1 2018 Diodo Semicondutor CC CA

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DIODO SEMICONDUTOR 
Princípios Básicos 
Análise de Circuitos 
Bibliografia: Dispositivos Eletrônicos e Teoria de Circuitos 
 Autores: Robert L. Boylestad, Louis Nashelsky 
Diodo Semicondutor- 2 
Objetivos 
 Entender o princípio básico de funcionamento do 
diodo Semicondutor. 
 Conhecer os modelos do diodo e distinguir a sua 
aplicação na análise de circuitos. 
 Interpretar o funcionamento de circuitos que utilizam 
o diodo semicondutor em aplicações de circuitos 
eletrônicos a partir da análise de circuitos elétricos. 
 
 
 
Diodo Semicondutor- 3 
Introdução 
 O diodo semicondutor possui dois terminais e é 
construído a partir de materiais semicondutores 
como o Silício e o Germânio. 
 O diodo semicondutor é um elemento de circuito 
ativo. Isto é: O comportamento do diodo depende da 
maneira como o mesmo está ligado e de sua 
interação com outros componentes do circuito que 
definirão a sua região de operação. 
 O diodo ideal é uma chave que possui a capacidade 
de conduzir corrente em um único sentido. 
 
Diodo Semicondutor- 4 
 O símbolo do diodo é composto por uma seta que 
aponta para o sentido da corrente quando o mesmo 
está diretamente polarizado. Uma barra na ponta da 
seta indica que o diodo ideal não conduz no sentido 
de polarização reversa. 
Diodo diretamente polarizado 
Diodo Semicondutor- 5 
 Sob polarização reversa o diodo ideal é uma chave 
aberta. 
 Sob polarização direta, o diodo ideal é uma chave 
fechada. 
 
ID=(V-VD)/R 
ID=0 
VD=0 
VD=V 
Diodo Semicondutor- 6 
O Diodo por dentro 
Por dentro do Diodo 
 O Silício é o principal elemento utilizado na construção de dispositivos 
semicondutores seguido pelo Germânio. Ambos formam estruturas 
cristalinas cujos átomos são tetravalentes, possuindo quatro elétrons 
na camada de valência. 
 A condução no semicondutor é analisada pelo modelo de bandas de 
energia. O calor e a luz fornecem energia suficiente para que alguns 
elétrons saiam da banda de valência do semicondutor para se tornarem 
portadores na banda de condução. 
 Um material do tipo N é formado pela introdução de impurezas 
pentavalentes no semicondutor. Estas impurezas fornecem portadores 
majoritários negativos ou elétrons para a banda de condução. 
 Um material do tipo P é formado pela introdução de impurezas 
trivalentes no semicondutor. A esta impureza está associada uma 
“carência de elétrons”, resultando em portadores majoritários 
positivos ou lacunas na banda de condução. 
 
 
 
Diodo Semicondutor- 7 
 O diodo semicondutor é formado pela simples união de um material do 
tipo p com um material do tipo n, construídos a partir da mesma base, 
Ge ou Si. 
 Na ausência de tensão de polarização o fluxo de carga é zero. 
 
 
Diodo Semicondutor- 8 
 Sob condições de polarização reversa ocorre uma ampliação da região 
de depleção reduzindo o fluxo de portadores majoritários a zero. O 
fluxo resultante é o de portadores minoritários que se mantém 
constante. 
 A corrente resultante sob condições de polarização reversa é chamada 
de corrente de saturação reversa Is. Esta corrente, formada por portadores 
minoritários se mantém constante para altos valores de VD até uma região 
próxima à ruptura do diodo. 
 
 
Diodo Semicondutor- 9 
 Sob condições de polarização direta ocorre uma redução da região de 
depleção resultando em um intenso fluxo de portadores majoritários na 
junção. O fluxo resultante de portadores minoritários se mantém 
constante. 
 Um diodo semicondutor é polarizado diretamente quando é 
estabelecido um potencial positivo no material do tipo p e um potencial 
negativo no material do tipo n. 
 
