DiodosAula 1

Adrielle C. Santana

A curva do diodo

Diodo retificador: utilizado na retificação de CA. Comum em fontes de alimentação.

Fonte ajustável de 1,25 a 30 V a 1,5A.

Diodo Comercial

Polarização Direta

Sentido real: - +

Sentido convencional: + -

Curva do diodo diretamente polarizado.

A Tensão de Joelho

A Tensão de Joelho

Acima de 0,7V os elétrons livres começam a cruzar a junção de modo que um pequeno aumento acima dos 0,7V (diodo de silício) produz grande aumento de corrente. Essa é a tensão de joelho (acima dela a corrente aumenta rapidamente).

Obs.: Para germânio 0,3V

Resistência de Corpo

O comportamento da fig. anterior é não-linear diferentemente do resistor cuja corrente aumenta proporcionalmente com a tensão.

Uma vez vencida a barreira de potencial, tudo o que impede a corrente de passar é a resistência do material das regiões p e n chamada de “resistência de corpo” do diodo (RB). Tipicamente é menor que 1Ω.

RB=RP+RN

Depende: dopagem e dimensões (p e n)

Corrente CC direta máxima (IF ou IO): valor máximo até o qual o diodo funciona com segurança. Especificada pelo fabricante.

Corrente Direta Máxima

Corrente Direta

Máxima

Resistor de Limitação de Corrente

O resistor R do circuito abaixo serve para limitar a IF de modo que:•

Dissipação Máxima de Potência

É o valor nominal que o diodo dissipa seguramente sem diminuir sua vida útil ou degradar suas propriedades. Se for fornecida a IF , basta não ultrapassá-la para ficar tudo bem.

Região Reversa

De acordo com a curva da figura, o diodo polarizado reversamente apresenta apenas uma pequena corrente de fuga até que se alcance a tensão de ruptura quando ela aumenta muito a pequenas variações da tensão.

O diodo idealDiretamente polarizado = perfeito

condutor (R=0);Reversamente polarizado = resistência

infinita;Interesse dos fabricantes;Único dispositivo com tal comportamento seria uma chave.

Aproximações para o Diodo de Silício

Segunda aproximaçãoNão há corrente enquanto a tensão no

diodo não chegar a 0,7V.A partir daí apenas 0,7V é a queda no diodo

não importa a corrente.O circuito equivalente seria uma chave em

série com uma fonte de 0,7V onde esta se fecha quando a tensão no na fonte alcança 0,7V.

Aproximações para o Diodo de Silício

•

Aproximações para o Diodo de Silício

Qual usar?

1º: verificação de defeito

2º: maioria dos casos

3º: circuitos mais preciso com resistores de precisão (tolerância de 1%)

Aproximações para o Diodo de Silício

O diodo ideal com resistência infinita ainda não existe, logo o teste utilizando o ohmímetro deve verificar se pelo menos a razão da resistência direta e reversa está (silício) de 1000:1 ou maior.DefeitosResist. muito baixa nos 2 sentidos (diodo

em curto);Resist. alta em ambos os sentidos (diodo

aberto);Resist. Abaixo do esperado no sentido

reverso (diodo com fuga).

Verificação de Defeitos

Análise variacionalD=diminui A=aumenta N=nada ocorreVK=tensão de joelho VS=tensão da fonte

IL=corrente da carga PD=pot. Diodo PL=pot. CargaVL=tensão na carga PT=dissipação total de pot.

Verificação de Defeitos

Verificação de Defeitos

Folha de Dados

Tensão reversa de ruptura;Corrente máxima direta (IO): acima

dela o diodo queima.Queda de tensão direta máxima: valor

para sinal CA, especifica que a 25⁰C, quando a corrente pelo diodo for 1A a queda de tensão nele será de 0,93V podendo chegar a 1,1V em alguns casos (para o datasheet a seguir).

Corrente reversa máxima

Reta de carga e ponto Q

•

Reta de carga e ponto Q

O ponto Q é onde a reta de carga intercepta a curva do diodo sendo que neste ponto temos a corrente e a tensão de operação do diodo para o exemplo de VS=2V e RS=100Ω, fornecendo VD=0,75V e ID=12,5mA.

Reta de carga e ponto Q

ExemplosEncontrar: VO, I1, ID1 e ID2

Encontrar I

V0=0,7VI1=0,028 AID1=ID2=0,014 A

I=0,0069 A

Circuito Retificador de Meia Onda

Converte CA em CC;

Antes é importante verificar se o diodo suporta a tensão de linha. Senão, convém utilizar um “transformador abaixador” de tensão antes do circuito retificador.

