UC01995

Implementar circuitos com semicondutores

Díodos, retificação, filtragem, regulação e montagem em breadboard

Curso profissional · 25h · Técnico de Sistemas de Computação e Redes

Plano

  1. Materiais semicondutores e junção PN
  2. Díodos e LED
  3. Retificação e filtragem
  4. Díodo Zener e fonte de alimentação regulada
  5. Breadboard, segurança e ambiente

Bloco 1 · Materiais semicondutores e junção PN

Condutores, isolantes e semicondutores

Família Exemplo Resistividade
Condutor cobre cerca de 10⁻⁸ Ω·m
Semicondutor silício de 10⁻³ a 10³ Ω·m (dopagem)
Isolante vidro cerca de 10¹² Ω·m
  • O semicondutor interessa porque a sua condução é controlável: dopagem, temperatura, luz, campo elétrico.
  • Bandas de energia: o hiato entre valência e condução é moderado no semicondutor.

Silício e germânio

Si Ge
Hiato a 300 K 1,12 eV cerca de 0,67 eV
Limiar do díodo 0,6 a 0,7 V 0,2 a 0,3 V
ni a 300 K ordem de 10¹⁰ cm⁻³ ordem de 10¹³ cm⁻³
Fuga inversa baixa alta
  • Pares eletrão-lacuna criados pela agitação térmica.
  • Resistência diminui com a temperatura.
  • Fuga inversa duplica, como regra empírica aproximada, a cada 5 a 10 °C.

Dopagem: tipo N e tipo P

Tipo N Tipo P
Dopante pentavalente (P, As, Sb) trivalente (B, Al, Ga, In)
Átomo dopante dador aceitador
Maioritários eletrões lacunas
Minoritários lacunas eletrões

O cristal dopado continua eletricamente neutro: cada portador livre é compensado por um ião fixo.

Lei da ação das massas

Exemplo resolvido · cristal tipo N: Nd = 10¹⁶ cm⁻³, ni = 1,0 × 10¹⁰ cm⁻³ a 300 K

  1. n ≈ Nd = 10¹⁶ cm⁻³
  2. p = ni² / n = 10²⁰ / 10¹⁶ = 10⁴ cm⁻³
  3. Razão maioritários/minoritários = 10¹²

Junção PN e camada de depleção

  1. Difusão de eletrões (N para P) e de lacunas (P para N)
  2. Recombinação junto da fronteira
  3. Zona de depleção: só iões fixos, sem portadores livres
  4. Campo interno de N para P, que trava a difusão
  5. Equilíbrio: potencial de barreira Vbi

Exemplo resolvido: Na = Nd = 10¹⁶ cm⁻³: ln(10¹²) = 27,63; Vbi = 0,02585 × 27,63 = 0,71 V

Polarização direta e inversa

Polarização Depleção Corrente Uso
Direta (P positivo) estreita alta, exponencial condução, retificação, LED
Inversa (N positivo) larga fuga de nA a µA bloqueio, fotodíodo, varicap
Inversa forte colapsa alta, tensão fixa Zener, TVS

A depleção funciona como um condensador (capacidade de junção): diminui em inversa.

Bloco 2 · Díodos e LED

Díodo ideal, real e a equação de Shockley

Ideal Real (Si)
Em condução 0 V 0,6 a 0,7 V
Inverso 0 A nA a µA
Ruptura não existe avalanche, destruição

Com n = 1, 60 mV a mais multiplica a corrente por 10. Com a temperatura, VD desce cerca de 2 mV por °C.

Modelos e circuito equivalente

Modelo Em condução Quando usar
Ideal curto-circuito tensões altas, estimativa
Queda constante fonte de 0,7 V dimensionamento normal
Linear por troços Vγ ≈ 0,65 V em série com rd correntes grandes

rd = n·VT / ID: poucos ohms em condução.

Exemplo resolvido · corrente num díodo com três modelos

Fonte de 5 V, R = 470 Ω, díodo de silício (IS = 10⁻¹⁴ A, n = 1).

Modelo Corrente
Ideal 5 / 470 = 10,64 mA
Queda constante (5 − 0,7) / 470 = 9,15 mA
Shockley (iteração) VD = 0,712 V, 9,12 mA

rd = VT / I = 25,85 mV / 9,12 mA ≈ 2,8 Ω. O modelo de 0,7 V erra 0,3 %; o ideal erra 17 %.

Famílias de díodos e datasheet

Díodo Tipo VRRM IF(AV) VF
1N4007 retificador 1000 V 1 A até 1,1 V a 1 A
1N4148 sinal 100 V 150 mA cerca de 1 V a 10 mA
1N5819 Schottky 40 V 1 A até 0,60 V a 1 A

Lê também: IFSM (surto), trr (recuperação), capacidade de junção. Valores de datasheets Vishay; confirmar sempre a do fabricante usado.

