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Eletrnica
e Instrumentao
AULA 04
Eletrnica e instrumentao
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formado um campo eltrico que impede este movimento.
Dessa Recombinao, no teremos nem lacunas e nem eltrons livres, s o campo eltrico.
Formar uma rea chamada Camada de Depleo ou Barreira de Potencial, pois todos os tomos estaro estveis:
Dessa forma temos a Formao do diodo. Eletrnica e instrumentao
Juno P N e Recombinao
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Largura da regio de depleo:
N P
V
N P N P
V
Reversa Sem polarizao Direta
W > W0 W = W0 W < W0
Eletrnica e instrumentao
Juno P N e Recombinao
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Retificao de corrente pela juno P-N:
Polarizao reversa largura da depleo aumenta. Fluxo de corrente zero.
Polarizao direta para um potencial V suficientemente alto, a largura da depleo zero. Neste caso, eltrons no lado N so injetados no lado P, enquanto que buracos so injetados do lado P para o N Fluxo de corrente diferente de zero. Ocorre recombinao em ambos os lados da juno.
Eletrnica e instrumentao
Juno P N e Recombinao
6Eletrnica e instrumentao
DIODOS SEMICONDUTORES
Retificadores
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RETIFICAO - PRINCPIOS BSICOS
O diodo semicondutor um componente no linear que permite passagem de corrente num sentido e impede a passagem de corrente no sentido contrrio.
Eletrnica e instrumentao8
Eletrnica e instrumentao
Simbologia:
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Tipos de Diodos Semicondutores
Existem vrios tipos de diodos, cada um construdo para um tipo especfico de aplicao:Diodos retificadores
Diodos retificadores de avalanche
Diodos de referncia de tenso, ou tipo Zener
Diodos de capacitncia varivel
Diodos tipo Schottky
Eletrnica e instrumentao10
Eletrnica e instrumentao
Simbologia:
11Eletrnica e instrumentao
Curva caracterstica do diodo - Si e Ge
12Eletrnica e instrumentao
Curva caracterstica do diodo - Silicio
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Circuitos com Diodos
O Diodo conduz a corrente eltrica a partir do momento que a tenso no diodo VD superior a 0.7V, antes disso, ele se comporta como uma chave aberta, no conduzindo.
Eletrnica e instrumentao14
Circuitos com Diodos
Portanto, se o Diodo receber uma tenso VD de 0V no conduzir.
Se o Diodo receber uma tenso VD de 0,6V tambm no conduzir.
E se o Diodo receber uma tenso VD de 0,8V, a partir da ele conduzir, pois VD superior a 0.7V,
Eletrnica e instrumentao
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Circuitos com Diodos
Fazendo uma anlise neste circuito, e atribuindo ao Diodo tenso VD de 0,6V tambm no conduzir, a corrente em R ser Zero 0A. Veja o porque: Sendo E=0.6V e VD = 0.7V
E = VD + VRVR = E VD
VR = 0.6V - 0.7V
VR = 0V (ele se comporta como uma chave aberta, no conduzindo).
Eletrnica e instrumentao16
Circuitos com Diodos
Fazendo outra anlise neste circuito, e atribuindo fonte Geradora Sendo E=24V e sendo a tenso VD de 0,7V, Qual ser a tenso em R?
E = VD + VRVR = E VD
VR = 24 - 0.7
VR = 23,3V (Agora ele estar conduzindo uma tenso V de 23,3V em R).
Eletrnica e instrumentao
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Exerccio: 1) Para o circuito abaixo, determine VD, VR, ID e IR.
Considere uma fonte E de 8.0 volts.
VD =E = VD + VR
Eletrnica e instrumentao18
Exerccio: 1) Para o circuito abaixo, determine VD, VR, ID e IR.
Considere uma fonte E de 8.0 volts.
VD = 0,7V E = VD + VR Para Calcular a Corrente do diodo
VR = E VD ID = IR -> Circuito em Srie
VR = 8 - 0.7 IR = VR . IR = 7.3 . . IR = 3.32 mAVR = 7,3V R 2.2K
Eletrnica e instrumentao
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Exerccio: 2) Para o circuito abaixo, determine VD, VR, ID e IR.
