Diodo de Junção - 4 Cap. 3 Sedra/Smith Cap. 2 Boylestad Cap. 5 Malvino DIODOS TIPO ENER Notas de Aula SEL 313 Circuitos Eletrônicos 1 1o. Sem/2016 Prof. Manoel
Diodo tipo ener Os diodos na região de ruptura reversa exibem uma característica de tensão praticamente constante na região REERSA. Por esta propriedade, eles se tornam importante como dispositivo regulador de tensão. No caso dos diodos tipo ener, eles são fabricados para operar especificamente na região de ruptura reversa e apresentam tensões ener desde alguns olts a centenas de olts. Como tal, os diodos ener operam sempre com tensão e corrente reversa e cujo símbolo é mostrado a seguir. Figura 1.39 - Símbolo e polaridade do diodo ener
Modelo e especificação do ener A curva característica do diodo ener na região de interesse (ruptura reversa) é detalhada a seguir. Inclinação Corrente de Teste Figura 1.40 - Característica do diodo ener.
Especificação do Diodo ener A partir da figura 1.40 distingue-se: - I K = Corrente de Joelho (catálogo); - = Tensão ener sob corrente I T do ponto Q (catálogo); - I T T = Corrente Teste típica do ener; - r = Resistência incremental ou dinâmica que é o recíproco da inclinação da reta tangente em Q (catálogo). Quanto menor r mais inclinada ou vertical será a reta tangente em Q e portanto menor será a variação de em relação a I e, portanto melhor regulação. Outro dado importante de catálogo é a potência nominal, através da qual se obtém a máxima corrente operando na região ener. Um diodo ener em região ativa opera de forma semelhante a um diodo normal.
Modelo do diodo ener O modelo do ener segue o procedimento de aproximação por dois segmentosdereta:umdelesde0até 0 no eixo de tensões e outro segmento com inclinação 1/r tangente em Q e passando por 0. Assim o modelo do ener é obtido como indicado a seguir, o qual pode ser equacionado por (1.25): t 0 r I (1.25) Figura 1.41 - Modelo equivalente do diodo ener. A escolha ou especificação do Diodo ener deve ser tal que ele opere com tensões < - K K, onde r é pequena e constante.
Aplicação do Diodo ener Exemplo 07 No circuito a seguir, o ener apresenta =6,8 com I =5mA, r =20 e I K =0,2mA. O circuito é alimentado pela fonte de 10 com flutuação de ±1. Neste caso pede-se: (a) A tensão de saída 0 sem carga. Figura 1.42 - Circuito do exemplo 07. (a) Circuito proposto; (b) Solução com modelo equivalente.
Aplicação de Diodo ener Solução (a) : Obtenção do modelo equivalente com (1.25) e =6,8 Assim tem-se: e : I t s r R 6,8 0 0 0 r I 20.5m 6,7 10 6,7 20 500 0 6,346mA 0 r I, 6,7 20.6,346mA 6 83 (b) Obtenha a variação 0 para variações na fonte de S =±1 sem a carga : Solução (b) : Do circuito tem-se: r 20 s 1 38,46m 0, 56% R 20 500 0 r
Aplicação do Diodo ener ( c) Obtenha a 0 para uma carga R 0 0=2000. Solução (c) : A corrente drenada do regular pode ser aproximada por : 6,8 I0 3,4mA R 2000 Portanto a variação será de I = -3,4mA e a queda de tensão será : r I 20.( 3,4m) 68m 0,1% 0 No caso real obtido iterativamente com análise de circuito 0 =-70m (-0,103%) (d) Obtenha 0 para uma carga de R 0 =500. Solução (d) : neste caso, de forma semelhante, obtém-se : I R 6,8 500 0 13,6mA O que é IMPOSSÍEL, pois em R circula apenas 6,4mA. Supõe-se então que o diodo ener se encontra CORTADO.
Aplicação de Diodo ener Admitindo-se o diodo ener em CORTE, a tensão de saída é obtida do divisor resistivo (R-R 0 )etalque: R 500 10 1000 0 0 s R R0 5 erealmente,como 0 <, o ener ainda não atingiu a região de Ruptura Reversa!! (e) - Qual o mínimo valor de R 0 para que o ener se encontre na região de Ruptura Reversa? Solução (e ) : Na borda da região de ruptura deve-se ter : I I K K 0,2mA 6,7
Aplicações de Diodo ener A pior situação será quando circular a menor corrente em R que é quando ocorre o afundamento da tensão da fonte. Neste caso a corrente vale : I ( s 1) R (101) 6,7 500 4,6mA Para se manter na região de ruptura a corrente no ener deve ser pelo menos 0,2mA. Portanto a carga limite é aquela que drena no máximo 4,4mA dos 4,6mA totais. Assim a carga máxima (menor R) é obtido como sendo: 6,7 R0 1522,73 4,4m (f) SUGESTÃO Obter o máximo valor de R para se ter regulação de tensão no circuito dado com um carga de 500.
