semicondutores diodos

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Semicondutores: Diodos
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Por : Luís Timóteo
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Diodos 
Semicondutores: Diodos
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Por : Luís Timóteo
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De que material são feitos os diodos?
Um composto que é também utilizado é arsenieto de gálio (GaAs), especialmente usado para fabricar diodos emissores de luz (LEDs), devido á sua maior zona proibida.
O silício (Si) e germânio (Ge) são os dois elementos mais comuns que são usados ​​para fabricar diodos. 
O diagrama mostra a estrutura 2D do cristal de silício. As linhas azul representam as ligações electrónicas feitas quando os electrões de valência são partilhados. Cada átomo de Si partilha um electrão com cada um dos seus quatro vizinhos mais próximos, pelo que a sua banda de valência terá um total de 8 electrões.
Silício e germânio são ambos elementos do grupo 4, o que significa que tem 4 electrões de valência. A sua estrutura permite-lhes crescer de forma chamada estrutura de diamante.
Gálio é um elemento do grupo 3, enquanto que o arsénio é um elemento do grupo 5. Quando colocados juntos como um composto, GaAs, criam uma estrutura cristalina zincblend.
Tanto na estrutura de diamante como na de zincblend, cada átomo partilha os seus electrões de valência com seus quatro átomos vizinhos mais próximos. Essa partilha de electrões é o que afinal permite a construção de diodos. Quando as impurezas dos grupos 3 ou 5 (na maioria dos casos) são adicionadas ao Si, Ge ou GaAs, altera as propriedades do material, de modo que são capazes de formar os materiais tipo-P e tipo-N, que formarão o diodo.
Semicondutores: Diodos
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Por : Luís Timóteo
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Semicondutores Extrínsecos :Silício dopado: 
Material tipo-N
Quando os electrões de valência extra, são introduzidos num material como o Silício, produz-se um material do tipo-n. Os electrões de valência extra são introduzidos, colocando impurezas ou dopantes no silício. Os dopantes usados ​​para criar um material de tipo-n são elementos do Grupo V. Os dopantes mais utilizados partir do Grupo V são Arsénio, Antimónio e Fósforo.
O diagrama 2D à direita mostra o electrão extra que estará presente quando um dopante do Grupo V é introduzido um material como o silício. Esse electrão extra é muito móvel…(livre).
Semicondutores: Diodos
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Por : Luís Timóteo
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Semicondutores Extrínsecos :Silício dopado: 
Material tipo-P
Material de tipo-P é produzido quando um dopante que é introduzido é de Grupo III. Elementos do grupo III têm apenas três electrões de valência e, portanto, há uma falta de electrões. Isso cria um buraco ou lacuna (h +), ou uma carga positiva, que pode mover-se neste material. Os dopantes do Grupo ​​III mais usados, são o Alumínio, Boro e Gálio.
O diagrama 2D à direita mostra o buraco (ou lacuna), que estará presente quando um dopante do Grupo III é introduzido num material como o Silício. Este buraco é bastante móvel, da mesma forma que o electrão extra é móvel num material do tipo-n.
Semicondutores: Diodos
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Por : Luís Timóteo
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Semicondutores Extrínsecos :Germânio dopado com Arsénio (Tipo-n)
300ºK
Os portadores maioritários de carga num semicondutor tipo N são electrões livres.
Semicondutores: Diodos
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Por : Luís Timóteo
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300oK
Os portadores maioritários de carga num semicondutor tipo P são Lacunas. Actuam como portadores de carga positiva.
TIPO P
Num semicondutor extrínseco do tipo N os electrões estão em maioria designando-se por portadores maioritários da corrente eléctrica. As lacunas (que são a ausência de um electrão), por sua vez, estão em minoria e designam-se por portadores minoritários da corrente eléctrica.
Num semicondutor extrínseco do tipo P as lacunas estão em maioria designando-se por portadores maioritários da corrente eléctrica. Os electrões, por sua vez, estão em minoria e designam-se por portadores minoritários da corrente eléctrica.
Semicondutores Extrínsecos : Tipo P
Semicondutores: Diodos
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Por : Luís Timóteo
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Semicondutor tipo P
Semicondutor tipo N
Ao unir um semicondutor tipo P com um de tipo N, aparece uma zona de carga espacial denominada ‘zona de transição’. 
Junção P-N: Em equilíbrio
Semicondutores: Diodos
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Por : Luís Timóteo
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Semicondutor tipo P
Semicondutor tipo N
Quando nenhuma voltagem está aplicada á junção P-N, os electrões do material tipo-N preenchem as lacunas do material tipo-P ao longo da junção entre as camadas, formando uma zona carga espacial. Que actua como uma barreira á passagem dos portadores maioritários de cada zona. O material semicondutor volta ao seu estado isolante original - todas as lacunas estão preenchidas, de modo que não há electrões livres … logo não flui corrente…
Junção P-N: Em equilíbrio
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Por : Luís Timóteo
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Junção P-N: Em equilíbrio
P
n
 
Junção Metalúrgica
Região de Carga Espacial
Campo –E
+
+
_
_
Deriva h+
Difusão h+
Difusão -e
Deriva -e
=
=
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P
N
Zona de Carga espacial
(OU)
Zona de Deplexão 
Barreira Potencial (V0)
Largura da barreira de Potencial 
Junção P-N: Em equilíbrio
Semicondutores: Diodos
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Junção P-N: Em equilíbrio
Quando nenhuma fonte externa está ligada á junção p-n em equilíbrio, a difusão e deriva entre buracos e electrões compensam-se mutuamente .
Região de Carga Espacial: Também chamada de região de deplexão. Esta região engloba o equilíbrio de regiões carregadas positivamente e negativamente. A região de carga espacial não tem nenhuns portadores livres. A largura da região de carga espacial é denotado por W na fórmula de junção p-n.
Junção Metalúrgica: interface onde se encontram os materiais tipo-p e tipo-n.
Na & Nd : Representam a quantidade de dopante positivo e negativo em número de portadores por cm3. Normalmente, no intervalo de 1015-1020.
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Região - N
Região - P
Quando materiais semicondutores tipo N e tipo P são unidos pela primeira vez, existe uma densidade gradiente muito grande entre os dois lados da junção, de modo algum dos electrões livres dos átomos das impureza dadoras começam a migrar através desta junção recentemente formada, para preencher as lacunas (ausência de electrões) no material de tipo P, produzindo iões negativos.
