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CENTRO UNIVERSITÁRIO INTERNACIONAL UNINTER 
ESCOLA SUPERIOR POLITÉCNICA 
BACHARELADO EM ENGENHARIA ELÉTRICA 
DISCIPLINA DE PBL – MATERIAIS ELÉTRICOS 
 
 
 
 
 
 
ANÁLISE DE MATERIAIS SEMICONDUTORES: FUNCIONAMENTO 
E APLICAÇÕES DOS DIODOS 
 
 
 
 
 
 
 
 
ALUNOS: TALISON CRISTIAN VIEIRA FARIAS 
PROFESSORA: ELIANE SILVA CUSTÓDIO 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
RIO BRANCO - AC 
2025 
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SUMÁRIO 
 
1 INTRODUCAO ............................................................................................................................................ 3 
1.1 FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA .................................................................................................................................................... 3 
1.2 OBJETIVOS .................................................................................................................................................................................... 3 
1.2.1 Objetivo geral .................................................................................................................................. 3 
1.2.2 Objetivos específicos ....................................................................................................................... 3 
2 DESENVOLVIMENTO .............................................................................................................................. 4 
2.1 JUNÇÃO PN .................................................................................................................................................................................... 4 
2.2 MATERIAIS UTILIZADOS (CONSTRUÇÃO E DOPAGEM) ...................................................................................................... 5 
2.3 PRINCÍPIO DE FUNCIONAMENTO DO DIODO E EQUAÇÕES ................................................................................................ 5 
2.4 PRINCÍPIO DE FUNCIONAMENTO DO LED .............................................................................................................................. 7 
2.5 OUTROS TIPOS DE DIODOS E APLICAÇÕES ............................................................................................................................ 8 
2.5.1 CÁLCULOS DE DIMENSIONAMENTO (DIODO ZENER) ......................................................................................................... 9 
2.5.2 EXEMPLO PRÁTICO DE DIMENSIONAMENTO...................................................................................................................... 10 
3 CONCLUSÕES .......................................................................................................................................... 13 
4 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ..................................................................................................... 14 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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1 INTRODUÇÃO 
 A eletrônica moderna baseia-se fundamentalmente no controle do fluxo de elétrons através 
de materiais semicondutores. Diferente dos resistores, que são dispositivos lineares onde a cor-
rente é diretamente proporcional à tensão, os diodos apresentam um comportamento não linear 
devido à sua barreira de potencial. 
 O presente trabalho visa explorar o funcionamento dos diodos, componentes essenciais for-
mados pela junção de materiais semicondutores dopados, que permitem a passagem de corrente 
preferencialmente em um único sentido. 
1.1 FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA 
Para a compreensão aprofundada do funcionamento dos diodos, é imprescindível estabelecer 
os conceitos básicos sobre a estrutura atômica dos materiais semicondutores1. Segundo Boyles-
tad (2013), os materiais encontrados na natureza podem ser classificados em três grupos com 
base em sua condutividade elétrica: condutores, isolantes e semicondutores. 
 Os semicondutores, sendo o Silício (Si) e o Germânio (Ge) os mais utilizados na indústria 
eletrônica, possuem características únicas devido à sua estrutura atômica tetravalente. Em sua 
forma pura (intrínseca), esses materiais comportam-se como isolantes a baixas temperaturas. 
No entanto, a teoria das bandas de energia explica que o gap de energia entre a banda de valên-
cia e a banda de condução é relativamente pequeno, permitindo que, sob excitação térmica, 
elétrons saltem para a banda de condução. 
 A eletrônica de estado sólido baseia-se na manipulação dessa condutividade através do pro-
cesso de dopagem, criando materiais tipo N (excesso de elétrons) e tipo P (excesso de lacunas). 
1.2 OBJETIVOS 
1.2.1 Objetivo Geral 
Compreender o princípio de funcionamento dos diodos de forma abrangente, analisando suas 
características físicas e suas aplicações práticas em circuitos elétricos e eletrônicos. 
1.2.2 Objetivos Específicos 
• Descrever a formação e o comportamento da Junção PN. 
• Identificar os materiais semicondutores e os processos de dopagem utilizados na cons-
trução dos diodos. 
• Explicar o funcionamento do diodo em polarização direta e reversa. 
• Detalhar o funcionamento do Diodo Emissor de Luz (LED). 
• Apresentar outros tipos de diodos e suas respectivas aplicações no mercado. 
 
