3. Diodos

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6669 – CIRCUITOS 
ELETRÔNICOS I 
Departamento de Engenharia Química 
Universidade Estadual de Maringá 
Rubens Zenko Sakiyama 
rubens@deq.uem.br 
 
DIODOS 
• O diodo é um dispositivo de dois terminais. 
• Idealmente, um diodo conduz somente em 
uma única direção. 
Características do Diodo 
Região de Condução 
• A tensão ao longo do 
diodo é de 0 V 
• A corrente é infinita 
• A corrente direta é 
definida pela fórmula 
RF = VF / IF 
• O diodo se comporta 
como um curto 
Características do Diodo 
Região de não condução 
• Toda a tensão fica ao 
longo do diodo 
• A corrente é de 0 A 
• A resistência reversa 
é definida pela 
fórmula RR = VR / IR 
• O diodo se comporta 
como um circuito 
aberto 
Materiais Semicondutores 
• Materiais geralmente utilizados no 
desenvolvimento de dispositivos 
semicondutores: 
 Silício (Si) 
 Germânio (Ge) 
 Arseneto de gálio (GaAs) 
Dopagem 
• As características elétricas do silício e do 
germânio são melhoradas pela adição de 
materiais em um processo denominado 
dopagem. 
Tipo n 
Dopa com Sb, As, P. 
Materiais do tipo n 
contém excesso de 
elétrons. 
Tipo p 
Dopa com B, Ga, In. 
Materiais do tipo p 
contém excesso de 
lacunas. 
Junção PN 
• Uma extremidade de um cristal de silício ou 
germânio pode ser dopada como um material 
do tipo p e a outra extremidade como um 
material do tipo n. 
Junção PN 
• Na junção p-n, o excesso de elétrons do material 
tipo n é atraído para as lacunas do material do 
tipo p. 
 
• Os elétrons no material do tipo n migram ao 
longo da junção para o material do tipo p (fluxo 
de elétrons). 
 
• A migração de elétrons resulta em uma carga 
negativa no lado do tipo p da junção e em uma 
carga positiva no lado do tipo n da junção. 
 
 
Junção PN 
• O resultado é a formação de uma região de 
depleção em torno da junção. 
Condições de operação de um diodo 
Ausência de polarização. 
Polarização direta. 
Polarização reversa. 
Ausência de polarização 
 Nenhuma tensão 
externa é aplicada: 
VD = 0 V. 
 Não há corrente no 
diodo: ID = 0 A. 
 Só uma modesta 
depleção. 
Polarização Reversa 
• Uma tensão externa é aplicada ao longo da 
junção p-n na polaridade oposta dos materias 
do tipo p e n. 
Polarização Reversa 
• Os elétrons no material do tipo n são atraídos para 
perto do terminal positivo da fonte de tensão. 
• As lacunas no material do tipo p são atraídos para 
perto do terminal negativo da fonte de voltagem. 
Polarização Reversa 
• A tensão reversa faz com que a área da região de 
depleção aumente. 
Polarização Direta 
• Uma tensão externa é aplicada ao longo da 
junção p-n na mesma polaridade dos 
materiais do tipo p e n. 
Polarização Direta 
• Os elétrons e lacunas são empurrados em 
direção à junção p-n, fazendo com que a área 
da região de depleção diminua. 
Polarização Direta 
• Aumentando-se a tensão VD, os elétrons e lacunas 
têm energia suficiente para cruzar a junção p-n. 
Curva 
característica 
do diodo 






 1T
D
nV
V
SD
eII
onde: 
IS é a corrente de saturação reversa 
VD é a tensão de polarização direta aplicada ao diodo 
n é um fator de idealidade que é função das condições 
de operação e construção física; tem intervalo entre 1 e 
2, dependendo de uma grande variedade de fatores 
(será adotado n = 1) 
VT é chamada de tensão térmica 
Equação de Shockley 
Equação da Tensão Térmica 
q
kT
V K
T

onde: 
k é a constante de Boltzmann = 1,38 x 10-23 J/K 
TK é a temperatura absoluta em Kelvin = 273 + 
temperatura em oC 
q é a magnitude da carga eletrônica = 1,6 x 10-19 C 
Exemplo 
• A tempratura de 27 oC (temperatura comum 
para componentes em um sistema 
operacional encapsulado), determine a tensão 
térmica VT. 
  