Como resultado, a densidade de carga do tipo-P ao longo da junção é enchida com os iões carregados negativamente aceitadores (NA), e a densidade de carga do tipo N ao longo da junção torna-se positiva. Esta transferência de carga dos electrões e lacunas, através da junção é conhecida como difusão
No entanto, porque os electrões se movem através da junção do silício tipo N para o silício tipo P, eles deixam para trás os iões doadores carregados positivamente (ND) no lado negativo e agora os buracos da impureza receptora migram através da junção, na direcção oposta à região em que há um grande número de electrões livres. 
Este processo continua em ambos os sentidos até que o número de electrões que atravessou a junção tem uma carga eléctrica suficiente para repelir ou prevenir que mais portadores de carga de cruzem a junção. Finalmente, o estado de equilíbrio (situação electricamente neutra) irá ocorrer, produzindo uma "barreira de potencial" zona em torno da área de junção, com os átomos doadores a repelirem as lacunas e os átomos aceitadores repelirem os electrões. Esta área em torno da junção é agora chamada de “Camada de deplexão”.
Junção P-N: Em equilíbrio
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Região - N
Região - P
Se a região da camada de depleção tem uma distância D, que, por conseguinte, deve penetrar no silício por uma distância de Dp para o lado positivo, e uma distância de Dn para o lado negativo, dando uma relação entre os dois Dp.NA = Dn. ND, a fim de manter a neutralidade de cargas em equilíbrio.
Como o material do tipo N perdeu electrões e o de tipo P perdeu lacunas, o material do tipo N, tornou-se positivo no que diz respeito ao de tipo-P.
Então, a presença de iões das impurezas em ambos os lados da junção, criam um campo eléctrico entre esta região com o lado de N com uma tensão positiva em relação ao lado P. O problema agora é que as cargas livres precisam de um pouco mais de energia extra, para superarem a barreira de deplexão que existe na região da junção.
Este campo elétrico criado pelo processo de difusão criou uma diferença de potencial "built-in " através da junção, em circuito aberto (bias zero) de:
Onde: Eo voltagem da junção a “zero bias”.
 VT Voltagem térmica da junção á temperatura ambiente de 26mV.
 ND e NA são a concentração de impurezas dopantes.
 ni a Concentração intrinseca do semicondutor
Junção P-N: Em equilíbrio – Longitude da Junção 
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Campo eléctrico aplicado
Vaplicada
A junção p-n é considerado polarizada, quando uma voltagem externa é aplicada. Existem dois tipos de polarização: 
Polarização directa,
Polarização inversa. 
Junção P-N: Polarizada
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P
N
A zona de transição ou de carga espacial torna-se ainda maior. Com polarização inversa não há circulação de corrente.
Junção P-N: Polarizada inversamente
Vaplicada  0: Sob polarização inversa a região de deplexão alarga-se. Isso faz com que o campo eléctrico produzido pelos iões, cancele a tensão de polarização inversa aplicada. Uma pequena corrente de fuga, em condições de polarização inversa. Esta corrente é constituída por pares de electrão-lacuna, que se produzem na região de deplexão também influenciada pela temperatura da junção. 
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Por : Luís Timóteo
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P
N
A zona de transição torna-se mais pequena. A corrente começa a circular a partir de um certo nível de tensão directa.
Junção P-N: Polarizada directamente
Vaplicada  0: Com polarização directa, a região de deplexão diminui ligeiramente em largura. Com esta diminuição, a energia necessária para os portadores de carga atravessarem a região de deplexão, diminui exponencialmente. Portanto, à medida que aumenta a tensão aplicada, a corrente começa a fluir através da junção. O potencial de barreira do diodo é a tensão em que a corrente começa a fluir através ​​do diodo em quantidade apreciável . O potencial de barreira varia para diferentes materiais.
Semicondutores: Diodos
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Por : Luís Timóteo
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A recombinação electrão-lacuna faz com que a concentração de electrões na zona P e de lacunas na zona N diminuam ao aproximarem-se da zona de união.
P
N
Junção P-N: Polarizada directamente
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Por : Luís Timóteo
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Para que o diodo deixe de conduzir é necessário extrair os portadores minoritários das proximidades da junção. O diodo conduz em sentido inverso durante um certo tempo: recuperação inversa.
P
N
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Diodo de junção: Passagem de Condução a bloqueio
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Por : Luís Timóteo
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Diodo de junção: Passagem de bloqueio a Condução
Semicondutores: Diodos
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Por : Luís Timóteo
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http://content.tutorvista.com/physics_12/content/media/pn_junct_diode.swf
Diodo de junção
Semicondutores: Diodos
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Por : Luís Timóteo
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Diodo de junção
Um diodo é um dos mais simples dispositivos semicondutores, que tem a característica de passagem de corrente numa única direcção. No entanto, ao contrário de uma resistência, um diodo não se comporta linearmente com respeito à tensão aplicada. Como o diodo tem uma relação I-V exponencial, o seu funcionamento não pode descrito utilizando simplesmente uma equação como a lei de Ohm.
Através da aplicação de uma voltagem negativa (polarização inversa) resulta que as cargas livres são puxadas para fora da zona da junção, o que resulta na largura da camada de deplexão a ser aumentada. Isto tem o efeito de aumentar ou diminuir a resistência efectiva da própria junção permitindo ou bloqueando o fluxo de corrente através do diodo.
Se uma tensão positiva adequada (a polarização) é aplicada entre as duas extremidades da junção PN, pode fornecer electrões livres e lacunas com a energia extra que necessitam, para atravessar a junção, uma vez que a largura da camada de deplexão em torno da junção PN é diminuída. 
A camada de deplexão aumenta com o aumento da aplicação de uma tensão inversa e diminui com o aumento da aplicação de uma tensão directa. Isto é devido às diferenças nas propriedades eléctricas dos dois lados da junção PN, resultando das mudanças físicas que ocorrem.
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Ânodo
Cátodo
Encapsulado
 (cristal ou resina sintética)
Diodo de junção
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Uma tensão positiva adequada (forward bias) aplicada entre as duas extremidades da junção PN, pode fornecer os electrões livres e lacunas com a energia extra. A tensão externa necessária para superar esta barreira de potencial que existe agora, é muito dependente do tipo de material semicondutor utilizado, e a sua temperatura real. Tipicamente, á temperatura ambiente, a tensão através da camada de deplexão para o silício é de cerca de 0,6-0,7 volts e para o germânio é de cerca de 0,3-0,35 volts. Esta barreira de potencial existirá sempre, mesmo que o dispositivo não esteja ligado a qualquer fonte de energia externa.
