eletronica geral cap02 2021-1 03092021

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Cap. 02	
Aplicações do Diodo
O diodo é um componente não-linear. Assim, o cálculo da corrente que atravessa um circuito com um diodo torna-se um pouco mais complicado que no caso de circuitos lineares. 
- ANÁLISE Matematica:
-E+ VD+ VR =0
E - VD - VR =0
Substituindo ID na equação do circuito.
- ANÁLISE POR RETA DE CARGA (ANÁLISE GRÁFICA)
 
Quando inserido num circuito, circula pelo diodo uma corrente elétrica (ID) desde que a tensão sobre ele (VD) seja maior que VT. Estes dois parâmetros representam o ponto Quiescente (Q) ou de trabalho do diodo.
Se a análise for feita de maneira gráfica, uma reta paderá ser desenhada sobre a curva característica do dispositivo, representando a carga aplicada.
A interseção. da reta de carga co.m a curva característica determinará a ponto de operação do sistema.
Tal análise é chamada análise por reta de carga.
Aplicando a lei das tensões de Kirchhoff no circuito em série da figura abaixo, resulta em:
-E+ VD+ VR =0
E - VD - VR =0
E= VD+ IR*R
IR=ID
E= VD+ ID*R EQUAÇÃO DO CIRCUITO
As duas variáveis VD e ID são as mesmas representadas pelos eixos coordenados que mostra a curva característica do diodo. 
Esta semelhança permite traçar graficamente a Equação anterior sobre a curva característica do diodo.
Para traçar graficamente a Equação devemos achar os pontos em x e em y, onde:
1 ponto: Para VD= 0V (eixox)
	2 ponto: Para ID= 0A (eixo y)
Uma linha reta traçada entre os dois pontos definirá a reta de carga, desenhada na Figura abaixo. 
Modificando o valor de R (carga) e a interseção com o eixo vertical será uma mudança na inclinação da reta de carga e um ponto de interseção diferente entre a reta de carga e a curva característica do diodo.
O ponto de operação é normalmente chamado ponto quiescente (abreviado "pt Q"), assim definidas para um circuito dc, onde:
IDQ= Corrente do circuito
VDQ= Tensão do diodo
A solução obtida pela interseção das duas curvas é a mesma que seria obtida por uma solução matemática do circuito.
-APROXIMAÇÕES PARA O DIODO
os resultados obtidos utilizando o modelo equivalente aproximado eram bem próximos, se não iguais, aos resultados encontrados utilizando todas as características do diodo.
	Tipo de
 modelo
	Condições
	Modelo
	Características
	Modelo 
Linear
	
	
	
