1

1

EE530 Eletrônica Básica IProf. Fabiano Fruett

3A - Modelos de Diodos• Conceitos básicos• Modelos e formas de análise• Modelo para pequenos sinais• Regulador de tensão a diodo Exemplo• Modelo do Diodo em Altas

Frequências para Pequenos Sinais *

* Assunto com caráter introdutório

Diodo Ideal

2

Símbolo Circuito Equivalente

Analogia hidráulica

2

Característica I versus V de um diodo ideal

3

∞==⇒=R

VIR 00==⇒∞=

RV

IR

Combinação diodo e resistor

4

Polarização direta Polarização reversa

Característica I versus V Circuito equivalente para polarização direta

Diodo e resistor em série

3

Diodo como retificador

5

Qual o valor médio das duas formas de onda mostradas acima?

Retificador Retificador com carga

Cálculo do valor médio da onda retificada

6

[ ]

/ 2

,

0 0

/2

0

1 1( ) sin

1cos

T T

out med out p

Tp p

V V t dt V tdtT T

V Vt

T

ω

ωω π

= =

= − =

∫ ∫

4

Circuito diodo-bateria (limitador)

7

Diodo bateria

Diodo resistor

Diodo, bateria e resistor

Modelos para um diodo

8

Modelo ideal Modelo exponencial

Modelo com queda de tensão constante

5

9

Modelo de segmentos lineares

iD = 0, vD ≤ VD 0

iD = (vD − VD 0)/rD , vD ≥ VD0

Fonte: Sedra Fig. 3.20

10

Modelo de segmentos lineares

ou modelo de “bateria com resistência”

Fonte: Sedra Fig. 3.21

6

11

Afinal, qual modelo utilizar

A questão sobre a escolha do modelo numaaplicação particular é algo que o projetistaenfrenta repetidamente, não somente comdiodos mas com qualquer elemento decircuito. O problema está em encontrar umcompromisso adequado entre exatidão ecomplexidade. A capacidade de escolher omodelo apropriado para um dispositivoaumenta com a prática e com a experiência.

12

Exemplo de um circuito com diodo

/exp D TV VD SI I= I D =

VDD − VD

R

?D DI VFonte: Sedra Fig. 3.18

7

13

Análise gráfica

/exp D TV nVD SI I=DD D

D

V VI

R

−= =

Fonte: Sedra Fig. 3.19

14

Exemplo de análise iterativa

Determine os valores da correnteID e da tensãoVD para ocircuito com VDD = 5 V e R = 1 kΩ. Suponha que acorrente do diodo é de 1 mA para uma tensão de 0,7 V, eque a queda de tensão varia de 0,1 V para cada década devariação na corrente.

5 0,7 4,3 mA

1 k

DD DD

V VI

R

−=

−= =

22 1

1

0,1logI

V VI

= +

2

4,3V 0,7 0,1log

1

0,763V

= +

=

8

15

Análise numérica

Análise rápida (por inspeção)

/exp D TV nVD SI I=

ID = 1 mA e VD = 0,7 VIS ?

/exp D TnVS

VD II =

A análise rápida usa modelos simplistas para o diodo

Existe uma hierarquia de modelos de diodos, sendo a escolha do modelo apropriado ditada

pela aplicação.

16

Modelo para pequenos sinais

9

Resistência de pequenos sinais ou resistência incremental

17

D Td

D D

V Vr

I I

∆= =∆

18

Modelo do diodo para pequenas variações

próximas do ponto de polarização Q.

0

0

0

( )

( )

D D D d

D D d d

D D d d d

D d d

V i r

V I i r

V I r i r

V i r

= += + += + += +

v

VD0 é determinado pelo ponto de polarização e pela resistência incremental

10

19

Formas de análise

Circuito com valores cc e de sinalSubstituição do diodo pelo modelo

Análise cc Análise de sinal

20

Regulador de tensão a diodo

Qual o comportamento deste regulador com a temperatura?

11

21

Exercício:

+15V

OV

R

LI

Dimensione os componentes do circuito de modo queVO=3VquandoIL=0. VO varia em 40mV por 1mA de variação nacorrente de carga.Calcule o valor deR e a seção da junção de cada diodo(suponha diodos idênticos) em relação a um diodo com quedade tensão de 0,7 V para 1 mA de corrente.

22

Modelo do Diodo em Altas Frequências para Pequenos Sinais *

Ponto de polarização: ID, VD

00

0

/

( / ) ,para 0

/ 1 para 0

2 ,para 0

d T D

d T T D D

m

Dj j D

j j D

r V I

C V I V

VC C V

V

C C V

τ== >

= − <

≅ >

12

23

Sugestão de estudo

• Razavi, Cap. 3 até seção 3.4

• Sedra/Smith Cap. 3 até seção 3.4– Exercícios e problemas correspondentes