O significado desta barreira de potencial “built-in”, através da junção, é que ela se opõe tanto o fluxo de lacunas ou buracos, como de electrões, através da junção e é por isso que é chamado de “barreira de potencial”. 
Na prática, uma junção PN é formada dentro de um cristal único de material, em vez de simplesmente aderir ou fundir duas peças separadas. Os contatos elétricos também são fundidos em ambos os lados do cristal, para permitir a ligação eléctrica a um circuito externo. O dispositivo resultante, é chamado um diodo de junção PN ou diodo de sinal.
Diodo de junção: Propriedades - Barreira de potencial
Semicondutores: Diodos
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Diodo de junção: Sem polarização (Zero Biased Junction Diode)
Região - N
Região - P
Volts
Quando um diodo é ligado numa condição de polarização zero, nenhuma energia potencial externa é aplicada à junção PN. 
No entanto, se os terminais de diodos são curto-circuitados, algumas lacunas(portadores maioritários) no material do tipo P têm a energia suficiente para ultrapassar a barreira de potencial, e irão mover-se através da junção, contra a “barreira de potencial”. Isto é conhecido como o corrente directa "Forward current" e é referida como IF.
Do mesmo modo, as lacunas geradas no material do tipo N (portadores minoritários), através desta situação favorável, movem-se através da junção na direcção oposta. Isto é conhecido como o "corrente inversa" (reverse current) e é referenciada como IR. Esta transferência de electrões e lacunas através da junção PN é conhecida como difusão.
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Diodo de junção: Sem polarização (Zero Biased Junction Diode)
A barreira de potencial que existe agora desencoraja a difusão de mais quaisquer portadores maioritários através da junção. No entanto, a barreira de potencial ajuda os portadores minoritários (poucos electrões livres da região - P, e alguns buracos da região - N, à deriva, através da junção. 
Os portadores minoritários são constantemente gerados devido à energia térmica, pelo que, este estado de equilíbrio pode ser quebrado por aumento da temperatura da junção PN, causando um aumento da geração de portadores minoritários, resultando assim num aumento da corrente de fuga, mas uma corrente
eléctrica não pode fluir uma vez que nenhum circuito está ligado à junção PN.
Depois, estabelecer-se-á um "equilíbrio" que será estabelecido quando se moverem em direcções opostas, os portadores maioritários em igual número, de modo que o resultado líquido é corrente zero a fluir no circuito. Quando isto ocorre, a junção é dita estar num estado de "equilíbrio dinâmico".
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Diodo de junção: Polarização inversa (Reverse Biased Junction Diode)
Região - N
Região - P
Voltagem de Polarização Inversa 
Maior camada de Deplexão
O resultado líquido é que a camada de deplexão cresce mais, devido a uma falta de electrões e lacunas e apresenta um caminho de alta impedância, quase um isolante. O resultado é criar uma alta barreira de potencial impedindo assim o fluxo de corrente através do material semicondutor.
Quando um diodo é ligado numa condição de polarização inversa, uma tensão positiva é aplicada ao material do tipo N, e uma tensão negativa é aplicado ao material de tipo P. A voltagem positiva aplicada ao material do tipo N atrai electrões para o eléctrodo positivo e aumenta a distância a partir da junção, enquanto as lacunas também são atraídas para eléctrodo negativo da fonte afastando-se assim da junção.
Esta circunstância dá um valor elevado de resistência à junção PN e praticamente zero a corrente fluir através do díodo de junção com um aumento na tensão de polarização inversa. 
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No entanto, uma pequena corrente de fuga flui através da junção, e que pode ser medida, na ordem de microamperes (A). Se a tensão de polarização inversa VR aplicada ao diodo for elevada para um valor suficientemente alto, fará a junção PN superaquecer e falhar devido ao efeito de avalanche em torno da junção. Isto pode fazer com que o diodo entre em curto-circuito e irá resultar na passagem da corrente máxima no circuito.
Diodo de junção: Polarização inversa (Reverse Biased Junction Diode)
Região de Reverse Breakdown
Por vezes, este efeito de avalanche tem aplicações práticas em circuitos estabilizadores de tensão em que uma limitadora em série é utilizada com o diodo a limitar a corrente a um valor máximo pré-estabelecido, e assim, produzir uma saída de tensão fixa através do diodo de ruptura inversa. Estes tipos de diodos são comumente conhecidos como Diodos Zener.
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Diodo de junção: Polarização directa (Forward Biased Junction Diode)
Quando um diodo é ligado numa condição de polarização directa, uma tensão negativa é aplicada ao material do tipo N, e uma tensão positiva é aplicada ao material do tipo P. Se esta tensão externa se tornar maior do que o valor da barreira de potencial, aprox. 0,7 volts para o silício e 0,3 V para o germânio, o potencial da barreira de oposição, será superada e a corrente eléctrica começará a fluir.
Região - N
Região - P
Isto acontece porque a tensão negativa empurra ou repele os electrões em direcção à junção, dando-lhes energia para a atravessar e combinarem-se com as lacunas, que são também empurradas na direcção da junção, na direcção oposta, pela tensão positiva. Isso resulta numa curva de características de fluxo de corrente zero, até ao ponto de tensão, o chamado "joelho" nas curvas estáticas, e em seguida um elevado fluxo de corrente através do diodo com um pequeno aumento na tensão externa, a partir de 0,3 – 07 volts.
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Diodo de junção: Polarização directa (Forward Biased Junction Diode)
Curva característica de um diodo de junção com polarização directa
A aplicação de uma tensão de polarização directa na junção do diodo, resulta na camada de deplexão se tornar muito fina e estreita, o que representa um trajecto de baixa impedância através da junção, permitindo assim altos fluxos de corrente. O ponto em que este aumento súbito da corrente tem lugar, está representada na curva I-V estática característica, acima do ponto de "joelho".
