Aula_Teorica_19_e_20

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20/11/2013
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Diodos: análises e aplicações práticas
(Diodos semicondutores, modelos, aplicações, folha de dados, outros tipos diodos)
Universidade Estadual de Feira de Santana
Departamento de Tecnologia 
Área de Eletrônica e Sistemas
Prof.: João Bosco Gertrudes
e-mail: jbosco@ecomp.uefs.br; jbosco@dsce.fee.unicamp.br
Atendimento em sala: terças e quintas das 14:30h as 15:30h
TEC 500 – Circuitos Elétricos e Eletrônicos 2013.1 
Aplicações de Diodos
� Análise por Reta de Carga
� Considere o circuito da figura 1(a) que emprega um diodo com a curva característica da 
figura 1(b).
� A fonte produz uma corrente no sentido de condução do diodo. (polarização direta)
Figura 1
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Aplicações de Diodos
� Análise por Reta de Carga (Análise Exata)
� Aplicando a lei de Kirchhoff para tensões, teremos:
� E-VD-VR=0
� E=VD+IDR (1)
� As duas variáveis (VD e ID) são as mesmas dos eixos da figura 1 (b)
Figura 1
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Aplicações de Diodos
� Análise por Reta de Carga
� Pode-se traçar graficamente a equação (1) sobre as mesmas características da figura 1 (b).
� A equação (1) tem os seguintes pontos (VD = 0, ID = E/R) e (ID = 0, VD = E). VD = -RID + E
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Figura 2
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� Análise por Reta de Carga
� A Linha de Carga traça todas as possíveis condições de corrente (ID) para todas as tensões 
aplicadas ao diodo (VD) no circuito. 
� E/R é o valor máximo de corrente ID e E é o valor máximo de tensão sobre o diodo VD. 
� O ponto Q é a interseção entre a Linha de Carga e a Curva Característica, especificando 
um valor particular para ID e VD para um dado circuito.
Aplicações de Diodos
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Figura 2
� Análise por Reta de Carga
� Mudando o valor de R (a carga), a interseção com o eixo vertical se modifica, muda a 
inclinação da reta e o ponto de interseção com o dispositivo.
� IDQ e VDQ são os pontos quiescentes.
� A solução seria a mesma obtida por uma solução matemática simultânea das equações (1) 
e ID=IS(exp(kVD/TK)-1), que é uma equação não linear.
3 – Aplicações de Diodos
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Figura 2
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� Análise por Reta de Carga
� Exemplo 1: Determine VDQ e IDQ do circuito da figura 3
� Solução:
ID = E/R |(VD= 0) =10/1k=10mA
VD=E|(ID=0) =10V
A reta de carga resultante é dada na figura 4: VDQ = 0,78V e IDQ = 9,25mA
Aplicações de Diodos
Figura 3 Figura 4
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� Análise por Reta de Carga
� Exemplo 2: Exemplo 1 Usando o modelo aproximado do diodo,
� Solução:
VDQ = 0,7V e IDQ = 9,25 mA
Aplicações de Diodos
Figura 3 Figura 5
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� Análise por Reta de Carga
� Exemplo 3: Exemplo 1 Usando o modelo Ideal do diodo,
� Solução:
VDQ=0V e IDQ=10 mA
Aplicações de Diodos
Figura 3 Figura 6
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� Configurações em Série de Diodos com Alimentação CC
� Para cada configuração, o estado de cada diodo deve ser primeiramente determinado. 
Quais diodos estão ‘ligados’ e quais estão ‘desligados’.
� O circuito equivalente apropriado deve ser substituído.
� Em geral, um diodo está no estado ‘ligado’ se a corrente estabelecida pelas fontes é tal 
que o seu sentido coincide com o da seta do símbolo do diodo, e VD ≥ 0,7 V para o silício 
e VD ≥ 0,3 para o germânio.
Aplicações de Diodos
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� Aproximações para o Diodo
� Diretamente Polarizado:
� Diodo de Silicio: VD = 0,7V
� Diodo de Germanio: VD = 0,3V
� Reversamente Polarizado:
� Atuam como circuito aberto 
� VD = tensão da fonte e ID = 0A
Aplicações de Diodos
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� Diodo em circuito série dc: diretamente polarizado
� Diretamente Polarizado:
� VD = 0,7V (ou VD = E se E < 0,7V)
� VR = E –VD
� ID = IR = VR /R
Aplicações de Diodos
Figura 7
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� Diodo em circuito série dc: reversamente polarizado
� Reversamente Polarizado:
� VD = E
� VR = 0V
� ID = IR = 0A 
Aplicações de Diodos
Figura 8
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� Diodo em circuito série dc:
� Exemplo 4: Para a configuração do diodo em série da figura 9, determine VD, VR e ID.