 
4 
 
2 DESENVOLVIMENTO 
 
2.1 JUNÇÃO PN 
 
 A base de funcionamento do diodo é a junção PN. Ela é formada pela união metalúrgica de 
um cristal semicondutor do tipo P (rico em lacunas, ou portadores majoritários positivos) com 
um cristal do tipo N (rico em elétrons livres, ou portadores majoritários negativos). 
 No momento em que essa junção é criada, ocorre uma difusão inicial de portadores de carga 
que cria uma região desprovida de portadores livres, conhecida como região de depleção ou 
barreira de potencial. Essa barreira impede o fluxo contínuo de corrente até que uma tensão 
externa seja aplicada para vencê-la. 
 
 
 
Figura 1: Estrutura da Junção PN. 
 
 
 
 
 
 
 
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2.2 MATERIAIS UTILIZADOS (CONSTRUÇÃO E DOPAGEM) 
 
Os materiais mais comuns para a construção de diodos são o Silício e o Germânio. Para alterar 
sua condutividade intrínseca, realiza-se o processo de dopagem: 
 
• Material Tipo N: Ocorre a dopagem com elementos pentavalentes (como o Fósforo ou Arsê-
nio), que possuem cinco elétrons na camada de valência. Quatro deles fazem ligações covalen-
tes com o silício, e o quinto torna-se um elétron livre. 
• Material Tipo P: Ocorre a dopagem com elementos trivalentes (como o Boro ou Gálio). Como 
possuem apenas três elétrons na valência, cria-se uma "lacuna" na estrutura cristalina que age 
como uma carga positiva, aceitando elétrons livres. 
 
 
2.3 PRINCÍPIO DE FUNCIONAMENTO DO DIODO E EQUAÇÕES 
 
O diodo funciona como uma chave eletrônica acionada por tensão, dependendo da polaridade 
aplicada em seus terminais: Anodo (A) e Catodo (K). 
• Polarização Direta: Quando o potencial positivo é aplicado ao Anodo e o negativo ao 
Catodo, a barreira de potencial é reduzida. Se a tensão da fonte for superior à tensão de 
joelho (Vk), o diodo conduz corrente intensamente. 
• Polarização Reversa: Quando a polaridade é invertida, a região de depleção se alarga, 
impedindo a passagem de corrente significativa (apenas uma corrente de fuga desprezí-
vel). 
O comportamento matemático da corrente em um diodo é descrito pela Equação de Shockley, 
que deve ser centralizada conforme as normas: 
𝐼𝐷 = 𝐼𝑆 (𝑒
𝑉𝐷
𝑛 𝑉𝑇 − 1) (1) 
 
 
 
 
 
 
 
6 
 
Onde: 
• 𝐼𝐷 é a corrente direta através do diodo; 
• 𝐼𝑆 é a corrente de saturação reversa; 
• 𝑉𝐷 é a tensão aplicada sobre o diodo; 
• n é o fator de idealidade; 
• 𝑉𝑇 é a tensão térmica. 
 
Essa equação demonstra a não-linearidade do componente, diferenciando-o dos resistores line-
ares. 
 
 
 Figura 2: Curva característica e simbologia do diodo silício. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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2.4 PRINCÍPIO DE FUNCIONAMENTO DO LED 
 
O LED(Light Emitting Diode) opera sob o princípio da eletroluminescência. Quando polari-
zado diretamente, os elétrons da região N cruzam a junção e se recombinam com as lacunas da 
região P. Durante essa recombinação, os elétrons transitam de um nível de energia mais alto 
para um mais baixo, liberando essa diferença de energia na forma de fótons (luz). 
Diferente dos diodos de silício comuns que liberam calor, os LEDs são feitos de materiais como 
Arsenieto de Gálio (GaAs) que favorecem a emissão luminosa. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 Figura 3: Aspecto físico de um LED. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 Figura 4: Constituição interna de um diodo LED. 
 
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2.5 OUTROS TIPOS DE DIODOS E APLICAÇÕES 
 
Além dos retificadores e LEDs, existem diodos para fins específicos: 
Diodo Zener: O diodo Zener é um dispositivo ou componente eletrônico semelhante a um 
diodo semicondutor, especialmente projetado para trabalhar sob o regime de condução inversa, 
ou seja, acima da tensão de ruptura da junção PN. O dispositivo leva o nome em homenagem a 
Clarence Zener, que descobriu esta propriedade elétrica. 
 