Uma vez que o diodo pode conduzir corrente "infinita" acima deste ponto “joelho” pois torna-se efectivamente um curto-circuito, são usadas​​, resistências em série com o diodo afim de limitar o seu fluxo de corrente. Ultrapassar o valor de corrente directa máxima especificada, resulta em sobreaquecimento e posterior falha do dispositivo.
http://www.electronics-tutorials.ws/diode/diode_3.html
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Diodo de junção: Propriedades- Símbolo e características I-V estáticas
-I (A)
Corrente inversa
Polarização Directa
Polarização Inversa
Zener Breakdown ou região de avalanche
Sem polarização (Zero Bias) – Nenhum potencial de voltagem externo é aplicado à junção PN.
Polarização inversa (Reverse Bias) - O potencial de voltagem negativo (-) está ligado ao material do tipo P e o a positivo (+) ligado ao material de tipo N do diodo, que tem o efeito de aumentar a largura junção PN.
Polarização Directa (Forward Bias) - O potencial de tensão positiva, (+) está ligado ao material de tipo P e o negativo (-) está ligado ao material de tipo N do diodo, que tem o efeito de diminuir a Largura da junção PN.
Existem duas regiões de operação e três possíveis condições "de polarização" para o díodo de junção padrão e estes são os seguintes:
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Diodo de junção: Propriedades- Símbolo e características I-V estáticas
-I (A)
IS Corrente inversa
Polarização Inversa
Zener Breakdown ou região de avalanche
VD = Voltagem aplicada.
ID = Corrente através do diodo.
IS = Corrente inversa ou de fuga.
VBR = Voltagem de ruptura.
V d = Voltagem da Barreira Potencial.
V d
0,7V Silício
0,3V Germânio
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Diodo de junção: Propriedades- Símbolo e características I-V estáticas
A curva de transcondutância (ID) no slide anterior caracteriza-se pela seguinte equação:
ID representa a corrente através do diodo, IS é a corrente inversa ou de fuga, e VD é a tensão de polarização aplicada.
VT é a tensão térmica equivalente e é cerca de 26 mV á temperatura ambiente. A equação para determinar a várias temperaturas VT é:
k = 1.38 x 10-23 J/K 
T = temperatura em Kelvin 
q = 1.6 x 10-19 C
 é o coeficiente de emissão do diodo. É determinado pela forma e material de que o diodo é construído. Pouco varia com a corrente de diodo. Para um diodo de Silício é de cerca de 2, e 1 para os de Germânio.
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Em polarização inversa, a corrente é nula, seja qual for o valor da tensão inversa aplicada. 
Ânodo
Cátodo
curva característica
Diodo de junção: Diodo Ideal
Vd=0,7v
RD=0
O diodo é projectado para permitir que a corrente flua numa única direcção. O diodo perfeito seria um condutor perfeito numa direção (polarização directa) e um isolante perfeito na outra direcção (polarização inversa). Em muitas situações, utilizando a aproximação o diodo ideal é aceitável.
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Diodo de junção: Diodo Ideal – Modelo DC
Parte linear da curva de transcondutância
VD
ID
Este modelo é o mais preciso . Inclui uma resistência linear de polarização directa, que é calculada a partir do declive da porção linear da curva de transcondutância. No entanto, isso geralmente não é necessário, pois o valor de rd (resistência directa) é muito constante. Para diodos de Silício ou Germânio, de baixa potência, é normalmente na gama de 2 a 5 ohms, enquanto que para diodos de potência superior têm um valor de rd mais próximo de 1 ohm.
Q
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real (assintótico)
Circuito equivalente assintótico.

VD
VD
0,7V
Vd
5
RD
Diodo ideal
Diodo de junção: Diodo Ideal – Modelo DC
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Diodo de junção: Diodo Ideal – Modelo DC - Exercício
Usando KVL a equação para o circuito é:
VD – IDRS - Vd - IDrD = 0
=
= 85.5
mA
Solução 
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Diodo de junção: Diodo Ideal – Modelo DC – O ponto “Q”
O ponto “Q” ou ponto de funcionamento no estado de repouso do diodo, ou na ausência de sinal. 
O ponto “Q” é obtido graficamente e é realmente necessário apenas quando a tensão aplicada é muito próxima da tensão da barreira de potencial do diodo. O exemplo abaixo, que continua no próximo slide, mostra como o ponto “Q” é determinado através da curva da transcondutância e da linha de carga.
Primeiro, a linha de carga encontra-se por substituição dos diferentes valores de Vd na equação da corrente ID o usando modelo de diodo ideal com o da barreira de potencial. Com RS com o valor de 1000, o valor de rD não tem muito impacto sobre os resultados.
Usando valores de Vd de 0 volts e 1,4 volts, obtemos os valores de ID de 6 mA e 4,6 mA, respectivamente. Em seguida, vamos desenhar a linha que liga estes dois pontos no gráfico com a curva de transcondutância. Esta linha é a linha de carga.
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Diodo de junção: Diodo Ideal – Modelo DC – O ponto “Q”
Ponto “Q” : A intersecção da linha de carga e a curva da transcondutância.
A curva de transcondutância é de um díodo de silício. O ponto “Q”, neste exemplo, está localizado a 0,7 V e 5,3 mA.
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IS = Corrente inversa de fuga.
K = Cte. Boltzman 
VD = Tensão aplicada ao diodo
q = carga do electrão
T = temperatura (ºK)
ID = Corrente do diodo
Silício 
Germânio
Ge
Si
Diodo de junção: Propriedades- Símbolo e características I-V estáticas
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Ge: melhor em condução
Si: melhor em bloqueio
Diodo de junção: funcionamento – Resposta
Condução
Bloqueio
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Diodo de junção: Propriedades- Resistência dinâmica rd
A resistência dinâmica do diodo é matematicamente determinada como o inverso do declive da curva de transcondutância. Portanto, a equação para a resistência dinâmica é:
A resistência dinâmica é usada para determinar a queda de tensão através do diodo na situação em que uma fonte de tensão é o fornece um sinal sinusoidal, sobre uma polarização DC.
A componente AC da tensão do diodo é encontrada utilizando a seguinte equação:
A queda de tensão através do diodo é uma combinação dos componentes de corrente AC e de corrente DC e é igual a:
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Diodo de junção: Propriedades- Resistência dinâmica rd - Exercício
Exemplo: Usando o mesmo circuito utilizado, como exemplo, para o cálculo do ponto Q, mas alterando a fonte de tensão, que por isso passa a ter uma componente AC. A fonte de tensão é agora, Vin = 6 + sin (t) Volts. É um díodo de silício, de modo que o potencial de tensão de barreira (Vd) ainda é de 0,7 volts.
