Díodo
Autor: Jeferson Bruno | Publicado: 2012-02-10T14:16:00-08:00

O diodo convencional é composto por dois blocos de material semicondutor um do tipo N outro do tipo P.
A sua sua representação esquemática é a seguinte:
Características de um DíodoO díodo é um componente electrónico fundamental que tem como característica mais importante, permitir que a corrente circule apenas num sentido.Quando o díodo está polarizado directamente, conduz e permite circular a corrente.Se está polarizado inversamente não permite circular corrente.

Polarizacão inversa
A lâmpada não acende
Polarização directa
A lâmpada acende
Podemos comparar um díodo a uma válvula hidráulica que possibilite passar a água num sentido e impedindo no sentido contrário.
Barreira de PotencialA região próxima da superfície de separação torna-se deficiente de lacunas do lado P da junção, e deficiente de electrões do lado N. O resultado final é uma acumulação de cargas positivas do lado N da junção,e de cargas negativas do lado P. Estas cargas são constituídas por iões positivos e negativos. Quando o dipolo formado por estas duas cargas atinge alguns décimos de volt., os electrões do lado N não conseguem passar para o lado P por serem repelidos pela barreira de iões negativos. Do mesmo modo as lacunas do lado P não conseguem passar para o lado N por serem repelidas pelos iões positivos. A barreira que ocupa o espaço contíguo junção e se opõe aos deslocamentos das cargas de um e para o outro lado da junção é designada por&nbsp;barreira de potencial, a zona onde surge esta barreira denomina-se&nbsp;zona de depleção.

Para saber a polaridade do díodo, no díodo tem uma marca de uma flecha que indica a extremidade correspondente ao cátodo.Comprovador de díodos&nbsp;Utilização prática dos diversos Díodos:RectificaçãoSimbologia Díodos&nbsp;
Díodo RectificadorDiodo Zener
Diodo varicapDiodo túnel
Diodo SchottkyDiodo com característica dependente da temperatura
FotodíodoDiodo emissor de luz (LED)
Diodos GunnDiodo PIN
O díodo - Características e aplicaçõesINTRODUÇÃO TEÓRICA1.1&nbsp;Principio de funcionamento - Características de um díodoUm díodo é um dispositivo constituído por uma junção de dois materiais semicondutores (em geral silício ou germânio dopados), um do tipo n e o outro do tipo p, ou de um material semicondutor e de um metal, sendo usualmente representado pelo símbolo da Figura 1. Aos terminais A e K dão-se respectivamente os nomes de Ânodo e Cátodo.Figura 1: Símbolo do díodo.Este dispositivo permite a passagem de corrente, com facilidade, num sentido, e oferece uma grande resistência à sua passagem no sentido contrário.Assim, quando o Ânodo (A) estiver a um potencial positivo em relação ao Cátodo (K), o díodo conduz e a corrente terá o sentido (convencional) indicado pela seta. Nestas condições diz-se queo díodo está&nbsp;directamente polarizado. Quando o Ânodo estiver a um potencial negativo em relação ao Cátodo, o díodo não conduz e a corrente, que teria o sentido contrário ao da seta, não é autorizada a passar. Nestas condições diz-se que o díodo está&nbsp;inversamente polarizado.Figura 2: Característica I(V) de um díodo de silício. Note-se as escalas diferentes no 1º e 3º quadrantes.A origem destas designações deve-se ao facto de este dispositivo ter um comportamento semelhante aos do díodos termoiónicos (válvula díodo), cujos terminais recebem estes nomes.Na Figura 2 pode ver-se um gráfico típico da corrente no díodo em função da tensão nos seus terminais, que resulta do comportamento físico da junção p-n. A tensão e a corrente são consideradas positivas quando o dispositivo se encontra directamente polarizado. A variação da corrente do díodo semicondutor com a tensão aos seus terminais tem uma forma quase exponencial: em boa aproximação a corrente&nbsp;I&nbsp;é dada por:onde&nbsp;q&nbsp;é a carga do electrão,(≈ 1,6 10-19&nbsp;C)&nbsp;V&nbsp;a tensão aos terminais do díodo,&nbsp;k&nbsp;a constante de Boltzman (≈ 1,38&nbsp;10-23&nbsp;J /K),&nbsp;T&nbsp;a temperatura absoluta e&nbsp;Is&nbsp;uma constante designada por corrente de saturação. À temperatura ambiente (300&nbsp;K) tem-se:
Este comportamento pode ser aproximado, em certas aplicações, pelo de um díodo ideal ou por uma característica linearizada (ver Figura 3).Figura 3: Curvas características e correspondentes modelos eléctricos do díodo. Da esquerda para a direita: díodo ideal; díodo com comportamento ideal mas com uma tensão limiar de condução; díodo com característica linearizada. (V D - tensão limiar de condução, RD - resistência de condução directa).Polarização DiodoPolarização no sentido directoConsideremos a aplicação de uma diferença de potencial às extremidades do conjunto PN, de modo que o lado P da junção fique ligado ao polo positivo, e o lado N ao polo negativo. O estabelecimento deste campo eléctrico tende a diminuir o efeito da barreira de potencial ou até a anulá-la. Do lado N o polo negativo da fonte repele os electrões de N para P com uma força maior do que a exercida pela barreira de potencial que os mantinha em N. Do mesmo modo as lacunas deslocam- se mais facilmente de P para N: a junção torna-se passante.