Regulador de Tensão ener Paralelo O regulador visto no exemplo 07 é denominado Regulador Paralelo ou Shunt e cujo diagrama é novamente indicado a seguir. SM sm v s v 0 S I 0 r I I0 0 Figura 1.43 - Circuito regulador de tensão com ener paralelo A função do Regulador de Tensão é fornecer a tensão de saída 0 constante e independente de flutuações na fonte S ou de variações da corrente de carga I 0. Em geral os reguladores reduem o nível de flutuação a níveis aceitáveis para a carga em específico.
Índices de Regulação de Tensão Como forma geral, adota-se como índice de desempenho : Reg _ linha 0 S usualmente com S = ±1 e, Reg _ carga I usualmente com 0 = ±1mA. 0 0 (1.26) (1.27) A análise do circuito na figura 1.42 produ : R R r 0 0 S I0 R r R r R r r (1.28) Em (1.28) apenas o primeiro termo seria desejável, pois se relaciona com o valor 0 constante. Os outros dois termos representam a influência da fonte e da carga.
Índices do Regulador ener Para o regulador ener da figura 1.43, vale então : Reg 0 _ linha S r R r (1.29) Reg _ carga I 0 0 R r R r m R // r ou Aqui verifica-se que em ambos os casos, um valor pequeno de r é desejável ou um alto valor de R. O máximo valor de R pode ser deduido como sendo : A ma (1.30) R sm I 0 _ min r I I _ min 0 _ max (1.31) Sendo sm o valor mínimo da fonte, I _min o valor mínimo da corrente ener que mantém 0 e I 0_max a máxima corrente solicitada pela carga.
Exemplo Regulador ener Exemplo 08 Baseado no esquema da figura 1.43 deseja-se projetar o regulador ener paralelo para uma saída de 7,5 sendo que a tensão da fonte varia de 15 a 25 e a corrente de carga varia de 0 a 15mA. O ener disponível tem =7,5 com uma corrente de 20mA e r =10. Obtenha o valor de R necessário e os índices de regulação. Solução : Obtenção do modelo do ener : com,i er tem-se, 7,5 0 0 0 r I 10. 20m 7,3 Dosdadosdoproblema:S = 10 e assumindo-se I _mim = (1/3) de I 0_max,ouseja,I _min =(15/3)=5mA. Portanto usando-se (1.31) chega-se a: R sm 0 r I _ min 15 7,3 10.5m 382, 5 I I 5 15 _ min 0 _ max
Exemplo Regulador ener Para os índices de desempenho, com (1.29) e (1.30) tem-se: r 10 m Reg _ linha 25,48 R r 382,5 10 m R // r 10 // 382,5-9 74 Reg _ carga, ma Para uma variação de 10 na fonte tem-se: 0 Reg_linha. S 25,48m.10 0,2548 ( 3,4%) e para uma variação total de 15mA na carga, obtém-se : 0 Reg_carga. I0 9,74.15m 0,146m ( 2,0%)
Exemplos e exercícios propostos Exercício 11 Um diodo ener tem tensão nominal de 10 com 10mA e resistência dinâmica de 50. Qual o valor esperado para se a corrente cair pela metade? E se a corrente dobrar? Qual o valor de 0 do modelo?
Exemplos e exercícios propostos Exercício 12 Um diodo ener apresenta tensão constante de 5,6 com uma corrente de 5mA. Este ener deve ser usado num regulador de tensão onde a fonte tem valor de 15 e a corrente na carga varia numa faixa de 0 a 15mA. Encontre o valor de R do regulador, a potência do ener e do resistor R.
Exemplos e exercícios propostos Exercício 13 Um regulador usa um ener de 5,1 com uma corrente de 50mA e resistência dinâmica de 7. O ener recebe alimentação de uma tensão nominal de 15 através de um resistor de 200. Nesta situação qual é a tensão na carga? Quais são índices de regulação?
Bibliografia Conteúdo : SEDRA Pgs. 165 a 172 MALINO Pgs. 143 a 160 BOYLESTAD Pgs. 67 a 70 Exercícios : SEDRA Exs. 28 e 30 Pg. 205 (3) BOYLESTAD Exs. 42 a 46 Pg. 93 (5) MALINO Exs. 1 a 15 Pg. 184 (15)