curso de eletronica basica parte1 eletronuclear

7/28/2019 Curso de Eletronica Basica parte1 Eletronuclear

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ELETRONUCLEAR Gerncia de Treinamento - GTR.O

TREINAMENTO GERAL DE MANUTENO

ANGRA 2

CURSO DE ELETRNICA BSICA

Gerncia de Treinamento - GTR.O


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TGM A2Curso de Eletrnica Bsica - Apostila Setembro/00

SRIE: TREINAMENTO GERAL DE MANUTENO

FICHA TCNICA

Trabalho elaborado sob a coordenao da ELETRONUCLEAR e apoio do SENAIDR/RJ de Barra Mansa e Gerncia de Educao Profissional, com a participaode:

Coordenador Rafael Gomes Moreira Eletronuclear

Especialista: Rafael Gomes MoreiraEletronuclearRevisor Pedaggico Rafael Gomes Moreira Eletronuclear

Desenhista Carlos A. dos Anjos - SENAI

Digitador Waldir Martins - SENAI

ATUALIZAES

N DA REVISO DATA REVISOR


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TGM A2Curso de Eletrnica Bsica - Apostila Setembro/00 1

NDICE:

1. MATERIAIS SEMICONDUTORES ................................................................................... 5

1.1 Materiais ............................................................................................................................... 5

1.2 Estrutura qumica dos materiais semicondutores ................................................................. 5

1.2 Dopagem .............................................................................................................................. 8

2. DIODO SEMICONDUTOR .............................................................................................. 16

2.1 Princpios ............................................................................................................................ 16

2.2 Polarizao ......................................................................................................................... 21

2.3 Polarizao direta ............................................................................................................... 21

2.4 Polarizao Inversa ............................................................................................................ 23

3. DIODO IDEAL .................................................................................................................. 26

3.1 Conduo no Diodo Ideal e Circuito Equivalente .............................................................. 26

3.2 Bloqueio do Diodo Ideal .................................................................................................... 27

4. DIODO REAL .................................................................................................................... 28

4.1 Conduo e Circuito Equivalente ....................................................................................... 28

4.2 Bloqueio ............................................................................................................................. 30

4.3 Curva caracterstica do Diodo Real .................................................................................... 30

4.4 Comportamento .................................................................................................................. 33

5. RETIFICADORES ............................................................................................................. 41

5.1 Retificao de meia onda ................................................................................................... 41

5.1.1 Fonte de Alimentao Meia Onda ...................................................................................... 52

5.2 Retificao de Onda Completa ........................................................................................... 56

5.2.1 Retificao de onda completa com derivao central ........................................................ 56


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5.2.2 Pontes Retificadoras Comerciais ........................................................................................ 64

6. FILTROS ............................................................................................................................ 67

6.1 Filtro Capacitivo ................................................................................................................. 68

6.2 Tenso de Ondulao ......................................................................................................... 72

6.3 Fatores que influenciam na ondulao ............................................................................... 74

6.4 Tenso na sada nos circuitos retificadores com filtro ....................................................... 78

6.5 Observao da ondulao com osciloscpio ...................................................................... 816.6 Determinao do capacitor de filtro ................................................................................... 82

6.7 Capacitor de filtro ideal ...................................................................................................... 84

7. DIODOS ESPECIAIS ........................................................................................................ 86

7.1 Diodo emissor de luz (LED) .............................................................................................. 86

7.1.1 Teste do diodo LED ........................................................................................................... 90

7.1.2 Utilizao do diodo LED em CC ....................................................................................... 92

7.2 Diodo Zener ........................................................................................................................ 93

7.2.1 Caractersticas do diodo Zener ........................................................................................... 96

7.2.2 Diodo Zener Ideal x Real ................................................................................................. 102

7.2.3 Diodo Zener como regulador de tenso ........................................................................... 104

7.2.4 Condies de regulao .................................................................................................... 108

7.2.5 Regulao de tenso com corrente de carga varivel ....................................................... 113

7.2.6 Regulao de tenso com corrente de carga e tenso de entrada variveis ...................... 116

7.2.7 Fonte de alimentao com tenso de sada regulada diodo Zener ................................. 116

8. TRANSISTOR BIPOLAR ............................................................................................... 119

8.1 Transistor bipolar estrutura bsica ................................................................................... 119

8.2 Teste de transistores ......................................................................................................... 123


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8.3 As tenses nos terminais do transistor ............................................................................. 131

8.4 Principio de funcionamento do transistor bipolar ..............Error! Bookmark not defined.

8.5 Controle da corrente de base sobre a corrente de coletor ...Error! Bookmark not defined.

8.6 Circuito de coletor ..............................................................Error! Bookmark not defined.

8.7 Dissipao de potncia no transistor ..................................Error! Bookmark not defined.

8.8 Dissipao mxima no transistor ........................................Error! Bookmark not defined.

8.9 Correntes de fuga no transistor ...........................................Error! Bookmark not defined.

8.10 Disparo trmico ..................................................................Error! Bookmark not defined.

8.11 Influncia da temperatura na corrente de coletor ...............Error! Bookmark not defined.

8.12 Silcio versus germnio ......................................................Error! Bookmark not defined.

8.13 Configuraes de ligao do transistor ..............................Error! Bookmark not defined.

8.14 Curvas caractersticas na configurao de emissor comumError! Bookmark not defined.

8.15 Ponto de Operao .............................................................Error! Bookmark not defined.8.16 Curva de dissipao mxima ..............................................Error! Bookmark not defined.

8.17 Polarizao da base por corrente constante ........................Error! Bookmark not defined.

8.18 Estabilidade trmica dos circuitos transistorizados ............Error! Bookmark not defined.

8.19 Correo do ponto de funcionamento ................................Error! Bookmark not defined.

8.20 Regies de Operao de um transistor ...............................Error! Bookmark not defined.

8.21 Polarizao de base por divisor de tenso ..........................Error! Bookmark not defined.

8.22 Determinao analtica dos componentes polarizadores ....Error! Bookmark not defined.

8.23 Modificao do Ponto de Operao ...................................Error! Bookmark not defined.

9. TRANSISTORES DE EFEITO DE CAMPO (FET) .....Error! Bookmark not defined.

9.1 Caractersticas Gerais .........................................................Error! Bookmark not defined.

9.1.1 Transistor efeito de campo de juno J-FET ......................Error! Bookmark not defined.


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9.2 Princpio de funcionamento ...............................................Error! Bookmark not defined.

9.2.1 Anlise dos potenciais de porta no J-FET P .......................Error! Bookmark not defined.

9.3 Descrio dos Parmetros Bsicos dos J-FET ...................Error! Bookmark not defined.

9.3.1 Regies de operaes do J-FET .........................................Error! Bookmark not defined.

9.4 Transistor de Efeito de Campo de Porta Isolada (MOS-FET)Error! Bookmark not defined.

9.4.1 MOS-FET tipo deplexo ....................................................Error! Bookmark not defined.

9.4.2 MOS-FET enriquecimento .................................................Error! Bookmark not defined.

9.5 Amplificao com FET ......................................................Error! Bookmark not defined.

9.5.1 Polarizao do FET para amplificao ...............................Error! Bookmark not defined.

9.5.1 Princpio de funcionamento do estgio amplificador com FETError! Bookmark not defined.

9.5.2 Caractersticas dos estgios amplificados a FET ...............Error! Bookmark not defined.

9.5.3 Comparao entre caractersticas de estgios amplificadores transistor e a FETError! Bookmark not

10. REFERNCIAS BIBLIOGRFICAS ...............................Error! Bookmark not defined.


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1. MATERIAIS SEMICONDUTORES

1.1 Materiais

So materiais que podem apresentar caractersticas de isolante ou de condutor,dependendo da forma como se apresenta a sua estrutura qumica.

Um exemplo tpico de material semicondutor o carbono. Dependendo da forma comoos tomos do carbono se interligam, o material formado pode se tornar condutor ouisolante.

Duas formas bastante conhecidas de matria formada por tomos de carbono so:

o diamante o grafiteDiamante

Material de grande dureza que se forma pelo arranjo de tomos de carbono em forma deestrutura cristalina. eletricamente isolante.

Grafite

Material que se forma pelo arranjo de tomos de carbono em forma triangular. condutor de eletricidade.

1.2 Estrutura qumica dos materiais semicondutores

Os materiais semicondutores se caracterizam por serem constitudos de tomos que tem4 eltrons na camada de valncia (TETRAVALENTES ).

A figura 1 apresenta a configurao de dois tomos que do origem a materiais

semicondutores.


