Resumo Diodos

Lucínio Preza de Araújo

Díodo rectificador O 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). É um componente que só conduz num sentido, sendo por isso usado na rectificação da corrente alternada.

Símbolo

Identificação dos terminais

Aspecto exterior

Polarização de um díodo No circuito 1 o díodo está polarizado inversamente (A → − e K → +), logo o díodo não conduz e lâmpada ficará apagada. No circuito 2 o díodo está polarizado directamente (A → + e K → − ), logo o díodo conduz e a lâmpada acenderá.

A tensão do gerador (4,5 Volt) é superior à tensão nominal do receptor (lâmpada) porque na junção PN do díodo, quando polarizado directamente, haverá sempre uma queda de tensão que nos díodos de silício pode variar entre 0,6 e 1 Volt, e nos díodos de germânio pode variar entre 0,2 e 0,4 Volt.


Díodo de túnel O díodo de túnel foi criado pelo físico japonês Dr. Leo Esaki e, por esse motivo é também designado por díodo Esaki. De entre as propriedades mais importantes deste díodo podemos destacar o seu baixo factor de ruído e margem de temperaturas muito ampla.

Um díodo de túnel é um semicondutor com uma região com resistência negativa (isso significa que um aumento na tensão directa produz uma diminuição na corrente directa) que resulta em grandes velocidades de ligação até 5 GHz.

Símbolo:

Curva característica:

A região de resistência negativa (entre os pontos C e F) é a característica importante do díodo de túnel. Nesta região quando a tensão aumenta a corrente diminui, justamente ao contrário de um díodo convencional. As especificações técnicas mais importantes do díodo de túnel são a Tensão de pico (Vp), a Corrente de pico (Ip), a Tensão de vale (VV) e a Corrente de vale (IV).

Ponto C – Vp – Tensão de pico: 20 mV Ip – Corrente de pico: 60 mA Ponto F – VV – Tensão de vale: 70 mV IV – Corrente de vale: 20 mA A tensão inversa de ruptura para o díodo e túnel é muito baixa, da ordem dos 200mV. Aplicações:

As três mais importantes aplicações do díodo de túnel são as de amplificação, oscilação e comutação.

Região de resistência negativa


Díodo zener O díodo zener é constituído por uma junção PN de silício e por dois terminais, o ânodo (A) e o cátodo (K). O díodo zener quando polarizado inversamente permite manter uma tensão constante aos seus terminais (UZ) sendo por isso muito utilizado na estabilização/regulação da tensão nos circuitos.

Símbolo

Identificação dos terminais

UZ = 6,2 Volt

Ligação do díodo zener num circuito

Se desejarmos alimentar uma carga qualquer com uma tensão invariável, perfeitamente isenta de qualquer variação ou flutuação, nada mais há do que montar o sistema constituído pelo díodo zener e a resistência limitadora R, de tal modo que o díodo fique em paralelo com a carga. Os díodos zener são definidos pela sua tensão zener (UZ) mas para que possa existir regulação/estabilização de tensão aos seus terminais a corrente que circula pelo díodo zener (IZ) deve manter-se entre os valores de corrente zener definidos como máximo e mínimo, pois se é menor que o valor mínimo, não permite a regulação da tensão e, se é maior, pode romper a junção PN por excesso de corrente. Para que o díodo zener estabilize a tensão nos seus terminais deve-se ter em atenção o seguinte: • O díodo zener tem que se encontrar polarizado inversamente (A → − e K → +). • A tensão de alimentação do circuito tem que ser superior à tensão de zener

(UZ) do díodo. • A carga ou cargas do circuito têm que estar ligadas em paralelo com o díodo

zener.

R – Resistência que tem por função limitar a corrente no zener. Rc – Resistência de carga (receptor)


Características técnicas É um díodo de silício optimizado para trabalhar na região de ruptura. É o componente mais importante dos reguladores de tensão, circuitos que mantém a tensão da carga praticamente constante apesar das variações na tensão da linha e da resistência de carga. Variando-se o nível de dopagem dos díodos de silício, o fabricante pode produzir díodos zener com tensões de ruptura de 2 até 200V. NOTA: Vimos que o díodo rectificador se comportava quase como isolador quando a polarização era inversa. O mesmo se passa com o díodo zener até um determinado valor da tensão (VZ), a partir do qual ele começa a conduzir fortemente. Qual será então o facto que justifica esta transformação de isolador e condutor? A explicação é-nos dada pela teoria do efeito de zener e o efeito de avalanche. Efeito de zener – ao aplicar ao díodo uma tensão inversa de determinado valor (VZ) é rompida a estrutura atómica do díodo e vencida a zona neutra, originando assim a corrente eléctrica inversa. Este efeito verifica-se geralmente para tensões inversas VR <5 Volt e o seu valor pode ser variado através do grau de dopagem (percentagem de impurezas) do silício ou do germânio. Efeito de avalanche – Para tensões inversas VR >7 Volt, a condução do díodo é explicada exclusivamente pelo efeito de avalanche. Quando se aumenta o valor da tensão inversa, aumenta também a velocidade das cargas eléctricas (electrões). A velocidade atingida pode ser suficiente para libertar electrões dos átomos semicondutores, através do choque. Estes novos electrões libertados e acelerados libertam outros, originando uma reacção em cadeia, à qual se dá o nome de efeito de avalanche. Para tensões inversas VR, entre 5V e 7V, a condução do díodo é explicada cumulativamente pelos dois efeitos (efeito de zener e efeito de avalanche). A utilização do díodo zener é limitada pelos seguintes parâmetros: Vz: Tensão de zener Izmáx: Corrente zener máxima Izmin Corrente zener mínima Pz: Potência zener Exemplos 1N746 3,3 V 135 mA 20 mA 0,5 W BZX79C3V3 3,3 V 121 mA 5 mA 0,4 W

