Semicondutores introdução

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SEMICONDUTORES

Golberi de Salvador Ferreira, Dr.

- 2005 -

@2005 Golberi de Salvador Ferreira, Dr. 1

SUMRIO

1. HISTRICO DA ELETRNICA 02 2. COMPONENTES PASSIVOS 04 3. SEMICONDUTORES 06 4. DIODO SEMICONDUTOR 11 5. DIODOS ESPECIAIS 21 6. CIRCUITOS COM DIODOS 29 OBS: Este material o resultado de uma compilao de trabalhos realizados por diversos

professores desta Instituio, aos quais transmitimos nossos agradecimentos.


1. HISTRICO DA ELETRNICA

A VLVULA

1904: primeira vlvula (diodo) ! Criada pelo cientista John Ambrose Flemming; ! Propiciou um avano na criao de outros dispositivos e circuitos que permitiram a

execuo de muitas tarefas que estavam sendo descobertas pelo homem naquela poca; ! Foi utilizada at meados da dcada de 80, sendo hoje um dispositivo raro, encontrado em

rdios, televisores e aparelhos de som muito antigos; ! Porm, muitos dispositivos que trabalham em freqncias muito altas e que so ainda

muito utilizados, derivam da vlvula; ! A vlvula diodo composta por duas placas metlicas, colocadas numa cpsula de vidro

em vcuo. Um filamento aquece uma das placas polarizada negativamente, denominada ctodo, gerando um fluxo de eltrons (corrente eltrica ) que atinge a segunda placa polarizada positivamente, denominada nodo, conforme Figura 1.1.

Figura 1.1 Vlvula diodo polarizada

! Invertendo-se a polarizao, fazendo-se com que o ctodo fique polarizado positivamente em relao ao nodo, a corrente eltrica deixa de circular pela carga RL.

1908: vlvula trodo ! DeForest acrescentou vlvula diodo uma terceira placa entre o ctodo e o nodo,

denominada de grade; ! A grade passou a exercer um controle do fluxo de eltrons, criando a possibilidade de

amplificar sinais eltricos. Esta vlvula foi chamada de trodo.

A vlvula trodo juntamente com a vlvula diodo, foram as responsveis pelo surgimento das transmisses sem fio, radiotransmisso. A partir da, a busca passou a ser a de melhorar o desempenho do circuito e, para isso, era necessrio desenvolver uma tecnologia para otimizar os dispositivos.


O SEMICONDUTOR

Dcada de 20 ! A teoria dos semicondutores surge como promessa tecnolgica.

Dcada de 40

! Desenvolve-se a fsica do estado slido, que investiga a estrutura, as propriedades e o comportamento eltrico dos semicondutores;

! Surge o diodo semicondutor, que substitui a vlvula diodo, pois consome uma quantidade menor de energia e tem dimenses menores;

! Em seguida, surge o transistor, substituindo a vlvula trodo, e outros dispositivos que foram criados a partir da necessidade imposta pelos novos aparelhos que surgiram, e possibilitando o surgimento de outros mais.

Dentre muitas outras aplicaes, a eletrnica pode ser usada para:

! a transmisso de sinais em tempo real; ! o desenvolvimento de equipamento blico (construo de armas e de sistemas de controle

de msseis); ! o desenvolvimento de sistemas de controle, que podem substituir o homem pela mquina

de forma irracional; ! salvar vidas; ! diagnosticar doenas e desenvolver mtodos de cura; ! servir ao lazer das pessoas.

Portanto, ter o domnio da tcnica implica, no apenas em saber manej-la, mas tambm em compreender para quem ou para que ela servir.


2. COMPONENTES PASSIVOS

BIPOLOS ELTRICOS

Um bipolo eltrico um dispositivo qualquer que possui dois plos ou terminais, aos quais podem ser ligados outros bipolos, formando um circuito eltrico. Genericamente, um bipolo pode ser representado pela Figura 2.1.

Figura 2.1 Bipolo eltrico genrico

Os bipolos eltricos podem ser classificados em geradores ou receptores, em funo dos sentidos convencionais de tenso e corrente relacionados a eles.

GERADOR

Um bipolo gerador aquele que transforma um tipo de energia qualquer em energia eltrica. Ele , portanto, o elemento ativo de um circuito.

Exemplos:

Pilha ! transforma energia qumica em eltrica Dnamo ! transforma energia mecnica em eltrica

No bipolo gerador, a corrente tem o sentido do potencial menor para o maior, ou seja,

coincide com o sentido da tenso sobre ele, como apresentado na Figura 2.2.

Figura 2.2 Bipolo gerador

RECEPTOR

Um bipolo receptor aquele que transforma energia eltrica em um tipo de energia qualquer, sendo o elemento passivo de um circuito.

Exemplos: Resistncia ! transforma energia eltrica em trmica

Motor ! transforma energia eltrica em mecnica

No bipolo receptor, a corrente tem o sentido do potencial maior para o menor, ou seja, contrrio ao sentido da tenso sobre ele, como apresentado na Figura 2.3.


Figura 2.3 Bipolo receptor

Em eletricidade e eletrnica, utilizam-se os smbolos especficos dos bipolos para represent-los nos circuitos eltricos. A Figura 2.4 mostra alguns smbolos de bipolos receptores.

Figura 2.4 Smbolos de alguns bipolos receptores

Num circuito eltrico, possvel que um gerador comporte-se como um receptor, em funo dos sentidos de corrente e tenso impostos pelo circuito, ou seja, ele pode ser considerado um receptor ativo.

J, um receptor nunca pode comportar-se como um gerador, por ser um elemento passivo.


3. SEMICONDUTORES

BANDAS DE ENERGIA

Na Figura 3.1 apresenta-se o modelo atmico de Bohr. Neste modelo, o tomo est dividido em duas partes: o ncleo e a eletrosfera. No ncleo encontram-se os prtons e os nutrons. J na eletrosfera esto os eltrons, distribudos em sete camadas eletrnicas ou bandas de energia: K, L, M, N, O, P e Q.

Figura 3.1 - Modelo atmico de Bohr

Cada banda de energia pode conter um nmero mximo de eltrons, como apresentado na Tabela 1.

Tabela 1: Nmero mximo de eltrons nas bandas de energia Banda de energia K L M N O P Q

N.o mximo de eltrons 2 8 18 32 32 18 2

Quanto maior a energia do eltron, maior o raio de sua rbita (Q > P > O > ...), Figura 3.2, e mais fracamente ele est ligado ao ncleo.

Figura 3.2 - Nveis de energia de um tomo

Um eltron na sua rbita gira com uma certa velocidade (energia cintica), fazendo com que sobre ele exista uma fora centrfuga, Fc. Alm disso, o ncleo tambm exerce sobre este eltron uma fora, denominada de fora de atrao eletrosttica Fe. O equilbrio destas duas foras torna o eltron estvel na sua rbita, Figura 3.3.