Um miliamperímetro instalado no circuito indicará uma corrente de P para N (sentido convencional).

Para tornar a junção passante é preciso anular a barreira de potencial. É por conseguinte necessário aplicar aos terminais da junção, uma tensão suficiente para chegar a este resultado. Algumas junções de germânio necessitam de um mínimo de 0,1 ou 0,2 Volt para se tornarem passantes. As junções de silício só se tornam passantes a partir de 0,6V.Polarização no sentido inversoLiguemos agora o terminal positivo da fonte exterior à extremidade N do conjunto PN. Este sentido de ligação reforça a barreira de potencial.Os electrões livres da região N e as lacunas da região P, isto é, os portadores principais, passam a ter ainda maior dificuldade em atravessar a junção. Diz-se então que a junção está bloqueada.

No entanto, alguns portadores minoritários conseguem passar através da junção. Uma vez passada a junção o seu movimento é facilitado, por um lado pelas cargas principais que constituem a barreira de potencial, e por outro, pelos potenciais aplicados nas extremidades. A corrente devida aos portadores minoritários pode ser evidenciada através de um microamperimetro, intercalado no circuito exterior. A corrente, de sentido convencional, passa de N para P.Efeito Zener - Efeito AvalancheA tensão inversa aplicada às extremidades de uma junção PN não pode ser aumentada indefinidamente. Com efeito, o aumento da d.d.p.(diferença de potencial) no sentido inverso provoca uma aceleração dos portadores minoritários. A partir de uma certa tensão inversa os portadores secundários adquirem uma velocidade suficiente para arrancarem por choques electrões aos átomos. O fenómeno é cumulativo e provoca um rápido decréscimo da resistividade. Este efeito é utilizado em um tipo especial e díodos para regular a tensão&nbsp;diodo zener.1.2&nbsp;Tipos de díodosExistem actualmente diferentes tipos de díodos que, apesar de apresentarem características eléctricas semelhantes, tem-nas adaptadas à execução de determinadas funções. O símbolo introduzido anteriormente (Figura 1) representa o díodo normalmente utilizado para rectificação (transformação de corrente bidireccional em corrente unidirecional) e processamento de sinal nela baseado. Pretende-se que a sua zona de avalanche esteja suficientemente afastada para nunca ser atingida, e que a sua corrente de fuga inversa seja desprezável.Além destes, outros tipos de díodos utilizados usualmente são:Díodo ZenerFunciona na zona de avalanche, e é utilizado como referência de tensão (a tensão varia pouco com a corrente nessa zona).Varistor ou varicapTodos os díodos apresentam uma capacidade que é variável com a tensão aplicada. Os varistores são díodos especialmente desenhados para se obter uma capacidade fortemente dependente da tensão. São usados em osciladores cuja frequência é controlada por tensão (VCO).FotodíodoQuando a zona da junção recebe luz, geram-se pares de portadores de carga (electrão-vazio) que geram uma tensão ou uma corrente no dispositivo. Existe, assim, conversão