Diodos
O diodo é um componente eletrônico (semicondutor), cuja principal característica é, deixar passar a corrente somente em uma direção, e evitá-la na direção oposta.
Antes de estudarmos o diodo vamos aprender o que é “Junção NP”
Junção NP
Os semicondutores tipo N e P isoladamente, têm pouca importância prática já que são eletricamente neutros, como mostrado na figura 1(a). No entanto, se unirmos (ou fundirmos) esses dois materiais semicondutores, eles se comportarão de maneira muito diferente, mesclando-se e produzindo o que é geralmente conhecido como “Junção NP”.
Compreender o funcionamento da junção PN é a base para uma compreensão de todos os dispositivos semicondutores.
A junção é realmente fabricada como uma única peça de material (componente), mas é muito mais fácil explicar a operação, se imaginarmos produzir duas peças separadas de tipo N e do tipo P e, em seguida, uni-las, como mostrado na figura 1 (a) e (b).
Para que a junção funcione, é necessário aplicar uma tensão externa adequada ao propósito.
Aplicando uma tensão, o resultado é que alguns dos elétrons livres dos átomos da impureza do doador (Tipo- N), começam a migrar através desta junção recém-formada para preencher os “buracos” no material (tipo-P) produzindo íons negativos.
Como os elétrons se moveram, deixam para trás lacunas que serão então preenchidos pelos íons positivos, conforme mostra a figura 1 (b)
Esse processo continua até que o número de elétrons que cruzaram a junção tenha uma carga elétrica suficientemente grande para repelir ou impedir que mais íons atravessem a junção.
Esse processo delimita-se a uma região fina ao redor da junção.
Esta área ao redor da Junção PN é chamada de Camada ou Região de Depleção.
Esta camada de depleção é de cerca de 1 micrômetro de largura, (1 milionésimo de metro!) E se estende por ambos os lados da junção.
A região de depleção, cria também um “potencial de barreira”, que é a quantidade de tensão necessária para mover os elétrons através da região de depleção.
O valor do potencial dessa barreira, é aproximadamente 0,7 V para o silício e 0,3 V para o germânio.
Como é feito um diodo?
Um diodo é criado juntando-se um substrato rico em elétrons livres (semicondutor do tipo N) a um substrato deficiente em elétrons (semicondutor do tipo P, “buracos”.
formando uma Junção NP.
Um diodo tem dois terminais, é um dipolo. Mais precisamente, o diodo é um dipolo passivo não linear, figura 2.
Os Resistores, Capacitores e Indutores são componentes lineares, ou seja, apenas mudam a amplitude ou fase de um sinal aplicado à sua entrada. O comportamento do diodo é diferente como veremos.
O principal interesse no uso do diodo é deixar a corrente fluir em uma direção, e não na outra.
Símbolo do Diodo
O diodo e o símbolo do diodo são mostrados na figura 2.
Polaridade de um diodo
O diodo tem dois terminais, cada um com um nome para identificar a direção da corrente.
Estes são: ânodo e cátodo, muitas vezes referidos como A e K.
No símbolo, o cátodo é o terminal representado pela barra vertical.
Repare que na figura 3 são representados o sentido da corrente e, a identificação da posição correta, para um diodo.
Observe que o anel (faixa cinza do diodo), corresponde ao cátodo (K).
Tipos de Diodo
Há vários tipos de díodos como, Diodo de Sinal, Diodo de Potência, Zener, Leds, etc., como mostrado na figura 4.
O Diodo de Sinal é um pequeno dispositivo geralmente usado em circuitos eletrônicos, onde pequenas correntes ou altas frequências estão envolvidas, como em circuitos de rádio, televisão e lógica digital.
O Diodo de Potência por sua vez é um dispositivo maior (ou bem maior), geralmente usado em circuitos elétricos ou eletrônicos de potência, onde médias ou grandes valores de corrente estão presentes. Na figura 4, embora as imagens não correspondam em tamanho, à realidade, pode-se observar que o diodo de Potência é bem maior em volume, para permitir uma dissipação térmica maior.
