Capitulo 3 Diodos 1.

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1 Capitulo 3 Diodos 1

2 REOF. ELETRÔNICA I (PSI3321) 2o. Semestre de 2016
 Livro Texto: Sedra&Smith, K.C. Microeletrônica. Pearson, 2007, (tradução da 5a. Ed. em inglês). Aula Matéria da Primeira Prova Capítulo/página 1ª 02/08 Introdução, O primeiro Amp Op Comercial. Encapsulamento do Amp Op, O Amp Op ideal, Análise de circuitos com Amp Ops ideais. Exemplo 2.2 Cap. 2 p 2ª 04/08 Somador, Configuração não inversora, seguidor, amplificador de diferenças. Exercício 2.15 Sedra, Cap. 2 p 3ª 09/08 Amplificador de instrumentação, Funcionamento dos Amp Ops Não-Ideais. Exemplo 2.3 e 2.4 p 4ª 11/08 Operação dos Amp Ops em grande excursão de sinal, imperfeições cc, circuitos integrador e diferenciador. Exemplo 2.6. p 5ª 16/08 Diodo ideal, características do diodo real, equação de corrente do diodo, exercícios. Sedra, Cap. 3 p 6ª 18/08 Análise gráfica (reta de carga), modelos simplificados de diodos, exercícios p 7ª 23/08 Modelo para pequenos sinais, modelos de circuitos equivalentes para pequenas variações (próximas do ponto quiescente), exercícios (exemplos 3.6 e 3.7) p 8ª 25/08 Operação na região de ruptura reversa, diodo zener, Projeto de um regulador Zener, exercícios (exemplo 3.8) p 9ª 30/08 Aula de Exercícios 1a. Semana de provas (29/08 a 02/09/2016) Data: 01/09/2016 (quinta feira) – Horário: 7:30h Semana da Pátria (05/09 a 09/09/2016)

3 5ª Aula: Apresentando o Diodo na sua forma ideal
Objetivos da aula: Permitir que você reconheça um diodo e seus terminais e explique como ele funciona (idealmente), sem distinguir os tipos de diodos. Permitir que você determine o estado de funcionamento de um diodo e possa calcular valores estimados de tensões e correntes em circuitos com diodos. Explique como funcionam portas lógicas com diodos. sedr42021_0307.jpg Microeletrônica – Quinta Edição Sedra/Smith

4 O Diodo sedr42021_0307.jpg Microeletrônica – Quinta Edição Sedra/Smith

5 3.1.1 Característica Corrente – Tensão
3.1 O DIODO IDEAL 3.1.1 Característica Corrente – Tensão sedr42021_0301a.jpg Figura 3.1 O diodo ideal: (a) símbolo do diodo; (b) característica i – v; (c) circuito equivalente na polarização reversa; (d) circuito equivalente na polarização direta. Microeletrônica – Quinta Edição Sedra/Smith

6 3.1.1 Característica Corrente – Tensão
sedr42021_0302a.jpg Figura 3.2 Os dois modos de operação do diodo ideal e o uso de um circuito externo para limitar a corrente direta e a tensão reversa. Microeletrônica – Quinta Edição Sedra/Smith

7 3.1.2 Uma Aplicação Simples: O Retificador
sedr42021_0303a.jpg Figura 3.3 (a) Circuito retificador. (b) Forma de onda de entrada. (c) Circuito equivalente para vI ≥ 0. (d) Circuito equivalente para vI ≤ 0. (e) Forma de onda de saída. Microeletrônica – Quinta Edição Sedra/Smith

8 OBS: considere diodo ideal.
Exercícios Exercício 3.1  Para o circuito da Figura acima esboce a característica de transferência de vO versus vI. sedr42021_e0301.jpg Exercício 3.2  Para o circuito na Figura acima esboce a forma de onda de vD OBS: considere diodo ideal. Microeletrônica – Quinta Edição Sedra/Smith

9 Diodo reversamente polarizado
Exercícios (cont.) Resposta E3.1 sedr42021_e0302.jpg Resposta E3.2 Diodo reversamente polarizado Microeletrônica – Quinta Edição Sedra/Smith

10 EXEMPLO 3.1 A Figura 3.4(a) mostra um circuito de carga de bateria de 12 V. Se a amplitude de vS, senoidal, for de 24 V de pico, determine a fração de tempo de cada ciclo durante o qual o diodo conduz. Determine também o valor de pico da corrente no diodo e a tensão de polarização reversa máxima que aparece sobre o diodo. sedr42021_0304a.jpg Figura 3.4 (a) Circuito e (b) forma de onda do Exemplo 3.1. Microeletrônica – Quinta Edição Sedra/Smith

