Diodos Específicos: Zener e LED

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03 Diodos com Finalidade Específica: 
 
3.1 Introdução: 
Os diodos retificadores e de pequeno sinal sao otimizados para a retificação. 
Mas isso não é tudo que um diodo pode fazer. Discutiremos os diodos usados em 
aplicações não retificadoras. 
 
3.2 O diodo zener: 
 Os diodos retificadores e de pequeno sinal nunca devem operar na região de 
ruptura, pois isso pode danificá-los. Um diodo zener é diferente. Trata-se de um diodo 
de silício onde o fabricante o otimiza para trabalhar justamente na região de ruptura. 
 São muito usados para regulação de tensão. 
 
3.2.1 Símbolo e Gráfico: 
 
Variando-se o nível de dopagem dos diodos de silício, o fabricante pode 
produzir diodos zener com tensões de ruptura de 2 até 200V. Tais diodos podem 
funcionar em qualquer uma das três regiões: direta, fuga ou de ruptura. 
O gráfico anterior, ilustra o funcionamento do zener. Na região direta, ele 
começa a conduzir por volta de 0,7V (como um diodo comum). Na região de fuga (entre 
zero e a ruptura), ele apresenta apenas uma pequena fuga ou corrente reversa. Num 
diodo zener, a ruptura tem um joelho muito pronunciado, seguido de um aumento de 
corrente praticamente vertical. Observe que a tensão Vz é praticamente constante em 
quase toda região de ruptura. As folhas de dados geralmente especificam a tensão Vz 
numa determinada corrente de teste Izt. 
 
3.2.2 Especificações Máximas: 
 A potência dissipada num diodo zener é igual ao produto da sua tensão pela 
corrente: 
 Pz = VzIz 
 Ex.: Se Vz = 12V e Iz = 10mA, então: 
 Pz = 12V . 10mA = 120mW. 
 Desde que Pz seja menor que a especificação de potência, o diodo zener pode 
funcionar na região de ruptura sem ser destruído. Os diodos zener comercialmente 
disponíveis tem especificações de potência a partir de 1/4W, e podem chegar até 50W. 
As folhas de dados, muitas vezes informam a corrente máxima de um diodo zener, sem 
atingir a potência máxima. 
 Izm = Pzm / Vz. 
 Onde: Izm = máxima corrente zener especificada. 
 Pzm = potência especificada. 
 Vz = tensão zener. 
 Ex.: um diodo zener de 12V com uma especificação de potência de 400mW tem 
uma corrente especificada de: Izm = 400mW / 12V = 33,3mA. 
 Resumo: um resistor limitador de corrente, que garante uma corrente máxima de 
33,3mA, garante funcionamento normal deste diodo zener na região de ruptura. 
 
3.2.3 Resistência zener; 
 Quando um diodo zener está funcionando na região de ruptura, um aumento na 
corrente produz um ligeiro aumento de tensão. Isso implica que o diodo zener tenha 
uma pequena resistência CA. As folhas de dados especificam a resistência zener para a 
mesma corrente de teste Izt usada para medir Vz. 
 Ex.: A folha de dados no 1N3020, indica: 
Vzt = 10V, Izt = 25mA e Zzt = 7Ω. Significa que o diodo zener tem uma tensão de 10V 
e uma resistência zener de 7Ω quando a correte for 25mA. 
 
3.2.3 Regulação de Tensão: 
 O objetivo do diodo zener é manter a tensão em determinado circuito constante 
(ou quase constante), mesmo que a corrente deste circuito varie. Para o funcionamento 
correto, o diodo zener é polarizado reversamente, conforme figura. A tensão Vs da fonte 
tem que ser sempre maior que a tensão Vz. Um resistor Rs em série polariza o circuito, 
mantendo a corrente dentro de limites que não excedam a especificação de potência do 
zener. 
Is = (Vs – Vz) / Rs 
 
 
3.2.4 O Regulador Zener: 
 Tomemos como base o circuito abaixo. 
 
 
Para analisar o circuito, é necessário descobrir a tensão Thevenin que alimenta o 
diodo. Retirando o diodo do circuito, o divisor de tensão permanece, formado por Rs e 
RL. Vth = (RL x Vs) / (Rs + RL) 
Para o funcionamento correto do diodo zener, Vth tem que ser maior que Vz. 
A corrente do diodo, como visto, será: Is = (Vs – Vz) / Rs 
Como a resistência zener é geralmente baixa, podemos admitir que VL = Vz, 
sendo assim, temos que IL = VL / RL. 
A corrente se divide entre as duas malhas, então: Is = Iz + IL. Para descobrir a 
corrente zener: Iz = Is – IL. 
 
3.3 Componentes opto-eletrônicos 
 Optoeletrônica é a tecnologia que associa a óptica com a eletrônica. 
 
3.3.2 Diodos Emissores de luz (LED) 
Numa corrente direta, quando os elétrons recombinam-se com as lacunas (após 
passarem pela região de depleção), dissipam energia (ou seja, a diferença de energia 
inicial e final) de alguma forma. Diodos Zener por exemplo, dissipam esta energia na 
forma de calor, LEDs no entanto irradiam luz. Através da utilização de elementos como 
gálio, arsênio e o fósforo por exemplo, podem ser produzidos LEDs que irradiam no 
vermelho, laranja, amarelo, verde,azul ou infravermelho. 
 
3.3.2.1 Tensão e corrente no LED: 
 Os LEDs normalmente têm uma queda de tensão típica de 1,5V a 2,5V, para 
correntes de 10 e 50mA. A queda de tensão exata depende da corrente, da cor, da 
tolerância do LED. Na prática, usa-se geralmente a tensão no LED como sendo 2,0V. 
 Em um circuito como o seguinte, temos o seguinte cálculo de corrente: 
I = ( 10V – 2V ) / 680Ω, genericamente: I = ( Vs – Vled) / Rs. 
 