Diodo Semicondutor- 10 
Comparação dos diodos semicondutores de Si e Ge. 
 
 A maior parte dos diodos é construída para trabalhar na região de 
polarização direta, no primeiro quadrante do gráfico. 
 
Diodo Semicondutor- 11 
 Para uma polarização reversa suficientemente grande, potencial zener, 
ocorrerá uma mudança brusca na curva do diodo. As colisões de 
portadores devido à sua aceleração produz ionização e geração de 
novos portadores, ruptura por avalanche. 
 
 Alguns diodos são projetados para operar sob polarização reversa no 
terceiro quadrante do gráfico, região zener. 
 
 
Diodo Semicondutor- 12 
Folha de dados 
 
Características Elétricas de um diodo de alta tensão e de baixas correntes de fuga. 
 
Diodo Semicondutor- 13 
Tempo de recuperação reversa – trr 
Aplicações em alta frequência 
 CT - Capacitância de transição. 
 CD - Capacitância de difusão ou acumulação. 
 O chaveamento do estado ligado para o estado desligado não ocorre 
instantaneamente com a inversão da polaridade na tensão da fonte. 
Diodo Semicondutor- 14 
Tempo de recuperação reversa – trr 
Aplicações em alta frequência 
 CT - Capacitância de transição. 
 CD - Capacitância de difusão ou acumulação. 
 O chaveamento do estado ligado para o estado desligado não ocorre 
instantaneamente com a inversão da polaridade na tensão da fonte. 
 ts - tempo de armazenamento. 
 tt - intervalo de transição. 
 trr = ts + tt 
 (tempo de recuperação reversa) 
 
 
 
Diodo Semicondutor- 15 
Circuito Equivalente Linear por Partes 
- E + R 
APROXIMAÇÕES PARA O DIODO 
Onde rav é a resistência média na aproximação 
Diodo Semicondutor- 16 
Circuito Equivalente Linear por Partes 
- E + R 
APROXIMAÇÕES PARA O DIODO 
Onde rav é a resistência média na aproximação 
 Em muitos circuitos, a resistência em série com o diodo é grande o 
suficiente para tornar rav desprezível. Uma análise mais simplificada pode 
ser mais útil para o estudo do comportamento do circuito. 
 
Diodo Semicondutor- 17 
Circuito Equivalente Linear por Partes 
- E + R 
APROXIMAÇÕES PARA O DIODO 
Onde rav é a resistência média na aproximação 
 Em muitos circuitos, a resistência em série com o diodo é grande o 
suficiente para tornar rav desprezível. Uma análise mais simplificada pode 
ser mais útil para o estudo do comportamento do circuito. 
 
Diodo Semicondutor- 18 
APROXIMAÇÕES PARA O DIODO 
Circuito Equivalente Simplificado ( E >VT, R >> rav ) 
VT=0,7V para o diodo de Si e VT=0,3V para o diodo de Ge. 
- E + R 
Diodo Semicondutor- 19 
APROXIMAÇÕES PARA O DIODO 
Circuito Equivalente Simplificado ( E >VT, R >> rav ) 
VT=0,7V para o diodo de Si e VT=0,3V para o diodo de Ge. 
- E + R 
Circuito Equivalente Ideal ( E >>VT, R >> rav ) 
 
