Departamento de Engenharia Electrotécnica...
Embed Size (px)
Transcript of Departamento de Engenharia Electrotécnica...

Departamento de Engenharia Electrotécnica (DEE)
Electrónica II - Cursos de Engª Electrotécnica e Engª de Electrónica e Computadores Luís Veríssimo, Fevereiro de 2002
CátodoÂnodo
O díodo• Dispositivo de dois terminais
• Componente elementar não-linear utilizado em circuitos muito variados
• Aplicações: conversores de potência AC/DC –rectificadores, processamento de sinais, circuitos digitais, etc..
• Tipos: díodos de “galena” ( primitivos receptores de rádio); díodos de vácuo (válvulas de vácuo); díodos de junção (materiais semicondutores: silício, germânio, etc..)

Departamento de Engenharia Electrotécnica (DEE)
Electrónica II - Cursos de Engª Electrotécnica e Engª de Electrónica e Computadores Luís Veríssimo, Fevereiro de 2002
Díodo de utilização corrente
Símbolo
Junção pn
O díodo
iD
vD
Característica
Ânodo Cátodo
(A) (K)
P N(A) (K)
iD
vD

Departamento de Engenharia Electrotécnica (DEE)
Electrónica II - Cursos de Engª Electrotécnica e Engª de Electrónica e Computadores Luís Veríssimo, Fevereiro de 2002
iR
vR
R
iR
vR
iD
vD
iD
vD
Resistência – dispositivo linear
Díodo – dispositivo não linear
)1e.(Ii T
D
nVv
SD −=
Rv
i RR =

Departamento de Engenharia Electrotécnica (DEE)
Electrónica II - Cursos de Engª Electrotécnica e Engª de Electrónica e Computadores Luís Veríssimo, Fevereiro de 2002
Característica do díodo• relação entre a corrente e a
tensão no díodo, iD(vD)
• se vD>0 – díodo polarizado directamente
• se vD<0 – díodo polarizado inversamente
qT.k
V
)1e.(Ii
T
nVv
SDT
D
=
−=
iD
vD
Polarizaçãodirecta
Polarizaçãoinversa
• IS – corrente de saturação inversa (10-9 @ 10-15)
• VT – tensão térmica
• K – constante de Boltzmann (1,38.10-23 J/ºK)
• T – temperatura absoluta (0ºC ≈ 273ºK)
• q – carga do electrão (1,6.10-19 Coulomb)

Departamento de Engenharia Electrotécnica (DEE)
Electrónica II - Cursos de Engª Electrotécnica e Engª de Electrónica e Computadores Luís Veríssimo, Fevereiro de 2002
O díodo idealiD
vD
vD
iDA K
vD<0 => iD=0
vD
iDA K
iD>0 => vD=0
• Se aos terminais do díodo for aplicada uma tensão negativa não flui corrente no díodo; o díodo comporta-se como um circuito em aberto
• Se for “injectada” uma corrente positiva no díodo, do ânodo para o cátodo, obtém-se uma queda de tensão nula aos terminais do díodo; o díodo comporta-se como um curto-circuito.

Departamento de Engenharia Electrotécnica (DEE)
Electrónica II - Cursos de Engª Electrotécnica e Engª de Electrónica e Computadores Luís Veríssimo, Fevereiro de 2002
Exemplo de operação dos dois modos de funcionamento do díodo ideal
• Díodo polarizado directamente, equivalente a um curto-circuito
iD
vD
+10V
1kΩ
iD
vD
+10V
1kΩ
iD
vD
+10V
1kΩ
iD
vD
+10V
1kΩ
• Díodo polarizado inversamente, equivalente a um circuito em aberto.
Ωk1V10
iD
+=

Departamento de Engenharia Electrotécnica (DEE)
Electrónica II - Cursos de Engª Electrotécnica e Engª de Electrónica e Computadores Luís Veríssimo, Fevereiro de 2002
iD
vD v0
vi
D
R
Rv
i
vv
0v0i
'ON'D,0v
iD
io
DD
i
=
====>>
>
0i.Rv
0i0v
'OFF'D,0v
Do
DD
i
=====><
<
O rectificador de meia-onda
iD=0
vD v0
vi<0
D
R
iD
vD=0v0
vi>0
D
R

Departamento de Engenharia Electrotécnica (DEE)
Electrónica II - Cursos de Engª Electrotécnica e Engª de Electrónica e Computadores Luís Veríssimo, Fevereiro de 2002
iD
vD v0
vi
D
R
O rectificador de meia-onda
• Nos meios ciclos positivos o díodo está polarizado directamente, comporta-se como um curto-circuito, e a corrente flui sem restrições no díodo.
• Nos meios ciclos negativos, o díodo está polarizado inversamente, comporta-se como um circuito aberto, e por isso a corrente no díodo é nula.t
Vmáx
v0
Vmáx
t
vi