opto-electrónica. Estes dispositivos são utilizados como detectores de luz, nas mais diversas aplicações.LEDPara certos tipos de materiais semicondutores, quando é injectada uma corrente na junção do díodo, é gerada radiação electromagnética na zona do visível ou infravermelho próximo (conversão electro-óptica). Existem componentes em que vários LED estão dispostos sob a forma de traços ou pontos numa matriz, permitindo a apresentação de algarismos e letras (displays).1.3&nbsp;Determinação da característica (I, V) de um díodoO díodo é um componente não-linear. Assim, o cálculo da corrente que atravessa um circuito com um díodo torna-se um pouco mais complicado que no caso de circuitos lineares. A título de exemplo, vamos determinar a corrente no circuito indicado na figura.Se o díodo estiver bem dentro da zona de condução, a sua tensão é aproximadamente constante, neste caso ~0.65V (ver na secção 1.1 as características aproximadas de um díodo). Assim, podemos substituir o díodo, nos cálculos, por uma fonte de tensão de 0,7 V (VD=0,7 V), e tratar o circuito como um circuito linear, obtendo-se a equação:Este processo simplificado, útil em muitas situações, não pode ser utilizado quando se pretenda um rigor mais elevado, ou quando o díodo não esteja em condução franca. Para estas situação, dispõe-se de duas equações: a que define a característica do díodo (equação (1)) e a que resulta das equações de Kirchoff:Estas duas equações permitem-nos determinar o ponto de funcionamento. A solução é laboriosa em virtude de envolver uma equação transcendente (pressupõe-se o conhecimento da equação V(I) para o díodo em consideração):No entanto, a solução pode achar-se facilmente Esta última equação pode ser resolvida de forma gráfica se dispusermos da curva característica do díodo:
1º membro:&nbsp;curva característica Idíodo&nbsp;(V), não linear2º membro:&nbsp;recta de carga&nbsp;I&nbsp;=&nbsp;Idíodo&nbsp;= 5/100 - VD/100A solução corresponde ao ponto de intersecção das duas linhas (em que I=I Díodo e V=V díodo), obtendo-se I = 44 mA.1.4&nbsp;Aplicações dos díodos: o díodo como rectificadorConsideremos o circuito da Figura 4, ao qual é aplicada uma tensão sinusoidal&nbsp;v&nbsp;i; queremos determinar a tensão de saída&nbsp;v&nbsp;oFigura 4: Circuito rectificador de meia onda.Para simplificar, vamos supor que se trata de um díodo ideal, isto é, durante as arcadas positivas da sinusóide é um interruptor fechado, e um interruptor aberto durante as arcadas negativas, Figura 5Figura 5: Fases da rectificação de meia onda.Somando, obtemos:Figura 6: Resultado da rectificação de meia-onda.Esta é a chamada&nbsp;rectificação de meia-onda, na qual há supressão de uma alternância e aproveitamento da outra.E não será possível aproveitar as duas? É, utilizando por exemplo os circuitos das Figura 7, o qual é costume designar por&nbsp;rectificador de onda completa.