor da tensão aplicada com a respectiva corrente elétrica que atravessa o diodo (Figura 3.5). Curva na polarização direta A curva de operação do diodo não e uma reta como no caso de um resistor, portanto o diodo e um componente não linear (Figura 3.6). Tensão de joelho – aplicando-se a polarização direta, o diodo não conduz intensamente ate que se ultrapasse a barreira de potencial. À medida que a tensão aplicada no diodo aproxima-se do potencial da barreira, os elétrons livres e as lacunas começam a atravessar a junção em grandes quantidades. A tensão para a qual a corrente começa a aumentar rapidamente e chamada de tensão joelho (no silício e aproximadamente 0,7 V) Curva na polarização reversa do diodo O diodo polarizado reversamente conduz uma corrente elétrica extremamente pequena (corrente de fuga). Aumentando- se a tensão reversa aplicada sobre o diodo, em um determinado momento, atinge-se a tensão de ruptura a partir da qual a corrente aumenta sensivelmente, causando a destruição do diodo semicondutor (Figura 3.7). Especificações de um diodo Para a correta especificação de um diodo são fundamentais dois parâmetros: IFAV – Corrente media máxima em condução direta (A). URRM – Máxima tensão reversa repetitiva de pico (V). A não observância destes parâmetros nos circuitos eletrônicos causa a destruição do componente. Veja na Figura 3.8 um exemplo de especificação de um diodo. TEMA Comportamento CC e CA Conforme estudado ate este momento, os componentes eletrônicos necessitam de um suprimento de energia elétrica para o seu correto funcionamento. Esse suprimento de energia pode ser proveniente de baterias ou pilhas. Entretanto, muitos equipamentos destinam-se a aplicações residenciais ou industriais cuja principal fonte de energia e a rede elétrica de corrente alternada. Nesta aula estudaremos a forma de converter a energia das redes elétricas em energia adequada à operação de um circuito eletrônico. Essa fonte de energia e composta por diversos componentes: transformador, circuito retificador, capacitor de filtragem e circuito regulador de tensão. Cada componente será estudado separadamente a seguir e, ao final da aula, teremos a integração de todas as partes. O transformador As fontes de tensões utilizadas em sistemas eletrônicos em geral são menores que 50 UCC, enquanto a tensão de entrada de energia elétrica costuma ser de 127 Urms ou 220 Urms. Logo, a primeira etapa de processamento da energia e o rebaixamento do nível de tensão. O componente utilizado para essa tarefa e o transformador que opera segundo os princípios do eletromagnetismo. O transformador e constituído por duas bobinas (chamadas de enrolamentos) unidas magneticamente por um núcleo. A energia flui de uma bobina para outra pelo fluxo magnético. Na Figura 6.1 observa-se um exemplo de transformador utilizado em fontes de energia de baixa potencia. Na Figura 6.2 a tensão de entrada U1 esta conectada ao que se chama de enrolamento primário e a tensão de saída, ao enrolamento secundário. No transformador ideal: onde: U1 tensão no primário; U2 tensão no secundário; N1 numero de espiras no enrolamento primário; N2 numero de espiras no enrolamento secundário. A corrente elétrica no transformador ideal e: 6.2 Circuitos retificadores São circuitos que utilizam diodos semicondutores os quais convertem a energia elétrica alternada em corrente continua. Observe na Figura 6.3, o circuito retificador meia onda, na Figura 6.4, o circuito retificador onda completa e, na Figura 6.5, o circuito retificador onda completa em ponte. Figura 6.3: Transformador e circuito retificador meia onda Figura 6.4: Transformador de tap central e circuito retificador onda completa Figura 6.5: Transformador e circuito retificador onda completa em ponte Diodos O diodo é formado pela simples união de dois tipos de material semicondutor N e P (figura 1), os diodos são construídos normalmente com germânio (Ge) ou Silício (Si) sendo um componente eletrônico de dois terminais. Conduz corrente elétrica preferivelmente em um só sentido, bloqueando a sua passagem no sentido oposto. Quando os materiais N e P são unidos, os elétrons e as lacunas das duas partes se combinam, devido às forças de atração, formando uma região que não existem portadores livres. Essa região, constituída de íons positivos e negativos, é chamada de região de depleção. O diodo é um dispositivo de dois terminais possibilitando a aplicação de uma tensão de duas formas: polarização direta e polarização reversa. Na polarização direta (figura 3) o anodo e o catodo do diodo deve ser conectado no terminal positivo e negativo da bateria respectivamente. O diodo passa ser um condutor quando polarizado diretamente, pois a região de depleção entre os dois tipos de material é eliminada devido à diferença de apotecial da bateria. A ausência dessa camada possibilita a circulação dos portadores livres, permitindo a circulação de uma corrente elétrica. O diodo nessa condição é considerado uma chave fechada Polarização direta Na polarização reversa (figura 4) o anodo e o catodo do diodo estão conectados no terminal negativo e positivo da bateria respectivamente, ou seja, uma diferença de potencial negativa entre o anodo e catodo é aplicada. Nessa condição a região de depleção é aumentada, devido à aplicação da tensão reversa em seus terminais, impedindo a circulação de portadores livres na junção. Na polarização reversa não ha uma circulação de corrente elétrica expressiva, o diodo é considerado uma chave aberta. Entretanto mesmo nessas condições, o dispositivo apresenta uma pequena circulação de corrente sendo caracterizada como uma corrente defuga, geralmente da ordem de nA a uA. Polarização reversa ASPECTOS PRÁTICOS DO DIODO Para cada tipo de diodo (Si ou Ge) teremos uma curva típica de polarização como a apresentada na figura 5. A condução efetiva do diodo, quando polarizado diretamente, ocorre no joelho da curva na tensão Vt sendo essa de 0,3V para o diodo de germânio e 0.7V para o diodo de silício. Nos diodos práticos existe um limite de condução de corrente na polarização direta e um limite de tensão reversa na polarização reversa, esses parâmetros variam para cada fabricante e modelo diferente. Se aumentarmos gradativamente a tensão de polarização reversa podemos entrar na região Zener da curva de polarização do diodo (figura 5). Para os diodos normais (diodos de retificação) essa região é irrevivescível (impossível de se fazer reviver) e o dispositivo se queima.
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