Transcript Aula02 - Univasf

Diodos – Parte II
Jadsonlee da Silva Sá
[email protected]
www.univasf.edu.br/~jadsonlee.sa
Universidade Federal do Vale do São Francisco - UNIVASF
Colegiado de Engenharia da Computação – CECOMP
Diodo Real
 Característica i-v de um diodo de junção feitos de
silício e suas regiões de operação.
• Polarização direta  v > 0.
• Polarização reversa  v < 0.
• Ruptura  v < -VZK.
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Diodo Real
 Região de Polarização Direta.
–
A relação i-v é aproximada por
i  I S (e
v
nVT
1)
•
IS  Corrente de saturação.
•
VT  Tensão térmica.
•
n  Constante (de 1 a 2) que depende do material e
da estrutura física.
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Diodo Real
 Região de Polarização Direta.
–
Corrente de Saturação – IS.
•
IS é constante para um determinado diodo e uma
temperatura.
•
Diretamente proporcional
transversal do diodo.
•
IS ≈ 10-15 A  Baixa potência.
•
Dobra a cada aumento de 5 °C.
à
área
da
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secção
Diodo Real
 Região de Polarização Direta.
–
Tensão Térmica – VT.
kT
VT 
q
VT  25 mV
•
k = 1,38*10-23
Boltzmann).
Joules/Kelvin
(Constante
•
T = 273 + temp (°C) (Temperatura absoluta em
kelvin).
•
q = 1,6*10-19 Coulomb (Carga do elétron).
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de
Diodo Real
 Região de Polarização Direta.
i  I S (e
v
nVT
i  I S  i
ou
1)
ISe
v
nVT
i
v  nVT ln
IS
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Diodo Real
 Região de Polarização Direta.
–
Considere um diodo D com uma tensão v = V1, a
respectiva corrente i = I1 é obtida da seguinte
forma:
i  IS e
–
v
nVT
 I1  I S e
V1
nVT
Para v = V2, obtemos i = I2 de forma similar.
I2  IS e
V2
nVT
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Diodo Real
 Região de Polarização Direta.
–
Considerando que o diodo D é o mesmo e que a
temperatura é constante, podemos obter a seguinte
relação.
I2
e
I1
•
(V2 V1 )
nVT
I2
 V2  V1  nVT ln 
I1
I2
 V2  V1  2,3nVT log
I1
Uma década de variação na corrente do diodo resulta
em uma queda de tensão de 2,3nVT.
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Diodo Real
 Região de Polarização Inversa – v<0.
i  I S (e
–
1)
Para v<0 e |v|>VT (25 mV) poucas vezes, por
aproximação, obtemos:
i
–
v
nVT
IS
A corrente na direção inversa é constante e igual a
IS .
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Diodo Real
 Região de Ruptura – v<VZK.
–
Tensão inversa excede um valor específico chamado
de tensão de ruptura VZK.
–
Deve-se limitar a potência dissipada no diodo via
circuitos externos.
–
O diodo nesta região é usado para regulação de
tensão.
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Modelos Matemáticos – Região Direta
 Diodo real diretamente polarizado.
–
Objetivo  Determinar VD e ID.
–
Estudamos dois modelos: diodo ideal e exponencial.
–
Veremos mais modelos.
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 Modelo Exponencial.
–
É o modelo mais preciso para a região direta.
–
Para VDD > 0,5 V, temos que ID >> IS. Então,
ID  IS e
–
VD
nVT
Usando leis das malhas no circuito, obtemos:
VDD  VD
ID 
R
IS, n e VT são conhecidos.
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 Modelo Exponencial.
–
Temos duas equações e duas incógnitas.
–
Como resolver?
–
Formas de obter a solução:
•
Análise gráfica;
•
Análise iterativa.
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 Modelo Exponencial.
–
Análise Gráfica.
ID  IS e
VD
nVT
VDD  VD
ID 
R
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 Modelo Exponencial.
–
Análise Iterativa.
•
Qual o valor de ID e VD para VDD = 5 V e R = 1 kΩ?
•
Suposições:
–
ID = 1 mA para VD = 0,7V;
–
Queda de tensão varia de 0,1 V para cada década
de variação na corrente.
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 Modelo Exponencial.
–
Análise Iterativa.
•
1ª iteração.
VDD  VD 5  0, 7
ID 

 4,3 mA
R
1
I2
I2
V2  V1  2,3nVT log
 V2  V1  0,1log
I1
I1
Para V1  0, 7 V, I1  1 mA e I 2  4,3 mA, temos V2  0, 763 V
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 Modelo Exponencial.
–
Análise Iterativa.
•
2ª iteração.
VDD  VD 5  0, 763
ID 

 4, 237 mA
R
1
Para V1  0,763 V, I1  4,3 mA e I 2  4, 237 mA, temos :
I2
 4, 237 
V2  V1  0,1log  0,763  0,1log 
 0,762 V

I1
 4,3 
•
ID = 4,237 mA e VD = 0,762 V.
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Modelos Matemáticos – Região Direta
 Necessidade de uma análise mais rápida e simples
para circuitos complexos.
–
Modelo para Segmentos Lineares.
–
Modelo de Queda de Tensão Constante.
–
Modelo de Diodo Ideal.
–
Modelo para Pequenos Sinais  Próxima aula.
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 Modelo para Segmentos Lineares.
–
Idéia  Encontrar uma relação linear i-v.
iD  0,
vD  VD 0
(vD  VD 0 )
iD 
,
rD
vD  VD 0
Neste exemplo, VDO=0,65 V
e rD = 20 Ω.
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 Modelo para Segmentos Lineares.
–
Circuito equivalente do modelo.
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 Modelo para Segmentos Lineares.
–
Exemplo: calcule ID e VD, onde VDD = 5V,R = 1 kΩ,
VD0 = 0,65 V e rD=20 Ω.
ID = 4,26 mA
VD = 0,735 V
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 Modelo de Queda de Tensão Constante.
–
Utiliza uma reta vertical como aproximação da
parte da curva exponencial.
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 Modelo de Queda de Tensão Constante.
–
Para os exemplos anteriores, calcule ID e VD
utilizando o modelo de queda de tensão constante.
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 Modelo de Diodo Ideal.
–
Utilizado quando as tensões são muito maiores que
a queda de tensão no diodo (0,6 - 0,8V) –
Despreza-se, a queda de tensão do diodo no cálculo
da corrente no diodo.
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