� Solução: O diodo está ligado. VD = 0,7 V
VR = E –VD = 8 - 0,7 = 7,3 V
ID = IR = VR/R = 7,3/2,2k = 3,32 mA
Aplicações de Diodos
Figura 9
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� Diodo em circuito série dc:
� Exemplo 5: Repetir o exemplo 4 com o diodo invertido.
� Solução: O circuito equivalente é um circuito aberto.
ID = 0 A
VR = 0 V
VD = E –VR = 8V
Aplicações de Diodos
Figura 10
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� Diodo em circuito dc qualquer:
� Exemplo 7: Determine Vo, I1, ID1 e ID2 para a configuração da figura 11.
� Solução: A tensão deverá estabelecer uma corrente em cada diodo. A tensão da fonte é maior que 0,7 V.
� Ambos os diodos estão ligados.
Vo = 0,7V
I1 = VR/R = (E-VD)/R
I1 = (10-0,7)/0,33k = 28,18mA
ID1 = ID2 = I1/2 = 14,09 mA
Aplicações de Diodos
Figura 11
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Aplicações de Diodos
� Entradas Senoidas: Retificação de Meia-Onda
� São incluídas funções variantes no tempo.
� Considere o circuito da figura 12.
� Consideraremos o modelo ideal.
Figura 12 17
� Entradas Senoidas: Retificação de Meia-Onda
� Ao longo de um ciclo completo, definido pelo período T, o valor médio é 
zero.
� O circuito originará uma forma de onda vo que possuirá um valor médio 
de uso particular no processo de conversão ca-cc.
� Empregado no processo de retificação, chamamos o diodo de 
retificador, com potências e valor máximo de corrente maiores.
Figura 12
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Aplicações de Diodos
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Aplicações de Diodos
� Entradas Senoidas: Retificação de Meia-Onda
� Durante o intervalo t=0→T/2 na figura 12, a polaridade da tensão aplicada 
vi é tal que estabelece uma corrente no sentido que liga o diodo com a 
polaridade que aparece acima dele.
� Resulta no circuito da figura 13. O sinal de saída é uma réplica do sinal de 
entrada.
Figura 13 19
Aplicações de Diodos
� Entradas Senoidas: Retificação de Meia-Onda
� Para o período T/2→T, a polaridade da entrada vi é mostrada na figura 14.
� A polaridade produz um estado desligado no diodo.
� O resultado é a ausência de um caminho para as cargas fluírem e 
vo=i.R=0R=0V.
Figura 14 20
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Aplicações de Diodos
� Entradas Senoidas: Retificação de Meia-Onda
� A entrada vi e a saída vo foram traçadas juntas na figura 15.
� O valor médio é de Vcc= 0,318Vm
Figura 15 21
Aplicações de Diodos
� Entradas Senoidas: Retificação de Meia-Onda
� PIV: Com o diodo reversamente polarizado, quando vi=Vm tem a tensão 
máxima de entrada,
� PIVmaximo ≥Vm
- V(PIV) 
+
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Figura 16
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Aplicações de Diodos
� Retificação de Onda Completa
� Configuração em Ponte
Figura 17 23
Aplicações de Diodos
� Retificação de Onda Completa
� Durante o período que t=0 até T/2, a polaridade do sinal de entrada é 
mostrada na figura 18.
� Pela figura 18, percebe-se que D2 e D3 estão conduzindo, enquanto D1 e D4
estão desligados.
Figura 18 24
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Aplicações de Diodos
� Retificação de Onda Completa
� O resultado está na figura 19.
� Como os diodos são ideais, vo=vi.
Figura 19 25
Aplicações de Diodos
� Retificação de Onda Completa
� Para a região negativa do sinal de entrada, os diodos D1 e D4 estão 
conduzindo, resultando na figura 20.
Figura 20
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Aplicações de Diodos
� Retificação de Onda Completa
� A figura 21 apresenta as tensões de entrada e saída durante um ciclo 
completo. Vcc=0,636Vm.