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Fig.1

Os tomos que tem quatro eltrons na ltima camada tem tendncia a se agruparemsegundo uma formao cristalina.

Neste tipo de ligao cada tomo se combina com quatro outros, fazendo com que cadaeltron pertena simultaneamente a dois tomos (Fig.2 e 3).

ligao covalente

Fig.2

Este tipo de ligao qumica denominada de ligao covalente, e representadasimbolicamente por dois traos que interligam os dois ncleos (Fig.4).

Fig. 3 e 4


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Quando um tomo tetravalente se associa por ligaes covalentes a quatro outros,

ligao representada conforme ostra a figura 5.

Fig.5

As ligaes covalentes se caracterizam por manter os eltrons fortemente ligados aosdois ncleos associados.

Por esta razo as estruturas cristalinas puras, compostas unicamente por ligaescovalentes, adquirem caractersticas de isolao eltrica.

O silcio o germnio puros so materiais com caractersticas isolantes quandoagrupados em forma de cristal.

A figura 6 mostra a configurao cristalina do silcio de forma planificada.

Fig.6

As estruturas cristalinas puras de elementos tetravalentes soeletricamente isolantes.


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Observa-se que cada tomo realiza quatro ligaes covalentes com os tomos vizinhos.

O aspecto real de ligao dos tomos de uma estrutura cristalina de germnio ou silcioest apresentado na figura 7.

Fig.7

1.2 Dopagem

A dopagem um processo qumico que tem por finalidade introduzir tomos estranhosa uma substncia na sua estrutura cristalina.

A prpria natureza executa um processo de dopagem propiciando a existncia deimpurezas na estrutura qumica dos cristais que se instalam durante a sua formao.

A dopagem pode tambm ser realizada em laboratrios, com um objetivo maisespecfico:

colocar cristais semicondutores (germnio e silcio, principalmente) a dopagem realizada para atribuir ao material certa condutibilidade eltrica).

A forma como o cristal ir conduzir a corrente eltrica e a sua condutibilidadedependem do tipo de Impureza utilizado e da quantidade de impureza aplicada.

a) Cristal NQuando o processo de dopagem introduz na estrutura cristalina uma quantidade detomos com mais de quatros eltrons na ltima camada, forma-se uma nova estruturacristalina denominada de Cristal N. Tomando-se como exemplo a introduo de tomosde fsforo que possuem cinco eltrons na ltima cada no cristal (fig.8).

Dos cinco eltrons externos do fsforo apenas quatro encontram um par no cristalpossibilite a formao covalente (fig.9).

fig.8


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Fig.9

O quinto elementos do fsforo no forma ligao covalente porque no encontra umeltron na estrutura que possibilite esta formao.

Este eltron isolado tem a caracterstica de se libertar facilmente do tomo, passando avagar livremente dentro da estrutura do cristal, constituindo-se um portador livre decarga eltrica.

Cada tomo de impureza fornece um eltron livre dentro da estrutura do cristalsemicondutor (fig.10).

Fig.10


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Com a adio de uma determinada quantidade de impurezas o cristal que era puro e

isolante passa a ser condutor de corrente eltrica, atravs dos portadores livres(eltrons), que podem circular na banda de conduo.

importante observar que embora o material tenha sido dopado, seu nmero total deeltrons e prtons igual, de forma que o material continua eletricamente neutro.

O cristal semicondutor dopado de impurezas de maior nmero de eltrons (como ofsforo) denominado de Cristal N porque a corrente eltrica conduzida no seiinterior por cargas negativas (fig. 11 e 12).

Fig.11 Fig.12

Observa-se que o Cristal N conduz a corrente eltrica, independentemente da polaridadeda bateria.

b) Cristal PA utilizao de tomos com menos de quatro elementos na ltima camada para o

processo de dopagem d origem a um tipo de estrutura chamada de Cristal P.O tomo de ndio, por exemplo, que tem trs eltrons na ltima camada, d origem a umCristal P quando utilizado na dopagem (fig.13).

Fig.13


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Quando os tomos de ndios so colocados na estrutura do cristal puro verifica-se a falta

de um eltron para que os elementos tetravalentes se combinem de forma covalente(fig.14).

Fig.14

Esta ausncia no interior do cristal denominada de lacuna, sendo representada por umacarga eltrica positiva na estrutura qumica (fig.15).

Fig.15

A lacuna no propriamente uma carga positiva, mas sim, a ausncia de uma carganegativa.

Os cristais dopados com tomos de menos de quatro eltrons na cada externa sodenominados de Cristais P porque a conduo de corrente eltrica no seu interior se d

pela movimentao das lacunas.


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O movimento de lacunas no Cristal P pode ser facilmente observado, quando se analisa

a conduo de corrente passo a passo.Quando se aplica uma diferena de potencial aos extremos de um cristal P uma lacuna ocupada por um eltron que se movimenta deixando uma lacuna em seu lugar (fig.16 e17).

Fig.16 Fig.17

Esta lacuna preenchida pelo eltron seguinte, que torna a criar outra lacuna atrs de si(fig.18).

Fig.18

Assim, a lacuna ser preenchida por outro eltron gerando nova lacuna, at que estalacuna seja preenchida por um eltron proveniente da fonte (fig.19 e 20).

Fig.19 Fig.20


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Fig.21 Fig.22

Conclui-se que os cristais P e N, isoladamente conduzem a corrente eltrica qualquerque seja a polaridade de tenso aplicada aos seus extremos.

Os cristais P e N so a matria prima para a fabricao dos componentes eletrnicosmodernos tais como: diodos, transistores, circuitos integrados.

c) Influncia da intensidade de dopagem no comportamento dos materiais semicondutores.A conduo de corrente eltrica nos materiais semicondutores depende dos portadoreslivres de carga na estrutura qumica.

Os cristais dopados mais intensamente se caracterizam por apresentar ,maiorcondutibilidade, porque sua estrutura apresenta um maior nmero de portadores livres(fig.23 e 24).

Fig.23 Fig.24

Controlando a quantidade de impurezas introduzidas na estrutura cristalina, a faixaproibida, localizada entre as faixas de valncia e conduo, pode ser reduzida a umalargura desejada (figs. 25, 26 e 27).


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Figs 25, 26 e 27

Observando-se a quantidade de energia necessria para tornar os materiais condutores,nos grficos acima, verifica-se que com o aumento da dopagem o material levado conduo mais facilmente.

d) Influncia da Temperatura na condutibilidade dos Materiais Semicondutores.A temperatura exerce influncia direta sobre o comportamento dos materiaissemicondutores no que diz respeito a condutibilidade eltrica.

Quando a temperatura de um material semicondutor aumenta, a energia trmicaadicional faz com que algumas ligaes covalentes da estrutura se desfaam .

Cada ligao covalente que se desfaz pelo acrscimo de temperatura propicia aexistncia de dois portadores livres de energia a mais na estrutura do cristal (fig.28 e29).

Fig.28 Fig.29


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A existncia de um maior nmero de portadores aumenta a condutibilidade do material,

permitindo a circulao de correntes maiores no cristal (fig.30).

Fig.30


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2. DIODO SEMICONDUTOR

2.1 Princpios

O diodo semicondutor um componente que apresenta a caracterstica de se comportarcomo condutor ou isolante eltrico dependendo da forma como a tenso aplicada aosseus terminais.

Uma da aplicaes do diodo na transformao de corrente alternada em correntecontnua utilizada, por exemplo, nos eliminadores de pilha(fig.31).

Fig.31

a) Simbologia e aspecto realO diodo semicondutor representado nos esquemas pelo smbolo apresentado na figura.

O terminal da seta representa o material P, denominado de NODO do diodo, enquanto

o terminal da barra representa o material N, denominado de CTODO do diodo.

Fig


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A identificao dos terminais (nodo e ctodo) no componente real pode aparecer de

duas formas:

smbolo impresso sobre o corpo do componente

uma barra impressa sobre o corpo do corpo do componente, que indica o ctodo.

Observa-se que o comportamento de qualquer componente eletrnico fabricado commateriais semicondutores depende diretamente da sua temperatura de trabalho. Estadependncia denominada de DEPENDNCIA TRMICA, constituindo-se em fatorimportante que deve ser considerado quando se projeta ou monta circuitos com estescomponentes.

A figura apresenta alguns tipos construtivos de diodos, utilizados em circuitoseletrnicos.

Fig.

b) Formao do DiodoJuno PNO diodo se constitui na juno de duas pastilhas de material semicondutor: uma dematerial N e uma de material P.