 
 
 
 
 
 
 Figura 5: Diodo Zener e Símbolo. 
Qualquer diodo inversamente polarizado praticamente não conduz corrente desde que não ul-
trapasse a tensão de ruptura. No diodo Zener acontece a mesma coisa. A diferença é que, no 
diodo convencional, ao atingir uma determinada tensão inversa, a corrente aumenta brusca-
mente, destruindo o dispositivo. No diodo Zener, por outro lado, ao atingir uma tensão chamada 
de Tensão Zener ( 𝑉𝑍), o dispositivo passa a permitir a passagem de correntes bem maiores que 
a de saturação inversa, mantendo constante a tensão entre os seus terminais. Cada diodo Zener 
possui uma tensão específica como, por exemplo, 5,1 Volts, 6,3 Volts, 9,1 Volts, 12 Volts e 24 
Volts. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 Figura 6: Aspecto físico de um Diodo Zener. 
 
 
9 
 
2.5.1 Cálculos de Dimensionamento (Diodo Zener) 
 
Um dado importante na especificação do componente a ser utilizado é a potência do dispositivo. 
Por exemplo, existem diodos Zener de 400 mili Watts e 1 Watt. O valor da corrente máxima 
admissível depende dessa potência e da tensão de Zener. É por isso que o diodo Zener se en-
contra normalmente associado com uma resistência ligada em série, destinada precisamente a 
limitar a corrente a um valor admissível. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 Figura 7: Esquema elétrico de um Circuito Regulador de Tensão com Diodo Zener. 
 
 A seguir são apresentadas as fórmulas para o cálculo do resistor de polarização (𝑅𝑆). 
 
A) Corrente Máxima (𝐼𝑍𝑚𝑎𝑥): 
𝐼𝑍𝑚𝑎𝑥 =
𝑃𝑧
𝑉𝑧
 
B) Corrente Mínima(𝐼𝑍𝑚𝑖𝑛): 
𝐼𝑍𝑚𝑖𝑛 = 𝐼𝑍𝑚𝑎𝑥 × 0,10 
 
C) Resistor Limitador (𝑅𝑆): 
𝑅𝑆𝑚𝑖𝑛 =
𝑉𝐶𝐶 − 𝑉𝑍
𝐼𝑍𝑚𝑎𝑥
 
𝑅𝑆𝑚𝑎𝑥 =
𝑉𝐶𝐶 − 𝑉𝑍
𝐼𝑍𝑚𝑖𝑛
 
𝑅𝑆 =
𝑅𝑆𝑚𝑖𝑛 + 𝑅𝑆𝑚𝑎𝑥
2
 
 
10 
 
Onde: 
• 𝑉𝐶𝐶: Tensão da fonte. 
• 𝑉𝑆: Tensão do Zener. 
• 𝑃𝑍: Potência do Zener. 
• 𝑅𝑆: Resistor limitador em série. 
 
 
 
 
 
 
 
 Figura 8: Esquema elétrico genérico para cálculo de variáveis. 
2.5.2 Exemplo Prático de Dimensionamento 
A seguir temos um exemplo de cálculo do resistor para um zener de 5,1V e 0,5W em uma fonte 
de 15V. Aplicando as fórmulas, temos: 
𝐼𝑍𝑚𝑎𝑥 =
0,5
5,1
= 0,098 𝐴 
𝑅𝑍𝑚𝑖𝑛 =
15 − 5,1
0,098
= 101,02 Ω 
𝑅𝑍𝑚𝑎𝑥 =
15 − 5,1
0,0098
= 1010,20 Ω 
𝑅𝑆 =
1010,2 + 101,02
2
= 555,61 Ω 
Assim, o resistor que deve ser colocado em série com o zener é de aproximadamente 555,6 Ω. 
Pode-se adotar o valor comercial de 560 Ω. 
 
 
 
 
 
 
 Figura 9: Memorial de cálculo do exemplo prático. 
 
