Circuitos básicos a diodos

EEL 5346 – Eletrônica BásicaJader A. De Lima UFSC, 2015

Circuitos Básicos a Diodos

Prof. Jader A. De Lima


T

DSD

nV

vII exp1

característica I-V do diodo


Aplicações – Circuitos Retificadores

Retificador de Meia-Onda


Carregador de bateria


Retificador de meia-onda com filtro a capacitor (AC/DC)


Retificador de onda-completa com filtro a capacitor (AC/DC)


AND gate

Portas Lógicas(RTL)


?

Portas Lógicas(RTL)


modulador FM com varactor

Modulação FM

varactor


Sinal superposto a um nível DC (operação linear)


1/rD


AC

ex: n =1, ID0 = 5mA e VT = 25mV → rD = 5

10

10

1

exp1

exp

T

DS

TT

DDS

DD

DD

nV

VI

nVnV

vVI

vV

ir

0D

TD

I

nVr

modelo equivalente diodo para pequenos sinais (baixas e médias frequências)



Ex: adotando VD = 0.7V, determinar V1, V2 e I

I = 2.07mA; V1 = 9.73V, V2 = 4.55V


Operação na região reversa – Diodo ZenerMínima corrente necessária para

operação na região de ruptura

Máxima corrente em função da

dissipação no diodo (Pdiss = VZ x IZ)


1.2V < |Vz| <100V

intervalo de operação

Operação na região reversa – Diodo Zener


Batteries replaced by Zener diodes

Aplicação de diodos Zener: circuitos limitadores


Referência de tensão para um circuito integrado

Exemplo de aplicação diodo Zener


Adotando VDG (diodo verde) = VDR (diodo vermelho)= 2V e │VBREAK │ = 3V, determinar R para garantir20mA no diodo ligado

R = 300

Considerar agora VDB (diodo azul) = 5V, VDR = 2V e │VBREAK │ = 3V, determinar R para garantir 20mA no diodo ligado

R = 150?5V > │VBREAK │ = 3V

Exercício: Detector de polaridade


possível solução


Circuitos limitadores a diodos

• oferecem a circuitos sensíveis proteção a sobre-tensões


Limita a ampitude do sinal à entrada do receptor



a) DA off e DB offIDA = 0A e IDB = 0A → IR = 0A → Vout = Vin

exemplo: admitindo VD0 = 0V (diodos ideais), determinar Vo x Vi



b) DA on e DB ?VDA = 0V → Vout = 6V → VDB = -15V → DB off → IDB = 0A *No ponto de comutação VDA = 0V e IDA = 0 → IR = 0 → Vin = Vout = 6V





c) DB on e DA ?VDB = 0V → Vout = -9V → VDA = -15V → DA off → IDA = 0A *No ponto de comutação VDB = 0V e IDB = 0 → IR = 0 → Vin = Vout = -9V





c) DB on e DA ?VDB = 0V → Vout = -9V → VDA = -15V → DA off → IDA = 0A *No ponto de comutação VDB = 0V e IDB = 0 → IR = 0 → Vin = Vout = -9V


d) DB on e DA onNão é possível, visto b) e c)






b) DB on e DA ?VDB = 0V → Vout = 5V + (10K IDB)

*No ponto de comutação VDB = 0V e IDB = 0A → Vout = 5V→ Vout = -VDA -5V – (10k IDA) = 5VSe DA on, VDA = 0 → (10k IDA) = 10V → corrente no sentido reverso de DA → DA offSendo então DA off, IDA = 0; Assim, no ponto de comutação IR = 0 e Vin = Vout = 5V

Para Vin > 5V → Vout = 5V + Vin/2 (divisor de tensão devido aos resistores de 10K)


a) DA off e DB offIDA = 0A e IDB = 0A → IR = 0A → Vout = VinSe Vin = Vout = 0, DA off e DB off

I?


c) DA on e DB ?VDA = 0V → Vout = -5V – (10K IDA)

*No ponto de comutação VDA = 0V e IDA = 0A → Vout = -5V→ Vout = VDB +5V + (10k IDB) = -5VSe DB on, VDB = 0 → (10k IDB) = -10V → corrente no sentido reverso de DB → DB offSendo então DB off, IDB = 0; Assim, no ponto de comutação IR = 0 e Vin = Vout = -5V

Para Vin < - 5V → Vout = -5V - Vi/2 (divisor de tensão devido aos resistores de 10K)

d) DB on e DA onNão é possível, visto b) e c)

I?