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Fig.

c) Comportamento dos cristais aps a juno.Aps a juno das pastilhas que formam o diodo ocorre um processo deacomodamento qumico entre os cristais.

Na regio da juno alguns eltrons livres saem do material N e passam para o materialP, recombinando-se com as lacunas das proximidades.

Fig.

O mesmo ocorre com algumas lacunas que passam do material P para o material N e serecombinam com os eltrons livres.

Fig.


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Forma-se na juno uma regio onde no existem portadores de carga, porque esto

todos recombinados, neutralizando-se. Esta regio denominada de regio deDEPLEXO (fig.10).

Fig.10

Como conseqncia da passagem de carga de um cristal para outro cria-se umdesequilbrio eltrico na regio da juno.

Os eltrons que se movimentam do material N para o P geram um pequeno potencialeltrico negativo (fig.11).

Fig.11

As lacunas que se movimentam para o material N gera um pequeno potencial eltricopositivo (fig.12).

Fig.12


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Verifica-se que na regio da juno existe uma diferena de potencial, proporcionando

pelo movimento dos portadores de um cristal para o outro.Este desequilbrio eltrico denominado de barreira de potencial. No funcionamentodo diodo esta barreira de potencial se comporta como uma pequena bateria dentro docomponente (fig.13).

Fig.13).

importante observar que a barreira de potencial NEGATIVA NO CRISTAL P ePOSITIVA NO CRISTAL N.

A tenso proporcionada pela barreira de potencial no interior do diodo depende domaterial utilizado na sua fabricao.

Nos diodos de germnio a barreira de potencial tem aproximadamente 0,2 V e nosdiodos de silcio aproximadamente 0,7 V (figs. 14 e 15).

Fig.14 Fig.15

No possvel medir a tenso da barreira de potencial, aplicando um voltmetro aosterminais de um diodo, porque esta tenso existe apenas internamente no componente.

No todo, o componente continua neutro, uma vez que no foram acrescentadas nem

retirados portadores dos cristais.


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2.2 Polarizao

A aplicao de tenso sobre o diodo estabelece a forma como o componente secomporta eletricamente,.

A tenso pode ser aplicada ao diodo de duas formas diferentes denominadastecnicamente de:

a) polarizao diretab) polarizao inversa.

2.3 Polarizao direta

A polarizao do diodo denominada de Polarizao direta quando a tenso POSITIVA aplicada ao MATERIAL P e a tenso NEGATIVA ao MATERIAL N (fig.16)

Fig.16

O plo positivo da fonte repele as lacunas do material P em direo ao plo negativo,enquanto os eltrons livres so repelidos pelo plo negativo em direo ao plo

positivo, (fig.17)

Fig.17


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Se a tenso da bateria externa maior que a tenso da barreira de potencial as foras de

atrao e repulso provocadas pela bateria externa permitem aos portadores adquirirvelocidade suficiente para atravessar a regio onde h ausncia de portadores (fig.18).

Fig.18

Observa-se que nesta condio existe um fluxo de portadores livres dentro do diodo,atravs da juno (fig.19).

Fig.19

A polarizao direta faz com que o diodo permita a circulao de corrente eltrica nocircuito, atravs do movimento dos portadores livres (figs 20 e 21).

Fig.20 Fig.21


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Quando o diodo est polarizado diretamente, conduzindo corrente eltrica diz-se que:

O DIODO EST EM CONDUO

importante observar que a seta do smbolo do diodo indica o sentido de circulaoconvencional da corrente (fig.22).

Fig.22

2.4 Polarizao Inversa

A polarizao inversa de um diodo consiste na aplicao de tenso positiva no materialN e negativo no material P (fig.23).

Fig.23

Um diodo semicondutor polarizado diretamente ( )entra em CONDUO, permitindo a passagem de correnteeltrica.


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Nesta situao os portadores livres de cada cristal so atrados pelos potenciais da

bateria para os extremos do diodo (fig.24).

Fig.24

Observa-se que a polarizao inversa provoca um alargamento da regio de deplexo,porque os portadores so afastados da juno (fig.25).

Fig.25

No existe fluxo de portadores atravs da juno, quando o diodo polarizadoinversamente. Portanto, conclu-se que a polarizao inversa faz com que o diodoimpea a circulao de corrente no circuito eltrico.

Quando o diodo est polarizado inversamente, impedindo a circulao de corrente diz-se que:


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O DIODO EST BLOQUEADO (Fig.26 e 27).

Fig.26 Fig.27

Um diodo semicondutor polarizado inversamente entra embloqueio, no permitindo a passagem de corrente eltrica.


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3. DIODO IDEAL

As caractersticas do diodo fornecem informaes sobre o seu comportamento noscircuitos eletrnicos durante os estados de conduo ou bloqueio (Fig.1 e 2).

Fig.1 Fig.2

O diodo semicondutor ideal

Como diodo ideal se compreende um diodo que apresente caractersticas especiais,conduzindo ou bloqueando completamente.

3.1 Conduo no Diodo Ideal e Circuito Equivalente

Um diodo ideal, polarizado diretamente, deve conduzir a corrente eltrica semapresentar resistncia, comportando-se como um interruptor fechado (fig.3).

Fig.3

O interruptor fechado denominado de circuito equivalente do diodo ideal emconduo.

Os circuitos equivalentes so circuitos com componentes simples (interruptores,resistores, capacitores) que atravs dos quais se obtm o mesmo efeito que com umnico componente mais complexo.

So usados como ferramenta para auxiliar na compreenso do comportamento decomponentes mais complexos nos circuitos.


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3.2 Bloqueio do Diodo Ideal

Polarizado inversamente um diodo semicondutor ideal deve se comportar como umisolante perfeito, impedindo completamente a circulao de corrente. A condio de

bloqueio de um diodo tambm pode ser denominada de corte do diodo, porque o diodocorta a circulao de corrente.

Em circuito equivalente o diodo ideal em bloqueio pode ser representado como uminterruptor aberto (fig.4).

Fig.4


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4. DIODO REAL

O diodo real apresenta algumas diferenas em relao ao diodo ideal.

Estas diferenas existem porque o processo de purificao dos cristais semicondutorespara fabricao de componentes eletrnicos no perfeito.

Aps a purificao ainda existe nos cristais uma pequena quantidade de impurezasoriginrias da formao do material na natureza.

Estas impurezas, chamadas de portadores minoritrios, resultantes da deficincia na

purificao fazem com que as caractersticas de conduo e bloqueio dos diodos reais sedistanciem dos ideais.

4.1 Conduo e Circuito Equivalente

Dois fatores diferenciam o diodo real do ideal no sentido de conduo:

a barreira de potencial a resistncia interna.A barreira de potencial, existente na juno dos cristais, faz com que o diodo entre emconduo efetiva apenas a partir do momento em que a tenso da bateria externa atingeum valor maior que a tenso interna (fig.1).

Fig.1

A resistncia interna devida ao fato de que o cristal dopado no condutor perfeito. Ovalor da resistncia interna dos diodos na conduo normalmente menor que 1.


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Assim, um circuito equivalente do diodo real em conduo apresenta os elementos

representativos da barreira de potencial e da resistncia interna (fig.2).

Fig.2

Na maioria dos casos em que o diodo utilizado, a tenses e resistncias externas docircuito so muito maiores que os valores internos do diodo (0,7V; 1). Assim, se podenormalmente considerar o diodo real igual ao ideal no sentido de conduo, sem

provocar um erro significativo.

No circuito da figura 3 , por exemplo, a tenso e resistncia externa ao diodo so tograndes, comparadas com os valores do diodo, que se pode considerar o modelo idealsem qualquer prejuzo.

Fig.3


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4.2 Bloqueio

Devido a presena dos portadores minoritrios resultantes da purificao imperfeita, odiodo ideal em bloqueio no capaz de impedir completamente a existncia de correnteno sentido inverso.

Esta corrente inversa que circula no diodo, denominada de CORRENTE DE FUGA, da ordem de alguns microampres.

Isto significa que no sentido inverso o diodo apresenta uma resistncia elevadssima(vrios Megaohms).

O circuito eqivalente do diodo real em bloqueio apresenta esta caractersticaconfigurada (fig.4).

Fig.4

Como a corrente de fuga muito pequena comparada com a corrente de conduo aresistncia inversa do diodo pode ser desprezada na anlise da grande maioria doscircuitos, considerando-se o diodo como ideal.

4.3 Curva caracterstica do Diodo Real

O comportamento dos componentes eletrnicos pode ser expresso atravs de uma curva

caracterstica que permite determinar a condio de funcionamento do dispositivo emum grande nmero de situaes.

