Elt 6 diodos especiais

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ELIÉSIO 
 
1
ESCOLA TÉCNICA REZENDE-RAMMEL 
 
CURSO TÉCNICO DE MECATRÔNICA 
 
ELETRÔNICA APLICADA I 
 
NOME _______________________ TURMA _______ ANO ___ 
 
 
DIODOS ESPECIAIS 
 
 DIODO EMISSOR DE LUZ (LED) 
 
 O diodo, quando polarizado diretamente, uma grande quantidade de portadores atravessam a 
junção. Neste processo alguns se recombinam com átomos ionizados, perdendo energia. Nos diodos de 
silício e de germânio esta transferência de energia se dá principalmente na forma de calor. Nos diodos 
emissores de luz (LED) a junção é formada por arseneto de gálio (GaAs) que libera energia na forma 
de luz. 
 
 
 SIMBOLOGIA 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 LED DE LUZ VISÍVEL → são normalmente feitos a partir do arseneto de gálio acrescidos de 
fósforo que, dependendo da quantidade, podem irradiar luzes vermelha, laranja, amarela, verde, azul. 
E são usados normalmente como sinalizadores luminosos. 
 
 LED INFRAVERMELHO → Podem ser construídos com antimoneto de índio (InSb) e podem 
ser utilizados em alarmes, transmissão de dados por fibra óptica, sistemas de controle, e outros sistemas 
que exijam radiação invisível. 
 
 LED LASER →Feitos a partir de arseneto de gálio (GaAs) acrescido de alumínio (Al) e são 
utilizador em equipamentos leitura ou emissores laser. 
 
 LED ULTRAVIOLETA →São construídos à base de sulfato de zinco (ZnS) e utilizados em 
diversos sistemas, principalmente de grande precisão. 
 
 CARACTERÍSTICAS DO LED 
 Anodo Catodo 
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 Os LEDs apresentam as características dos diodos de junção. Conduzem quando polarizados 
diretamente e com tensão maior que a tensão necessária para vencer a barreira de potencial (Vd). 
 Comercialmente podemos encontrar LEDs para correntes na faixa de 10 mA a 50 mA e tensões na 
faixa de 1,5 V a 2,5 V. 
 
 CIRCUITO COM LED 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 FOTODIODO 
 
 Um diodo de junção, polarizado inversamente, possui uma corrente de fuga formada por 
portadores minoritários criados pela vibração térmica. Se houver incidência de luz sobre a junção PN, 
através de uma janela, esta energia pode gerar portadores aumentando a corrente reversa. 
 
 FOTODIODO é diodo com uma janela sobre a junção que permite a entrada de luz. Desta forma 
quanto maior a incidência de luz, maior a corrente no fotodiodo polarizado inversamente. 
 
 
 SIMBOLOGIA 
 
 
 
 CARACTERÍSTICAS DO FOTODIODO 
 
 Um valor típico da corrente “escura” nos fotodiodos de germânio é de 6 µA, e para corrente “luz” 
com iluminação de 1600 lux um valor típico é de 150 µA. Nos dispositivos de silício, valores típicos da 
corrente “escura” permanecem entre 0.01 µ A e 0.1µA e da corrente ”luz” com iluminação de 2000 lux 
entre 250µA e 300 µA. 
 
 CURVA CARACTERÍSTICA CORRENTE x ILUMINAÇÃO 
 
corrente de luz 
 (escala log) Quanto maior a incidência de luz, maior a corrente no fotodiodo 
 polarizado reversamente. 
 
 Quando o fotodiodo está trabalhando na região linear de sua curva 
 característica, a corrente reversa tem a mesma forma de onda da 
 amplitude luminosa incidente. 
 
 iluminação 
 (escala log.) 
 
 
ILED VLED 
ILED 10mA a 50mA 
VLED 1,5V a 2,5V 
 
 Valores típicos 
ILED=20 mA 
VLED=2,0 V 
ILED
VLEDVRs −
= 
D
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CURVA CARACTERÍSTICA CORRENTE x COMPRIMENTO DE ONDA DA LUZ 
 
 IR 
 Esta característica define a corrente 
 100 reversa (IR) do fotodiodo provocada 
 pelo comprimento de onda(λ) da luz 
 75 incidente. 
 