VD=6 V
+ sin (t) V
A componente DC do circuito é o mesmo do exemplo anterior e, por conseguinte
6V – 0.7 V = 5.3 mA
 1000
= 4.9 
 = 1 é uma boa aproximação se a corrente DC é maior do que 1 mA, como é o caso neste exemplo.
=
= 4.88 sin(t) mV
A queda de tensão total no diodo será:
VD = 700 + 4.9 sin (t) mV 
VD = Vd + Vrd 
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Diodo de junção: Propriedades- Resistência dinâmica rd
Alternativamente: 
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O diodo de sinal, que às vezes também é conhecido, por Diodo de Vidro, é fisicamente muito pequeno em tamanho, em comparação com seus primos, os diodos rectificadores ou de potência.
O diodo semicondutor de sinal, é um pequeno dispositivo semicondutor não-linear, geralmente utilizado em circuitos electrónicos, onde pequenas correntes ou altas frequências estão envolvidas, como em rádio, televisão e circuitos lógicos digitais. 
Geralmente, o diodo de sinal, é encapsulado em vidro para proteger a junção PN, e têm geralmente uma marca a preto ou vermelho numa das extremidades do corpo, para ajudar a identificar o terminal de cátodo. O mais utilizado de todos os diodos de vidro sinal é o bem comum 1N4148 e seu equivalente 1N914.
As características do diodo de sinal são diferentes para os dois tipos de silício e germânio, e são dadas por:
Germânio - diodos de sinal - Estes têm um valor de resistência inversa baixo, dando uma queda de tensão menor através da junção, tipicamente de 0,2-0.3V, mas têm um valor de resistência directa mais elevado, devido à sua pequena área de junção.
Silício - diodos de sinal - Estes têm um valor muito alto de resistência inversa e dão uma queda tensão directa de cerca de 0,6 volt-0.7V através da junção. Eles têm valores bastante baixos de resistência directa, dando-lhes altos valores de picos de tensão e corrente directa e inversa.
Semicondutores: Diodos
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Por : Luís Timóteo
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 Curva I-V
No entanto, sabemos que se se conectar a fonte de energia externa em polaridade inversa, o diodo bloqueia qualquer corrente de fluir através dele, e age como um interruptor aberto.
A seta aponta para a direcção do fluxo convencional da corrente l, através do diodo, o que significa que o diodo apenas conduzirá quando alimentação positiva está ligada ao ânodo (a) e uma alimentação negativa está ligada ao terminal do cátodo (k), permitindo apenas que a corrente possa fluir através dele numa única direcção (Condição polarizado). 
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Parâmetros
Máxima corrente directa (Maximum Forward Current)
(IF(max)) como o seu nome indica é a corrente máxima permitida a fluir através do dispositivo. Quando o diodo está a conduzir na condição de polarização directa, tem uma resistência "ON“, muito pequena através da junção PN, mas, ainda assim, há energia dissipada através desta junção (Lei de Ohm), sob a forma de calor.
Por exemplo, o pequeno diodo de sinal 1N4148 tem uma classificação de corrente máxima de cerca de 150 mA com uma dissipação de 500mW de potência a 25oC. Em geral, devem ser usadas resistências em série com o díodo para limitar a corrente para valores abaixo de (IF(max)) .
 Então, excedendo o seu valor (IF(max)) fará com que mais calor seja gerado através da junção e o diodo falhará devido a sobrecarga térmica, geralmente com consequências destrutivas. Quando estiver operando diodos em torno de seus valores máximos, é sempre melhor proporcionar resfriamento adicional para dissipar o calor produzido pelo diodo.
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Parâmetros
Voltagem de pico inverso (Peak Inverse Voltage)
(PIV) ou Maximum Reverse Voltage (VR(max)), é a tensão de operação inversa máxima permitida, que pode ser aplicada através do diodo, sem ocorrer ruptura ou danos no dispositivo. Esta classificação, é geralmente menor do que a "avalanche de ruptura“, nível na curva característica de polarização inversa. 
O pico de tensão inversa é um parâmetro importante, e é usada principalmente para diodos rectificadores nos circuitos de corrente alternada, tendo em referência à amplitude da tensão da onda sinusoidal que altera de valores positivos para valores negativos em cada ciclo.
Os valores típicos de VR(max) abrangem uma gama que vai de alguns volts a milhares de volts, e deve ser considerado quando se for substituir um diodo.
Dissipação Total de Potência (Total Power Dissipation)
Os Diodos de sinal tem uma classificação na dissipação total de potência, (PD(max)). Esta é a dissipação de potência máxima possível do diodo quando é polarizado directamente (condutor). Quando a corrente flui através do diodo de sinal, a polarização da junção PN não é perfeita, e oferece alguma resistência ao fluxo de corrente, resultando em potência dissipada (perdida) no diodo sob a forma de calor.
Como os diodos de Sinal são Dispositivos não-lineares e a resistência da Junção PN não é constante, é uma propriedade dinâmica, pelo que não podemos usar a lei de Ohm. Para calcularmos a potência dissipada temos que multiplicar a queda
de tensão, pela corrente: PD = VxI
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Máxima temperatura de funcionamento (Maximum Operating Temperature)
A temperatura máxima de funcionamento, na verdade se relaciona com a temperatura da junção (TJ) do diodo e está relacionada com a dissipação de potência máxima. Trata-se da temperatura máxima permissível antes que a estrutura do diodo se deteriore e é expresso em unidades de graus centígrados, por Watt (OC / W).
Este valor está relacionado intimamente com a corrente máxima directa do dispositivo, de modo a que até este valor de temperatura a junção funciona. No entanto, a corrente máxima directa, também dependerá da temperatura ambiente em que o dispositivo está a funcionar, de modo que o máximo de corrente directa é geralmente citado por dois ou mais valores de temperatura ambiente, como a 25 ° C ou 70 ° C.
Portanto, há três parâmetros principais que devem ser considerados a quando duma selecção ou substituição de um diodo de sinal. E estes são:
Pico de tensão inversa
Máxima corrente directa.
Dissipação total de potência
Parâmetros
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VR = 	1000V 	 Tensão inversa máxima
IOMAX (AV)= 	1A 	 Corrente directa máxima
VF = 	1V	 Queda de Tensão directa
IR = 	50 nA 	Corrente inversa
VR = 	100V 	Tensão inversa máxima
IOMAX (AV)= 	150mA 	Corrente directa máxima
VF = 	1V	Queda de Tensão directa
IR = 	25 nA 	Corrente inversa
Parâmetros: Fornecidos pelos fabricantes
Sugiro o uso de um motor de busca para obter a ficha de dados para um diodo (1N4007 por exemplo). Geralmente aparecem vários fabricantes para o mesmo componente.
