A apresentação está carregando. Por favor, espere

A apresentação está carregando. Por favor, espere

O diodo ideal Diodos: elemento de circuito não-linear mais simples e fundamental. símbolo Característica i-v (c) Circuito equivalente na polarização reversa;

Apresentações semelhantes


Apresentação em tema: "O diodo ideal Diodos: elemento de circuito não-linear mais simples e fundamental. símbolo Característica i-v (c) Circuito equivalente na polarização reversa;"— Transcrição da apresentação:

1 O diodo ideal Diodos: elemento de circuito não-linear mais simples e fundamental. símbolo Característica i-v (c) Circuito equivalente na polarização reversa; (d) Circuito equivalente na polarização direta

2 Modelo equivalente: polarização direta e reversa Característica i-v: não-linear Característica i-v ideal: não-linear, mas linear por partes. Terminal positivo: anodo Terminal negativo: catodo. Os dois modos de operação de diodos ideais e o uso de um circuito externo para limitar a corrente direta e a tensão reversa.

3 Uma aplicação simples: o retificador Retificador: pode ser utilizado para gerar um sinal cc a partir de um sinal ca. (b) Valor médio (ou componente cc) nulo. (e) Valor médio (ou componente cc) finito não-nulo. (a) Circuito retificador (c) Circuito equivalente quando v I 0. (d) Circuito equivalente quando v I 0.

4 Exercícios Exercício 3.1: Determine a curva característica de transferência v o v i do circuito da figura anterior item (a). Exercício 3.2: Determine a forma de onda de v D. Exemplo 3.1: A figura abaixo mostra um circuito para o carregamento de uma bateria de 12V. Se v s é um sinal senoidal com 24 V de amplitude máxima, determine a fração de cada ciclo em que o diodo está conduzindo. A seguir, determine o valor de pico da corrente do diodo e a tensão reversa máxima que surge nos terminais do diodo.

5 Exemplo 3.1

6 Exemplo de aplicação: Portas lógicas com diodo Diodos e resistores podem ser utilizados para implementar funções lógicas. Considere um exemplo em lógica positiva: 0V 0 lógico; 5V 1 lógico. Entradas: v A, v B e v c. Que função lógica é realizada por cada circuito?

7 Exemplo: Diodos ideais Assumindo que os diodos são ideais, encontre os valores de I e V nos circuitos da figura abaixo.

8 Exemplo: Diodos ideais (2) Procedimento a ser adotado: (1) assumir um comportamento plausível; (2) proceder com a análise; (3) checar se a solução obtida é plausível. 1 a suposição: D1 e D2 estão conduzindo V B = 0 e V = 0 I D2 = (10 – 0) / 10 k = 1 mA Equação do nó: B: I + 1 mA = (0 – (-10) ) / 5 k I = 1 mA D1 está conduzindo, conforme assumido originalmente, e o resultado final é: I = 1 mA e V = 0V.

9 Exemplo: Diodos ideais (3) Vamos adotar o mesmo procedimento. 1 a suposição: D 1 e D 2 estão conduzindo V B = 0 e V = 0 I D2 = (10 – 0) / 5 k = 2 mA Equação do nó B: I + 2 mA = (0 – (– 10) ) / 10 k I = – 1 mA. Como isto não é possível (por que?), nossa suposição inicial está incorreta. Nova suposição: D 1 está cortado e D 2 está conduzindo. I D2 = (10 – (– 10)) / 15 = 1,33 mA Tensão no nó B: V B = – ,33 = +3,3V D1 está reversamente polarizado, conforme assumido, e o resultado final é I = 0A e V = 3,3V.

10 Exercício 3.4 Determine os valores de I e V nos circuitos a seguir.

11 Características terminais de diodos de junção – característica i v

12 Características terminais de diodos de junção – característica i v (2)

13 Características terminais de diodos de junção – característica i v (3) 3 regiões distintas: 1.A região de polarização direta ( v > 0) 2.A região de polarização reversa ( v < 0) 3.A região de avalanche (breakdown) ( v < - V ZK ) 1- A região de polarização direta: tensão terminal v é positiva. Nesta região, a relação i v pode ser aproximada por:

14 Região de polarização direta I S : corrente de saturação reversa (ou corrente de escala: corrente diretamente proporcional à seção transversal da área do diodo). Para diodos de pequenos sinais (aplicações de baixa potência): I S 10 – 15 A I S : varia fortemente em função da temperatura. ( I S dobra de valor a cada aumento de 5 o C na temperatura, aproximadamente). V T : tensão térmica (constante): k: constante de Boltzmann = 1, J/K T: temperatura absoluta em Kelvin = temperatura em o C q: magnitude da carga do elétron = 1, C

15 Região de polarização direta (2) À temperatura ambiente (20 o C), V T = 25,2 mV. Para análises aproximadas rápidas, vamos utilizar V T 25 mV à temperatura ambiente (em 25 o C, V T 25,8 mV) n (constante): para um diodo, 1 n 2. Em geral, vamos assumir n = 1 (em CIs; n = 2 em componentes discretos) i >> I S :

16 Região de polarização direta (3) Considere a relação i v na equação anterior: corrente I 1 correspondendo a uma tensão no diodo V 1 : corrente I 2 correspondendo a uma tensão no diodo V 2 :

17 Região de polarização direta (4) Para uma mudança de uma década (um fator de 10) na corrente, a queda de tensão no diodo varia de um fator de 2,3 nV T n = 1 60mV ; n = 2 120mV (curva característica: gráfico semilog: v (linear) i (log) linha reta com inclinação de 2,3 nV T por década de corrente). Sem o conhecimento de n: inclinação de 0,1V/dec costuma ser utilizada.

