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Disciplina de Eletrónica I
Prof. Dr. Baldo Luque
Universidade Federal do Acre
Julho 2016
Prof. Dr. Baldo Luque (UFAC) 1◦ semestre de 2016 Julho 2016 1 / 70
Plano de Aula
1 Diodos
2 Transistores Bipolares de Junção - TBJ
3 Transistores de Efeito de campo - FETs
4 Resposta em Frequência
5 Projeto - Fonte automática de tensão regulável
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Plano de Aula
1 Diodos
2 Transistores Bipolares de Junção - TBJ
3 Transistores de Efeito de campo - FETs
4 Resposta em Frequência
5 Projeto - Fonte automática de tensão regulável
Prof. Dr. Baldo Luque (UFAC) 1◦ semestre de 2016 Julho 2016 3 / 70
Diodos
Significa "Dois eletrodos".
Dispositivo eletrônico não lineal que em determinadascondições de operação permite a passagem da corrente,(estado ligado) e em outras condições bloqueia a conduçãoda mesma (estado desligado).
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Diodos
Representação elétrica do Diodo.
Chama-se dispositivo semicondutor devido à junção de doistipos de materiais semicondutores: tipo P e tipo N.
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DiodosA aplicação de uma determinada tensão no diodo pode levá-loa trabalhar em duas condições de operação:
Nenhuma polarização
VD = 0V ,⇒ ID = 0 mA
(Não condução)Polarização direta
VD > 0V ,⇒ ID > 0 mA
(Condução)Polarização reversa
VD < 0V ⇒ Corrente de saturao Is em nA
(Não condução)Prof. Dr. Baldo Luque (UFAC) 1◦ semestre de 2016 Julho 2016 6 / 70
DiodosA característica física do diodo é definida como:
ID = IS(e(qVD/nkT ) − 1)
Onde:
IS: Corrente de saturaçãoID: Corrente de conduçãoq: Carga do elétronK : Constante deBoltzmann= 1, 3806x10−23J/K .
VD: Tensão no diodon: Coeficiente de emissãoT : Temperatura (Kelvin)
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Diodos
Representação gráfica:
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Diodos
Tipos de Diodo:
Diodo comum;Diodo Zener;Diodo Schottky;Diodo Tunel;Diodo Varicap;Diodo Varistor;Diodo Emissor de luz(LED);Fotodiodo, entre outros.
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DiodosCurva característica do diodo ideal:
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Diodos
Curva característica do diodo semi ideal:
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Análise de circuitos com diodos
Condições de condução
E > 0, 7V
A corrente de diodo é iguala corrente de carga;
ID = IR
Exemplos...
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Análise de circuitos com diodos
Para
E = 10V ,RL = 1kΩ,Calcular ID =?
Pela 2da lei de Kirchoff
(∑
V = 0)
E = VD + VR ⇒ E = VD + IR · R
IR =E − VDR
como IR = ID
ID =10− 0, 71K
= 9, 3mA
∴ ID = 9, 3mA
Exercício1.-Determine a correntede operação docircuito anterior.Sendo que:
R = 100Ω,E = 12V ,
e o diodo éconsiderado ideal.
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Análise por reta de carga
Esta técnica serve para determinar o valor exato da corrente etensão do diodo. A interseção da reta de carga com a curvacaracterística, determinará o ponto de operação do circuito.
E = VD + ID · R
Se:
VD = 0V
ID = 0A
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Análise por reta de carga
Exemplo2.- Determine a reta de carga e o ponto de operaçãopara o circuito mostrado.
E = VD + ID · R
10 = VD + ID(500)
Para VD = 0V ;
ID =10500
ID = 20mA
Para ID = 0A;
VD = E
VD = 10V
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Análise por reta de cargaGraficamente:
O ponto de operação representa o comportamento tanto dodiodo, quanto do circuito.Prof. Dr. Baldo Luque (UFAC) 1◦ semestre de 2016 Julho 2016 16 / 70
Polarização reversa
Exemplo3.- Determine VD,VR e ID para o circuito a seguir:
Quando o diodo é polarizadoreversamente, ele se comporta comouma chave aberta.
