artigo tĂŠcnico
Ficha TĂŠcnica 6 Semicondutores e dĂodos de junção p‰ /q ApĂłs a introdução aos semicondutores e ao estudo das caraterĂsticas fundamentais dos dĂodos de junção, serĂĄ iniciada a anĂĄlise, na presente ďŹ cha tĂŠcnica, dos circuitos caraterĂsticos de utilização deste componente eletrĂłnico.
Iremos analisar as caraterĂsticas mais importantes na seleção deste tipo de componente eletrĂłnico, nomeadamente: a tensĂŁo inversa, a corrente direta mĂĄxima, a queda de tensĂŁo direta e a corrente direta mĂĄxima.
Para a correta utilização de qualquer componente eletrĂłnico serĂĄ fundamental analisar as suas caraterĂsticas tĂŠcnicas e os seus limites de funcionamento como por exemplo, a Corrente ContĂnua direta mĂĄxima ou a potĂŞncia de dissipação. Para esta anĂĄlise os fabricantes fornecem a folha de dados do componente, em inglĂŞs por Data Sheet, onde se especiďŹ cam determinadas propriedades, comportamentos, grĂĄďŹ cos e todas as informaçþes relevantes ao funcionamento do componente electrĂłnico. SerĂĄ analisado de seguida o dĂodo retiďŹ cador da sĂŠrie 1N4000 (1N4001 a 1N4007). Existem diversos fabricantes deste componente, utilizaremos a folha de dados do fabricante WTE (Won-Top Electronics) disponĂvel em: www.wontop.com/uploadďŹ les/56/sort_excel/pdf/1n4001.pdf
TensĂŁo inversa de disrupção A folha de dados refere-se um dĂodo retiďŹ cador usado nas fontes de alimentação (circuitos que convertem tensĂŁo alternada em tensĂŁo contĂnua e que serĂŁo analisadas em futuras ďŹ chas tĂŠcnicas). Tomemos como exemplo o dĂodo 1N4001: Tabela 13. TensĂŁo inversa de disrupção num dĂodo 1N4001 (Fonte da ďŹ gura: www.wontop.com).
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Paulo Peixoto zÂ?~| + z y> paulo.peixoto@atec.pt
10. AnĂĄlise das caraterĂsticas tĂŠcnicas de um dĂodo
electrĂłnica 07 3.Âş Trimestre de 2017
CARATERĂ?STICA
SĂ?MBOLO
DĂ?ODO 1N4001
VRRM
50 V
VRWN
50 V
VR
50 V
TensĂŁo inversa de pico repetitivo Peak Repetitive Reverse Voltage
TensĂŁo inversa de pico operativo Working Peak Reverse Voltage
TensĂŁo de bloqueio em corrente Figura 88. Folha de dados do dĂodo retiďŹ cador 1N4001-1N4007 (Fonte da ďŹ gura: www.wontop.com).
contĂnua DC Blocking Voltage
A Figura 89 representa as estipulaçþes mĂĄximas e caraterĂsticas elĂŠtricas do dĂodo retiďŹ cador considerando uma temperatura ambiente de 25°C.
Figura 89. Estipulaçþes mĂĄximas e caraterĂsticas elĂŠtricas do dĂodo retiďŹ cador 1N4001-1N4007 (Fonte da ďŹ gura: www.wontop.com).
As caraterĂsticas de tensĂŁo apresentadas especiďŹ cam a destruição do dĂodo sob determinadas condiçþes de operação. A caraterĂstica mais relevante ĂŠ a tensĂŁo de disrupção do dĂodo que ĂŠ de 50 V, independentemente de como se utiliza. Esta disrupção ocorre porque no dĂodo surge uma avalanche quando subitamente aparece uma grande quantidade de portadores na camada de depleção. No 1N4001 a tensĂŁo inversa de 50 V representa um nĂvel destruidor para as caraterĂsticas do dĂodo, que os projetistas evitam atingir em todas as condiçþes de operação, por isso considera um certo fator de
artigo técnico
gura 95 representa o esquema equivalente pela 3.ª aproximação (linearização da caraterística direta do díodo).
Utilizaremos ainda a Lei das malhas para obter uma equação que relaciona a tensão no díodo com a sua corrente. Esta equação corresponde à equação de uma reta e denomina-se de reta de carga do circuito. O ponto de interseção desta reta com a curva caraterística do díodo origina o chamado ponto de funcionamento estático (PFE) ou ponto quiescente (Q). A equação das malhas aplicada ao circuito resulta em:
Figura 95. Circuito equivalente utilizando a linearização pela 3.ª aproximação.
- UF + R . ID + UD = 0 ļ ID = Para o cálculo da corrente no circuito aplicaremos a Lei de Kirchhoff (Lei das malhas). Considerando o sentido dos ponteiros do relógio teremos: - UF + Uγ + RV . I + RL . I = 0 ļ I =
UF - Uγ RV + RL
=
10 - 0,7 0,03 + 10
= 0,927 mA
A tensão aos terminais da resistência de carga será dada por: URL= UF - Uγ - RV · I = 10 – 0,7 – 0,03·0,927 = = 9,27 V
ļ ID =
1 R
. UD -
UF - UD. R
ļ
UF R
Para a obtenção da reta de carga serão necessários 2 pontos, um no eixo das abcissas e outro no eixo das ordenadas. Faremos ID = 0 e obtemos o resultado para UD e, posteriormente faremos UD = 0 e determinamos ID. Para ID = 0 obtemos que UD = UF : . UD -
UF ļ R
A análise de um circuito eletrónico que integre um díodo de junção torna-se facilitada se utilizarmos a análise da reta de carga. Iremos utilizar o circuito da Figura 96 para fazer esta análise.
0= 1 R
. UD -
UF ļ UD= UF R
Figura 96. Determinação da reta de carga do circuito.
UF ļ R
ID =
1 R
ID =
U 1 . 0 - UF ļ ID = F R R R
. UD -
A Figura 97 representa a reta de carga do circuito e a identificação da tensão aos terminais do díodo UD0 (o índice “0” corresponde ao ponto de funcionamento) e a corrente elétrica que o percorre ID0.
Referências bibliográficas –
A. Silva Pereira, Mário Águas, Rogério Baldaia, “Eletrónica - 2.º volume”, Porto Editora, ISBN 972-0-33052-5
–
C.R. Paul, S.A. Nasar, L.E. Unnewehr, “Introduction to Electrical Engineering - Second edition”, McGraw-Hill International Editions, ISBN 0-07-011322-X, 1992
– Figura 97. Reta de carga do circuito.
A caraterística real do díodo, que relaciona a tensão nos seus terminais (UD) e a corrente ID que o percorre, não é linear e é de expressão matemática difícil de trabalhar, pelo que teremos de recorrer à sua representação gráfica.
Albert Paul Malvino, “Princípios de Eletrónica - 6.ª edição”, McGraw-Hill.
Pode encontrar a 1.ª parte deste artigo na revista "o electricista" n.º 60 / "electrónica" n.º 6.
electrónica 07 3.º Trimestre de 2017
Para UD = 0 obtemos que ID = - UF /R (o sinal negativa indica que a reta terá declive negativo):
210 123
1 R
ID =
12. Ponto de funcionamento estático – Reta de carga