Aula 04 - Teoria do diodo

Eletrônica Básica e Instrumentação

ELT008

Prof. Vinícius Valamiel

vvalamiel@gmail.com

https://sites.google.com/site/vvalamiel

Transparências: Prof. Tálita S. P. Sono

Prof. Tiago de Sá Ferreira

T

EORIA

DO

DIODO



_{V = R.I}

Pensando um pouco...

Resistências do diodo



Componente altamente não linear, porém:



Partes de sua curva característica podem ser linearizadas



Ou seja, partes da curva são expressas pela Lei de Ohm.



Este procedimento acarreta na definição de alguns níveis

de resistência (na polarização direta):



Resistência Estática – Estabelece um único ponto de operação;



Resistência Dinâmica Incremental – Resistência depende do ponto

de operação específico;



Resistência Dinâmica Média – Considera os pontos de operação

típicos do componente para calcular um valor médio.

Resistência

Região Zener



Tensão praticamente constante independente da corrente

circulando:



R → 0;



O diodo é modelado e representado basicamente como uma

fonte de tensão fixa e um diodo ideal conduzindo no sentido

contrário ao do diodo real

Resistência

Polarização Reversa



Na polarização reversa



A resistência possui um valor altíssimo.



Condição é simbolizada pelo seu comportamento

idealizado

Resistência

Polarização Direta



Resistência Dinâmica Média (r

_AV

).



Não se estabelece um ponto de operação Q



O sinal de entrada variante no tempo provoca

deslocamentos muito grandes em torno do ponto

de operação



Define-se uma resistência dinâmica (AV) média.



Calculado tomando uma linha reta que une os

dois pontos extremos das variações do sinal e

fazendo-se a relação entre a tensão e a corrente.

Circuitos equivalentes do diodo



Circuitos equivalentes são uma combinação de elementos de circuito

(resistores, capacitores, fontes de tensão, etc) propriamente

escolhidos, para representar, com um certo grau de precisão, as

características de um dispositivo ou um sistema.



Um sinônimo para circuito equivalente é modelo e este representa o

dispositivo (ou sistema) de forma a torná-lo linear.



O uso de modelos simplifica a análise de um circuito que contenha

componentes altamente não lineares.

Modelo Linear por Partes



Curva não é seguida de forma exata –

aproximada por segmentos de reta



Mas a aproximação é suficientemente próxima da

curva real



Para simular V

_T

(tensão de joelho), é inserida

uma bateria de 0,7V na direção oposta à de

condução



Para a região de inclinação da curva equivalente

a resistência média é incluída (região “ligado”)

Modelo Linear por Partes



Para que o dispositivo possa conduzir



Tensão através do sistema deve superar a tensão

de joelho (limiar) da bateria

Modelo Simplificado



Para a maior parte das aplicações, a resistência r

_av

é

pequena o suficiente para ser desprezada na comparação

com os outros elementos do circuito



Retirando r

_av

do circuito equivalente é o mesmo que considerar o

diodo com a curva característica apresentada a seguir

Modelo Ideal



Depois que se retirou r

_av,

pode-se avançar um pouco mais e

retirar a bateria de 0,7V que pode ser ignorada em

Qual modelo utilizar?



Normalmente, o modelo simplificado atende a maioria das

análises de circuitos com diodos.



Contudo, sempre que possível, deve-se avaliar os valores

das tensões aplicadas e de outras resistências do circuito.



Se estas forem muito superiores aos valores de V

_T

e de r

_AV

(pelo

menos dez vezes maior) o modelo ideal levará a resultados com

um grau de imprecisão próximo a 5%.



Quando as tensões aplicadas e outras resistências forem da

mesma ordem de grandeza de V

_T

e r

_AV

torna-se necessário o uso

do modelo linear por partes.

Comportamento de um circuito com diodo



Como proceder para realizar

uma análise?



Determinar o estado do diodo

(ligado ou desligado)



Escolher o circuito equivalente

apropriado

Determinação do estado



Ligado



Correntes estabelecidas pelas fontes coincidem com o sentido da

“seta” do diodo e

 V

≥ 0,7 V para diodos de silício; e

 V

≥ 0,3 V para diodos de germânio



_Desligado



Correntes estabelecidas pelas fontes “estão contrárias” com o

sentido da “seta” do diodo; e/ou

 V

_D

≤ 0,7 V para diodos de silício; e

Realizando a análise



Determinar o estado do diodo (ligado ou

desligado)



Substituir mentalmente o diodo por um

elemento resistivo e avaliar o sentido da

corrente



Sentido da corrente é o mesmo da seta

do diodo?



