Aula 5 O Modelo para Pequenos Sinais O Diodo real na região de ruptura reversa. Prof. AC.Seabra-PSI/EPUSP

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1 Aula 5 O Modelo para Pequenos Sinais O Diodo real na região de ruptura reversa Prof. AC.Seabra-PSI/EPUSP

2 PSI 2223 Introdução à Eletrônica Programação para a Primeira Prova Prof. AC.Seabra-PSI/EPUSP

3 5ª Aula: O Modelo para Pequenos Sinais O Diodo real na região de ruptura reversa Ao final desta aula você deverá estar apto a: -Avaliar se o modelo para pequenos sinais pode ser empregado para analisar a resposta CA de um determinado circuito -Explicar e obter os parâmetros de um modelo CC/CA para diodos zener -Explicar as diferenças entre os modelos para diodos, tanto na região de polarização direta quanto na região de polarização reversa -Calcular tensões e correntes em circuitos CC/CA com diodos zener -Empregar diodos zener em circuitos reguladores de tensão Prof. AC.Seabra-PSI/EPUSP

4 Resumo de Modelos Lei do Diodo MODELOS CC (Exponencial) Ideal Bateria Bat+Res Prof. AC.Seabra-PSI/EPUSP

5 Resumo de Modelos Lei do Diodo MODELO CA (Exponencial) Pequenos Sinais ac Prof. AC.Seabra-PSI/EPUSP

6 Relembrando Exemplo 3.6: Considere o circuito abaixo, alimentado por uma fonte V + constituída por um sinal CC de 10V sobre o qual aplica-se um sinal senoidal de 60Hz com 1Vp de amplitude. Calcule a tensão CC sobre o diodo e a amplitude do sinal senoidal sobre ele. Assuma que o diodo tem uma queda de tensão de 0,7V em 1mA e n=2. Passos: - Resolver a parte CC -Modelo diodo ideal (aberto/fechado) -Modelo bateria -Modelo bateria+rd - Resolver a parte CA -Modelo para pequenos sinais 3º : Verificação válido se vd 2nV T 1, ou, vd 50mV Prof. AC.Seabra-PSI/EPUSP

7 Relembrando Exemplo 3.6: Passos: - Resolver a parte CC -Modelo diodo ideal (aberto/fechado) -Modelo bateria -Modelo bateria+rd - Resolver a parte CA -Modelo para pequenos sinais VD 0,7V I (10 0,7) 0, ma D 10k 93 Prof. AC.Seabra-PSI/EPUSP

8 Relembrando Exemplo 3.6: Passos: - Resolver a parte CC -Modelo diodo ideal (aberto/fechado) -Modelo bateria -Modelo bateria+rd VD ID 0,7V (10 0, 7) 10k 0,93mA - Resolver a parte CA -Modelo para pequenos sinais r d nvt 2 25mV 53,8 I 0,93mA D ac rd 54 vd vs 0,1. R r 10k 54 i d d 5,35mV vs 0,1 95A R r 10k 54 d Prof. AC.Seabra-PSI/EPUSP

9 Relembrando Exemplo 3.6: Considere o circuito abaixo, alimentado por uma fonte V + constituída por um sinal CC de 10V sobre o qual aplica-se um sinal senoidal de 60Hz com 1Vp de amplitude. Calcule a tensão CC sobre o diodo e a amplitude do sinal senoidal sobre ele. Assuma que o diodo tem uma queda de tensão de 0,7V em 1mA e n=2. Passos: - Resolver a parte CC -Modelo diodo ideal (aberto/fechado) -Modelo bateria -Modelo bateria+rd VD ID 0,7V 0,93mA - Resolver a parte CA -Modelo para pequenos sinais vd id 5,35mV 95A vd VD vd 0,7V 5,35mV i I i 0,930mA 0,095mA D D d v 1, ou, v 50mV d d 2nV Prof. AC.Seabra-PSI/EPUSP 2013 T 96

10 Exercício 3.15: Considere um diodo com n=2 polarizado em 1mA. Determine a variação na corrente quando variamos a tensão de (a)-20mv (b) -10mV (c)-5mv (d)+5mv (e)+10mv (f)+20mv Faça esse cálculo (i) usando o modelo para pequenos sinais (ii) a lei do diodo v d (t) análise CA análise lei do Diodo ac v d (t) I (ii) V2 V1 23, nvt log I I V v V 23, nv log D D T 2 1 (i) i v 23, nv d i I vd nv ID i I T D i v 23, nvt log 10 I I v v 23, nvt 23, nvt D 10 D D 10 1 I I i i I T I ( ) D v 50 v v 23, 225mV 115mV i 10, ma( 10 1) 10, ma ( 10 1) Prof. AC.Seabra-PSI/EPUSP D D D D