É fácil verificar que numa alternância conduz um par de díodos (colocados em posições diametralmente opostas do losango) e na outra o segundo par, de modo que a corrente através da resistência tem sempre o mesmo sentido; a tensão de saída tem pois a forma indicada.Figura 7: Rectificação de onda completa.No caso da Figura 7, a entrada pode ser por transformador, ou directamente da rede. Existem pontes que contêm já os quatro díodos ligados. Se a fonte de tensão alternada tiver um terminal à massa, a carga, RL, ficará flutuante; caso contrário, isto é, se a fonte de tensão alternada estiver flutuante, podemos ligar qualquer dos terminais de RL à massa. É sempre necessário ter ocuidado de ver em que caso se está para evitar curto-circuitos. Está dado o primeiro passo para obter, a partir de uma tensão alternada, uma tensão contínua, elemento essencial nas fontes de alimentação dos circuito electrónicos.1.5&nbsp;Circuito detector de Pico -FiltragemEste é um circuito bastante utilizado em diversas aplicações, que vão da rectificação de sinais alternados à descodificação de um sinal de rádio AM (amplitude modulada). Apliquemos uma tensão sinusoidal ao seguinte circuito:Figura 8Quando se liga o circuito, começando&nbsp;vi&nbsp;em zero, a tensão&nbsp;vc&nbsp;irá acompanhar a tensão de entrada porque, sendo a díodo ideal, logo que&nbsp;vi&nbsp;= 0 o díodo conduz passando a funcionar como curtocircuito. Quando&nbsp;vi&nbsp;atinge o máximo (Vp) e começa a descer, se a constante de tempo t=RC for grande relativamente ao período do sinal de entrada, então a tensão&nbsp;vc&nbsp;vai tender a manter-se enquanto&nbsp;vi&nbsp;baixa e, consequentemente o díodo entra em corte (pois&nbsp;vc&nbsp;=&nbsp;vi&nbsp;). A partir deste momento o condensador descarrega sobre a resistência segundo uma exponencial. Enquanto a tensão&nbsp;vc&nbsp;decresce, a tensão de entrada vai evoluir, descendo até ao seu valor mínimo e depois subindo, até que acontece um instante em&nbsp;vi&nbsp;iguala o valor de&nbsp;vc&nbsp;e continua a subir. A partir desse instante&nbsp;vi&nbsp;&gt;&nbsp;vc, o díodo começa a conduzir e&nbsp;vc&nbsp;acompanha de novo&nbsp;vi&nbsp;, repetindo-se este processo daí em diante, enquanto subsistir&nbsp;vi&nbsp;. Teremos assim o seguinte gráfico das tensões do circuito:Figura 9Ao fenómeno de oscilação da tensão de saída chama-se&nbsp;Ripple&nbsp;(ou ondulação residual) e ao valor dessa oscilação chama-se tensão de Ripple (vr). No caso da tensão de entrada apresentada na Figura 9, a tensão de Ripple dá-nos uma ideia da maior ou menor aproximação da tensão de saída a uma tensão contínua.Como é óbvio, o valor&nbsp;v&nbsp;r, depende só da relação entre o tempo de descarga do condensador (a constante de tempo do circuito de descarga é RC), e o período do sinal de entrada. Para um período constante do sinal de entrada, quanto maior for a constante de tempo t=RC , menor será&nbsp;vr&nbsp;já que mais próximo de Vp&nbsp;estará&nbsp;v'.1.6&nbsp;Diodos de comutaçãoComutar significa fechar ou abrir circuitos, tal como se faria manualmente com comutadores. Polarizando os diodos no sentido directo ou inverso, podem-se realizar facilmente um grande numero de comutações;

