Diodo 1N4001 e suas curvas características usando o LTspice

A versão que utilizo é LTspice XVII (x64), atualizada em 3/12/2019. No quarto artigo veremos o datasheet do diodo 1N4001 e suas curvas características usando o LTspice. Escolhi o fabricante On Semiconductor, que disponibiliza o datasheet e o modelo spice em sua página www.onsemi.com.

Figura 1 – Valores máximo do diodo 1N4001 da On Semiconductor.

Focaremos no diodo 1N4001, mas, o conceito serve para os demais diodos. O diodo 1N4001 suporta:

  • Máximo Pico de Tensão Reversa Repetitiva: 50 (V);
  • Máximo Pico de Tensão Reversa Não-Repetitiva: 60 (V);
  • Máxima Tensão Reversa: 35 (V);
  • Máxima Corrente Média de Condução: 1 (A);
  • Máximo Pico de Corrente de Condução Não-Repetitiva: 30 (A);
  • Faixa de Temperatura na Junção (Operação e Estocagem): -65 (°C) à 175 (°C).
Figura 2 – Características elétrica do diodo 1N4001 da On Semiconductor.

Algumas características elétrica do diodo 1N4001:

  • Faixa da Queda de Tensão de Condução Máxima Instantânea: 0,93 (V) à 1,1 (V);
  • Queda de Tensão de Condução Média, quando estiver conduzindo 1 (A): 0,8 (V);
  • Faixa de Máxima Corrente Reversa, junção com 25 (°C): 0,05 (uA) à 10 (uA);
  • Faixa de Máxima Corrente Reversa, junção com 100 (°C): 1,0 (uA) à 50 (uA);
  • Máxima Corrente Reversa Média, quando estiver conduzindo 1 (A) à 75 (°C): 30 (uA).

Também no site da On Semiconductor podemos encontrar o modelo spice do diodo 1N4001. O arquivo vem com comentários e outros detalhes, mas, eu copiei somente no modelo spice, como mostrado a seguir:

.MODEL 1N4001 d
+IS=1.22478e-08 RS=0.0414786 N=1.83369 EG=0.6
+XTI=0.05 BV=50 IBV=5e-08 CJO=1e-11
+VJ=0.7 M=0.5 FC=0.5 TT=1e-09
+KF=0 AF=1

Montei o seguinte circuito no LTspice para analisarmos as características elétrica do 1N4001, sendo assim, poderemos confrontar com os dados do datasheet.

Figura 3 – Circuito para analisar o 1N4001.

No menu ‘Simulate’ selecione ‘Edit Simulation Cmd’ e na janela ‘Edit Simulation Command’ vamos trabalhar com análise de varredura DC (DC sweep), portanto, na aba [DC sweep] preencha os parâmetros conforme mostrado a seguir.

.dc VD 0m 850m 10m

A fonte de tensão, rotulada VD, variará a tensão de 0 à 850 (mV), com passos de 10 (mV).

Figura 4 – Parâmetros para análise de varredura DC.

Para inserir o modelo spice do 1N4401 no circuito você copia o modelo spice fornecido, e no LTspice, na barra de ferramentas, clique no botão [.op] (SPICE Directive), e cole-o. Depois clique no botão [OK]. Basicamente o circuito está completo, então, clique no botão [Run] para simular.

Figura 5 – Curva condução direta do 1N4001.

Observe o perfil da curva da região de polarização direta, que após o potencial ser maior do que o potencial da barreira PN, o diodo começa a conduzir. Também destaquei no gráfico uma corrente de aproximadamente 1 (A), cujo potencial é aproximadamente 835 (mV), que valida com o dado no datasheet (valores aproximados).

O próximo circuito, mostrado a seguir, é uma aplicação simples. No menu ‘Simulate’ selecione ‘Edit Simulation Cmd’ e na janela ‘Edit Simulation Command’ vamos trabalhar com análise de ponto de operação DC (DC op pnt), portanto, selecione a aba [DC op pnt] e clique no botão [OK].

Figura 6 – Aplicação com 1N4001.

Para simular, clique no botão [Run]. A seguinte janela será mostrada, contendo as medições do ponto de operação DC. Se a corrente no resistor é 23,96 (mA), então, a queda de tensão sobre o diodo, obtida no gráfico anterior, seria aproximadamente 796 (mV). Podemos confirmar subtraindo a tensão no Anodo, em relação ao terra, da tensão no Catodo, em relação ao tera, portanto, 12 (V) – 11,2627 (V) = 737 (mV). O resultado não é exatamente o mesmo valor, mas, são aproximados.

Figura 7 – Dados do ponto de operação DC.

Quando sabemos a corrente que fluirá através do diodo, pela curva da região de polarização direta desse diodo, podemos encontrar a queda de tensão sobre o mesmo (valores aproximados).

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