18 Região de polarização direta (5) Da curva característica i v : corrente muito pequena para tensões menores do que 0,5V tensão de joelho do diodo (conseqüência da relação exponencial entre i e v ). Diodo diretamente polarizado em condução total: queda de tensão entre 0,6 e 0,8 V, aproximadamente custuma- se utilizar 0,7V em modelos de diodos (de silício). Diodos com diferentes correntes nominais de operação (ou seja, com áreas diferentes e, conseqüentemente, I S diferentes), exibirá esta queda de 0,7V em diferentes correntes. Diodos de pequenos sinais: 0,7V em i = 1mA Diodos de alta potência: 0,7V em i = 1A.

19 Exemplo 3.3 Um diodo de silício de 1mA possui uma queda de tensão direta de 0,7V na corrente de 1mA. (a) Avalie a constante de escala de junção I S no caso de se ter n = 1 ou n = 2. (b) A seguir, determine que constantes de escala seriam aplicáveis para um diodo de 1A do mesmo fabricante que conduz 1A com 0,7V. (a) Para o diodo de 1mA: n = 1: n = 2: (b) Diodo conduzindo 1A com 0,7V: corresponde a 1000 diodos de 1mA em paralelo, com uma área de junção 1000 vezes maior I S é 1000 vezes maior, 1pA e 1A para n = 1 e n = 2, respectivamente. O valor de n é importante!

20 A característica i-v e a temperatura I S e V T são funções da temperatura a característica i-v direta varia com a temperatura. Para uma corrente constante no diodo a queda de tensão em seus terminais decresce de aproximadamente 2mV para cada aumento de 1 o C na temperatura.

21 A região de polarização reversa Polarização reversa: v < 0 Se v < 0 e maior do que V T o termo exponencial da expressão da corrente no diodo torna-se desprezível comparado à unidade i – I S : a corrente de polarização reversa é constante e igual a I S corrente de saturação reversa. Em diodos reais: a corrente de saturação reversa > I S. A corrente de saturação reversa aumenta um pouco com o aumento da tensão de polarização reversa. Corrente de saturação reversa: proporcional à área da junção (assim como I S ). Dependência com a temperatura: a corrente de satuação reversa dobra para cada aumento de 10 o C na temperatura, aproxim. ( I S dobra para cada aumento de 5 o C na temperatura).

22 Exercício 3.9 O diodo no circuito da figura abaixo é um dispositivo grande e de elevada corrente cuja corrente de polarização reversa é razoavelmente independente da tensão aplicada. Se V = 1V a 20 o C, determine o valor de V a 40 o C e a 0 o C. Resposta: 4V; 0,25V.

23 A região de avalance (breakdown) O diodo entra nesta região de condução quando a magnitude da tensão reversa ultrapassa um valor limite específico para o diodo em particular: tensão de avalanche (tensão de joelho na polarização reversa): V ZK Nesta região, a corrente reversa aumenta rapidamente, sem que haja um aumento significativo da tensão associada. A operação nesta região não é necessariamente destrutiva, contanto que a potência dissipada no diodo seja limitada por um circuito externo a um nível seguro (especificado no datasheet do fabricante). Tensão reversa praticamente constante: EFEITO ZENER

24 Operação física de diodos – Semicondutores As propriedades elétricas dos semicondutores são afetados por variação de temperatura, exposição a luz e acréscimos de impurezas. Silício e germânio: estrutura monocristalina; na indústria eletrônica: elevado grau de pureza – uma parte para dez bilhões (1:10 10 ).

25 Semicondutores – Estrutura cristalina Silício e germânio: monocristais – estrutura diamante (ligações covalentes)

26 Estrutura cristalina do silício FONTE: Posicionamento de átomos de silício em uma célula unitária – padrão diamante. Cristal semicondutor com ligações covalentes.

27 Semicondutores – Níveis ou bandas de energia Silício e germânio: 4 elétrons de valência – modelo atômico de Bohr:

28 Semicondutores – Níveis ou bandas de energia (2) Bandas de energia da estrutura diamante constante do reticulado cristalino:

29 Bandas de energia do (a) germânio, (b) silício e (c) arseneto de gálio.

30 Semicondutores – Diagrama de bandas simplificado Energia da banda de condução (mínima) Energia da banda de valência (máxima) Energia do elétron livre (fora do cristal) Energia do gap : afinidade eletrônica q: carga do elétron

31 Leituras adicionais - Introdução ao estudo dos materiais semicondutores. - Chapter 2: Semiconductor fundamentals. – Semicondutor intrínseco (siga os demais links a respeito de semicondutores nesta página) hookey.com/semiconductors/basic_structure.html - Basic semiconductor crystal structure


Carregar ppt "O diodo ideal Diodos: elemento de circuito não-linear mais simples e fundamental. símbolo Característica i-v (c) Circuito equivalente na polarização reversa;"

Apresentações semelhantes


Anúncios Google