O documento discute circuitos básicos com diodos, incluindo características I-V de diodos, retificadores de meia-onda e onda completa, diodos zener e exercícios sobre detecção de polaridade e conversão AC-DC.

1. EEL 5346 – Eletrônica BásicaJader A. De Lima UFSC, 2015
Circuitos Básicos a Diodos
Prof. Jader A. De Lima

2. EEL 5346 – Eletrônica BásicaJader A. De Lima UFSC, 2015




















−=
T
D
SD
nV
v
II exp1
característica I-V do diodo

3. EEL 5346 – Eletrônica BásicaJader A. De Lima UFSC, 2015
Aplicações – Circuitos Retificadores
Retificador de Meia-Onda

4. EEL 5346 – Eletrônica BásicaJader A. De Lima UFSC, 2015
Carregador de bateria

5. EEL 5346 – Eletrônica BásicaJader A. De Lima UFSC, 2015
Retificador de meia-onda com filtro a capacitor (AC/DC)

6. EEL 5346 – Eletrônica BásicaJader A. De Lima UFSC, 2015
Retificador de onda-completa com filtro a capacitor (AC/DC)

7. EEL 5346 – Eletrônica BásicaJader A. De Lima UFSC, 2015
AND gate
Portas Lógicas(RTL)

8. EEL 5346 – Eletrônica BásicaJader A. De Lima UFSC, 2015
?
Portas Lógicas(RTL)

9. EEL 5346 – Eletrônica BásicaJader A. De Lima UFSC, 2015
modulador FM com varactor
Modulação FM
varactor

10. EEL 5346 – Eletrônica BásicaJader A. De Lima UFSC, 2015
Sinal superposto a um nível DC (operação linear)

11. EEL 5346 – Eletrônica BásicaJader A. De Lima UFSC, 2015
1/rD

12. EEL 5346 – Eletrônica BásicaJader A. De Lima UFSC, 2015
AC
ex: n =1, ID0 = 5mA e VT = 25mV → rD = 5Ω
1
0
1
0
1
exp
1
exp
−−−












=










 +
∂
∂
≅





∂
∂
=
T
D
S
TT
DD
S
DD
D
D
nV
V
I
nVnV
vV
I
vV
i
r
0D
T
D
I
nV
r =
modelo equivalente diodo para pequenos
sinais (baixas e médias frequências)

13. EEL 5346 – Eletrônica BásicaJader A. De Lima UFSC, 2015

14. EEL 5346 – Eletrônica BásicaJader A. De Lima UFSC, 2015
Ex: adotando VD = 0.7V, determinar V1, V2 e I
I = 2.07mA; V1 = 9.73V, V2 = 4.55V

15. EEL 5346 – Eletrônica BásicaJader A. De Lima UFSC, 2015
Operação na região reversa – Diodo Zener
Mínima corrente
necessária para
operação na
região de
ruptura
Máxima corrente em
função da
dissipação no diodo
(Pdiss = VZ x IZ)

16. EEL 5346 – Eletrônica BásicaJader A. De Lima UFSC, 2015
1.2V < |Vz| <100V
intervalo de operação
Operação na região reversa – Diodo Zener

17. EEL 5346 – Eletrônica BásicaJader A. De Lima UFSC, 2015
Batteries replaced
by Zener diodes
Aplicação de diodos Zener: circuitos limitadores

18. EEL 5346 – Eletrônica BásicaJader A. De Lima UFSC, 2015
Referência de tensão para um circuito integrado
Exemplo de aplicação diodo Zener

19. EEL 5346 – Eletrônica BásicaJader A. De Lima UFSC, 2015
Adotando VDG (diodo verde) = VDR (diodo vermelho)
= 2V e │VBREAK │ = 3V, determinar R para garantir
20mA no diodo ligado
R = 300Ω
Considerar agora VDB (diodo azul) = 5V, VDR = 2V e
│VBREAK │ = 3V, determinar R para garantir 20mA
no diodo ligado
R = 150Ω ?
5V > │VBREAK │ = 3V
Exercício: Detector de polaridade

20. EEL 5346 – Eletrônica BásicaJader A. De Lima UFSC, 2015
possível solução

21. EEL 5346 – Eletrônica BásicaJader A. De Lima UFSC, 2015
Circuitos limitadores a diodos
• oferecem a circuitos sensíveis proteção a sobre-tensões