Figura 3.3 - Estabilidade de um eltron numa determinada rbita

A ltima rbita de um tomo denominada de banda de valncia. A valncia de um tomo o nmero de eltrons da banda de valncia. So estes eltrons que faro ligaes qumicas para completar o nmero mximo de eltrons da banda de valncia, de modo a tornar o tomo estvel.

Os eltrons que esto na banda de valncia tm mais facilidade para sair do tomo, quando recebem um acrscimo de energia, sob a forma de luz ou calor. Ao receberem este acrscimo de energia, os eltrons tornam-se livres, saem da banda de valncia e dirigem-se para a banda de conduo, onde sob a ao de um campo eltrico formam a corrente eltrica (I), Figura 3.4.

Figura 3.4 Banda de valncia e banda de conduo

Entre as bandas de valncia e de conduo h uma regio onde no possvel existir eltrons, denominada de banda proibida, Figura 3.5. Esta banda proibida define o comportamento eltrico do material. Assim, quanto maior a banda proibida, maior ser a quantidade de energia necessria para retirar um eltron da banda de valncia e lev-lo para a banda de conduo.

Figura 3.5 Materiais isolantes, condutores e semicondutores

Os materiais semicondutores so slidos ou lquidos, capazes de mudar com certa facilidade de sua condio de isolante para a de condutor. Isto , podem sofrer grandes alteraes em sua condutividade, pois a quantidade de energia necessria para retirar um


eltron da banda de valncia e lev-lo para a banda de conduo intermediria entre a energia necessria para o isolante e o condutor. Em baixas temperaturas, os semicondutores puros comportam-se como isolantes. Sob temperaturas mais altas, ou luz ou com a adio de impurezas, porm, pode ser aumentada drasticamente a sua condutividade, podendo-se alcanar nveis que se aproximam dos metais.

MATERIAIS SEMICONDUTORES INTRNSECOS

Na Figura 3.6, apresenta-se os tomos de dois materiais semicondutores intrnsecos ou puros, o silcio (Si) e o germnio (Ge). Os semicondutores intrnsecos ou puros so aqueles encontrados em estado natural.

Figura 3.6 - tomos de silcio e germnio

Tanto o silcio quanto o germnio so elementos tetravalentes, ou seja, que possuem quatro eltrons na camada de valncia, Figura 3.7. Permitindo, assim, que os seus tomos faam quatro ligaes covalentes ou de compartilhamento de eltrons, para tornarem-se estveis.

Figura 3.7 - Representao plana dos semicondutores

Existem, ainda, os semicondutores III-V que so formados por um elemento trivalente, o GaAs (Arseneto de Glio) e por um elemento pentavalente, InP (Fosfeto de ndio). Porm, o material semicondutor intrnseco mais utilizado o silcio que abundante na natureza, sendo encontrado nos cristais de quartzo (areia).


CONDUO ELTRICA NOS SEMICONDUTORES

Num determinado instante quando recebe um acrscimo de energia e sai da banda de valncia, o eltron livre deixa em seu lugar uma lacuna. Esta lacuna um on positivo, Figura 3.8.

Figura 3.8 - Formao de um on positivo

No instante seguinte, Figura 3.9, verifica-se que a lacuna tambm se move. Porm, a movimentao da lacuna ocorre sempre no sentido contrrio movimentao do eltron. Este fenmeno ocorre sempre que existe a conduo eltrica no material semicondutor. Num material condutor o movimento das lacunas desprezvel.

Figura 3.9 - Movimento da lacuna

SEMICONDUTORES TIPO N E P

Para a maioria das aplicaes no h eltrons livres suficientes num semicondutor intrnseco para produzir uma corrente eltrica utilizvel. Portanto, para obter-se esta corrente eltrica utilizvel foram criados os semicondutores do tipo N e P.

Consegue-se um semicondutor tipo N acrescentando-se ao cristal silcio puro impurezas, ou elementos, pentavalentes. Desta forma, obtm-se quatro ligaes covalentes e um eltron livre, Figura 3.10. No semicondutor tipo N os eltrons so os portadores de carga majoritrios e as lacunas os minoritrios.

Figura 3.10 Semicondutor tipo N: cristal de silcio com impureza pentavalente


Para obter-se um semicondutor tipo P, acrescenta-se ao cristal de silcio puro impurezas trivalentes. Assim, tm-se trs ligaes covalentes e uma lacuna, Figura 3.11. Neste caso, as lacunas so os portadores de carga majoritrios e os eltrons minoritrios.

Figura 3.11 Semicondutor tipo P: cristal de silcio com impureza trivalente

O processo de introduzir tomos de impurezas num cristal de silcio, de modo a aumentar tanto o nmero de eltrons livres quanto de lacunas, chama-se dopagem. Quando um cristal de silcio foi dopado, ele passa a ser chamado de semicondutor extrnseco.

EXERCCIOS 1. Qual a rbita de valncia de um tomo e o que valncia? 2. O que e como formada a banda de conduo de um tomo? 3. O que banda proibida? 4. O que define o comportamento eltrico dos materiais isolantes, condutores e

semicondutores? Justifique. 5. O que so as lacunas e como elas se movimentam num material semicondutor? 6. O que so elementos trivalentes, tetravalentes e pentavalentes? 7. Defina material semicondutor. 8. Como o Silcio transformado em semicondutor tipo N e P? 9. Quais as principais diferenas entre o material semicondutor e o material condutor? 10. Que faz com que os eltrons permaneam estveis em rbitas bem determinadas? 11. correto afirmar que os semicondutores tipo N e P esto, respectivamente, carregados

negativamente e positivamente? Por qu?


4. DIODO SEMICONDUTOR

JUNO PN

A unio fsica de um semicondutor tipo P com um semicondutor tipo N forma uma juno PN, Figura 4.1. Esta juno PN recebe o nome de diodo semicondutor.

Figura 4.1 Diodo semicondutor

Na formao da juno PN ocorre o processo de recombinao, no qual os eltrons do lado N mais prximos juno migram para o lado P, Figura 4.2. Este processo ocorre at que haja o equilbrio eletrnico e a estabilidade qumica, ou seja, quatro ligaes covalentes em cada tomo.

Figura 4.2 - Recombinao eltron lacuna

Durante o processo de recombinao forma-se, prximo juno, a camada de depleo, Figura 4.3. Nesta camada h a ausncia de portadores majoritrios.

Figura 4.3 - Camada de depleo

Quando termina o processo de recombinao a camada de depleo fica ionizada, formando a barreira de potencial (V), Figura 4.4. Para o silcio V = 0,7V e para o germnio, V = 0,3V.