11 SOLUÇÃO Exemplo 3.1 O diodo conduz quando vS excede o valor de 12 V, conforme mostra a Figura 3.4(b). O ângulo de condução é de 2θ, onde θ é dado por Portanto, q = 60° e o ângulo de conducão é de 120°, ou um terço de um ciclo. O valor de pico da corrente no diodo é dado por A tensão reversa máxima sobre o diodo ocorre quando vS está no seu pico negativo e é igual a 24 + 12 = 36 V. Microeletrônica – Quinta Edição Sedra/Smith

12 Figura 3.5: Portas lógicas com diodos (sistema de lógica positiva):
Outra Aplicação: Portas Lógicas com Diodos Quais as funções lógicas executadas em a) e em b)? sedr42021_0305a.jpg Figura 3.5: Portas lógicas com diodos (sistema de lógica positiva): (a) porta OU (Y=A+B+C); (b) porta E (Y=A.B.C, Microeletrônica – Quinta Edição Sedra/Smith

13 EXEMPLO 3.2 Supondo os diodos ideais, calcule os valores de I e V nos circuitos da Figura 3.6. sedr42021_0306a.jpg Figura 3.6 Circuitos para o Exemplo 3.2. Microeletrônica – Quinta Edição Sedra/Smith

14 Solução do exemplo 3.2 Para o circuito da Figura 3.6(a), vamos supor que ambos os diodos estejam em condução. Isso implica que VB = 0 e V = 0. A corrente que circula em D2 pode ser determinada agora por: Escrevendo a equação do nó B temos: o que resulta em I = 1 mA. Portanto, D1 está em conducão como suposto anteriormente e o resultado final é I = 1 mA e V = 0 V. Para o circuito da Figura 3.6(b), se fizermos a suposição de que ambos os diodos estão conduzindo, então VB = 0 e V = 0. A corrente em D2 é obtida por: A equação do nó B é: a qual produz I = – 1 mA. Como isso não é possível, nossa suposição anterior não está correta. Reiniciamos, supondo agora que D1 está em corte e D2 em condução. A corrente ID2 é dada por: e a tensão no nó B é Portanto, D1 está reversamente polarizado conforme foi suposto e o resultado final é I = 0 e V = 3,3 V. Microeletrônica – Quinta Edição Sedra/Smith

15 Façam exercícios 3.4 e 3.5. I, V ? sedr42021_e0304a.jpg Figura E3.4 – Resp.: (a) 2mA, 0 V; (b) 0 mA, 5 V; (c) 0 mA, 5 V; (d) 2 mA, 0 V; (e) 3 mA,  +3 V; (f) 4 mA, +1 V. Microeletrônica – Quinta Edição Sedra/Smith

16 Exercício 3. 5 A Figura E3. 5 mostra um circuito para um voltímetro ca
Exercício 3.5 A Figura E3.5 mostra um circuito para um voltímetro ca. Ele utiliza um medidor de bobina móvel que dá uma leitura de fundo de escala quando a corrente média que circula por ele for de 1 mA. O medidor de bobina móvel tem uma resistência de 50 W . Calcule o valor de R que resulta numa indicação de fundo de escala do medidor quando a tensão de entrada senoidal vI é de 20 V pico-a-pico. (Sugestão: O valor médio da meia onda senoidal é Vp/.) Resp. Vmed = 10/ [V] 50 + R= (10/ - 0)/1mA portano, R=1,133kΩ sedr42021_e0305.jpg Figura E3.5 Microeletrônica – Quinta Edição Sedra/Smith

17 3.2 Características elétricas dos diodos de junção
Diodo Ideal Diodo Ideal Diodo Real sedr42021_0307.jpg Figura 3.7 Característica i–v de um diodo de junção fabricado em silício. Microeletrônica – Quinta Edição Sedra/Smith

18 3.2 Características elétricas dos diodos de junção
Diodo Real sedr42021_0308.jpg Figura 3.8 A relação i–v do diodo com algumas escalas expandidas e outras comprimidas a fim de revelar certos detalhes. Microeletrônica – Quinta Edição Sedra/Smith

19 3.2.1 A região de polarização direta
Equação da Corrente no Diodo (lei do diodo): Corrente no diodo Tensão no diodo Corrente de saturação n = fator de idealidade ( 1  n  2) sedr42021_0308.jpg -23 k = Constante de Boltzmann = 1,38x10 J/K k T/q T = Temperatura em kelvin = (273+T(ͦ C)) q = carga do elétron = 1,6x10 C 25,8 mV (25 ͦ C) -19 25 mV Microeletrônica – Quinta Edição Sedra/Smith