Diodo Semicondutor- 20 
Análise de Circuitos 
com Diodos 
 O modelo de circuito adequado é selecionado de 
acordo com a polarização do diodo no circuito 
original. 
 Um circuito equivalente aproximado é construído 
para cada condição de operação identificada. 
 O circuito resultante para a região de operação é 
analisado utilizando as Leis de Kirchhoff. 
Diodo Semicondutor- 21 
Diodo Semicondutor- 22 
Aplicações em corrente 
contínua 
Determinação de VD e ID na configuração em série do diodo. 
Polarização direta Polarização reversa 
Diodo Semicondutor- 23 
 Configuração série em polarização direta 
Figs 2.12 à 2.14 
Diodo Semicondutor- 24 
 Configuração série em polarização direta 
Figs 2.12 à 2.14 
Diodo Semicondutor- 25 
 Configuração série em polarização direta 
Figs 2.12 à 2.14 
Diodo Semicondutor- 26 
Figs 2.15 à 2.17 
 Configuração série em polarização reversa 
Diodo Semicondutor- 27 
Figs 2.15 à 2.17 
 Configuração série em polarização reversa 
Diodo Semicondutor- 28Figs 2.15 à 2.17 
 Configuração série em polarização reversa 
Diodo Semicondutor- 29 
EXEMPLO 2.6 
Determine VD, VR e ID 
VERIFIAR EXEMPLO 2.7 
Diodo Semicondutor- 30 
EXEMPLO 2.8 
Determine VD, IR e ID 
Diodo Semicondutor- 31 
EXEMPLO 2.8 
Determine VD, IR e ID 
Diodo Semicondutor- 32 
EXEMPLO 2.9 Determine V0 e ID 
Diodo Semicondutor- 33 
EXEMPLO 2.9 Determine V0 e ID 
Diodo Semicondutor- 34 
EXEMPLO 2.10 Determine ID, VD2 e V0 
Diodo Semicondutor- 35 
EXEMPLO 2.10 Determine ID, VD2 e V0 
Diodo Semicondutor- 36 
EXEMPLO 2.10 Determine ID, VD2 e V0 
Diodo Semicondutor- 37 
EXEMPLO 2.10 Determine ID, VD2 e V0 
Diodo Semicondutor - 38 
EXEMPLO 2.11 Determine I, V1, V2 e V0 
Diodo Semicondutor - 39 
EXEMPLO 2.11 Determine I, V1, V2 e V0 
Diodo Semicondutor - 40 
EXEMPLO 2.11 Determine I, V1, V2 e V0 
Diodo Semicondutor - 41 
EXEMPLO 2.11 Determine I, V1, V2 e V0 
Diodo Semicondutor- 42 
EXEMPLO 2.12 Determine V0, I1, VD1 E VD2 
Diodo Semicondutor- 43 
EXEMPLO 2.12 Determine V0, I1, VD1 E VD2 
Diodo Semicondutor- 44 
EXEMPLO 2.13 Determine a corrente I 
Diodo Semicondutor- 45 
EXEMPLO 2.13 Determine a corrente I 
Diodo Semicondutor- 46 
EXEMPLO 2.14 Determine a tensão V0 
Diodo Semicondutor- 47 
EXEMPLO 2.14 Determine a tensão V0 
Diodo Semicondutor- 48 
EXEMPLO 2.15 Determine as correntes I1, I2, e ID 
Diodo Semicondutor- 49 
EXEMPLO 2.15 Determine as correntes I1, I2, e ID 
Diodo Semicondutor- 50 
Diodo Zener 
Diodo Semicondutor- 51 
Diodo Semicondutor- 52 
Exemplo 2.26 
a) Determine VL, VR, IZ e PZ 
b) Repita o item (a) com RL = 3k𝞨 
Diodo Semicondutor- 53 
a) 
0 < V < VZ 
Zener desligado 
 IZ =0, PZ=0; VL=8.73 
Diodo Semicondutor- 54 
b) Substitui-se RL por 3k𝞨 no circuito exemplo. 
Considera-se inicialmente que o Zener está aberto. 
Nesta hipótese, o cálculo do divisor de tensão resultante 
mostra que a tensão agora é suficiente para que o Zener 
esteja ligado. O circuito equivalente se torna: 
 
