Diodos

TE214 Fundamentos da EletrônicaEngenharia Elétrica

Sumário

• Circuitos Retificadores• Circuitos Limitadores e Grampeadores• Operação Física dos Diodos

Circuitos Retificadores

• O diodo retificador converte a senóide de entrada em uma saída unipolar.

Circuitos Retificadores: Meia Onda

• Retificador de meia onda: utiliza metade dos ciclos da senóide de entrada.

• Em muitas aplicações temos rD << R, logo:

00

0

,

,0

DSD

DSD

O

DSO

VvrR

RVvrR

Rv

Vvv

0DSO Vvv VD0 = 0,7V

Circuitos Retificadores: Meia Onda

Circuitos Retificadores: Meia Onda

• Na escolha dos diodos:– Capacidade de condução do diodo: maior corrente

que ele pode conduzir– Tensão de pico inversa (PIV): tensão que deve

suportar sem entrar na região de ruptura• Para o exemplo temos PIV = VS

• Normalmente escolhemos um diodo que suporte 50% a mais do valor esperado para PIV

Circuitos Retificadores: Onda Completa

• Retificador de onda completa: utiliza ambos os semiciclos da senóide de entrada “inverte” o semiciclo negativo da onda senoidal!

• Quando a tensão de entrada é positiva (semiciclo positivo), VS é positiva, logo

1. Diodo D1 conduz2. Diodo D2 “cortado” (inversamente polarizado)

• Quando a tensão de entrada é negativa (semiciclo negativo), VS é negativa, logo

1. Diodo D1 “cortado” (inversamente polarizado)2. Diodo D2 conduz,

Circuitos Retificadores: Onda Completa

PIV = 2VS - VD

• A corrente circula por R sempre no mesmo sentido

Circuitos Retificadores: Ponte

• Retificador em ponte: Implementação alternativa do retificador de onda completa.

• Quando a tensão de entrada é positiva (semiciclo positivo), a tensão VS é positiva, logo

1. Diodos D1 e D2 conduzem2. Diodos D3 e D4 “cortados” (inversamente polarizados)

• Quando a tensão de entrada é negativa (semiciclo negativo), a tensão VS é negativa, logo

1. Diodos D1 e D2 “cortados” (inversamente polarizados)2. Diodos D3 e D4 conduzem

Circuitos Retificadores: Ponte

• Durante ambos os semiciclos, a corrente circula por R no mesmo sentido

PIV = VS - VD

Retificador com Capacitor de Filtro

• Capacitor em paralelo com a carga reduz a variação na tensão de saída.

Retificador com Capacitor de Filtro

Retificador com Capacitor de Filtro

Circuitos Retificadores: Resumo

Circuitos Retificadores: Resumo

Circuitos Limitadores

• Aplicação em circuitos de proteção.

Característica de transferência geral para um circuito limitador

Em geral k

1

Se vI exceder o limiar superior (L+/K) ou o limiar inferior (L-/K) a tensão de saída será limitada a L+ e L- respectivamente.

Circuitos Limitadores

• Limitadores implementados combinando diodos e resistores.

• Limitadores simples e duplos

Circuitos Grampeadores

• Circuito restaurador de cc.

CIO vvv

Circuitos Grampeadores

Operação Física dos Diodos

• Compreender a física do dispositivo que proporciona as características observadas entre seus terminais.

Operação Física dos Diodos

• O diodo é uma junção pn.• Material semicondutor (silício) tipo p posto em

contato com uma material semicondutor tipo n.• Regiões p e n fazem parte de um mesmo cristal

de silício.• São criadas duas regiões com “dopagens”

diferentes.

Operação Física dos Diodos

• Sílício Intrínseco (Cristal 2D)

Círculos: núcleo átomos de silício. +4 indica sua carga positiva de +4q, que é neutralizada pelos 4 elétrons da camada de valência. Ligações covalentes são formadas pelo compartilhamento dos elétrons pelos átomos vizinhos. Em 0 K, todas as ligações estão completas e não há elétrons livres para condução de corrente.

Em temperatura ambiente, alguns ligações covalente se rompem pela ionização térmica. Cada ligação rompida dá origem a um elétron livre e a uma lacuna. Ambos se tornam disponíveis para a condução de corrente elétrica.

Operação Física dos Diodos

• Difusão e Deriva:– Mecanismos pelos quais elétrons e lacunas

se movem através de um cristal de silício.

– Corrente de difusão: gerada pela concentração de elétrons livres em uma região.

– Corrente de deriva: gerada por um campo elétrico que acelera elétrons e lacunas.

Operação Física dos Diodos

• Semicondutores Dopados:– Cristal de silício tem concentrações iguais de elétrons e lacunas.

– Silício Dopado: um dos materiais predomina (lacunas ou elétrons).• Tipo n: silício dopado onde portadores majoritários são elétrons (-).• Tipo p: silício dopado onde portadores majoritários são lacunas (+).

– Como é feita a dopagem? Introduz átomos de impurezas!• Elemento pentavalente

fósforo

Silício tipo n

• Elemento trivalente

boro

Silício tipo p

Operação Física dos Diodos

• Semicondutores Dopados:

Operação Física dos Diodos

• Junção pn “aberta”– Corrente de Difusão: ID

(portadores majoritários)

– Região de Depleção: cargas não neutralizadas pelos elétrons/lacunas livres.

• Dá origem a um campo elétrico

– Corrente de Deriva: IS (portadores minoritários)

Operação Física dos Diodos

• Junção pn “polarizada inversamente”– Corrente I : elétrons

circulando de n para p.• Provoca aumento das cargas

fixas positivas• Provoca aumento das cargas

fixas negativas

Aumenta a largura da camada de depleção

I<IS

Operação Física dos Diodos

• Junção pn “ruptura”– Corrente I : elétrons

circulando de n para p.• Movimenta as lacunas de p

para n.

Aumenta a largura da camada de depleção

Aumenta a tensão da barreira

I>IS

Operação Física dos Diodos

• Junção pn “polarização direta”– Corrente I : fornecimento de

portadores majoritários em ambos os lados da junção.

• Neutralizam algumas cargas fixas

Diminui a largura da camada de depleção

Diminui a tensão da barreira