Eletrônica Analógica - Curva Do Diodo e Reta de Carga – Exercícios Resolvidos
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Tópicos de aulas Automação Industrial integrado ao ensino médio - 1º ano - ETE.GV
sábado, 11 de abril de 2015
Curva do diodo e reta de carga – ExercíciosResolvidos1) EX-01
Conhecidos os seguintes dados:
PR = 90 mW
PD = 30 mW
IDQ = 15 mA
Calcular:
a) VR e RL
b) VDQ e RD
c) IDmax e E
d) Pf
Resolução:
1) Vamos calcular os valores de VR e RL (na carga)
Foram dados: PR = 90 mW e IDQ = 15 mA
Sabemos que a potência na carga é igual à resistência multiplicada ao quadrado da corrente que atravessa esta.
Logo, temos que:
= RL*I²DQ ↔ 90mW = RL* (15mA)² ↔ RL = 400 Ω
Lei de Ohm: a tensão na carga é igual ao produto da resistência pela corrente que atravessa esta. Logo, temos
que:
R = RL*IDQ ↔ VR = 400*(15mA) ↔ VR = 6 V
2) Vamos calcular os valores de VDQ e RD (no diodo)
Foram dados: PD = 30mW e IDQ = 15 mA
Idem ao anterior: a potência no diodo é igual à resistência interna do diodo multiplicada ao quadrado da
corrente que atravessa esta. Logo, temos que:
= RL*I²DQ ↔ 30mW = RD* (15mA)² ↔ RD = 133,33 Ω
Pela lei de Ohm, temos que:
D = RD*IDQ ↔ VD = 133,33*(15mA) ↔ VDQ = 2 V
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3) Vamos calcular os valores de IDmax, E (na bateria)
O valor de E é a soma de VR e VDQ , logo temos que:
E = VR + VDQ ↔ E = 6 + 2 = 8 ↔ E = 8 V
Para calcular o IDmax devemos considerar que o diodo está em curto (=diodo ideal, resistência interna zero).
Dmax = E/RL ↔ IDmax = 8/400 = 0,020 ↔ IDmax = 20 mA
4) Vamos calcular o valor de Pf
A potência da bateria é a soma das potências no diodo e na carga (conservação de energia), logo temos que:
= 30mW e PR = 90mW foram dados:
= PD + PR ↔ Pf = 30 + 90 = 120 ↔ Pf = 120mW
2) EX-02
Dado a curva característica de um diodo e a reta de carga na polarização direta de um diodo, determinar:
1) E, VDQ, IDQ, Imax
2) RD
3) VR, RL
4) PD, PR, Pf
Resolução:
Calcular E, VDQ, IDQ e Imax
Pela observação e interpretação da figura dada:
Quando a corrente ID=0, então temos VD = 12 = E → E = 12V
O ponto de operação (ou ponto quiescente) possui coordenadas (VDQ, IDQ), logo: VDQ = 5V e IDQ = 14mA
O valor da corrente no ponto onde a reta de carga intercepta o eixo da corrente ID corresponde à corrente
máxima.
Logo, pela figura: Imax = 24mA
Calcular a RD:
Aplicando a Lei de Ohm:
DQ = RD*IDQ ↔ RD = VDQ/IDQ = 5/14mA = 357,14 Ω ↔ RD=357,14Ω
Calcular a RL e VR:
Dmax = E/R ↔ RL = E/IDmax = 12/24mA = 500 Ω ↔ RL = 500Ω
Aplicando a Lei de Ohm:
R = RL*IDQ = 500*14mA = 7 ↔ VR = 7V
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Ou: E = VDQ + VR ↔ VR = E – VDQ = 12 – 5 = 7 ↔ VR = 7V
Calcular: PD, PR e Pf
D = RD * I²DQ = 357,14*(14mA)² ≈ 70mW ↔ PD = 70 mW
R = RL * I²DQ = 500*(14mA)² = 98mW ↔ PR = 98 mW
= PD + PR = 70 + 98 = 168mW ↔ Pf = 168 mW
3) EX-03
O circuito abaixo apresenta um problema.
Identifique-o, propondo uma solução
Solução:
a) Vamos calcular a corrente I do circuito dado.
A tensão da bateria é a soma das tensões no diodo e resistor. Logo temos que:
10 = 0,7 + 5*I ↔ I = (10 – 0,7)/5 = 1,86 A
b) Agora vamos calcular a potência dissipada no diodo do circuito dado:
Vɣ = 0,7V (tensão de joelho que foi dado)
PD = VD*I = 0,7*1,86 = 1,3 W
Conclui-se que o resistor está sub-dimensionado. Pois, os valores de ID e PD calculados são maiores que os
valores que foram dados.