Figura 4.4 - Barreira de potencial

Na Figura 4.5 apresenta-se o smbolo eltrico do diodo semicondutor e o componente eletrnico, propriamente dito. No lado P do diodo semicondutor conecta-se um terminal que recebe o nome de nodo (A). J no lado N, o terminal denominado de ctodo (K).

No smbolo eltrico do diodo semicondutor o lado que tem o trao transversal, corresponde ao ctodo. Logo, o outro lado o nodo.

Figura 4.5 - Smbolo eltrico do diodo semicondutor

No componente eletrnico o lado que contm o anel cinza, ou prateado, o ctodo. Consequentemente, o outro lado o nodo.

POLARIZAO DA JUNO PN

Polarizao direta Na polarizao direta, Figura 4.6, conecta-se o terminal positivo da fonte de

alimentao (VCC) ao nodo do diodo e o terminal negativo, ao ctodo. Desde que VCC > V, os eltrons livres do lado N, repelidos pelo terminal negativo de

VCC, atravessam a barreira de potencial e migram para o lado P. Alguns destes eltrons livres recombinam-se com as lacunas, mas a maioria atrada pelo terminal positivo de VCC. Estabelece-se, assim, um fluxo de eltrons livres do ctodo para o nodo, que o sentido real de corrente. Levando-se em conta o sentido convencional, h uma corrente eltrica (ID) do nodo para o ctodo de alta intensidade.

Figura 4.6 - Polarizao direta do diodo


Logo, o diodo comporta-se como um condutor e apresenta uma resistncia direta ou de conduo (RD) muitssimo pequena, Figura 4.7.

Figura 4.7 - Comportamento do diodo na polarizao direta

Polarizao reversa Na polarizao reversa, Figura 4.8, conecta-se o terminal positivo de VCC ao ctodo do

diodo e o terminal negativo, ao nodo. Nesta situao os eltrons livres do lado N, so atrados pelo terminal positivo de VCC,

deixando nos seus lugares as lacunas. J no lado P, as lacunas so atradas pelo terminal negativo de VCC, ficando em seus lugares ons negativos. Portanto, h um aumento da barreira de potencial, V = VCC. Nesta situao, muito poucos eltrons livres conseguem atravessar a barreira de potencial e estabelecer um fluxo de eltrons do ctodo para o nodo. Consequentemente, a corrente eltrica convencional do nodo para o ctodo muito pequena. Esta corrente chamada de corrente reversa ou de fuga (IR), pois flui do terminal negativo de VCC para o positivo, desprezvel.

Figura 4.8 - Polarizao reversa do diodo Portanto, na polarizao reversa o diodo comporta-se como um circuito aberto, ou

seja, apresenta uma resistncia reversa (RR) muitssimo alta, Figura 4.9.

Figura 4.9 - Comportamento do diodo na polarizao reversa


Ao utilizar-se um diodo num circuito deve-se atender, principalmente, s seguintes especificaes:

tenso de conduo: VD V; corrente direta mxima: IDM; potncia mxima dissipada: PDM = VD x DM; mxima tenso reversa ou tenso de ruptura: VBR; corrente reversa ou de fuga: R.

Como exemplo apresenta-se na Tabela 2 as especificaes do diodo 1N4001.

Tabela 2: especificaes do diodo 1N4001 Corrente direta mxima DM 1A Corrente de fuga R 10A Tenso de ruptura VBR 50V Potncia mxima PDM 1W

O comportamento do diodo nas polarizaes direta e reversa e as suas principais

caractersticas so representadas na forma de uma curva chamada de curva caracterstica do diodo, Figura 4.10.

Figura 4.10 - Curva caracterstica do diodo semicondutor

CONCEITO DE RETA DE CARGA Alm de observar-se as principais caractersticas ao empregar-se o diodo num circuito,

deve-se utilizar um resistor limitador (RL) para proteg-lo contra uma corrente elevada, Figura 4.11.

Figura 4.11 - Diodo alimentado e com resistor limitador

Quando inserido num circuito, circula pelo diodo uma corrente eltrica (ID) desde que a

tenso sobre ele (VD) seja maior que V. Estes dois parmetros representam o ponto Quiescente (Q) ou de trabalho do diodo.


Para a obteno do ponto Q, graficamente, utiliza-se a reta de carga, que o conjunto de todos os pontos Quiescentes possveis, Figura 4.12.

Figura 4.12 - Reta de carga e ponto quiescente do diodo

Para a obteno da reta de carga necessita-se de dois pontos conhecidos de trabalho do

diodo: Ponto de corte: I V VDcorte Dcorte CC= =0 ;

Ponto de saturao: V I VRDsat Dsat

CC

L= =0 .

O ponto Q est na interseo da reta de carga com a curva caracterstica do diodo,

cujas coordenadas so: (VD, ID). Utilizando-se as coordenadas do ponto Q, determina-se a potncia dissipada pelo

diodo atravs da seguinte expresso:

PD = VD x D

MODELOS DE DIODOS

Analiticamente, pode-se determinar o ponto Q substituindo-se no circuito o diodo por um de seus modelos.

Nestes modelos, sempre que o diodo estiver polarizado reversamente, ou seja, no conduz corrente ele substitudo por um circuito aberto (resistncia de conduo ).

No modelo 1, Figura 4.13, o diodo quando polarizado diretamente considerado ideal, ou seja, quando conduz corrente um curto-circuito (resistncia de conduo 0). Portanto, VD = 0V.

Figura 4.13 - Modelo 1: diodo ideal


Na Figura 4.14 apresenta-se o modelo 2 para o diodo. Neste modelo, quando o diodo conduz considera-se o valor da barreira de potencial. Portanto, VD = V.

Figura 4.14 - Modelo 2: diodo com V

O modelo 3 ou modelo linear, Figura 4.15, o modelo que apresenta o comportamento mais prximo do ideal. Neste modelo, alm de V considera-se tambm a queda de tenso na resistncia interna do diodo (RD). Portanto:

VD = V + RD x ID

Figura 4.15 - Modelo 3: diodo com V e RD

Para adotar-se um dos trs modelos, leva-se em conta o valor da fonte de alimentao (VCC) e da barreira de potencial do diodo (V):

" se V10VCC , adota-se o modelo 1, ou seja, considera-se o diodo ideal;

" se < V10VCC e R RL D>> , adota-se o modelo 2

" se < V10VCC e se RL for da mesma ordem de grandeza de RD, adota-se o modelo 3.