A curva caracterstica do diodo mostra seu comportamento na conduo e no bloqueio.

a) REGIO DE CONDUODurante a conduo do diodo a corrente do circuito circula no cristal. Devido aexistncia da barreira de potencial e da resistncia interna no diodo verifica-se a

presena de um pequeno valor de tenso sobre o diodo (fig.5).


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fig.5

A curva caracterstica do diodo em conduo mostra o comportamento da queda detenso em funo da corrente que flui no circuito (fig.6).

Fig.6

Analisando a curva caracterstica de conduo verifica-se que a tenso no diodo sofreum pequeno aumento quando a corrente aumenta (fig.7).

Fig.7

Atravs da curva verifica-se tambm que enquanto a tenso sobre o diodo est abaixo de

0,7V (no caso do silcio) a corrente circulante muito pequena (regio c da curva).


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Isto se deve ao fato de que a barreira de potencial se ope ao fluxo de cargas no diodo.

Devido a existncia desta barreira de potencial a regio tpica de funcionamento dosdiodos fica acima da tenso de conduo caracterstica (fig.8).

Fig.8

b) REGIO DE BLOQUEIONo bloqueio o diodo semicondutor no atua como isolante perfeito, permitindo acirculao de uma corrente de fuga, de valor muito pequeno (da ordem demicroampres). Esta corrente de fuga aumenta, a medida que a tenso inversa sobre o

diodo aumenta (fig.9).

Fig.9

A figura 10 apresenta a curva do diodo com os dois quadrantes: de conduo e debloqueio.


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Fig.10

Regimes mximos do diodo em CCOs regimes mximos do diodo em CC estabelecem os limites da tenso e corrente que

podem ser aplicados ao componente em circuitos de corrente contnua, sem provocardanos a sua estrutura..

Analisando o comportamento do diodo em conduo e bloqueio verifica-se que osfatores que dependem diretamente do circuito ao qual est conectado so:

a) corrente de conduo (IF0b) tenso reversa (VR).

4.4 Comportamento

A tenso de conduo VD no depende do circuito (0,7 para silcio de 0,2 paragermnio) e a corrente de fuga tambm depende apenas do material do diodo (algunsmicroampres).

a) CORRENTE MXIMA DE CONDUOA corrente de conduo mxima de cada tipo de diodo dada pelo fabricante emfolhetos tcnicos. Nestes folhetos, a corrente mxima de conduo aparece designada

pela sigla IF proveniente do idioma ingls:


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Abaixo esto colocados dois diodos comerciais e suas caractersticas de correntemxima (IF).

TIPO IF

SKE 1/12 1,0A

1N4004 1,0A

b) TENSO REVERSA MXIMAAs tenses reversas colocam o diodo em bloqueio. Nesta condio toda a tensoaplicada ao circuito fica aplicada sobre o diodo (fig.11).

Fig.11

Cada diodo tem a estrutura preparada para suportar um determinado valor de tensoreversa. Aplicando um valor de tenso reversa superior ao especificado para cada diodoa corrente de fuga aumenta excessivamente e o diodo danificado.

Os fabricantes de diodos fornecem em folhetos tcnicos o valor caracterstico de tensomxima que o diodo suporta sem sofrer a ruptura.

Este valor aparece designado pela sigla VR.

CORRENTE(FORWARD) DE CONDUO

Corrente mximade conduo emregime contnuo.

I F

VR Tenso reversa mxima emregime contnuo


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Abaixo esto colocados alguns diodos comerciais e seu valores caractersticos de tensoreversa mxima.

TIPO VR

1N4001 50V

BY127 800V

BYX13 50V

SKE1/12 1200V

c) TESTE DE DIODOS SEMICONDUTORESAs condies de funcionamento de um diodo podem ser verificadas pela medio deresistncias atravs do multmetro.

Os testes realizados para determinar as condies de um diodo se resumem a umaverificao da resistncia do componente nos sentidos de conduo e bloqueio,

utilizando a tenso fornecida pelas baterias do ohmmetro (fig.12).

Fig.12

Entretanto, existe um aspecto importante, com relao ao multmetro, que deve serconsiderado ao testar componentes semicondutores:


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Existem alguns multmetros que, quando usados como ohmmetro tem a polaridade real

das pontas de prova invertida com relao a cor. Isto

Para realizar o teste com segurana deve-se utilizar um multmetro conhecido (cujapolaridade real das pontas de prova seja conhecida) ou consultar o esquema domultmetro para determinar as polaridades reais.

Execuo do Teste

Para determinar se o diodo est defeituoso no necessrio identificar os terminaisnodo e ctodo.

Basta apenas colocar as pontas de prova do multiteste sobre o diodo nos dois sentidospossveis (fig.13 e 14).

Fig.13 Fig.14

c.1) Diodo em boas condies

Em algunsmultmetros

na escala deresistncia

ponta de prova preta positivaponta de prova vermelha negativa


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Em uma das medidas o ohmmetro (em escala R x 10) deve indicar baixa resistncia e

em outra medida alta resistncia (fig.15 e 16).

Fig.15

Fig.16

OBSERVAO:

No multmetro usado como ilustrao neste material instrucional a polaridade real daspontas de prova invertida com relao a cor, na escala de medida de resistncia.

c.2) Diodo em Curto


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Se as duas leituras indicarem baixa resistncia o diodo est em curto, conduzindo

corrente eltrica nos dois sentidos.As figuras 17 e 18 mostram as medidas em um diodo em curto.

Fig.17

Fig.18

c.3) Diodo Aberto (Interrompido Eletricamente)


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Se as duas leituras indicarem alta resistncia o diodo est aberto, bloqueando a passagem de

corrente eltrica nos dois sentidos (fig.19 e 20).

Fig.19

Fig.20

c.4) Identificao do nodo e Ctodo de um diodo

Em muitas ocasies a barra de identificao do ctodo no corpo de um diodo se apaga.

Nestas ocasies os terminais do diodo podero ser identificados com auxlio domultmetro.

O diodo conduz (baixa resistncia) quando a ponta de prova com a polaridade realpositiva conectada ao nodo (fig.21).


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Fig.21

Tomando-se o diodo com identificao apagada testa-se as pontas de prova nas duasposies possveis. Quando o multmetro indicar baixa resistncia o seu nodo estarconectado a ponta de prova com polaridade real positiva.


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5. RETIFICADORES

5.1 Retificao de meia onda

Retificao o nome dado ao processo de transformao de corrente alternada emcorrente contnua.

A retificao utilizada nos equipamentos eletrnicos com a finalidade de permitir queequipamentos de corrente contnua sejam alimentados a partir da rede eltrica CA.

A retificao de meia onda um processo de transformao de CA em CC, que permite

o aproveitamento de apenas um semiciclo da tenso de entrada na carga (fig.1).

Fig.1

O circuito retificado de meia onda com diodo empregada em equipamentos que noexigem um tenso contnua pura, como por exemplo, os carregadores de bateria.

a) Retificao de meia onda com diodo semicondutorAs caractersticas de conduo e bloqueio do diodo semicondutor podem ser utilizadas

para obter uma retificao de meia onda a partir da corrente alternada da rede eltricadomiciliar.


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A figura 2 mostra a configurao de um circuito retificador de meia onda com diodo.

Fig.2

b)FuncionamentoTomando-se como referncia o circuito retificador de meia onda como diodo da figura3.

Fig.3

b.1) Primeiro CicloDurante o primeiro semiciclo a tenso positiva no ponto A, com relao ao ponto B.Esta polaridade de tenso de entrada coloca o diodo em conduo, permitindo acirculao de corrente (fig.4).

Fig.4

A tenso sobre a carga assume a mesma forma de tenso de entrada (fig.5).


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Fig.5

O valor de pico de tenso sobre a carga menor que o valor do pico de tenso da

entrada por que o diodo, durante a conduo, apresenta uma pequena queda de tensoVD (0,7 para silcio e 0,2 para germnio) (fig.6).

Fig.6

Entretanto na maioria dos casos, a queda de tenso do diodo pode ser desprezada porqueo seu valor muito pequeno em relao ao valor total do pico de tenso sobre a carga.


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A queda de tenso sobre o diodo deve ser considerada apenas quando o circuito

retificador for aplicado a tenses pequenas (menores que 110 V).b.2) Segundo semiciclo

Durante o segundo semiciclo a tenso de entrada negativa no ponto A, com relao aoponto B.

Esta polaridade de tenso de entrada coloca o diodo em bloqueio, impedindo acirculao de corrente (fig.7).

Fig.7

Nesta condio toda a tenso de entrada aplicada sobre o diodo que atua comointerruptor aberto, e a tenso na carga nula porque no h circulao de corrente(fig.8).

