eletrônica aplicada - elt 2 o diodo de jun??o, Notas de estudo de Física
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Circuitos eletrônicos.
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E-mail: eliesio O etrr.com.br + ESCOLA TÉCNICA REZENDE-RAMMEL CURSO TÉCNICO DE MECATRÔNICA ELETRÔNICA APLICADA 1 NOME TURMA ANO O DIODO DE JUNÇÃO INTRODUÇÃO. O diodo de junção é um componente eletrônico formado a partir de uma junção PN. SIMBOLOGIA DO DIODO DE JUNÇÃO CRISTAL P CRISTALN , | TERMINAL ÂNODO CÁTODO 7 t CÁTODO (A) (K) / N (K) P N JUNÇÃO OBS: O ânodo é formado pelo semicondutor P e o cátodo pelo semicondutor N. POLARIZAÇÃO DIRETA DO DIODO DE JUNÇÃO A polarização direta ocorre quando o potencial POSITIVO da fonte encontra-se ligado no ANODO (material P) e o potencial NEGATIVO da fonte encontra-se ligado no CATODO(material N). O ANODO POSITIVO EM RELAÇÃO AO CATODO. A Rd Vd K (A) + - &) > DI] ——— —————+— ID ID Vd ou Vy — TENSÃO DIRETA é a tensão necessária para vencer a barreira de potencial da junção. No diodo de silício é + 0,7 V e no diodo de germânio é + 0,3 V. Rd — RESISTÊNCIA DIRETA é uma resistência muito pequena oferecida à passagem corrente Elétrica. O valor desta resistência é da ordem de 100 O. ELIÉSIO 1 E-mail: eliesio O etrr.com.br ID —» CORRENTE DIRETA é uma grande corrente de portadores majoritários. Esta corrente é da ordem de miliamperes para diodo de pequenos sinais ou até vários ampéres para diodo de potência. CURVA CARACTERÍSTICA IMPORTANTE ID Quando polarizado diretamente o diodo Vd> Si+07V apresenta: Vd=>Ge+0,3V e Baixa resistência direta [Rd] e Baixa tensão direta [Vd ou Vy] e Alta corrente direta [Id] - VD Vd POLARIZAÇÃO REVERSA DO DIODO DE JUNÇÃO Na polarização reversa colocamos o lado POSITIVO da fonte no SEMICONDUTOR N(cátodo) e o lado NEGATIVO da fonte no SEMICONDUTOR P(ânodo). [ O ANODO NEGATIVO EM RELAÇÃO AO CATODO. ] Rr Vr (A) — + (K) > = DI] + IR IR Rr > RESISTÊNCIA REVERSA é uma resistência elevada da ordem de megaohms Ir > CORRENTE REVERSA é uma corrente muito pequena comparada com a corrente direta. Vr — TENSÃO REVERSA Durante a polarização reversa os elétrons do lado N são atraídos para o terminal positivo da fonte e as lacunas do lado P para o terminal negativo da fonte, formando assim íon positivo(ânion) no lado N e íon negativo (cátion) no lado P. A região de depleção cresce e a barreira de potencial é elevada. A barreira de potencial aumenta até que seu valor seja igual com a tensão da fonte. Na polarização reversa não teremos corrente de portadores majoritários eles são afastados da junção. Na polarização reversa teremos uma pequena corrente reversa (corrente de fuga) formada por portadores minoritários que são criados a partir da vibração térmica provocada pela temperatura. Esta corrente de fuga é característica para cada tipo de semicondutor utilizado. Para o diodo de silício é da ordem de nanoamperes e para o diodo de germânio é da ordem de microamperes. Com isto podemos observar que a temperatura é muito importante quando usamos componentes formados com material semicondutor. Vr VR A tensão VR