	Modelo 
Simplificado
	RREDE>>rav
	
	
	Modelo
 Ideal
	RREDE>>rav
EREDE>>VT
	
	
Exercícios:
1) Para a configuração série do diodo da Figura abaixo, e empregando as características do diodo, determine:
(a) VDQ e IDQ
(b) VR
2) Repita a análise do exercício 1, utilizando o modelo linear com Rav=40Ω.
3) Repita a análise do exercício 1, utilizando o modelo aproximado.
4) Repita a análise do exercício 1, utilizando o modelo ideal.
5) repita o exercício 1, invertendo o diodo e determine VDQ, IDQ e VR.
- CONFIGURAÇÕES SÉRIE DE DIODOS COM ENTRADAS DC
Em geral, um diodo está no estado "ligado" se a corrente estabelecida pelas fontes é tal que sua direção está no mesmo sentido que a seta do símbolo do diodo, e VD= 0,7V para o silício e VD =0,3 V para o germânio.
1) O estado do diodo é determinado primeiro substituindo-se mentalmente o diodo por um elemento resistivo, como mostrado na figura abaixo. 
2) A direção resultante de corrente está "casada" com a seta do símbolo do diodo, indica que o diodo está no estado "ligado".
VD= VT
VR= E- VT
ID= IR= VR/R
Invertendo o diodo no circuito e substituindo o diodo por um elemento resistivo, revela que o sentido da corrente não está de acordo com o símbolo do diodo. 
O diodo está no estado "desligado", resultando no circuito equivalente abaixo. Como o circuito está aberto, a corrente do diodo é 0A, e a tensão através do resistor R é a seguinte:
VR = IR*R = lD*R = ( 0A )*R = 0V
VD=E
Exercícios:
EX: Para a configuração série com diodo da Figura abaixo, determine VD,VR e ID.
EX7: Repita o Exemplo anterior com o diodo invertido.
Exercícios:
Exercício 1: Determine Vo e ID para o circuito da Figura a seguir.
Exercício 2: Determine ID, VD2 e Vo para o circuito da Figura a seguir.
Exercício 3: Determine Vo e ID para o circuito em série da Figura a seguir.
Exercício 4: Determine I, V1, V2 e Vo para a configuração CC em série da Figura a seguir.
Exercicios 5: Determine Vo e ID para o circuitos a seguir.
Ex 6; Determine VD, VR e ID para o circuito da Figura a seguir.
DIODOS ZENER
A análise de circuitos empregando diodos Zener é muito semelhante àquela aplicada para diodos semicondutores nas seções anteriores.
Vi e RL Fixos
1. Determine o estado do diodo Zener; removendo este do circuito e calculando a tensão através do circuito-aberto resultante.
Se V>Vz o diodo Zener está "ligado", e o modelo equivalente pode ser substituído. Se V<Vz o diodo está "desligado", e o circuito-aberto equivalente substituído.
2. Substitua o circuito equivalente apropriado, e resolva as variáveis desejadas.
VL=VZ , IR=IZ+IL
	IZ=IR-IL
Onde :
A potência dissipada pelo diodo Zener é determinada por:
	PZ=VZ.IZ
EX: (a) Para o circuito com diodo Zener da figura abaixo, determine, VL VR Iz e Pz. (b) Repita a parte (a) com RL = 3 kW.
diodo no circuito com ENTRADAS SENOIDAIS:
A análise de diodo será agora ampliada para incluir funções variantes no tempo, como a forma de onda senoidal e a onda quadrada.
SINAL SENOIDAL
Os circuitos eletrônicos podem trabalhar com tensões e correntes contínuas e alternadas.
Um dos sinais alternados mais comuns é o senoidal, que pode ser representado matematicamente por:
v(t) = Vp* sen(y)
Onde:
v(t) é o valor instantâneo;
Vp é o valor de pico;
 y é o domínio da função.
No domínio angular, temos y = θ, onde θ é o ângulo e pode ser dado em graus (o) ou em radianos (rad).
Função senoidal no domínio angular:
 v(t) = V p* sen(θ)
No domínio temporal, temos y = ωt, onde ω é a velocidade angular dada em radianos por segundo (rad/s) e t é o tempo dado em segundos (s).
Função senoidal no domínio temporal: 
v(t) = Vp* sen(ωt) e ω = 2 π f = 
onde: f é a freqüência do sinal em hertz (Hz);
T é o período do sinal em segundos (s).
Ainda sobre o sinal senoidal, três definições são importantes:
VALOR INSTANTANEO: osciloscópio vê a forma de onda.
• O valor pico a pico: Vpp=2*Vp
VALOR MEDIO: no multímetro escala VDC
• O valor médio: Vmédio =Vdc= 0 – INTEGRAL DO VALOR MEDIO
Valor Eficaz: no multímetro escala VAC
• O valor eficaz: Vrms=- INTEGRAL DO VALOR RMS OU EFICAZ
- circuitos retificadores (AC em DC)
A geração e distribuição de energia elétrica é feita na forma de tensões senoidais, porém muitos aparelhos eletrônicos são alimentados por tensões contínuas. 
Sendo assim, necessitam de circuitos que transformam tensões alternadas em tensões contínuas. Estes circuitos são denominados retificadores.
Ainda, após o retificador, é necessário eliminar as variações da tensão contínua para que a mesma se torne constante, o que é feito através de filtros ou circuitos reguladores de tensão. A este conjunto de circuitos, dá-se o nome de fonte de tensão ou fonte de alimentação. 
-TRANSFORMADORES
Existem vários tipos de transformadores, porém, para o estudo dos retificadores, apenas dois interessam.
Transformador abaixador de tensão
 
No transformador, as tensões e as correntes dos enrolamentos primário (V1 e Ι1) e secundário (V2 e Ι2), estão relacionadas ao número de espiras destes enrolamentos (N1 e N2):
 