Fig.8

Observa-se que para cada ciclo completo de tenso de entrada apenas um semiciclopassa para a carga, enquanto o outro semiciclo fica sobre o diodo. Os grficos da figura

9 ilustram o que foi descrito.


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Fig.9

A forma de tenso encontrada na carga denominada de tenso contnua pulsante.Contnua por que a corrente, quando flui, flui sempre no mesmo sentido o que umacaracterstica da tenso contnua e pulsante por que a circulao de corrente ocorre emforma de pulsos.

c) Retificao de meia onda com tenso de sada negativa


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Dependendo da forma como o diodo est colocado no circuito retificador, pode-se obter

uma tenso CC positiva ou negativa em relao ao terra (fig.10 e 11).

Fig.10

Fig.11

c.1) Tenso de sada


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A tenso de sada de uma retificao contnua, embora seja pulsante. Para medir esta

tenso de sada utiliza-se um voltmetro de CC ou multmetro (fig.12).

Fig.12

Ao conectar-se um voltmetro de CC (ou multmetro em escala de tenso CC) na sadade uma retificao a tenso indicada pelo instrumento ser a mdia entre os perodos deexistncia e inexistncia de tenso.

Na retificao de meia onda se alternam os perodos de existncia e inexistncia detenso sobre a carga (fig.13).

Fig.13

Os multmetros (em escala de VDC) e osvoltmetros de CC indicam sempre um valor deTENSO CONTNUA MDIA.


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Consequentemente, o valor de tenso CC mdia sobre a carga (medindo com voltmetro

CC na sada da retificao) est muito abaixo do valor efetivo CA aplicado entrada docircuito (fig.14).

Fig.14

A tenso mdia na sada dada pela equao:

:onde

DMCC

VEV

VCC = tenso contnua mdia sobre a carga

EM = tenso de Pico da CA aplicado ao circuito 2.CAM VE VD = queda de tenso tpica do diodo (0,3v ou 0,7v)

OBSERVAO

Os livros e publicaes de eletrnica costumam denominar o valor tenso de pico(VP)de tenso mxima (EM). Por esta razo nas equaes apresentadas ser utilizada anotao EM para a tenso de pico.

Quando as tenses de entrada (VCAef) forem superiores a 10V pode-se eliminar a quedade tenso do diodo que se torna desprezvel, rescrevendo a equao conformeapresentado abaixo:

2.CAMCC

VEV

Simplificando os termos

2obtm-se 0,45; logo: VCC = VCA . 0,45


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A seguir so apresentados dois exemplos de clculo empregando a frmula completa e

frmula simplificada.

Dados: VCA = 6V (menor que 10V)VD = 0,7V (silcio)

VV

V

VEV

CC

CC

DMCC

47,2

14,3

7,041,1.6

EXEMPLO 2

Dados: VCA = 50V (maior que 10V)VCC = VCA . 0,45VCC = 50 . 0,45VCC = 22,5V

A equao da tenso de sada vlida tanto para retificao com tenso de sadapositiva como negativa.


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c.2) Na retificao de meia onda a corrente de sada tambm pulsante, uma vez que a

tenso sobre a carga pulsante (fig.15).

Fig.15

Isto implica que a corrente mdia na sada (sobre a carga) uma mdia entre osperodos de existncia e inexistncia de corrente (fig.16).

Fig.16

O valor da corrente mdia de sada pode ser determinado a partir da tenso mdia e daresistncia de carga:

O clculo da corrente media de sada muito importante porque serve como ponto departida para a escolha do diodo que ser utilizado no circuito.

L

CCCC

R

VI

Corrente mdiade sada


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c.3) Inconveniente da Retificao de meia onda

A retificao de meia onda apresente alguns inconvenientes, decorrentes da suacondio de funcionamento:

1. A tenso de sada pulsante, diferindo sensivelmente de uma tenso contnua pura (fig.17).

Fig.17

2. O rendimento baixo (45%) em relao a tenso eficaz de entrada (fig.18).

Fig.18


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3. Nas retificaes com transformador existe um mau aproveitamento da capacidade detransformao porque a corrente circula apenas um semiciclo (fig.19).

Fig.19

5.1.1 Fonte de Alimentao Meia Onda

O circuito retificador de meia onda pode ser utilizado como fonte de alimentao paraum circuito eletrnico.

Para que se tenha uma fonte de alimentao completa deve-se acrescentar ao circuitoretificador.

uma chave liga-desliga um fusvel de proteo uma chave seletora 110/220VAs figuras 20 e 21 mostram o esquema e o circuito de uma fonte de alimentao meiaonda completa.

Fig.20


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Fig.21

Este circuito pode ser dividido em 4 partes distintas (fig.22).

1entrada2controle e proteo3rebaixamento ou elevao da tenso4retificao

Fig.22


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Quando uma fonte retificadora de meia onda apresenta defeito deve-se executar uma

seqncia de medidas que permitem localizar a etapa com problema e posteriormente ocomponente.

Geralmente o defeito constatado ao realizar-se uma medida na sada do circuito. Se ocircuito apresenta defeito so duas possibilidades na sada:

Existindo tenso CA na sada pode-se imediatamente concluir que as etapas 1 2 e 3esto corretas. O defeito provvel o diodo em curto.

No existindo tenso na sada existem muitas hipteses para o defeito. Deve-se,ento, realizar um teste por etapas do circuito.

Testar se h tenso na sada da etapa 3 (secundrio do transformador).SIM : ate a etapa 3 tudo est correto.

Defeito na etapa 4 testar diodo (aberto)

NO: o defeito est antes da etapa 4

Testar se h tenso na entrada da etapa 3 (primrio do transformador) dotransformador

SIM: etapas 1 e 2 esto corretas. O defeito est na etapa 3 (transformador).

Testar continuidade das bobinas do transformador com um ohmmetro.

NO: o defeito est nas etapas 1 ou 2.

Testar tenso de entrada na etapa 1.SIM: etapa 1 est correta, etapas 3 e 4 j foram verificadas. Defeito na etapa 2(controle e proteo).

Testar componentes e conexes da etapa 2. Caso o fusvel esteja rompidodescobrir a causa antes de substituir.

NO: Testar cabo, plugue e verificar se h energia na tomada onde a fonte estsendo conectada .

O procedimento parece difcil de ser executado. Entretanto, esta freqncia ficasimples se for colocada em forma de fluxograma.


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Fluxograma


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5.2 Retificao de Onda Completa

um processo de converso de corrente alternada em corrente contnua que faz umaproveitamento dos dois semiciclos da tenso da tenso de entrada (fig.23).

Fig.23

O circuito retificador de onda completa o mais empregado nos equipamentoseletrnicos porque realiza um melhor aproveitamento da energia aplicada a entrada.

A retificao de onda completa com diodos semicondutores pode ser realizada de duasformas distintas:

empregando um transformador com derivao central e dois diodos. empregando 4 diodos ligados em ponte.

5.2.1 Retificao de onda completa com derivao central

Retificao de onda completa com derivao central denominada tcnica do circuitoretificador de onda completa que emprega dois diodos e um transformador comderivao central.


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A figura 24 apresenta a configurao deste tipo de circuito retificador.

Fig.24

Este tipo de retificao tambm chamado de retificao de onda completa CENTERTAPE.

A expresso center tape inglesa e significa derivao central.

FUNCIONAMENTO

O princpio do circuito retificador de onda completa pode ser facilmente compreendido,considerando-se cada um dos semiciclos da tenso de entrada isoladamente.

a) PRIMEIRO CICLOConsiderando-se o terminal central do secundrio como referncia verifica-se aformao de duas polaridades opostas nos extremos das bobinas (fig.25).

Fig.25


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Nesta condio verifica-se que o diodo D1 polarizado diretamente, conduzindo,

enquanto o diodo D2 polarizado inversamente, entrando em bloqueio.Substituindo os diodos por seus circuitos equivalentes ideais obtm-se a configuraoapresentada na figura 26.

Fig.26

A condio de conduo D1 permite a circulao de corrente atravs da carga doterminal positivo para o terminal de referncia (fig.27).

Fig.27


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A tenso aplicada a carga a tenso existente entre o terminal central do secundrio e o

extremo superior do transformador (fig.28).

Fig.28

Durante todo o semiciclo analisado o diodo D1 permanece em conduo e a tenso nacarga acompanha a tenso da parte superior do secundrio (fig.29).

Fig.29


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b) SEGUNDO SEMICICLONo segundo semiciclo da tenso de entrada ocorre uma inverso na polaridade dosecundrio do transformador (fig.30).

