Mostre e descreva o circuito equivalente de um diodo.
Passo 1
O enunciado pede para mostrarmos e descrevermos o circuito equivalente de um diodo. O conteúdo envolve os modelos de diodo: ideal (comportamento por chave), piecewise linear para grandes sinais e o modelo small-signal (pequenos sinais) com resistência dinâmica e capacitância de junção.
Passo 2
Modelo ideal de diodo
– Em primeira aproximação tratamos o diodo como uma chave que conduz sem queda de tensão quando a tensão direta e bloqueia totalmente quando
.
– Esse modelo não considera nem tensão de limiar nem resistência interna, é útil só para entender qualitativamente condutividade/reversão.
– Em primeira aproximação tratamos o diodo como uma chave que conduz sem queda de tensão quando a tensão direta
– Esse modelo não considera nem tensão de limiar nem resistência interna, é útil só para entender qualitativamente condutividade/reversão.
Passo 3
Modelo piecewise linear (grande-sinal)
– Refina o modelo ideal incluindo:
– Refina o modelo ideal incluindo:
- Uma fonte de tensão fixa
, que representa a queda direta típica ( em silício). - Uma resistência série
que captura a resistência ôhmica interna da junção e dos contatos.
– O circuito fica: ideal diode em série come em série com .
Passo 4
Representação da corrente de saturação e polarização
– A equação real do diodo é
– A equação real do diodo é
onde
é a corrente de saturação reversa,
o fator de emissão e
a tensão térmica (
a 300 K).
– Para incluir no circuito grande-sinal podemos imaginar, em paralelo com o diodo ideal, uma fonte de corrente
no ramo de reversão, mas na prática costuma-se usar a equação directamente e simplificar no modelo pequeno-sinal abaixo.
– Para incluir
Passo 5
Modelo small-signal (pequenos sinais)
– A partir do ponto de polarização linearizamos a curva exponencial e definimos a resistência dinâmica
– A partir do ponto de polarização
– Há também a capacitância de junção
(ou
), que depende de
e capta o efeito de carga na região de depleção.
– O circuito small-signal unifica tudo:
• Em série: .
• Em paralelo: e
.
– Para análise AC de baixa frequência basta considerar ; para altas frequências inclui-se
.
– O circuito small-signal unifica tudo:
• Em série:
• Em paralelo:
– Para análise AC de baixa frequência basta considerar
Resposta
O circuito equivalente completo de um diodo de silício, com seus principais elementos, é:
-
Modelo grande-sinal:
– Diodo ideal
– Fonte de tensão( V) em série
– Resistência série -
Modelo small-signal (em torno do ponto de polarização
):
– Resistência dinâmicaem paralelo com a capacitância de junção
– Ambos em série com