Diodo em Tensão Continua DC, diretamente polarizado.
Um diodo conduz a corrente elétrica num sentido (figura 5) e, a bloqueia no sentido oposto, por isso ele funciona como se fosse uma chave.
Pode-se representar um diodo, pelo seu circuito equivalente como mostrado.
O circuito equivalente (o diodo) é composto de uma chave (aberta ou fechada dependendo da polarização), uma fonte de 0,7 volts que representa a queda de tensão na junção PN do diodo. Assim sendo o diodo só conduzirá com tensão superior a esse valor (0,7 V).
Diodo em Tensão Continua DC, inversamente polarizado.
Ao se polarizar um diodo reversamente (figura 6) “não acontece nada” já que ele não conduz, porém há um limite nessa tensão reversa, que se ultrapassada danifica o diodo.
Essa tensão limite é chamada de Tensão de Ruptura e é uma das especificações inerente a cada diodo.
O valor (0,7 volts) é intrínseco a todo diodo de Silício, a menos que seja especificado um valor diferente pelo fabricante
Diodos - Conceitos básicos
Módulo 7.1
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O que é um diodo
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Junção NP
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Como é feito um diodo
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Símbolo
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Polaridade de um diodo
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Diodo em tensão contínua DC, inversamente polarizado
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Retificador de meia onda
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Retificador de onda completa
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Diodos de potência
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Diodo Zener
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Diodo LED
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Acoplador ótico
Curva Característica do Diodo de Silício
Os diodos de sinal de silício, têm um valor muito alto de resistência reversa e apresentam uma queda de tensão de cerca de 0,6 a 0,7v através da junção.
Têm valores razoavelmente baixos de resistência para polarização direta, dando-lhes altos valores de pico de corrente direta e tensão reversa. A figura 7 mostra essas características através da curva que relaciona Tensão versus Corrente (VxI).
Repare que a corrente aumenta rapidamente após a tensão de limiar (0,7 Volts).
Da mesma forma, cai também abruptamente após a tensão de ruptura.
Funcionamento de um diodo em Tensão Alternada AC
Agora veremos como se comporta um diodo quando a tensão aplicada é senoidal, embora a mesma análise se aplique a outras formas de onda.
Observe a figura 8, mostra um circuito eletrônico composto de um diodo, resistor e a tensão aplicada que no caso é onda senoidal (AC).
Como observação, a onda poderia ser quadrada, triangular etc.
A figura 9 nos mostra uma onda senoidal de entrada, versus resposta (saída) a esse sinal):
Diodos - Módulo 7.0
O porquê, desse formato de onda na saída
Durante cada meio ciclo “positivo” da onda senoidal CA (parte superior), o diodo é polarizado diretamente, já que o ânodo é positivo em relação ao cátodo, resultando na corrente fluindo através do diodo.
Durante cada meio ciclo “negativo” da onda senoidal de entrada (parte inferior), o diodo é polarizado inversamente, pois o ânodo é negativo em relação ao cátodo. Portanto, nenhuma corrente flui através do diodo ou circuito. Assim, no meio ciclo negativo da alimentação, nenhuma corrente flui no resistor de carga, uma vez que não há tensão. A tensão de saída é 0 (zero)
Resumindo, quando a senoide é positiva na entrada, ela também o é na saída, e quando a senoide é negativa na entrada, ela será cortada na saída e a forma de onda mostrada é o traço verde (reta), porém não coincidindo com o zero (volts), mas com uma tensão de 0,7 V (o traço verde está um pouco acima do zero na figura 9).
Importante: É bom ter em mente que a teoria de funcionamento de um diodo é a mesma, qualquer que seja o regime de funcionamento, quer seja contínuo ou alternado.
E se ligarmos o diodo na direção oposta?
O que acontece com o sinal de saída se ligarmos o diodo em posição inversa (figura 10), e mantendo o mesmo sinal de entrada em vermelho, da figura 9.
A figura 10 é a resposta à pergunta. Acontecerá exatamente da mesma forma que antes, mas o sinal terá "perdido" as variações positivas da senoide e, permanecem as variações negativas.
