UNIVERSIDADE FEDERAL DO ABC
CENTRO DE ENGENHARIA, MODELAGEM E CIÊNCIAS SOCIAIS APLICADAS
CURSO DE ENGENHARIA DE INFORMAÇÃO
ESTA001-17 DISPOSITIVOS ELETRÔNICOS - 1º QUADRIMESTRE DE 2022
PROFS. ANDRÉ F. PONCHET/KATIA F. ALBERTIN
Laboratório 1 - 07/03/2022
Diodos Semicondutores
Prazo de Entrega: 21/03/2022 até 23:59 hrs
Instruções:
Apresente os resultados das simulações de forma clara. O arquivo .pdf contendo os resultados e
discussões sobre as simulações deve estar LEGÍVEL.
Responda à todas as perguntas que estão no roteiro. É fundamental discutir os resultados obtidos
nas simulações, confrontando-os com a teoria apresentada nas aulas.
Objetivos
1 Obter a curva característica ID × VD do diodo de silício MURS320.
2 Analisar o retificador de meia-onda.
3 Analisar uma fonte de alimentação com ponte de diodos.
1. CURVA CARACTERÍSTICA DO DIODO MURS320 (2,0 PONTOS)
A No LTSPice, monte o circuito apresentado na Figura 1:
Figura 1: Esquemático para caracterização do diodo MURS320.
Qual a finalidade do resistor R1 no circuito?
1
B Rode a simulação DC com uma varredura na tensão VS no intervalo –1, 0 V ≤ VS ≤ 200, 0 V. No
gráfico obtido, clique com o botão direito do mouse no eixo horizontal e digite V(vout_D1) no
campo Quantity Plotted.
Clique com o botão esquerdo do mouse sobre o terminal do diodo conectado ao pino Vout_D1 (um
pequeno alicate de corrente aparecerá) para obter a corrente ID .
No gráfico de ID , obtenha o valor da corrente de saturação reversa IS em Vout_D1 = –400 mV e
uma estimativa para o potencial de barreira VD,on do diodo.
Considere o potencial de barreira como sendo aquele no qual a corrente ID assume um valor igual
a 1% do valor máximo (Iave ) indicado no modelo fornecido pelo fabricante (Onsemi).
Os valores obtidos estão coerentes com a teoria?
C A resistência dinâmica (ou resistência AC) de um diodo é definida de acordo com o diagrama apre-
sentado na Figura 2:
çã
ê
Figura 2: Definição da resistência dinâmica do diodo.
Com o auxílio de cursores, obtenha as resistências dinâmicas nos seguintes pontos de operação:
Q1 : ID = 80 mA, com ∆ID = 20 mA
rd1 =
∆V1
1
=
∆ID
slope
rd2 =
∆V2
1
=
∆ID
slope
Q2 : ID = 120 mA, com ∆ID = 20 mA
Em qual ponto de operação a resistência dinâmica apresenta menor valor? Explique.
2. RETIFICAÇÃO DE MEIA-ONDA (4,0 PONTOS)
A Inicialmente, monte o retificador apresentado na Figura 3 no LTSPice, sem o capacitor C (Esquemá-
tico 1 no LTSpice):
RR268MM-600
Figura 3: Retificador de Meia Onda.
2
B Rode uma simulação transiente e obtenha as formas de onda das tensões de entrada e de saída
do retificador. Sobreponha as curvas obtidas em cores distintas de modo a evidenciar a queda de
tensão no diodo.
C Com o auxílio de cursores, encontre um valor aproximado para a tensão VD,on,Sim * do diodo através
da expressão 1:
VD,on,Sim ≈ (Vpeak,out – Vpeak,in )
(1)
Calcule o erro percentual na expressão 1 através da expressão 2. Considere o valor teórico de VD,on
como sendo 700 mV.
