Lucínio Preza de Araújo Díodo rectificador

Lucínio Preza de Araújo http://www.prof2000.pt/users/lpa

Díodo rectificador

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Constituição

Um díodo rectificador é constituído por uma junção PN de material semicondutor (silício ou germânio) e por dois terminais, o Ânodo (A) e o Cátodo (K).

Símbolo:

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Junção PN

A junção de um material semicondutor do tipo P (com excesso de lacunas) com um material semicondutor do tipo N (com excesso de electrões livres) origina uma junção PN. Na zona da junção, os electrões livres do semicondutor N recombinam-se com as lacunas do semicondutor P formando uma zona sem portadores de carga eléctrica que se designa por zona neutra ou zona de deplecção.

Zona neutra ou zona de deplecção

Electrões livres Lacunas

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Identificação visual dos terminais

O terminal que se encontra mais próximo do anel é o cátodo (K).

O terminal ligado à parte roscada é o cátodo (K).

O terminal ligado à parte mais estreita/afunilada é o cátodo (K).

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Díodo polarizado directamente

O díodo rectificador é um componente unidireccional ou seja, só conduz num sentido (quando o Ânodo está a um potencial positivo em relação ao Cátodo). Nessa situação diz-se que o díodo está polarizado directamente.

VCC

+

_

A K

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Díodo polarizado inversamente

Quando o díodo rectificador está polarizado inversamente (Ânodo a um potencial negativo em relação ao cátodo) não conduz (está ao corte).

VCC

+

_

AK

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Principio de funcionamento

Quando polarizado directamente um díodo rectificador conduz porque na junção PN a zona neutra ou zona de deplecção (zona sem portadores de carga eléctrica) estreita a resistência eléctrica diminui e a corrente eléctrica passa.

Zona neutra ou zona de deplecção estreita

LacunasElectrões livres

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Principio de funcionamento

Quando polarizado inversamente um díodo rectificador não conduz porque na junção PN a zona neutra ou zona de deplecção (zona sem portadores de carga eléctrica) alarga a resistência eléctrica aumenta significativamente e a corrente eléctrica não passa.

Zona neutra ou zona de deplecção alarga

Electrões livres Lacunas

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Queda de tensão interna

Quando o díodo está polarizado directamente a corrente eléctrica ao passar pela zona neutra ou zona de deplecção que apresenta uma certa resistência, origina uma queda de tensão (U=RxI).

Nos díodos de silício essa queda de tensão interna pode variar entre 0,6Volt e 1Volt.

Nos díodos de germânio essa queda de tensão interna pode variar entre 0,2Volt e 0,4Volt.

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Características técnicas

Tensão directa

UF

Corrente directa

IF

Tensão inversa

UR

Corrente inversa

IR

UFUR

IF

IR

1ºq

uad

ran

te3ºq

uad

ran

te

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Leitura das características técnicas

Exemplo:

Díodo rectificador 1N4007

UR = 1000V Tensão inversa máxima que se pode aplicar ao díodo em polarização inversa.

IF = 1A Corrente directa máxima permanente que pode circular pelo díodo.

IR = 5A Corrente inversa que percorre o díodo quando polarizado inversamente

VF = 1,1V Queda de tensão interna máxima quando o díodo polarizado directamente conduz uma corrente directa de 1A.

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Curva característica

UF

Corrente directa

IF

Corrente de fuga

IR

Corrente de avalanche

Tensão de ruptura

Pode-se observar na curva característica do 1º quadrante (díodo polarizado directamente) que à medida que se aumenta a tensão directa (UF) a corrente directa (IF) também aumenta.

Na curva do 3º quadrante (díodo polarizado inversamente) podemos observar que para uma dada faixa da tensão inversa (UR) a corrente inversa (IR) é desprezível (corrente de fuga). A tensão inversa não pode atingir a tensão de ruptura pois isso acarreta que o díodo passe a conduzir em sentido contrário (rompeu a junção PN).

UR

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Recta de carga

VCC

+

_

+ _

+

_

RC

VF IF

Consideremos o circuito:

-VCC + VF + RC.IF = 0

VF + RC.IF = VCC

Encontramos uma equação que relaciona VF e IF:

VCC = VF + RC.IF

Esta equação permite determinar os dois pontos da recta de carga, que sobreposta à curva característica do díodo, determinará o ponto de funcionamento (Q) do díodo.

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Recta de carga

VCC = VF + RC.IF

Este é um método gráfico que permite que encontremos o ponto de funcionamento do díodo. É de notar que a recta de carga depende do circuito (VCC e RC) em que o díodo está inserido, enquanto que a curva característica é fornecida pelo fabricante.

Tensão de corte

IF=0 VCC=VF

Corrente de saturação

VF=0 IF=VCC / RC

IF

VF

Recta de carga

Tensão de corte

Corrente de saturação

Ponto de funcionamento (Q)IFQ

VFQ

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Exemplo da determinação do ponto de funcionamento (Q) de um díodo

VCC=3V

+

_RC=750

IF VCC = VF + RC.IF

Tensão de corte

IF=0 VCC=VF VF=3 V

Corrente de saturação

VF=0 IF=VCC / RC IF=3 / 750

IF= 4 mA

Para as condições do circuito (VCC=3Volt e RC=750) e a curva

característica representada, a corrente directa no díodo será de

IFQ≈2,5mA e a tensão directa será de VFQ=1,1V.1 2 3

1

2

3

45

mA

Q2,5

1,1