EXERCCIOS 12. O que recombinao e como ela ocorre? 13. O que camada de depleo e como ela se forma? 14. O que barreira de potencial e qual o seu valor para os diodos de silcio e germnio? 15. O que acontece com os portadores majoritrios na polarizao direta? 16. Por que os portadores majoritrios no circulam pelo diodo na polarizao reversa? 17. O que corrente reversa? 18. Explique quais so as principais especificaes do diodo semicondutor, destacando-as na

sua curva caracterstica. 19. Qual a potncia dissipada num diodo de silcio com polarizao direta, se a tenso do

diodo for de 0,7 V e a corrente de 100 mA ? 20. Determinar a reta de carga, o ponto quiescente (Q) e a potncia dissipada pelo diodo no

circuito a seguir, dada a sua curva caracterstica.

21. Para os circuitos a seguir, utilizando-se os trs modelos de diodos, calcular o valor das correntes nos diodos (D) e analisar os resultados obtidos.

Circuito 1:

Especificaes do diodo: V = 0,7 V e RD = 10

Circuito 2:

Especificaes do diodo: V = 0,7 V e RD = 10


22. Esboar a curva caracterstica de um diodo de silcio com V = 0,7 V e VBR = 50 V. Explicar com suas palavras cada parte do grfico.

23. Para o circuito ao lado, calcular a

corrente e a potncia dissipada pelo diodo. Considerar o modelo 2 para o diodo.

24. Qual o valor da tenso reversa sobre o diodo, no circuito ao lado?

25. O circuito abaixo apresenta um problema. Identific-lo e propor uma soluo.

26. Identificar a condio das lmpadas no circuito abaixo, de acordo com a seguinte conveno:

- lmpada acende; - lmpada no acende; - lmpada acende com sobrecarga de tenso, podendo danificar-se. Especificaes das lmpadas: VL = 6 V e PL = 120 mW

27. Aqui esto alguns diodos e suas especificaes de tenso de ruptura (VBR) e corrente

mxima (DM):


Diodo VBR (V) DM (A) 1N914 75 0,2 1N4001 50 1,0 1N1185 120 35,0

Qual desses diodos rompe-se, quando utilizado no circuito a seguir?

28. Quais os diodos relacionados no exerccio anterior, que podem ser utilizados no circuito a seguir?

29. No circuito abaixo, VD = 5 V. O diodo est aberto ou em curto?

30. No circuito abaixo, a resistncia R est em curto. Qual ser a tenso sobre o diodo? O que acontecer ao diodo?

31. O que h de errado com o circuito abaixo?

32. Quais os possveis problemas do circuito abaixo?


33. Quais os problemas do circuito da figura abaixo?

34. Para o circuito da figura abaixo, calcular a corrente de saturao, a tenso de corte e o

ponto Q, dado a curva caracterstica do diodo. Qual o valor da potncia dissipada pelo diodo ?


5. DIODOS ESPECIAIS

DIODO ZENER

O diodo zener um dispositivo semicondutor, que tem quase as mesmas caractersticas que o diodo normal. A diferena est na forma como ele se comporta quando est polarizado reversamente.

No diodo normal, quando ele est polarizado reversamente, se a tenso reversa muito grande, ele rompe-se permitindo passar por ele uma corrente reversa intensa. Este efeito denominado efeito avalanche e consiste num aumento repentino da corrente reversa, dissipando uma potncia suficiente para causar a ruptura da juno PN. A tenso na qual este efeito ocorre chamada tenso de ruptura ou breakdown voltage (VBR), Figura 5.1, sendo uma das caractersticas que deve-se especificar nos projetos que utilizam diodos.

Figura 5.1 - Efeito avalanche no diodo retificador

O diodo zener construdo com uma rea de dissipao de potncia suficiente para suportar o efeito avalanche. Assim, a tenso na qual este efeito ocorre denominada tenso zener (VZ), podendo variar em funo do tamanho e do nvel de dopagem da juno PN. Comercialmente, so encontrados diodos zener com VZ de 2V a 200V.

Pela curva caracterstica do diodo zener, Figura 5.2, observa-se que a tenso reversa VZ mantm-se praticamente constante quando a corrente reversa est entre Zm (corrente zener mnima) e ZM (corrente zener mxima).

Figura 5.2 - Curva caracterstica e smbolo eltrico do diodo zener


Especificaes mximas

As principais especificaes do diodo zener so: VZ: tenso zener; ZM: corrente zener mxima; PZM: potncia zener mxima. O diodo zener dissipa esta potncia quando sua corrente

atinge o valor ZM, ou seja: ZMZZM VP = ; RZ: resistncia zener. Esta resistncia reflete a pequena variao de VZ em funo de Z

e pode ser calculada por:

Z

ZZ

VR

=

Regulao de tenso

Como VZ permanece, praticamente, constante na polarizao reversa, a grande aplicao do diodo zener de, nesta regio, poder atuar como regulador de tenso.

Considerando o circuito da Figura 5.3, no qual o diodo zener est reversamente polarizado por uma fonte de tenso de entrada VE, que o alimenta e a uma resistncia limitadora de corrente RS, pode-se determinar a tenso VZ e a corrente Z no diodo zener analiticamente atravs da equao do circuito:

ZZSE VRV +=

Figura 5.3 - Diodo zener polarizado reversamente

A equao acima considera a tenso zener constante para correntes entre Zm e ZM, ou seja, adota um modelo ideal para o diodo zener, como mostra a Figura 5.4.

Figura 5.4 - Modelo ideal do diodo zener

Porm, se a preciso desejada para os clculos de VZ e Z for maior, pode-se utilizar o

modelo linear que leva em considerao a resistncia zener RZ, ficando a equao da seguinte forma:

ZZZZSE VRRV ++=

Figura 5.5 - Modelo linear do diodo zener


Como a variao da tenso zener muito pequena, normalmente RZ desconsiderada nos clculos. Por outro lado, como possvel determinar VZ e Z graficamente, naturalmente, os resultados obtidos levam em considerao estas variaes e isto pode ser feito pela reta de carga, traada a partir dos seguintes pontos:

tenso de corte: VZcorte (para Z = 0): EZcorte VV =

corrente de saturao Zsaturao (para VZ = 0): S

EZsat R

V= , desprezando-se RZ.

A Figura 5.6, mostra a reta de carga traada sobre a curva caracterstica do diodo zener

na regio reversa.

Observao: na curva caracterstica, os pontos da reta de carga so negativos, pois o diodo est trabalhando na regio reversa.

Figura 5.6 - Curva caracterstica e reta de carga do diodo zener

Desta forma, o ponto quiescente (Q) do diodo zener pode ser determinado pela

interseo da curva caracterstica com a reta de carga, correspondendo aos valores de tenso VZ sobre o diodo zener e a corrente Z que passa por ele.