 50 
 
 25 
 
 10 
 
 0.4 0.6 0.8 1.0 1.1 λ(µm) 
 
 
 DIODO VARICAP: 
 
 O diodo varicap ou varactor é um diodo de capacitância variável que usa a capacitância 
produzida por uma função PN polarizada inversamente A polarização reversa produz uma região na 
junção virtualmente isenta de portadores de carga, a camada ou região de depleção, que forma uma 
camada isolante entre as duas regiões de condução P e N. Um capacitor de placas paralelas é, portanto 
formado e como a largura da camada de depleção depende da polarização reversa, é obtida uma 
capacitância variável. 
 
 
 SIMBOLOGIA 
 
 
 
 
 CURVA CARACTERÍSTICAS 
 
 Cj 
 P N RR 
 + + + + − − − − 
 + + + + − − − − ⇒ 
 + + + + − − − − 
 Cj V 
 CAMADA DE DEPLEÇÃO 
 (capacitância da junção) 
 
 UTILIZAÇÃO 
 
 SINTONIA NOS CIRCUITOS RESSONANTE MUITO UTILIZADO EM 
EQUIPAMENTOS DE TELECOMUNICAÇÕES: 
 
 Valores típicos de capacitância para esse tipo de diodo são 230 pF a 13 pF com uma faixa de 
tensões de 1V a 30 F e 20 pF a 2 pF com uma faixa de tensões de 6,5V a 25V. 
 Os diodos destinados como elementos de sintonia são fabricados de silício. 
varicap
 
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 SINTONIA NA FREQUÊNCIA DE MICROONDAS: 
 
 O valor de capacitância é pequeno, somente alguns picofarades, para dar uma alta frequência de 
corte em operação eficiente. A faixa de capacitância 5 pF a 1pF com uma variação de tensão de 1 V a 12 
V. 
 São normalmente fabricados de arseneto de gálio. 
 
 MULTIPLICAÇÃO DE FREQUÊNCIAS: 
 
 A variação da capacitância com a tensão aplicada, é não-linear, e assim a aplicação de uma forma 
de onda produz no diodo uma descontinuidade criando harmônicos. 
 Ao realizar a sintonia nos harmônicos temos as multiplicações de frequência. 
 
 CONVERSOR DE FREQUÊNCIA 
 
 A característica não-linear pode ser usada como misturador para fornecer conversão de frequência. 
Onde dois sinais de entrada são aplicados, e é extraída a frequência soma (conversor ascendente-“ UP-
converter”) ou diferença (conversor descendente- “Down-converter”). 
 A faixa de capacitância requerida nos diodos varicap para multiplicação de frequência é 
geralmente menor do que a requerida para sintonia. Em particular, nas freqüências de microondas a 
capacitância deve ser baixa para dar alta freqüência. E são fabricados com encapsula mentos adequado à 
inclusão nos guias de ondas. 
 
 
 
 DIODO DE RECUPERAÇÃO ESCALONADA 
 
 É uma variante do diodo varicap que recebe um nível de dopagem adequado para a junção PN de 
modo que o diodo possa ser comutado (ou chaveado) desde um estado de alta capacitância com 
polarização direta até um estado de baixa capacitância com polarização inversa. O diodo forma o 
elemento capacitivo de um circuito LC sintonizado. 
 Este tipo de diodo pode produzir multiplicação de freqüência até 20 vezes. 
 
 
 TABELASDE DIODOS VARICAP 
 
 
 DIODO DE CAPACITÂNCIA VARIÁVEL PARA SINTONIA (OPERAÇÃO EM UHF) 
 
 
TIPO Vrmax (V) `Cj a Vr (pF) (V) Cj a Vr .(pF) (V) 
BA163 14 10 10 260 0 
BA182 35 1.0 20 
BB105B 28 2.3 25 
BB113 32 13 30 280 1.0 
B122 30 2.8 25 13 3.0 
BBY22 100 47 4.0 
DC4227C 68 4.0 
DC4244 350 4.0 
ITT210 20 5.0 10 20 1.0 
ZC700 30 6.8 4.0 
ZC800 25 1.8 20 10 2.0 
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 DIODO DE CAPACITÂNCIA VARIÁVEL PARA SINTONIA (OPERAÇÃO EM 
MICROONDAS) 
 
TIPO Vrmax(V) Cj a Vr (pF) 
(V) 
C Vr .(Cj) (V) 
BXY53 60 1.0 4.0 
BXY54 60 4.7 4.0 
BXY55 60 15 4.0 
DC4201B 30 2.2 0 
DC4275B 30 4.7 0 
MA45064 25 0.5 4.0 
MA45109 45 15 4.0 
MA45149 90 15 4.0 
ZC751 30 3.9 4.0 
 
