sábado, 2 de fevereiro de 2013

Como Funciona o Diodo

Diodo, funcionamento, como funcionaO diodo é formado pela simples união de dois tipos de material semicondutor N e P (figura 1), os diodos são construídos normalmente com germânio (Ge) ou Silício (Si) sendo um componente eletrônico de dois terminais. Conduz corrente elétrica preferivelmente em um só sentido, bloqueando a sua passagem no sentido oposto.







Diodo, material semicondutor
Figura 1 - Material semicondutor do tipo N e P

Quando os materiais N e P são unidos, os elétrons e as lacunas das duas partes se combinam, devido as forças de atração, formando uma região que não existe portadores livres. Essa região, constituída de íons positivos e negativos, é chamada de região de depleção. Entenda mais sobre os materiais semicondutores.

Como funciona o diodo
Figura 2 - União dos mariais semicondutores


O diodo é um dispositivo de dois terminais possibilitando a aplicação de uma tensão de duas formas: polarização direta e polarização reversa.

Na polarização direta (figura 3) o anodo e o catodo do diodo deve ser conectado no terminal positivo e negativo da bateria respectivamente. O diodo passa ser um condutor quando polarizado diretamente, pois a região de depleção entre os dois tipos de material é eliminada devido a diferença de apotecial da bateria. A ausência dessa camada possibilita a circulação dos portadores livres, permitindo a circulação de uma corrente elétrica. O diodo nessa condição é considerado uma chave fechada.

Diodo semicondutor
Figura 3 - Polarização direta
Na polarização reversa (figura 4) o anodo e o catodo do diodo estão conectados no terminal negativo e positivo da bateria respectivamente, ou seja, uma diferença de potencial negativa entre o anodo e catodo é aplicada. Nessa condição a região de depleção é aumentada, devido a aplicação da tensão reversa em seus terminais, impedindo a circulação de portadores livres na junção. 

Na polarização reversa não ha uma circulação de corrente elétrica expressiva, o diodo é considerado uma chave aberta. Entretanto mesmo nessas condições, o dispositivo apresenta uma pequena circulação de corrente sendo caracterizada como uma corrente de fuga, geralmente da ordem de nA a uA. 

como funciona o diodo
Figura 4 - Polarização reversa


Aspectos práticos do diodo



Para cada tipo de diodo (Si ou Ge) teremos uma curva típica de polarização como a apresentada na figura 5. A condução efetiva do diodo, quando polarizado diretamente, ocorre no joelho da curva na tensão Vt sendo essa de 0,3V para o diodo de germânio e 0.7V para o diodo de silício.   

Nos diodos práticos exite um limite de condução de corrente na polarização direta e um limite de tensão reversa na polarização reversa, esses parâmetros variam para cada fabricante e modelo diferente. Se aumentarmos gradativamente a tensão de polarização reversa podemos entrar na região Zener da curva de polarização do diodo (figura 5). Para os diodos normais (diodos de retificação) essa região é irrevivescível e o dispositivo se queima.

curva de polarização do diodo Si e Ge
Figura 5 - Curva de polarização do diodo de Si e Ge
 

Em seguida temos a curva prática do diodo 1N4007 obtida de forma experimental, nessa imagem podemos claramente observar o joelho da curva na tensão de condução Vt para a região de polarização direta. 

Funcionamento do diodo, curva de polarização do diodo pratica

As características dos componentes sempre devem ser observadas através das especificações fornecida pelo fabricante. Existem inúmeros tipos de diodos, porém cada aplicação exige algumas características de funcionamento que devem ser atendidas. Os diodos mais comuns são o 1N4148 e 1n400x, o primeiro utilizado geralmente para pequenos sinais de baixa intensidade e alta frequência, já o segunda destinado a sinais de maior intensidade e baixa frequência, esse diodo é amplamente indicado na retificação AC-DC.

Para construção de projetos em gerais as principais especificações que devem ser consideradas são: corrente suportada na condução direta, tensão reversa e resposta a frequência de operação. Na tabela 2 temos as principais características dos diodos 1N4148 e 1N4007.

Tabela 2 - Principais Características dos diodos 1N4148 e 1N4007

1N4148
1N4007
Temp de trabalho
-55°C a 150°C
-65°C a 175°C
Tensão reversa
75V
1000V
Corrente direta
150mA
1A
Capacitância parasita
4pF
15pF
Trr
4ns
2us
Corrente reversa
25nA
10uA


Tipos de Diodo 


Principais tipos de diodo existentes:

  • Retificadores: São os diodos mais comuns, fabricados com o objetivo primordial de permitirem a passagem da corrente elétrica em um só sentido (polarização direta), cumprindo um papel indispensável na transformação de corrente alternada em corrente contínua. Possuem vários tamanhos e formatos, de acordo com a sua potência nominal.
  • Zener: São diodos fabricados para conduzir a corrente elétrica em sentido inverso (polarização inversa). Este efeito é chamado de "ruptura zener" e ocorre em um valor de tensão bastante preciso, permitindo que esse diodo seja utilizado com uma referência de tensão. São bastante empregados em circuitos reguladores de tensão em fontes de alimentação.
  • Varicaps: Todo diodo possui uma capacitância interna formada por suas duas regiões condutoras (tipo-p e tipo-n), as quais são separadas por uma região livre de cargas (região de depleção). A extensão dessa região de depleção depende da polarização do diodo: ela diminui quando o mesmo é polarizado diretamente e vice-versa. Com a variação das dimensões da região de depleção, varia-se a capacitância interna do diodo. Os varicaps são fabricados para aproveitarem essa característica, funcionando como capacitores variáveis, cuja capacitância é controlada pela tensão aplicada sobre o diodo. Tais componentes são bastante empregados em circuitos de sintonia de aparelhos televisores e de rádios, além de equipamentos transmissores.
  • Túnel: São dispositivos capazes de operar em altas frequências (micro-ondas), por meio de fenômenos de mecânica quântica (efeito de tunelamento). São fabricados utilizando junções PN estreitas e altamente dopadas. Podem ser utilizados em circuitos osciladores, amplificadores e conversores de frequência.
  • LEDs: São diodos semicondutores que, quando energizados, emitem luz. A luz não é monocromática (como em um laser), mas consiste de uma banda espectral relativamente estreita, sendo produzida pelas interações energéticas dos elétrons. O processo de emissão de luz pela aplicação de uma fonte de energia elétrica é chamado eletroluminescência. No silício e no germânio, que são os elementos básicos dos diodos e transistores, a maior parte da energia é liberada na forma de calor, sendo insignificante a luz emitida. Já em outros materiais, como o arseneto de gálio (GaAs) ou o fosfeto de gálio (GaP), o número de fótons de luz emitidos é suficiente para constituir fontes de luz bastante eficientes.


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