Erro % =
VD,on,Sim
– 1 × 100% =
700 mV
(2)
D Utilizando o esquemático 2 no LTSpice, plote no mesmo sistema de eixos as formas de onda das
tensões de entrada e de saída do retificador com o capacitor C conectado ao circuito. Utilizando
cursores, obtenha a ondulação do sinal de saída (amplie o gráfico obtido em torno dos valores de
pico de Vin (t) e Vout (t) para facilitar o posicionamento dos cursores). Compare o valor obtido com
o valor dado pela expressão 3:
VRipple,Teo ≈
(Vpeak,in – VD,on )
(RL × C × fin )
(3)
onde fin é a frequência do sinal de entrada, Vp,in (t) é a tensão de pico do sinal de entrada e C é o
capacitor de filtragem. Inclua no relatório a demonstração da expressão 3.
O valor obtido pela simulação está de acordo com a equação teórica? Encontre o erro percentual
através da expressão 4. Considere VD,on,Teo. = 700 mV.
Erro% =
VRipple,Sim
1–
VRipple,Teo
!
× 100% =
(4)
E Em retificadores de meia-onda, o diodo está sujeito à uma tensão de ruptura reversa mínima igual
a Vp,rev = 2 × Vpeak,in . A corrente de surto inicial Ipeak,i do diodo é um parâmetro de projeto
importante, tendo em vista que a potência dissipada no diodo (P = Vp,rev × Ipeak ) pode exceder o
valor máximo suportado pelo dispositivo.
Quando a fonte de alimentação do circuito é ligada (t = 0+ ), a corrente sobre o diodo atinge valor
máximo, uma vez que o capacitor encontra-se descarregado inicialmente. Logo, a corrente de surto
inicial Ipeak,i é dada, aproximadamente, pela expressão 5:
d
Ipeak,i ≈ IC,max (t = 0 ) = C
V
sen(ωin t) = ωin CVpeak,in cos(ωin t)
| {z }
dt peak,in
+
1
⇒
Ipeak,i ≈ 2π × fin × C × Vpeak,in
(5)
* O valor obtido na simulação deve ficar acima do valor teórico de 700mV, pois a corrente que flui no diodo é maior que 1 %
da corrente máxima para uma carga igual a 2k Ω.
3
Obtenha o gráfico de Ipeak (t) (para C = 330 µF do fabricante Würth Elektronik) posicionando o
ponteiro do mouse sobre o terminal negativo do diodo. Plote, no mesmo sistema de eixos, Vin (t),
Vout (t) e Ipeak (t).
Qual o valor de Ipeak,i (pico de corrente inicial) na simulação? Confronte este resultado com o valor
aproximado fornecido pela expressão 5. Qual o erro percentual cometido nesta análise?
3. ANÁLISE DE UMA FONTE DE ALIMENTAÇÃO BÁSICA COM PONTE DE DIODOS (4,0 PONTOS)
A Monte, no LTSpice, o circuito apresentado na Figura 4:
Figura 4: Esquemático de uma fonte básica regulada com diodo Zener.
B Rode a simulação transiente com o capacitor Cfilt e o diodo Zener desconectados do circuito. Plote
no mesmo sistema de eixos, o sinal de entrada e o sinal retificado na saída da ponte de diodos
Vout_Bridge .
Utilize o cursor 1 para verificar o valor máximo de pico do sinal Vout,_Bridge . Considere VD,on =
700 mV. O valor obtido está de acordo com o valor teórico previsto pela equação 6?
Vpeak,out_Bridge ≈
Vpeak,in
NTeo
– 2 × VD,on
(6)
Qual o valor da razão de transformação N com base na simulação?
C Conecte o capacitor Cfilt ao circuito. Rode a simulação transiente. Obtenha a forma de onda do
sinal Vout_Load e, com o auxílio dos cursores, obtenha um valor aproximado para amplitude do
Ripple deste sinal.
D Conecte o Zener ao circuito. Obtenha a forma de onda do sinal no Zener. Qual a amplitude de
ondulação no sinal Vout,Load neste caso?
E Habilite no esquemático o comando Step trocando o ponto e vírgula por ponto no início do co-
mando. Parametrize o valor de RLoad conforme indicado na Figura 5:
4
Figura 5: Resistência de carga com valor parametrizado.
Rode a simulação transiente com a varredura em RLoad conforme o comando setp definido no
esquemático. Qual o comportamento observado de Vout,Load a medida que RLoad aumenta? Qual
a função do diodo Zener no circuito? Qual a tensão de ruptura do Zener utilizado nas simulações?
Explique.
5