CET - Electromedicina. Eletrónica. Capítulo 2 Díodos. António Roque - Ano lectivo 2012/2013 CET - Electromedicina

Transcrição

1 CET - Electromedicina Eletrónica Capítulo 2 Díodos António Roque - Ano lectivo 1

2 António Roque - Ano lectivo 2

3 Um díodo é um dispositivo capaz de permitir a passagem de corrente num sentido e impedir no sentido oposto. Aplicações: conversores de potência AC/DC que transformam a tensão alternada da rede de energia elétrica em tensões contínuas adequadas ao funcionamento de certos equipamentos de áudio, telecomunicações, controlo, computadores e outros sistemas eletrónicos. António Roque - Ano lectivo 3

4 Atualmente, o semicondutor correntemente utilizado no fabrico dos díodos de junção é o silício. Ao silício no seu estado puro são adicionadas pequenas quantidades de certos elementos obtendo-se dois tipos de material semicondutor: o tipo p e o tipo n. A junção de um material semicondutor tipo p e um de tipo n dá origem ao díodo de junção pn. O terminal que se obtém da ligação metálica à região p é designado por ânodo e o terminal que liga à região n toma o nome de cátodo. António Roque - Ano lectivo 4

5 António Roque - Ano lectivo 5

6 António Roque - ano lectivo 6

7 António Roque - Ano lectivo 7

8 António Roque - Ano lectivo 8

9 António Roque - Ano lectivo 9

10 António Roque - Ano lectivo 10

11 O Díodo Ideal V V d d 0 - circuito fechado 0 - circuito aberto Característica do díodo Id ânodo Símbolo do díodo cátodo Vd + Vd - Id corrente António Roque - Ano lectivo 11

12 António Roque - Ano lectivo 12

13 António Roque - Ano lectivo 13

14 António Roque - Ano lectivo 14

15 António Roque - Ano lectivo 15

16 António Roque - Ano lectivo 16

17 António Roque - Ano lectivo 17

18 0,7 V V D António Roque - Ano lectivo 18

19 António Roque - Ano lectivo 19

20 António Roque - Ano lectivo 20

21 António Roque - Ano lectivo 21

22 António Roque - Ano lectivo 22

23 António Roque - Ano lectivo 23

24 António Roque - Ano lectivo 24

25 António Roque - Ano lectivo 25

26 António Roque - Ano lectivo 26

27 António Roque - Ano lectivo 27

28 António Roque - Ano lectivo 28

29 António Roque - Ano lectivo 29

30 António Roque - Ano lectivo 30

31 António Roque - Ano lectivo 31

32 V L1 +V 1 -(V L2 +V 2 ) António Roque - Ano lectivo 32

33 O Díodo zener O Díodo zener opera do mesmo modo que o díodo normal quando polarizado diretamente. Na Figura está representado o símbolo do díodo zener bem como o modelo simplificado. António Roque - Ano lectivo 33

34 O Díodo zener O Díodo zener opera de modo diferente do díodo normal quando polarizado inversamente António Roque - Ano lectivo 34

35 V> V Z Quando se aplica uma tensão sobre o díodo zener e esta tensão é maior que a tensão de zener o díodo comporta-se como se fosse uma fonte de tensão constante com um valor V z e diz-se que o díodo zener está ligado. V<V z Quando se aplica uma tensão maior que zero e menor que a tensão de zener o díodo zener está desligado e neste caso o díodo comporta-se como um circuito aberto, conforme figura. António Roque - Ano lectivo 35

36 Modelo linear do díodo de zener como fonte de tensão constante e resistência António Roque - Ano lectivo 36

37 -(V Z +V 1 ) António Roque - Ano lectivo 37

38 V 1 +V Z António Roque - Ano lectivo 38

39 António Roque - Ano lectivo 39

40 Corrente contínua Exercícios de aplicação com díodos António Roque - Ano lectivo 40

41 Exercício 1 António Roque - ano lectivo 41

42 Exercício 2 António Roque - ano lectivo 42

43 Exercício 3 António Roque - ano lectivo 43

44 Exercício 4 Para o circuito da Figura, determine VD, VR, ID e IR. Considere uma fonte E de 8,0 volts. António Roque - ano lectivo 44

45 Exercício 5 António Roque - ano lectivo 45

46 Exercício 6 Para o circuito da Figura determine V 0,P D e I D. Considere V D = 0,7V. António Roque - ano lectivo 46

47 Exercício 7 Determine V 0, V D2, P D1, P D2 e I D do circuito da Figura. Considere as tensões dos díodos V D = 0,7V. António Roque - ano lectivo 47

48 Exercício 8 Analise o circuito da Figura e determine I, V A, VR e V 0. António Roque - ano lectivo 48

49 Exercício 9 António Roque - ano lectivo 49

50 Exercício 10 António Roque - ano lectivo 50

51 Exercício 11 António Roque - ano lectivo 51

52 Exercício 12 António Roque - ano lectivo 52

53 Exercício 13 Considere o circuito da Figura, em que os díodos D1 e D2 são caracterizados por um Vϒ = 0,7V e um RF =0Ω. Determine as correntes I1 e I2 e a tensão aos terminais de R3 para as seguintes situações: a) V2 = 5V; b) V2 = 12V; c) V2 = 8V. V2 António Roque - Ano lectivo 53

