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 V\ge 0 e bloqueia totalmente quando V<0.
– 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:
  1. Uma fonte de tensão fixa \,V_\gamma, que representa a queda direta típica ( \approx 0{,}7\,\mathrm V em silício).
  2. Uma resistência série R_s que captura a resistência ôhmica interna da junção e dos contatos.
    – O circuito fica: ideal diode em série com V_\gamma e em série com R_s.

Passo 4

Representação da corrente de saturação e polarização
– A equação real do diodo é
I = I_s\!\Bigl(e^{\tfrac{V}{nV_T}} - 1\Bigr),
onde I_s é a corrente de saturação reversa, n o fator de emissão e V_T a tensão térmica ( \approx 25\,\mathrm{mV} a 300 K).
– Para incluir I_s no circuito grande-sinal podemos imaginar, em paralelo com o diodo ideal, uma fonte de corrente I_s no ramo de reversão, mas na prática costuma-se usar a equação directamente e simplificar no modelo pequeno-sinal abaixo.

Passo 5

Modelo small-signal (pequenos sinais)
– A partir do ponto de polarização (I_D,V_D) linearizamos a curva exponencial e definimos a resistência dinâmica
r_d = \frac{nV_T}{I_D}.
– Há também a capacitância de junção C_d (ou C_j), que depende de V_D e capta o efeito de carga na região de depleção.
– O circuito small-signal unifica tudo:
• Em série: R_s.
• Em paralelo: r_d e C_d.
– Para análise AC de baixa frequência basta considerar r_d\parallel\infty\approx r_d; para altas frequências inclui-se C_d.

Resposta

O circuito equivalente completo de um diodo de silício, com seus principais elementos, é:
  1. Modelo grande-sinal:
    – Diodo ideal
    – Fonte de tensão V_\gamma ( \approx 0,7 V) em série
    – Resistência série R_s
  2. Modelo small-signal (em torno do ponto de polarização I_D):
    – Resistência dinâmica \displaystyle r_d=\tfrac{nV_T}{I_D} em paralelo com a capacitância de junção C_d
    – Ambos em série com R_s

Exercícios relacionados