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Material SemicondutorPossuem propriedades elétrica especiais
- Os mecanismo de circulação das cargas não podem serexplicado como nos condutores/isoladores
- Não é um bom condutor de corrente elétrica (como o Cu ou o Al)
- Não é um isolante (como a borracha ou o plástico)
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Região de depressão
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Nenhuma corrente flui através da junção A corrente flui através da junção
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Para diodos de germânio esse valor é cerca de 0,3V e silício 0,7V.
Junção PN
- União entre materiais tipo P e N- Região onde materiais são unidos → junção PN- Processo que cria zona de transição entre 2 tipos de materiais
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ANÁLISE SIMPLIFICADA DO FUNCIONAMENTO DO DÍODO
Comporta-se como um interruptor direcional
Deixa passar corrente num sentido direto
Não permite passagem de corrente em sentido reverso
Características
SENTIDO DIRETO SENTIDO REVERSO
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Calcular a corrente que percorre o circuito conside rando o modelo do díodo ideal
- Díodo conduz ? - Hipótese: considerar díodo ON e calcular ID
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Calcular a corrente que percorre o circuito conside rando o modelo do díodo ideal
- Díodo conduz ? - Hipótese: considerar díodo OFF
V D = 5 VD < 0
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CURVA CARACTERÍSTICA DO DIODO
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CONFIGURAÇÃO PRÁTICA
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Análise de circuito com diodos
Vl = Vfonte - Vd
Vl = 12 – 0,6
Vl = 11,4 V
POLARIZAÇÃO DIRETA
It = (Vf – Vd) / Rt
It = (12 – 0,6) / 220
220 ohms
It = 11,04 / 220It = 0,051AIt = 51,81mA
11,4V
Rl = ?
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Não existe corrente entre o pólo positivo da fonte e o diodo.
A corrente sendo zero a queda de tensão na lâmpada será zero, assim toda tensão estará sobre o diodo .
Esta é uma característica do circuito serie aberto.
POLARIZAÇÃO REVERSA
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Analise de circuito
12VDC
D1 D2 D3
L1 L2 L3
L4D4
I
I2
I3
CH1
Somente L1 e L4 irão acenderL1 e L4 tem uma resistência de 10 ohms e 17,5 ohms respectivamente.
Qual o tipo de ligação que as lâmpadas pertencem e qual a corrente total do circuito?
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Analisar o circuito abaixo e verificar se existe fluxo de corrente, se existir, determinar a corrente.
1K
Quando a tensão da fonte na malha for maior que 10V, e o circuito possuirsomente um diodo podemos considerar a queda de tensão no diodo igual a zero.
Calcular a corrente para uma fonte de
24V e 100VV=24; I = 23,3mA
V=100; I = 99,3mA
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Analisar as quedas de tensões e determinar a corrente do circuito.
D1 D2 D3
R1
12K
Para conduzir um diodo consome 0,6V
0,6x3 = 1,8V
Vr1 = 100 – 1,8
100V
Vr1 = 98,2 V It = 98,2 / 12000
It = 0,0081 A
It = 8,18mA
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100V
R1 R2 R3
3 x 10K
D1 D2 D3
Verificar o sentido da corrente e calcular seu valor total
It = I1 + I2 + I3
I1 I2 I3
I = V / R
It = 0,01 + 0,01
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Complete a tabela
Fonte VR1 Vd It PR
3VDC 0,7
5VDC 0,6
10VDC 0,7
12VDC 0,6
13.8VDC 0,7
24VDC 0,6
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TESTE DO DIODO - Posicione o seletor na escala de teste de diodo Teste de diodo
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EXERCÍCIO PRÁTICO ANALISE DE CIRCUITOS COM DIODOS
Análise os valores medidos no circuito abaixo
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DIODO EMISSOR DE LUZ (LIGHT EMMITING DIODE - LED)
Apresenta uma junção PN,semelhante a um diodocomum, que emite luz visívelquando diretamente polarizado.
Geralmente a corrente para apolarização de um LED comumdeve ficar na faixa de 3 mA a15 mA.