NOTA:
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Matrizes de diodos (Signal Diode Arrays)
Geralmente consistem de diodos de baixa capacitância de silício e de alta velocidade, tais como o 1N4148 ligados entre si em vários pacotes, chamados de matrizes, para utilização na comutação e limitação em circuitos digitais. Eles são empacotados em linha simples (SIP), que contêm quatro ou mais diodos ligados internamente para dar uma configuração quer de uma matriz individual isolada, cátodo comum, (CC), ou de um ânodo comum (AC)…
Quando o espaço é limitado, ou são necessários pares de diodos de comutação de sinal, as matrizes de diodos podem ser muito úteis. 
AS Matrizes de diodos de sinal também podem ser usadas em circuitos de computadores digitais, para proteger as linhas de dados de alta velocidade ou outras portas de entrada / saída paralelas, contra descargas electroestáticas, (EDS) e transitórios de tensão. 
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Ao ligar dois diodos em série entre as linhas de alimentação , com a linha de fornecimento de dados, conectando a sua junção, como mostrado, os transientes indesejáveis ​​são dissipados e como os diodos de sinal estão disponíveis em matrizes de 8, eles podem proteger oito linhas de dados com um único pacote (chip).
Sabemos que a queda de voltagem através de um diodo de silício é de cerca de 0,7 V e por ligar entre si, um certo número de diodos em série, a queda de tensão total será a soma das quedas de tensão individuais de cada diodo. No entanto, quando os diodos de sinal estão ligados conjuntamente em série, a corrente irá ser a mesma em ambos os diodos de modo que a corrente máxima directa não deverá ser excedida.
Diodos de sinal, ligados em série
Outra aplicação para o pequeno diodo de sinal é o de criar uma fonte de tensão regulada. Diodos são ligados juntos em série, para proporcionar uma tensão contínua constante em toda a combinação de diodos. A voltagem de saída através dos diodos permanece constante, apesar das alterações na corrente de carga tirada da combinação em série ou qualquer alteração da tensão da fonte de energia DC que os alimenta.
Matrizes de diodos (Signal Diode Arrays)
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Diodos de protecção roda-livre (Freewheel Diodes)
Os Diodos de sinal também podem ser usados numa variedade de circuitos de limitação, de protecção, demoduladores, etc., mas o mais comum é o circuito de protecção, que utiliza um diodo ligado em paralelo com uma bobina ou de carga indutiva, para evitar danos ao circuito de comutação, por amortização dos picos de tensão e / ou transientes que são gerados quando as cargas indutivas vão subitamente a "OFF".
Os dispositivos semicondutores de potência modernos, de comutação rápida, requerem diodos para protegê-los das cargas indutivas, tais como bobines do motor ou enrolamentos de relés. Toda a vez que o dispositivo de comutação acima for desligado para “OFF", o efeito de contra reacção das bobines, provoca um inversão de polaridade no diodo, que conduzindo, protege o dispositivo.
Anteriormente, a velocidade de funcionamento dos dispositivos semicondutores de comutação, transistor MOSFET, IGBT ou outro digital, era prejudicada pela adição de um diodo de protecção entre a carga indutiva, tendo sido usados em sua substituição, nalgumas aplicações, diodos Schottky ou Zener. Mas, durante os últimos anos, no entanto, os diodos de protecção (Freewheel )recuperaram importância, devido principalmente às suas melhores características de recuperação inversa e ao uso de materiais semicondutores super rápidos, capazes de operar em frequências de comutação muito elevadas.
Semicondutores: Diodos
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O diodo de sinal só vai conduzir a corrente em uma direcção. Do seu ânodo para o cátodo (polarização directa), mas não no sentido inverso. A aplicação amplamente utilizado desta característica é a conversão de uma tensão alternada (AC) para uma tensão contínua (DC). Em outras palavras, a rectificação.
Os pequenos diodos de sinal também podem ser usados como retificadores, em retificadores ou aplicações de baixa potência, (menos de 1 amp), mas quando maiores correntes e superiores tensões de bloqueio de polarização inversa estão envolvidas, a junção PN de um pequeno diodo de sinal acabaria por superaquecer e derreter, pelo que serão usados diodos de potência, maiores e mais robusto para essa função.
Rectificadores (Power Diodes as Rectifiers)
Diodos de potência são projectados para ter uma resistência, quando polarizados directamente, na ordem de fracções de um Ohm, sendo com polarização inversa, na ordem dos megaohms. Alguns diodos rectificadores de potência de elevado valor, são projectados para serem “montados" em dissipadores de calor reduzindo a sua resistência térmica de entre 0,1 a 1oC/Watt.
Os Diodos de potência fornecem uma rectificação não controlada de tensão, e são usados ​​em aplicações: como a carregadores de baterias, fontes de alimentação DC, bem como conversores e inversores de AC. 
Apesar das suas características de elevado nível de corrente e tensão, também podem ser utilizados como diodos de protecção (free wheel) e redes de amortecimento (snubbers). 
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Conclusões:
Aplicando tensão inversa não há condução de corrente. 
Ao aplicar tensão directa na junção, é possível a circulação de corrente eléctrica.
DIODO SEMICONDUCTOR
Diodo Semicondutor 
Semicondutores: Diodos
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DO 201
DO 204
Rectificadores (Power Diodes as Rectifiers)
Encapsulados
Semicondutores: Diodos
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Por : Luís Timóteo
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Rectificadores (Power Diodes as Rectifiers)
Semicondutores: Diodos
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Por : Luís Timóteo
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Rectificadores (Power Diodes as Rectifiers)
Semicondutores: Diodos
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Por : Luís Timóteo
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Pontes Rectificadoras
Semicondutores: Diodos
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Diodos de Potência: Rectificadores (Power Diodes as Rectifiers)
Se uma tensão alternada é aplicada através de um diodo de potência, durante a metade positiva do ciclo, o diodo vai conduzir a corrente e durante a metade negativa do ciclo, o diodo não irá conduzir, fazendo bloqueio do fluxo de corrente. A corrente através do diodo, só ocorre durante o semiciclo positivo, da tensão
aplicada, sendo a corrente num único sentido, é isto unidirecional ou DC, como mostrado, (pulsante DC neste caso).
