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Eletrnica Bsica
Aula 02 Diodos
Professor: Vladimir Homobono Soares
E-mail: [email protected]
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mailto:[email protected]
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Introduo
O fato de se poder dopar diversas regies de um mesmo material
semicondutor com diferentes impurezas possibilita a fabricao de uma
grande variedade de dispositivos eletrnicos.
Num semicondutor contendo uma regio do tipo P e uma regio do
tipo N separados por uma fina camada de transio, formada o que se
chama de juno p-n.
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Introduo
Formao dos diodos:
Um pedao de SC, tanto tipo N quanto tipo P, no
tem muito mais utilidade do que como resistor
A juno PN diodos e transistores
O nome diodo vem da contrao de dois (di)
eletrodos (odos)
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Camada de depleo
No lado N os eltrons repelem-se em todas as direes, inclusive
alguns eltrons so lanados atravs da juno PN
recombina-se com uma lacuna e deixa de ser eltron livre e passa
a ser um eltron de valncia
Na verdade temos a gerao de um on positivo no lado P e um on
negativo no lado N.
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Diodos
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O diodo um dispositivo de 2
terminais
O diodo ideal conduz
somente em uma direo
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Caractersticas do Diodo
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Regio de Conduo Regio de no-conduo
A tenso atravs do diodo 0 V
A corrente infinita
A resistncia direta RF = VF / IF O diodo age como um
curto-circuito
Toda tenso est no Diodo
A corrente 0 A
A resistncia reversa RR = VR / IR O diodo age como um
circuito-
aberto
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Materiais Semicondutores
Materiais comumente utilizados no
desenvolvimento de dispositivos
semicondutores
Silcio (Si)
Germnio (Ge)
Arsenieto de glio (GaAs)
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Dopagem
As caractersticas eltricas do silcio e do
germnio so aprimoradas pela adio de
materiais num processo chamado dopagem.
Existem dois tipos para materiais
semicondutores
Tipo N (excesso de eltrons)
Tipo P (excesso de buracos)
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Juno P-N
Um lado do cristal feito de silcio ou germnio pode
ser dopado como um material do tipo P e o outro lado
com um material do tipo N separados por uma fina
camada chamada de regio de depleo para efetuar a
juno.
Juno P-N
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Juno P-N
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Na juno p-n o excesso de eltrons
na banda de conduo na regio do
tipo N so atrados pelo excesso de
buracos na regio do tipo P.
Os eltrons no material do tipo N
migra atravs da juno para o
material do tipo P. (Fluxo de
eltrons)
A migrao de eltrons resulta em
uma carga negativa no lado tipo P
da juno e uma carga positiva no
lado tipo N da juno.
O resultado a formao de uma
regio de depleo na juno.
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Condies de Operao do Diodo
Um diodo possui trs condies de operao:
Sem Polarizao.
Polarizao direta.
Polarizao Reversa.
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Condies de Operao do Diodo
Sem Polarizao
Nenhuma tenso externa aplicada: VD = 0 V.
Nenhuma corrente est fluindo: ID = 0 A.
Somente uma modest regio de depleo existe.
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Condies de Operao do Diodo
Polarizao Reversa Tenso externa aplicada atravs da juno P-N
em
uma polaridade oposta do material tipo P e do tipo N
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A tenso reversa causa um
alargamento na regio de depleo.
Os eltrons no material do tipo N so
atraidos diretamente para o terminal
positivo da fonte de tenso.
Os buracos no material tipo P so
atraidos diretamente para o terminal
negativo da fonte de tenso.
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Condies de Operao do Diodo
Polarizao Direta Tenso externa aplicada atravs da juno P-N a
mesma polaridade do material tipo P e do tipo N
A tenso direta causa um estreitamento
na regio de depleo.
Os eltrons e os buracos tendem se
direcionar para a regio de depleo.
Os eltrons e os buracos tm energia
suficiente para atravessar toda juno
P-N.
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Caractersticas do Diodo Real
Note as condies
para regies sem
polarizao, com
polarizao reversa e
com polarizao
direta.
Corrente de diodo:
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1kT
DkV
eII sD
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Existem dois tipos de corrente atravs do diodo:
Por Portadores Majoritrios:
Em um material do tipo N so eltrons.
Em um material do tipo P so os buracos.
Por Portadores Minoritrios:
Em um material do tipo N so buracos.
Em um material do tipo P so eltrons.
Portadores Majoritrios e Minoritrios
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A regio zener est na regio da regio de polarizao reversa do
diodo.
A um certo ponto, a tenso de polarizao reversa to alta que o
diodo quebra e a corrente reversa aumenta dramaticamente.
O valor mximo da voltagem reversa que no ir levar o diodo regio
zener chamado de tenso inversa de pico ou tenso de pico
reversa.
Regio Zener
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A tenso que causa a entrada do diodo a operar na regio zener
chamado tenso zener (VZ).