20 Diodo Real Apresentando a Lei do Diodo de outra forma:
sedr42021_0309.jpg Microeletrônica – Quinta Edição Sedra/Smith

21 Diodo Real Exemplo 3.3: Um diodo de silício, feito para operar com 1 mA, apresenta uma queda de tensão direta de 0,7 V para uma corrente de 1 mA. Avalie o valor da constante IS nos casos em que n seja 1 ou 2. Que constantes de escalamento você aplicaria para um diodo de 1 A do mesmo fabricante que conduz uma corrente de 1 A para uma queda de 0,7 V? sedr42021_0309.jpg Microeletrônica – Quinta Edição Sedra/Smith

22 Diodo Real Para o diodo de 1 mA:
Exemplo 3.3: Para o diodo de 1 mA: Se n = 1: IS = 10˗3e-700/25 = 6,9  10-16 A ou cerca de A Se n = 2: IS = 10-3e-700/50 = 8,3  10-10 A ou cerca de 10-9 A O diodo conduzindo 1 A para uma queda de 0,7 V corresponde a 1000 diodos de 1 mA em paralelo com uma seção de junção 1000 vezes maior. Portanto, IS também é 1000 vezes maior, tendo 1 pA e 1 mA, respectivamente para n = 1 e n = 2. Deste exemplo deve ficar evidente que o valor usado para n pode ser muito importante. sedr42021_0309.jpg Microeletrônica – Quinta Edição Sedra/Smith

23 A dependência com a Temperatura
Diodo Real A dependência com a Temperatura Os valores de IS e VT dependem da Temperatura sedr42021_0309.jpg Figura 3.9 Ilustração da dependência da característica direta do diodo com a temperatura. Para uma corrente constante, a queda de tensão diminui de 2 mV aproximadamente para cada 1ºC de aumento na temperatura. Microeletrônica – Quinta Edição Sedra/Smith

24 REOF. ELETRÔNICA I (PSI3321) 2o. Semestre de 2016
 Livro Texto: Sedra&Smith, K.C. Microeletrônica. Pearson, 2007, (tradução da 5a. Ed. em inglês). Aula Matéria da Primeira Prova Capítulo/página 1ª 02/08 Introdução, O primeiro Amp Op Comercial. Encapsulamento do Amp Op, O Amp Op ideal, Análise de circuitos com Amp Ops ideais. Exemplo 2.2 Cap. 2 p 2ª 04/08 Somador, Configuração não inversora, seguidor, amplificador de diferenças. Exercício 2.15 Sedra, Cap. 2 p 3ª 09/08 Amplificador de instrumentação, Funcionamento dos Amp Ops Não-Ideais. Exemplo 2.3 e 2.4 p 4ª 11/08 Operação dos Amp Ops em grande excursão de sinal, imperfeições cc, circuitos integrador e diferenciador. Exemplo 2.6. p 5ª 16/08 Diodo ideal, características do diodo real, equação de corrente do diodo, exercícios. Sedra, Cap. 3 p 6ª 18/08 Análise gráfica (reta de carga), modelos simplificados de diodos, exercícios p 7ª 23/08 Modelo para pequenos sinais, modelos de circuitos equivalentes para pequenas variações (próximas do ponto quiescente), exercícios (exemplos 3.6 e 3.7) p 8ª 25/08 Operação na região de ruptura reversa, diodo zener, Projeto de um regulador Zener, exercícios (exemplo 3.8) p 9ª 30/08 Aula de Exercícios 1a. Semana de provas (29/08 a 02/09/2016) Data: 01/09/2016 (quinta feira) – Horário: 7:30h Semana da Pátria (05/09 a 09/09/2016)

25 6ª Aula: O Diodo Real Ao final desta aula você deve estar apto a:
Reconhecer as diferenças entre um diodo real e o diodo ideal que vimos na aula passada Identificar as três regões de operação de um diodo real Usar a lei do diodo para prever seu comportamento na região de operação direta (polarização direta) Explicar o comportamento do diodo real em função da temperatura Determinar tensões e correntes em circuitos com diodo empregando a lei do diodo sedr42021_0307.jpg Microeletrônica – Quinta Edição Sedra/Smith

26 A 0 ⁰C: de 20 ⁰C para 0 ⁰C, IS cai 4x, ou seja, I =1µ/4 = 0,25µA
Exercício 3.9: O diodo no circuito da Figura E3.9 é de um dispositivo grande, capaz de conduzir altas correntes. Sua corrente de fuga reversa é razoavelmente independente da tensão. Se V = 1 V a 20°C, calcule o valor de V a 40°C e a 0°C SOLUÇÃO A 20 ⁰C: I = 1V / 1MΩ = 1µA Desde que a corrente reversa duplica a cada aumento de 10 ⁰C: assim, de 20 ⁰C para 40 ⁰C, IS aumenta 4x, ou seja, I = 4 x 1µ = 4,0 µA  V = 4,0µ x 1M = 4,0 V sedr42021_e0309.jpg A 0 ⁰C: de 20 ⁰C para 0 ⁰C, IS cai 4x, ou seja, I =1µ/4 = 0,25µA  V = 0,25µ x 1M = 0,25V Figura E3.9 Microeletrônica – Quinta Edição Sedra/Smith