 
3.3.3 Fotodiodo 
 Os fotodiodos são os diodos que são produzidos especialmente para serem mais 
sensíveis à incidência de luz, aumentando a sua corrente reversa. Com o aumento da 
intensidade de luz o número de portadores minoritários aumenta, aumentando também a 
corrente reversa. 
 
Símbolo: 
 
 
 
3.3.4 Optoacoplador: 
 Um opto acoplador associa um LED a um foto detector num único 
encapsulamento. Veja figura abaixo. 
 
 
 
 Assim, teremos Vsaida – V2 + I2R2 = 0, ou V saída = V2 – I2R2. 
 
3.4 Diodo Schottky 
Em baixas freqüências, um diodo pode se desligar facilmente quando a 
polarização varia de direta para reversa. Mas à medida que a freqüência aumenta, o 
diodo chega em um ponto onde não se desligar suficientemente rápido para evitar uma 
corrente considerável durante parte do semiciclo reverso. 
 
3.4.1 Armazenamento de Carga: 
 Por causa da vida média dos portadores minoritários, as cargas num diodo 
polarizado diretamente são armazenadas temporariamente em diferentes bandas de 
energia próximas da junção. Quanto maior a corrente direta, maior o número de cargas 
armazenadas. Este efeito é conhecido como “armazenamento de carga”. 
 
 
3.4.2 Tempo de Recuperação Reversa: 
 O armazenamento de carga é importante quando você tenta chavear um diodo de 
ligado para desligado. Isso porque se isso acontecer rapidamente, as cargas armazenadas 
podem fluir no sentido reverso por um intervalo de tempo. Quanto maior a vida média, 
maior o tempo durante o qual estas cargas podem contribuir para a corrente reversa. 
 O tempo que leva para desligar um diodo polarizado diretamente é chamado de 
“recuperação reversa” (trr). 
 Quando temos diodos com freqüência acima de 10MHz, é necessário usar diodos 
com menor recuperação reversa, que são os diodos Schottky. 
Símbolo 
 
 
 
3.5 O varactor 
O varactor (ou varicap) funciona como um "capacitor controlado por tensão". 
Imagine que o lado P e o lado N são as placas, e que a região de depleção representa o 
dielétrico, além disso, o circuito externo pode carregar esta capacitância retirando 
elétrons de valência do lado P e adicionando elétrons na banda de condução ao lado N. 
Desta maneira observamos a presença de um "capacitor" envolvido na estrutura. O 
ponto importante é que com o aumento da tensão reversa, a região de depleção aumenta, 
de maneira que a capacitância envolvida diminui, controlando-se a capacitância 
existente pela tensão aplicada no dispositivo. O varactor é um diodo de silício otimizado 
para a sua capacitância variável. 
 
Símbolo: 
 
 
3.6 Diodos de Corrente constante: 
 Há diodos que funcionam de uma forma exatameten oposta aos diodos zener. 
Em vez de manter a tensão constante, esses diodos mantêm a corrente constante. 
Conhecidos comom “diodos de corrente constante”, estes diodos mantém a corrente que 
passa por eles fixa, quando a tensão varia. 
 
3.7 Diodosde Recuperação em Degrau: 
 O diodo de recuperação em degrau tem o perfil de dopagem pouco comum 
mostrado na figura abaixo. Esse perfil indica que a densidade de portadores diminui 
perto da junção. Essa distribuição incomum de portadores produz um fenômeno 
chamado interrupção reversa. Durante o semiciclo positivo, o mesmo se comporta como 
um diodo comum. Mas no 2º semiciclo, cria-se uma corrente reversa por um breve 
intervalo de tempo, e logo após a corrente cai a zero. 
 
A forma de onda final é rica em harmônicas e pode ser filtrada para produzir 
uma senoidal de frequencia mais alta. Por isso, diodos deste tipo sao úteis nos 
multiplicadores de frequência. 
 
3.8 Diodos de Retaguarda: 
 Os diodos zener normalmente tem tensões de ruptura maiores que 2V. 
Aumentando-se o nível de dopagem, faremos com que o efeito zener ocorra próximo de 
zero, como mostra a figura. A condução direta ocorre por volta dos 0,7V, mas agora a 
condução reversa começa em proximadamente –0,1V. 
 São usados para retificar sinais baixos cujas amplitudes encontram-se entre 0,1 e 
0,7V. 
 
 
3.9 Diodos Túnel: 
 Aumentando-se o nível de dopagem de um diodo de retaguarda, podemos fazer a 
ruptura próximo de 0V. Além disso, a dopagem mais pesada distorce a curva direta. Um 
diodo assim é conhecido como Diodo Túnel, ou Diodo Esaki. A corrente atinge um 
valor máximo Ip (corrente de pico) quando a tensao do diodo iguala-se a Vp. A seguir a 
corrente diminui até um valor mínimo Iv (corrente de vale) a uma tensao Vv. 
 
 
3.10 Varistores 
 As descargas (relâmpagos), falhas na linha de alimentação, chaveamento de 
carga reativa, etc podem poluir a tensao da linha pela superposição de picos, vales e 
outros transitórios à rede elétrica. 
 Um dos componentes usados para filtra a linha, e eliminar esses ruídos é o 
varistor. Esses dispositivos se parecem com zener, um de “costas para o outro”, com 
uma tensão de ruptura bem alta em qualquer sentido.