TRABALHO SOBRE DIODOS. AUTORES Al 2046 Fernandes Al 2430 Lourenço. Prof. Cap Carrilho

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1 MINISTÉRIO DA DEFESA SECRETARIA DE CIÊNCIA E TECNOLOGIA INSTITUTO MILITAR DE ENGENHARIA (REAL ACADEMIA DA ARTILHARIA, FORTIFICAÇÃO E DESENHO 1792) DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA DE SISTEMAS TRABALHO SOBRE DIODOS AUTORES Al 2046 Fernandes Al 2430 Lourenço Prof. Cap Carrilho RIO DE JANEIRO JUNHO DE 2004

2 Objetivo Esse trabalho tem por objetivo analisar circuitos com diodos e comparar os resultados com os dados obtidos através da simulação utiliando o software Circuit Maker. Introdução O diodo, que é o elemento de circuito não-linear fundamental e mais simples, assim como os outros componentes eletrônicos, têm múltiplas utiliações (principalmente no projeto de retificadores). As mais simples envolvem apenas um diodo. O diodo é um elemento retificador, pois condu num sentido e não condu no outro. Para ser mais preciso, quando está polariado inversamente, condu uma insignificante corrente no sentido inverso (chamada corrente inversa de saturação). Quando está polariado diretamente, condu corrente no sentido direto, mas provoca uma queda de tensão no circuito. Se o diodo for de silício, esta tensão é de 0,6 a 0,7. Concretamente, se a tensão direta aplicada ao diodo não ultrapassar 0,5, ele não condu (ou condu uma corrente de muito pequeno valor). Exercícios 3.26 Projeto do Regulador Zener Paralelo (Shunt) A função de um circuito regulador é fornecer uma tensão de saída O que seja mais constante possível, apesar das ondulações em S e variações em IL da carga. Solução 2

3 R s1 D1 15 ZENER-ML - i) Sem Carga Aplicando o modelo de circuito equivalente para o diodo ener: = 0 + r I 3 5,1 = = 4, 75 R s R ,75 = 207 I I =40,5 ma o = o + r I = 4, , = 5,0965 = 5,1 ii) Regulação de linha: 0 s = r r + R 7 = = 38,8 m/

4 Regulação de carga: I 0 L = ( r // R) = = 6,763 6,8 m/ma Simulação Através da simulação do circuito acima pode-se obter a curva do potencial de saída (eixo y) em função do potencial da alimentação (eixo x). O potencial de saída medido na simulação para uma fonte de 15 é 5,434, o que representa um erro de 6% em relação ao valor encontrado teoricamente 4

5 3.30 O Retificador em Ponte Circuito alternativo para implementar o retificador de onda completa, que não exige transformador com tomada central e que é baseado numa configuração em ponte. Durante o semiciclo positivo da tensão de entrada vs, a corrente é conduida pelo diodo D1, resistor R e diodo D2. Os diodos D3 e D4 estão reversamente polariados. Durante o semiciclo negativo da tensão de entrada vs, a corrente é conduida pelo diodo D3, resistor R e diodo D4. Os diodos D1 e D2 estão reversamente polariados. Durante ambos os semiciclos a corrente circula por R no mesmo sentido, conseqüentemente v o é unipolar e positiva. O Retificador com Capacitor de Filtro A naturea pulsante da forma de onda de um retificador é indesejável para alimentar um circuito eletrônico. O regulador apenas não é suficiente, pois a ondulação é grande. Inserção de um capacitor de filtro após o retificador. Solução o = 0,8 R = 100 Ω f = 60 H r p = 2 fcr p = 2 rms = 16, 97 i) Aplicando o modelo de diodo com queda de tensão constante: v 0 = p 2 D0 = 16,97 2.0,8 = 15,37 5

6 v melhor aproximação: v 0 r = 14,87 2 p 15,37 ii) r = 1 C = = 1281µF 2 fr v0 15,37 iii) i l = = 0,15 A R r 2 iv) ω t = = = 0,34 rad p 16,97 v) + p = = + 15,37 id me I L 1 π 0,15. 1 π 1,46 A 2 r 2 vi)pi = v s D0 = 16,97 0,8 = 16,17 vii) + p = = + 15,37 id I 1 2π 0,15 1 2π max L 2,76 A 2 r 2 Para a especificação do diodo colocamos uma margem de segurança de 50%: Corrente de pico: 2,76 +2,76/2 = 4,14 A PI: 16,17 +16,17/2 = 24,26 6

7 Simulação D1 D /16.9 R H D3 D4 C1 1281uF Por meio do gráfico (abaixo) da tensão no diodo D1 (eixo y) em função do tempo, pode-se constatar que a tensão de pico inversa PI no diodo é de 16,27 contra 16,17 encontrado no item (vi), o que representa um erro de 0,6%. Alem disso, constata-se no gráfico abaixo que a tensão de cc na saída é de 15,40. Mais uma ve comparando com o resultado teórico (15,37 item i) temos um erro de 0,2%. 7

8 3.39 Solução Dado o circuito em questão: 1-5/5 A R1 5k D1 B D4 100 H D2 D3 C R2 1k 8

9 Podemos aplicar o modelo de queda de tensão constante para os diodos, sendo o circuito acima equivalente a: A R4 5k D5 B DIODE - IDEAL 2-5/ H D7 DIODE - IDEAL C R3 1k Analisando o circuito acima, podemos separar o comportamento das tensões nos nós B e C de acordo com faixas de valores da tensão de alimentação. Se A < -1,4, então os diodos D3 e D4 estão em corte e B = -1,4 e C = 0 Se -1,4 < A < 1,4, então todos os diodos estão em corte e B = A Se A > 1,4, então os diodos D1 e D2 estão em corte e B = A 5/6( A 1,4) e C = 1/6( A 1,4) Gráficos B x A e C x A (teóricos) B C 1/6( A 1,4) A 5/6( A 1,4) 1,4 1,4 A 1,4 A -1,4 9

10 Simulação Gráfico B x A : Gráfico C x A : 10

11 Gráfico da tensão em A: Gráfico da tensão em B: Pico de tensão teórico: 2 Pico de tensão da simulação: 1,913 Erro: 4% Gráfico da tensão em C: Pico de tensão teórico: 0,6 Pico de tensão da simulação: 0,6267 Erro: 4% 11

12 Conclusão Os métodos de análise aproximativa para diodos mostraram-se muito eficientes, pois os resultados apresentam erro relativamente pequeno em relação aos fornecidos pelo software, o que mostra que esses métodos podem ser uma importante ferramenta para a análise rápida de circuitos com diodos. 12