27 3.3.1 A Análise pelo Modelo Exponencial
Diodo Real 3.3.1 A Análise pelo Modelo Exponencial Figura 3.10 Um circuito simples com diodo utilizado para ilustrar a análise de circuitos nos quais o diodo esteja conduzindo diretamente (região de polarização direta). Aplicando a lei das malhas: sedr42021_0310.jpg Microeletrônica – Quinta Edição Sedra/Smith

28 A Análise pelo Modelo Exponencial
Diodo Real A Análise pelo Modelo Exponencial Exemplo 3.4: Determine os valores da corrente ID e da tensão VD para o circuito abaixo com VDD = 5 V e R = 1 kW. Suponha que a corrente do diodo é de 1 mA para uma tensão de 0,7 V, e que a queda de tensão varia de 0,1 V para cada década de variação na corrente. sedr42021_0310.jpg Microeletrônica – Quinta Edição Sedra/Smith

29 Diodo Real Exemplo 3.4: A solução tem que ser iterativa!!!
Para I = 1mA, VD1 = 0,7V: Para I = 4,3mA, qual o novo VD2? Lembre-se que: e, neste exercício 2,3nVT = 0,1V!!! sedr42021_0309.jpg Microeletrônica – Quinta Edição Sedra/Smith

30 Diodo Real 3.3.2 A Análise Gráfica 3 1 2
sedr42021_0310.jpg Figura 3.11 Análise gráfica do circuito na Figura 3.10 empregando o modelo exponencial para o diodo. Microeletrônica – Quinta Edição Sedra/Smith

31 3.3.5 A Análise por Modelos Linearizados para o regime CC (Diodo Real)
Nosso problema advém da equação do diodo ser não linear. E se conseguirmos linearizá-la? sedr42021_0310.jpg Microeletrônica – Quinta Edição Sedra/Smith

32 3.3.5 A Análise por Modelos Linearizados (CC)
Diodo Real 3.3.5 A Análise por Modelos Linearizados (CC) Aproximação da Curva Característica por Retas Até VD0 (reta A), diodo aberto Após VD0 (reta B), segmento de reta com inclinação 1/rD Como criar um modelo? sedr42021_0312.jpg Figura 3.12 O modelo empregando segmentos lineares: Aproximando a característica direta do diodo por duas linhas retas Microeletrônica – Quinta Edição Sedra/Smith

33 A Análise por Modelos Linearizados (CC)
Diodo Real A Análise por Modelos Linearizados (CC) O Modelo com VD0 e rD VD sedr42021_0312.jpg Figura 3.13 Modelo de segmentos lineares da característica direta do diodo e a representação do circuito equivalente. Microeletrônica – Quinta Edição Sedra/Smith

34 Temos que descobrir um VD0 e um rD!!!
Exemplo 3.5: Repita o exemplo 3.4: Determine os valores da corrente ID e da tensão VD para o circuito abaixo. Suponha que a corrente do diodo é de 1 mA para uma tensão de 0,7 V, e que a queda de tensão varia de 0,1 V/década de corrente. Temos que descobrir um VD0 e um rD!!! Da Figura 3.12, pode-se obter: sedr42021_0314.jpg =0,689V =11W Microeletrônica – Quinta Edição Sedra/Smith

35 Solução exata: ID = 4,28mA e VD =0,762V
Exemplo 3.4 de novo!: 1kW 1kW 0,689V 5V 5V 11W sedr42021_0314.jpg Solução exata: ID = 4,28mA e VD =0,762V Microeletrônica – Quinta Edição Sedra/Smith

36 Alguma crítica??? Microeletrônica – Quinta Edição Sedra/Smith

37 Ex. 3.4 de novo!: Vamos ver como o livro determinou VD0 e rD.
“1 mA para uma tensão de 0,7 V, e queda de tensão de 0,1 V para cada década”... sedr42021_0314.jpg Microeletrônica – Quinta Edição Sedra/Smith

38 Ex. 3.4 de novo!: Vamos ver como o livro determinou VD0 e rD.
“1 mA para uma tensão de 0,7 V, e queda de tensão de 0,1 V para cada década”... 0,1V/dec rD = 10W sedr42021_0314.jpg Microeletrônica – Quinta Edição Sedra/Smith

