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Circuitos básicos com diodo

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Diodo

  1. 1. Diodo
  2. 2. DiodoAo se juntar um elemento P a um elemento N, temos a seguinte situação: o elementoP tem excesso de lacunas; o elemento N tem excesso de elétrons. No ponto onde osdois cristais se tocam, tende a haver uma migração de elétrons e lacunas, até que seestabeleça um equilíbrio.Observe que se forma um equilíbrio na região da junção, deixando de existirportadores majoritários (elétrons livres ou lacunas). Essa camada, chamada camada dedepleção (sinônimo de diminuição), impede que se gere um equilíbrio completo entreos cristais P e N. Isto porque os elétrons do cristal N não encontram lacunas para semovimentar pela camada de depleção. O mesmo ocorre com as lacunas que ficaramisoladas no lado P. Ou seja, a camada de depleção é uma espécie de "zona morta" ondenão há espaço para movimentação de elétrons e lacunas. Formação da camada de depleção
  3. 3. Polarização direta Vamos agora submeter nosso diodo a uma tensão, ou seja, colocar uma bateria em seus terminais. Vamos conectar o terminal negativo (fluxo de elétrons) da bateria à porção N do diodo e o terminal positivo (fluxo de lacunas) à porção P. Desta forma, a região N, com excesso de elétrons, recebe ainda mais elétrons, e a porção P recebe ainda mais lacunas. Observe o que acontece:Os elétrons do lado N recebem toda a energia do pólo negativo da fonte, ganhando forçasuficiente para expulsar os elétrons que estão alojados na camada de depleção.Rompendo essa camada, eles encontram um terreno fértil em lacunas no lado P. Mas nãoparam por aí: como eles são atraídos pelo pólo positivo da fonte, eles continuam a pularde lacuna em lacuna, abrindo espaço para que outros elétrons possam vir atrás deles.Com esse movimento, forma-se uma corrente elétrica. O semicondutor passa a secomportar como um condutor normal.Um dado técnico importante: para que ocorra o que está descrito na figura, é necessárioque a bateria supra mais do que 0,7 volts, que é o valor da barreira de potencial que seforma na camada de depleção de um diodo de silício
  4. 4. Polarização inversa Vamos agora inverter a polaridade da bateria. Vamos conectar o terminal positivo da bateria à porção N do diodo e o terminal negativo à porção P. Desta forma, os elétrons da região N são atraídos pelas lacunas do pólo positivo da bateria e as lacunas da região P são completadas pelos elétrons do pólo negativo. Observe o que acontece:A camada de depleção aumenta sensivelmente. Se ela já dificultava a passagem decorrente, agora torna-se virtualmente impossível transpô-la. Os portadores majoritários decada lado ficam ainda mais isolados. O semicondutor, então, passa a se comportar comoum isolante. Não há passagem de corrente elétrica.Esse foi um grande passo no desenvolvimento da eletrônica. As válvulas diodo puderam sersubstituídas com muitas vantagens pelo diodo semicondutor. E foi dado o passo definitivopara a construção do transístor.
  5. 5. Diodo
  6. 6. Tipos de Diodo
  7. 7. Diodo ZenerDiodo Zener (também conhecido como diodo regulador de tensão , diodo de tensãoconstante, diodo de ruptura ou diodo de condução reversa) é um dispositivo oucomponente eletrônico semelhante a um diodo semicondutor, especialmenteprojetado para trabalhar sob o regime de condução inversa, ou seja, acima da tensãode ruptura da junção PN, neste caso há dois fenômenos envolvidos o efeito Zener e oefeito avalanche. O dispositivo leva o nome em homenagem a Clarence Zener, quedescobriu esta propriedade elétrica.O diodo Zener difere do diodo convencional pelo fato de receber uma dopagem (tipo N ZONA DE TRABALHOou P) maior, o que provoca a aproximação da curva na região de avalanche ao eixovertical. Isto reduz consideravelmente a tensão de ruptura e evidencia o efeito Zenerque é mais notável à tensões relativamente baixas (em torno de 5,5 Volts)
  8. 8. Funcionamento e Aplicação do Diodo VaricapO nome Varicap é derivado das palavras em inglês: Voltage Variable Capacitance, istoé, diodo com capacitância variável por tensão. Apesar de ser pouco conhecido pelamaioria dos técnicos de eletrônica, ele aparece em muitos equipamentos eletrônicos,sempre no estágio de RF, tanto na transmissão como na recepção. Está presenteprincipalmente na sintonia dos receptores de última geração, com frequênciasintetizada, sintonizados por controle remoto, assim como nos receptores de AM, FMe aparelhos de TV. Também é muito usado nos moduladores lineares de uma maneirageral, nos equipamentos profissionais, como por exemplo nos transmissores de FM esom de TV. Além dessas aplicações, ele aparece em uma infinidade de outras, entre asquais:• Amplificadores paramétricos• Osciladores controlados por tensão (VCO)• Geradores de sinais com frequência sintetizada• Filtros passa faixa, com largura de banda ajustável• Geradores de frequências harmônicas.Para que os técnicos possam consertar os equipamentos citados acima, precisamprimeiro conhecerem o seu funcionamento e suas principais características, que serãovistos na sequência.
