USOS DA JUNÇÃO PN.

Apresentação em tema: "USOS DA JUNÇÃO PN."— Transcrição da apresentação:

1 USOS DA JUNÇÃO PN

2 1 - JUNÇÃO PN COMO RETIFICADORA
A função básica do diodo retificador é deixar a corrente passar em um sentido e bloquear a corrente no sentido contrário, como se fosse uma rua de mão única. Por isso ele é muito utilizado em fontes de alimentação, transformando energia alternada (AC) em energia contínua (DC). A junção PN usada como retificadora pode apresentar encapsulamentos variados dependendo dos valores de tensão e corrente permitidos no mesmo, conforme figuras anexas.

3 CARACTERISTICA ELÉTRICA DO DIODO RETIFICADOR
O diodo funciona como uma chave de acionamento automático (fechada quando o diodo está diretamente polarizado e aberta quando o diodo está inversamente polarizado). Assim, uma fonte de tensão de 10 V, polarizando diretamente um diodo em série com uma resistência, faz com que haja uma queda de tensão de 9,3 V na resistência, pois 0,7 V ficam no diodo. Na polarização inversa, acontece o seguinte: o diodo faz papel de uma chave aberta, já que não circula corrente, não haverá tensão no resistor, a tensão fica toda retida no diodo, ou seja, nos terminais do diodo há uma tensão de 10 V. Com polarização direta o diodo opera na parte a direita de sua curva característica e com polarização reversa opera na parte esquerda da mesma.

4 2 - JUNÇÃO PN COMO REGULADORA DE TENSÃO - DIODO ZENER
O diodo Zener difere do diodo convencional pelo fato de receber uma dopagem (tipo N ou P) maior, o que provoca a aproximação da curva na região de avalanche ao eixo vertical. Isto reduz consideravelmente a tensão de ruptura . No diodo Zener ao atingir uma tensão chamada de Zener , o dispositivo passa a permitir a passagem de correntes bem maiores que a de saturação inversa, mantendo constante a tensão entre os seus terminais. Cada diodo Zener possui uma tensão de Zener específica como, por exemplo, 5,1 Volts, 6,3 Volts, 9,1 Volts, 12 Volts e 24 Volts. Os diodos Zener são frequentemente usados como reguladores de tensão.

5 3 - JUNÇÃO PN COMO EMISSORA DE LUZ - LED
Nas junções P-N polarizadas diretamente ocorrem , próximo à junção, recombinações de lacunas e elétrons. Essas recombinações exigem que a energia possuída pelos elétrons, que até então eram livres, seja liberada, o que ocorre na forma de calor ou fótons de luz  Como a recombinação ocorre mais facilmente no nível de energia mais próximo da banda de condução, pode-se escolher adequadamente as impurezas para a confecção dos LEDs, de modo a exibirem bandas adequadas para a emissão da cor de luz desejada (comprimento de onda específico)

6 4 - JUNÇÃO PN SENSÍVEL À LUZ – FOTO DIODO
Uma junção PN pode emitir luz sob ação de uma corrente elétrica (díodo LED). E o processo inverso também é possível, ou seja, a luz pode gerar uma corrente elétrica em uma junção PN. É basicamente um diodo de junção com características construtivas para direcionar a incidência de luz para a camada P. Esta, por sua vez, é bastante fina e sua espessura tem relação com o comprimento de onda da luz a detectar. A curva característica de um foto-diodo nos mostra que a corrente no sentido inverso modifica-se com a incidência de luz. Nesse componente, quando um fóton atinge um átomo da região intrínseca, ele libera um elétron formando assim um par elétron-lacuna que migram em direções opostas produzindo uma corrente.

