Diodos – Parte III Jadsonlee da Silva Sá

Apresentação em tema: "Diodos – Parte III Jadsonlee da Silva Sá"— Transcrição da apresentação:

1 Diodos – Parte III Jadsonlee da Silva Sá Jadsonlee.sa@univasf.edu.br

2 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 Modelos Matemáticos – Região Direta
Modelo para Pequenos Sinais. Considere o circuito abaixo.

4 Modelos Matemáticos – Região Direta
Modelo para Pequenos Sinais. Na ausência de vd(t), a tensão no diodo - vD(t) é igual a VD, e a corrente de condução será ID. Na presença de vd(t), a tensão e a corrente total instantânea no diodo são dadas por,

5 Modelos Matemáticos – Região Direta
Modelo para Pequenos Sinais. Substituindo (2) em (3), obtemos Substituindo (1) em (4), obtemos

6 Modelos Matemáticos – Região Direta
Modelo para Pequenos Sinais. Se a amplitude do sinal vd(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 Modelos Matemáticos – Região Direta
Modelo para Pequenos Sinais. Da Eq. (7), temos Então, superposta a ID, temos um componente de sinal da corrente diretamente proporcional ao sinal de tensão vd. Condutância do diodo para pequenos sinais.

8 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 (rd).

9 Modelos Matemáticos – Região Direta
Modelo para Pequenos Sinais. Aproximação para pequenos sinais – A amplitude de vd(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 Modelos Matemáticos – Região Direta
Modelo para Pequenos Sinais. Conclusão: superpostos a VD e ID, ponto de operação cc, teremos vd(t) e id(t), que estão relacionados com a resistência para pequenos sinais rd determinada pelo ponto de operação. As análises de pequenos sinais e de polarização podem ser realizadas separadamente.

11 Modelos Matemáticos – Região Direta
Modelo para Pequenos Sinais. Procedimento: Realizar a análise cc usando algum dos modelos. Obter o circuito para pequenos sinais – Elimina todas as fontes cc e substitui o diodo por sua resistência incremental.

12 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 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 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 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 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 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 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 Modelos Matemáticos – Região Direta

20 Exercício 1 Determine I, V1, V2 e V0. Utilize o modelo de queda de tensão constante.

21 Exercício 2 Determine V0, I1, ID1 e ID2. Utilize o modelo de queda de tensão constante.

22 Exercício 3 Determine I. Utilize o modelo de queda de tensão constante.

23 Exercício 4 Determine o valor de I. Utilize o modelo de queda de tensão constante.

24 Diodo Zener

25 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 Operação Região de Ruptura Inversa – Diodo Zener
Especificando e Modelando o Diodo Zener. Para correntes acima de |IZK|, a curva i-v é quase uma reta. Corrente de joelho Quando a corrente que circula pelo Zener é igual a |IZT|, a variação de tensão é pouca. Resistência dinâmica no ponto Q

27 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 Operação Região de Ruptura Inversa – Diodo Zener
Exemplo: o Zener foi especificado para ter VZ = 6,8V, IZ = 5 mA, rz = 20 Ω e IZK = 0,2 mA. Calcule VO sem carga considerando V+ nominal.

29 Operação Região de Ruptura Inversa – Diodo Zener
Exemplo. Calcule a variação em VO resultante da variação de ± 1 V em V+. ∆VO/∆V+ chamado de regulação de linha. Divisor de tensão.

30 Operação Região de Ruptura Inversa – Diodo Zener
Exemplo. Calcule a variação em VO resultante da conexão de uma carga RL que consome uma IL = 1 mA e determine a regulação de carga (∆VO/∆ IL). A corrente no Zener diminuirá de 1 mA. Então, teremos Regulação da carga será

31 Operação Região de Ruptura Inversa – Diodo Zener
Exemplo. Calcule a variação em VO quando RL=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 Operação Região de Ruptura Inversa – Diodo Zener
Exemplo. Calcule a variação em VO quando RL=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 Operação Região de Ruptura Inversa – Diodo Zener
Exemplo. Qual o valor mínimo de RL com o qual o diodo continua operando na região de ruptura? Para o Zener operar na região de ruptura, IZ = IZK = 0,2 mA e VZ ≈ VZK ≈ 6,7 V. Nesse ponto, a menor corrente fornecida a R será