Os Diodos rectificadores de alimentação podem ser usados ​​individualmente ou ligados entre si, para produzir uma variedade de circuitos rectificadores: tais como "meia onda", "de onda completa" ou como "ponte Rectificadora". Cada tipo de circuito rectificador pode ser classificado como “não controlado”, “meio controlado”, “totalmente controlado”. Os circuitos rectificadores “não controlados” usam apenas diodos de potência retificadores, um circuito rectificador “totalmente controlado” usa tirístores (SCRs), e um circuito rectificador “ meio controlado” usa uma mistura de ambos, diodos e tirístores.
Semicondutores: Diodos
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Diodos de Potência: Rectificação de Meia-onda (Half Wave Rectifier Circuit)
O diodo de potência em circuito rectificador de meia-onda passa apenas uma metade de cada onda sinusoidal completa da fonte de alimentação AC, para convertê-lo numa corrente contínua. Então este tipo de circuito é chamado de rectificador de "meia onda" porque, só meia-onda, da tensão AC de entrada é que é convertida em DC.
A fonte de alimentação de entrada pode ser uma única fase ou de multi-fase para alimentar, o circuito rectificador mais simples de todos, o circuito retificador de meia onda. 
Um retificador é um circuito que converte a energia de corrente alternada de entrada (AC) numa tensão de saída de corrente directa (DC). 
Semicondutores: Diodos
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Semi-ciclos Positivos
É utilizado um só diodo, pelo que num semiciclo o diodo conduz e no outro não conduz.
Diodos de Potência: Rectificação de Meia-onda (Half Wave Rectifier Circuit)
Semicondutores: Diodos
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Por : Luís Timóteo
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Diodos de Potência: Rectificação de Meia-onda (Half Wave Rectifier Circuit)
Muito Frequentemente, quando se rectifica uma tensão alternada, queremos produzir uma tensão DC "constante" e contínua, livre de grandes variações ou tensão de ondulação. Uma maneira de fazer isso é conectar um condensador de grande capacidade aos terminais de saída, em paralelo com a carga, como mostrado abaixo. Este tipo de condensador, é conhecido como um ”condensador de filtragem”.
Semicondutores: Diodos
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Por : Luís Timóteo
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Diodos de Potência: Rectificação de Onda Completa (Full Wave Rectifier Circuit)
O circuito rectificador de “onda completa” usa dois diodos, uma para cada metade do ciclo da tensão de entrada. Usa-se um transformador cujo enrolamento secundário é de duas saídas simétricas com ponto central comum. Nesta configuração, resulta que cada diodo conduz, quando o seu terminal de ânodo é positivo em relação ao ponto central do transformador, produzindo uma saída tanto durante ambos os semiciclos da tensão AC de entrada, sendo o seu rendimento duas vezes maior que para o do rectificador de “meia onda”, como mostrado abaixo.
Os rectificadores onda completa, têm algumas vantagens importantes sobre os rectificadores de “meia onda”. A média (DC) da tensão de saída, é maior do que nos rectificadores de meia onda, a saída do rectificador de onda completa tem muito menos ondulação, produzindo um forma de onda mais suave do que nos de meia-onda. 
Semicondutores: Diodos
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Semiciclos Negativos
Semiciclos Positivos
Diodos de Potência: Rectificação de Onda Completa (Full Wave Rectifier Circuit)
Semicondutores: Diodos
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Diodos de Potência: Rectificação de Onda Completa (Full Wave Rectifier Circuit)
Semicondutores: Diodos
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Máxima tensão inversa que o díodo tem de suportar é 2V2(pk)-VD.
As voltagens nos secundários estão em oposição de fase e cada díodo conduz semiciclos positivos.
Para rectificação de onda completa com díodos discretos, é necessário um transformador com secundário duplo.
V1
V2
Diodos de Potência: Rectificação de Onda Completa (Full Wave Rectifier Circuit)
Semicondutores: Diodos
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Outro tipo de circuito rectificador que produz a mesma saída que o circuito rectificador de onda completa que vimos anteriormente, é de rectificação de onda completa com ponte de Greatz. 
Diodos de Potência: Rectificação em Ponte (The Diode Bridge Rectifier Circuit)
Este tipo de rectificador usa quatro diodos rectificadores conectados numa configuração de circuito fechado em "ponte" para produzir o resultado desejado. A principal vantagem deste circuito, é que não necessita de um transformador com secundário com tomada central, reduzindo assim o seu tamanho e custo. Um único enrolamento secundário está ligado a cada um dos lados da ponte de díodos e a carga para o outro lado, como mostrado abaixo.
Semicondutores: Diodos
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 Para rectificação de onda completa não é necessário o transformador ter secundário duplo.
Máxima tensão inversa que o díodo tem de suportar é V2(pk)-2VD(passa por dois díodos por cada semiciclo).
Com Ponte de Greatz
Diodos de Potência: Rectificação em Ponte (The Diode Bridge Rectifier Circuit)
Semicondutores: Diodos
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Por : Luís Timóteo
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Máxima tensão inversa que o díodo tem de suportar é (2VPS-VD).
O sinal rectificado tem frequência dupla do sinal da entrada AC.
 Com transformador de secundário duplo, e uma ponte de Graetz consegue-se uma fonte com tensões simétricas.
Com Ponte de Greatz
Diodos de Potência: Rectificação em Ponte (The Diode Bridge Rectifier Circuit)
Semicondutores: Diodos
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Por : Luís Timóteo
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Como a rectificação é de Meia-onda, assim a frequência da tensão rectificada é igual á da Rede AC.
fF- Factor de forma, é a relação entre o valor eficaz da tensão e o valor DC; o valor ideal seria 1:
 (r) Factor de Ripple, mede a percentagem de AC na tensão rectificada. Sendo rectificação de Meia-Onda,121% mostra que o nível de contínua é muito baixo...
 () O Rendimento, na ordem de cerca de 40%, também é relativamente fraco.
Meia Onda
Diodos de Potência: Tensão Rectificada
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A rectificação é de Onda Completa, assim a frequência da tensão rectificada é dupla da Rede AC.
