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Universidade Federal do Vale do São Francisco - UNIVASF Colegiado de Engenharia da Computação – CECOMP Diodos – Parte III Jadsonlee da Silva Sá

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1 Universidade Federal do Vale do São Francisco - UNIVASF Colegiado de Engenharia da Computação – CECOMP Diodos – Parte III Jadsonlee da Silva Sá

2 Universidade Federal do Vale do São Francisco - UNIVASF Colegiado de Engenharia da Computação – CECOMP Modelos Matemáticos – Região Direta Modelo para Pequenos Sinais. –Utilizado em aplicações onde o diodo é polarizado para operar em um ponto sobre i-v com um pequeno sinal ca sobreposto aos valores cc. –Exemplo: fontes de alimentação com imperfeições no projeto - ripple.

3 Universidade Federal do Vale do São Francisco - UNIVASF Colegiado de Engenharia da Computação – CECOMP Modelos Matemáticos – Região Direta Modelo para Pequenos Sinais. –Considere o circuito abaixo.

4 Universidade Federal do Vale do São Francisco - UNIVASF Colegiado de Engenharia da Computação – CECOMP Modelos Matemáticos – Região Direta Modelo para Pequenos Sinais. –Na ausência de v d (t), a tensão no diodo - v D (t) é igual a V D, e a corrente de condução será I D. –Na presença de v d (t), a tensão e a corrente total instantânea no diodo são dadas por,

5 Universidade Federal do Vale do São Francisco - UNIVASF Colegiado de Engenharia da Computação – CECOMP Modelos Matemáticos – Região Direta Modelo para Pequenos Sinais. –Substituindo (2) em (3), obtemos –Substituindo (1) em (4), obtemos

6 Universidade Federal do Vale do São Francisco - UNIVASF Colegiado de Engenharia da Computação – CECOMP Modelos Matemáticos – Região Direta Modelo para Pequenos Sinais. –Se a amplitude do sinal v d (t) for mantida suficientemente pequena tal que, –Podemos expandir a Eq. (5) em uma série truncada após os dois primeiros termos obtendo, Aproximação para pequenos sinais.

7 Universidade Federal do Vale do São Francisco - UNIVASF Colegiado de Engenharia da Computação – CECOMP Modelos Matemáticos – Região Direta Modelo para Pequenos Sinais. –Da Eq. (7), temos –Então, superposta a I D, temos um componente de sinal da corrente diretamente proporcional ao sinal de tensão v d. Condutância do diodo para pequenos sinais.

8 Universidade Federal do Vale do São Francisco - UNIVASF Colegiado de Engenharia da Computação – CECOMP Modelos Matemáticos – Região Direta Modelo para Pequenos Sinais. –O inverso da condutância do diodo é chamado de resistência do diodo para pequenos sinais, ou resistência incremental (r d ).

9 Universidade Federal do Vale do São Francisco - UNIVASF Colegiado de Engenharia da Computação – CECOMP Modelos Matemáticos – Região Direta Modelo para Pequenos Sinais. Aproximação para pequenos sinais – A amplitude de v d (t) é suficientemente pequena - A excursão ao longo da curva i-v é limitada a um pequeno segmento, quase linear. A inclinação desse segmento – reta tangente à curva i-v no ponto de operação Q – é igual a condutância.

10 Universidade Federal do Vale do São Francisco - UNIVASF Colegiado de Engenharia da Computação – CECOMP Modelos Matemáticos – Região Direta Modelo para Pequenos Sinais. –Conclusão: superpostos a V D e I D, ponto de operação cc, teremos v d (t) e i d (t), que estão relacionados com a resistência para pequenos sinais r d determinada pelo ponto de operação. –As análises de pequenos sinais e de polarização podem ser realizadas separadamente.