Curva característica de um díodo zener

O gráfico de funcionamento do zener mostra-nos que, directamente polarizado (1º quadrante), ele conduz por volta de 0,7V, como um díodo comum. Porém, na ruptura (3º quadrante), o díodo zener apresenta um joelho muito pronunciado, seguido de um aumento de corrente praticamente vertical. A tensão é praticamente constante, aproximadamente igual a Vz em quase toda a região de ruptura. As folhas de dados (data sheet) geralmente especificam o valor de Vz para uma determinada corrente zener de teste Izt.

O díodo zener é às vezes chamado de díodo regulador de tensão por manter uma saída constante, mesmo que a corrente que passe por ele varie. Em funcionamento normal, o zener deve ser inversamente polarizado e a tensão aplicada aos seus terminais deve ser maior que a tensão especificada Vz. É usada sempre uma resistência em série com o zener para limitar a corrente evitando que se queime por dissipação de potência excessiva.


FOTO-DÍODO O fotodíodo é um díodo semicondutor no qual a corrente inversa varia com a iluminação que incide sobre a sua junção PN. A corrente que existirá sem nenhuma iluminação aplicada é geralmente da ordem dos 10µA nos fotodíodos de germânio e de 1µA nos fotodíodos de silício.

O fotodíodo é polarizado inversamente aproveitando a variação da corrente inversa que se verifica quando a luz incide nele. A energia luminosa incidente sobre a lente do fotodíodo concentra-se na

junção PN e cria pares lacuna – electrão, dando origem a uma corrente, na presença de uma tensão.

Curva característica típica de um fotodíodo.

Para uma mesma tensão inversa de polarização, a corrente inversa aumenta de valor ao aumentar o fluxo luminoso incidente. Quando incide luz no fotodíodo, a corrente inversa varia quase linearmente com o fluxo luminoso. Características de um fotodíodo:

• Comprimento de onda (λ) da luz que accionará o dispositivo.

• Área sensível do componente que deverá receber o feixe de luz. Aplicações dos fotodíodos:

• Sistemas de segurança anti-roubo. • Abertura automática de portas. • Regulação automática de contraste e brilho na TV.

�OTA: O nível de corrente gerada pela luz incidente sobre um fotodíodo não é suficiente para que ele possa ser usado num controle directo, sendo necessário para isso que haja uma etapa de amplificação.

+

-

A K

(Corrente inversa)

(Tensão inversa de polarização)


Díodo emissor de luz (led) O díodo emissor de luz é constituído por uma junção PN de material semicondutor e por dois terminais, o ânodo (A) e o cátodo (K). A cor da luz emitida pelo led depende do material semicondutor que o constitui. Há leds de 3, 5, 8 e 10mm de diâmetro, cilíndricos, rectangulares, triangulares, etc. No mercado existem leds bicolores, tricolores e intermitentes.

Símbolo

Identificação dos terminais Características técnicas genéricas

A corrente directa máxima (IF) deverá estar compreendida entre 10 e 100 mA.

VF – Tensão máxima de polarização directa. VR – Tensão máxima de polarização inversa.

Led vermelho Material semicondutor que o constitui: Fosfoarsenieto de gálio

VF = 1,6 V VR = 3 V

Led verde Led amarelo

Material semicondutor que o constitui: Fosforeto de gálio

VF = 2,4 V VR = 3 V

Led infra vermelho

Material semicondutor que o constitui: Arsenieto de gálio

VF = 1,35 V VR = 4 V

Polarização de um led Na figura, o led está polarizado directamente (A → + e K → − ), logo a corrente passa e o led acende. Na figura o led está polarizado inversamente (A → − e K → +), logo a corrente não passa e o led não emite luz.

A resistência em série com o led tem por função limitar a corrente directa (IF) no díodo emissor de luz, evitando que se queime.


Aplicação dos led O display de sete segmentos ou visualizador de sete segmentos é constituído por díodos emissores de luz, tantos quantos os segmentos do display. Na figura pode ver-se um display constituído por sete segmentos (cada segmento corresponde a um led) e um ponto decimal (ou seja, é constituído por oito led). O cátodo de todos estes díodos emissores de luz é comum, pelo que aplicando uma tensão directa de polarização aos diferentes ânodos se acenderá um ou outro dos segmentos.

Combinando ordenadamente as tensões directas aplicadas aos ânodos pode formar-se qualquer caracter. A seguir mostra-se como se formam as cifras de 0 a 9. Para isso deve aplicar-se polarização directa aos segmentos adequados, segundo a seguinte tabela:

Segmento aceso Cifra formada a b c d e f g

X X X X X X 0 X X 1 X X X X X 2 X X X X X 3 X X X X 4 X X X X X 5 X X X X X X 6 X X X 7 X X X X X X X 8 X X X X X X 9

Cátodo comum K

a b c d e f g

Este display formado por oito led tem a particularidade de todos os cátodos estarem unidos entre si e dispõe de 10 terminais de ligação, correspondendo os dois terminais centrais de cada fila ao cátodo comum.

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