não pode chegar ao valor de Vr, pois neste caso o diodo IR >Sl a nà será danificado IR 5Ge = LA Na prática verifica-se que os diodos de silício têm sua corrente reversa de saturação dobrada para cada aumento IR | de 10º C na temperatura. ELIÉSIO o) E-mail: eliesio Oetrr.com.br CURVA CARACTERÍSTICA DE UM DIODO DE JUNÇÃO Como a junção PN possui uma barreira de potencial natural Vd. Na polarização direta só existe corrente significativa, se a tensão aplicada ao diodo [VD] for maior que este potencial (Vd ou Vy) Para o caso do germânio + 0,3V e para o caso do silício + 0.7 V VD>Vd PDmax = VD x IDmax Na polarização direta, existe uma corrente máxima que o diodo pode conduzir (IDmáximo) é uma potência máxima de dissipação (PD máximo) Na polarização reversa, existe uma tensão reversa máxima (TRM) que pode ser aplicada ao diodo sem que seja alcançado o valor da tensão de ruptura(Vr). Caso este valor seja atingido teremos o diodo danificado. Nomenclaturas normalmente usadas para tensão reversa máxima: Tensão Reversa Máxima => VRM Tensão de Pico Inversa > TPI Tensão Reversa de Pico = PIV Tensão Reversa Máxima de Trabalho=> VRWM CURVA CORRENTE x TENSÃO DE UM DIODO DE JUNÇÃO ID(mA) Ari SNDOV) ELIÉSIO 3 E-mail: eliesio O etrr.com.br DIODOS COMERCIAIS DIODOS RETIFICADORES (USO GERAL) TIPOS IF(AV) (A) |VRRM(V) |VF (V) [IF TIPOS IF(AV)(A) | VRRM(V) | VF IF (A) (A) (V) BY527 2.0 1250 1.16 10 1N5059 /20 200 115 2.5 BYMS56A 3.5 200 1.25 5 1N5060 /2.0 400 115 2.5 BYMS56B 3.5 400 1.25 5 1N5061 /2.0 600 115 2.5 BYM56C 3.5 600 1.25 5 1N5062 2.0 800 115 2.5 BYM56D 3.5 800 1.25 5 BYMS56E 3.5 1000 1.25 5 BYW54 2.0 600 1.65 10 BYW55 2.0 800 1.65 10 BYW56 2.0 1000 1.65 10 1N4001 1.0 50 11 1 1N4002 1.0 100 11 1 1N4003 1.0 200 11 1 1N4004 1.0 400 11 1 1N4005 1.0 600 11 1 1N4006 1.0 800 11 1 1N4007 1.0 1000 11 1 IF(AV) => CORRENTE MÉDIA DIRETA VRRM > TENSÃO REVERSA DE PICO REPETIDA VF = TENSÃO DIRETA IF => CORRENTE DIRETA DIODO DE BAIXO SINAL (USO GERAL E COMUTAÇÃO ) TIPO VR (V) IF (MA) TRR (NS) CD(PF) VF(V) A TXMA) APLICAÇÕES TÍPICAS BA220 10 200 4 2.5 0,95 100 Uso Geral BA221 30 200 4 2.5 1.05 200 Uso Geral BA326 10 100 4 2 11 100 Uso Geral BA317 30 100 4 2 11 100 Uso Geral BA318 50 100 4 2 11 100 Uso Geral BASII 300 300 1000 10 11 300 Uso Geral BAVIO So 300 6 2.5 125 500 Velocidade Ultra-elevada BAVI8 50 250 50 5 1.25 200 Alta Velocidade BAVI9 100 250 50 5 1.25 200 Alta Velocidade BAV20 150 250 50 5 1.25 200 Alta Velocidade BAV21 200 250 50 5 1.25 200 Alta Velocidade BAW62 75 200 4 2 1.0 100 Comutação alta veloc. BAXI2 90 400 50 35 10 200 Telefonia BAXI4 20 500 50 35 1.0 300 Uso Geral/Retificação BAXI8 75 500 - 35 1.5 2000 Uso Geral/Retificação IN914 75 75 4 4 10 10 Alta Velocidade 1N916 75 75 4 2 10 10 Ata Velocidade IN4148 75 200 4 4 10 10 Alta Velocidade 1N4150 75 300 6 2.5 LO 200 Velocidade Ultra elevada 1N4151 50 200 4 2 LO 50 Velocidade Ultra elevada 1N4154 25 200 2 4 10 30 Velocidade Ultra Elevada 1N4446 75 200 4 4 10 20 Alta Velocidade 1N4448 75 200 4 4 1.0 100 Alta Velocidade 1N4531 75 200 4 4 10 10 Alta Velocidade 1N4532 75 200 2 2 10 10 Alta Velocidade ELIÉSIO