No transformador ideal, a redução da tensão ocorre sem perda de potência, isto é, a potência entregue ao primário é igual à potência fornecida ao secundário:
Transformador com derivação central no secundário
Este transformador funciona como se tivesse dois secundários e, portanto, as relações entre as tensões, correntes e número de espiras são as mesmas que as do transformador visto anteriormente.
Porém, o terminal central é comum aos dois enrolamentos secundários, fazendo com que as suas tensões sejam defasadas de 180º.
circuito RETIFICADOR DE MEIA ONDA
É o mais simples dos retificadores.A sua constituição básica é um diodo em série com uma carga RL.
No semiciclo positivo de V2(Vi), o diodo está diretamente polarizado, logo ele conduz, fazendo com que a tensão de saída seja igual à de entrada.
No semiciclo negativo de V2(Vi), o diodo está reversamente polarizado, logo ele não conduz, fazendo com que a tensão na saída seja nula.
Como a forma de onda na carga não é mais senoidal, embora a freqüência seja a mesma da tensão de entrada, o seu valor médio deixa de ser nulo, podendo ser calculado por:
1. Para VP >> VT(diodo)
Vdc(meia-onda) =
2. Considerando o diodo
Vdc=0,318*(Vp-VT)=0,318(Vp-0,7V)
Tensão de pico inversa do diodo (TPI) (ou TPR- tensão reversa do diodo) é a tensão máxima reversa que o diodo suporta para não queimar ( região de avalanche Zener).
Para retificador de meia onda
TPI máximo ≥ Vp
EX: para o circuito retificador a seguir determine a tensão VDC na saída do retificador de meia onda:
RETIFICADOR DE ONDA COMPLETA COM DERIVAÇÃO CENTRAL
O retificador de onda completa faz com que tanto o semiciclo positivo quanto o negativo, apareçam sobre a carga sempre com a mesma polaridade.
Usando um transformador com derivação central é possível obter uma retificação completa.
O seu valor médio deixa de ser nulo, podendo ser calculado por:
1. Para VP >> VT(diodo)
Vdc(meia-onda) =
2. Considerando o diodo
Vdc= 0,636*(Vp-0,7V)
Tensão de pico inversa do diodo (TPI) para retificador de onda completa com derivação central:
TPI máximo ≥ 2*Vp
EX: para o circuito retificador de onda completa com Tap central a seguir determine a tensão VDC e a corrente IDC no resistor RL, saída do retificador:
RETIFICADOR DE ONDA COMPLETA EM PONTE
Durante o semiciclo positivo, os diodos D1 e D3 conduzem e os diodos D2 e D4 cortam, transferindo, assim, toda a tensão de entrada para a carga.
Durante o semiciclo negativo, os diodos D1 e D3 cortam e os diodos D2 e D4 conduzem, fazendo com que toda a tensão de entrada apareça sobre a carga com a mesma polaridade que a do semiciclo positivo.
O seu valor médio deixa de ser nulo, podendo ser calculado por:
1. Para VP >> VT(diodo)
Vdc(meia-onda) =
2. Considerando o diodo
Vdc= 0,636*(Vp-2*VT)
Tensão de pico inversa do diodo (TPI) para retificador de onda completa em ponte:
TPI máximo ≥ Vp
Exercício: Para o circuito retificador  de Onda completa a diodo a seguir: 
Determine:
A) A tensão Vdc do retificador
B) A corrente Idc no resistor
- CIRCUITOS retificadores COM CAPACITOR
Onde a tensão de saída DC é:
Vdc=Vomedio= (Vmax+Vmin)/2 = Vpico-(Vr/2)
Obs: 
Vmax =Vp=Vpico
Vr= Vmax-Vmin
Projeto e determinação da tensão de ondulação (Vr):
Vr= Tensão de ondulação= Vmax- Vmax.e-T/(R.C)
Para a constante RC muito maior que o período T a equação fica linear:
Onde:
R- em Ohms (Ω)
C - em Faraday (F)
Vr- em Volts(V)
f- Em Hertz (Hz)
Ex: Considere um retificador de meia onda, alimentado por uma senóide de 60 Hz tendo um valor de pico de Vp = 15 V. Suponha uma resistência de carga R = 10 kΩ. 
Calcule o valor da capacitância C que resultará numa ondulação de pico-a-pico (Vr) de 2 V.
