ATPS CIRCUITOS LOGICOS

ATPS

ETAPA: 01

PASSO: 01

DIODO COMUM.

Em circuitos gerais ( baixas freqüências ), implicitamente assumimos que a freqüência do sinal é tão pequeno que os efeitos capacitivos de um diodo comum são desprezíveis. Entretanto, quando a freqüência do sinal de aumenta consideravelmente para além de alguns kHz, as capacitâncias de difusão ( associada a altas correntes diretas ) e de junção ( variável com a tensão reversa aplicada ao diodo ) se tornam relevantes.

Nesses casos, o modelo do diodo para pequenos sinais torna-se uma resistência rd e a capacitâncias cd e cj em paralelos ( modelo aproximado tendo em vista que cd depende até do sentido da polarização ). Devido a essas capacitâncias, o diodo passa a ser um curto-circuito em altas freqüências; ou seja, o ganho do sistema tende a um valor ( em dB ) negativo muito grande, conforme o gráfico da resposta em freqüência para o circuito em questão.

Em geral, a capacitância de difusão Cd é mais pronunciada em correntes elevadas e seu efeito não é considerado nas simulações abaixo para o diodo 1N4001. Estas simulações iniciam-se em 0s; portanto, as simulações incluem os efeitos transitórios dos circuitos também.

A capacitância de junção cj está associada á polarização reversa do diodo e varia com a tensão reversa aplicada ( este efeito é utilizado em diodos tipo varacto)

DIODO DE POTÊNCIA:

O diodo de potência tem uma importância muito grande em circuitos eletrônicos de potência. Ele pode ser utilizado em retificadores ( conversor CA/CC ), como diodo de retorno ( freewheeling diode – transparência de energia ), isolador de tensão, etc.

Em algumas análises, o diodo pode ser assumido como uma chave ideal mas, sempre observando que este componente tem alguma limitações.

O diodo de potência tem configuração similar ao diodo de sinal, sendo que opera em uma faixa de potência bem maior que o diodo de sinal. Na forma deste diodo, são utilizados três processos de dopagem no mesmo componente. Inicialmente há uma forte dopagem da região n que forma o catodo do diodo;uma dopagem, de menor intensidade, forma uma camada intermediária responsável pela barreira de potencia do diodo. A terceira dopagem que utiliza o processo de difusão, tem a função de forma o anodo do diodo ( região p ).

A área do anodo varia de acordo com o valor de corrente que este deverá suportar.

Para diodos que suportam milhares de amperes, a área pode ter vários cm².

A velocidade de chaveamento é menor, no diodo de potência, quando comparado com o de sinal.

PASSO 02:

A tabela seguinte resume as características dos interruptores de potência com relação a controlabilidade do ligamento e desligamento.

Desligamento ( Bloqueio )

Espontâneo Comandado

Ligamento Espontâneo Diodo Tiristor-dual

Disparo Comandado SCR- TRIAC BJT,IGBT,GTO,MCT

Os semicondutores de potência possuem características estatísticas e dinâmicas. As características estáticas referem-se ao comportamento do componente sobcondições de corrente e tensão fixas, isto é, sua característica VxI. As características dinâmicas referem-se aos processos de ligamento e desligamento do componente, isto é, VxT e IxT. Mesmo operando como chaves, os interruptores estáticos reais apresentam perdas que podem ser denominadas:

Perdas por condução:

São causadas pelas quedas de tensão no estado de condução do dispositivo.

Perdas por comutação: são causadas pelos tempos não nulos de chaveamento, durante os quais ocorrem tensões e correntes elevadas simultaneamente nos dispositivos. Em altas freqüências estas perdas tornam-se significativas e podem limitar a máxima freqüência de trabalho do conversor;

Perdas por corrente de fuga: são causadas pelas correntes de fuga no estado de bloqueio dos dispositivos. Esta perda normalmente é muito pequena e por isso desprezada.Cada dispositivo apresenta particularidades que os tornam adequados ou não a determinada aplicação. A seguir será apresentado o estudo mais detalhado de cada dispositivo semicondutor de potência.

PASSO 03:

DIAC:

O diac pode ser visto como a justa posição de duas estruturas PNPN em ordens

inversas ( PI, N1, P2, N2 e P2, NI, PI, N3 ). Cada estrutura é responsável pela condução. Cada estrutura é responsável pela condução num sentido, quando disparada. Aplicando-se ao dispositivo uma tensão com a polaridade indicada estrutura que está apta a conduzir é P1,N1,P2,N2. Nessa hipótese, na região de bloqueio, a junção j 1 está diretamente polarizada e a j2, inversamente polarizada, sendo essa a junção responsável pelo bloqueio. A junção j4 esta ligeiramente polarizada no sentido inverso devido a queda ôhmica na região p1 resultante da passagem de uma pequena corrente de fuga pelo dispositivo. Essa corrente ao atingir a região P2 se bifurca em 2 componentes: uma que atravessa lateralmente a região P2 até atingir 0 contacto metálico e outra que atravessa a junção j3, diretamente polarizada.

TRIAC:

A estrutura de um TRIAC é bem complexa e só pode ser representada em perspectiva. Ela pode ser vista como uma estrutura originariamente de três camadas P2,N1

P1 onde foram feitas 3 difusões do tipo N: uma N4 em P1 em forma de “L” e as outras duas em P2, retangulares (N2 e N3). Existem 3 contactos metálicos: MT2: sobre Pl e N4 (superfície inferior) MT1: sobre N2 e parte de P2 (superfície superior)

G : sobre N3 e parte de P2 (superfície superior).

PASSO 04:

O nome tiristor engloba uma família de dispositivos semicondutores multicamadas, que operam em regime de chaveamento, tendo em comum uma estrutura de no mínimo quatro camadas semicondutoras numa sequência P-N-P-N ( três junções semicondutoras), apresentando um comportamento funcional. Os tiristores permitem por meio da adequada ativação do terminal de controle,