Fig.30

Nesta condio o diodo D2 entra em conduo e o diodo D1 em bloqueio (fig.31).

Fig.31


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A corrente circula pela carga, passando atravs de D2 que est em conduo, no mesmo

sentido que circulou no primeiro semiciclo (fig.32).

Fig.32

A tenso aplicada a carga a tenso da bobina inferior do secundrio do transformador(fig.33).

Fig.33


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Durante todo o semiciclo analisado o diodo D2 permanece em conduo e a tenso na

carga acompanha a tenso da parte inferior do secundrio (fig.34).

Fig.34

Analisando um ciclo completo da tenso de entrada verifica-se que o circuito retificadorentrega dois semiciclos de tenso sobre a carga:

um semiciclo do extremo superior do secundrio atravs da conduo de D1. um semiciclo do extremo inferior do secundrio atravs da conduo de D2 (fig.35).

Fig.35


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O teste de condies e pesquisa de defeitos pode ser feito segundo o fluxograma a

seguir:

Fluxograma

H TENSO NA SADAH TENSO NA SADA

H TENSO NAH TENSO NASADA DA ETAPA 3SADA DA ETAPA 3

H TENSO CA NAH TENSO CA NASADA DA ETAPA 2SADA DA ETAPA 2

H TENSO CA NAH TENSO CA NASADA DA ETAPA 1SADA DA ETAPA 1

NO H TENSO CA NANO H TENSO CA NA

ENTRADA DOENTRADA DOCIRCUITOCIRCUITO

TESTAR CABO, PLUGLE ETESTAR CABO, PLUGLE ETOMADA DE ENERGIATOMADA DE ENERGIA

NO H TENSO CA NANO H TENSO CA NA

ENTRADA DOENTRADA DOCIRCUITOCIRCUITO

ENTRADA DO TESTEENTRADA DO TESTE

NONO

NONO

SIMSIM

SIMSIM

SIMSIM

SIMSIM

FONTE OKFONTE OK

TESTAR DIODOTESTAR DIODO

ONDAONDACOMPLETACOMPLETA

MEIAMEIAONDAONDA

ETAPA 1, 2ETAPA 1, 2E 3 OKE 3 OK

TESTAR ETAPA 4TESTAR ETAPA 4

ETAPA 1 EETAPA 1 E2 OK2 OK

TESTARTESTARTRANSFORMADORTRANSFORMADOR

ETAPA 1 OKETAPA 1 OKTESTARTESTAR

COMPONENTESCOMPONENTESDA ETAPA 2*DA ETAPA 2*

FLUXOGRAMAFLUXOGRAMADEDETESTES DAS ETAPAS 1,TESTES DAS ETAPAS 1,

2 E 3 IGUAL A MEIA2 E 3 IGUAL A MEIAONDAONDA


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OBSERVAES

* Pode-se determinar se a sada est em meia onda atravs da medida de tenso.

onda completa VCC = VCA . 0,9VCC = VCA . 0,45

possvel a sada em meia onda se apenas 1 dos diodos retificadores estiver aberto.

Se o defeito for fusvel rompido, verificar as causas antes de substituir (diodos emcurto, curto entre ligaes, curto na sada da fonte).

O rompimento do fusvel tambm pode ser provocado pelo funcionamento anormal docircuito alimentado pela fonte.

IMPORTANTE: Nas configuraes de onda completa (com derivao e ponte) quandoum diodo entra em curto normalmente faz com que todos os outrostambm entrem em curto.

Por isto costuma-se substituir todos os diodos da retificao quando seencontra um em curto, mesmo que no teste com ohmmetro os outrosno acusem defeito.

5.2.2 Pontes Retificadoras Comerciais

A configurao da ponte retificadora muito empregada em equipamentos eletrnicos.Isto levou os fabricantes de diodos a produzirem as pontes retificadoras prontas.

Estas pontes nada mais so do que os 4 diodos j ligados entre si, encapsulados em ums componente. As figuras 38 e 39 mostram alguns tipos de pontes retificadorascomerciais.

Fig.38 Fig.39

Este tipo de pontes tem 4 terminais:


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dois para entrada de tenso CA e dois para a sada da tenso CC.

Os terminais de entrada da CA Normalmente so identificados pelo smbolo ~e os desada em CC so identificados pelos sinais + e(fig. 40 e 41).

Fig.40 Fig.41

As designaes inscritas no encapsulamento se referem a caracterstica da ponte.

XXduas letras que indicam o fabricante

Bdo alemo BRCKENponte retificadora.

80valor limite de tenso CA eficaz que pode ser aplicada a entrada da ponte.1000/1800 - corrente mdia que pode ser obtida a partir da ponte:

1000com carga resistiva

1800com capacitor na sada de CC da ponte


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A figura 42 mostra uma fonte retificadora montada com uma ponte semicondutora

comercial.

Fig.42


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6. FILTROS

As tenses contnuas puras se caracterizam por apresentarem polaridade definida e valorconstante ao longo do tempo.

A figura 1 mostra o grfico de uma tenso contnua pura fornecida por uma bateria.

Fig.1

As tenses fornecidas pelos circuitos retificadores, tanto de meia onda como de ondacompleta so pulsantes. Embora tenham a polaridade definida, as tenses fornecidas

pelos circuitos retificadores sofrem constantes variaes de valor, pulsando conforme atenso senoidal aplicada ao diodo (fig.2).

Fig.2


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6.1 Filtro Capacitivo

A capacidade de armazenamento de energia dos capacitores pode ser utilizada comorecurso para realizar um processo de filtragem na tenso de um circuito retificador.

O capacitor conectado diretamente nos terminais de sada da retificao (fig.5 e 6).

Fig.5 Fig.6

Nos intervalos de tempo em que o diodo conduz circula corrente atravs da carga etambm para o capacitor. Neste perodo o capacitor armazena energia (fig.7).

Fig.7

ONDACOMPLETA


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Nos intervalos de bloqueio do diodo o capacitor tende a descarregar a energia

armazenada nas armaduras.Como no possvel a descarga atravs da retificao, porque o diodo este em bloqueio,a corrente de descarga se processa pela carga (fig.8).

Fig.8

Portanto, a tenso continua pulsante fornecida pelos circuitos retificadores no servepara a alimentao de equipamentos de corrente contnua, devido as diferenas entre suaforma de onda de sada e a forma de uma contnua pura (fig.3)

Fig.3


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A necessidade de realizar a alimentao dos equipamentos de corrente contnua a partir

da rede eltrica CA, levou utilizao de CIRCUITOS DE FILTRO.

Os filtros so colocados entre a retificao e a carga, e atuam sobre a tenso de sadados circuitos retificadores aproximando tanto quanto possvel a sua forma de umatenso contnua pura (fig.4).

Fig.4

Como o capacitor est em paralelo com a carga, a tenso presente nas armaduras aplicada a carga (fig.9).

Fig.9

Nas fontes de alimentao os filtros tem por finalidadepermitir a obteno de uma CC mais pura.


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A corrente absorvida pela carga fornecida pelo capacitor. Com o passar do tempo a

tenso do capacitor diminui devido a sua descarga (fig.10).

Fig.10

O capacitor permanece descarregado at que o diodo conduza novamente, fazendo uma

recarga nas suas armaduras (fig.11).

fig.11)

Com a colocao do capacitor a carga passa a receber tenso durante todo o tempo.


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As figuras 12 e 13 mostram uma comparao entre a tenso de sada de uma retificao

de meia onda sem filtro e com filtro.

Fig.12 Fig.13

A presena de tenso sobre a carga durante todo o tempo, embora com valor varivel,proporciona a elevao do valor mdio de tenso fornecido (fig. 14 e 15).

Fig.14 Fig.15

6.2 Tenso de Ondulao

A colocao de um filtro aumenta o valor da tenso mdiade sada de um circuito retificador..


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O capacitor colocado em circuito retificador esta sofrendo sucessivos processos de

carga e descarga.Nos perodos de conduo do diodo o capacitor sofre carga e sua tenso aumenta. Nosperodos de bloqueio o capacitor se descarrega e a sua tenso diminui (fig.16).

Fig.16

t1 = tempo em que o capacitor sofre carga (sua tenso aumenta).

t2 = tempo em que o capacitor se descarrega parcialmente sobre a carga (suatenso diminui).

A forma de onda da tenso de sada no chega a ser uma contnua pura, apresentandouma variao entre um valor mximo e um mnimo denominada de ONDULAO ouRIPPLE (fig.17).