54 Exercício 14 Considere o circuito da Figura em que V = 0,7V, R F =0. I 1 I 2 I 3 Determine as correntes que I 1, I 2 e I 3 para : a) V1=10V e V2=10V b) V1=5V e V2=10V c) V1=5V e V2=2V António Roque - ano lectivo 54

55 Corrente contínua Exercícios de aplicação em com díodos zener António Roque - Ano lectivo 55

56 Exercício 15 O circuito da figura mostra uma aplicação com um díodo zener. Numa primeira análise deve calcular-se a tensão aplicada à resistência R L não tendo em conta o díodo zener António Roque - Ano lectivo 56

57 Exercício 16 Dado o circuito da Figura, determine: a) A corrente I RP b) A corrente I RL c) A corrente I Z d) A potência dissipada no diodo da Zener, (P Z ). V=10V R P =80Ω R L =200Ω V Z =8V António Roque - Ano lectivo 57

58 Exercício 17 Dado o circuito da figura determine a tensão aos terminais da carga RL e as corrente I R, I Z e I RL António Roque - Ano lectivo 58

59 Exercício 18 Dado o circuito da figura determine a tensão aos terminais da carga RL e as corrente I R, I Z e I RL e a potência do zener P z António Roque - Ano lectivo 59

60 Exercício 19 Para o circuito da figura calcule: V L, V R, I Z e P Z António Roque - Ano lectivo 60

61 Exercício 20 Dado o circuito da figura determine a tensão aos terminais da carga RL e as corrente I R, I Z e I RL António Roque - Ano lectivo 61

62 Exercício 21 Dado o circuito da figura determine a tensão aos terminais da carga RL e as corrente I R, I Z e I RL e a potência do zener P z António Roque - Ano lectivo 62

63 Exercício 22 Para o circuito da figura calcule: V L, V R, I Z e P Z António Roque - Ano lectivo 63

64 Exercício 23 Dado o circuito da figura, com V 1 =12V, R p =50Ω/0,25W, R L =200Ω/0,5W e o díodo zener D z caracterizado por V z =7,5V/0,5W, I zmin =15mA, calcule: a) A corrente I Rp b) A corrente I RL c) A corrente I z d) A potência dissipada na resistência R p e) A potência dissipada na resistência R L f) A potência dissipada no díodo de zener g) A potência nominal das resistências está correcta? António Roque - Ano lectivo 64

65 Corrente alterna Exercícios de aplicação em com díodos António Roque - Ano lectivo 65

66 Exercício 24 António Roque - Ano lectivo 66

67 Exercício 25 Para o circuito da figura, V i é uma fonte de tensão alternada sinusoidal com V max =15V e com período de 1ms. O díodo D é caracterizado por V =0,7V, Rf=0Ω e Rr=infinito e a resistência R=100Ω. a) Determine a corrente máxima em R; b) Determine a corrente mínima em R; c) Determine a corrente eficaz em R; d) Determine a corrente média em R; e) Esboce as formas de onda da tensão e corrente na resistência R e relacione-as com a forma de onda da tensão na entrada. f) Esboce as formas de onda de tensão e corrente no díodo e relacione-as com a forma de onda da tensão na entrada. António Roque - Ano lectivo 67

68 Exercício 26 António Roque - Ano lectivo 68

69 Exercício 27 António Roque - Ano lectivo 69

70 Exercício 28 Considere o circuito da Figura e responda às seguintes questões: a) Esboce a forma de onda de V 0 justificando todos os passos que conduziram o seu raciocínio. b) Determine os valores máximo e mínimo de V 0. António Roque - Ano lectivo 70

71 Exercício 29 Considere que os diídos da Figura são ideais, Vf=2.5V e Vi=5V.sin(Wt). a) Desenhe as formas de onda de entrada Vi e saída V0. b) Desenhe as formas de onda Vi e V0, considerando invertida a polaridade da fonte de tensão contínua. c) Substitua a fonte de tensão contínua por um diodo de Zener de 3V, e repita a alínea a). António Roque - Ano lectivo 71

72 Exercício 30 Considere o circuito da Figura, em que os díodos são ideais e Vin(t)=20.sin(wt). a) calcule analiticamente os valores da tensão de entrada Vin para os quais os díodos mudam de estado. b) represente num gráfico as tensões Vin(t), V01(t) e V02(t). António Roque - Ano lectivo 72

73 Exercício 30 António Roque - Ano lectivo 73

74 Corrente alterna Exercícios de aplicação em com díodos zener António Roque - Ano lectivo 74

75 Exercício 31 Para o circuito da figura, considere V i =20.sin(2π100t) [V]. Com R=1kΩ, V Zo =7,5V, V =0,7V, R f =0Ω, R Z =0Ω e R r =infinito, responda às seguintes questões: a) Esboce as formas de onda da tensão de entrada e da tensão e corrente na resistência R. b) Esboce as formas de onda de tensão e corrente no díodo de zener, relacionando-as com as formas de onda de entrada António Roque - Ano lectivo 75

76 Exercício 32 sinusoidal ~ ~ ~ ~ ~ ~ António Roque - Ano lectivo 76