Estes diodos são caracterizados pelo seu reduzido tempo de recuperação. o tempo de recuperação, que vai de 2 ms nos diodos mais lentos a menos de 10 µs nos diodos mais rápidos, é o tempo necessário para que se dê a recombinação dos portadores. O tempo necessário para que se inicie a condução de um diodo é essencialmente dependente da capacidade apresentada pela barreira de potencial nos diodos de ponta esta capacidade é bastante inferior à dos diodos de junção.

Características gerais dos diodos de comutação:Tensão inversa - 15 a 150V;
Corrente direta - 20 a 750 mA;
Corrente de fuga (diodos de ponta)- 10 a 500µA;
Corrente de fuga (diodos de junção)- alguns nanoampares a 50 µA.

Figura 10A fig. 10 mostra um dos casos mais frequentemente utilizados. Com o contato fechado, o diodo está polarizado no sentido inverso, bloqueando por conseguinte a passagem de corrente. Quando o contacto abre, a extra corrente de ruptura polariza o diodo no sentido directo, estabelecendo-se uma corrente de circulação.Parâmetros DíodosNa prática os díodos têm diversos parâmetros, geralmente fornecidos pelos dos fabricantes.
Alguns parâmetros são ou estão dependentes de outros, especialmente a temperatura. Por isso, os fabricantes costumam informar as condições de cada valor ou fornecem gráficos.Capacitância típica da junção&nbsp;(<acronym title="Typical 
    Junction Capacitance">CJ&nbsp;- Typical Junction Capacitance): na polarização inversa, a região de depleção atua como um isolante, formando um pequeno capacitor. Isso pode ter influência significativa em freqüências mais altas.
Corrente direta de pico máxima&nbsp;(<acronym title="Maximum 
    Peak Forward Current">IFSM&nbsp;- Maximum Peak Forward Current): limitada pela dissipação térmica do diodo.
Corrente direta média máxima&nbsp;(<acronym title="Maximum 
    Average Forward Current">&nbsp;IF(AV)&nbsp;- Maximum Average Forward Current): é limitada basicamente pelas características de dissipação térmica do componente (tamanho, etc).
Corrente inversa máxima&nbsp;(<acronym title="Maximum Reverse 
    Current">IRM&nbsp;- Maximum Reverse Current): a corrente inversa se aplicada a tensão inversa contínua máxima (VR). Seria nula em um diodo ideal. Nos dispositivos práticos, é bastante pequena em relação à corrente direta. É desprezível na maioria dos casos.
Faixa de temperatura de armazenagem&nbsp;(TSTG&nbsp;- Storage Temperature Range): em vários casos, a temperatura máxima de armazenagem é igual à máxima de operação.
Potência dissipada&nbsp;(PD&nbsp;- Power Dissipation): a máxima potência dissipada pelo diodo.
Resistência térmica&nbsp;(Thermal Resistance): dada para junção-ambiente (RJA) ou junção-condutores (RJL). Indica a oposição que o conjunto oferece à dissipação do calor gerado na junção. Seria nula em um dispositivo ideal.
Temperatura de operação da junção&nbsp;(TJ&nbsp;- Operating Junction Temperature): a máxima temperatura de trabalho do diodo. Diodos de alta potência em geral usam dissipadores para manter a temperatura abaixo da máxima especificada.
Tempo de recuperação inverso&nbsp;(<acronym title="Reverse 
    Recovery Time">trr&nbsp;- Reverse Recovery Time): o tempo decorrido para o diodo deixar de conduzir, após a mudança de polarização de direta para inversa. Seria nulo para um diodo ideal. Diodos comuns apresentam tempos na faixa de microssegundos e diodos rápidos (para freqüências mais altas), na faixa de nanossegundos.
Tensão direta&nbsp;(VF&nbsp;- Forward Voltage): a queda de tensão, em geral especificada para a corrente nominal. Seria zero em um diodo ideal.
Tensão inversa de pico&nbsp;(PIV&nbsp;- Peak Inverse Voltage): no gráfico da Figura 1.4 podemos notar que a tensão inversa é limitada por um máximo absoluto, acima do qual há ruptura e destruição da junção. O fabricante especifica um valor máximo seguro, para operação sem ocorrência da ruptura.
Tensão inversa contínua máxima&nbsp;(VR&nbsp;ou VDC&nbsp;- Maximum DC Reverse Voltage): a máxima tensão contínua de operação. Seria infinita para um diodo ideal.
Tensão inversa repetitiva máxima&nbsp;(VRRM&nbsp;- Maximum Repetitive Reverse Voltage): a tensão inversa máxima de operação em forma de pulsos repetidos. Seria infinita para um diodo ideal.