Circuito Retificador de Meia Onda

Circuito Retificador de Meia Onda

Entrada

Saída

Circuito Retificador de Meia Onda

Considerando um diodo ideal...No semiciclo positivo a corrente passa normalmente pelo diodo uma vez que ele se encontra diretamente polarizado.No semiciclo negativo o diodo fica reversamente polarizado não deixando a corrente passar.Esse é o “sinal de meia onda” uma vez que o diodo ceifa o semiciclo negativo do sinal original.

Circuito Retificador de Meia Onda

•

p

TVdttv

TV 318,0)(

10

Circuito Retificador de Meia Onda

Se considerarmos a tensão de joelho o valor de pico deverá ser subtraído de 0,7V e o valor médio deve ser calculado em cima desse novo VP.

A frequência desse sinal é a mesma do sinal original.

Retificador de Onda Completa

• Com tap central: equivale a 2 de meia onda.

Entrada

Saída

Retificador de Onda Completa

•

Retificador de Onda Completa

p

TVdttv

TV '636,0)(

10

Corrente direta: IF= I/2

Tensão reversa: VR=2*V’P

Onde V’p=Vp/2

A frequência da onda de saída é 2X a frequência da onda original de entrada.

Retificador de Onda Completa

• Em Ponte: Utiliza 4 diodos eliminando o tap central no transformador. A vantagem é que a tensão retificada na carga é o dobro daquela do retificador anterior. (P=>D2 e D3 ; N=> D1 e D4)

Retificador de Onda Completa

Semiciclo positivo: D1 e D4

Semiciclo negativo: D2 e D3

Retificador de Onda Completa

Entrada

Saída

Retificador de Onda Completa

Tensão média:

Corrente média:

Corrente direta: IF = I

Tensão reversa: VR = VP

Retificador de Onda Completa

𝐼=𝑉𝑅𝐿

p

TVdttv

TV 636,0)(

10

Deve-se observar que a cada semiciclo de da onda de entrada dois diodos estarão conduzindo ao mesmo tempo de modo que a deve-se levar em conta agora a queda (0,7V) de dois diodos na conta do VP.

VP = VP-entrada – 2*(0,7)

Retificador de Onda Completa

• Com filtro com CapacitorA tensão obtida com os retificadores mostrados até agora não é o tipo de tensão CC que a maioria dos circuitos precisa. É desejável uma tensão estável similar a de uma bateria. Para consegui-la adicionaremos um filtro sendo o mais comum aquele com uso de um “capacitor.”

Retificador de Onda Completa

Com o capacitor, é possível reduzir a ondulação da tensão de saída.

Retificador de Onda Completa

Retificador de Onda Completa

Capacitor em paralelo com a carga.Capacitor descarregado = Tensão zero na carga.No primeiro quarto de ciclo da tensão o capacitor se

carrega até VP.No segundo quarto de ciclo o capacitor passa a ter

tensão maior que a de entrada polarizando o diodo reversamente. Assim ele pára de conduzir.

O capacitor agora começa a descarregar na resistência RL.

A cte de tempo da descarga é muito maior que o período T da entrada de modo que o capacitor perde apenas uma parte da carga antes de começar a carregar novamente no momento em que o diodo conduzir (tempo da tensão atual do capacitor até VP).

Retificador de Onda Completa

Assim, após a primeira carga do capacitor no primeiro quarto de ciclo, sua tensão será aproximadamente igual a VP pois, não dá tempo dele descarregar muito antes do próximo VP chegar.

Retificador de Onda Completa

A única diferença da tensão CC obtida para a tensão CC pura é a pequena ondulação da breve descarga do capacitor (ripple). Uma forma de reduzi-la é aumentando a constante de tempo da descarga que é igual a RL*C.

Observe que no retificador de onda completa com filtro, cada diodo conduzirá por um tempo muito menor que um semiciclo ficando cortado a maior parte do tempo.

Retificador de Onda Completa

Retificador de Onda Completa

Corrente nos diodos

Retificador de Onda Completa

TENSÃO DE ONDULAÇÃO

Vcc (sem ondulação)

I = corrente cc na carga

Aproximação da tensão CC na saída do retificador desconsiderando ripple

Retificador de Onda Completa

Vcc (com ondulação)

Aproximação, mais realista que a anterior, da tensão CC do retificador considerando ripple.