Departamento de Engenharia Electrotécnica (DEE)
Electrónica II - Cursos de Engª Electrotécnica e Engª de Electrónica e Computadores Luís Veríssimo, Fevereiro de 2002
Silíciotipo
P
Silíciotipo
N
Estrutura física do díodo de silício O díodo de junção pn
consiste na junção de dois materiais, um
semicondutor tipo p em contacto com um
semicondutor tipo n
Os semicondutores tipo p e n consistem num substracto (silício puro, p.ex.) ao qual foram adicionadas impurezas tipo
p (elementos com três electrões na última órbita) ou tipo n(elementos com cinco electrões na última órbita)

Departamento de Engenharia Electrotécnica (DEE)
Electrónica II - Cursos de Engª Electrotécnica e Engª de Electrónica e Computadores Luís Veríssimo, Fevereiro de 2002
Junção pn não polarizada
Região de deplexão
Buracos Electrõeslivres
• Junção pn sem qualquer tensão aplicada
• Formação de uma zona na junção dos materiais p e n,designada por região de deplexão ou região de carga espacial
• Formação de uma barreira potencial
• Correntes de difusão de buracos da região p para a região n e de electrões da região n para a região p

Departamento de Engenharia Electrotécnica (DEE)
Electrónica II - Cursos de Engª Electrotécnica e Engª de Electrónica e Computadores Luís Veríssimo, Fevereiro de 2002
VR
Junção pn polarizada inversamente
A tensão inversa aplicada (VR) vai reforçar o campo
eléctrico na zona de carga espacial, a largura desta
vai aumentar e constitui-se como uma barreira forte à
passagem de corrente.
As correntes de difusão são nulas

Departamento de Engenharia Electrotécnica (DEE)
Electrónica II - Cursos de Engª Electrotécnica e Engª de Electrónica e Computadores Luís Veríssimo, Fevereiro de 2002
VD
Junção pn polarizada directamente A tensão directa aplicada
(VD) vai reduzir, ou mesmo eliminar, o campo eléctrico na zona de carga espacial, a largura desta vai diminuir
e a barreira de potencial desaparece facilitando a passagem de corrente.
As correntes de difusão são importantes

Departamento de Engenharia Electrotécnica (DEE)
Electrónica II - Cursos de Engª Electrotécnica e Engª de Electrónica e Computadores Luís Veríssimo, Fevereiro de 2002
Modelo do díodo aproximado com fonte de tensão e resistência
RfVγideal
iD
vDVγ
• Polarização directa – díodo equivalente a uma fonte de tensão Vγγem série com uma resistência Rf
• Polarização inversa – díodo equivalente a uma resistência elevada, Rr ≈∞≈∞

Departamento de Engenharia Electrotécnica (DEE)
Electrónica II - Cursos de Engª Electrotécnica e Engª de Electrónica e Computadores Luís Veríssimo, Fevereiro de 2002
iD
vDVγ
Modelo do díodo aproximado com fonte de tensão constante
Vγideal
• Polarização directa – díodo equivalente a uma fonte de tensão constante Vγγ
• Polarização inversa – díodo equivalente a uma resistência elevada, Rr ≈∞≈∞

Departamento de Engenharia Electrotécnica (DEE)
Electrónica II - Cursos de Engª Electrotécnica e Engª de Electrónica e Computadores Luís Veríssimo, Fevereiro de 2002
iD
vDVγ
-VZ0
O díodo de zenerCaracterística do díodo de zener
vD
iD
vZ
iZ

Departamento de Engenharia Electrotécnica (DEE)
Electrónica II - Cursos de Engª Electrotécnica e Engª de Electrónica e Computadores Luís Veríssimo, Fevereiro de 2002
iD
vDVγ
-VZ0
OFFONzener ONdirecta
Modelo linear do díodo de zener com fonte de tensão constante e resistência
0i
Vv
D
0ZD
<
−<
0i
VvV
D
D0Z
=
≤≥− γ
0i
Vv
D
D
>
≥ γ
VZ0
RZ
Vγ
RF
idealideal

Departamento de Engenharia Electrotécnica (DEE)
Electrónica II - Cursos de Engª Electrotécnica e Engª de Electrónica e Computadores Luís Veríssimo, Fevereiro de 2002
iD
vDVγ
-VZ0
ONzener OFF ONdirecta
Modelo linear do díodo de zener com fonte de tensão constante
0i
Vv
D
0ZD
<
−<
0i
VvV
D
D0Z
=
≤≥− γ
0i
Vv
D
D
>
≥ γ
VZ0 Vγ
idealideal

