Diodos. TE214 Fundamentos da Eletrônica Engenharia Elétrica

Transcrição

1 Diodos TE214 Fundamentos da Eletrônica Engenharia Elétrica

2 Sumário Circuitos Retificadores Circuitos Limitadores e Grampeadores Operação Física dos Diodos

3 Circuitos Retificadores O diodo retificador converte a senóide de entrada em uma saída unipolar.

4 Circuitos Retificadores: Meia Onda Retificador de meia onda: utiliza metade dos ciclos da senóide de entrada. Em muitas aplicações temos r D << R, logo: 0 0 0, 0, D S D D S D O D S O V v r R R V v r R R v V v v D0 S O V v v V D0 = 0,7V

5 Circuitos Retificadores: Meia Onda

6 Circuitos Retificadores: Meia Onda Na escolha dos diodos: Capacidade de condução do diodo: maior corrente que ele pode conduzir Tensão de pico inversa (PIV): tensão que deve suportar sem entrar na região de ruptura Para o exemplo temos PIV = V S Normalmente escolhemos um diodo que suporte 50% a mais do valor esperado para PIV

7 Circuitos Retificadores: Onda Completa Retificador de onda completa: utiliza ambos os semiciclos da senóide de entrada inverte o semiciclo negativo da onda senoidal! Quando a tensão de entrada é positiva (semiciclo positivo), V S é positiva, logo 1. Diodo D 1 conduz 2. Diodo D 2 cortado (inversamente polarizado) Quando a tensão de entrada é negativa (semiciclo negativo), V S é negativa, logo 1. Diodo D 1 cortado (inversamente polarizado) 2. Diodo D 2 conduz,

8 Circuitos Retificadores: Onda Completa PIV = 2V S -V D A corrente circula por R sempre no mesmo sentido

9 Circuitos Retificadores: Ponte Retificador em ponte: Implementação alternativa do retificador de onda completa. Quando a tensão de entrada é positiva (semiciclo positivo), a tensão V S é positiva, logo 1. Diodos D 1 e D 2 conduzem 2. Diodos D 3 e D 4 cortados (inversamente polarizados) Quando a tensão de entrada é negativa (semiciclo negativo), a tensão V S é negativa, logo 1. Diodos D 1 e D 2 cortados (inversamente polarizados) 2. Diodos D 3 e D 4 conduzem

10 Circuitos Retificadores: Ponte Durante ambos os semiciclos, a corrente circula por R no mesmo sentido PIV = V S -V D

11 Retificador com Capacitor de Filtro Capacitor em paralelo com a carga reduz a variação na tensão de saída.

12 Retificador com Capacitor de Filtro

13 Retificador com Capacitor de Filtro

14 Circuitos Retificadores: Resumo

15 Circuitos Retificadores: Resumo

16 Circuitos Limitadores Aplicação em circuitos de proteção. Característica de transferência geral para um circuito limitador Em geral k 1 Se v I exceder o limiar superior (L+/K) ou o limiar inferior (L-/K) a tensão de saída será limitada a L+ e L- respectivamente.

17 Circuitos Limitadores Limitadores implementados combinando diodos e resistores. Limitadores simples e duplos

18 Circuitos Grampeadores Circuito restaurador de cc. v O v I v C

19 Circuitos Grampeadores

20 Operação Física dos Diodos Compreender a física do dispositivo que proporciona as características observadas entre seus terminais.

21 Operação Física dos Diodos O diodo é uma junção pn. Material semicondutor (silício) tipo p posto em contato com uma material semicondutor tipo n. Regiões p e n fazem parte de um mesmo cristal de silício. São criadas duas regiões com dopagens diferentes.

22 Operação Física dos Diodos Sílício Intrínseco (Cristal 2D) Círculos: núcleo átomos de silício. +4 indica sua carga positiva de +4q, que é neutralizada pelos 4 elétrons da camada de valência. Ligações covalentes são formadas pelo compartilhamento dos elétrons pelos átomos vizinhos. Em 0 K, todas as ligações estão completas e não há elétrons livres para condução de corrente. Em temperatura ambiente, alguns ligações covalente se rompem pela ionização térmica. Cada ligação rompida dá origem a um elétron livre e a uma lacuna. Ambos se tornam disponíveis para a condução de corrente elétrica.

23 Operação Física dos Diodos Difusão e Deriva: Mecanismos pelos quais elétrons e lacunas se movem através de um cristal de silício. Corrente de difusão: gerada pela concentração de elétrons livres em uma região. Corrente de deriva: gerada por um campo elétrico que acelera elétrons e lacunas.

24 Operação Física dos Diodos Semicondutores Dopados: Cristal de silício tem concentrações iguais de elétrons e lacunas. Silício Dopado: um dos materiais predomina (lacunas ou elétrons). Tipo n: silício dopado onde portadores majoritários são elétrons (-). Tipo p: silício dopado onde portadores majoritários são lacunas (+). Como é feita a dopagem? Introduz átomos de impurezas! Elemento pentavalente fósforo Silício tipo n Elemento trivalente boro Silício tipo p

25 Operação Física dos Diodos Semicondutores Dopados:

26 Operação Física dos Diodos Junção pn aberta Corrente de Difusão: I D (portadores majoritários) Região de Depleção: cargas não neutralizadas pelos elétrons/lacunas livres. Dá origem a um campo elétrico Corrente de Deriva: I S (portadores minoritários)

27 Operação Física dos Diodos Junção pn polarizada inversamente Corrente I : elétrons circulando de n para p. Provoca aumento das cargas fixas positivas Provoca aumento das cargas fixas negativas Aumenta a largura da camada de depleção I<I S

28 Operação Física dos Diodos Junção pn ruptura Corrente I : elétrons circulando de n para p. Movimenta as lacunas de p para n. Aumenta a largura da camada de depleção Aumenta a tensão da barreira I>I S

29 Operação Física dos Diodos Junção pn polarização direta Corrente I : fornecimento de portadores majoritários em ambos os lados da junção. Neutralizam algumas cargas fixas Diminui a largura da camada de depleção Diminui a tensão da barreira