 
 DIODOS VARICAP MULTIPLICADORES 
 
TIPO Vrmax 
(V) 
Cj a Vr (pF) (V) 
BAY96 120 39 6.0 
BXY56 60 2.5 6.0 
BXY57 60 2.0 6.0 
DC7309A 120 35 6.0 
MA44100 150 30 6.0 
MA44150 15 0.6 6.0 
MA44210 100 16 6.0 
ZC29 6 0.55 0 
ZC41 20 0.5 20 
ZC0112 35 3.0 0 
UN5152 75 7.5 6.0 
 
 DIODO TÚNEL 
 
 O diodo túnel usa uma junção PN com ambas as regiões P e N muito fortemente dopadas. O 
desempenho de tal junção é diferente do da junção geralmente usada em diodos. A camada de depleção é 
extremamente fina por causa do número muito grande de portadores de carga. Em conseqüência, a 
corrente direta começa a fluir numa tensão mais baixa do que num diodo normal, muitas vezes em 
polarização zero, ou seja, a polarização direta produz condução imediata. 
 A corrente aumenta com o aumento da polarização direta até atingir um valor máximo Ip (corrente 
de pico) quando a tensão no diodo iguala-se a tensão Vp (tensão de pico). A seguir a corrente diminui até 
um valor mínimo Iv (corrente de vale) a uma tensão Vv (tensão de vale). A partir deste ponto a 
característica do diodo túnel torna-se como a de um diodo de junção. 
 A região entre os pontos do pico e do vale é chamada região de resistência negativa, porque nesta 
região um aumento de tensão produz uma diminuição na corrente. 
 A resistência negativa é útil em circuitos osciladores que são capazes de converter potência CC 
em potência CA. Freqüências de até 100 GHz têm sido obtidas, porém, a potência de saída é baixa, sendo 
os valores típicos de 10 mW a 5 GHz e 0,2 mW a 50 GHz. 
 O diodo túnel apesar de apresentar baixa potência, tem se mostrado vantajoso, no entanto, como 
amplificador de resistência negativa por causa de seu desempenho de baixo ruído. 
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 CURVA CARACTERÍSTICA 
 
 
 I 
 
 
 Ip 
 
 Iv 
 Vp Vv V 
 
 
 
 SIMBOLOGIA 
 
 
 A K 
 ânodo cátodo 
 
 
 DIODO INVERSO 
 
 É uma forma de diodo túnel muito usado em freqüência de microondas. Apresenta um nível de 
dopagem muito alto, e com isto o diodo rompe numa tensão inversa muito baixa. Ele é, com efeito, um 
diodo zener com ruptura próxima de zero volt (0V). A resistência reversa é, portanto muito baixa. Mais 
baixa que a resistência direta. 
 Os diodos inversos são usados como detetores muito sensíveis, nas freqüências de microondas de 
até 40 GHz. 
 
 
 TABELA: 
 
 
TIPO FREQUÊNCIA(GHz) 
AEY29 12 a 18 
AEY31 1 a 18 
AEY32 18 A 40 
DC3010 9.3 
DC3011 16 
DC3021 9.3 
 
 
 
] SIMBOLOGIA CURVA CARACTERÍSTICA 
 I 
 
 A K 
 0.1 
 ânodo cátodo 0.7 V 
 
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 DIODO SCHOTTKY: 
 
 Em baixas freqüências um diodo comum pode se desligar facilmente quando a polarização varia 
de direta para reversa. Mas à medida que a freqüência aumenta, o diodo chega num ponto onde não pode 
se desligar suficientemente rápido para evitar uma corrente considerável durante parte do tempo reverso. 
 O diodo de barreira Schottky usa uma junção de metal semicondutor como elemento de 
retificação. De fato, o diodo Schottky faz uso construtivo do que pode ser uma desvantagem em muitos 
dispositivos de estado sólido. A “resistência de contato” entre a fração de pastilha do semicondutor e os 
fios condutores metálicos. 
 O material semicondutor usado é silício fortemente dopado ou arseneto de gálio, sobre o qual uma 
fina camada de material N de alta resistividade é crescida. Isto dá ao diodo uma baixa capacitância e uma 
alta tensão de ruptura. 
 O fluxo de corrente num diodo Schottky é inteiramente devido aos portadores majoritários, No 
sentido direto, elétron do material semicondutor são injetados no metal. Estes elétrons rapidamente 
perdem suas energias, e, portanto não podem atravessar a junção quando a polaridade é invertida. Os 
diodos Schottky não podem, portanto experimentar os efeitos da recuperação reversa do armazenamento 
de portadores majoritários. Eles podem, portanto serem usados eficientemente nas freqüências de 
microondas como diodos misturadores e como diodos detetores com baixo ruído e alta sensibilidade. 
 