11 Exercício 3.15: Considere um diodo com n=2 polarizado em 1mA. Determine a variação na corrente quando variamos a tensão de (a)-20mv (b) -10mV (c)-5mv (d)+5mv (e)+10mv (f)+20mv Faça esse cálculo (i) usando o modelo para pequenos sinais (ii) a lei do diodo vdt ( ) v v (i) i nv 50 v análise lei do Diodo (aprox. pequenos 1, ou, v 50mV sinais) análise CA v -20m i (i) -0,40m i(ii) -0,330m e % +21% v d (t) -10m -0,20m -0,182m +9,9% -0,10m -0,095m +5,3% +5m +0,10m +0,105m -4,8% +10m +0,20m +0,222m -9,9% +20m +0,40m +0,493m -18,9% d d 2nVT Prof. AC.Seabra-PSI/EPUSP m ±10mV erro< 10% T v mV 10 1 (ii) i, ma ( ) vd 10mV

12 Exercício 3.16: Projete o circuito abaixo para que VO = 3V quando IL = 0 e que VO mude de 40mV por 1 ma de corrente de carga. Prof. AC.Seabra-PSI/EPUSP

13 Diodo Real A Região de Ruptura Reversa Prof. AC.Seabra-PSI/EPUSP

14 A região de Ruptura Reversa Construindo um modelo No caso do ener este é um modelo CC e AC! (para grandes e pequenos sinais, não tem lei exponencial envolvida!) V V r I 0 Em geral estipula-se um par V, I teste Prof. AC.Seabra-PSI/EPUSP

15 A região de Ruptura Reversa Construindo um modelo para o Diodo ener V V 0 R I Em geral estipula-se um par V, I teste No caso do ener este é um modelo CC e AC! (para grandes e pequenos sinais, não tem lei exponencial envolvida!) Prof. AC.Seabra-PSI/EPUSP

16 A região de Ruptura Reversa Uma Família de Diodos ener Reais Prof. AC.Seabra-PSI/EPUSP

17 A região de Ruptura Reversa Uma Família de Diodos ener Reais Prof. AC.Seabra-PSI/EPUSP

18 A região de Ruptura Reversa Construindo um modelo para o Diodo ener V V 0 R I O efeito da temperatura: Vz < 5V o coeficiente de temperatura é negativo Vz > 5V o coeficiente de temperatura é positivo Prof. AC.Seabra-PSI/EPUSP

19 Exemplo 3.8: O diodo zener do circuito abaixo é especificado para 6,8V@5mA, rz =20 e IK = 0,2mA. Veja que V + tem uma variação. (a) Determine a tensão de saída sem carga; (b) Determine a variação na saída para uma variação de +- 1V na entrada; (c) Qual a variação na tensão de saída quando se coloca uma carga que drena 1mA? (d) Qual a variação na tensão de saída para uma carga de 2k; (e) Qual a variação na tensão de saída para uma carga de 0,5k; (f) Qual o valor mínimo de carga para o circuito operar corretamente? No caso do ener este é um modelo CC e AC! (para grandes e pequenos sinais, não tem lei exponencial envolvida!) Prof. AC.Seabra-PSI/EPUSP

20 Exemplo 3.8: O diodo zener do circuito abaixo é especificado para 6,8V@5mA, rz =20 e IK = 0,2mA. Veja que V + tem uma variação. V V r I 0 68, V 205. ma V , V Prof. AC.Seabra-PSI/EPUSP

21 Exemplo 3.8: rz =20 e IK = 0,2mA. (a) V O? (sem carga) 10V I V=V 6, 7 20., 6 3m 6, 827V O ( 10V 6, 7V) 63, ma R r ( ) (b) Variação em V O para uma variação de ± 1V na entrada; 10±1V 500Ω 1V 20Ω v 20 1V 38, 5mV Prof. AC.Seabra-PSI/EPUSP

22 Exemplo 3.8: rz =20 e IK = 0,2mA. (c) Qual a variação na tensão de saída quando se coloca uma carga que drena 1mA? 10V 1mA 1mA I I I (, 6310, )ma = 5,3mA V R L c/carga 6,7+20.5,3m=6,806V V V V V c/carga s/carga 21mV 6,806-6,827 (d) Qual a variação na tensão de saída para uma carga de 2k; Considere inicialmente que V não varia. 2k R 2k I 6, 827/ 2k 3, 41mA L I I I (, 6334, )ma = 2,9mA V R L c/carga 6,7+20.2,9m=6,758V V V V V c/carga s/carga L 69mV 6,758-6,827 V c/carga 6,758V 6758, I L 338, ma 2k... Prof. AC.Seabra-PSI/EPUSP

23 Exemplo 3.8: rz =20 e IK = 0,2mA. (e) Qual a variação na tensão de saída para uma carga de 0,5k; Considere V+ = 10V. ~6,827V (em aberto) 0,5k R L 0, 5k I 6, 827 / 0, 5k 13, 65mA L I I I (, , 65)mA = -7, 35mA (zener em aberto!!! ) R L 10V 0, 5k VO 10. 0,5k 05, k 05, k V O 0,5k 5V (f) Qual o valor mínimo de carga para o circuito operar corretamente? Considere V+ = 10±1V. 10±1V ParaV 10V : I min =0,2mA ILmax IR I min 63, 02, 61, ma V 6827, Rmin 1120 I 61,m L max Pior casov 10V 1V 9V ev V V 67, V: min 0 IR ( 9V 6, 7)/ 0, 5k 4, 6mA ILmax IR I min 46, 02, 44, ma V 67, R 1520 Prof. AC.Seabra-PSI/EPUSP 2013 min I L max 44, m 110