• Vo = Vi para -5V ≤ Vi ≤ 5V

• para Vi ≥ 5V; Vo = 5V + Vi/2

• para Vi ≤ -5V; Vo = -5V - Vi/2




Circuitos Retificadores


vo (t) = 0, para vs(t) < VD0

para vs(t) > VD0 {

Retificador de Meia-Onda


Para rD << R → R/(rD +R) ~1 , tem-se:

Parâmetros importantesdo diodo: { • capacidade de corrente do diodo

• PIV - máxima tensão reversa (pico)


tensão média à saída (Vave):

Para Vs(t) = Vmsint e Vm >> VD0,

R

VI

aveave corrente média na carga R:

fator de ripple: 100_

% xV

Vfr

ave

ripplepp


%314100%

3.325

5.103

3.3252

_

_

xV

Vfr

VV

VV

V

VVV

ave

ripplepp

ripplepp

mave

rmsm

ripple% muito alto e indesejável !

pode ser reduzido com capacitor em paralelo com a carga !!!

exemplo: R = 50W conectado com carga de um retificador de meia-onda, sendoa tensão de fonte 230Vrms @ 60Hz.

Determinar o valor médio de Vout, e o fator do valor pico-a-pico do ripple à saída ee o fator ripple.


Retificador de meia-onda com filtro a capacitor


em regime:

D on D on


em regime:

D off D off


Cálculo de C:

Carga removida do capacitor durante o tempo de descarga (t3-t2). Admitindo T >> t2-t1

TIQ L

CVQ ripplepp _

valor DC à saída

m

mave

VPIV

VV

2

No caso de um capacitor de valor alto (o que ocorre na prática):

Carga reposta ao capacitor durante o tempo de carga (t2-t1). } ripplepp

L

V

TIC

_


exemplo: R = 50W conectado com carga de um retificador de meia-onda, sendoa tensão de fonte 230Vrms @ 60Hz. C = 100mF.

Determinar o valor médio de Vout, e o fator do valor pico-a-pico do ripple à saída ee o fator ripple.

%32.3100%

8.101.0

108.0

108.0

7.1660/1

51.650

3.325

3.3252

_

_

xV

Vfr

VC

QV

CTIQ

msT

AR

VI

VVVV

ave

ripplepp

ripplepp

L

aveL

rmsmDC

fr% reduzido, mas às custas de alto C !!


Retificador de onda-completa

Senóides idênticas defasadas de 180º


%1571002

%

2

2

_

xfr

VV

VPIV

VV

mripplepp

m

mave

valor DC à saída


Retificador de onda-completa com filtro a capacitor

2_

T

V

IC

ripplepp

L


Retificador de onda-completa em ponte


PIV

mVPIV


queda em 2 diodos


PIV

Durante semiciclo positivo, tensão reversa em D3:

VD3 (reversa) = Vo + VD2 (direta)

DmDDs VVVVVPIV 2 mVPIV


Retificador de onda-completa em ponte com filtro a capacitor

2_

T

C

IV

Lripplepp

metade do valor em relação aomeia-onda com filtro C !


Detector de pico (detector de envoltória)

Admitindo onda senoidal com tensão de pico Vm e diodo ideal com VD0 = 0V D on

0 < Vs < Vm Vo = Vs


Detector de pico (detector de envoltória)

Vm+

-

D on → D off

Vm

Admitindo onda senoidal com tensão de pico Vm e diodo ideal com VD0 = 0V

Vs = Vm Vo = Vm

diodo permanece cortado


Modulação digital ASK (amplitude-shift keying)

Demodulador AMModulação AM: informação contida na amplitude do sinal

permite a descarga de C

T

RC


ciclo inicial

Detector de pico: similar ao retificadorde meia-onda com filtro C

= RC



em regime

ripplepp

L

V

TIC

_

TV

VRC

ripplepp

m

_

Vm

= RC

Detector de pico: similar ao retificadorde meia-onda com filtro C



Deslocador de Nível (level-shifter)

Admitindo onda senoidal com tensão de pico Vp e diodo ideal com VD0 = 0V

D off




D on




D off




D off




Dobrador de Tensão

deslocador de nível + detector de pico


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