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Tenso de Polarizao Direta
O ponto em que o diodo muda de sem polarizao para a
condio de polarizao direta ocorre quando os eletrns
e os buracos tem energia suficiente para atravessar a
juno P-N. Essa energia causada por uma tenso
externa aplicada atravs do diodo.
A tenso de polarizao direta requerida para um:
Diodo de Arsenieto de Glio 1.2 V
Diodo de Silicone 0.7 V
Diodo de Germnio 0.3 V
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Com o aumento da temperatura adiciona energia ao diodo.
Reduz a tenso de polarizao direta para conduo de polarizao
direta.
Aumenta a quantidade da corrente reversa na condio de polarizao
reversa.
Aumenta a tenso de polarizao reversa de avalanche.
Diodos de germnio so mais sensveis variaes de temperatura que os
diodos de silcio ou arsenieto de glio.
Efeito de Temperatura
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Nveis de Resistncia
Semicondutores reagem de formas diferentes
para correntes DC e AC.
Existem trs tipos de resistncia:
Resistncia DC (esttico).
Resistncia AC (dynamic).
Resistncia Mdia AC.
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Para uma tenso DC
especfica VD, o diodo tem
uma corrente especfica ID e
uma resistncia especfica
RD.
Resistncia DC (esttica)
D
DD
I
VR
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Resistncia AC (dinmica)
Na regio de polarizao direta:
A resistncia depende da quantidade de corrente (ID) no
diodo.
A tenso atravs do diodo praticamente constante (26 mV p/
25C).
rB tipicamente entre 0,1 para dispositivos de alta potncia 2
para baixa potncia. Em alguns casos rB pode ser ignorado.
Na regio de polarizao reversa:
A resistncia, idealmente, infinita. Assim o diodo age como
aberto.
B
D
d rI
r mV 26
rd
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A resistncia AC pode ser calculada usando os valores da corrente
e da voltagem para dois pontos na curva caracterstica do diodo.
pt. to pt. d
dav
I
V r
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Resistncia AC (dinmica)
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Circuito Equivalente do Diodo
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Na polarizao reversa, a camada de depleo muito grande. A forte
polaridade positiva e negativa do diodo cria capacitncia, CT. A
quantidade de capacitncia depende da tenso reversa aplicada.
Na polarizao direta de armazenamento de capacitncia ou
capacitncia de difuso (CD) existe com o aumento da tenso do
diodo.
Capacitncia do Diodo
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Tempo de Recuperao Reversa o tempo requerido
para um diodo parar de conduzir e modificado de
polarizao direta para polarizao reversa.
Tempo de Recuperao Reversa (trr)
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Escolher um bom diodo entre os diferentes tipos requer analisar
as seguintes especificaes:
1. Tenso Direta (VF) em um valor especfico de corrente e
temperatura.
2. Corrente direta mxima (IF) em um valor especfico de
temperatura.
3. Saturao de corrente reversa (IR) em um valor especfico de
tenso e temperatura.
4. Tenso reversa, PIV or PRV or V(BR), em um valor especfico de
temperatura.
5. Mxima potncia de dissipao em um valor especfico de
temperatura.
6. Nveis de capacitncia.
7. Tempo de recuperao reversa, trr
8. Faixa de operao da temperatura.
Especificaes dos Diodos
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O anodo abreviado por A
O catodo abreviado por K
Smbolo e Encapsulamento do Diodo
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Checagem do Diodo.
Ohmmetro.
Traando a Curva.
Teste de um Diodo
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Muitos multimetros digitais tem uma funo
para checar o funcionamento do diodo fora de
um circuito.
Um diodo normal possui tenso direta, para:
Arsenito de glio 1,2 V
Diodo de silicone 0,7 V
Diodo de Germanio 0.3 V
Diodo Checker
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Um ohmmetro ajusta uma baixa resistncia
para utilizar como teste em um diodo fora do
circuito.
Ohmmetro
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Traar a curva caractersitica do diodo em teste para
comparar com suas especficaes mostradas no data
sheet.
Traando a Curva
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Diodo Zener.
Diodo Emissor de Luz (LED Light-emitting
diode).
Arranjo de diodos.
Outros Tipos de Diodos
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Um diodo zener opera na
polarizao reversa na tenso
Zener(VZ).
A tenso zener comum est
entre 1,8 V e 200 V.
Diodo Zener
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Um LED emite fotons quando existe uma polarizao
direta.
Geralmente a emisso na regio do infravermelho
ou no espectro vsivel.
A tenso de polarizao direta , usualmente, na faixa
de 2 V e 3 V.
Diodo Emissor de Luz (LED)
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Multiplos diodos podem ser encapsulados juntos em um circuito
integrado (CI).
Existe uma grande possibilidade no arranjo dependente do tipo de
CI.
Arranjo de Diodos
Common Anode
Common Cathode
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