Ex: Considere um retificador de onda completa, alimentado por uma senóide de 60 Hz tendo um valor de pico de Vp = 15 V. Suponha uma resistência de carga R = 10 kΩ. 
Calcule o valor da capacitância C que resultará numa ondulação de pico-a-pico (Vr) de 2 V.
Outros circutios com diodo:
CEIFADORES (Limitadores de tensão ou de corrente, seletores de amplitude ou cortadores)
Há uma variedade de circuitos com diodos chamados ceifadores que possuem a característica de "corta" uma porção do sinal de entrada, sem distorcer o restante da forma de onda alternada. 
O retificador de meia-onda é um exemplo da forma mais simples de um ceifador com diodo - um resistor e diodo. 
Dependendo da orientação do diodo, a região positiva ou negativa do sinal de entrada é "cortada ou ceifada".
Há duas categorias gerais de ceifadores: série e paralelo. 
A configuração série é definida como aquela que tem o diodo em série com a carga, enquanto a paralela tem o diodo em um ramo paralelo à carga.
Série
Procedimentos:
1. Imagine um esboço da resposta do circuito baseado na direção do diodo e nos níveis de tensão aplicados.
2. Determine a tensão aplicada (tensão de transição) que causará a mudança de estado do diodo.
3. Esteja sempre ciente dos terminais e da polaridade Vo.
4. Pode ser útil traçar o sinal de entrada acima da saída, e determinar a saída a partir de valores instantâneos da entrada.
EX: Para o circuito abaixo determine a tensão de saída Vo.
Para uma tensão de entrada Vi= Vm menor ou igual a V volts (Vi= Vm ≤ V), o diodo está no estado de estado de circuito-aberto, ou "desligado".
Para uma tensão de entrada Vi=Vm maior do que V volts (Vi= Vm> V), o diodo está no estado de curto-circuito (chave fechada).
Diodo ideal : Vo=vi-V
Modelo aproximado: Vo= vi-V-VD
FORMA DE ONDA DA SAIDA Vo:
Paralelo
O circuito abaixo é a mais simples das configurações em paralelo com diodos, com a saída resultante para os mesmos sinais de entrada. 
A análise das configurações em paralelo é muito semelhante à utilizada em configurações série.
1) Polarização direta (semiciclo positivo)
Diodo ideal Vo=0V ou Vo= VD
2) Poralização reversa (semiciclo negativo)
Vo = vi 
GRAMPEADORES
O circuito grampeador é aquele que "modifica" o sinal em um nível dc diferente. 
O circuito deve ter um capacitor, um diodo, e um elemento resistivo, mas pode-se empregar uma fonte de independente para introduzir um deslocamento adicional.
O valor de R e C deve ser escolhido de maneira que a constante de tempo T = RC seja grande o suficiente para assegurar que a tensão através do capacitor não descarregue significativamente durante o intervalo em que o diodo não está conduzindo. 
Durante toda a análise, assumiremos que o capacitor se carrega ou descarrega completamente durante cinco constantes de tempo.
Em geral, os seguintes passos podem ser úteis na análise de circuitos grampeadores:
1. Inicie a análise do circuito considerando a parte do sinal de entrada que polarizará diretamente o diodo.
2. Durante o período que o diodo está no estado "ligado", assuma que o capacitor carrega-se instantaneamente a um nível de tensão determinado pelo circuito.
3. Assuma que, durante o período em que o diodo está no estado "desligado", o capacitor se mantém em seu nível de tensão estabelecido.
4. Verifique polaridade de referência de vo para assegurar que os níveis apropriados para vo foram obtidos.
5. O período total da saída deve estar de acordo com o período do sinal de entrada.
EX: Determine Vo para o circuito abaixo para a entrada indicada.
-Diodo "ligado" e o capacitor carregando para V volts.
Vo= VD= 0V 
-Determinando Vo com o diodo "desligado".
-V –V –Vo =0
Vo= -2V
1
DIODO
DO
EQ
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CIRCUITO
DO
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