Considere uma fonte E de 0,5 volts.
VD =E = VD + VR
Eletrnica e instrumentao20
Exerccio: 2) Para o circuito abaixo, determine VD, VR, ID e IR.
Considere uma fonte E de 0,5 volts.
VD =E = VD + VR
Resposta: Analisando o Circuito, nota-se que a barreira de tenso do diodo de 0.7V e como a fonte de 0.5V, no haver conduo de corrente ou Tenso.
Eletrnica e instrumentao
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Visando facilitar futuros clculos, vamos fazer uma rpida reviso sobre a to importante Lei de Ohm, para a eletrnica e eltrica em geral.
REVISO LEI DE OHM
Eletrnica e instrumentao22
REVISO LEI DE OHM
Eletrnica e instrumentao
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REVISO LEI DE OHM
Exemplo: Quanto de corrente I percorre no circuito abaixo
Eletrnica e instrumentao24
Potncia Eltrica: o trabalho realizado pela corrente eltrica em um determinado intervalo de tempo,
Sua unidade o Watts (W).
Resistncia Eltrica
Eletrnica e instrumentao
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REVISO LEI DE OHM
Formulrio Lei de OHM:
Eletrnica e instrumentao26
Exerccios - LEI DE OHM 1) Reviso: Preencha a tabela abaixo, realizando os clculos
corretos de modo a preencher as lacunas
Eletrnica e instrumentao
V I R P
80 V 2A
8mV 10 mA
220V 50 Ohm
110V 5 Ohm
4A 6 Ohm
15A 3 Ohm
360V 60 Ohm
150V 1 KOhm
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Exerccios - LEI DE OHM 1) Reviso: Preencha a tabela abaixo, realizando os clculos
corretos de modo a preencher as lacunas
Eletrnica e instrumentao
V I R P
80 V 2A 40 Ohm 160 W
8mV 10 mA 0,8 Ohm 80 W
220V 4,4A 50 Ohm 968 W
110V 22A 5 Ohm 2,42 KW
24V 4A 6 Ohm 96 W
45V 15A 3 Ohm 675 W
360V 6A 60 Ohm 2,16 KW
150V 150 mA 1 KOhm 22.5 W
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RETIFICAO - PRINCPIOS BSICOS
Retificar encerra a idia de converter uma tenso alternada em tenso contnua.
No processo de retificao deve-se levar em conta as caractersticas de chaveamento eletrnico do diodo, ou seja, conduz corrente em apenas um sentido (quando diretamente polarizado).
Eletrnica e instrumentao
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Como sabemos a corrente alternada tem a propriedade de mudar de polaridade periodicamente, segundo uma determinada frequncia.
Eletrnica e instrumentao
Senide em Corrente Alternada
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RETIFICAO DE ONDA
Tomemos como exemplo o circuito a seguir, destinado a retificar uma tenso alternada.
A tenso a ser retificada de 40Vrms, ou 40Vef.
Eletrnica e instrumentao
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Deduz-se ento que:
durante o semiciclo positivo o diodo estar polarizado diretamente, atuando como uma chave eletrnica fechada e
durante o semiciclo negativo, por estar reversamente polarizado atuar como uma chave eletrnica aberta, conforme mostra os circuitos equivalentes a seguir.
Eletrnica e instrumentao
RETIFICAO DE ONDA
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Semiciclo Positivo
Eletrnica e instrumentao
RETIFICAO DE ONDA
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Como o diodo comporta-se como uma chave eletrnica fechada, somente circular corrente pela carga durante o semiciclo positivo.
Logo, aparecer na carga a tenso correspondente ao semiciclo positivo.
Eletrnica e instrumentao
RETIFICAO DE ONDA
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Semiciclo Negativo
Eletrnica e instrumentao
RETIFICAO DE ONDA
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Como o diodo comporta-se como uma chave eletrnica aberta, no circular corrente pela carga.