E = VD + IR · R
VR = IR ·R = 0V
E = VD + VR ⇒
VD = E = 8V
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Polarização
No circuito anterior, mesmo estando o diodo no estadodesligado, sua tensão é significativa. Portanto:
Num circuito aberto, o diodo pode ter qualquer valor detensão entre seus terminais, mas, a corrente sempre seránula, 0A.Agora, numa situação de polarização direta (estado ligado)produz-se uma queda de tensão de 0V entre seusterminais, mas, a corrente é ilimitada.
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Configurações série/paralelo de diodos comalimentação CC
Determine a tensão de saída Vo.
No circuito, observa-se queo diodo está polarizadodiretamente.No circuito aparece umacorrente I.
Alguém tem dificuldades de definir a operação do diodo?
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Configurações série/paralelo de diodos comalimentação CCVamos a simplificar o circuito. O que acontece quando temosduas pilhas em série?. As tensões se somam. Isso também éválido para as resistências.
Qual é a ação do diodo emrelação à fonte?.
Rpta.: Ela polariza-sediretamente.
Et = E1 + E2; Rt = R1 + R2Prof. Dr. Baldo Luque (UFAC) 1◦ semestre de 2016 Julho 2016 20 / 70
Configurações série/paralelo de diodos comalimentação CC
Voltando à análise do circuito:
E1 + E2 = I · R1 + I · R2 + VD
I =E1 + E2 − VDR1 + R2
Para E1 = 10V ,E2 = 5V
R1 = 4, 7KΩ,R2 = 2, 2KΩ
I =15− 0, 73K
= 2, 07mA
Tendo a corrente, podemoscalcular as tensões em R1 e R2
V1 = I · R1 = 9, 74V
V2 = I · R2 = 4, 55V
Agora:
Vo = I ·R2 − E2 = 4, 55− 5
Vo = −0, 45V
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Configurações série/paralelo de diodos comalimentação CC
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Configurações série/paralelo de diodos comalimentação CCExemplo4.- Determine: Vo, I1, ID1, ID2 e ID3Para E = 10V ,R = 2, 2KΩ
E = I1 ·R + VD1
I1 =E − VD1R
I1 =10− 0, 72, 2K
I1 = 4, 23 mA
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Configurações série/paralelo de diodos comalimentação CCAgora: ID2 = 0A e ID1 = ID3
I1 = ID1 + ID3
ID1 =I12
ID1 = 2, 11 mA
ID3 = 2, 11 mA
Vo = 0, 7 VExercício2: Determine I, IR1 e ID2 paraE = 20V ,R1 = 2, 2KΩ R2 = 1, 3KΩ
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Portas OR/AND
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Circuitos com fonte de alimentação alternada
Entradas senoidais: Retificação de meia onda.
Graficamenteobserva-se:
Uma ondasimétrica naentrada
e uma ondaretificada na saídado circuito.
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Circuitos com fonte de alimentação alternada
Agora, Como quantificar essa resposta?Pensar em dois conceitos: Valor médio e Valor RMS;No caso do Valor médio, para uma onda simétrica ela éVdc = 0;Portanto, usa-se Valor RMS para ondas simétricas e Valormédio para ondas retificadas.
Matemáticamente, essas duas grandezas podem ser definidascomo:
Vdc =1T
∫ T
0f (t)dt Vrms =
√1T
∫ T
0f (t)2dt
Importante!!! Para ondas senoidais Vdc = 0 e Vrms = Vp√2
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Circuitos com fonte de alimentação alternada
Resumindo
O Valor médio serve para representar ou quantificarfunções (contínuas) que não sejam simétricas. Em geral,aplica-se para tensões e correntes CC;
O valor eficaz (rms) serve para quantificar grandezasalternadas. Em geral, tensões e correntes CA.
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Circuitos com fonte de alimentação alternada
Vi(ωt) = Vp · sin(ωt)
Onde : Vp = Vm
Vdc =Vpπ
∫ π
0sin(ωt)d(ωt)
=Vpπ[
∫ π/2
0sin(ωt)d(ωt) +
∫ π
π/20d(ωt)]
=−Vpπ
(cos(ωt)|π/20 )
=−Vpπ
(cos(π/2)− cos(0))
Vdc =Vpπ
Vdc = 0, 318Vp
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Circuitos com fonte de alimentação alternadaExemplo5.- Determine o valor médio da tensão de saída docircuito.
