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Diodos
TE214 Fundamentos da EletrônicaEngenharia Elétrica
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Sumário
• Circuitos Retificadores• Circuitos Limitadores e Grampeadores• Operação Física dos Diodos
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Circuitos Retificadores
• O diodo retificador converte a senóide de entrada em uma saída unipolar.
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Circuitos Retificadores: Meia Onda
• Retificador de meia onda: utiliza metade dos ciclos da senóide de entrada.
• Em muitas aplicações temos rD << R, logo:
00
0
,
,0
DSD
DSD
O
DSO
VvrR
RVvrR
Rv
Vvv
0DSO Vvv VD0 = 0,7V
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Circuitos Retificadores: Meia Onda
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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 = VS
• Normalmente escolhemos um diodo que suporte 50% a mais do valor esperado para PIV
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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), VS é positiva, logo
1. Diodo D1 conduz2. Diodo D2 “cortado” (inversamente polarizado)
• Quando a tensão de entrada é negativa (semiciclo negativo), VS é negativa, logo
1. Diodo D1 “cortado” (inversamente polarizado)2. Diodo D2 conduz,
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Circuitos Retificadores: Onda Completa
PIV = 2VS - VD
• A corrente circula por R sempre no mesmo sentido
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Circuitos Retificadores: Ponte
• Retificador em ponte: Implementação alternativa do retificador de onda completa.
• Quando a tensão de entrada é positiva (semiciclo positivo), a tensão VS é positiva, logo
1. Diodos D1 e D2 conduzem2. Diodos D3 e D4 “cortados” (inversamente polarizados)
• Quando a tensão de entrada é negativa (semiciclo negativo), a tensão VS é negativa, logo
1. Diodos D1 e D2 “cortados” (inversamente polarizados)2. Diodos D3 e D4 conduzem
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Circuitos Retificadores: Ponte
• Durante ambos os semiciclos, a corrente circula por R no mesmo sentido
PIV = VS - VD
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Retificador com Capacitor de Filtro
• Capacitor em paralelo com a carga reduz a variação na tensão de saída.
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Retificador com Capacitor de Filtro
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Retificador com Capacitor de Filtro
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Circuitos Retificadores: Resumo
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Circuitos Retificadores: Resumo
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Circuitos Limitadores
• Aplicação em circuitos de proteção.
Característica de transferência geral para um circuito limitador
Em geral k
1
Se vI exceder o limiar superior (L+/K) ou o limiar inferior (L-/K) a tensão de saída será limitada a L+ e L- respectivamente.
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Circuitos Limitadores
• Limitadores implementados combinando diodos e resistores.
• Limitadores simples e duplos
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Circuitos Grampeadores
• Circuito restaurador de cc.
CIO vvv
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Circuitos Grampeadores
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Operação Física dos Diodos
• Compreender a física do dispositivo que proporciona as características observadas entre seus terminais.
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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.
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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.
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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.
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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
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Operação Física dos Diodos
• Semicondutores Dopados:
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Operação Física dos Diodos
• Junção pn “aberta”– Corrente de Difusão: ID
(portadores majoritários)
– Região de Depleção: cargas não neutralizadas pelos elétrons/lacunas livres.
• Dá origem a um campo elétrico
– Corrente de Deriva: IS (portadores minoritários)
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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<IS
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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>IS
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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