Considerando que a tenso de entrada aumentou para um valor VE ou a resistncia diminui para um valor RS, isto acarretar um deslocamento do ponto quiescente, denominado agora Q, como apresentado na Figura 5.7.

Assim, percebe-se que para ambos os grficos da Figura 5.7, que mesmo que a corrente no diodo zener tenha aumentado para Z', a tenso sobre ele permanece praticamente constante, j que VZ VZ.

Por isso, o diodo zener chamado de regulador de tenso.

Figura 5.7- Deslocamento do ponto quiescente


DIODO EMISSOR DE LUZ (LED)

Num diodo polarizado diretamente, os eltrons livres atravessam a juno e combinam-se com as lacunas. medida que esses eltrons caem de um nvel mais alto de energia para um mais baixo, eles irradiam energia. Nos diodos comuns essa energia dissipada na forma de calor. Mas no diodo emissor de luz (LED), a energia irradiada na forma de luz. Os LEDs substituram as lmpadas incandescentes em vrias aplicaes devido a sua baixa tenso, vida longa e rpido chaveamento liga-desliga.

Os diodos comuns so feitos de silcio, um material opaco que bloqueia a passagem da luz. Os LEDs so diferentes. Usando-se elementos como o glio, o arsnio e o fsforo, um fabricante pode produzir LEDs que irradiam luz vermelha, verde, amarela, azul, laranja ou infravermelha (invisvel). Os LEDs que produzem radiao visvel so teis em instrumentos, calculadoras, etc. Os LEDs infravermelhos encontram aplicao em sistemas de alarme contra roubo e outras reas que exijam radiao invisvel.

Os LEDs tm uma queda de tenso tpica de 1,5 a 2,5V, para correntes entre 10 e 50mA. A queda de tenso exata depende da corrente, da cor e da tolerncia do LED.

A Figura 5.8 mostra o smbolo esquemtico de um LED, onde as setas para fora simbolizam a luz irradiada.

Figura 5.8 - Smbolo do LED

O brilho de um LED depende da corrente que circula pelo mesmo. Idealmente, a melhor forma de se controlar o brilho vincular o LED a uma fonte de corrente. A melhor coisa para se obter uma fonte de corrente, utilizar uma fonte de tenso (VS) de valor elevado associada a uma resistncia (RS) elevada em srie. Neste caso, a corrente no LED dada por:

I V VRLED

S LED

S=

Quanto maior a tenso da fonte, menor o efeito que a VLED produz, u seja, um valor

alto de VS encobre a variao na tenso do LED. A Figura 5.9(a) mostra um indicador de sete segmentos, que contm sete LEDs

retangulares (de A a G). Cada LED chamado de um segmento, porque ele faz parte do dgito que est sendo exibido. A Figura 5.9(b) o diagrama esquemtico de um indicador de sete segmentos. Neste diagrama, esto includos os resistores externos em srie para limitar as correntes a nveis seguros para os LEDs. Aterrando-se um ou mais resistores, pode-se formar qualquer dgito de 0 a 9.

Um indicador de sete segmentos, tambm, pode exibir as letras maisculas A, C, E e F, mais as letras minsculas b e d. Os instrutores de microprocessadores, freqentemente, usam um indicador de sete segmentos para mostrar todos os dgitos de 0 a 9, mais as letras A, B, C, E, D, E e F.


(a) (b)

Figura 5.9 (a) Indicador de sete segmentos e (b) diagrama esquemtico

FOTODIODO

Como j visto, a corrente reversa num diodo corresponde ao fluxo de portadores minoritrios. Estes portadores existem porque a energia trmica mantm os eltrons de valncia desalojados de suas rbitas, produzindo no processo eltrons livres e lacunas. A vida mdia dos portadores minoritrios curta, mas enquanto dura eles podem contribuir para a corrente reversa.

Quando incide energia luminosa sobre uma juno pn, ela tambm pode desalojar eltrons de valncia, ou seja, a quantidade de luz incidente na juno pode controlar a corrente reversa de um diodo. O fotodiodo um diodo que foi otimizado na sua sensibilidade para a luz. Nesse diodo, uma janela permite que a luz passe atravs do invlucro e chegue at a juno, produzindo eltrons livres e lacunas. Quanto mais intensa a luz, maior o nmero de portadores minoritrios e maior a corrente reversa.

A Figura 5.10 mostra o smbolo esquemtico de um fotodiodo, onde as setas para dentro representam a luz incidente. Neste circuito, a fonte polariza reversamente e o resistor em srie limita a corrente reversa do fotodiodo. medida que a luz torna-se mais brilhante, a corrente reversa aumenta. Em fotodiodos tpicos, a corrente tpica situa-se na faixa de dezenas de microampres.

Figura 5.10 - Fotodiodo

O fotodiodo um exemplo de um fotodetetor, um componente optoeletrnico que converte a luz incidente numa quantidade eltrica.

OPTOACOPLADOR

Um optoacoplador, tambm chamado optoisolador ou isolador ptico, associa um LED a um fotodetetor num nico invlucro. A Figura 5.11 mostra um exemplo de um optoacoplador, no qual existe um LED no lado da entrada e um fotodiodo no lado da sada.


Figura 5.11 - Optoacoplador

A tenso da fonte V1 e o resistor em srie R1, produzem uma corrente atravs do LED. Por sua vez, a luz emitida pelo LED atinge o fotodiodo e isto estabelece a corrente reversa I2. Somando-se as tenses ao longo da malha de sada tem-se que:

222222 0 IRVVouIRVV SS ==+

Observa-se que a tenso de sada depende da corrente reversa I2. Se a tenso de entrada V1 variar, a quantidade de luz emitida pelo LED tambm variar. Assim, a tenso de sada variar de acordo com a tenso de entrada. Por isso, a associao de um LED com um fotodiodo chamada de fotodiodo, pois este dispositivo capaz de acoplar um sinal de entrada a uma sada de maneira ptica.

A principal vantagem de um optoacoplador, a isolao eltrica entre os circuitos de entrada e de sada. Uma vez que o nico contato entre a entrada e a sada, um feixe de luz. Por causa disso, possvel obter-se uma resistncia de isolao entre os dois circuitos na faixa de milhares de megaohms. Uma isolao como essa necessria em aplicaes com alta tenso, onde os potenciais dos dois circuitos podem diferir em vrios milhares de Volts.

DIODO SCHOTTKY

Em baixas freqncias, um diodo comum pode desligar-se facilmente quando a polarizao varia de direta para reversa. Mas, medida que a freqncia aumenta, o diodo chega num ponto onde no pode desligar-se suficientemente rpido para evitar uma corrente considervel durante parte do semiciclo negativo.