7 5 - CAPACITANCIA DA JUNÇÃO PN - VARICAP
Varicap, diodo varicap, é um tipo de diodo que possui uma capacitância variável que é função da tensão à qual ele é submetido. Quando reversamente polarizados, os diodos apresentam em sua junção uma capacitância que é devida à presença de portadores de carga separados por uma camada isolante(Região de Carga Espacial) . Ao submetermos este diodo a uma determinada tensão variamos a separação destes portares que funcionam assim como um capacitor de placas variáveis. Os varicaps , são construídos de forma a se utilizar desse efeito para conseguir uma capacitância controlada assim tendo uma capacitância controlada pela tensão. Aparelhos de televisão possuem um seletor de canais automático que contém "diodos varicap's" com a função de sintonizar as frequências dos canais recebidos em consequência da variação de tensão em seus catodos (polarização reversa), acarretando mudança de capacitância internamente nestes diodos.

8 6 - RETIFICADOR CONTROLADO DE SILICIO - SCR
SCR (do inglês Silicon Controlled Rectifier - Retificador Controlado de Silício) é um componente eletrônico semicondutor de quatro camadas da família dos tiristores. Composto, geralmente, por três terminais, dois dos quais denominados anodo (A) e catodo (K), formam um diodo bipolar, e no terceiro terminal, denominado gatilho (G), se aplica um pulso que provoca o "disparo" do dispositivo. Para a manutenção do estado de condução do SCR é necessária uma corrente mínima. Depois de disparado, o SCR continua em condução até que sua corrente se torne menor do que a corrente de manutenção, ocasionando seu desligamento.

9 CIRCUITOS RETIFICADORES
A tensão fornecida pela concessionária de energia elétrica é alternada ao passo que os dispositivos eletrônicos, motores de corrente contínua e processos eletroquímicos operam com tensão contínua. Então é necessário retificá-la , converte-la de AC para DC. Isto é feito através dos circuitos retificadores que convertem corrente alternada em corrente contínua. Neste curso apresentaremos os retificadores monofásicos para uso em aparelhos eletrônicos de um modo geral sendo que os retificadores polifásicos para uso em circuitos industriais de alta potência serão apresentados em disciplinas posteriores. Serão desenvolvidos dois tipos de retificadores monofásicos que são: I – Retificador de meia onda. I – Retificador em ponte (fornece onda completa na saída).

10 CIRCUITO RETIFICADOR MONOFÁSICO DE MEIA ONDA
Esse circuito é formado por: 1 – um transformador cuja função é ajustar o nível da tensão a ser retificada adequando-a ao nível da tensão retificada na carga. 2 – um diodo cuja função é transformar a tensão AC do secundário do transformador em tensão DC para entregar para a carga. 3 – um resistor RL que substitui a carga A tensão do primário e a do secundário são senoidais e a da carga é apenas a metade positiva da senóide

11 OPERAÇÃO DO CIRCUITO Vmed = Vcc = 𝑉𝑝 π = 0,318.Vp
A tensão do secundário que alimenta o retificador é a senóide dada ao lado cuja amplitude depende da relação de espiras do transformador. A tensão de saída na carga é apenas a metade positiva da senóide produzida durante o meio ciclo em que o diodo conduz por estar polarizado diretamente Pelo fato da carga ser DC a potência útil nela desenvolvida deve-se apenas ao valor médio de sua tensão calculado pela expressão abaixo Vmed = Vcc = 1 2π . 0 π 𝑉𝑝.𝑠𝑒𝑛 𝑤𝑡 𝑑 𝑤𝑡 = 1 2π . 𝑉𝑝.[ - cos(wt) ] 0 π Vmed = Vcc = 𝑉𝑝 π = 0,318.Vp Flutuação ou Zumbido : pelo fato da tensão na carga não ser exatamente constante deveremos levar em conta sua variação em torno do valor médio. Dividindo-se o valor rms da flutuação pelo valor médio da tensão na carga obtém-se %zumbido = %z = 121%

12 LIMITAÇÕES DO DIODO E DO TRANSFORMADOR
O diodo a ser usado no circuito estará submetido a uma corrente cujo valor médio é igual ao valor médio da corrente na carga e cujo pico de tensão reversa é igual ao valor de pico da tensão do enrolamento secundário Imed = Io = 𝐼𝑝 π Vrup = Vbk = Vpico do secundário No secundário do transformador teremos Vmed = 𝑉𝑝 π >Vp= π.Vmed>Vrmssec = 2,22.Vcc Irms = Ief = 𝐼𝑝 = 1 2 Vp/Rl>Irmssec = 1,57 . Icc No primário do transformador teremos Vrmspri = Vrede Irmspri= (Vrmssec.Irmssec) /(Vrmspri . ηtrafo