Exemplo resolvido · selecionar o díodo de uma fonte

Secundário de 12 V rms, 600 mA, ponte e condensador.

  1. Pico: 12 × √2 = 16,97 V; PIV com margem de 2× ≥ 34 V
  2. Corrente por díodo: 600 / 2 = 300 mA; com margem ≥ 600 mA
  3. Surto ao ligar: 1N4007 admite 30 A
  4. Escolha: 1N4007 (1000 V, 1 A); o 1N4148 fica excluído

Schottky, fotodíodo, varicap e túnel

  • Schottky: junção metal-semicondutor, queda de 0,45 a 0,60 V a 1 A (1N5817 a 1N5819), comutação muito rápida
  • Fotodíodo: em inversa (fotocondutivo) ou sem polarização (fotovoltaico); I ≈ R × Φ
  • Varicap: capacidade controlada pela tensão inversa, sintonia de rádio e VCO
  • Túnel (Esaki): resistência negativa, osciladores de altíssima frequência

Exemplo resolvido · inversão de polaridade a 12 V, 1 A: 1N4007 dissipa até 1,1 W; 1N5819 até 0,60 W.

Exemplo resolvido · Schottky num retificador de 5 V e 2 A

VF de exemplo a 2 A: 0,50 V (Schottky) e 0,90 V (silício rápido).

  1. P = VF × I: 1,0 W contra 1,8 W
  2. Carga: 5 × 2 = 10 W
  3. Rendimento do andar do díodo: 10 / 11,0 = 91 % contra 10 / 11,8 = 85 %
  4. Poupança de 0,8 W de calor, com tensão inversa suficiente (1N5819: 40 V)

Exemplo resolvido · fotodíodo como sensor de luz

Inversa de 5 V, resistência de 10 kΩ, R = 0,5 A/W (valor de exemplo), Φ = 200 µW.

  1. I = R × Φ = 100 µA
  2. Saída = 100 µA × 10 kΩ = 1,0 V; ao díodo restam 4,0 V (continua em inversa)
  3. A saída satura em Φ = 5 / (10 000 × 0,5) = 1 mW
  4. Sem luz: só a corrente de escuro (nA)

Exemplo resolvido · varicap e díodo de túnel

Varicap (C0 = 60 pF, m = 0,5, Vbi = 0,7 V), L = 100 µH:

Tensão inversa C f de ressonância
1 V 38,5 pF 2,56 MHz
4 V 23,2 pF 3,31 MHz
10 V 15,3 pF 4,06 MHz

Túnel (pico 0,10 V e 5 mA; vale 0,35 V e 0,5 mA): Ip/Iv = 10; resistência média no troço = −55,6 Ω

LED e resistência de limitação

Cor Vf indicativa
Vermelho 1,8 V
Verde 2,2 V
Azul / branco 3,2 a 3,4 V

Arredondar R para cima (E24) e recalcular a corrente real. Vf varia com fabricante, lote e corrente.

Exemplo resolvido · LED a 5 V e a 3,3 V

LED vermelho (2,0 V), 10 mA, 5 V: R = 3 / 0,010 = 300 Ω (E24); PR = 30 mW

Três LED vermelhos em série, 12 V, 20 mA: R = (12 − 6) / 0,020 = 300 Ω; PR = 120 mW, contra 600 mW em três ramos

LED azul (3,0 V) a 3,3 V, R = 30 Ω: com Vf de 2,8 a 3,2 V a corrente vai de 16,7 mA a 3,3 mA

Conclusão: com pouca folga de tensão, usar tensão mais alta ou fonte de corrente.

Bloco 3 · Retificação e filtragem

Retificador de meia onda

Vs ──[D]──┬── Vout
          │
         [RL]
          │
         GND
  • Vout(pico) = Vs(pico) − 0,7 V; média = Vout(pico) / π ≈ 0,318 × Vout(pico)
  • Ripple a 50 Hz; fator de ripple 1,21; rendimento 40,6 %
  • PIV: Vs(pico); 2 × Vs(pico) com condensador

Onda completa: ponto médio e ponte de Graetz

Parâmetro Meia onda Ponto médio Ponte
Díodos 1 2 4
Queda 0,7 V 0,7 V 1,4 V
Média 0,318 Vp 0,637 Vp 0,637 Vp
Ripple 50 Hz 100 Hz 100 Hz
Fator de ripple 1,21 0,48 0,48
PIV por díodo Vp (2 Vp c/ filtro) 2 Vp Vp

Exemplo resolvido · meia onda e ponte com 9 V rms, 100 Ω

Pico do secundário: 9 × √2 = 12,73 V

Meia onda Ponte
Pico de saída 12,03 V 11,33 V
Média 3,83 V 7,21 V
Valor eficaz 6,01 V 8,01 V
Corrente média 38,3 mA 72,1 mA
Ripple eficaz 4,64 V 3,49 V
Fator de ripple 1,21 0,48

Filtro capacitivo

O condensador carrega nos picos e descarrega na carga entre picos.