39 VD0 = 0,69V VD0 = 0,71V ID = 4,27mA e VD =0,733V ID = 4,25mA e
0,1V/dec 0,1V/dec rD = 10W 0,1V/dec rD = 10W 0,1V/dec sedr42021_0314.jpg VD0 = 0,69V VD0 = 0,71V ID = 4,27mA e VD =0,733V ID = 4,25mA e VD =0,752V Microeletrônica – Quinta Edição Sedra/Smith

40 Será então que não exageramos na dose?
Resumindo Exata Livro Ref em 1mA Ref em 4mA VD 0,762V 0,735V (-4%) 0,733V (-4%) 0,752V (-2%) ID 4,28mA 4,26mA (-1%) 4,27mA (-1%) 4,25mA (-1%) sedr42021_0314.jpg Em engenharia, erros menores que 10% são aceitáves e melhores que 5% são muito bons! Será então que não exageramos na dose? Microeletrônica – Quinta Edição Sedra/Smith

41 Talvez buscar um modelo até mais simples...
O Modelo só com VD sedr42021_0315.jpg Microeletrônica – Quinta Edição Sedra/Smith

42 O Modelo só com VD Assumimos VD =0,7V sedr42021_0316a.jpg
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43 Exemplo 3.4 de novo!: 1kW 5V sedr42021_0316a.jpg
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44 Modelo Diodo Ideal (Chave aberta, chave fechada):
Exemplo 3.4 de novo!: Resumindo Exata Livro Ref em 4mA Modelo só VD VD 0,762V 0,735V (-4%) 0,752V (-2%) 0,7V (-8%) ID 4,28mA 4,26mA (-1%) 4,25mA (-1%) 4,3mA (+1%) sedr42021_0316a.jpg Modelo Diodo Ideal (Chave aberta, chave fechada): VD = 0; ID = 5mA (17%) Microeletrônica – Quinta Edição Sedra/Smith

45 Exercício 3. 12 Projete o circuito da Figura E3
Exercício 3.12 Projete o circuito da Figura E3.12 para proporcionar uma tensão de saída de 2,4 V. Suponha que os diodos disponíveis tenham 0,7 V de queda com uma corrente de 1 mA e que DV = 0,1 V/década de variação na corrente. sedr42021_e0312.jpg Microeletrônica – Quinta Edição Sedra/Smith

46 descobrir descobrir Fazer os exercícios 3.11 e 3.13!
sedr42021_e0312.jpg Microeletrônica – Quinta Edição Sedra/Smith

47 REOF. ELETRÔNICA I (PSI3321) 2o. Semestre de 2016
 Livro Texto: Sedra&Smith, K.C. Microeletrônica. Pearson, 2007, (tradução da 5a. Ed. em inglês). Aula Matéria da Primeira Prova Capítulo/página 1ª 02/08 Introdução, O primeiro Amp Op Comercial. Encapsulamento do Amp Op, O Amp Op ideal, Análise de circuitos com Amp Ops ideais. Exemplo 2.2 Cap. 2 p 2ª 04/08 Somador, Configuração não inversora, seguidor, amplificador de diferenças. Exercício 2.15 Sedra, Cap. 2 p 3ª 09/08 Amplificador de instrumentação, Funcionamento dos Amp Ops Não-Ideais. Exemplo 2.3 e 2.4 p 4ª 11/08 Operação dos Amp Ops em grande excursão de sinal, imperfeições cc, circuitos integrador e diferenciador. Exemplo 2.6. p 5ª 16/08 Diodo ideal, características do diodo real, equação de corrente do diodo, exercícios. Sedra, Cap. 3 p 6ª 18/08 Análise gráfica (reta de carga), modelos simplificados de diodos, exercícios p 7ª 23/08 Modelo para pequenos sinais, modelos de circuitos equivalentes para pequenas variações (próximas do ponto quiescente), exercícios (exemplos 3.6 e 3.7) p 8ª 25/08 Operação na região de ruptura reversa, diodo zener, Projeto de um regulador Zener, exercícios (exemplo 3.8) p 9ª 30/08 Aula de Exercícios 1a. Semana de provas (29/08 a 02/09/2016) Data: 01/09/2016 (quinta feira) – Horário: 7:30h Semana da Pátria (05/09 a 09/09/2016)