� PIV≥Vm
Figura 21
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Aplicações de Diodos
� Retificação de Onda Completa
� Se fossem aplicados diodos de Silício ao invés de diodos ideais.
Figura 22
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Aplicações de Diodos
� Retificação de Onda Completa
� Transformador com Derivação Central
Figura 23
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Aplicações de Diodos� Retificação de Onda Completa
� Transformador com Derivação Central
Figura 24
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Aplicações de Diodos
� Retificação de Onda Completa
� Transformador com Derivação Central
� PIV≥2.Vm
Figura 25
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Aplicações de Diodos
� Ceifadores
� Ceifam uma porção do sinal de entrada sem distorcer o restante da forma 
de onda alternada.
� O retificador de meia onda é um exemplo de ceifador.
� Considere o circuito da figura 26
Figura 26
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Aplicações de Diodos
� Ceifadores
� 1. Imagine um esboço da resposta do circuito com base no sentido do 
diodo e nos níveis de tensão aplicados.
� Para o circuito (diodo ideal), vi deverá ser maior que V.
� 2. Determine a tensão aplicada (tensão de transição) que causará uma 
mudança de estado do diodo.
� Para o diodo ideal, vi=V
Figura 27
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Aplicações de Diodos
� Ceifadores
� Para uma tensão de entrada maior do que V volts, o diodo está no estado 
de curto-circuito, enquanto para tensões de entrada menores do que V 
volts, o diodo está no estado de circuito aberto.
� 3. Certifique-se sempre dos terminais do diodo e da polaridade de vo.
� vo=vi-V para o diodo conduzindo
Figura 28 34
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Aplicações de Diodos
� Ceifadores
� É sempre útil traçar o sinal de entrada acima da saída e determinar a saída 
a partir de valores instantâneos de entrada.
� Em vi=Vm, o circuito a ser analisado é o da figura 29.
� Para Vm>V, o diodo está no estado de curto-circuito, e vo=Vm-V.
Figura 29
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Aplicações de Diodos
� Ceifadores
� Em vi=V, o diodo muda de estado;
� Em vi=-Vm, vo=0V, e a curva completa para vo é traçada na figura 30
Figura 30
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Aplicações de Diodos
� Grampeadores
� Grampeia o sinal em um valor cc diferente.
� O circuito deve ter um capacitor, um diodo e um elemento resistivo, além 
de uma fonte cc independente.
� O circuito da figura 31 grampeará o sinal de entrada no valor zero.
Figura 31
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Aplicações de Diodos
� Grampeadores
� Durante o intervalo 0 até T/2, o circuito funciona como na figura 32.
� A corrente não passa por R, e a constante de tempo (RC) é pequena 
suficientemente para que o capacitor se carregue rapidamente, e vo=0V
Figura 32
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Aplicações de Diodos
� Grampeadores
� Durante o intervalo T/2 até T, o circuito funciona como na figura 33.
� R volta ao circuito, e a constante de tempo (RC) torna-se muito maior que 
o período em questão, não dando tempo do capacitor se descarregar.
� Logo, -V-V-vo=0
� vo=-2V
Figura 33
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Aplicações de Diodos
� Grampeadores
� A excursão total da saída é igual à excursão total do sinal de entrada
Figura 34
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Aplicações de Diodos
� Grampeadores
� Passos para análise de circuitos grampeadores:
1. Comece analisando a parte do sinal de entrada que polariza diretamente o 
diodo.
2. Para o diodo no estado ligado considere que o capacitor carrega 
instantaneamente.
3. Considere localização e polaridade de v0.
4. A excursão total de saída deve ser a mesma do sinal de entrada.
Figura 42
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Aplicações de Diodos
� Diodos Zener
� Mesma análise dos diodos semicondutores.
Figura 35
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Aplicações de Diodos
� Diodos Zener
� Considere o circuito da figura 36
� 1. Determine o estado do diodo Zener removendo-o do circuito e 
calculando a tensão através do circuito aberto resultante.
� V=RL.Vi/(R+RL)
� Se V≥VZ, o zener está ligado, senão, desligado.
� 2. Substitua o circuito equivalente apropriado e determine as variáveis 
desejadas.
Figura 36
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Aplicações de Diodos
Figura 36
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� Para o circuito da Figura, esboce a forma de onda de vo e 
determine VCC.