C 200 mA (ponte) 500 mA (ponte) 500 mA (meia onda)
1000 µF 2,0 V 5,0 V 10,0 V
2200 µF 0,91 V 2,27 V 4,55 V
4700 µF 0,43 V 1,06 V 2,13 V

A fórmula é conservadora. Regra: 1000 a 2200 µF por ampère.

Exemplo resolvido · filtrar a saída de uma ponte

9 V rms, 200 mA, C = 2200 µF

  1. Pico após a ponte: 12,73 − 1,4 = 11,33 V
  2. Ripple: 0,200 / (100 × 0,0022) = 0,91 V
  3. VDC = 11,33 − 0,91 / 2 = 10,87 V (ripple de 8,4 %)
  4. Rede −10 %: pico 10,05 V, mínimo 10,05 − 0,91 = 9,15 V
  5. Para ripple ≤ 0,5 V: C = 4000 µF, normalizado 4700 µF (0,43 V)

Corrente de pico e escolha do eletrolítico

  • Os díodos conduzem 13 % do semi-ciclo (cerca de 23°); a corrente de pico é várias vezes a média (simulação: pico de 1,1 A para 0,20 A de média)
  • Tensão nominal ≥ 1,25 × pico do pior caso (rede +10 %): 12,60 V dá 15,75 V, logo 16 V mínimo, 25 V recomendado
  • Polaridade: marca (−) do lado da massa
  • Energia: ½·C·V² = 0,37 J (4700 µF, 12,6 V)
  • Descarga: 10 kΩ em paralelo, τ = 47 s; esperar 5τ

Multiplicadores de tensão

Duplicador: célula de Villard (C1, D1) mais detetor de pico (D2, C2).

  • Em vazio: Vout ≈ 2 × (Vp − 0,7 V)
  • Com carga, a tensão cai e o ripple aumenta depressa
  • Cascata: triplicador, quadruplicador (Cockcroft-Walton)

Exemplo resolvido (9 V rms, 10 mA, C2 = 100 µF, 50 Hz): 2 × (12,73 − 0,7) = 24,06 V em vazio; ripple = 0,010 / (50 × 100 × 10⁻⁶) = 2,0 V; média ≈ 23 V

Exemplo resolvido · triplicador, quadruplicador e tensões nominais

Em vazio, Vout ≈ n × (Vp − 0,7 V). Com 6 V rms, Vp = 8,49 V:

  • Duplicador 15,58 V; triplicador 23,36 V; quadruplicador 31,14 V

Duplicador com 9 V rms e rede +10 % (Vp = 14,00 V):

  • C1 a 13,30 V: 1,25 × 13,30 = 16,6 V, logo 25 V
  • C2 a 26,60 V: 1,25 × 26,60 = 33,3 V, logo 35 V
  • Cada díodo: cerca de 2 × Vp = 28 V inversos

Limitadores e fixadores de nível

  • Limitador: corta o que ultrapassa um nível (díodo em paralelo, resistência em série)
  • Fixador: desloca o nível DC sem alterar a forma (condensador em série, díodo em paralelo)

Exemplo resolvido · proteger um conversor de 0 a 3,3 V (±12 V por 10 kΩ, Schottky 0,45 V): limite de 3,75 V e −0,45 V; corrente nos díodos: (12 − 3,75) / 10 000 = 0,83 mA no positivo e (12 − 0,45) / 10 000 = 1,16 mA no negativo, que é o máximo

Fixador positivo (5 V de pico): condensador a 4,3 V; saída de −0,7 V a 9,3 V

Exemplo resolvido · limitador polarizado e com Zener

Sinal de 10 V de pico, resistência série de 1 kΩ.