No retificador de meia onda, Figura 5.12(a), a tenso de sada em baixas freqncias o sinal retificado de meia onda clssico, mostrado na Figura 5.12(b). medida que a freqncia aumenta para a faixa dos megahertz, o sinal de sada comea a desviar-se da sua forma normal, como mostra a Figura 5.12(c). Percebe-se alguma conduo no incio do semiciclo negativo, pois o tempo de recuperao reversa - tempo necessrio para um diodo polarizado diretamente desligar-se - torna-se importante.

(a) (b) (c)

Figura 5.12 - (a) retificador de meia onda, (b) sada normal e (c) sada distorcida


A soluo para o tempo de recuperao reversa o diodo Schottky. Esse diodo com finalidade especfica emprega um metal como o ouro, a prata ou a platina num lado da juno e silcio dopado, tipicamente do tipo n, do outro lado, como apresentado na Figura 5.13(a).

Quando o diodo est polarizado diretamente, os eltrons livres do lado n ganham energia suficiente para ocupar rbitas grandes. Por causa disso, os eltrons livres podem atravessar a juno e penetrar no metal, produzindo uma corrente direta elevada. Como os metais no possuem lacunas, no h corrente reversa e, tambm, no haver tempo de recuperao reversa.

A Figura 5.13(b) mostra um circuito aplicativo e o smbolo esquemtico de um diodo Schottky. A falta de corrente reversa significa que o diodo Schottky pode desligar-se mais rpido do que um diodo comum, como mostra a Figura 5.13(c). Na verdade, um diodo Schottky pode retificar facilmente sinais de freqncias acima de 300MHz.

(a) (b) (c)

Figura 5.13 - Diodo Schottky (a) estrutura, (b) circuito retificador e (c) sada em 100 MHz

Uma aplicao importante dos diodos Schottky nos computadores digitais. A velocidade dos computadores depende da rapidez com que seus diodos e transistores conseguem ligar/desligar. Como no diodo Schottky no h corrente reversa, ele tornou-se a pea fundamental da famlia lgica TTL Schottky de baixa potncia, um grupo de dispositivos digitais amplamente usado.

VARACTOR

O varactor tambm chamado capacitncia de tenso varivel, varicap, epicap ou diodo de sintonia, muito usado em receptores de televiso, de FM e outros equipamentos de comunicao.

Quando polarizado reversamente, um diodo de pequeno sinal tem uma resistncia reversa que se situa na faixa dos megaohms. Em baixas freqncias, o diodo comparado a um circuito aberto. Mas, em altas freqncias h um outro percurso para a corrente que precisa ser levado em conta.

Na Figura 5.14(a) a camada de depleo est entre as regies p e n. Quando polarizado reversamente, um diodo de silcio assemelha-se a um capacitor, pois as regies p e n so como as placas do capacitor e a camada de depleo comparam-se ao dieltrico. O circuito externo pode carregar essa capacitncia, retirando eltrons de valncia do lado p e adicionando eltrons livres ao lado n. A ao a mesma que retirar eltrons de uma placa do capacitor e deposit-los na outra.

A capacitncia deste diodo chamada de capacitncia de transio, representada por CT. Como a camada de depleo fica mais larga quanto maior for a tenso reversa, a capacitncia de transio torna-se menor, pois aumenta a distncia entre as placas do capacitor. Assim, a capacitncia controlada pela tenso.


A Figura 5.14(b) mostra o circuito equivalente para um diodo polarizado reversamente. Uma resistncia reversa elevada RR est em paralelo com a capacitncia de transio CT. Em baixas freqncias, a capacitncia desprezvel e o diodo parece, essencialmente, aberto porque RR aproxima-se de infinito. Em freqncias mais altas, a capacitncia controlada pela tenso torna-se o efeito dominante. A Figura 5.14(c) indica como a capacitncia varia com a tenso reversa aplicada.

(a) (b) (c)

Figura 5.14 - Varactor (a) Estrutura, (b) circuito equivalente e (c) capacitncia de transio x tenso reversa

Os varactores so diodos de silcio otimizados para a sua capacitncia varivel. Por

ser a capacitncia controlada pela tenso, eles substituram os capacitores sintonizados mecanicamente em muitas aplicaes, como nos receptores de televiso e nos rdios de automveis.

VARISTOR

As descargas eltricas, falhas nas linhas de transmisso, chaveamento de carga reativa, entre outros, podem poluir a tenso da linha pela superposio de picos, vales e outros transitrios a tenso normal de alimentao. Os vales so quedas de tenso abruptas que duram cerca de microssegundos ou menos. Os picos so sobretenses rpidas de 500 at mais de 2000V. Em alguns equipamentos so usados filtros entre a linha de alimentao e o primrio do transformador, para eliminar os problemas causados pelos transitrios na linha.

Um dos componentes usados para filtrar a linha o varistor, tambm chamado de supressor de transitrio. Esse dispositivo semicondutor assemelha-se com dois diodos zener, um de costas para o outro, com uma tenso de ruptura bem alta em qualquer sentido. O varistor corta todos os picos de tenso acima da tenso especificada, protegendo o equipamento.


6. CIRCUITOS COM DIODOS

SINAL SENOIDAL

Os circuitos eletrnicos podem trabalhar com tenses e correntes contnuas e alternadas.

Um dos sinais alternados mais comuns o senoidal, que pode ser representado matematicamente por:

( )ysenXx P = onde: x o valor instantneo;

XP o valor de pico; y o domnio da funo. No domnio angular, temos y = , onde o ngulo e pode ser dado em graus (o) ou

em radianos (rad).

Figura 6.1 - Funo senoidal no domnio angular: ( )senXx P =

No domnio temporal, temos y = t, onde a velocidade angular dada em radianos

por segundo (rad/s) e t o tempo dado em segundos (s).

Figura 6.2 - Funo senoidal no domnio temporal: ( )tsenXx P = e T

2f2 ==

onde: f a freqncia do sinal em hertz (Hz); T o perodo do sinal em segundos (s). Ainda sobre o sinal senoidal, trs definies so importantes:

O valor pico a pico: PPP X2X = O valor mdio: 0X m =

O valor eficaz: 2

XX Prms =


CIRCUITOS RETIFICADORES

A gerao e distribuio de energia eltrica feita na forma de tenses senoidais, porm muitos aparelhos eletrnicos so alimentados por tenses contnuas. Sendo assim, necessitam de circuitos que transformam tenses alternadas em tenses contnuas. Estes circuitos so denominados retificadores. Porm, a tenso alternada na entrada de um circuito retificador deve ser adequada ao seu padro de tenso, ou seja, a tenso da rede eltrica, antes de ser ligada ao retificador, precisa ser reduzida, trabalho este realizado pelo transformador.