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Cada led deverá ter uma resistência em série paralimitar a corrente de funcionamento.
Se a ligação for em paralelo, é aconselhável usarpara cada um dos leds uma resistência limitadora.
Ligação correta
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CÁLCULO DA RESISTÊNCIA DE POLARIZAÇÃO DE UM LED.
Para um led de 2V e 15mA, ligado a uma fonte de 9VDC.
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+ -
EXERCÍCIO PRÁTICO Calculo do Resistor do LED
V = 12VDCVled = 2,2VDC
Iled = 10mA
R1 = ?
Dados:VRES = 12 – 2,2VRES = 9,8 VDC
R = Vres/IledR = 9,8 / 0,010
R = 980 ohms
12VDC
R1
1K
R=~ 1Kohms
LED1
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EXERCÍCIO PRÁTICO
Montar o circuito abaixo :
Para ligar o LED
Ao ligar a fonte o LED inicia desligado.
Para desligar o LED
Ao ligar a fonte o LED iniciar ligado.
Para ligar o led deve pressionar um botão. Para desligar o led deve pressionar um botão.
Execute a montagem Execute a montagem
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DIODO ZENER É também conhecido por diodo de ruptura, diodo de tensão constante,díodo regulador de tensão.
O díodo zener quando polarizado inversamente (ânodo a um potencialnegativo em relação ao cátodo) permite manter uma tensão constanteaos seus terminais (UZ) sendo por isso muito utilizado naestabilização/regulação da tensão nos circuitos.
Pz=Vz.Iz
Izm=Pz/Vz
Izm = Max corrente de zener
Pz= Potencia zener
Vz = Tensão de zener
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Se desejarmos alimentar uma carga qualquer com uma tensão invariável, perfeitamenteisenta de qualquer variação ou flutuação, nada mais há do que montar o sistemaconstituído pelo díodo zener (polarizado inversamente) e a resistência limitadora R,de tal modo que o díodo fique em paralelo com a carga.
R – Resistência que tem porfunção limitar a corrente no zener (IZ).
Rc – Resistência de carga(receptor)
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O díodo zener quando polarizado inversamente (ânodo a um potencial negativo emrelação ao cátodo) permite manter uma tensão constante aos seus terminais (UZ) sendopor isso muito utilizado na estabilização/regulação da tensão nos circuitos.
POLARIZAÇÃO
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CURVA CARACTERÍSTICA
ZONA DE TRABALHO
Os díodos zener são definidos pela sua tensão de zener (Uz) mas para que possaexistir regulação/estabilização de tensão aos seus terminais a corrente que circula pelodíodo zener (Iz) deve manter-se entre os valores de corrente zener definidos comomáximo e mínimo , pois se é menor que o valor mínimo, não permite a regulação datensão e, se é maior, pode romper a junção PN por excesso de corrente.
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CARACTERÍSTICAS TÉCNICASA utilização do díodo zener é limitada pelos seguintes parâmetros:
Vz – Tensão de zener (este valor é geralmente especificado para umadeterminada corrente de teste IZT)
Desde que a potência não seja ultrapassada, o díodo zenerpode trabalhar dentro da zona de ruptura sem ser destruído.
Izmáx – Corrente de zener máxima
Izmin – Corrente de zener mínima
Pz – Potência de dissipação (PZ = VZ x IZ)
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PRINCIPIO DE FUNCIONAMENTO
Vimos que o díodo rectificador se comportava quase como isolador quando apolarização era inversa. O mesmo se passa com o díodo zener até um determinadovalor da tensão (VZ), a partir do qual ele começa a conduzir fortemente.
Qual será então o fato que justifica esta transformação de isolador em condutor?
A explicação é nos dada pela teoria do efeito de zener e o efeito de avalanche
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Efeito de zener – Ao aplicar ao díodo uma tensão inversa de determinado valor (Vz) érompida a estrutura atómica do díodo e vencida a zona neutra, originando assim acorrente elétrica inversa.
Efeito de avalanche – Para tensões inversas Vr >7 Volt, a condução do díodo éexplicada exclusivamente pelo efeito de avalanche. Quando se aumenta o valor datensão inversa, aumenta também a velocidade das cargas eléctricas (electrões).