  1. Díodo com cátodo a 5 V: corte em 5,7 V; mínimo −10 V; corrente máxima 4,3 mA
  2. Dois Zener de 5,1 V em oposição: corte em ±5,8 V; corrente máxima 4,2 mA; potência instantânea num Zener ≈ 21 mW

Bloco 4 · Díodo Zener e fonte regulada

Díodo Zener: parâmetros de datasheet

Parâmetro BZX55C5V1 1N4733A
Vz 5,1 V (4,8 a 5,4) 5,1 V
Corrente de teste 5 mA 49 mA
Resistência dinâmica até 35 Ω 7 Ω
Potência máxima 500 mW 1,3 W
IZM ≈ Ptot / Vz 178 mA

Coeficiente de temperatura: negativo abaixo de 5 V, perto de zero a 5,1 V, positivo acima de 6 V. Referências estáveis: 5 a 6 V.

Regulador Zener elementar

  • Entrada mínima e carga máxima: IZ deve ficar acima do mínimo, logo

áíáí

  • Entrada máxima e carga zero: PZ máxima = Vz × (VS(máx) − Vz) / RS

Exemplo resolvido · Zener com carga fixa

Fonte de 9 V, Zener 5,1 V, RL = 680 Ω, IZ ≈ 10 mA.

  1. IL = 5,1 / 680 = 7,5 mA
  2. RS = 3,9 / 0,0175 = 222,9 Ω, E24 abaixo: 220 Ω
  3. IS = 17,7 mA; IZ = 10,2 mA
  4. PZ = 52 mW; PRS = 69 mW

Dentro dos 500 mW de um BZX55C5V1.

Exemplo resolvido · dimensionamento pelo pior caso

Entrada de 10,8 a 13,2 V, carga de 0 a 50 mA, IZ(mín) = 5 mA.

  1. RS(máx) = 5,7 / 0,055 = 103,6 Ω, logo 100 Ω
  2. Pior carga: IZ = 7 mA (≥ 5 mA)
  3. Sem carga: IZ = 81 mA, PZ = 413 mW: BZX55 no limite; usar 1N4733A (1,3 W)
  4. PRS = 0,66 W: resistência de 1 W
  5. Regulação de carga ≥ 0,52 V; de linha ≈ 0,16 V; rendimento ≈ 24 %

Regulador integrado 78xx

  • Três terminais: entrada, massa, saída (7805 = 5 V, 7812 = 12 V)
  • Entrada ≥ saída + dropout (tipicamente 2 V a 1 A nas datasheets da série 78xx)
  • Condensadores de entrada e de saída como na datasheet do fabricante
  • P = (Vin − Vout) × Iout; dissipador acima de 1 a 2 W

Exemplo resolvido · fonte de 12 V e 400 mA com 7812

  1. Vin(mín) = 12 + 2 = 14 V
  2. Ripple de 1,5 V: C = 2667 µF; o E6 acima, 3300 µF, dá Vr = 1,21 V, mas com −20 % de tolerância dá 1,52 V; logo 4700 µF (Vr = 0,85 V)
  3. Vp(mín) = 14 + 0,85 + 1,4 = 16,25 V; Vrms ≥ 12,8 V
  4. Secundário de 12 V rms: mínimo 13,02 V (falha); 15 V rms: 16,84 V (cumpre)
  5. 15 V rms: Vp = 19,81 V, VDC = 19,39 V; rede +10 %: pico 21,93 V, VDC 21,51 V
  6. Condensador: 1,25 × 21,93 ≈ 27 V, logo 35 V

Exemplo resolvido · potência e dissipador do 7812

  • Nominal: (19,39 − 12) × 0,4 = 2,96 W
  • Rede +10 %: (21,51 − 12) × 0,4 = 3,80 W
  • Com Tj = 125 °C, Ta = 40 °C, Rθjc = 5 e Rθcs = 1 °C/W (valores ilustrativos): Rθsa ≤ (125 − 40) / 3,8 − 6 = 16 °C/W
  • Díodos: 0,2 A por díodo, 1N4007 serve
  • Rendimento do regulador: 12 / 19,39 ≈ 62 %

Montagem de uma fonte de 5 V e valores esperados

T1 230 V / 9 V rms; D1 a D4 1N4007; C1 4700 µF / 25 V; C2 100 nF; U1 7805 com dissipador; F1 de ação lenta, acima da corrente nominal do primário (9 VA a 230 V: 39 mA).

Ponto Valor
Secundário cerca de 9 V rms
Ponte, sem carga cerca de 11,3 V (pico)
Ponte, 500 mA 10,8 V médios, ripple ≈ 1,06 V
Mínimo do ripple, rede −10 % cerca de 9,0 V
7805 5,0 V; potência ≈ 2,9 W

Bloco 5 · Breadboard, segurança e ambiente

Breadboard: regras de montagem

  • Linhas de 5 furos na zona central, calhas nos bordos
  • Positivo a vermelho, massa a preto; pernas e fios curtos
  • Montar com tudo desligado e rever polaridades
  • Nunca ligar os 230 V à breadboard: transformador comercial isolado ou fonte de laboratório
  • Não é para correntes de ampere: os contactos aquecem
  • Osciloscópio com uma só massa, a do circuito

Analisar a retificação em breadboard

Secundário de 9 V rms, 1N4007, 1 kΩ, sem filtro.