Ainda, aps o retificador, necessrio eliminar as variaes da tenso contnua para que a mesma se torne constante, o que feito atravs de filtros ou circuitos reguladores de tenso. A este conjunto de circuitos, d-se o nome de fonte de tenso ou fonte de alimentao.

Figura 6.3 - Diagrama de blocos de uma fonte de alimentao

TRANSFORMADORES

Existem vrios tipos de transformadores, porm, para o estudo dos retificadores, apenas dois interessam.

Transformador abaixador de tenso

Figura 6.4 - Transformador abaixador de tenso

O transformador constitudo de um ncleo de ferro laminado, que serve para fazer o acoplamento magntico entre os dois enrolamentos feitos sobre ele: o enrolamento primrio, no qual ligada a tenso da rede, e o enrolamento secundrio, no qual podem ser ligados uma carga, um filtro ou um circuito regulador de tenso.

No transformador, as tenses e as correntes dos enrolamentos primrio (V1 e 1) e secundrio (V2 e 2), esto relacionadas ao nmero de espiras destes enrolamentos (N1 e N2):

1

2

2

1

2

1

2

1NN

eNN

VV

==

No transformador ideal, a reduo da tenso ocorre sem perda de potncia, isto , a

potncia entregue ao primrio igual potncia fornecida ao secundrio:

2211

21VVPP =

=


Transformador com derivao central no secundrio

Figura 6.5 - Transformador com derivao central no secundrio

Este transformador funciona como se tivesse dois secundrios e, portanto, as relaes entre as tenses, correntes e nmero de espiras so as mesmas que as do transformador visto anteriormente. Porm, o terminal central comum aos dois enrolamentos secundrios, fazendo com que as suas tenses sejam defasadas de 180.

RETIFICADOR DE MEIA ONDA

o mais simples dos retificadores. A sua constituio bsica um diodo em srie com uma carga RL.

Figura 6.6 - Retificador de meia onda

Obs.: Como, normalmente, o sinal senoidal de entrada a ser retificado tem uma amplitude muito maior que V, para efeito de anlise, ser considerado o modelo do diodo ideal.

No semiciclo positivo de V2, o diodo est diretamente polarizado, logo ele conduz, fazendo com que a tenso de sada seja igual de entrada.

No semiciclo negativo de V2, o diodo est reversamente polarizado, logo ele no conduz, fazendo com que a tenso na sada seja nula.

Como a forma de onda na carga no mais senoidal, embora a freqncia seja a mesma da tenso de entrada, o seu valor mdio deixa de ser nulo, podendo ser calculado por:

P

mVV =


Figura 6.7 - Formas de onda num retificador de meia onda

Assim, pode-se calcular a corrente mdia na carga (igual a corrente mdia no diodo), da seguinte forma:

L

mm R

V=

Ento, para que o diodo no queime, ele deve suportar tanto esta corrente mdia

quanto a tenso de pico reversa, ou seja:

PBrmDM VVe

RETIFICADOR DE ONDA COMPLETA COM DERIVAO CENTRAL

O retificador de onda completa faz com que tanto o semiciclo positivo quanto o negativo, apaream sobre a carga sempre com a mesma polaridade.

Usando um transformador com derivao central possvel obter uma retificao completa.

Figura 6.8 - Retificador de onda completa com derivao central.


Durante o semiciclo positivo, o diodo D1 conduz e o diodo D2 corta, fazendo com que a tenso na carga seja positiva e igual tenso no secundrio superior do transformador.

Durante o semiciclo negativo, o diodo D1 corta e o diodo D2 conduz, fazendo com que a tenso na carga tenha a mesma polaridade da situao anterior e a mesma amplitude.

Figura 6.9 - Comportamento do retificador de onda completa com derivao central

Figura 6.10 - Formas de onda no retificador de onda completa com derivao central


Neste caso, a freqncia da tenso de sada dobra de valor e, portanto, a tenso mdia na carga tambm dobra. Por outro lado, como a tenso de pico na carga metade da tenso de pico no secundrio do transformador, a tenso mdia final a mesma que se obteria usando um retificador de meia onda com este mesmo transformador (ignorando-se a derivao central), ou seja:

L

mm

PP

m RV

eV2V2

V ==

=

Porm, a vantagem deste retificador est na especificao do diodo e na qualidade da

filtragem. Em relao s especificaes dos diodos, tem-se uma grande vantagem neste circuito. Como cada diodo conduz corrente num semiciclo, a corrente que eles devem suportar corresponde metade da corrente mdia na carga. Por outro lado, a tenso reversa que os diodos devem suportar a tenso total de pico do secundrio, j que suas duas metades somam-se sobre os diodos quando estes esto cortados. Assim:

PBrm

DM VVe2

RETIFICADOR DE ONDA COMPLETA EM PONTE

Este circuito utiliza uma ponte de diodos, tendo algumas vantagens em relao aos anteriores.

Figura 6.11 - Retificador de onda completa em ponte

Durante o semiciclo positivo, os diodos D1 e D3 conduzem e os diodos D2 e D4 cortam,

transferindo, assim, toda a tenso de entrada para a carga. Durante o semiciclo negativo, os diodos D1 e D3 cortam e os diodos D2 e D4

conduzem, fazendo com que toda a tenso de entrada aparea sobre a carga com a mesma polaridade que a do semiciclo positivo.

Figura 6.12 - Comportamento do retificador de onda completa em ponte


Figura 6.13 - Formas de onda no retificador de onda completa em ponte

Como neste caso a freqncia da tenso de sada dobra de valor, a tenso mdia na

carga tambm dobra, ou seja:

L

mm

Pm R

VeVV ==

2

Porm, neste circuito, a tenso de pico na carga corresponde tenso de pico na sada

do transformador e, portanto, a tenso mdia final o dobro da tenso mdia obtida pelos retificadores anteriores, caso o mesmo transformador seja utilizado.

Em relao s especificaes dos diodos, como cada diodo conduz corrente somente num semiciclo, a corrente que eles devem suportar corresponde metade da corrente mdia na carga. Quanto tenso reversa, os diodos devem suportar a tenso de pico do secundrio.

PBrm

DM VVe2


FILTRO CAPACITIVO

A utilizao de um filtro capacitivo muito comum nas fontes de alimentao que no necessitam de boa regulao, ou seja, que podem ter pequenas oscilaes na tenso de sada. Um exemplo, o eliminador de baterias cujo circuito vem todo montado na caixinha que vai ligada rede eltrica.

Figura 6.14 - Fonte de alimentao retificada

Figura 6.15 - Forma de onda na sada da fonte de alimentao retificada

Com o primeiro semiciclo do sinal retificado, o capacitor carrega-se atravs dos

diodos D1 e D3 at o valor de pico. Quando a tenso retificada diminui, os diodos que estavam conduzindo ficam reversamente polarizados, fazendo com que o capacitor se descarregue lentamente pela carga RL.