11 
 
Fotodiodo: Opera de forma inversa ao LED. Sua junção é exposta à luz através de uma janela 
transparente; quando fótons incidem sobre a junção, geram-se pares elétron-lacuna, permitindo 
o fluxo de corrente reversa. É usado em sensores de luz e controles remotos. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 Figura 10: Fotodiodo e Símbolo 
Diodo Schottky: Um diodo Schottky é um diodo semicondutor que se distingue por sua rá-
pida velocidade de comutação e baixa queda de tensão direta quando polarizado. Ele é cons-
truído com uma junção metal-semicondutor (em vez de uma junção P-N como em diodos co-
muns), o que lhe permite conduzir corrente mais rapidamente e com menos perda de energia. 
Essa característica o torna ideal para aplicações de alta frequência, como fontes de alimenta-
ção chaveadas e circuitos de proteção. 
Principais características: 
• Baixa queda de tensão direta: 
A tensão necessária para que o diodo comece a conduzir é muito menor, geralmente entre 0,15 
e 0,45 volts, comparada a aproximadamente 0,7 volts em diodos de silício padrão. 
• Alta velocidade de comutação: 
A junção metal-semicondutor não armazena carga de forma significativa, permitindo que ele 
mude de estado condutor para bloqueio muito mais rapidamente do que os diodos comuns. 
• "Portadora majoritária": Opera principalmente com um tipo de portador de carga (elé-
trons em um semicondutor tipo-N), evitando a recombinação lenta que ocorre nos diodos 
P-N. 
 
 
 
12 
 
Aplicações 
• Fontes de alimentação chaveadas: Usado para retificação rápida em circuitos de alta fre-
quência. 
• Circuitos de proteção: Protege contra transientes e surtos de tensão. 
• Circuitos de RF: A alta velocidade é útil em detectores e misturadores de radiofrequência. 
• Fontes de áudio: Utilizado em fontes de alimentação de equipamentos de áudio para me-
lhorar a qualidade do som. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 Figura 11: Símbolo Diodo Schottky 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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3 CONCLUSÕES 
 
A realização desta atividade prática permitiu atingir o objetivo geral proposto, proporcionando 
uma compreensão aprofundada sobre o princípio de funcionamento dos diodos e a física dos 
materiais semicondutores. Foi possível constatar que, diferentemente dos componentes lineares 
como os resistores, os diodos apresentam um comportamento não linear descrito pela Equação 
de Shockley, característica esta que é fundamental para o controle direcional de correntes em 
circuitos eletrônicos. 
A análise teórica da estrutura atômica evidenciou que a tecnologia de dopagem — a introdução 
controlada de impurezas trivalentes e pentavalentes em cristais de Silício ou Germânio — é o 
processo chave que permite transformar um material intrinsecamente isolante em um condutor 
controlado. A formação da região de depleção na Junção PN foi identificada como o mecanismo 
físico responsável pela barreira de potencial, exigindo uma tensão de polarização direta especí-
fica (aproximadamente 0,7V para o Silício) para permitir a condução elétrica. 
Além disso, o estudo comparativo entre os diferentes tipos de diodos demonstrou a versatilidade 
dessa tecnologia. Observou-se que pequenas alterações na construção física e na concentração 
de dopagem resultam em aplicações completamente distintas: desde a conversão de energia 
elétrica em luminosa através da eletroluminescência nos LEDs, até a regulação precisa de ten-
são operando na região de ruptura com os Diodos Zener, ou a comutação de alta velocidade 
com os Diodos Schottky. 
Portanto, conclui-se que o domínio sobre o comportamento da junção PN não se restringe ape-
nas ao entendimento de um componente isolado, mas constitui a base para a compreensão de 
dispositivos mais complexos, como os transistores. O conhecimento adquirido nesta atividade 
é, assim, indispensável para a atuação na Engenharia Elétrica, capacitando o profissional a di-
mensionar, analisar e projetar circuitos de retificação, sinalização e proteção com eficáciatéc-
nica. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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4 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 
• BOYLESTAD, Robert L.; NASHELSKY, Louis. Dispositivos Eletrônicos e Teoria 
de Circuitos. 11ª ed. São Paulo: Pearson, 2013. 
• UNINTER. Atividade Prática de Materiais Elétricos: Estudo do princípio de fun-
cionamento dos Diodos. Curitiba: Centro Universitário Internacional, [s.d.]. 
• UNINTER. Modelo de Relatório Técnico. Curitiba: Escola Superior Politécnica, 
[s.d.].