22. EEL 5346 – Eletrônica BásicaJader A. De Lima UFSC, 2015
Limita a ampitude do sinal à entrada do receptor

23. EEL 5346 – Eletrônica BásicaJader A. De Lima UFSC, 2015

24. EEL 5346 – Eletrônica BásicaJader A. De Lima UFSC, 2015
a) DA off e DB off
IDA = 0A e IDB = 0A → IR = 0A → Vout = Vin
exemplo: admitindo VD0 = 0V (diodos ideais), determinar Vo x Vi

25. EEL 5346 – Eletrônica BásicaJader A. De Lima UFSC, 2015
a) DA off e DB off
IDA = 0A e IDB = 0A → IR = 0A → Vout = Vin
b) DA on e DB ?
VDA = 0V → Vout = 6V → VDB = -15V → DB off → IDB = 0A
*No ponto de comutação VDA = 0V e IDA = 0 → IR = 0 → Vin = Vout = 6V
exemplo: admitindo VD0 = 0V (diodos ideais), determinar Vo x Vi

26. EEL 5346 – Eletrônica BásicaJader A. De Lima UFSC, 2015
a) DA off e DB off
IDA = 0A e IDB = 0A → IR = 0A → Vout = Vin
b) DA on e DB ?
VDA = 0V → Vout = 6V → VDB = -15V → DB off → IDB = 0A
*No ponto de comutação VDA = 0V e IDA = 0 → IR = 0 → Vin = Vout = 6V
c) DB on e DA ?
VDB = 0V → Vout = -9V → VDA = -15V → DA off → IDA = 0A
*No ponto de comutação VDB = 0V e IDB = 0 → IR = 0 → Vin = Vout = -9V
exemplo: admitindo VD0 = 0V (diodos ideais), determinar Vo x Vi

27. EEL 5346 – Eletrônica BásicaJader A. De Lima UFSC, 2015
a) DA off e DB off
IDA = 0A e IDB = 0A → IR = 0A → Vout = Vin
b) DA on e DB ?
VDA = 0V → Vout = 6V → VDB = -15V → DB off → IDB = 0A
*No ponto de comutação VDA = 0V e IDA = 0 → IR = 0 → Vin = Vout = 6V
c) DB on e DA ?
VDB = 0V → Vout = -9V → VDA = -15V → DA off → IDA = 0A
*No ponto de comutação VDB = 0V e IDB = 0 → IR = 0 → Vin = Vout = -9V
exemplo: admitindo VD0 = 0V (diodos ideais), determinar Vo x Vi
d) DB on e DA on
Não é possível, visto b) e c)

28. EEL 5346 – Eletrônica BásicaJader A. De Lima UFSC, 2015

29. EEL 5346 – Eletrônica BásicaJader A. De Lima UFSC, 2015
a) DA off e DB off
IDA = 0A e IDB = 0A → IR = 0A → Vout = Vin
exemplo: admitindo VD0 = 0V (diodos ideais), determinar Vo x Vi

30. EEL 5346 – Eletrônica BásicaJader A. De Lima UFSC, 2015
b) DB on e DA ?
VDB = 0V → Vout = 5V + (10K IDB)
*No ponto de comutação VDB = 0V e IDB = 0A → Vout = 5V
→ Vout = -VDA -5V – (10k IDA) = 5V
Se DA on, VDA = 0 → (10k IDA) = 10V → corrente no sentido reverso de DA → DA off
Sendo então DA off, IDA = 0; Assim, no ponto de comutação IR = 0 e Vin = Vout = 5V
Para Vin > 5V → Vout = 5V + Vin/2 (divisor de tensão devido aos resistores de 10KΩ)
exemplo: admitindo VD0 = 0V (diodos ideais), determinar Vo x Vi
a) DA off e DB off
IDA = 0A e IDB = 0A → IR = 0A → Vout = Vin
Se Vin = Vout = 0, DA off e DB off
I?

