Fórmulas de Semicondutores

As fórmulas de semicondutores descrevem o comportamento dos díodos, dos transístores e das suas redes de polarização. Estas calculadoras ajudam-no a definir pontos de funcionamento e a prever as correntes e tensões dos dispositivos. Sustentam o projeto de amplificadores, comutadores e interfaces de nível lógico.

Calculadoras de Fórmulas de Semicondutores

Resultado resolvido para cada fórmula de Semicondutores

Fórmula Expressão Resultado resolvido
Perda de Condução do MOSFET P = I² × Rds(on) Drain Current 2 mA, Rds(on) 0.1 mΩ → Power = 4 × 10⁻⁴ µW
Perda de Comutação do MOSFET P = ½ × V × I × (tr + tf) × f Drain-Source Voltage 0.33 V, Drain Current 2 mA, Rise Time 100 ps, Fall Time 0.22 ns, Switching Frequency 100 Hz → P = 1.06 × 10⁻¹¹ W
Dissipação Total do BJT P = VCE × IC + VBE × IB VCE 0.33 V, IC 2 mA, VBE 0.726 V, IB 100 µA → P = 7.33 × 10⁻⁴ W
Perda de Potência no Díodo P = Vf × If Forward Voltage 0.33 V, Forward Current 2 mA → Power = 0.66 mW
Resistência de Regulação Zener R = (Vin − Vz) / (Iz + Iload) Input Voltage 3.3 V, Zener Voltage 1.55 V, Zener Current 1 mA, Load Current 0.47 mA → Resistance = 1.19 kΩ
Ganho de Corrente do Transístor (β) β = IC / IB Collector Current 100 µA, Base Current 100 nA → Current Gain = 1000
Potência de Comando de Porta do MOSFET Pd = Qg × Vgs × f Total Gate Charge 100 pC, Gate-Source Voltage 0.33 V, Switching Frequency 100 Hz → Gate Drive Power = 0.0033 µW
Rds(on) do MOSFET vs Temperatura RDS(T) = RDS_ref × (1 + tc × ΔT) Rds(on) Reference 0.22 mΩ, Temp Coefficient 0.025, Temperature Change 2.5 °C → Rds(on) at Temp = 0.2338 mΩ
Limite de Slew Rate do Amplificador Operacional fmax = SR / (2π × Vpk) Slew Rate 0.1 V/µs, Peak Output Voltage 0.33 V → Max Frequency = 48.23 kHz
Vbe do BJT vs Temperatura Vbe(T) = Vbe_ref − 0.002 × ΔT Vbe Reference 22 mV, Temperature Change 2.5 °C → Vbe at Temp = 17 mV
Vf do Díodo vs Temperatura Vf(T) = Vf_ref − 0.002 × ΔT Vf Reference 22 mV, Temperature Change 2.5 °C → Vf at Temp = 17 mV
Erro de Offset de Entrada do Amplificador Operacional Vos_total = Vos + drift × ΔT Initial Offset 2.2 µV, Offset Drift 0.1 µV/°C, Temperature Change 2.5 °C → Total Offset = 2.45 µV
Margem de Comando de Porta do MOSFET Vmargin = Vgs − Vth Gate-Source Voltage 0.726 V, Threshold Voltage 1.55 V → Gate Headroom = -0.824 V
Corrente de Polarização do Emissor do BJT Ic ≈ (VB − 0.7) / RE Base Voltage 0.33 V, Emitter Resistor 1 Ω → Collector Current = -0.37 A
Equação do Díodo de Shockley I = Is × (e^(V/(n×Vt)) − 1) Diode Voltage 10 mV, Saturation Current 100 pA, Ideality Factor 0.025 → I = 5.25 × 10⁻⁴
Perda Total do IGBT P = Vce × Ic × D + Esw × f Collector-Emitter Voltage 0.33 V, Collector Current 2 mA, Duty Cycle 2.5 %, Switching Energy (Eon+Eoff) 100 µJ, Switching Frequency 100 Hz → P = 0.01002
Perda no Díodo de Corpo do MOSFET P = Vf × If × (1 − D) Diode Forward Voltage 0.33 V, Diode Current 2 mA, Duty Cycle 2.5 % → Body Diode Loss = 0.6435 mW
Energia de Avalanche do MOSFET Eas = 0.5 × L × I² × Vbr/(Vbr − Vcc) Inductance 100 nH, Current at Turn-Off 2 mA, Breakdown Voltage 0.33 V, Supply Voltage 0.726 V → Eas = -1.67 × 10⁻¹³
Capacitância do Díodo Varactor C = Cj0 / (1 + V/Vbi)^m Zero-Bias Capacitance 1 pF, Reverse Bias Voltage 0.33 V, Built-in Potential 0.726 V, Grading Coefficient 0.025 → C = 9.91 × 10⁻¹³
Corrente de Pico do Driver de Porta Ipk = Vdrive / (Rdrv + Rg) Drive Voltage 0.33 V, Driver Resistance 1 Ω, Gate Resistance 2.2 Ω → Peak Gate Current = 103.1 mA
Condensador de Bootstrap Cboot = Qg / ΔV Gate Charge 100 pC, Allowed Droop 10 mV → Bootstrap Capacitance = 10 nF
Perda na Capacitância de Saída do MOSFET P = ½ · Coss · Vds² · fsw Output Capacitance 1 pF, Drain-Source Voltage 0.33 V, Switching Frequency 100 Hz → Power Loss = 5.45 × 10⁻⁶ µW
Perda por Recuperação Inversa do Díodo P = Qrr · Vin · fsw Recovery Charge 100 pC, Switching Voltage 0.33 V, Switching Frequency 100 Hz → Power Loss = 0.0033 µW