Departamento de Engenharia Electrotécnica (DEE)
Electrónica II - Cursos de Engª Electrotécnica e Engª de Electrónica e Computadores Luís Veríssimo, Fevereiro de 2002
R
V iD
A
KVo
Vo
Vi
Vγ
V
t
Vi
VoVγ
Circuitos limitadores

Departamento de Engenharia Electrotécnica (DEE)
Electrónica II - Cursos de Engª Electrotécnica e Engª de Electrónica e Computadores Luís Veríssimo, Fevereiro de 2002
V
t
Vi
VoVL+V γ
Vo
Vi
VL+Vγ
Vi DA
K
VL
Vo
R
Circuitos limitadores

Departamento de Engenharia Electrotécnica (DEE)
Electrónica II - Cursos de Engª Electrotécnica e Engª de Electrónica e Computadores Luís Veríssimo, Fevereiro de 2002
V
t
Vi
Vo
-Vγ
Vo
ViVγ
Circuitos limitadores
R
Vi
DA
K Vo

Departamento de Engenharia Electrotécnica (DEE)
Electrónica II - Cursos de Engª Electrotécnica e Engª de Electrónica e Computadores Luís Veríssimo, Fevereiro de 2002
Vo
Vi
-(V L+V γ)
V
t
Vi
Vo
-(VL+Vγ)
Vi DA
K
VL
Vo
R
Circuitos limitadores

Departamento de Engenharia Electrotécnica (DEE)
Electrónica II - Cursos de Engª Electrotécnica e Engª de Electrónica e Computadores Luís Veríssimo, Fevereiro de 2002
Vi D1
A
K
VL1
Vo
R
D2A
K
VL2
Vo
Vi
VL1+Vγ
-(VL2+Vγ)
V
-(VL2+Vγ)
VL1+Vγ
Vi
Vo
t
Circuitos limitadores

Departamento de Engenharia Electrotécnica (DEE)
Electrónica II - Cursos de Engª Electrotécnica e Engª de Electrónica e Computadores Luís Veríssimo, Fevereiro de 2002
V
t
Vi
VoVL+V γ
Circuitos limitadores Vi D1
DZ
Vo
R
Vo
Vi
VZ+V γ

Departamento de Engenharia Electrotécnica (DEE)
Electrónica II - Cursos de Engª Electrotécnica e Engª de Electrónica e Computadores Luís Veríssimo, Fevereiro de 2002
Circuitos limitadores Vi D1
DZ
Vo
R
Vo
Vi
-(VZ+Vγ)
V
t
Vi
Vo
-(VZ+Vγ)

Departamento de Engenharia Electrotécnica (DEE)
Electrónica II - Cursos de Engª Electrotécnica e Engª de Electrónica e Computadores Luís Veríssimo, Fevereiro de 2002
Circuitos limitadoresVi DZ1
DZ2
Vo
R
Vo
Vi
VZ1+Vγ
-(VZ2+Vγ)
V
-(V Z2+Vγ)
VZ1+Vγ
Vi
Vo
t

Departamento de Engenharia Electrotécnica (DEE)
Electrónica II - Cursos de Engª Electrotécnica e Engª de Electrónica e Computadores Luís Veríssimo, Fevereiro de 2002
C
Vi
DA
K Vo
Vc
Circuito fixador
4V
-6V
t
Vi
10V
0t
Vo

Departamento de Engenharia Electrotécnica (DEE)
Electrónica II - Cursos de Engª Electrotécnica e Engª de Electrónica e Computadores Luís Veríssimo, Fevereiro de 2002
C
Vi
DA
K
Vo
Vc
Vi
Vimax
t
Vi
-2.Vimax
t
Circuito fixador

Departamento de Engenharia Electrotécnica (DEE)
Electrónica II - Cursos de Engª Electrotécnica e Engª de Electrónica e Computadores Luís Veríssimo, Fevereiro de 2002
ViVimax
t
Circuito fixador
C
Vi
DA
K Vo
Vc
V i
2.Vimax
t

Departamento de Engenharia Electrotécnica (DEE)
Electrónica II - Cursos de Engª Electrotécnica e Engª de Electrónica e Computadores Luís Veríssimo, Fevereiro de 2002
ViVimax
t
Circuito duplicador de tensão
C1
Vi
D1 Vo
Vc1
C2
D2
Vo
2.Vimax
t
Vi
2.Vimax
t