 Uma aplicação importante dos diodos Schottky é nos computadores digitais. A velocidade dos 
computadores depende da rapidez com que seus diodos e transistores conseguem se ligar e desligar. É aí 
que entra o diodo Schottky. Pelo fato dele não ter armazenamento de carga, o diodo Schottky tornou-se a 
peça fundamental da TTL Schottky de baixa potência, um grupo de dispositivos digital amplamente 
usado. 
 DIODOS SCHOTTKY 
 
DIODOS MISTURADORES 
Tipo Faixa freq. 
(GHz) 
Ruído (dB) 
BAT10 1 a 12 7.5 
BAV72 26 a 40 10.0 
BAV96D 1 a 12 6.0 
BAW95G 1 a 12 6.5 
DC1304 9.3 6.0 
DC1304A 16.0 6.5 
DC1501F 9.3 7.0 
DC1504E 9.3 7.5 
MA4861H 16.0 6.5 
MA4882 1.0 5.5 
 
 SIMBOLOGIA ESTRUTURA 
 
 
 A K 
 METAL N 
 ânodo cátodo 
 
 
 
 
 
DIODOS DETETORES 
Tipo Faixa freq. 
(GHz) 
Ruído 
(dB) 
BAV46 8 a 12 10 
BAV75 8 a 14 10 
BAV97 8 a 12 10 
MA40025 3.0 
MA40027 10.0 
 
SCHOTTKY
 
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 DIODO PIN: 
 
 No diodo PIN, uma camada de silício intrínseco separa as regiões P e N. Os portadores que saem 
das regiões dopadas têm que atravessar a região intrínseca antes de alcançar o lado oposto da junção. O 
tempo de trânsito através da região intrínseca limita a freqüência de operação como um retificador a 
aproximadamente 100 MHz. Nas freqüências de microondas, a estrutura PIN apareceria simplesmente 
como uma resistência linear. No entanto, se for aplicada uma polarização direta, os portadores são 
injetados na região intrínseca e a resistência cai abruptamente. A diferença entre a resistência com a 
polarização direta e com polarização reversa (quando não são injetados portadores) pode ser de fato de 
muitos milhares. Esta propriedade do diodo Pin permite que ele seja usado como um modulador ou 
comochave nos sistemas de microondas. O diodo Pin também é usado como um atenuador controlando 
a tensão. 
 
 
 DIODOS PIN 
 
 
DIODOS DE COMUTAÇÃO 
 
 
Tipo VR (V) Cd (pF) P total Tempo de vida dos 
portadores (ns) 
Velocidade de 
comutação (ns) 
DC2019 100 0.2 10 
DC2419A 150 30Wcw 50 
MA47051 100 0.35 250Wpk 75 5 
MA47079 500 0.4 8KWpk 1500 100 
MA4784 1000 3.8 30KWpk 15000 650 
ZC3202 200 0.32 3.0W 100 
 
 USO GERAL 
 
 
 
Tipo VR 
(V) 
Cd 
(pF) 
 P 
total 
Tempo de vida dos 
portadores (ns) 
Velocidade de comutação 
(ns) 
DC1015 500 1.0 2000 
DC2010 250 0.5 700 
DC2132A 800 0.48 4000 
MA47100 100 0.35 2000 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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AUTO-AVALIAÇÃO DIODOS ESPECIAIS 
 
NOME _______________________ TURMA _______ ANO ___ 
 
 
1) Determine o valor de Rs para ligar o LED do circuito abaixo. 
 
+5V
Rs
LED
 
2) Projete um circuito para alimentar um LED que servirá de indicação luminosa de lanterna do carro 
ligada. A bateria do carro é de 12V. 
 
 
 
 
 
3) Explique o funcionamento de um fotodiodo. 
 
 
 
 
 
4) Explique o funcionamento de um varicap. 
 
 
 
 
 
5) Explique o funcionamento de um diodo túnel. 
 
 
 
 
 
6) Explique o funcionamento de um diodo inverso. 
 
 
 
 
 
7) Explique o funcionamento de um diodo Schottky. 
 
 
 
 
.8) Explique o funcionamento de um diodo PIN.