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• O diodo é o elemento de circuito não linear mais simples.

• Já foi implementado em válvulas de efeito termo-iônico, mas hoje é feito de junções PN semicondutoras.

• A aplicação mais comum é em circuitos retificadores, mas pode ser usado de diversas formas, inclusive em circuitos lógicos.

3.1. O DIODO IDEAL

• DIODO IDEAL: dispositivo não-linear de dois terminais

• Descrição do dispositivo o Simbologia e nomenclatura. o Característica i x v e regiões de operação. o Circuito equivalente para a polarização reversa. o Circuito equivalente para a polarização direta.

[Figura 3.1 - página 116] • Um circuito externo deve limitar a corrente de condução direta e a tensão reversa do diodo.

Exemplo Determine a condição de operação para os diodos das figuras 3.2 (a) e (b).

[Figura 3.2 -página 117] Uma aplicação simples: O Retificador

• Descrição do funcionamento: o Circuito retificador elementar. o Forma de onda da entrada do circuito retificador.

o Circuito equivalente ao retificador para vI ≥ 0V.

o Circuito equivalente ao retificador para vI ≤ 0V o Forma de onda de saída do circuito retificador.

• O circuito retifica o sinal, e por isso é chamado retificador.

• Enquanto vI alterna a polaridade e tem um valor médio zero, vO é unidirecional e possui um valor médio não nulo, isto é, possui uma componente c.

• Observação: em particular, o circuito é chamado retificador de meia onda.

Treinamento: exercícios 3.1 e 3.2, e exemplo 3.1. Outra aplicação: Portas lógicas com diodos

• Diodos juntamente com resistores podem ser usados para implementar funções lógicas digitais.

• Sistema de lógica positiva:

Nível lógico da variável Nível de tensão elétrica 0 / falso 0V

1 / verdadeiro 5V

• Nos circuitos abaixo: o Circuito (a): Y = A + B + C o Circuito (b): Y = A.B.C

[Figura 3.5 – página 121] Exemplo 3.2 Supondo os diodos ideais, calcule os valores de I e V nos circuitos da figura 3.6.

[Figura 3.6 (a) e (b) – página 122] Treinamento: exercícios 3.4 e 3.5.

3.2 – CARACTERÍSTICAS ELÉTRICAS DOS DIODOS DE JUNÇÃO

DIODOS REAIS: Diodos de junção feitos de silício, "diodos de junção".

• A curva característica do diodo semicondutor de silício consiste em três regiões distintas: o Região de polarização direta (v > 0).

o Região de polarização reversa (-VZK < v < 0).

o Região de ruptura (breakdown) (v < -VZK).

A Região de Polarização Direta

• Relação i x v aproximada por

• IS é a corrente de saturação ou corrente de escala. o IS é diretamente proporcional à área de seção transversal do diodo. o Para diodos de pequeno sinal e de baixa potência, IS é da ordem de 10-15A o IS dobra a cada 5oC de aumento da temperatura

• VT é a tensão térmica dada por q kTVT= o k é a constante de Boltzmann (1,38 x 10-23J/K) o T é a temperatura absoluta (K) o q é a carga do elétron (1,60 x 10-19C) o Da ordem de 25mV na temperatura ambiente de 25oC

• Em diodos de circuitos integrados, a constante n é igual 1 e, em diodos de circuitos discretos, n = 2.

• Para i ≫ IS, a relação v x i do diodo pode ser aproximada por

TnV

SeIi=. • Dados dois pontos da região direta onde é válida a expressão acima, digam-se (I1,V1) e

• Para cada década de corrente, a queda de tensão é de aproximadamente 60mV para n=1 e 120mV para n=2.

• A corrente i no diodo é desprezivelmente pequena para v < 0,5V (tensão de corte)

• Na condução plena, a queda de tensão no diodo se restringe a uma pequena faixa que varia aproximadamente de 0,6V a 0,8V (0,7V na média).

Exemplo 3.3 Um diodo de silício, feito para operar com 1mA, apresenta uma queda de tensão direta de 0,7V para uma corrente de 1mA. Avalie o valor de IS nos casos em que n=1 e que n=2. Que constantes de escalonamento são aplicáveis para um diodo de 1A do mesmo fabricante que conduz uma corrente de 1A para uma queda de 0,7V?

Variação com a temperatura

• Para uma dada corrente constante, a queda de tensão diminui aproximadamente 2mV para cada 1oC de aumento de temperatura.

• Utilizado no projeto de termômetros eletrônicos.

A Região de Polarização Reversa

• A relação exponencial continua valendo, mas pelo fato do termo exponencial tornar-se muito pequeno, pode-se aproximar SIi−≈.

• Diodos reais exibem correntes reversas, embora de valor pequeno, muito maiores que IS, da ordem de nA, por causa de correntes de fuga.

• A corrente reversa aumenta com o aumento da tensão reversa.

• IS dobra a cada 5oC de aumento de temperatura e a corrente reversa dobra a cada 10oC de aumento de temperatura.

A Região de Ruptura

• A região de ruptura é obtida quando a tensão reversa excede a um valor de limiar específico denominado tensão de ruptura, designado VZK (ZK = Zener Knee).

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