48 7ª Aula: O Diodo Real e o Modelo para Pequenos Sinais
Ao final desta aula você deverá estar apto a: Explicar e utilizar a notação empregada em eletrônica para diferenciar sinais constantes e sinais variáveis no tempo. Diferenciar resistências reais, resistências para modelagem em CC e resistências para modelagem em CA (incrementais) Selecionar modelos CC ou CA para realizar análises em circuitos com diodos em função do tipo de problema Calcular resistências e outros parâmetros para modelagem CC e para modelagem CA Descrever o procedimento para cálculo de grandezas CC e CA em circuitos com diodos Calcular tensões e correntes tanto CC como CA em circuitos com diodos sedr42021_0307.jpg Microeletrônica – Quinta Edição Sedra/Smith

49 Vamos inserir uma Variação CA na Entrada (um Pequeno Sinal)
iD Id id iD ID sedr42021_0317a.jpg Microeletrônica – Quinta Edição Sedra/Smith

50 Vamos inserir um Pequeno Sinal na entrada
sedr42021_0317a.jpg Microeletrônica – Quinta Edição Sedra/Smith

51 Que modelo utilizar para pequenos sinais?
Qual modelo utilizar? Modelo chave aberta, chave fechada (diodo ideal)? Modelo VD constante = 0,7V? Modelo de resistência rD + VD0? sedr42021_0317a.jpg Microeletrônica – Quinta Edição Sedra/Smith

52 Pequenos sinais (CA) Tentando utilizar o modelo rD + VD0
Modelo de resistência rD + VD0 sedr42021_0317a.jpg Microeletrônica – Quinta Edição Sedra/Smith

53 Pequenos sinais (CA) O ideal é a tangente ao ponto!!!
sedr42021_0317a.jpg Microeletrônica – Quinta Edição Sedra/Smith

54 Pequenos sinais (CA) A tangente ao ponto: uma análise matemática
Qual a tangente à expressão?   sedr42021_0317a.jpg Microeletrônica – Quinta Edição Sedra/Smith

55 Pequenos sinais (CA) A tangente ao ponto: uma análise matemática
Qual a tangente (primeira derivada) da expressão? Representar a expressão por uma soma infinita de termos calculados como as derivadas em um determinado ponto (Série de Taylor): sedr42021_0317a.jpg Microeletrônica – Quinta Edição Sedra/Smith

56 Pequenos sinais (CA) A tangente ao ponto: uma análise matemática
Se podemos fazer uma boa aproximação considerando apenas os dois primeiros termos: sedr42021_0317a.jpg Microeletrônica – Quinta Edição Sedra/Smith

57 Pequenos sinais (CA) A tangente ao ponto: uma análise matemática
Como iD(t) = ID + id(t), por inspeção: sedr42021_0317a.jpg Microeletrônica – Quinta Edição Sedra/Smith

58 Exemplo 3.6: Considere o circuito abaixo, alimentado por uma fonte V+ constituída por um sinal CC de 10V sobre o qual aplica-se um sinal senoidal de 60Hz com 1Vp de amplitude. Calcule a tensão CC sobre o diodo e a amplitude do sinal senoidal sobre ele. Assuma que o diodo tem uma queda de tensão de 0,7V em 1mA e n=2. sedr42021_0318a.jpg Microeletrônica – Quinta Edição Sedra/Smith

59 Exemplo 3.6: Considere o circuito abaixo, alimentado por uma fonte V+ constituída por um sinal CC de 10V sobre o qual aplica-se um sinal senoidal de 60Hz com 1Vp de amplitude. Calcule a tensão CC sobre o diodo e a amplitude do sinal senoidal sobre ele. Assuma que o diodo tem uma queda de tensão de 0,7V em 1mA e n=2. sedr42021_0318a.jpg Microeletrônica – Quinta Edição Sedra/Smith

60 Exemplo 3.6: Considere o circuito abaixo, alimentado por uma fonte V+ constituída por um sinal CC de 10V sobre o qual aplica-se um sinal senoidal de 60Hz com 1Vp de amplitude. Calcule a tensão CC sobre o diodo e a amplitude do sinal senoidal sobre ele. Assuma que o diodo tem uma queda de tensão de 0,7V em 1mA e n=2. sedr42021_0318a.jpg Microeletrônica – Quinta Edição Sedra/Smith

61 Exemplo 3.6: Considere o circuito abaixo, alimentado por uma fonte V+ constituída por um sinal CC de 10V sobre o qual aplica-se um sinal senoidal de 60Hz com 1Vp de amplitude. Calcule a tensão CC sobre o diodo e a amplitude do sinal senoidal sobre ele. Assuma que o diodo tem uma queda de tensão de 0,7V em 1mA e n=2. sedr42021_0318a.jpg Microeletrônica – Quinta Edição Sedra/Smith