31. EEL 5346 – Eletrônica BásicaJader A. De Lima UFSC, 2015
c) DA on e DB ?
VDA = 0V → Vout = -5V – (10K IDA)
*No ponto de comutação VDA = 0V e IDA = 0A → Vout = -5V
→ Vout = VDB +5V + (10k IDB) = -5V
Se DB on, VDB = 0 → (10k IDB) = -10V → corrente no sentido reverso de DB → DB off
Sendo então DB off, IDB = 0; Assim, no ponto de comutação IR = 0 e Vin = Vout = -5V
Para Vin < - 5V → Vout = -5V - Vi/2 (divisor de tensão devido aos resistores de 10KΩ)
d) DB on e DA on
Não é possível, visto b) e c)
I?

32. EEL 5346 – Eletrônica BásicaJader A. De Lima UFSC, 2015
• Vo = Vi para -5V ≤ Vi ≤ 5V
• para Vi ≥ 5V; Vo = 5V + Vi/2
• para Vi ≤ -5V; Vo = -5V - Vi/2

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34. EEL 5346 – Eletrônica BásicaJader A. De Lima UFSC, 2015

35. EEL 5346 – Eletrônica BásicaJader A. De Lima UFSC, 2015
Circuitos Retificadores

36. EEL 5346 – Eletrônica BásicaJader A. De Lima UFSC, 2015
vo (t) = 0, para vs(t) < VD0
para vs(t) > VD0
{
Retificador de Meia-Onda

37. EEL 5346 – Eletrônica BásicaJader A. De Lima UFSC, 2015
Para rD << R → R/(rD +R) ~1 , tem-se:
Parâmetros importantes
do diodo: { • capacidade de corrente do diodo
• PIV - máxima tensão reversa (pico)

38. EEL 5346 – Eletrônica BásicaJader A. De Lima UFSC, 2015
tensão média à saída (Vave):
Para Vs(t) = Vmsinωt e Vm >> VD0,
R
V
I
ave
ave =corrente média na carga R:
fator de ripple: 100
_
% x
V
V
fr
ave
ripplepp
=

39. EEL 5346 – Eletrônica BásicaJader A. De Lima UFSC, 2015
%314100%
3.325
5.103
3.3252
_
_
==
=
==
==
x
V
V
fr
VV
V
V
V
VVV
ave
ripplepp
ripplepp
m
ave
rmsm
π
ripple% muito alto e indesejável !
pode ser reduzido com capacitor em paralelo com a carga !!!
exemplo: R = 50W conectado com carga de um retificador de meia-onda, sendo
a tensão de fonte 230Vrms @ 60Hz.
Determinar o valor médio de Vout, e o fator do valor pico-a-pico do ripple à saída e
e o fator ripple.

40. EEL 5346 – Eletrônica BásicaJader A. De Lima UFSC, 2015
Retificador de meia-onda com filtro a capacitor

41. EEL 5346 – Eletrônica BásicaJader A. De Lima UFSC, 2015
em regime:
D on D on

42. EEL 5346 – Eletrônica BásicaJader A. De Lima UFSC, 2015
em regime:
D off D off

43. EEL 5346 – Eletrônica BásicaJader A. De Lima UFSC, 2015
Cálculo de C:
Carga removida do capacitor durante o tempo de descarga (t3-t2). Admitindo T >> t2-t1
TIQ L≅∆
CVQ ripplepp _≅∆
valor DC à saída
m
mave
VPIV
VV
2≅
≅
No caso de um capacitor de valor alto (o que ocorre na prática):
Carga reposta ao capacitor durante o tempo de carga (t2-t1).
} ripplepp
L
V
TI
C
_
=

44. EEL 5346 – Eletrônica BásicaJader A. De Lima UFSC, 2015
exemplo: R = 50W conectado com carga de um retificador de meia-onda, sendo
a tensão de fonte 230Vrms @ 60Hz. C = 100mF.
Determinar o valor médio de Vout, e o fator do valor pico-a-pico do ripple à saída e
e o fator ripple.
%32.3100%
8.10
1.0
108.0
108.0
7.1660/1
51.6
50
3.325
3.3252
_
_
==
==
∆
=
==∆
==
===
==≅
x
V
V
fr
V
C
Q
V
CTIQ
msT
A
R
V
I
VVVV
ave
ripplepp
ripplepp
L
ave
L
rmsmDC
fr% reduzido, mas às custas de alto C !!