11 Universidade Federal do Vale do São Francisco - UNIVASF Colegiado de Engenharia da Computação – CECOMP Modelos Matemáticos – Região Direta Modelo para Pequenos Sinais. –Procedimento: 1.Realizar a análise cc usando algum dos modelos. 2.Obter o circuito para pequenos sinais – Elimina todas as fontes cc e substitui o diodo por sua resistência incremental.

12 Universidade Federal do Vale do São Francisco - UNIVASF Colegiado de Engenharia da Computação – CECOMP Modelos Matemáticos – Região Direta Exemplo - Modelo para Pequenos Sinais. –Considere o circuito onde R = 10 kΩ e V + tem um valor cc de 10 V e uma senóide sobreposta de 60 Hz com 1 V de pico. Determine o valor de tensão do sinal senoidal sobre o diodo. Suponha que o diodo tem 0,7 V de queda e n=2.

13 Universidade Federal do Vale do São Francisco - UNIVASF Colegiado de Engenharia da Computação – CECOMP Modelos Matemáticos – Região Direta Exemplo - Modelo para Pequenos Sinais. –A tensão pico a pico do sinal sobre o diodo é obtida do circuito equivalente para pequenos sinais.

14 Universidade Federal do Vale do São Francisco - UNIVASF Colegiado de Engenharia da Computação – CECOMP Modelos Matemáticos – Região Direta Uso da Queda de Tensão Direta no Diodo para Regulação de Tensão. –Aplicação do modelo do diodo para pequenos sinais. –Regulador de tensão  Circuito utilizado para manter uma tensão cc constante em seus terminais de saída, independentemente de, Variações na tensão cc da fonte de alimentação que alimenta o circuito regulador. Variações na corrente da carga drenada dos terminais de saída do regulador.

15 Universidade Federal do Vale do São Francisco - UNIVASF Colegiado de Engenharia da Computação – CECOMP Modelos Matemáticos – Região Direta Uso da Queda de Tensão Direta no Diodo para Regulação de Tensão. –Diodo diretamente polarizado. –Queda de tensão direta do diodo ≈ 0,7 V. –Corrente varia através dele em quantidades relativamente altas. –Regulador de tensão simples. –Podemos regular tensões acima de 0,7 V conectando diodos em série.

16 Universidade Federal do Vale do São Francisco - UNIVASF Colegiado de Engenharia da Computação – CECOMP Modelos Matemáticos – Região Direta Exemplo - Regulação de Tensão. –Calcule a variação no regulador de tensão abaixo provocada por uma variação de ± 10% da tensão da fonte, e pela conexão de uma carga de 1 KΩ. Suponha n=2.

17 Universidade Federal do Vale do São Francisco - UNIVASF Colegiado de Engenharia da Computação – CECOMP Modelos Matemáticos – Região Direta Exemplo - Regulação de Tensão. –SEM CARGA. –Para uma variação de ±1 V na tensão da fonte, haverá uma variação correspondente na saída de ±18,5 mV.

18 Universidade Federal do Vale do São Francisco - UNIVASF Colegiado de Engenharia da Computação – CECOMP Modelos Matemáticos – Região Direta Exemplo - Regulação de Tensão. –COM CARGA. –A corrente nos diodos decresce de 2,1 mA, resultando num decréscimo de tensão sobre os diodos de –E sobre cada diodo uma tensão de 13,2 mV.

19 Universidade Federal do Vale do São Francisco - UNIVASF Colegiado de Engenharia da Computação – CECOMP Modelos Matemáticos – Região Direta

20 Universidade Federal do Vale do São Francisco - UNIVASF Colegiado de Engenharia da Computação – CECOMP Exercício 1 Determine I, V 1, V 2 e V 0. Utilize o modelo de queda de tensão constante.

21 Universidade Federal do Vale do São Francisco - UNIVASF Colegiado de Engenharia da Computação – CECOMP Exercício 2 Determine V 0, I 1, I D1 e I D2. Utilize o modelo de queda de tensão constante.