62 Relembrando Exemplo 3.6: Considere o circuito abaixo, alimentado por uma fonte V+ constituída por um sinal CC de 10V sobre o qual aplica-se um sinal senoidal de 60Hz com 1Vp de amplitude. Calcule a tensão CC sobre o diodo e a amplitude do sinal senoidal sobre ele. Assuma que o diodo tem uma queda de tensão de 0,7V em 1mA e n=2. sedr42021_0318a.jpg Microeletrônica – Quinta Edição Sedra/Smith

63 Relebrando Exemplo 3.6: Passos: Resolver a parte CC
Modelo diodo ideal (aberto/fechado) Modelo bateria Modelo bateria+rD Resolver a parte CA Modelo para pequenos sinais sedr42021_0318a.jpg Microeletrônica – Quinta Edição Sedra/Smith

64 Exemplo 3. 7: No circuito abaixo temos cerca de 2,1V na saída (n=2)
Exemplo 3.7: No circuito abaixo temos cerca de 2,1V na saída (n=2). Queremos saber qual a variação percentual de tensão na saída quando temos: (a) 10% de variação na tensão de entrada (b) Quando acoplamos uma carga na saída (mantendo a tensão de entrada em 10V fixos) sedr42021_0319.jpg Microeletrônica – Quinta Edição Sedra/Smith

65 (a) (b) (a) 10% de variação na tensão de entrada
Exemplo 3.7: (a) 10% de variação na tensão de entrada (b) Quando acoplamos uma carga na saída (mantendo a tensão de entrada em 10V fixos) 2,1V (a) (b) sedr42021_0318a.jpg 2,1V Microeletrônica – Quinta Edição Sedra/Smith

66 (a)-20mV (b) -10mV (c)-5mV (d)+5mV (e)+10mV (f)+20mV
Exercício 3.15: Considere um diodo com n=2 polarizado em 1mA. Determine a variação na corrente quando variamos a tensão de (a)-20mV (b) -10mV (c)-5mV (d)+5mV (e)+10mV (f)+20mV Faça esse cálculo (i) usando o modelo para pequenos sinais (ii) a lei do diodo análise CA vd -20m -10m -5m +5m +10m +20m id (i) -0,40m -0,20m -0,10m +0,10m +0,20m +0,40m id (ii) -0,330m -0,182m -0,095m +0,105m +0,222m +0,493m e % +21% +9,9% +5,3% -4,8% -9,9% -18,9% sedr42021_0319.jpg Microeletrônica – Quinta Edição Sedra/Smith

67 Exercício 3.16: Projete o circuito abaixo para que VO = 3V quando IL = 0 e que VO mude de 40mV por 1 mA de corrente de carga. sedr42021_e0316.jpg Microeletrônica – Quinta Edição Sedra/Smith

68 Resumo de Modelos (Tabela 3.1)
Lei do Diodo MODELOS CC (Exponencial) Ideal Bateria Bat+Res sedr42021_tb0301.jpg Microeletrônica – Quinta Edição Sedra/Smith

69 Resumo de Modelos (Tabela 3.1)
Lei do Diodo MODELOS CC (Exponencial) Ideal sedr42021_tb0301.jpg Microeletrônica – Quinta Edição Sedra/Smith

70 Resumo de Modelos (Tabela 3.1)
Bateria Bat+Res < sedr42021_tb0301.jpg Microeletrônica – Quinta Edição Sedra/Smith

71 (Exponencial) Pequenos Sinais
Resumo de Modelos Lei do Diodo MODELO CA (Exponencial) Pequenos Sinais sedr42021_tb0307.jpg Microeletrônica – Quinta Edição Sedra/Smith

72 REOF. ELETRÔNICA I (PSI3321) 2o. Semestre de 2016
 Livro Texto: Sedra&Smith, K.C. Microeletrônica. Pearson, 2007, (tradução da 5a. Ed. em inglês). Aula Matéria da Primeira Prova Capítulo/página 1ª 02/08 Introdução, O primeiro Amp Op Comercial. Encapsulamento do Amp Op, O Amp Op ideal, Análise de circuitos com Amp Ops ideais. Exemplo 2.2 Cap. 2 p 2ª 04/08 Somador, Configuração não inversora, seguidor, amplificador de diferenças. Exercício 2.15 Sedra, Cap. 2 p 3ª 09/08 Amplificador de instrumentação, Funcionamento dos Amp Ops Não-Ideais. Exemplo 2.3 e 2.4 p 4ª 11/08 Operação dos Amp Ops em grande excursão de sinal, imperfeições cc, circuitos integrador e diferenciador. Exemplo 2.6. p 5ª 16/08 Diodo ideal, características do diodo real, equação de corrente do diodo, exercícios. Sedra, Cap. 3 p 6ª 18/08 Análise gráfica (reta de carga), modelos simplificados de diodos, exercícios p 7ª 23/08 Modelo para pequenos sinais, modelos de circuitos equivalentes para pequenas variações (próximas do ponto quiescente), exercícios (exemplos 3.6 e 3.7) p 8ª 25/08 Operação na região de ruptura reversa, diodo zener, Projeto de um regulador Zener, exercícios (exemplo 3.8) p 9ª 30/08 Aula de Exercícios 1a. Semana de provas (29/08 a 02/09/2016) Data: 01/09/2016 (quinta feira) – Horário: 7:30h Semana da Pátria (05/09 a 09/09/2016)