VR = TENSÃO REVERSA IF => CORRENTE DIRETA VF > TENSÃO DIRETA trr = TEMPO DE RECUPERAÇÃO REVERSA CD => CAPACITÂNCIA DO DIODO E-mail: eliesio O etrr.com.br RETA DE CARGA DE UM DIODO DE JUNÇÃO Ao ligar um diodo a uma fonte de alimentação torna-se necessário à utilização de um resistor limitador de corrente. RL5Resistor de carga (LOAD). Esta resistência pode ser a carga será Db alimentada. LEI DE KIRCCHOFF O somatório das tensões num A circuito é sempre igual a zero = En V-Vd-Va =O V=VD+Vy V>tensão da fonte de alimentação Vd queda de tensão necessária para vencer o potencial de barreira VaLqueda de tensão necessária para transportar as cargas elétricas através da carga. EQUAÇÃO DA RETA DE CARGA Como estamos com um circuito série (só há um caminho para passagem da corrente elétrica) V-Vd 3 Equação da reta ID= IRL = como = IRL = “PL = e=sVRL=V-Vd ID= RL RL De carga ID(mA) POTÊNCIA DE DISSIPAÇÃO NO DIODO Representa a potência máxima que será dissipada na junção do diodo. Pp potência dissipada no diodo Pp =Vdx1, em Watt [W] Vd5tensão na junção do diodo em Volt [V] Ip% corrente através da junção 5. VD(V) ELIÉSIO 5 E-mail: eliesio O etrr.com.br DETERMINAÇÃO DA RETA DE CARGA DE UM DIODO DE JUNÇÃO Ponto de trabalho ou ponto quiescente (Q) do diodo, determina os valores de tensão (VD) e corrente (ID) no circuito. ID(mA) DIODO IDEAL Vc (tensão de corte) > tensão no diodo Is considerando-o aberto, Ve=V Onde V é a tensão aplicada ao circuito Is (corrente de saturação) corrente máxima no diodo considerando-o um curto. “RL OndeRLéa carga do circuito. Q (ponto quiescente) >é o ponto de trabalho, corresponde exatamente às coordenadas VD e ID onde definimos os valores de VQ=Vd e IQ=ID Idealmente, o diodo é um dispositivo unilateral, isto é, bloqueia toda a passagem de corrente num sentido (polarização reversa) e permite a passagem no outro sentido (polarização direta). Sempre que o valor de tensão aplicado ao circuito for muito maior que Vd (+ 0,7 V para o silício e + 0.3 V para o germânio), pode-se considerar o diodo como um elemento ideal, que com polarização direta será um curto circuito e com polarização reversa será um circuito aberto Para ELIÉSIO POLARIZAÇÃO DIRETA +—Dt— — se, V>10Vd | + chave POLARIZAÇÃO REVERSA My o LA — chave aberta Fechada ID 4 > VD VD ID vio VD E-mail: eliesio O etrr.com.br Como podemos observar, a característica I x V do diodo ideal é altamente não linear; e consiste em dois segmentos de linha reta 90º um em relação ao outro. Se dispositivos com estas características são usados numa aplicação particular de modo que o sinal nos seus terminais não ultrapasse os limites da não-linearidade, ele poderá ser considerado como um elemento linear por outro lado, se o sinal ultrapassar os pontos de não-linearidade, não será mais possível à aplicação da análise linear. ID Polarização Polarização Reversa Direta 1Dmáximo ELIÉSIO 7 E-mail: eliesio O etrr.com.br AUTO-AVALIAÇÃO > O DIODO DE JUNÇÃO NOME TURMA ANO 01) Determinado diodo de silício tem uma corrente de saturação de 2 nA em 25º C. Qual o valor de Is em 75º 0? 