Variáveis usadas nas fórmulas de Semicondutores

  • P — Perda de potência por condução (W)
  • I — Corrente de dreno (A)
  • Rds(on) — Resistência dreno-fonte no estado ligado (Ω)
  • V — Tensão dreno-fonte a comutar (V)
  • tr — Tempo de subida ao ligar (s)
  • tf — Tempo de descida ao desligar (s)
  • f — Frequência de comutação (Hz)
  • VCE — Tensão coletor-emissor (V)
  • IC — Corrente de coletor (A)
  • VBE — Tensão base-emissor (V)
  • IB — Corrente de base (A)
  • Vf — Queda de tensão direta (V)
  • If — Corrente direta (A)
  • R — Valor da resistência em série (Ω)
  • Vin — Tensão de alimentação de entrada (V)
  • Vz — Tensão de rutura do Zener (V)
  • Iz — Corrente Zener mínima para regulação (A)
  • Iload — Corrente de carga máxima esperada (A)
  • β — Ganho de corrente CC (adimensional)
  • Pd — Perda de potência média de comando de porta (W)
  • Qg — Carga de porta total por ciclo de comutação (C)
  • Vgs — Tensão de comando de porta (V)
  • RDS — Rds(on) à temperatura de operação (Ω)
  • RDS_ref — Rds(on) à temperatura de referência, geralmente 25°C (Ω)
  • tc — Coeficiente de temperatura (tipicamente 0,004 a 0,008 por °C para Si)
  • ΔT — Aumento de temperatura em relação à referência (°C)
  • fmax — Frequência máxima sem distorção (Hz)
  • SR — Slew rate do amplificador operacional (V/s)
  • Vpk — Amplitude de tensão de saída de pico (V)
  • Vbe — Tensão base-emissor à temperatura de operação (V)
  • Vbe_ref — Vbe à temperatura de referência (V)
  • Vf_ref — Tensão direta à temperatura de referência (V)
  • Vos_total — Tensão de offset de entrada total (V)
  • Vos — Offset inicial à temperatura ambiente (V)
  • drift — Deriva do offset com a temperatura (V/°C)
  • V_margin — Margem de comando de porta acima do limiar (V)
  • V_gs — Tensão porta-fonte aplicada (V)
  • V_th — Tensão de limiar de porta (V)
  • Ic — Corrente de coletor (A)
  • V_B — Tensão de base proveniente do divisor de tensão (V)
  • R_E — Resistência de emissor (Ω)
  • Is — Corrente de saturação inversa (A)
  • n — Fator de idealidade (1-2, adimensional)
  • V_ce — Tensão de saturação coletor-emissor (V)
  • I_c — Corrente de coletor (A)
  • D — Ciclo de trabalho (0 a 1)
  • E_sw — Energia de comutação total por ciclo, Eon + Eoff (J)
  • V_f — Tensão direta do díodo de corpo (V)
  • I_f — Corrente através do díodo de corpo (A)
  • L — Indutância parasita ou de carga (H)
  • V_br — Tensão de rutura por avalanche do MOSFET (V)
  • V_cc — Tensão de alimentação (V)
  • C_j0 — Capacitância de junção sem polarização (F)
  • V_bi — Potencial de junção intrínseco (V, tipicamente 0,6-0,8 para Si)
  • m — Coeficiente de gradação (0,3-2, adimensional)
  • Ipk — Corrente de pico de excitação de porta (A)
  • Vdrive — Tensão de excitação da porta (V)
  • Rdrv — Resistência de saída interna do driver (Ω)
  • Rg — Resistência de porta externa (Ω)
  • Cboot — Capacitância de bootstrap (F)
  • ΔV — Queda de tensão de bootstrap admissível (V)
  • Coss — Capacitância de saída efetiva (F)
  • Vds — Tensão dreno-fonte ao ligar (V)
  • fsw — Frequência de comutação (Hz)
  • Qrr — Carga de recuperação inversa (C)

Perguntas frequentes sobre Semicondutores

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