6- Diodos Especiais - Eletrônica Analógica

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Campos Campus-Centro
Eletrônica Analógica
Diodos Especiais
Capítulo 5
Jessika Nunes
2025.2
Diodo Zener
É um diodo de silício que o fabricante otimizou para operar na região de ruptura. De acordo com o nível de dopagem, a tensão de ruptura varia de cerca de 2 V a valores acima de 1000 V. 
Pode operar em qualquer uma das três regiões: direta, de fuga e de ruptura. 
Diodo Zener
Na região direta, o zener começa a conduzir próximo de 0,7 V, exatamente como um diodo de silício comum. 
Na região de fuga (entre zero e a ruptura), a corrente nele é baixa e reversa.
 
A ruptura apresenta a curva do joelho muito acentuada, seguida de uma linha quase vertical na corrente. 
Diodo Zener
A tensão é quase constante, aproximadamente igual a VZ sobre a maior parte da região de ruptura. 
Quanto mais vertical a região de ruptura menor a resistência Zener (resistência de corpo).
Enquanto a corrente reversa for menor que IZM, o diodo operará dentro de uma faixa segura.
Diodo Zener
Também chamado de diodo regulador de tensão, porque mantém uma tensão na saída constante, embora a corrente nele varie.
Para obter uma operação na ruptura, a tensão da fonte VS deve ser maior que a tensão de ruptura Zener VZ. 
Deve-se usar um resistor RS em série para limitar a corrente a um valor abaixo de sua corrente máxima nominal.
A tensão é constante mesmo que a corrente varie, o que equivale a desprezar a resistência do Zener. Ao operar na região de ruptura, mesmo que haja uma variação na tensão de entrada ou na resistência da carga, a tensão na carga permanecerá constante e igual à tensão Zener. Assim, o diodo funciona como uma bateria, podendo ser substituido por uma fonte de tensão.
Diodo Zener
Diodo Ideal
A tensão que existe quando o diodo Zener é desconectado do circuito precisa ser maior que a tensão de ruptura para que ele opere.
 
A corrente no resistor em série é dada por:
Diodo Zener
Diodo Ideal
A tensão na carga é igual à tensão no Zener. assim, a corrente na carga é:
A corrente no Zener pela lei de Kirchhoff é:
 