Medição Meia onda Ponte
Pico 12,0 V 11,3 V
Período 20 ms 10 ms
Média (multímetro DC) 3,83 V 7,21 V
Componente alternada (rms) 4,64 V 3,49 V
Corrente média 3,8 mA 7,2 mA

Com o filtro: ripple em acoplamento AC. Medido ligeiramente abaixo do calculado.

Roteiro de medição e exemplo com 470 µF

  1. Meia onda: osciloscópio em DC, período 20 ms, pico cerca de 12,0 V
  2. Ponte: massa do osciloscópio no negativo da ponte, nunca no secundário; período 10 ms, pico cerca de 11,3 V
  3. Com 470 µF e 1 kΩ, em acoplamento AC:
Meia onda Ponte
Ripple 0,51 V a 50 Hz 0,24 V a 100 Hz
Média 11,77 V 11,21 V
  1. Registar calculado, simulado e medido, e justificar os desvios

Exemplo resolvido · medir o ripple

4700 µF, 500 mA, acoplamento AC, 200 mV/div: 5 divisões pico-a-pico, período 10 ms.

  1. Vr = 5 × 0,2 = 1,0 V; f = 100 Hz: onda completa
  2. Cálculo: 0,5 / (100 × 0,0047) = 1,06 V; diferença de 6 %
  3. Período de 20 ms: um díodo aberto, meia onda e ripple dobrado
  4. Vr muito acima do calculado: condensador degradado ou carga excessiva

Teste de díodos e simulação

Multímetro, modo díodo (▷|)

  • Vermelha no ânodo, preta no cátodo: 0,5 a 0,7 V (Si)
  • Trocadas: "OL"; 0 V nos dois sentidos: curto; "OL" nos dois: aberto
  • Em circuito, levantar uma perna do díodo

Simulação antes de montar: comparar pico, média, ripple, correntes e potências com o cálculo. Divergência de alguns por cento obriga a rever o cálculo.

Segurança elétrica e ESD

  • Rede de 230 V, 50 Hz: transformador isolado, fusível, nada de mexer com a alimentação ligada
  • IEC 61140: extra-baixa tensão inferior a 50 V AC (eficaz) ou 120 V DC sem ondulação
  • Descarregar condensadores antes de tocar
  • Óculos ao testar uma fonte nova
  • ESD: modelo do corpo humano de 100 pF e 1,5 kΩ (JS-001); pulseira, tapete e sacos antiestáticos (IEC 61340-5-1)

Segurança e ambiente na bancada

Situação Procedimento
Rede de 230 V só no primário de um transformador comercial isolado, com fusível, fora da breadboard
Correntes de ampere placa soldada, nunca breadboard
Primeira ligação óculos de proteção; medir primeiro em vazio
Antes de mexer desligar, descarregar os condensadores e confirmar no multímetro
Material avariado circuito de recolha de REEE; solda sem chumbo

Exemplo resolvido · descarga do condensador e fusível

C = 4700 µF a 20 V, descarga por 10 kΩ.

  1. Energia: ½CV² = 0,94 J
  2. τ = 47 s; após 60 s, 5,6 V; após 5τ (235 s), 0,13 V
  3. Potência inicial na resistência: 40 mW
  4. Fusível do primário (9 VA, 230 V): 9 / 230 = 39 mA; ação lenta e acima desse valor, conforme as datasheets do transformador e do fusível

Segurança, saúde no trabalho e ambiente

  • Lei n.º 102/2009 (com alterações): empregador e trabalhador têm deveres de prevenção e proteção
  • DL n.º 79/2013 (com alterações): restrição de substâncias perigosas em equipamentos elétricos e eletrónicos (RoHS, Diretiva 2011/65/UE)
  • DL n.º 152-D/2017 (com alterações): fluxos específicos de resíduos, incluindo REEE
  • Componentes, placas, pilhas e fontes avariadas: circuito próprio de recolha

Diagnóstico de avarias

Sintoma Causa provável Verificação
Sem tensão fusível ou díodo aberto modo díodo, AC no secundário
Ripple a 50 Hz na ponte um díodo aberto período de 20 ms
Ripple excessivo C pequeno ou degradado recalcular Vr
78xx muito quente Vin − Vout alto P = (Vin − Vout) × I
LED queimado R errada R = (Vcc − Vf) / I

Caso: ripple de 2,2 V a 50 Hz numa ponte; um díodo mostra "OL" nos dois sentidos; substituído, o ripple desce para 1,1 V a 100 Hz.