Fig.17

ONDULAO ou RIPPLE a variao de tenso existenteno topo da CC fornecida por um circuito retificador comfiltro.


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A diferena de tenso entre o valor mximo e mnimo que a ondulao atinge

denominada de tenso de ondulao de pico a pico, abreviada por VONDpp (fig.18).

Fig.18

A tenso de ondulao na sada de uma fonte tambm denominada deCOMPONENTE ALTERNADA de sada da fonte.

Um dos fatores que definem a qualidade de um circuito retificador e o valor dacomponente alternada presente na sua sada.

6.3 Fatores que influenciam na ondulao

A ondulao na sada de um circuito retificador depende fundamentalmente de trsfatores:

ada capacidade de armazenamento do capacitor;bda corrente absorvida pela carga;cdo tempo que o capacitor permanece descarregado.

Observando atentamente os fatores se verifica que todos influenciam na descarga docapacitor, que resulta na ondulao.

Quanto menor o valor da componente alternada presente nasada uma fonte melhor a sua qualidade

Os fatores que influenciam na ondulao so aqueles queinfluenciam na descarga do capacitor.


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a) A capacidade de armazenamento de um capacitor expressa pela sua capacitncia.Quanto maior o valor do capacitor, maior a capacidade de armazenamento. Assim, umcapacitor de filtro maior mantm a tenso de sada mais constante, diminuindo aondulao (fig.19 e 20)

Fig.19 Fig.20

Capacitor de filtro com maior capacitncia TENSO DEONDULAO MENOR


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b) A corrente absorvida pela carga responsvel pela descarga do capacitor.Quando a corrente absorvida pela carga menor o capacitor descarrega maislentamente. Como conseqncia a reduo de tenso do capacitor menor, obtendo-semenor ondulao (fig. 21 e 22).

Fig.21 Fig.22

Entretanto, a corrente de carga o ponto de partida para o clculo da fonte. necessrio que o circuito projetado tenha capacidade de alimentar a carga mesmo na

pior situao de consumo.

Por esta razo no se pode contar com modificaes de consumo para melhorar odesempenho de sada de uma fonte de alimentao.

c) tempo de descarga influncia a ondulao, visto que quanto mais tempo p capacitordescarrega, menor a tenso nas suas armaduras.

I1 maior que I2

VOND1 maior que VOND2


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Por esta razo, para uma mesma carga e mesmo capacitor de filtro, os circuitos de onda

completa tem menor ondulao (fig.23 e 24).

Fig.23 Fig.24

Em onda completa o capacitor carregado duas vezes a cada ciclo de entrada (fig.25).

Fig.25


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6.4 Tenso na sada nos circuitos retificadores com filtro

A tenso CC mdia de sada em circuitos retificadores com filtro dada pela equao:

onde:

Vcc tenso CC na sada

EM tenso de pico 2.CAV , desconsiderando-se a queda nos diodos

VONDpp tenso de ondulao de pico a pico.

Quando um circuito retificador com filtro capacitivo est sem carga no h ondulao.A tenso de sada uma CC perfeita.

A tenso de sada , neste caso:

2.VouV

se-tem0Vcomo2

CCCC

ONDpp

CAM

ONDpp

MCC

VE

VEV

Isto vlido tanto para a retificao de meia onda como para a onda completa com filtro(fig.26 e 27).

Fig.26 Fig.27

2

ONDpp

MCC

VEV


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Um exemplo ilustra o comportamento da tenso de sada de uma retificao de meiaonda com filtro sem e com carga.

V21,21,41.15

2.

CC

CACC

MCC

V

VV

EV

Conectando-se um osciloscpio em modo DC na sada da fonte a forma de ondaobservada seria uma CC pura (fig.28).

Fig.28

Quando a carga aplicada a ondulao aparece, fazendo com que a tenso de sada caiapara valores inferiores a EM.

A reduo na tenso de sada se deve a ondulao, e ser tanto maior quanto maior for acorrente solicitada pela carga

Quanto no h carga na sada a tenso de sada dos circuitosretificadores de meia onda e onda completa com filtro amesma

Vcc = 21,2 V


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Admitindo-se uma carga que provoque uma ondulao de 3Vpp.

2

Vpp3,0-2,21V

diodo)noquedaado(desprezan2.

2

CC

CAM

ONDpp

MCC

VE

VEV

A forma de onda da sada, observada em osciloscpio, em modo DC, seria a mostradana figura 29.

Fig.29

A ligao da carga a uma fonte provoca o aparecimento daondulao, resultando em uma reduo da tenso de sada.

Vcc = 19,7 V


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O valor mdio da tenso de sada CC, devido a ondulao, cairia de 21,2V (sem carga)

para 19,7V (mdia entre 21,2 e 18,2) devido a carga.

6.5 Observao da ondulao com osciloscpio

A ondulao uma componente alternada presente no topo da forma de onda fornecidapor uma fonte com filtro capacitivo e carga na sada.

Como o valor desta ondulao normalmente igual ou menor que 10% do valor da CCfornecida pela fonte, tornasse difcil medir o seu valor exato usando o osciloscpio nomodo DC (fig.30).

Fig.30

Para obter uma medida precisa da tenso de ondulao de pico a pico utiliza-se o modoAC. Neste modo de entrada a componente CC da sada eliminado de forma que oosciloscpio apresenta na tela apenas a ondulao. Isto permite aumentar o ganhovertical, ampliando apenas a ondulao na tela.


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As figuras 31 e 32 mostram mesma sada de uma fonte, nos modos DC e AC de entrada.

Fig.31 Fig.32

6.6 Determinao do capacitor de filtro

A tenso de sada de uma retificao com filtro dada pela equao:

2

ONDpp

MCC

VEV

Pela equao verifica-se que a tenso de sada depende da tenso de ondulao. Atenso de ondulao depende do tipo de circuito retificador (meia onda, onda completa),do valor do capacitor de filtro e da corrente da carga.

Observa-se que a tenso de ondulao depende de vrios fatores que esto relacionadosentre si. Esta dependncia torna difcil a formulao de uma equao exata quedetermine o valor de capacitor a ser usado para uma tenso preestabelecida.

Entretanto, devido a grande tolerncia de valor dos capacitores eletrolticos (at 50%)pode-se formular uma equao simplificada para o seu clculo.

Para medir com preciso o valor da tenso de ondulao na

sada de uma fonte deve-se utilizar o modo de entrada ACno osciloscpio.


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Esta equao pode ser usada para clculo de capacitores de filtros para at 20% de

ondulao de pico a pico sem introduzir um erro significativo.A equao simplificada para o clculo do valor do capacitor de filtro :

ONDppV

xTCIm

onde:

C = valor do capacitor de filtro em F

T = perodo aproximado de descarga do capacitormeia onda T = 16,6 ms p/60 Hz

onda completa T = 8,33MS P/60Hz

Imax = corrente de carga mxima em mA

VONDPP = tenso de pico a pico de ondulao em volts.

O fator T determinado em funo do tipo de retificao usado (meia onda ou ondacompleta), a corrente de carga mxima pela lei de OHM e a tenso de pico a pico de

ondulao assume o valor desejado (VONDpp at 20% de Vcc).

A seguir esto apresentados dois exemplos de emprego de equao para determinaodo capacitor de filtro.

a) Deseja-se montar uma fonte retificadora de meia onda para tenso de sada 12 V correntede 150 mA, com ondulao de 2Vpp.

Qual o valor do capacitor de filtro?

Dadosmeia onda (T = 16,6mS)IRL = 150mAVONDpp = 2V

Vpp2

150.6,16

Im.

mAC

V

axTC

ONDpp

b) A mesma fonte em onda completa

C = 1245, F


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Dadosonda completa T = 8,33ms

IRL = 150mAVONDpp = 2V

2

150.33,8

Im.

C

V

axTC

ONDpp

Alm da capacitncia do capacitor de filtro deve-se tambm especificar a sua tenso deisolao. A tenso de isolao deve ser sempre superior ao maior valor de tenso que o

capacito ir realmente funcionar. Por exemplo:

Tenso de sada (sobre o capacitor) Tenso de isolao a ser usada

12V 16V

17V 25V

28V 40V

6.7 Capacitor de filtro ideal

O capacitor de filtro ideal seria aquele que possibilitasse a obteno de uma tenso desada sem componente alternada (ondulao inexistente). Certamente o valor decapacitncia deste capacitor seria elevadssimo para que sua capacidade dearmazenamento fosse suficiente para manter a tenso de sada absolutamente constante.