Diodo Zener
Diodo Ideal
Diodo Zener
Diodo Ideal
Diodo Zener
Diodo Ideal
Diodo Zener
Efeito Zener
Quando um diodo foi dopado fortemente, a camada de depleção torna-se muito estreita. O campo elétrico na camada de depleção torna-se muito intenso e, ao atingir 300.000 V/cm passa a empurrar os elétrons externos de suas órbitas de valência. A criação de elétrons livres, deste modo, é chamada de efeito Zener.
Diodo Zener
Segunda aproximação
A tensão total no diodo Zener é igual à tensão de ruptura mais a queda de tensão da resistência Zener. Como RZ é relativamente pequena, ela tem um efeito mínimo sobre a tensão total no diodo. 
Diodo Zener
Segunda aproximação
A tensão na carga é dada por:
VL = VZ + IZRZ
Circuito equivalente:
Diodo Zener
Segunda aproximação
As únicas componentes que afetam a ondulação são as três resistências mostradas. Geralmente, RZ é muito maior que RL, portanto, as duas únicas componentes que apresentam um efeito significante sobre a ondulação são a resistência em série e a resistência Zener.
Diodo Zener
Segunda aproximação
Diodo Zener
Segunda aproximação
Diodo Zener
Regulador Zener
Para um regulador Zener manter a tensão de saída constante, o diodo Zener deve permanecer na região de ruptura. 
Deve haver uma corrente Zener para todos os valores de tensão da fonte de alimentação e para todas as correntes de carga.
A baixa tensão na fonte e a resistência na carga muito baixa pode fazer que o circuito Zener falhe como regulador.
Diodo Zener
Regulador Zener
Quando a corrente no Zener for próxima de zero, a regulação Zener aproxima-se do ponto de saída ou condição de falha na regulação
Diodo Schottky
Diodos comuns não são capazes de entrar em corte com a rapidez suficiente para produzir um sinal de meia onda bem definido.
Quanto maior o tempo de vida dos elétrons e das lacunas, mais tempo as cargas viajam antes que ocorra a recombinação. E mais profunda é a penetração dos elétrons na banda de energia mais alta e das lacunas na banda de energia mais baixa, onde ficam armazenados temporariamente.
Essas chamadas cargas armazenadas circularão no sentido inverso por um certo tempo quando se chaveia um diodo da condução para o corte, até que as cargas cruzem a junção ou se recombinem.
Diodo Schottky
Polariação Direta Polarização Inversa
Quanto maior o tempo de vida, mais tempo as cargas contribuem para a corrente reversa. 
Diodo Schottky
O tempo necessário para cortar um diodo diretamente polarizado é chamado de tempo de recuperação reversa trr e as condições para sua medição variam de um fabricante para outro. Como regra, trr é o tempo necessário para que a corrente reversa caia para 10% da corrente direta.
O trr é tão pequeno num diodo de sinal que nem se nota seu efeito em frequências até 10 MHz.
Diodo Schottky
Para frequencias maiores que 10MHz, há uma condução reversa (cauda) próximo do início do semiciclo inverso tomando uma parte significativa do período, permitindo uma condução durante a primeira parte do semiciclo negativo. A medida que a frequência continua a aumentar, o retificador torna-se inútil.
Diodo Schottky
O diodo Schottky usa um metal como ouro, prata ou platina em um dos lados da junção e um cristal de silício dopado (tipicamente do tipo n) do outro lado. Assim, não há a camada de depleção e nem cargas armazenadas na junção. 
Quando polarizado, os elétrons livres do lado n estão em órbitas menores do que os elétrons livres do lado do metal. Essa diferença nos tamanhos das órbitas é chamada de barreira Schottky, que é de aproximadamente 0,25 V. 
Diodo Schottky
Quando diretamente polarizado, os elétrons livres do lado n podem ganhar energia suficiente para passar para uma órbita maior que os elétrons do lado do metal. 
Ao cruzar a junção , os elétrons “caem” no metal, que tem uma banda de condução com nível de energia mais baixo, produzindo uma corrente alta direta. Como o metal não possui lacunas, não há carga armazenada nem tempo de recuperação reversa e o diodo pode entrar em corte mais rápido do que um diodo comum. 
Diodo Schottky
Um diodo Schottky pode retificar facilmente com frequência de 300 MHz.
Diodo Varactor
É um dispositivo que foi otimizado para apresentar uma propriedade de capacitância variável. 
A região p e a região n funcionam como placas de um capacitor, e a camada de depleção, como um dielétrico. 
Quando polarizado reversamente, a largura da camada de depleção aumenta e a capacitância diminui. ​Assim, a capacitância pode ser controlada pela tensão reversa. 
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Diodo Varactor
A faixa de sintonia de um varactor depende do nível de dopagem, que é uniforme nos dois lados da junção. A sintonia de um diodo com junção abrupta é entre 3:1 e 4:1.
Diodo Varactor
Para obter faixas de sintonia maiores, alguns varactores têm uma junção hiperabrupta. Nessa, o nível de dopagem aumenta à medida que se aproxima da junção, produzindo uma camada de depleção mais estreita e uma capacitância maior.
Um varactor hiperabrupto tem uma faixa de sintonia de 10:1, suficiente para sintonizar uma emissora de rádio em AM por toda sua faixa de frequência (535 kHz a 1.605 kHz).​
Diodo Varactor
Diodo Varactor
Optoeletrônica
Combina a ótica com a eletrônica. Alguns exemplos de dispositivos optoeletrônicos são: diodos emissores de luz (LEDs), fotodiodos, acopladores óticos e diodos laser. 
Optoeletrônica
Diodo emissor de luz
Em diodo polarizado diretamente, os elétrons livres atravessam a junção pn e se recombinam com as lacunas, passando de um nível maior de energia para um menor. Essa energia é irradiada na forma de calor, porém em um LED, essa irradia sob a forma de luz (eletroluminescência).
Os elétrons livres mudam de nível randomica e continuamente, resultando em ondas de luz que têm todas as fases entre 0 e 360º. Essa luz com muitas fases diferentes é chamada de luz não coerente.A cor da luz, que corresponde ao comprimento de onda da energia dos fótons, é determinada principalmente pelo gap nas bandas de energia dos materiais semicondutores que são usados na fabricação.
Optoeletrônica
Diodo emissor de luz
O LED tem um anodo e um catodo que necessitam ser adequadamente polarizados para que opere corretamente. Do lado de fora de um LED com encapsulamento plástico típico, existe um corte plano o qual indica o lado do catodo. 
O brilho de um LED depende da corrente. Quando VS é muito maior do que VD, o brilho do LED é aproximadamente constante.
Tensão e corrente no LED:
Optoeletrônica
Diodo emissor de luz
A queda de tensão exata depende da corrente no LED, da cor e da tolerância, juntamente com outros fatores. Para a maioria dos LEDs disponíveis comercialmente, a queda de tensão típica é de 1,5 V a 2,5 V para correntes entre 10 mA e 50 mA. 
Optoeletrônica
Diodo emissor de luz
 
LEDs padrão operam em potência máxima de 100 mW. Mas existem LEDs de alta potência com especificações de potência contínua de 1 W ou mais.
Uma crescente variedade de aplicações está sendo desenvolvida inclusive para o interior e exterior de automóveis, incluindo faróis, iluminação de ambientes internos e externos, juntamente com imagem digital e iluminação posterior de displays.
Optoeletrônica
Display de sete segmentos
 