73 8ª Aula: O Modelo para Pequenos Sinais
O Diodo real na região de ruptura reversa Ao final desta aula você deverá estar apto a: Avaliar se o modelo para pequenos sinais pode ser empregado para analisar a resposta CA de um deterrminado circuito Explicar e obter os parâmetros de um modelo CC/CA para diodos zener Explicar as diferenças entre os modelos para diodos, tanto da região de polarização direta quanto na região de polarização reversa Calcular tensões e correntes em circuitos CC/CA com diodos zener Empregar diodos zener em circuitos reguladores de tensão sedr42021_0307.jpg Microeletrônica – Quinta Edição Sedra/Smith

74 A Região de Ruptura Reversa
3.4 Operação na região de ruptura reversa, os diodos zener - Diodo Real A Região de Ruptura Reversa sedr42021_0308.jpg Microeletrônica – Quinta Edição Sedra/Smith

75 A região de Ruptura Reversa
Construindo um modelo sedr42021_0321.jpg Microeletrônica – Quinta Edição Sedra/Smith

76 A região de Ruptura Reversa Construindo um modelo para o Diodo Zener
sedr42021_0322.jpg Microeletrônica – Quinta Edição Sedra/Smith

77 A região de Ruptura Reversa Uma Família de Diodos Zener Reais
sedr42021_0322.jpg Microeletrônica – Quinta Edição Sedra/Smith

78 A região de Ruptura Reversa Uma Família de Diodos Zener Reais
sedr42021_0322.jpg Microeletrônica – Quinta Edição Sedra/Smith

79 A região de Ruptura Reversa Construindo um modelo para o Diodo Zener
sedr42021_0322.jpg O efeito da temperatura:  Vz < 5V o coeficiente de temperatura é negativo  Vz > 5V o coeficiente de temperatura é positivo Microeletrônica – Quinta Edição Sedra/Smith

80 Exemplo 3.8: O diodo zener do circuito abaixo é especificado para rz =20W e IZK = 0,2mA. Veja que V+ tem uma variação. (a) Determine a tensão de saída sem carga; (b) Determine a regulação de linha para a variação de +- 1V na entrada; (c) Qual a variação na tensão de saída quando se coloca uma carga que drena 1mA? Isso é chamado Regulação de Carga. (d) Qual a variação na tensão de saída para uma carga de 2kW; (e) Qual a variação na tensão de saída para uma carga de 0,5kW; (f) Qual o valor mínimo de carga para o circuito operar corretamente? sedr42021_0323a.jpg Microeletrônica – Quinta Edição Sedra/Smith

81 Exemplo 3.8: O diodo zener do circuito abaixo é especificado para rz =20W e IZK = 0,2mA. Veja que V+ tem uma variação. sedr42021_0323a.jpg Microeletrônica – Quinta Edição Sedra/Smith

82 Exemplo 3.8: 6,8V@5mA, rz =20W e IZK = 0,2mA.
VO? (sem carga) 10V (b) Variação em VO para uma variação de ± 1V na entrada; (regulação de linha) 10±1V 500Ω sedr42021_0323a.jpg 1V 20Ω Microeletrônica – Quinta Edição Sedra/Smith

83 Exemplo 3.8: 6,8V@5mA, rz =20W e IZK = 0,2mA.
(c) Qual a variação na tensão de saída quando se coloca uma carga que drena 1mA? Considere que VZ não varia. 10V 1mA 1mA (d) Qual a variação na tensão de saída para uma carga de 2kW; Considere que VZ não varia. sedr42021_0323a.jpg 2kW Microeletrônica – Quinta Edição Sedra/Smith

84 Exemplo 3.8: 6,8V@5mA, rz =20W e IZK = 0,2mA.
(e) Qual a variação na tensão de saída para uma carga de 0,5kW; Considere V+ = 10V. ~6,827V (em aberto) 10V 0,5kW 0,5kW 0,5kW (f) Qual o valor mínimo de carga para o circuito operar corretamente? Considere V+ = 10±1V. 10±1V sedr42021_0323a.jpg IZmin=0,2mA Microeletrônica – Quinta Edição Sedra/Smith