  9. 9. Diodo túnelO diodo túnel ou díodo Esaki é um tipo de diodo semicondutor extremamente rápido,que opera na casa dos GHz, através da utilização dos efeitos da mecânica quântica.Recebeu o nome do físico Leo Esaki, que em 1973 recebeu o Prêmio Nobel em Físicapela descoberta do efeito túnel utilizado neste tipo de diodo semicondutor.Ele funciona somente na área de resistência negativa, ou seja diminui a tensão aumentaa corrente, somente quando tem-se uma tensão muito próxima de zero (chamada deavalanche, do diodo zener), ou seja, ele só funciona como diodo túnel quandopolarizado diretamente e sob tensões bem baixas, para tensões fora dessa região elefunciona como um diodo comum.Resumidamente, o diodo túnel só atua com propriedades especificas em baixas tensões.
  10. 10. Diodo schottkyDiodo Schottkyé um tipo de diodo que utiliza o efeito Schottky na semicondução. Seu nome é umahomenagem ao físico alemão Walter Schottky. Esse Diodo serve para diminuir acarga "armadilha" no diodo. Um diodo comum ao passar da região direta decondução para a reversa, produz em um curto tempo uma corrente reversa alta,resultante de cargas armadilhas, tendo um efeito importante no uso de diodosatravés de frequência alta, com a fabricação de um diodo utilizando-se ao invés domaterial P um metal, não haverá lacunas que possam armadilhar elétrons vindos dosoutros materiais durante a corrente direta, de forma que na passagem para correntereversa haverá este aumento de corrente.O principal destaque do diodo schottky é o menor tempo de recuperação, pois nãohá recombinação de cargas do diodo de junção. Outra vantagem é a maior densidadedecorrente, o que significa uma queda de tensão direta menor que a do diodocomum de junção. A contrapartida é uma corrente inversa maior, o que podeimpedir o uso em alguns circuitos. São usados principalmente em circuitos de altafrequência, de alta velocidade de comutação
  11. 11. Diodos emissores de luz (LED)Ao passar por uma junção PN, elétrons sofrem transições de níveis de energia e, deacordo com princípios da física quântica, devem emitir alguma radiação.Semicondutores de germânio, de silício e outros comuns não emitem radiaçãovisível.Mas ela é emitida por alguns semicondutores de compostos químicos, comoarsenieto de gálio, fosfeto de gálio e índio, etcO diodo led deve ser diretamente polarizado para emitir luz. A Figura dá um circuitobásico. Para a determinação de R uma vez conhecido V, pode-se supor correntemáxima de 20 mAA tensão inversa máxima da maioria dos leds é pequena, de forma que umainversão de polaridade com alguns volts pode ser suficiente para danificar.
  12. 12. FotodiodoO fotodíodo é um díodo semicondutor no qual a corrente inversa varia com ailuminação que incide sobre a sua junção PN.A corrente que existirá sem nenhuma iluminação aplicada é geralmente da ordem dos10mA nos fotodíodos de germânio e de 1mA nos fotodíodos de silícioCaracterísticas de um fotodíodo: Aplicações dos fotodíodos:·Comprimento de onda (l) da luz que ·Sistemas de segurança anti-roubo.accionará o dispositivo. ·Abertura automática de portas.·Área sensível do componente que ·Regulação automática de contraste edeverá receber o feixe de luz. brilho na TV.
  13. 13. SCR - TiristorO Tiristor SCR (Silicon Controlled Rectifier) foidesenvolvido por um grupo de engenheirosdo Bell Telephone Laboratory (EUA) em 1957.É o mais conhecido e aplicado dos Tiristoresexistentes. Tiristor é o nome genérico dado àfamília dos componentes compostos porquatro camadas semicondutoras (PNPN).Os Tiristores SCR’s funcionam analogamente aum diodo, porém possuem um terceiroterminal conhecido como Gatilho (Gate ouPorta). Este terminal é responsável pelocontrole da condução (disparo). Em condiçõesnormais de operação, para um SCR conduzir,além de polarizado adequadamente (tensãopositiva no Ânodo), deve receber um sinal decorrente no gatilho, geralmente um pulso.
  14. 14. Experiências O que fazemos é ligar o diodo em série com uma lâmpada de modo que a corrente tenha de passar através dele para alimentá-la.. Assim, conforme ilustra a figura, observamos que quando ligamos o diodo de modo que ele seja polarizado no sentido direto, a corrente pode passar com facilidade e a lâmpada acenderá. No entanto, se o diodo for invertido a lâmpada não acenderá, pois ele estará polarizado no sentido inverso, condição na qual a corrente não passa.
  15. 15. Aplicações SimplesProtetor de Aparelhos Qualquer Polaridade: A Ponte de GraetzRedutor de Tensão Circuito de “Reforço” de Potência
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