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DiodosAula 1
Adrielle C. Santana
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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.
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Diodo Comercial
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Polarização Direta
Sentido real: - +
Sentido convencional: + -
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Curva do diodo diretamente polarizado.
A Tensão de Joelho
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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
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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)
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Corrente CC direta máxima (IF ou IO): valor máximo até o qual o diodo funciona com segurança. Especificada pelo fabricante.
Corrente Direta Máxima
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Corrente Direta
Máxima
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Resistor de Limitação de Corrente
O resistor R do circuito abaixo serve para limitar a IF de modo que:•
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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.
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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.
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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
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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
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•
Aproximações para o Diodo de Silício
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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
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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
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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
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Verificação de Defeitos
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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
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Reta de carga e ponto Q
•
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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.
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Reta de carga e ponto Q
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ExemplosEncontrar: VO, I1, ID1 e ID2
Encontrar I
V0=0,7VI1=0,028 AID1=ID2=0,014 A
I=0,0069 A
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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.
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Circuito Retificador de Meia Onda
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Circuito Retificador de Meia Onda
Entrada
Saída
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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.
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Circuito Retificador de Meia Onda
•
p
TVdttv
TV 318,0)(
10
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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.
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Retificador de Onda Completa
• Com tap central: equivale a 2 de meia onda.
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Entrada
Saída
Retificador de Onda Completa
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•
Retificador de Onda Completa
p
TVdttv
TV '636,0)(
10
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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
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• 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
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Semiciclo positivo: D1 e D4
Semiciclo negativo: D2 e D3
Retificador de Onda Completa
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Entrada
Saída
Retificador de Onda Completa
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Tensão média:
Corrente média:
Corrente direta: IF = I
Tensão reversa: VR = VP
Retificador de Onda Completa
𝐼=𝑉𝑅𝐿
p
TVdttv
TV 636,0)(
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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
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• 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
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Com o capacitor, é possível reduzir a ondulação da tensão de saída.
Retificador de Onda Completa
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Retificador de Onda Completa
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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
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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
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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
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Retificador de Onda Completa
Corrente nos diodos
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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
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Retificador de Onda Completa
Vcc (com ondulação)
Aproximação, mais realista que a anterior, da tensão CC do retificador considerando ripple.