Díodo Zener. Para funcionar com polarização inversa. Modelo mais simples assume r z =0. Electrónica 1

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1 Díodo Zener Para funcionar com polarização inversa. Modelo mais simples assume r z =0

2 exemplo como é que calcula I, I Z e I L?

3 Díodo Zener Ef.Zener(V z <5V) Avalanche (V z >7V) Especificações: corrente máxima (ou potência) tensão de Zener Variação com a temperatura Vz v + mv/ºc - (directa) T T sugere uma combinação simples pouco sensível à temperatura ex: V = 6.8V V = 0.7V V = 7.5V z D z_ eq

4 Aplicações Fontes de Alimentação Rectificador Rectificador de meia onda Rectificador de onda completa Ponte de Graetz Filtro (passa-baixo) Reguladores de tensão Com díodo de Zener série

5 o Rectificador de meia-onda Transformador Isolamento galvânico Abaixamento da tensão v s alternada, vunidirecional

6 o Rectificador de meia-onda Desprezando a queda de tensão no díodo v V O Smax 1m n1 ( ) = arcadas positivas de Valor médio da sinusoide simplesmente rectificada 1 1 v = V sinα dα = V o av Om Om π π 0 sentido do díodo trocado v O = arcadas nagativas de n V π v s v s

7 Rectificador de Onda Completa Transformador com tomada no ponto médio do secundário. vs > 0 D1 conduz vo = vs v cortado O v D = S vs < 0 D1 cortado vo = vs ( vo) = V av Om π D conduz (desprezando a queda de tensão no díodo quando conduz) sentido dos díodos trocados v = v O S

8 Rectificador em Ponte de Graetz vv s <0; s >0; vv O O =-v =v s Vantagens : Secundário do transformador sem tomada central com metade da tensão

9 Aplicações Fontes de Alimentação Rectificador Rectificador de meia onda Rectificador de onda completa Ponte de Graetz Filtro (passa-baixo) Reguladores de tensão Com díodo de Zener série

10 Filtro (passa-baixo) Tensão alternada rectificador tensão rectificada filtro LP tensão contínua (com tremor, ripple ) RC» T v V O Im desprezando a queda de tensão no díodo carga perdida = carga reposta V = = R Im C V T V V Im fcr amplitude do tremor

11 Regulador de tensão com díodo Zener Regulador paralelo (díodo Zener // carga) i 1 R 1 i v > V v = V I z O Z independente de Z I Z 1 Z 1 R R1 e de V v V i = ; i = ; i = i i Usa-se para potências muito baixas normalmente i v I R v I v O i 1 R 1 i v I r z v O V Z 0, gerador de tensão de referência. R R

12 Receptor de Satélite

13 Vários circuitos limitadores

14 Transistor MOS Estrutura: D-Dreno, G-Porta, S-Fonte, B-Substrato ou corpo

15 Transistor MOS Porta com tensão positiva cria zona de deplecção: I G =0 Porta isolada I B =0 Junções BD e BS Polarização inversa. I D =I S (KCL) Se V BS =0 terminal B não intervém.

16 Zonas de Funcionamento Corte v GS < V t i D =0 Corte Não há portadores endre D e S V t tensão de limiar threshold 1~3V típico, >1V em CIs v GS > V t i D 0 Condução Forma-se canal (dentro da zona de deplecção): electrões atraídos para debaixo da porta inversão de p para n Transistor NMOS ou de canal n (electrões livres), pode conduzir (i D 0 ) se v DS 0 Condução: Tríodo Saturação

17 Tríodo v > V v 0( 0) i proporcional a resistência comandada por tensão 0 id = kn[( vgs Vt) vds v ] { DS eq 1 W kn = µ ncox definição varia com os livros L v > V 0 < v < v V 0 GS t DS D < v << v V DS GS t R DS GS t DS GS < v < v V i DS GS t = k 0 D n GS t DS DS v [( v V ) v v ] t

18 Saturação v > V v v V > GS t DS GS t i D i = kv ( V ) D GS t não depende de v DS 0 (aprox.) gerador de corrente comandado por tensão VCCS não linear (quadrático) Saturação Tríodo e corte amplificador interruptor

19 Resumo: NMOS Corte: Condução: Saturação v < V i = GS t D 0 < v V < v i = k ( v V ) GS t DS D n GS t Trío 0 [ do < vds < vgs Vt id = kn ( vgs Vt) vds vds ] 0

20 definições k µ C ε t 1 W L mobilidade dos electrões no canal - n = µ ncox AV n OX OX OX εox = capacidade por unid. área t OX = 3.97ε const. dielétrica do SiO 0 espessura do óxido "thickness" W largura do canal "width" L comprimento do canal "length" W "aspect ratio" L tecnologia actual (004): t = 10nm; L = 0.13μm OX min

21 Curvas características Sat.

22 NMOS PMOS

23 CMOS NMOS+PMOS

24 Resumo: NMOS e PMOS (reforço) NMOS Corte: Condução: Saturação Tríodo PM OS Corte: Condução: Saturação v < V i = GS t D 0 < v V < v i = k ( v V ) GS t DS D n GS t 0 < v < v V i = k [( v V v v DS GS t D n GS t) DS DS ] (mesmo funcionamento que NMOS, troca sentido das correntes e tensões) v < V i = SG t D 0 < v V < v i = k ( v V ) SG t SD D p SG t Tríodo 0 < vsd < vsg Vt id = kp[( vsg Vt) vsd vsd] 0 0

25 NMOS e PMOS (deplecção) Mesmas equações que transistor NMOS ou PMOS de reforço com V t <0

26 Andar de Fonte Comum V DD =5V R D =0kW Vt=1V k=100mav - (a) v = 0.3V < V Corte i = 0; v = V Ri = V (b) I D O DD D D DD v = V v = V > V Condução: Saturação? Tríodo? Hipótese: Sa t. id = kn( vgs Vt)=100µ A v = V Ri = 3 V > v V Confirma hipótese?: Sat (c) v = 5V v t I GS t O DD D D GS t I Hipótese: Sat. Hipótese:Tríodo GS D n[( GS t) DS DS ] = 5V > V Condução: Saturação? Tríodo? D n( GS t)=1.6 A v = V Ri =.7 V < v V O DD D D GS t i = k v V v v VDD vo id = RD v O D = n( GS t)=1.6 t i = k v V m v i k v V ma O Confirma hip.? Sat ( v ) 1.5 v +.5= V = vds = V < vgs Vt Confirma Tríodo I O Tríodo

27 Andar de Fonte Comum Circuito analógico básico v O PFR: O que sucede se o PFR estiver em V I =0V ou V I =5V? v I Sinais = variações de tensão v = A v O { v ganho de tensão I AMPLIFICADOR sinais fracos: troço linear v O proporcional v I

28 Andar de Fonte Comum Circuito digital básico Se v I = 0V (0 lógico) v O = 5V (1 lógico) Se v I = 5V (1 lógico) v O 0V (0 lógico) INVERSOR NOR NAND