02) Em determinado circuito, quando um diodo está polarizado diretamente, sua corrente é de 100 mAÃ.E quando polarizado inversamente, sua corrente cai para 10 nA. Qual a relação entre a corrente direta e reversa? 03) Qual a potência dissipada num diodo de silício com polarização direta se a tensão no diodo for de 0,7 Ve a corrente de 100 mA? 04) No circuito abaixo, qual o valor da corrente através do diodo? D ç DIODO IDEAL DIODO REAL DE SILÍCIO 100V 100R 05) Uma fonte de tensão de 10 V leva o diodo a ter um resistor limitador de corrente de 100 O. Se o diodo tiver a característica Ix V apresentada, qual a corrente de saturação? Qual a tensão de corte? Qual o valor aproximado da tensão e da corrente no ponto Q?Qual a potência dissipada no diodo ? ID(mA) DOM. tentei enieedeeneno does AR 00. ELIÉSIO 8 E-mail: eliesioOetrr.com.br 06) Usando as características do diodo apresentado na questão 5, encontre os mesmos dados para um resistor de 200 €2. Descreva sobre o que acontece com a reta de carga. 07) Usando as características do diodo apresentado na questão 5, encontre os mesmos dados para uma fonte de 2 V. Descreva sobre o que acontece com a reta de carga. 08) No circuito apresentado à tensão da fonte é de 5 Ve diodo é de silício. Qual o valor da corrente e potência na carga RL se esta for de 100 0? RL 09) Se a fonte no circuito da questão 8 é de 12 V e a carga de 1 KO. Qual o valor da corrente através do diodo? Qual a corrente através da carga? Qual a potência dissipada na carga? 10) Para que o circuito apresentado funcione sem problemas, cite dois tipos de diodos que podem ser utilizados? Se a fonte de tensão for invertida ,cite dois tipos 1004 de diodos que podem ser utilizados? 11) Identifique a condição das lâmpadas (acesa ou apagada) no circuito ao lado.(diodo ideal) 12) Nos circuitos abaixo determine os valores das tensões(V) e corrente(I) indicadas.(diodo ideal) a) b) e) d) 104 v 10% u +54 +V b s I I y v | 10k8 | 10km . + I I I —— —— 10km 10% o o 5y EV ELIÉSIO E-mail: eliesio O etrr.com.br 13) Indique a situação das lâmpadas [acesa ou apagada] para cada posição da chave. Chave A |Chave B | Chave C Li L2 L3 14) Determine a reta de carga, o ponto quiescente, a tensão quiescente, a corrente quiescente e a potência quiescente dissipada pelo diodo no circuito abaixo, tomando como base à curva característica apresentada. ID(mA) 1KQ 15) Tendo como referência à tabela de diodos apresentada neste caderno encontre diodos que possam ser utilizados nos circuitos abaixo. a) | +200V b) +200V 1200 1200 D D ELIÉSIO 10 E-mail: eliesio Oetrr.com.br 16) Tomando como base o circuito abaixo, responda: +5V a) A tensão medida no diodo é de 5V. => Ele está aberto ou em curo? 10062 b) Alguma coisa provocou um curto no resistor de 10002. = Qual a tensão no diodo? => O que pode acontecer com o diodo? D c) A tensão no diodo é OV. => O que pode estar acontecendo? 17) Esboce o gráfico I-V de um diodo de silício com uma barreira de potencial de 0,7V e uma tensão de ruptura 50V. Explique com suas próprias palavras cada parte do gráfico. ELIÉSIO 11
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