45. EEL 5346 – Eletrônica BásicaJader A. De Lima UFSC, 2015
Retificador de onda-completa
Senóides idênticas defasadas de 180º

46. EEL 5346 – Eletrônica BásicaJader A. De Lima UFSC, 2015
%157100
2
%
2
2
_
≅=
=
=
≅
xfr
VV
VPIV
V
V
mripplepp
m
m
ave
π
π
valor DC à saída

47. EEL 5346 – Eletrônica BásicaJader A. De Lima UFSC, 2015
Retificador de onda-completa com filtro a capacitor
2_
T
V
I
C
ripplepp
L
=

48. EEL 5346 – Eletrônica BásicaJader A. De Lima UFSC, 2015
Retificador de onda-completa em ponte

49. EEL 5346 – Eletrônica BásicaJader A. De Lima UFSC, 2015
PIV
mVPIV =

50. EEL 5346 – Eletrônica BásicaJader A. De Lima UFSC, 2015
queda em 2 diodos

51. EEL 5346 – Eletrônica BásicaJader A. De Lima UFSC, 2015
PIV
Durante semiciclo positivo,
tensão reversa em D3:
VD3 (reversa) = Vo + VD2 (direta)
DmDDs VVVVVPIV −=+−= 2 mVPIV ≅

52. EEL 5346 – Eletrônica BásicaJader A. De Lima UFSC, 2015
Retificador de onda-completa em ponte com filtro a capacitor
2
_
T
C
I
V
L
ripplepp =
metade do valor em relação ao
meia-onda com filtro C !

53. EEL 5346 – Eletrônica BásicaJader A. De Lima UFSC, 2015
Detector de pico (detector de envoltória)
Admitindo onda senoidal com tensão de
pico Vm e diodo ideal com VD0 = 0V D on
0 < Vs < Vm Vo = Vs

54. EEL 5346 – Eletrônica BásicaJader A. De Lima UFSC, 2015
Detector de pico (detector de envoltória)
Vm
+
-
D on → D off
Vm
Admitindo onda senoidal com tensão de
pico Vm e diodo ideal com VD0 = 0V
Vs = Vm Vo = Vm
diodo permanece cortado

55. EEL 5346 – Eletrônica BásicaJader A. De Lima UFSC, 2015
Modulação digital ASK (amplitude-shift keying)
Demodulador AM
Modulação AM: informação contida na amplitude do sinal
permite a descarga de C
T
RC

56. EEL 5346 – Eletrônica BásicaJader A. De Lima UFSC, 2015
ciclo inicial
Detector de pico: similar ao retificador
de meia-onda com filtro C
τ = RC
Admitindo onda senoidal com tensão de
pico Vm e diodo ideal com VD0 = 0V

57. EEL 5346 – Eletrônica BásicaJader A. De Lima UFSC, 2015
em regime
ripplepp
L
V
TI
C
_
=
T
V
V
RC
ripplepp
m
_
=
Vm
τ = RC
Detector de pico: similar ao retificador
de meia-onda com filtro C
Admitindo onda senoidal com tensão de
pico Vm e diodo ideal com VD0 = 0V

58. EEL 5346 – Eletrônica BásicaJader A. De Lima UFSC, 2015
Deslocador de Nível (level-shifter)
Admitindo onda senoidal com tensão de
pico Vp e diodo ideal com VD0 = 0V
D off

59. EEL 5346 – Eletrônica BásicaJader A. De Lima UFSC, 2015
Deslocador de Nível (level-shifter)
Admitindo onda senoidal com tensão de
pico Vp e diodo ideal com VD0 = 0V
D on

60. EEL 5346 – Eletrônica BásicaJader A. De Lima UFSC, 2015
Deslocador de Nível (level-shifter)
Admitindo onda senoidal com tensão de
pico Vp e diodo ideal com VD0 = 0V
D off

61. EEL 5346 – Eletrônica BásicaJader A. De Lima UFSC, 2015
Deslocador de Nível (level-shifter)
Admitindo onda senoidal com tensão de
pico Vp e diodo ideal com VD0 = 0V
D off

62. EEL 5346 – Eletrônica BásicaJader A. De Lima UFSC, 2015
Deslocador de Nível (level-shifter)

63. EEL 5346 – Eletrônica BásicaJader A. De Lima UFSC, 2015
Dobrador de Tensão
deslocador de nível + detector de pico
Admitindo onda senoidal com tensão de
pico Vp e diodo ideal com VD0 = 0V