Logo, no aparecer nenhuma corrente na carga.
Eletrnica e instrumentao
RETIFICAO DE ONDA
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Desta forma, circular corrente na carga somente durante os semiciclos positivos, caracterizando assim a retificao de onda.
Eletrnica e instrumentao
RETIFICAO DE ONDA
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Ao se ligar nos extremos da carga um osciloscpio, ser visualizada uma tenso cuja forma de onda mostrada na figura abaixo.
Eletrnica e instrumentao
RETIFICAO DE ONDA
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A tenso na carga contnua pulsante e o valor medido dessa tenso denominado valor retificado mdio (Vm ou Vdc).
Eletrnica e instrumentao
RETIFICAO DE ONDA
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Esse valor retificado mdio (Vm ou Vdc), que pode ser calculado pela frmula:
Eletrnica e instrumentao
RETIFICAO DE ONDA
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Esse valor retificado mdio (Vm ou Vdc), que pode ser calculado pela frmula:
onde:
Vp = valor de pico da tenso ou valor mximo da tenso (Vmax)
Vm = Vdc = valor retificado mdio
VD = queda de tenso direta no diodo (0,55 a 0,7V)
0,318 = constante =
Pi = 3,14
Eletrnica e instrumentao
RETIFICAO DE ONDA
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Podemos calcular o valor mdio retificado para o diodo ideal pela frmula:
( para VD = 0, p/ o diodo ideal)(Neste caso no consideramos os 0,7V, pois
no diodo ideal no h queda de tenso)
Eletrnica e instrumentao
RETIFICAO DE ONDA
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Podemos calcular o valor de pico Vpou valor mximo Vmax da tenso pela frmula:
Valor de pico Vp = valor mximo Vmaxassim como
valor rms Vrms = valor eficaz Vef
Eletrnica e instrumentao
RETIFICAO DE ONDA
843
TENSO DE TRABALHO DO DIODO
Na retificao de onda a tenso de trabalho do diodo a prpria tenso de pico da tenso a ser retificada, na condio de polarizao reversa,
Eletrnica e instrumentao44
TENSO DE TRABALHO DO DIODOA tenso de trabalho do diodo normalmente
definida como tenso inversa de pico (TIP)
Eletrnica e instrumentao
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TENSO DE TRABALHO DO DIODOConforme ilustra a figura abaixo.
Eletrnica e instrumentao46
Como o diodo est reversamente polarizado, comporta-se como uma chave aberta e nos seus extremos estar presente o valor de pico da tenso a ser retificada, que no caso :
40 . 1,41 = 56,4V.
Como no circula corrente pelo circuito, a tenso nos extremos de R ser zero.
Eletrnica e instrumentao
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CAPACIDADE DE CORRENTE DIRETA
Deve ser pelo menos igual a corrente mdia atravs do mesmo.
Eletrnica e instrumentao48
CORRENTE DE PICO ATRAVS DO DIODO (Ip)
Deve ser menor do que a corrente de pico especificada pelo fabricante.
Eletrnica e instrumentao
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E X E R C C I O
Eletrnica e instrumentao50
Um retificador de onda deve retificar uma tenso de 40Vrms para alimentar uma carga de 500 Ohm.
Determine:
a) valor mximo da tenso (Vp ou Vmax)
b) valor retificado mdio na carga;
c) corrente na carga;
d) valor mximo da tenso na carga.
Eletrnica e instrumentao
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Soluo:a)1. devemos calcular o valor
mximo da tenso (Vp ou Vmax):
Vp = Vrms . 1,41
Eletrnica e instrumentao52
Soluo:b) Calculando o valor retificado
mdio na carga: (escolha o mtodo)
Eletrnica e instrumentao
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Soluo:c) a corrente na carga ser a
corrente mdia:
Eletrnica e instrumentao54
Soluo:d) o valor mximo da tenso na
carga:
VMax. = Vp - VD
Eletrnica e instrumentao
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