Entretanto a utilizao prtica de um capacitor como filtro implica em um compromisso

entre alguns fatores:

Por esta razo, verifica-se at que ponto compensador diminuir a tenso de ondulaode pico a pico de 20% para 5% de CC em relao ao custo e volume do capacitor.

C = 1245, F

Diminuir o percentual de ondulao obriga ao uso decapacitores de maior capacitncia e portanto maior volumee custo mais elevado.


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Na prtica, os capacitores utilizados como filtro so normalmente eletrolticos por que

possuem maior capacitncia por volume.Se uma tenso de ondulao da ordem de 10% de Vcc elevada demais para que umafonte de alimentao possa ser usada em um determinado equipamento, utiliza-secircuitos eletrnicos destinados especificamente a regulao da tenso de sada, sem queseja necessrio aumentar a capacitncia do filtro.


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7. DIODOS ESPECIAIS

7.1 Diodo emissor de luz (LED)

um tipo especial de diodo semicondutor que emite luz quando polarizadodiretamente.

O diodo emissor de luz, identificado comumente como DIODO LED representadopelo smbolo apresentado na figura 1.

Fig.1Os diodos LED so encontrados com as mais diversas formas e dimenses. A figura 2apresenta alguns tipos construtivos de diodos LED.

Fig.2


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O ctodo de um diodo LED pode ser identificado por um corte na base do

encapsulamento (fig.3).

Fig.3

O diodo LED utilizado principalmente em substituio s lmpadas incandescentes desinalizao, devido a uma srie de vantagens que apresenta, tais como:

baixo consumo alta resistncia a vibraes nenhum aquecimento grande durabilidade

a) Corrente direta nominal (IF) um valor de corrente de conduo indicado pelo fabricante no qual o diodo LEDapresenta um rendimento luminoso timo (normalmente 20mA).

b) Tenso direta nominal (VF)Especificao que define a queda da tenso tpica do diodo no sentido de conduo. A

queda de tenso nominal (VF) ocorre no componente quando a corrente direta tem valornominal (IF) (fig.4).

Fig.4


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Para valores de corrente direta diferentes do valor nominal (IF) a tenso direta de

conduo sofre pequenas modificaes de valor.c) Tenso inversa mxima (VR)Especificao que determina o valor de tenso mxima que o diodo LED suporta nosentido inverso sem sofrer ruptura.

A tenso inversa mxima dos diodos LED pequena (da ordem de 5V) uma vez queestes componentes no tem por finalidade a retificao.

A tabela 2 apresenta as caractersticas de alguns diodos LED.

TABELA 2LED COR VF a IF = 20mA IF MAX

LD 30C VERMELHO 1,6 V 100 mA

LD 37I VERDE 2,4 V 60 mA

LD 35I AMARELO 2,4 V 60 mA

d) LED bicolorO LED bicolor consiste, na verdade, de dois LEDS colocados dentro de uma mesmacpsula>

Estes LEDs tem trs terminais (fig.5 e 6)

Fig.5 Fig.6


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Um dos terminais comum aos dois LEDs. Dependendo da cor que se deseja acender,

polariza-se um dos diodos (Fig. 7 e 8).

Fig.7 Fig.8e) LED infravermelho

A Luz infravermelha um tipo de luz que no visvel ao olho humano. Este tipo deluz usado principalmente em alarmes contra roubos e circuitos do gnero.

Existem diodos LEDS que emitem luz infravermelha. Estes LEDS funcionam como osoutros, porm no se pode observar visualmente se esto ligados ou no.


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7.1.1 Teste do diodo LED

Os diodos LED podem ser testados como um diodo comum, usando um multmetro naescala de resistncia.

Em um sentido o teste deve indicar resistncia e, em outro , alta resistncia (fig.9 e 10).

Fig.9

Fig.10

OBSERVAO:

Em alguns casos, dependendo do multmetro utilizado para o teste, o LED acendedurante o teste com polarizao direta.


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A identificao dos terminais nodo e ctodo tambm podem ser feitos com o

multmetro, da mesma forma que um diodo comum.a) Funcionamento

Quando o diodo LED polarizado diretamente entra em conduo, permitindo acirculao de corrente (fig.11).

Fig.11

A circulao da corrente se processa pela liberao de portadores livres na estrutura doscristais.

O deslocamento de portadores da banda de conduo provoca a liberao de energia(emisso de ftons) em forma de luz (fig.12).

Fig.12


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b) Caractersticas dos diodos LEDAs caractersticas importantes do diodo LED so:

- corrente direta mxima (IFM)- corrente direta nominal (IF)- tenso direta nominal (VF)- tenso inversa mxima (VR)

Corrente direta mxima (IFM)

Especificao que define a corrente mxima de conduo do diodo LED sem prejuzopara sua estrutura.

7.1.2 Utilizao do diodo LED em CC

A aplicao do diodo LED em tenses contnuas exige a fixao da sua corrente diretanominal (IF). A limitao da corrente pode ser feita atravs de um resistor.

A figura 13 apresenta um circuito retificador de onda completa que utiliza o diodo LEDcomo indicador de fornecimento.

Fig.13

O valor do resistor limitador dado pela expresso.


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onde:

VCCtenso da sada da fonteVF - tensonominaldeconduododiodoLEDIF - correntenominaldeconduododiodoLED

Tomando-se como exemplo a fonte retificadora da figura com os seguintes valores V =tenso de sada da fonte = 10V (por exemplo DIODO LED FLV 110)

COR IF (mA) VF (V) IFM (mA)

vermelho 20 1,7 50

O valor do resistor seria

4150,02

1,7-10R

F

FCC

I

VVR

R = 390 ou 470 em valores padronizados.

7.2 Diodo Zener

O diodo Zener um tipo especial de diodo utilizado como regulador de tenso. A suacapacidade de regulao de tenso empregada principalmente nas fontes de

alimentao, visando a obteno de uma tenso de sada fixa.

O diodo Zener representado nos diagramas pelo smbolo mostrado na figura 1.

F

F

IVVccR

O diodo Zener essencialmente um regulador de tenso.


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Fig.1

a) Comportamento do diodo ZenerO comportamento do diodo Zener depende fundamentalmente da forma como

polarizado.

a) com polarizao diretab) com polarizao inversa

a.2)Polarizao direta: com polarizao direta o diodo Zener se comporta da mesma formaque um diodo retificador, entrando em conduo e assumindo uma queda de tensotpica.

A figura 2 mostra um diodo Zener polarizado diretamente e a figura 3 mostra a curvacaracterstica de conduo.

Fig.2 Fig.3

Polarizado diretamente o diodo Zener se comporta como umdiodo retificador convencional.


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Normalmente o diodo Zener no utilizado com polarizao direta nos circuitos

eletrnicos.a.2)Polarizao inversa: At um determinado valor de tenso inversa, o diodo Zener se

comporta como um diodo comum, ficando em bloqueio.

No bloqueio, circula no diodo Zener uma pequena corrente de fuga, conforme mostra afigura 4.

Fig.4

O sinal negativo de IZ (-IZ) na figura 4 indica que esta corrente circula no sentidoinverso pelo diodo.

Em um determinado valor de tenso inversa, o diodo Zener entra subitamente emconduo, apesar de polarizado inversamente.

A corrente inversa aumenta rapidamente e a tenso sobre o Zener se mantmpraticamente constante (fig.5)

Fig.5


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O valor de tenso inversa que faz com que o diodo Zener entre em conduo

denominado de TENSO ZENER.

Enquanto houver corrente inversa circulando no diodo Zener a tenso sobre seusterminais se mantm praticamente no valor de tenso Zener.

importante observar que, no sentido reverso, o diodo Zener difere do diodo retificadorconvencional.

Um diodo retificador nunca chega a conduzir intensamente no sentido reverso e se istoacontece o diodo estar em curto, danificado permanentemente.

O diodo Zener levado proporcionalmente a conduzir no sentido reverso, visando obtera tenso Zener constante sobre seus terminais, sem que isto danifique o componente.

7.2.1 Caractersticas do diodo Zener

As caractersticas eltricas importantes do diodo Zener so:

a) Tenso Zenerb) Potncia Zenerc) Coeficiente de temperatura

d) Tolernciaa)Tenso Zener

A tenso Zener (tenso de ruptura) dos diodos Zener depende do processo de fabricaoe da resistividade da juno semicondutora. Durante a ruptura o diodo Zener fica com ovalor de tenso Zener sobre seus terminais.

Tenso Zener (VZ) a tenso que aplicada inversamente aum diodo Zener provoca a sua conduo.

O funcionamento tpico do diodo Zener com correnteinversa, o que estabelece uma tenso fixa sobre seuste

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