Diodo Semicondutor- 55 
Aplicações em corrente 
alternada 
Diodo Semicondutor- 56 
Retificador de meia onda 
Análise com Diodo Ideal 
Diodo Semicondutor- 57 
Região de condução (0 à T/2) 
Diodo Semicondutor- 58 
Região de não condução - Corte de T/2 à T 
Diodo Semicondutor- 59 
Sinal retificado – Retificador de meia onda 
Diodo Semicondutor- 60 
Efeito de VT no sinal de meia onda retificado 
Diodo Semicondutor- 61 
Determinação da tensão reversa máxima 
PIV requerido para o diodo no retificador de meia onda 
Diodo Semicondutor- 62 
Exemplo 2.8 
Diodo Semicondutor- 63 
Saída V0, resultante do circuito no exemplo 2.18 
Diodo Semicondutor- 64 
Efeito de VT no sinal retificado em meia onda 
Diodo Semicondutor- 65 
Retificador de onda completa 
Configuração em Ponte 
Diodo Semicondutor- 66 
Comportamento com diodos ideais 
Análise de vi para o intervalo de 0 à T/2. 
Diodo Semicondutor- 67 
Caminho de condução para vi positivo 
Intervalo de 0 à T/2. 
Diodo Semicondutor- 68 
Caminho de condução para vi negativo 
Intervalo de T/2 à T. 
Diodo Semicondutor- 69 
Formas de onda de entrada e saída 
Retificador de onda completa 
Diodo Semicondutor- 70 
Determinação de V0max 
 Diodos de silício na configuração em ponte 
Diodo Semicondutor- 71 
Determinação da tensão reversa máxima 
PIV Requerido para o diodo 
Configuração em Ponte 
Diodo Semicondutor- 72 
Retificador de onda completa 
Transformador com derivação central 
Tape central 
Diodo Semicondutor- 73 
Comportamento para diodos ideais 
Análise de vi para o intervalo de 0 à T/2. 
Diodo Semicondutor- 74 
Comportamento para diodos ideais 
Análise de vi para o intervalo de T/2 à T. 
Diodo Semicondutor- 75 
Determinação da tensão reversa máxima 
PIV Requerido para o diodo 
Configuração com derivação central 
ISL07 - Mapas de Karnaugh - 76 
Alguns circuitos práticos 
com diodos 
Diodo Semicondutor- 77 
Esquema elétrico do carregador de baterias da figura 2.125 
OBS.: Este modelo não desliga automaticamente quando a bateria está carregada. 
Diodo Semicondutor- 78 
Faíscas que ocorrem em uma chave quando aberta 
 ( se a chave estiver em série com um circuito R-L) 
Exemplo de proteção com supressor 
Proteção com diodo para circuito RL 
(Acionamento com fonte CC) 
Diodo Semicondutor- 79 
Proteção com diodo para limitar a 
tensão emissor base do transistor 
Proteção com diodo para evitar 
uma corrente de coletor reversa 
Ação do diodo para limitar a variação da tensão aplicada. 
Diodo Semicondutor- 80 
Sistema de backup projetado para evitar a perda da memória 
em um auto-rádio quando ele é removido do veículo 
Detector de polaridade utilizando diodos e LEDs 
Diodo Semicondutor- 81 
Problema 5 
Diodo Semicondutor- 82 
Problemas 6 e 49 
Diodo Semicondutor- 83 
Problema 7 
Diodo Semicondutor- 84 
Problema 8 
Diodo Semicondutor- 85 
Problema 9 
Diodo Semicondutor- 86 
Problema 12 
Diodo Semicondutor- 87 
Problema 25 
Diodo Semicondutor- 88 
Mais circuitos com diodos 
em corrente alternada 
Dobrador de tensão 
Triplicador e quadruplicador de tensão 
Diodo Semicondutor- 89 
Diodo Semicondutor- 90 
Ceifadores 
Diodo Semicondutor- 91 
Grampeadores com diodos ideais (5τ=5RD>>T/2)