Erros comuns

  • Esquecer a queda de 0,7 V (1,4 V na ponte)
  • LED sem resistência, ou dois LED com uma só resistência
  • Eletrolítico invertido ou com tensão nominal sem margem
  • Dimensionar só com a rede nominal
  • Montar uma fonte de correntes de ampere em breadboard
  • Medir um díodo em modo resistência

Resumo UC01995

Semicondutores e díodos: np = ni², junção PN, Vbi ≈ 0,7 V, LED com resistência.

Retificação e filtragem: ponte a 100 Hz, Vr = I / (f·C), pior caso com a rede a −10 %.

Regulação: Zener pelo pior caso; 78xx com P = (Vin − Vout) × I.

Díodos especiais: Schottky, fotodíodo, varicap e túnel; multiplicadores e limitadores.

Bancada: breadboard sem rede e sem correntes de ampere, uma só massa, simulação, descarga dos condensadores, segurança e ambiente.

NOTAS DO PROFESSOR - enfatizar: o semicondutor não conduz "a meias", é a condutividade controlável que o torna útil - erro comum: pensar que o silício conduz menos quando aquece, como um metal; é o contrário - exemplo: pedir exemplos do dia a dia de cada família (fio, tomada, chip)

NOTAS DO PROFESSOR - enfatizar: o silício domina por ter fuga baixa e um óxido isolante estável - erro comum: tratar a lacuna como uma partícula real; é a ausência de um eletrão - nota: a regra da fuga varia com o material e o díodo; confirmar na datasheet - analogia: o lugar vazio num parque de estacionamento que "anda" ao contrário dos carros

NOTAS DO PROFESSOR - enfatizar: N e P referem-se à carga do portador maioritário, não à carga do material - erro comum: dizer que o material tipo N está carregado negativamente - exemplo: uma parte de dopante por milhões de átomos de silício já muda tudo

NOTAS DO PROFESSOR - enfatizar: aumentar um tipo de portador por dopagem faz diminuir o outro - erro comum: esquecer que ni é função da temperatura - exemplo: com Nd = 10¹⁷ cm⁻³ obtêm-se p = 10³ cm⁻³; com 10¹⁵, p = 10⁵ cm⁻³

NOTAS DO PROFESSOR - enfatizar: a depleção forma-se sozinha, sem tensão externa - erro comum: achar que Vbi se pode medir com um multímetro nos terminais do díodo; só existe dentro da junção - exemplo: com 10¹⁷ e 10¹⁶, Vbi = 0,77 V; com 10¹⁵ e 10¹⁵, 0,60 V, daí a gama 0,6 a 0,7 V

NOTAS DO PROFESSOR - enfatizar: a corrente passa de ânodo para cátodo, no sentido da seta do símbolo - erro comum: ligar o díodo ao contrário e concluir que "está avariado" - exemplo: o varicap usa exatamente a variação da capacidade com a tensão inversa

NOTAS DO PROFESSOR - enfatizar: a equação serve para perceber o comportamento, não para decorar - erro comum: esquecer que o limiar de 0,7 V desce quando o díodo aquece - exemplo: um díodo que aquece 50 °C precisa de menos 100 mV para a mesma corrente

NOTAS DO PROFESSOR - enfatizar: escolher o modelo mais simples que dê o erro aceitável - erro comum: usar o modelo ideal em fontes de 5 V ou menos - analogia: um portão de sentido único com uma pequena mola a vencer

NOTAS DO PROFESSOR - enfatizar: o modelo de queda constante chega para circuitos de 5 V - erro comum: dividir a tensão da fonte pela resistência sem descontar o díodo - exemplo: repetir com 12 V e 1 kΩ para ver o erro do modelo ideal cair para 6 %

NOTAS DO PROFESSOR - enfatizar: a datasheet é a fonte da verdade e cada fabricante tem pequenas diferenças - erro comum: usar um 1N4148 numa fonte de 500 mA - exemplo: pedir aos alunos que abram uma datasheet real e encontrem estes quatro valores

NOTAS DO PROFESSOR - enfatizar: verificar sempre tensão inversa, corrente média e surto - erro comum: dimensionar só pela corrente média - exemplo: o 1N5819 serviria em tensão (40 V), mas com pouca margem se a rede subir 10 %

NOTAS DO PROFESSOR - enfatizar: cada díodo especial explora uma propriedade da junção - erro comum: usar um Schottky de 40 V em ambientes com picos de carga sem proteção - exemplo: o Schottky poupa pelo menos 0,5 W e 0,5 V no exemplo da inversão de polaridade