13 CIRCUITO RETIFICADOR MONOFÁSICO EM PONTE
Esse circuito é formado por: 1 – um transformador cuja função é ajustar o nível da tensão a ser retificada adequando-a ao nível da tensão retificada na carga. 2 – quatro diodos cuja função é transformar a tensão AC do secundário do transformador em tensão DC para entregar para a carga. 3 – um resistor RL que substitui a carga A tensão do primário e a do secundário são senoidais e a da carga são duas meias senóides positivas pois a meia senóide negativa do secundário aparece na carga invertida

14 OPERAÇÃO DO CIRCUITO A tensão do secundário que alimenta o retificador é a senóide dada ao lado cuja amplitude depende da relação de espiras do transformador. A tensão de saída na carga é formada por duas meia senóides positivas; uma devida à condução dos diodos D1 e D3 durante o semiciclo em que a tensão AB do secundário é positiva e outra devida à condução dos diodos D2 e D4 durante o semiciclo em que a tensão AB do secundário é negativa. Pelo fato da carga ser DC a potência útil nela desenvolvida deve-se apenas ao valor médio de sua tensão calculado pela expressão abaixo Vmed = Vcc= π . 0 π 𝑉𝑝.𝑠𝑒𝑛 𝑤𝑡 𝑑 𝑤𝑡 = 1 π . 𝑉𝑝.[ - cos(wt) ] 0 π Vmed = Vcc = 2. 𝑉𝑝 π = 0,636.Vp Flutuação ou Zumbido : pelo fato da tensão na carga não ser exatamente constante deveremos levar em conta sua variação em torno do valor médio. Dividindo-se o valor rms da flutuação pelo valor médio da tensão na carga obtém-se %zumbido = %z = 47%

15 LIMITAÇÕES DOS DIODOS E DO TRANSFORMADOR
Os diodos a serem usados no circuito estarão submetidos a uma corrente cujo valor médio é a metade do valor médio da corrente na carga e cujo pico de tensão reversa é igual ao valor de pico da tensão do enrolamento secundário Imed =Io= 𝐼𝑐𝑐 2 = 𝐼𝑝 π Vrup = Vbk = Vpico do secundário No secundário do transformador teremos Vmed= 2. 𝑉𝑝 π >Vp= π 2 .Vmed>Vrmssec = 1,11. Vcc Irms = Ief = 𝐼𝑝 = Vp/Rl>Irmssec = 1,11 . Icc No primário do transformador teremos Vrmspri = Vrede Irmspri= (Vrmssec.Irmssec) /(Vrmspri . ηtrafo

16 FILTROS CAPACITIVOS Os circuitos eletrônicos que operam em DC não suportam flutuações acima de determinados valores. Torna-se necessário diminuir os valores dessa flutuação agregando-se ao circuito retificador um componente que consiga armazenar energia elétrica: capacitores ou indutores, ou ainda circuitos eletrônicos estabilizadores de tensão DC, com diodos Zener.

17 EXERCICIOS 1 – Dimensionar o diodo e os enrolamentos do transformador de um circuito retificador monofásico de meia onda que a partir da rede com 220 Vrms alimenta a CPU de um computador com 12 volts médios e 2 amperes médios. Supor o rendimento do transformador usado igual a 90%. 2 - Dimensionar o diodo e os enrolamentos do transformador de um circuito retificador monofásico em ponte que a partir da rede com 127 Vrms alimenta um circuito amplificador de áudio com 20 volts médios e 5 amperes médios. Supor o rendimento do transformador usado igual a 90%. 3 – Estando o circuito do exercício anterior em operação normal verifica-se que um dos diodos se danifica ficando em aberto . Determinar os novos valores da tensão, da corrente e da potência média supondo constante o valor da resistência equivalente ao circuito amplificador.