Ele contém sete LEDs com formato retangular (de A a G) onde cada LED é chamado de segmento, porque ele faz parte do caractere que está sendo indicado na sua face.
Aterrando um ou mais dos resistores, podemos formar quaisquer dígitos de 0 a 9. Por exemplo, aterrando A, B e C, obtemos o 7. 
Optoeletrônica
Fotodiodo
 
É otimizado para ter uma alta sensibilidade à luz incidente. A fonte e o resistor polarizam o fotodiodo reversamente. Uma janela deixa passar a luz através do encapsulamento da junção e quando a energia luminosa bombardeia, a junção pn produz elétrons livres e lacunas. Quanto maior a intensidade luminosa, maior o número de portadores minoritários e maior a corrente reversa. 
Optoeletrônica
Acoplador ótico
A principal vantagem de um acoplador ótico é o isolamento elétrico entre os circuitos de entrada e de saída sendo o único contato entre esses o feixe de luz.
Combina um LED com um fotodiodo num encapsulamento único. 
Tem um LED no lado da entrada e um fotodiodo no lado da saída. A fonte de tensão e o resistor em série estabelecem uma corrente através do LED. Quando a luz do LED incide sobre o fotodiodo estabelece uma corrente reversa no circuito de saída e produz uma tensão. 
Optoeletrônica
Diodo Lazer
O diodo laser produz uma luz coerente onde todas as ondas de luz estão em fase uma com a outra. Ele possui uma câmara ressonante espelhada que reforça a emissão de ondas de luz em uma frequência simples de mesma fase produzindo um feixe estreito de luz muito intenso, focado e puro.
Produz luz visível (vermelho, verde ou azul) e invisível (infra-vermelho). São utilizados em telecomunicações, comunicação de dados, emissoras de acesso, indústria, espaço aéreo, teste e medições médicas, indústria de defesa e em impressoras laser.
Outros Diodos
Varistores
Descargas atmosféricas, defeitos nas linhas de transmissão e transientes podem provocar interferências nas linhas de alimentação, sobrepondo quedas, picos e outros transientes sobre a rede normal de 127V rms. 
Alguns equipamentos usam filtros entre a linha de alimentação e o primário do transformador para eliminar os problemas causados pelos transientes na linha CA.
Um dos dispositivos usados para filtrar a linha é o varistor (supressor de transiente) que funciona como dois diodos Zener ligados em anti-série com tensão de ruptura alta nos dois sentidos de polarização. 
Outros Diodos
Varistores
Outros Diodos
Diodo regulador de corrente
Conhecidos como diodos de corrente constante, esses dispositivos mantêm a corrente que circula por eles fixa quando a tensão varia.
O diodo vai manter a corrente na carga constante com 2 mA, mesmo que 
a resistência de carga varie de 1 kΩ a 49 kΩ.
Outros Diodos
Diodos de recuperação em degrau
Tem um perfil de dopagem incomum que faz com que a densidade de portadores diminua na proximidade da junção. Essa distribuição não usual de portadores provoca um fenômeno chamado de interrupção reversa. 
Outros Diodos
Diodos de recuperação em degrau
Durante o semiciclo positivo, o diodo conduz como qualquer outro diodo de silício, porém durante o semiciclo negativo a corrente reversa continua a existir por instantes devido às cargas armazenadas, e então repentinamente a corrente cai para zero.
Outros Diodos
Diodos de retaguarda (back diodes)
Conduz melhor reversamente do que diretamente polarizado. A condução direta ocorre em torno de 0,7 V e a reversa (ruptura) começa em – 0,1 V aproximadamente. 
Os diodos de retaguarda são ocasionalmente usados para retificar sinais fracos, cujos picos de amplitudes estão entre 0,1 V e 0,7 V.
Outros Diodos
Diodos de retaguarda (back diodes)
Exemplo:
A tensão de 0,5 V não é suficiente para fazer o diodo conduzir no sentido direto, mas é suficiente para a ruptura do diodo no sentido reverso. Por essa razão, a saída é um sinal de meia onda com um pico de 0,4 V. 
Outros Diodos
Diodo túnel
Aumentando o nível de dopagem de um diodo de retaguarda, podemos obter uma ruptura em 0 V, porém uma dopagem forte distorce a curva direta.
Um aumento na tensão direta produz uma diminuição na corrente direta, pelo menos numa parte do gráfico entre VP e VV, fenômeno conhecido como região de resistência negativa. 
Outros Diodos
Diodo túnel
A resistência negativa dos diodos túneis é útil nos circuitos osciladores de alta frequência que são capazes de gerar um sinal senoidal, similar àqueles produzidos em um gerador CA. 
Outros Diodos
Diodo PIN
Consiste em um material semicondutor intrínseco (puro) colocado como um sanduíche entre os materiais tipo p e tipo n.
Quando o diodo está polarizado diretamente ele age como uma resistência controlada por corrente. Quando polarizado reversamente, age com um capacitor fixo. 
 Diodos Especiais
 Diodos Especiais
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