Controle de Motores Elétricos Diodo Retificador Prof. Josemar dos Santos prof.josemar@gmail.com
Constituição Um diodo retificador é constituído por uma junção PN de material semicondutor (silício ou germânio) e por dois terminais, o Ânodo (A) e o Cátodo (K). Símbolo: Controle de Motores Elétricos 2
Junção PN A junção de um material semicondutor do tipo P (com excesso de lacunas) com um material semicondutor do tipo N (com excesso de eletróns livres) origina uma junção PN. Na zona da junção, os eletróns livres do semicondutor N recombinam-se com as lacunas do semicondutor P formando uma zona sem portadores de carga elétrica chamada de zona neutra ou zona de depleção. eletróns livres Zona neutra ou zona de depleção Lacunas Controle de Motores Elétricos 3
Identificação Visual dos Terminais O terminal que se encontra mais próximo do anel é o cátodo (K). O terminal ligado à parte mais estreita/afunilada é o cátodo (K). O terminal ligado à parte roscada é o cátodo (K). Controle de Motores Elétricos 4
Diodo Polarizado Diretamente O diodo retificador é um componente unidirecional ou seja, só conduz num sentido (quando o Ânodo está a um potencial positivo em relação ao Cátodo). Nessa situação diz-se que o diodo está polarizado diretamente. A K + V CC _ Controle de Motores Elétricos 5
Diodo Polarizado Inversamente Quando o diodo retificador está polarizado inversamente (Ânodo a um potencial negativo em relação ao cátodo) não conduz (está em corte). K A + V CC _ Controle de Motores Elétricos 6
Princípio de Funcionamento Quando polarizado diretamente um diodo retificador conduz porque na junção PN a zona neutra ou zona de depleção (zona sem portadores de carga elétrica) estreita a resistência elétrica diminui e a corrente elétrica passa. eletróns livres Lacunas Zona neutra ou zona de depleção estreita Controle de Motores Elétricos 7
Princípio de Funcionamento Quando polarizado inversamente um diodo retificador não conduz porque na junção PN a zona neutra ou zona de depleção (zona sem portadores de carga elétrica) aumenta a resistência elétrica significativamente e a corrente elétrica não passa. eletróns livres Lacunas Zona neutra ou zona de depleção alarga Controle de Motores Elétricos 8
Queda de Tensão Interna Quando o diodo está polarizado diretamente a corrente elétrica ao passar pela zona neutra ou zona de depleção que apresenta uma certa resistência, i origina i uma queda de tensão (U=RxI). Nos diodos de silício essa queda de tensão interna pode variar entre 0,6Volt e 1Volt. Nos diodos de germânio essa queda de tensão interna pode variar entre 0,2Volt e 0,4Volt. Controle de Motores Elétricos 9
Características Técnicas 1ºqua adrante Tensão direta Corrente direta U F I F I F 3ºqu uadrante Tensão inversa Corrente inversa U R I R U R U F I R Controle de Motores Elétricos 10
Leitura das Características Técnicas Exemplo: diodo retificador 1N4007 U R = 1000V Tensão inversa máxima que se pode aplicar ao diodo em polarização inversa. I F = 1A I R = 5μA V F = 1,1V Corrente direta máxima permanente que pode circular pelo diodo. d Corrente inversa que percorre o diodo quando polarizado inversamente Queda de tensão interna máxima quando o diodo polarizado diretamente conduz uma corrente direta de 1A. Controle de Motores Elétricos 11
Curva Características Tensão de ruptura U R I F Corrente de fuga Corrente de avalanche I R Corrente direta U F Pode-se observar na curva característica do 1º quadrante (diodo d polarizado diretamente) t que à medida que se aumenta a tensão direta (U F ) a corrente direta (I F ) também aumenta. Na curva do 3º quadrante (diodo polarizado inversamente) podemos observar que para uma dada faixa da tensão inversa (U R ) a corrente inversa (I R ) é desprezível (corrente de fuga). A tensão inversa não pode atingir a tensão de ruptura pois isso acarreta que o diodo passe a conduzir em sentido contrário (rompeu a junção PN). Controle de Motores Elétricos 12
Reta de Carga Consideremos o circuito: V F + _ I F V CC + _ + -V CC + V F + R C.I F = 0 R C V F + R C.I F = V CC _ Encontramos uma equação que relaciona V F e I F : V CC = V F + R C.I F Esta equação permite determinar os dois pontos da reta de carga, que sobreposta à curva característica do diodo, determinará o ponto de funcionamento (Q) do diodo. d Controle de Motores Elétricos 13
Reta de Carga Este é um método gráfico que permite que encontremos o ponto de funcionamento do diodo. Pode-se notar que a reta de carga depende do circuito (V CC e R C ) em que o diodo está inserido, enquanto que a curva característica é fornecida pelo fabricante. I F V CC = V F + R C.I F Corrente de saturação I FQ Ponto de funcionamento (Q) reta de carga Tensão de corte I F =0 V CC =V F Corrente de saturação V F =0 I F =V CC / R C V FQ Tensão de corte V F Controle de Motores Elétricos 14
Exemplo da Determinação do Ponto de Funcionamento Q I F VCC = V F + R C.I F V CC =3 V + R C =750Ω Tensão de corte V _ I F =0 V CC =V F V F =3 V ma Corrente de saturação V F =0 I F =V CC / R C I F =3 / 750 I F = 4 ma 2,5 5 4 3 2 1 Q 1 2 3 1,1 Para as condições do circuito (V CC =3Volt e R C =750Ω) e a curva característica representada, a corrente direta no diodo será de I FQ 2,5mA 25 A e a tensão direta será de V FQ =1,1V. Controle de Motores Elétricos 15