Para tensões inversas Vr, entre 5V e 7V, a condução do díodo é explicadacumulativamente pelos dois efeitos (efeito de zener e efeito de avalanche ).
Este efeito verifica-se geralmente para tensões inversas Vr <5 Volt e o seu valor pode ser variado através do grau de dopagem (percentagem de impurezas) do silício ou do germânio.
A velocidade atingida pode ser suficiente para libertar electrões dos átomossemicondutores, através do choque. Estes novos electrões libertados e aceleradoslibertam outros, originando uma reacção em cadeia, à qual se dá o nome de efeito deavalanche.
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Dz1=5v6
R1=12k
Vin=24V
Determine a corrente total do
circuito , Pz=0,5W
It=(Vin-Vz)/R1
It=(24-5,6)/12000
It=1,53mA
Pz=Vz x It
Pz=5,6 x 0,00153Pz=0,008568W ou
8,56mW
A potência consumida
do zener é menor do
que 500mW, o diodo
zener está aplicado
corretamente.
Calcular usando R1 =180R
It=Vin-Vz/R1
It=24-5,6/180
It=0,10222 A
102,22mA
Pz=Vz x It
Pz=5,6 x 0,10222
Pz=0,5724W ou
572,44mW
Com R1=180R a potência consumida
excedeu a nominal do zener.
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Determinar a corrente de R2, Dz1=5,6V
R1=2KR2=1KVin=18V
O resistor R2 está em paralelo com zener
,considerando somente R2 e Dz1 a fonte e
R1 não interferem na corrente de saída.
Está é a função do zener servir de
estabilizador da tensão de saída.
IRL=Vz/R2
IRL=5,6/1000
IRL=0,0056 A
5,6mA
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Determine R1 considerando a tensão de zener 12v.
Analisar a malha de saída, calculando a corrente em R2.
Calcular a corrente no diodo zener baseado na sua potência.
Calcular o valor de R1 analisando a malha de entrada.
Malha 1
Malha 2
IL - Corrente
da carga
IL=Vz/R2
IL=12/500
IL=0,02A
A corrente que
passa em R1 é a
soma da corrente
de Dz1 mais R2.
R1 = ?
R2 = 500 ohms
Vin 48V
Corrente em R1
IL=24mA
VR2 = 12V
IR1 = Iz + IRL
IR1 = 24 + 12
IR1 = 36mA
VR1 = Vfonte- VR2
VR1 = 48-12
VR1 = 36V
IT = 36mA
IZ- Corrente
de Zener
Iz= IT - IL
Iz= 36 - 24
Iz= 12mA
Tensão em R1 Valor de R1
R1 = VR1 x IT
R1 = 36 / 0,036
R1 = 1000 ohms
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Verificar experimentalmente o efeito estabilizador de tensão de um díodo zener
Desenhar o esquema do circuito elétrico
Verificar o código alfanumérico do díodo e o código de cores das resistências.Testar com um multímetro todos os componentes que vai utilizar.
Colocar os componentes no protoboard e interligá-los entre si através dos condutores elétricos.Tirar conclusões das observações experimentais.