22 Universidade Federal do Vale do São Francisco - UNIVASF Colegiado de Engenharia da Computação – CECOMP Exercício 3 Determine I. Utilize o modelo de queda de tensão constante.

23 Universidade Federal do Vale do São Francisco - UNIVASF Colegiado de Engenharia da Computação – CECOMP Exercício 4 Determine o valor de I. Utilize o modelo de queda de tensão constante.

24 Universidade Federal do Vale do São Francisco - UNIVASF Colegiado de Engenharia da Computação – CECOMP Diodo Zener

25 Universidade Federal do Vale do São Francisco - UNIVASF Colegiado de Engenharia da Computação – CECOMP Operação Região de Ruptura Inversa – Diodo Zener Diodos operando na região de ruptura podem ser usados no projeto de reguladores de tensão. Diodos Zeners.

26 Universidade Federal do Vale do São Francisco - UNIVASF Colegiado de Engenharia da Computação – CECOMP Operação Região de Ruptura Inversa – Diodo Zener Especificando e Modelando o Diodo Zener. Para correntes acima de |I ZK |, a curva i-v é quase uma reta. Corrente de joelho Quando a corrente que circula pelo Zener é igual a |I ZT |, a variação de tensão é pouca. Resistência dinâmica no ponto Q

27 Universidade Federal do Vale do São Francisco - UNIVASF Colegiado de Engenharia da Computação – CECOMP Operação Região de Ruptura Inversa – Diodo Zener Especificando e Modelando o Diodo Zener. –A característica quase linear da curva i-v do Zener implica no seguinte modelo.

28 Universidade Federal do Vale do São Francisco - UNIVASF Colegiado de Engenharia da Computação – CECOMP Operação Região de Ruptura Inversa – Diodo Zener Exemplo: o Zener foi especificado para ter V Z = 6,8V, I Z = 5 mA, r z = 20 Ω e I ZK = 0,2 mA. a)Calcule V O sem carga considerando V + nominal.

29 Universidade Federal do Vale do São Francisco - UNIVASF Colegiado de Engenharia da Computação – CECOMP Operação Região de Ruptura Inversa – Diodo Zener Exemplo. b)Calcule a variação em V O resultante da variação de ± 1 V em V +. ∆V O /∆V + chamado de regulação de linha. Divisor de tensão.

30 Universidade Federal do Vale do São Francisco - UNIVASF Colegiado de Engenharia da Computação – CECOMP Operação Região de Ruptura Inversa – Diodo Zener Exemplo. c)Calcule a variação em V O resultante da conexão de uma carga R L que consome uma I L = 1 mA e determine a regulação de carga (∆V O /∆ I L ). A corrente no Zener diminuirá de 1 mA. Então, teremos Regulação da carga será

31 Universidade Federal do Vale do São Francisco - UNIVASF Colegiado de Engenharia da Computação – CECOMP Operação Região de Ruptura Inversa – Diodo Zener Exemplo. d)Calcule a variação em V O quando R L =2 KΩ. A corrente na carga será Então, a variação na corrente do Zener será de -3,4 mA e a variação na tensão de

32 Universidade Federal do Vale do São Francisco - UNIVASF Colegiado de Engenharia da Computação – CECOMP Operação Região de Ruptura Inversa – Diodo Zener Exemplo. e)Calcule a variação em V O quando R L =0,5 KΩ. A corrente na carga será Veja que isso não é possível, pois I que circula por R é 6,4 mA para V + = 10 V. O diodo não está na região de ruptura.

33 Universidade Federal do Vale do São Francisco - UNIVASF Colegiado de Engenharia da Computação – CECOMP Operação Região de Ruptura Inversa – Diodo Zener Exemplo. f)Qual o valor mínimo de R L com o qual o diodo continua operando na região de ruptura? Para o Zener operar na região de ruptura, I Z = I ZK = 0,2 mA e V Z ≈ V ZK ≈ 6,7 V. Nesse ponto, a menor corrente fornecida a R será


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