NOTAS DO PROFESSOR - enfatizar: o Schottky ganha na queda direta e perde na tensão inversa e na fuga - erro comum: usar um Schottky de 40 V onde há picos acima desse valor - exemplo: pedir que leiam VF a 2 A na datasheet de um Schottky real e refaçam a conta

NOTAS DO PROFESSOR - enfatizar: a corrente é proporcional à luz, a tensão de saída vem da resistência - erro comum: ligar o fotodíodo em direta e esperar que se comporte como sensor - exemplo: tapar o sensor com a mão e ver a saída cair para perto de 0 V

NOTAS DO PROFESSOR - enfatizar: mais tensão inversa dá menos capacidade e frequência mais alta - erro comum: aplicar ao varicap um sinal que o leve à condução - exemplo: o botão de sintonia de um rádio simples faz exatamente isto

NOTAS DO PROFESSOR - enfatizar: o LED não limita a corrente; sem resistência queima em milissegundos - erro comum: uma só resistência para dois LED em paralelo - exemplo: a luminosidade regula-se por corrente ou PWM, nunca por tensão

NOTAS DO PROFESSOR - enfatizar: a série garante a mesma corrente nos três LED e gasta menos - erro comum: dimensionar com o valor típico de Vf e esquecer a dispersão - exemplo: recalcular a corrente real com a resistência E24 escolhida

NOTAS DO PROFESSOR - enfatizar: só um semi-ciclo é aproveitado e o ripple tem a frequência da rede - erro comum: esquecer que, com condensador, o PIV duplica - exemplo: carregadores muito pequenos e circuitos auxiliares usam meia onda

NOTAS DO PROFESSOR - enfatizar: a ponte dispensa ponto médio, o preço é a queda de dois díodos em série - erro comum: calcular a ponte com a queda de um só díodo - exemplo: seguir no quadro o caminho da corrente em cada semi-ciclo

NOTAS DO PROFESSOR - enfatizar: a ponte dá quase o dobro da tensão e da corrente médias, apesar de 0,7 V a menos de pico - erro comum: confundir valor médio com valor eficaz ao ler o multímetro - exemplo: confirmar estes valores na bancada no capítulo da breadboard

NOTAS DO PROFESSOR - enfatizar: f é 100 Hz na ponte e 50 Hz na meia onda - erro comum: usar 50 Hz na ponte - exemplo: comparar as colunas para ver que a meia onda precisa do dobro da capacidade

NOTAS DO PROFESSOR - enfatizar: projetar sempre para o pior caso, rede a −10 % - erro comum: esquecer a queda dos dois díodos da ponte - exemplo: refazer com 500 mA para obter o 1,06 V da tabela anterior

NOTAS DO PROFESSOR - enfatizar: o condensador carregado guarda energia depois de desligar a fonte - erro comum: eletrolítico com polaridade invertida; aquece, liberta gás e pode rebentar - exemplo: usar óculos de proteção ao ligar uma fonte nova

NOTAS DO PROFESSOR - enfatizar: serve para alta tensão com pouca corrente - erro comum: esperar que o duplicador mantenha 2 × Vp com carga pesada - exemplo: lembrar tubos e multiplicadores de alta tensão

NOTAS DO PROFESSOR - enfatizar: cada andar soma um díodo e uma queda de 0,7 V - erro comum: dimensionar os condensadores com a rede nominal - exemplo: com carga, a tensão cai depressa; serve para correntes muito pequenas

NOTAS DO PROFESSOR - enfatizar: a resistência série é o que protege os díodos - erro comum: confundir fixador com filtro; o condensador só desloca o nível - exemplo: comparar com o Zener como protetor de entrada - nota: o máximo de corrente está no semi-ciclo negativo, no díodo para a massa

NOTAS DO PROFESSOR - enfatizar: o nível de corte é Vref + 0,7 V, ou Vz + 0,7 V com os Zener - erro comum: esquecer a resistência série e queimar o díodo - exemplo: desenhar à mão o sinal de entrada e a saída cortada

NOTAS DO PROFESSOR - enfatizar: dois Zener de 5,1 V podem ter potências muito diferentes - erro comum: ligar o Zener com o cátodo para a massa - exemplo: o 6,2 V muda 0,149 V ao aquecer 40 K (TK de +0,06 %/K)

NOTAS DO PROFESSOR - enfatizar: dimensiona-se sempre pelos dois pontos extremos - erro comum: verificar só a carga nominal e queimar o Zener quando a carga é desligada - exemplo: o desligar de uma carga é o caso crítico para o Zener