Vamos calcular o valor mínimo da resistência (Rmin) necessária para que o diodo funcione corretamente dentro
das características informadas:
Temos as seguintes informações:
a) ID = 0,8A
b) Vɣ = 0,7V
Portanto,
10 = 0,7 + Rmin*0,8 ↔ Rmin=(10 – 0,7)/0,8 = 11,6Ω → Rmin = 11,6Ω
Logo, poderíamos aplicar uma resistência de 12Ω (=valor comercial)
O valor da potência do resistor: P = R* I² = 12*0,8² = 7,68 W, logo devemos utilizar uma resistência de 12Ω de
10W
4) EX-04
Verifique as condições (1,2, ou3) das lâmpadas do circuito abaixo:
Condições:
1) As lâmpadas que acendem;
2) As lâmpadas que não acendem;
3) As lâmpadas que acendem com sobrecarga e podem queimar.
Solução:Fazendo uma análise visual, temos que L1 e L3 não acendem porque o diodo está reversamente polarizado.
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Refazendo a figura, eliminando L1 e L3:
Observando a nova figura e considerando que todos os diodos são iguais e todas as lâmpadas também iguais.
= 2*I2
Vamos analisar a lâmpada L2:
Supondo que o diodo sejam todos iguais de silício (Vɣ = 0,7 V).
E foram dados que: VL = 6V e PL = 120mW
A tensão sobre L2 é igual a tensão da bateria subtraído de Vɣ = 0,7 V; logo temos que:
12 = 0,7 + VL2 → VL2 = 11,3V
Sendo que a tensão nominal da lâmpada é de 6V.
A lâmpada L2 queimará, porque temos uma condição de sobrecarga.
Supondo que L2 queima, então temos apenas L4 e L5 que acendem. Vamos verificar estas condições:
12 = Vɣ + 2*VL ↔ 12 = 0,7 + 2*VL → VL = (12 - 0,7)/2 = 5,65 V
Calculando a resistência de cada lâmpada (L4, L5):
Foram dados que: VL = 6V e PL = 120mW
Sabemos que:
VL = RL * IL (lei de Ohm) → IL = VL/RL
PL = VL * IL = RL * I²L = V²L/RL
Logo: PL = V²L/RL ↔ RL = V²L/PL = 6²/0,120 = 300Ω → RL = 300Ω
Portanto: a corrente no circuito é VL = RL*IL → IL = 5,65/300 = 18,8 mA
Então a potência dissipada em cada lâmpada é: PL = RL*I²L = 300* 0,0188² = 106 mW (é inferior a 120 mW,
portanto, não queima).
Resumo:
1) As lâmpadas que acendem: L4 e L5
2) As lâmpadas que não acendem: L1 e L3
3) A lâmpada que acende com sobrecarga e queima: L2
5) EX-05
Sabendo-se que Ve = 10 V, VD = 0,7 V e RS = 1 kΩ, determine o valor da corrente do diodo (ID).
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Solução:ID = (Ve – VD)/RS → ID = (10 –
0,7)/1000 = 9,3 mA → ID = 9,3mA
6) EX-06
Sabendo-se que Ve = 8 V, VD =
0,7 V e RS = 15 kΩ, determine o
valor da corrente do diodo (ID).
Solução:ID = (Ve – VD)/Rs = (8 – 0,7)/15000 = 0,5 mA → ID = 0,5mA
O diodo não consegue romper a barreira, porque o valor da Rs é muito grande.
7) EX-07
Sabendo-se que Ve = 20 V, VD = 0,7 V e RS = 470 Ω, determine o valor da corrente do diodo (ID).
Solução:ID = (Ve – VD)/Rs = (20 – 0,7)/470 = 41 mA → ID = 41 mA
8) EX-08
Determine VD, ID e Vo para o circuito da figura a seguir.
Solução:
Vamos supor que o diodo esteja no ponto de operação (quiescente), logo podemos considerar que o VD = 0,7 V
aproximadamente.
Portanto,
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Postado por Thiago K Yamamoto às 10:41
Marcadores: curva característica do diodo, reta de carga do diodo
ID = (100 – 0,7)/(1200 + 4700) = 16,8 mA
Então: VD = 0,7V e ID = 16,8 mA
Calculando o valor de Vo:
Vo = ID*4700 + VD = 0,0168*4700 + 0,7 = 79,7 V → Vo = 79,7 V
9) EX-09
Determine o valor de Vo do circuito abaixo.
Solução:
Calculando a corrente I, considerando VD = 0,7 V e aplicando a lei de Ohm:
I = (10 – 0,7 – (-2)) / (1200 + 47) = 9 mA
Logo,
Vo – (-2) = 47 * 0,009 → Vo = 0,423 ─ 2 = ─ 1,6 V → Vo = ─ 1,6 V
10) EX-10
Determine Vo e ID para o circuito a seguir.
Solução:
Considerando VD = 0,7 V
Vo – (-5) = VD → Vo +5 = 0,7 → Vo = 0,7 – 5 = - 4,3 → Vo = ─ 4,3 V
Portanto, temos que:
20 – Vo = 680*ID → 20 – (-4,3) = 680*ID → ID = 24,3/680 = 36 mA
ID = 36mA
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