Quando, no segundo semiciclo, a tenso retificada fica maior que a tenso no capacitor, os diodos D2 e D4 passam a conduzir carregando novamente o capacitor at o valor de pico, e assim sucessivamente, formando uma ondulao denominada ripple. A descarga do capacitor lenta devido constante de tempo RLC, ou seja, quanto maior o capacitor ou a resistncia de carga, maior a constante de tempo e menor o ripple. Porm, mesmo com o ripple, percebe-se que a filtragem aumenta o valor mdio da tenso de sada, que ser chamada de Vmf. O valor de pico a pico do ripple, pode ser calculado pela equao abaixo:

CRfV

VL

mfr

=

onde: Vmf a tenso mdia na carga aps a filtragem;

f a freqncia da ondulao; RL a resistncia de carga; C o capacitor de filtro. Assim, para o projeto de uma fonte de alimentao deve-se, antes, estipular a tenso

mdia de sada e o ripple desejados para, em seguida, calcular o capacitor necessrio para a filtragem, as especificaes dos diodos e as especificaes do transformador.


EXERCCIOS

35. O transformador da figura abaixo, tem uma tenso no secundrio (V2) de 30 VCA. Qual a tenso de pico (Vp), a tenso mdia (Vm) e a corrente mdia (m) atravs da resistncia de carga (RL) ? Desenhar as formas de onda da tenso no secundrio (V2), no diodo (VD) e na carga (VRL).

36. Aqui esto alguns diodos e a sua especificao de DM: a. 1N914: DM = 50 mA b. 1N3070: DM = 100 mA c. 1N4002: DM = 1 A d. 1N1183: DM = 35 A

Se a tenso do secundrio (V2) for de 115 VCA no circuito do exerccio anterior, qual o tipo de diodo dado acima que pode ser utilizado ?

37. Aqui esto alguns diodos e sua especificao de VBR: a. 1N914: VBR = 20 V b. 1N3070: VBR = 50 V c. 1N4002: VBR = 100 V d. 1N1183: VBR = 175 V

Dada uma tenso do secundrio (V2) de 60 VCA no circuito do exerccio anterior, qual a VBR atravs do diodo. Qual dos diodos citados acima pode ser usado ?

38. Na figura abaixo, a tenso no secundrio (V2) de 40 VCA. Qual a tenso de pico, a tenso mdia (Vm) e a corrente mdia (m) na carga (RL) ? Desenhar as formas de onda da tenso total no secundrio (V2), nos enrolamentos A e B do secundrio (V2A e V2B), nos diodos (VD1 e VD2) e na carga (VRL).

39. Se a tenso do secundrio (V2) for de 60 VCA no circuito acima, qual dos diodos

apresentados anteriormente tm especificaes de DM e VBR suficiente para ser utilizado ?


40. Dada uma tenso do secundrio (V2) de 40 VCA no circuito do exerccio anterior, calcular a corrente mdia na carga (m) e a VBR atravs de cada diodo. Qual a corrente mxima (DM) que passa atravs de cada diodo.

41. Se a tenso do secundrio (V2) na figura abaixo for de 30 VCA, qual a tenso mdia (Vm) e a corrente mdia (m) atravs da resistncia de carga (RL) ? Qual a VBR atravs de cada diodo ? Desenhar as formas de onda da tenso no secundrio (V2), nos diodos (VD1, VD2, VD3 e VD4) e na carga (VRL).

42. A tenso do secundrio (V2) no circuito do exerccio anterior de 60 VCA. Qual a

corrente mdia na carga (m) ? Qual a corrente mxima atravs de cada diodo (DM) ? Qual a VBR atravs de cada diodo ?

43. No circuito do exerccio anterior, a tenso no secundrio de 40 VCA. Qual a tenso mdia (Vm) e a corrente mdia na carga (m) ? Qual a corrente mxima em cada diodo (DM) ? Qual a VBR atravs de cada diodo ?

44. Os diodos do circuito do exerccio anterior tm especificao DM de 150 mA e uma especificao de VBR de 75 V. Estes diodos so adequados para uma tenso do secundrio (V2) de 40 VCA ?

45. Se todos os diodos do circuito do exerccio anterior tiverem uma especificao DM de

0,5 A e uma especificao de VBR de 50 V, eles so adequados para uma tenso do secundrio (V2) de 60 VCA ?

46. Para os circuitos das figuras abaixo, determine: !#A nomenclatura usual; !#As formas de onda das tenses no circuito; !#valor da tenso em cada um dos elementos do circuito; !#valor da corrente em cada um dos elementos; !#A potncia dissipada pela carga; !#A especificao dos diodos.


47. A figura abaixo mostra um transformador com relao de espiras N1/N2=55 e com tenso no primrio de 110VRMS ligado a um retificador de meia onda (diodo de germnio) com uma carga de 40. Considerando o valor de V do diodo (modelo 2), determine:

!#As formas de onda das tenses no circuito; !#valor da tenso em cada um dos elementos do circuito; !#valor da corrente em cada um dos elementos; !#A potncia dissipada pela carga; !#A especificao do diodo.

48. A figura abaixo mostra um transformador com tenso no secundrio de 30VRMS ligado a

um retificador de onda completa com derivao central com uma carga de 300, determine:

!#As formas de onda das tenses no circuito; !#valor da tenso em cada um dos elementos do circuito; !#valor da corrente em cada um dos elementos; !#A potncia dissipada pela carga; !#A especificao do diodo.

49. Projetar uma fonte com tenso de entrada de 110VRMS/60Hz e tenso mdia de sada de

15V com ripple de 0,5V, para alimentar um circuito que tem resistncia de entrada equivalente a 500. Utilizar o retificador de onda completa com derivao central.

50. Projetar uma fonte de tenso que substitua uma bateria de um aparelho eletrnico formada

por duas pilhas de 1,5V e que tem um consumo de potncia de 7,5mW. O ripple deve ser de no mximo 0,15V. Utilizar o retificador de sua escolha.


51. Na figura abaixo a tenso do secundrio de 40VRMS. Utilizando diodos ideais, calcule a tenso na carga. Especifique o diodo.

52. Qual a tenso na carga e a ondulao no circuito abaixo, para uma tenso no secundrio de

17,7VRMS.

53. A tenso da linha tipicamente de 115VRMS 10%. Calcule o valor de pico para uma

linha baixa e para uma linha alta. 54. O transformador da figura abaixo tem uma tenso do secundrio de 30VRMS. Qual a

tenso de pico na resistncia de carga? A tenso mdia? A corrente mdia atravs da resistncia de carga?

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Semicondutores introdução

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