Vdc = 0, 318Vp = 0, 318(−20) = −6, 36V comVD = 0VVdc = 0, 318(−20 + 0, 7) = −6, 13V
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Circuitos com fonte de alimentação alternada
Exercício3: Do circuito anterior, calcular: Vrms e ID.Exercício4: Determinar: Vdc, ID1, ID2, VD1 e VD2 do circuito aseguir. Para Vm = 10V , R = 2KΩ.
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Retificador de onda completa
Usa-se esta configuração para melhorar a resposta da tensãode saída.
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Circuitos com fonte de alimentação alternada
Analiticamente:
Vdc =Vpπ[
∫ π/2
0sin(ωt)d(ωt) +
∫ π
π/2sin(ωt)d(ωt)]
=−Vpπ
[cos|π/20 +cos|ππ/2] =−Vpπ
[cos(π
2)−cos(0)+cos(π)−cos(
π
2)]
=−Vpπ
(cos(π)− cos(0)) =−Vpπ
(−1− 1) =−Vpπ
(−2)
Vdc =2Vpπ
= 0, 636Vp
Vdc = 0, 636Vp
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Circuitos com fonte de alimentação alternada
Exemplo6.- Determine a forma de onda de saída do circuito aseguir.
Vp = 5V
Vdc = 0, 636Vp= 3, 18V
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Ceifadores
Circuitos com diodos que tem a capacidade de cortar umaparcela do sinal de entrada, sem distorcer o restante. Temosduas categorias de ceifadores:
Série
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Ceifadores
Paralelo
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Grampeadores
Circuitos com diodos que tem a capacidade de grampear o sinalpara um valor de nível diferente. A excursão total da saída éigual á excursão total do sinal de entrada.
Vo = 0V
Vi = VC = V
Vo = −VC−ViVo = −2ViVo = −2V
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Diodo ZenerUtilizado em circuitos reguladores.
V = VZ VZ < V < 0V V = 0, 7VProf. Dr. Baldo Luque (UFAC) 1◦ semestre de 2016 Julho 2016 38 / 70
Diodo Zener
Exemplo7.- Determine VZ .Para Vi e R Fixos.
Removerimaginariamente odiodo Zener eobter a tensão decarga VL.
V = VL =RL · ViR + RL
Se V ≥ VZO diodo Zenerestá ligado.∴ VL = VZ
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Diodo Zener
IZ = IR − IL onde IL =VLRL
IR =VRR
=Vi − VZR
A potência dissipada peloDiodo Zener é determinada por:
PZ = VZ · IZ
Onde, a PZ deve ser menor doque a PZM .
PZM : Potência Zener Máxima.
Agora... se V < VZ
VL =RL · ViR + RL
IZ = 0A PZ = 0W
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Diodo ZenerQuando Vi é fixo e RL é variável.
Determinar a resistência decarga máxima.Supondo que:
VL = Vz =RL · ViR + RL
RL =R · VZVi − VZ
Sabemos que VZ > VSe RL → 0 V = 0V "off"Se RL → ∞ V = Vi V "on"
RLmin =R · VZVi − VZ
Qualquer valor acima de RLmingarantirá que o diodo Zenerfique no estado ligado.
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Diodo Zener
Agora:
ILmax =VLRL
=VZRLmin
Quando o Zener está ligado
VR = Vi − VZ IR =VRR
IZ = IR − ILsendo que:IZmin → ILmaxIZmax → ILmin
Como IZ é limitado pelo IZM (IZMCorrente máxima do Zener)
ILmin = IR − IZM
∴ RLmax = VZILmin
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Diodo Zener
Quando RL é fixo e Vi é variável.
VL = VZ =RL · VIR + RL
→ Vimin =(RL + R)VZ
RL
IZM = IR − ILIRmax = IZM + IL
Vimax = IRmax · R + VZExercício5: Da figura,determinar: RL, IRmax e IZM .
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Circuitos multiplicadores de tensão
Exercício6: Determinar a tensão de saída vo do circuitomostrado.
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Circuitos multiplicadores de tensão
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