EE530 Eletrônica Básica I
Prof. Fabiano Fruett
Aulas K & L -Circuitos com diodos
• Polarização direta
– Modelos e formas de análise
• Modelo para pequenos sinais
• Regulador de tensão a diodo
• Modelo do Diodo em Altas
Freqüências para Pequenos Sinais
K&L
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Exemplo de um circuito com diodo
I D = I S expVD /nVT
ID =
VDD − VD
R
I D VD ?
K&L
Fonte: Sedra Fig. 3.18
2
1
Análise gráfica
ID =
VDD − VD I = I expVD /nVT
= D
S
R
K&L
Fonte: Sedra Fig. 3.19
3
Exemplo de análise iterativa
Determine os valores da corrente ID e da tensão VD para o
circuito com VDD = 5 V e R = 1 kΩ. Suponha que a
corrente do diodo é de 1 mA para uma tensão de 0,7 V, e
que a queda de tensão varia de 0,1 V para cada década de
variação na corrente.
V − VD
I D = DD
R
5 − 0, 7
=
= 4,3 mA
1k
V2 = V1 + 0,1log
I2
I1
 4,3 
V2 = 0, 7 + 0,1log 

 1 
= 0, 763V
K&L
4
2
Análise numérica
I D = I S expVD /nVT
I D = I S expVD /nVT
ID = 1 mA e VD = 0,7 V
IS ?
Análise rápida
A análise rápida usa modelos simplistas para o diodo
Existe uma hierarquia de modelos de diodos,
sendo a escolha do modelo apropriado ditada
pela aplicação.
K&L
5
Modelos simplificados de diodos
Modelo de segmentos lineares
iD = 0,
v D ≤ VD 0
iD = (v D − VD 0 )/rD ,
K&L
v D ≥ VD0
Fonte: Sedra Fig. 3.20 6
3
Modelo de segmentos lineares
ou modelo de “bateria com resistência”
K&L
Fonte: Sedra Fig. 3.21
7
Modelo da queda de tensão constante
Modelo do Diodo Ideal:
Aplicado quando
v >> VD
K&L
Fonte: Sedra Fig. 3.23 e 3.24
8
4
Afinal, qual modelo utilizar
A questão sobre a escolha do modelo numa
aplicação particular é algo que o projetista
enfrenta repetidamente, não somente com
diodos mas com qualquer elemento de
circuito. O problema está em encontrar um
compromisso adequado entre exatidão e
complexidade. A capacidade de escolher o
modelo apropriado para um dispositivo
aumenta com a prática e com a experiência.
K&L
9
K&L
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Modelo para
pequenos sinais
5
Modelo do diodo para pequenas variações
próximas do ponto de polarização Q.
vD = VD 0 + iD rd
= VD 0 + ( I D + id )rd
= (VD 0 + I D rd ) + id rd
= VD + id rd
VD0 é determinado pelo ponto de polarização e pela resistência incremental
K&L
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Formas de análise
Circuito com valores cc e de sinal
Análise cc
Substituição do diodo pelo modelo
Análise de sinal
K&L
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Regulador de tensão a diodo
Qual o comportamento deste regulador com a temperatura?
K&L
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Exercício:
Dimensione os componentes do circuito de modo que VO=3V
quando IL=0. VO varia em 40mV por 1mA de variação na
corrente de carga.
Calcule o valor de R e a seção da junção de cada diodo
(suponha diodos idênticos) em relação a um diodo com queda
de tensão de 0,7V para 1 mA de corrente. Suponha n=1.
+15V
R
VO
IL
K&L
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Modelo do Diodo em Altas Freqüências para
Pequenos Sinais
Ponto de polarização: ID, VD
rd = nVT /I D
Cd = (τ T /VT ) I D , para VD > 0
m
 V 
C j = C j 0 /  1 − D  para VD < 0
 V0 
C j ≅ 2C j 0 , para VD > 0
K&L
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Circuitos com Diodos
• Polarização reversa
– Modelos e formas de análise
• Regulador Zener paralelo
– Regulação de linha
– Regulação de carga
K&L
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8
Operação na região reversa
K&L
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Detalhes da regiões: reversa e ruptura
∆V = rz ∆I
rz
K&L
resistência dinâmica do Zener
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Modelo para o diodo zener
VZ = VZ 0 + rz I Z
K&L
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Regulador Zener paralelo
K&L
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Análise do regulador paralelo através do modelo
VO = VZ 0
rz
R
+ VS
− I L (rz// R)
R + rz
R + rz
K&L
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Parâmetro que medem a eficiência de um regulador
Regulação de linha
Regulação de carga
∆VO
∆I L
∆VO
∆VS
Resultados para o regulador paralelo
VO = VZ 0
rz
R
+ VS
− I L (rz// R)
R + rz
R + rz
Reg. linha
=
Reg. carga
rz
R + rz
= −(rz //R)
K&L
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Sugestão de estudo
• Sedra/Smith Cap. 3 até seção 3.4, 3.5 e 3.6
– Exercícios e problemas correspondentes
K&L
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