 Valor médio:
Diodos de Potência: Tensão Rectificada- onda Completa c/ Tformador duplo
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Diodos de Potência: Tensão Rectificada- Resumo
Semicondutores: Diodos
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Por : Luís Timóteo
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Diodos de Potência: Tensão Rectificada- Resumo
Semicondutores: Diodos
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Filtro com condensador
Análise

Supõe-se a descarga do condensador a corrente constante.
 Vem…
 Em que T é o tempo de condução dos diodos para a carga de C. 
Diodos de Potência: Tensão Rectificada- Filtragem
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Filtro com condensador
Diodos de Potência: Tensão Rectificada- Filtragem
Semicondutores: Diodos
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Desenvolvimento das Expressões do “Ripple”
Para calcular o ”rms” de uma sinusoide, dividiria por 2 a Vr(pp) e multiplicaria por 2. Esta forma de onda aproxima-se mais duma dente de serra, cujo factor “rms” é 3. Então:
Para efeitos de cálculo do condensador, considera-se o tempo de descarga ≈ ao período T, e o tempo de carga ∆tc Instantâneo, desprezível.
Diodos de Potência: Tensão Rectificada- Filtragem
Semicondutores: Diodos
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C 
C 
Filtro com condensador
 Porque não se usa um condensador o maior possível?
 Principalmente para evitar um aumento desnecessário do volume.
 Além disso há que ter em conta a influência do valor do
 condensador sobre a corrente que circula nos díodos. (Aumenta)
Diodos de Potência: Tensão Rectificada- Filtragem
Semicondutores: Diodos
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Por : Luís Timóteo
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C 
Quando se aumenta a capacidade do condensador, é verdade que se diminui o “Ripple”, mas o tempo de carga do condensador
diminui e o tempo de descarga aumenta, então, o condensador tem que carregar mais energia em mais curto espaço de tempo, o que vai originar um pico muito intenso de corrente nesse espaço de tempo, podendo até danificar os diodos.
Os diodos só vão conduzir, no espaço de tempo em que a voltagem de saída é menor que a de entrada, que é quando se dá a carga de C. 
Diodos de Potência: Max. Corrente nos diodos
Semicondutores: Diodos
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Multiplicadores de tensão:
Um duplicador de tensão fornece na saída, duas vezes a tensão de pico da entrada.
Dobrador de tensão de meia onda
O termo "meia-onda" reflecte o facto de a saída do condensador (C2) ser carregado durante uma alternância de cada ciclo de entrada…
off
…. e descarregado durante a outra.
off
Iin
Durante os semiciclos positivos, a fonte e C1, carregam C2 e alimentam a carga. Durante os semiciclos negativosC1 carrega e C2 alimenta a carga
Semicondutores: Diodos
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Multiplicadores de tensão:
Dobrador de tensão de onda Completa
O termo "onda-completa", reflecte o facto de que os condensadores de saída serem carregados durante semiciclos alternados do sinal de entrada.
off
on
off
on
Semicondutores: Diodos
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Por : Luís Timóteo
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Multiplicadores de tensão:
Triplicador de tensão 
O triplicador de tensão fornece uma tensão de saída DC, que é aproximadamente três vezes a tensão de pico da entrada.
on
on
on
Semicondutores: Diodos
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Multiplicadores de tensão:
Quadruplicador de tensão 
O quadruplicador de tensão fornece uma tensão de saída DC, que é aproximadamente quatro vezes a tensão de pico da entrada.
on
on
on
on
Semicondutores: Diodos
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As tensões de saída pode ser +48 VDC sem referencia á Terra, ou  24 VDC.
Multiplicadores de tensão:
Fonte com dupla polaridade 
Semicondutores: Diodos
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2 Tipos
Estáticas 
Dinâmicas
Perdas estáticas
PD = V·ID + rD · Ief2
ID : Valor médio
Ief : Valor eficaz
Perdas no Diodo de Potência
Semicondutores: Diodos
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ts = Tempo de armazenamento (storage time )
tf = Tempo de caída (fall time )
trr = tempo de recuperação inversa
 (reverse recovery time )
Perdas Dinâmicas: Comutação A-B (Corte)
PD (t) = vD (t)·iD (t)
Perdas no Diodo de Potência
Semicondutores: Diodos
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td = Tempo de atraso (delay time )
tr = Tempo de subida (rise time )
tfr = td + tr = Tempo de recuperação directa
 (forward recovery time )
O processo de condução é muito mais rápido do que o de corte.
Perdas Dinâmicas: Comutação B-A (Condução)
Perdas no Diodo de Potência
Semicondutores: Diodos
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Por : Luís Timóteo
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As comutações não são perfeitas
 Há instantes em que se tem que lidar com tensão e corrente 
 A Maior parte das perdas são devidas á saída de condução
Potência instantânea perdida na saída de condução: 
 pDsc (t) = vD (t)·iD (t) =
Perdas Dinâmicas: Comutação em diodos de Potência
Perdas no Diodo de Potência
Semicondutores: Diodos
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Por : Luís Timóteo
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a
ambiente
P (W)
Equivalente eléctrico
j
c
a
Ta : Temperatura ambiente
Tensões  Temperaturas
Corrente  Perdas (W)
Características Térmicas 
As perdas geram calor e este deve ser dissipado
O silício perde as suas propriedades semicondutoras a partir de 150oC.
Perdas no Diodo de Potência
Semicondutores: Diodos
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A resistência térmica pastilha – encapsulado é baixa ( 0.5 ºC/W).
A resistência térmica encapsulado- ambiente é alta ( 50 oC/W).
Para reduzir a temperatura, pode-se colocar um dissipador.
Conectamos uma resistência em paralelo com a RTHca
Características Térmicas 
Perdas no Diodo de Potência
Semicondutores: Diodos
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Muitos multímetros possuem essa função. Verifica-se a continuidade do diodo.
Diodo Check
Semicondutores: Diodos
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Semicondutores: Diodos
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Semicondutores: Diodos
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Por : Luís Timóteo
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http://wwwlasmea.univ-bpclermont.fr/Personnel/Francois.Berry/teaching/Microelectronics/composant.swf
http://www.williamson-labs.com/480_xtor.htm
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http://www.learnabout-electronics.org/Downloads/Fig316dl_bjt_operation.swf
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El transistor bipolar por - Javier Ribas Bueno -Escuela Universitaria de Ingenierías Técnicas de Mieres
http://www.electronics-tutorials.ws/diode/diode_3.html
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Kristin Ackerson, Virginia Tech EE - Spring 2002
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