Tensão da fonte 12VDC Carga - 2,2 VDC – 10mA
A resistência R2 tem por função limitar a corrente no led.A resistência de R1 tem por função limitar a corrente no zener
Malha 2Malha 1IL - Corrente da carga IL = Vz / R2
IL = 5,1/570IL = 0,008 AIL = 8,94mA
Resistencia da malha 2RM2 = R2 + Resld1RM2 = 560 + 10RM2 = 570 ohms
Iz = It- IL
IZ- Corrente de Zener
Iz = 6,97 – 8,94
Iz = 1,97 mA
R2 = 560 ohms Calcular R1
Montar e verificar os valores calculados
Tensão em R1
VR1 = Vfonte- (VR2+LD1)
VR1 = 12 – (2,82+2,2)
VR2=2,82
VR1 = 12 – (2,82+2,2)
VR1 = 6,98V
IT=6,97mA
Valor de R1
R1 = VR1 / IT
R1 = 6,98 / 0,069
R1 = 1011,59 ohms
Vz=5,1
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Circuito regulador com Zener
D1 = 1N4007Imax = 1 A VRM = 1000V
Dz1Vz = 10V Pz = 1WPonto A
A
Ponto B
B
Ponto C
C
Circuito meia onda
D1 = 1N4007Imax = 1 A VRM = 1000V
Dz1Vz = 10V Pz = 1W
Ponto A
A
Ponto B
B
Ponto C
C
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Determinar a corrente zener no circuito abaixo para máxima e mínima tensão de entrada
OBS.: A tensão de entrada varia ±10% entre 44 V a 36 V. Vrz
IRLIzItPara Vin = 44V
IL = Vz / RlIL = 24 / 10000IL = 2,4mA
It = (Vf – Vz) / RzIt = (44 – 24) / 1200It = 16,66 mA
Iz = It - ILIz = 2,4 – 16,66Iz = 14,26 mA
Para Vin = 36VIL = Vz / RlIL = 24 / 10000 IL = 2,4 mA
It = (Vf – Vz) / RzIt = (36 – 24) / 1200It = 10 mA
Iz = It - ILIz = 10 – 2,4Iz = 7,6 mA
Corrente máxima do zenerIzmax = Pz / VzIzmax = 0,5 / 24Izmax = 21mA
ConclusãoA corrente no zener nunca ficara > 21mA. O circuito consegue estabilizar a tensão de 24V mesmo com uma variação de 10% na entrada.
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Considere um diodo zener de 5V1 e potência de 300 mW. Qual será a corrente máxima permitida?
Iz = Pz / VzIz = 0,3 / 5,1Iz = 0,05 AIz = 58,82 mA
Nestas condições o diodo zener suporta uma corrente máxima reversa de 58,82 mA
Ate aqui calculamos a corrente máxima que um diodo zener pode suportar semcausar danos, no entanto, existe para efeitos de projeto uma porcentagem a serconsiderada no dimensionamento desses componentes.
EVITANDO AQUECIMENTO EXCESSIVO NA JUNÇÃO
Toda vez que calculamos a corrente do zener utilizando sua potência, esse valor será o máximo tolerável, para tornar o dimensionamento mais próximo do perfeito, utiliza-se um valor de Iz menor que o máximo valor calculado.
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Considerando um diodo cuja tensão zener seja de 12 V e cuja potência seja 500 mW, sendo a fonte de alimentação de 18 V, pode-se calcular o valor da resistência em série com o diodo.
Iz = Pz / VzIz = 0,5 / 12Iz = 0,04 AIz = 41,66 mA
Podemos considerar a correntemínima do zener como sendoaproximadamente de 10 a 20%do valor da corrente máxima.
IZmin = 0,04.0,15IZmin = 6 mA
Calculando Iz mínima
Calculando o valor mínimo do resistor RzRZmin = (Vf – Vz) / IZmaxRZmin = (18 – 12) / 0,04RZmin = 150 ohms
O valor de ideal de Rz deve ser superiora RZMIN para que o diodo não sejasubmetido a uma corrente superior àsua corrente máxima IZMAX.
Calculando o valor máximo do resistor RzRZmax = (Vf – Vz) / IZminRZmax = (18 – 12) / 0,006RZmax = 1000 ohms
RZ = (Rzmin + Rzmax) / 2RZ = (150 + 1000) / 2RZ = 575 ohms
Calculando o valor de Rz
Conclusão:
RZmin < Rz < Rzmax
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Circuitos com resistências e díodos
- Níveis lógicos correspondem a tensões
- ON – curto fechado (ID>0)
- OFF – circuito aberto (VD<0)
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FUNÇÃO AND (E LÓGICO)TABELA VERDADE
FUNÇÃO LÓGICA
Quantas entradas ?2
Numero de
entradas
Numero de
possibilidades
Quantas possibilidades ?2
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Função OR (OU lógico)
FUNÇÃO LÓGICA
TABELA VERDADE
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SISTEMA DE AUTOMAÇÃO