NOTAS DO PROFESSOR - enfatizar: arredondar RS para baixo dá mais corrente no Zener, mais seguro para IZ(mín) - erro comum: arredondar RS para cima e perder a regulação - exemplo: refazer com RL = 330 Ω e ver a margem desaparecer

NOTAS DO PROFESSOR - enfatizar: o Zener serve para referências e correntes pequenas - erro comum: escolher o Zener de 500 mW por ser o mais barato e esquecer o caso sem carga - exemplo: com ZZ de 7 Ω, 74 mA de variação em IZ dão 0,52 V à saída

NOTAS DO PROFESSOR - enfatizar: o regulador linear transforma a diferença de tensão em calor - erro comum: esquecer que o mínimo do ripple tem de ficar acima de Vout + dropout - exemplo: 7805 a 800 mA com 10 V à entrada dissipa 4 W

NOTAS DO PROFESSOR - enfatizar: o secundário de 12 V parecia suficiente à primeira vista e falha no pior caso - erro comum: aceitar um transformador por tentativa e erro em vez de dimensionar - exemplo: pedir aos alunos que verifiquem o mínimo para 12 V rms

NOTAS DO PROFESSOR - enfatizar: os valores térmicos reais vêm da datasheet do regulador usado - erro comum: ligar o regulador sem dissipador e achar que "só aquece um bocadinho" - exemplo: medir a temperatura com um termómetro de infravermelhos; não tocar no dissipador durante o funcionamento

NOTAS DO PROFESSOR - enfatizar: montar em placa soldada e medir primeiro a parte de baixa tensão, com o transformador já isolado - erro comum: ligar a rede diretamente à breadboard - exemplo: registar cada ponto desta tabela na bancada e comparar

NOTAS DO PROFESSOR - enfatizar: a rede nunca entra numa placa sem soldadura - erro comum: ligar a massa da ponta a dois pontos de potenciais diferentes - exemplo: mostrar uma montagem desorganizada e outra planeada

NOTAS DO PROFESSOR - enfatizar: comparar sempre valor medido, valor calculado e valor simulado - erro comum: ler no multímetro AC um sinal que não é sinusoidal sem multímetro true RMS - exemplo: período de 10 ms confirma a onda completa

NOTAS DO PROFESSOR - enfatizar: a ponte tem menos de metade do ripple porque a frequência é dupla - erro comum: ligar a massa do osciloscópio a um terminal do secundário - exemplo: um período de 20 ms na ponte indica um díodo aberto

NOTAS DO PROFESSOR - enfatizar: o período do ripple diagnostica a ponte - erro comum: medir o ripple em acoplamento DC com escala grande - exemplo: comparar com a medição do grupo e discutir a diferença

NOTAS DO PROFESSOR - enfatizar: a simulação é o critério de verificação antes da bancada - erro comum: usar o modo resistência para testar a junção - exemplo: um LED acende fracamente no modo díodo

NOTAS DO PROFESSOR - enfatizar: a maior parte dos acidentes acontece com a alimentação ligada - erro comum: achar que baixa tensão dispensa cuidados com o condensador carregado - exemplo: demonstrar a pulseira antiestática ligada à terra

NOTAS DO PROFESSOR - enfatizar: cada linha da tabela corresponde a um acidente evitável - erro comum: achar que baixa tensão dispensa cuidados com o condensador carregado - exemplo: pedir aos alunos que descrevam o procedimento de desligar a fonte do projeto

NOTAS DO PROFESSOR - enfatizar: confirmar sempre com o multímetro antes de tocar - erro comum: dimensionar o fusível pela cablagem e não pelo transformador - exemplo: calcular o tempo de descarga com 22 000 µF

NOTAS DO PROFESSOR - enfatizar: a legislação traduz-se em hábitos de bancada - erro comum: deitar componentes e pilhas no lixo comum - exemplo: identificar no laboratório o contentor de REEE

NOTAS DO PROFESSOR - enfatizar: partir do sintoma e da medição, não de suposições - erro comum: trocar componentes ao acaso - exemplo: LED a 5 V com 100 Ω leva 30 mA; com 220 Ω, 13,6 mA

NOTAS DO PROFESSOR - enfatizar: quase todos os erros resultam de ignorar um valor de pior caso - erro comum: tocar num condensador carregado sem o descarregar - exemplo: pedir a cada aluno o erro que já cometeu na bancada

NOTAS DO PROFESSOR - enfatizar: 0,7 V, 100 Hz, Vr = I/(f·C), pior caso da rede - erro comum: decorar fórmulas sem verificar o pior caso - exemplo: pedir a cada aluno que explique um dos blocos com os seus números