2. ÍOOS E JUNÇÃO Fernando Gonçalves nsiuo Superior Técnico Teoria dos Circuios e Fundamenos de Elecrónica - 2004/2005 íodo de Junção isposiivo de dois erminais, passivo e não-linear Foografia ânodo Símbolo cáodo dealmene o díodo compora-se como um conduor de senido único: a correne só pode fluir do ânodo para o cáodo, mas o fluxo de correne é conrolado pela ensão aplicada aos seus erminais 2 1
íodo de Junção Os díodos são fabricados com maerial semiconduor. Tipicamene uiliza-se o silício, embora ambém se possa uilizar o germânio Resulam da junção de silício do ipo-p (silício dopado com impurezas ri-valenes) com silício do ipo-n (silício dopado com impurezas pena-valenes) ânodo silício ipo P silício ipo N cáodo Exemplos de circuios com díodos: Circuios recificadores Circuios limiadores de ensão 3 íodo de Junção: Caracerísica Tensão-Correne Zona de disrupção ou breakdown Zona inversa Zona direca -V max N 3 Zonas de funcionameno: 1. Zona direca: > 0 2. Zona inversa: -V max < < 0 ( 0) 3. Zona de disrupção (breakdown): < -V max ( < 0) 4 2
íodo de Junção: Caracerísica Tensão-Correne = S e V n VT 1 (equação válida para a zona direca e inversa) S : Correne inversa de sauração ( S 10-15 A) V T : Tensão érmica (V T = 25 mv para 20 o C) n : Coeficiene dependene do maerial (n = 1 para díodos de silício) Zona ireca ( > 0) Zona nversa (-V max < < 0) S S e V n VT pois geralmene >> n V T 5 Aproximações à Caracerísica Real Caracerísica ideal Curo-circuio ( é imposo pelo circuio) = 0 0 = 0 Circuio abero ( é imposo pelo circuio) ON: OFF: V > 0 = 0 = 0 < 0 6 3
Aproximações à Caracerísica Real Caracerísica com fone de ensão consane ( é imposo pelo circuio) = N N = 0 Circuio abero ( é imposo pelo circuio) Tipicamene N [0,5 V; 0,7 V] ON: OFF: > 0 = 0 V = N < N 7 Aproximações à Caracerísica Real Caracerísica com resisência 1 R N = 0 Circuio abero ( é imposo pelo circuio) ON: OFF: > 0 = 0 V N < N R 8 4
Exemplo Calcular a correne e a ensão V considerando que os díodos são ideais 10 V R 1 = 5 kω 2 V R 2 = 10 kω -10 V 9 íodo de Zener Os díodos de Zener são concebidos para funcionarem na zona de disrupção Nessa região manêm consane uma deerminada ensão, designada por ensão de Zener, V Z A zona direca maném as mesmas caracerísicas de um díodo normal -V Z N ânodo Símbolo cáodo ON: OFF: ZENER: > 0 = 0 V = N - V < V < V < 0 Z V Z = -V Z ON 10 5
Aplicações: Conversores AC-C Um conversor AC-C ransforma uma grandeza alernada (AC) numa grandeza consane (C) Tipicamene, a grandeza ransformada é a ensão Conversor AC-C de Tensão (Topologia Genérica) 220 V 50 Hz??? V 50 Hz Recificador com díodo(s) Filro (carga) mesma frequência, mas diferene ampliude 11 Aplicações: Circuios Recificadores Recificador de Meia-Onda (Posiivo) Caracerísicas do díodo N N 12 6
Aplicações: Circuios Recificadores Recificador de Meia-Onda (Negaivo) Caracerísicas do díodo N N 13 Aplicações: Circuios Recificadores Recificador de Onda Complea com Pone de íodos 2N > 0 < 0 assumindo díodos ideais (N = 0 V) assumindo díodos com N > 0 V 14 7
Aplicações: Circuios Recificadores Recificador de Onda Complea com Pono Médio do Transformador N 1 2 2 2 1 assumindo díodos ideais (N = 0 V) assumindo díodos com N > 0 V 1 > 0 ( 2 < 0) 2 > 0 ( 1 < 0) 1 2 2 15 Aplicações: Circuios Recificadores Comparação enre Recificadores de Onda Complea Tensão máxima Com pone de díodos V max -2N Com pono médio do ransformador V max -N Número de díodos Transformador 4 mas exise num único circuio 1 enrolameno no secundário 2 2 enrolamenos no secundário 16 8
Filragem As ensões obidas à saída dos recificadores ainda apresenam grande oscilação (ripple). Esas oscilações devem ser eliminadas, ou pelo menos aenuadas. Para eliminar o ripple uiliza-se um filro passa-baixo as frequências mais elevadas são filradas (aenuadas), enquano a componene conínua (f = 0 Hz) não é afecada. Filro RC Recificador de meia-onda ou onda complea R C (carga) ou 17 Filragem Recificador de meia-onda com filragem Filro R C () assumindo um díodo ideal Assumindo um díodo ideal: 1. Quando > o condensador carrega 2. Quando < o condensador descarrega escarga OFF Carga ON 18 9
Filragem urane a descarga obém-se o circuio equivalene C consane de empo da descarga: τ = C. Escolha do condensador: capacidade pequena descarga muio rápida capacidade elevada carga muio lena V () = V O O (0) e τ Quando << τ a descarga pode considerar-se linear 1 VO = R 0 C L ( ) RL (0) represena a correne no início da descarga, a qual se assume consane durane odo o empo de descarga (siuação mais desfavorável) 19 Filragem Recificador de onda complea com filragem R C escarga Carga Para o mesmo filro e a mesma resisência de carga,, a oscilação do sinal de saída é menor devido ao menor empo de descarga 20 10
Aplicações: Circuios Limiadores Os circuios limiadores impedem que a ensão exceda um deerminado valor máximo ou mínimo Caracerísica ( ) N ON OFF N Caracerísica do díodo N N 21 Aplicações: Circuios Limiadores OFF ON R = 0 R V R = 0 = 0 V R = = N = N = 0 e < N para que OFF = V R (lei das malhas) = 0 V R = 0 = > 0 e = N para que ON = R VR VS V = = R R ON < N e = < N > 0 > N 22 11
Aplicações: Circuios Limiadores Ouros exemplos de circuios limiadores ON V 1 +N V 1 +N V 1 +N V1 OFF 2 V 1 +N V1 V 2 V 1 +N -(V 2 +N ) (V 2 +N ) ON 2 OFF e 2 OFF OFF e 2 ON V 1 +N -(V 2 +N ) 23 12