SIM!!

Realizando a análise



Considere que sempre haverá

um queda de tensão de 0,7V

(Si) sobre o diodo quando este

estiver ligado!

Realizando a análise



Os valores de tensão e correntes

resultantes são:

Realizando a análise



Determinar o estado do diodo (ligado ou

desligado)



Substituir mentalmente o diodo por um

elemento resistivo e avaliar o sentido da

corrente



Sentido da corrente é o mesmo da seta

do diodo?



NAO!!!



Substituir o diodo por uma chave aberta



Pela Lei de Kirchhoff para as tensões

Exemplo 1

Exemplo 2



Para o circuito mostrado determine V

_D

, V

_R

e I

_D

.

Observação:

1. Um circuito aberto pode ter qualquer

valor de tensão passando através de

seus terminais, mas a corrente é sempre

0A.

Exemplo 3

Exemplo 4

Configurações em paralelo e em série-paralelo de diodos com

alimentação CC

Exemplo 1



Determine V

_{O ,}

I

₁

, I

_D1

e I

_D2

para a configuração mostrada

abaixo

Sabemos que a tensão em elementos paralelos

é sempre a mesma, logo:

V

= 0,7V

A corrente:

Exemplo 2

Exemplo 3

Entradas senoidais:

RETIFICADOR DE MEIA ONDA

Análise para funções

variantes no tempo



Como se comporta o diodo sob o efeito de uma forma, por

exemplo, de onda senoidal?



Observe o circuito a seguir



Considere o diodo ideal



O longo do ciclo completo T, valor médio é zero (soma das

tensões acima e abaixo do eixo)

Análise para funções

variantes no tempo



Durante o intervalo de tempo t = 0 → T/2 a tensão aplicada

v

_i

é tal que o diodo está polarizado diretamente



Logo a tensão de saída v

_o

= v

_i

(replica do sinal de entrada)



Os terminais de entrada e saída estão conectados como um curto

circuito

Análise para funções

variantes no tempo



_{Durante o intervalo de tempo t = T/2 → T a tensão aplicada}

v

_i

é tal que o diodo está polarizado reversamente



Logo a tensão de saída v

_o

= 0



Os terminais de entrada e saída estão conectados como um

circuito aberto

Análise para funções

variantes no tempo



Anteriormente, ao longo do ciclo

completo T, valor médio é zero (soma

das tensões acima e abaixo do eixo)



Agora v

possui uma área resultante

acima do eixo e um valor médio

determinado por:

V

≈ 0,318V



O processo de remover metade do

Efeitos do diodo de silício sobre o

retificador de meia onda



Utilizando o modelo simplificado para o diodo de silício,

temos alguns efeitos:



O valor de V

_T

= 0,7V é perdido (para se ligar o diodo)



Existem uma pequena diferença de tempo (tempo que a onda

leva para polarizar o diodo diretamente)



Logo a formula também deve ser modificada

Exemplo 1

(a) Esboce a forma de onda da tensão de saída v

_O

e determine o valor

médio (cc) da saída para o circuito (b) Repita o item (a) se o diodo ideal

for substituído por um de silício (c) Repita os itens (a) e (b) para uma

tensão de entrada v

_i

de 200V e compare os resultados

Exemplo 1

(a) Esboce a forma de onda da tensão de saída v

_O

e determine o valor

médio (cc) da saída para o circuito

(b) Repita o item (a) se o diodo ideal for substituído por um de silício

V

_cc

= 0,318.V

_m

= 0,318.(-20V + 0,7V) = -6,14V

(c) Repita os itens (a) e (b) para uma tensão de entrada v

_i

de 200V e

compare os resultados

V

_cc

= 0,318.V

_m

= 0,318.(-200V) = -63,6V

V

_cc

= 0,318.V

_m

= 0,318.(-200V + 0,7V) = -63,38V

Valor V

_cc

caí aproximadamente 0,22V ou 0,0034%



E01: Determine a corrente I para cada uma das configurações de

circuito mostrada utilizando o modelo simplificado do diodo.



E02: Para o circuito abaixo (considere o diodo ideal) esboce as

formas de onde v

_O

e i

_R