Universidade Federal do Piauí
Centro de Tecnologia
Curso de Engenharia Elétrica
DISPOSITIVOS
ELETRÔNICOS
Prof. Marcos Zurita
www.ufpi.br/zurita
Teresina - 2012
O Diodo Semicondutor
- Parte II -
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Diodos - parte - II, Notas de estudo de Engenharia Elétrica
Prof.Marcus Zurita ,Material sobre diodos e semicondutores
Tipologia: Notas de estudo
2014
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Compartilhado em 06/04/2014
bruno-mesquita-18 🇧🇷
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Universidade Federal do Piauí Centro de Tecnologia Curso de Engenharia Elétrica
DISPOSITIVOS
ELETRÔNICOS
Prof. Marcos Zurita [email protected] www.ufpi.br/zurita Teresina - 2012 O Diodo Semicondutor
- Parte II -
2 Sumário ●
1. Tempo de Recuperação Reversa
●
2. Resistência do Diodo
●
3. Modelagem do Diodo (Circuitos Equivalentes)
●
4. Tipos Especiais de Diodo
●
5. Aplicações
●
Bibliografia
4 Tempo de Recuperação Reversa ● (^) Uma junção pn diretamente polarizada possui uma grande quantidade de portadores minoritários tanto no lado n quanto no lado p: ● (^) lacunas na região n difundidas da região p. ● elétrons-livres na região p difundidos da região n. ● (^) O que ocorreria se a tensão de polarização ( V D ) fosse subitamente invertida? ● (^) Um diodo ideal responderia mudando imediatamente do estado de condução para o de não condução. W ID ID p n VD
Portadores minoritários em excesso
5 Tempo de Recuperação Reversa ● (^) Num diodo real, o grande número de portadores minoritários em cada região da junção fazem com que a corrente através do diodo seja simplesmente invertida. ● (^) A corrente reversa permanecerá cons- tante durante um período ts enquanto os port. minoritários voltam às suas regiões de origem. ● A partir de então a corrente decresce até o valor de Is.
7 Tempo de Recuperação Reversa ● (^) Tempo de Recuperação Reversa ( t rr ): é o tempo necessário para que a corrente de saturação reversa se estabeleça mediante uma súbita inversão da tensão de polarização direta para a polarização reversa. ● (^) O t rr é dado pela soma dos tempos de armazenamento ( t s ) e de transição ( t t
● O tempo de recuperação reversa é uma característica que limita a operação do diodo em frequências elevadas e em circuitos de chaveamento de alta velocidade. ● (^) Diodos comuns: t rr entre alguns nanossegundos e 1 μs. ● (^) Diodos especiais: t rr menores que 1 nanossegundo. trr = ts tt (Eq. 3.1)
8
2. Resistência do Diodo
10 Resistência do Diodo
Resistência Estática
● Uma tensão estática (invariável) aplicada num diodo implica em um ponto de operação em sua curva característica. ● A resistência do diodo é dada simplesmente pela relação tensão-correste, isto é: ● Quanto menor a corrente do diodo ( I D ), maior é o valor de sua resistência ( R D
RD = (^) (Eq. 3.2) V D I D
11 Resistência do Diodo Ex.: Resistência Estática em 3 Pontos de Operação ● (^) Para I D = 20 mA: ● (^) Para I D = 2 mA: ● (^) Para V D
= -10 V:
R D = V D I D = 0,8 V 20 mA = 40 RD = V D I (^) D = 0,5 V 2 mA = 250 R D = V D I D = 10 V 1 A = 10 M
13 Resistência do Diodo ● (^) O ponto quiescente nos permite linearizar a curva i-v dentro do intervalo de variação do sinal. ● (^) Dentro do intervalo de varição do sinal admite-se que a resistência do diodo corresponde à tangente do ponto Q. ● (^) A precisão desta aproximação será tanto maior quanto menor for a variação da tensão e da corrente sobre o diodo, bem como melhor for a equidistância da varia- ção em torno de Q. ● A Resistência Dinâmica do diodo para pequenos sinais é dada por: r (^) d = (^) (Eq. 3.3) V (^) D I (^) D
14 Resistência do Diodo ● (^) A aplicação da Eq. 3.3 requer geralmente uma análise gráfica do caso, o que nem sempre é conveniente. ● (^) Por outro lado, sabe-se que a inclinação da reta tangente ao ponto Q pode ser determinada pela derivada da curva no ponto, ou seja: logo: ● (^) Para um diodo à 300K com n =1, V D
> V
0 , temos que: (Eq. 3.4) 1 r d = dI D dV D = d dV [ I S e V (^) D / nV (^) T − 1 ] r (^) d = (^) (Eq. 3.5) nV (^) T I (^) D I (^) S r (^) d ≈ (^) (Eq. 3.6) 26 mV I (^) D
16 Resistência do Diodo
Resistência Dinâmica Para Grandes Sinais
● Se o sinal variante no tempo aplicado no diodo for suficientemente grande para provocar grandes variações na sua corrente, as condições de linearização assumidas para pequenos sinais deixam de ser aplicáveis. ● Neste caso a linearização é feita: ● (^) 1. determinado-se os valores máximo e mínimo de I D impostos pela tensão de entrada ( VD ). ● (^) 2. assumindo-se que a corrente varia linearmente entre esses dois extremos. r (^) av = (Eq. 3.9) V (^) Dmax − V (^) Dmin I (^) Dmax − I (^) Dmin
17 Resistência do Diodo
Ex: Resistência dinâmica para grandes sinais
r av = V Dmax − V Dmin I Dmax − I Dmin r av = 0,725 V −0,650 V 17mA−2mA r av = 5
19 Modelagem do Diodo ● (^) Conforme estudado até o momento, o diodo real apresenta uma série de imperfeições em relação ao diodo ideal: ● (^) 1. Condução sob polarização reversa ( I D = IS ); ● (^) 2. Queda de tensão na condução direta (~ V 0 ); ● (^3). Resistência de condução direta ( R D,^ rd ou^ rav ); ● (^) 4. Resistências parasitas ( r b ); ● (^) 5. Capacitâncias de difusão ( C D ) e depleção ( CT ); ● (^) 6. Existência de uma região de ruptura; ●
- Curto momentâneo sob inversão súbita da polarização; ● (^) 8. Dependência térmica dos parâmetros de operação; ● (^) 9. Limitações de tensão e corrente de trabalho.
20 Modelagem do Diodo
Modelo Geral
● Para facilitar o projeto e a análise de circuitos envolvendo diodos, é conveniente representa-lo em termos de um circuito equivalente. ● Assumindo que o diodo opere fora da ruptura e dentro dos limites de tensão e corrente, é possível definir um modelo considerando as 5 primeiras “não-idealidades”: Rm IS V 0 CD CT rb A K Diodos ideais sob polarização direta sob polarização reversa