19
23
10.6,1
300.10.38,1



q
kT
V K
T
KCT o 30027273273 
mVmVV
T
26875,25 
Portadores majoritários e minoritários 
• Existem duas correntes que circulam através 
de um diodo, provocadas pelos tipos de 
portadores presentes nos materiais: 
• Portadores majoritários 
– No material do tipo n: elétrons 
– No material do tipo p: lacunas 
• Portadores minoritários 
– No material do tipo n: lacunas 
– No material do tipo p: elétrons 
Região de ruptura por avalanche 
• A região de ruptura por avalanche 
fica na região de polarização 
reversa do diodo. 
• Em um certo momento, a voltagem 
da polarização reversa é tão alta 
(tensão de ruptura – VBV) 
que a corrente 
reversa 
aumenta 
drasticamente 
(corrente de 
avalanche). 
Região Zener 
• Alguns tipos de diodos são construídos 
para operar na região de polarização 
reversa denominada região Zener. 
• A tensão que faz com que um diodo 
entre na região Zener de operação é 
denominada tensão Zener (VZ). 
• Os diodos que 
possuem estas 
características 
são denominados 
diodos zener. 
Tensão de polarização direta 
• O ponto no qual o diodo muda da condição de 
ausente de polarização para a condição de com 
polarização direta ocorre quando os elétrons e as 
lacunas recebem energia suficiente para cruzar a 
junção p-n. Essa energia vem da tensão externa 
aplicada ao longo do diodo. 
• A tensão de polarização direta necessária para um: 
 Diodo de arseneto de gálio  1,2 V 
 Diodo de silício  0,7 V 
 Diodo de germânio  0,3 V 
Comparação de diodos comerciais de 
Ge, Si e GaAs 
Efeitos da Temperatura 
• À medida que a temperatura aumenta, é 
adicionada energia ao diodo. 
• Ela reduz a tensão de polarização direta 
necessária para condução de polarização direta. 
• Ela aumenta a quantidade de corrente reversa na 
condição de polarização reversa. 
• Ela aumenta a tensão máxima de avalanche da 
polarização reversa. 
• Os diodos de germânios são mais sensíveis a 
variações de temperatura que os de silício ou de 
arseneto de gálio. 
Variação nas características de um diodo de Si 
em função da variação de temperatura 
Na região de 
polarização direta, a 
curva desvia-se para a 
esquerda a uma taxa 
de 2,5 mV/oC. 
 
Na região de 
polarização reversa, a 
corrente reversa 
dobra a cada elevação 
de 10oC na 
temperatura. 
Diodo ideal x Diodo real 
Níveis de Resistência 
• Semicondutores reagem de modo diferente a 
correntes CC e CA. 
• Há três tipos de resistência: 
 Resistência CC (estática). 
 Resistência CA (dinâmica). 
 Resistência CA média. 
 
Resistência CC (estática) 
• Para um tensão CC específica aplicada (VD), o 
diodo tem uma corrente específica (ID) e uma 
resistência específica (RD). 
 
D
D
D
I
V
R 
Exemplo: Determine os níveis de resistência CC do 
diodo da figura 
 
 
a) ID = 2 mA (nível baixo) 
b) ID = 20 mA (nível alto) 
c) VD = -10V (polarização 
reversa) 
Resultados: 
a) 250 W 
b) 40 W 
c) 10 MW 
Resistência CA (dinâmica) 
d
d
d
I
V
r



Resistência CA (dinâmica) 
• De modo geral: ID >> IS 
      
SD
T
nVV
S
D
D
D
II
nV
eI
dV
d
I
dV
d
TD 
1
1
/
T
D
D
D
nV
I
dV
dI

D
T
d
D
D
I
nV
r
dI
dV

• Para n = 1 e VT = 26 mV: 
D
d
I
mV
r
26

Esta equação é precisa apenas 
para valores de ID na seção de 
elevação vertical da curva 
Resistência CA (dinâmica) 
• Na região de polarização direta: 
 
 
• A resistência depende da quantidade de corrente (ID) 
no diodo. 
• A tensão ao longo do diodo é razoavelmente 
constante (26 mV para 25C). 
• rB varia de típico 0,1 W para dispositivosde alta 
potência a 2 W para baixa potência, diodos de uso 
geral. 
B
D
d r
I
mV26 
r 
Resistência CA (dinâmica) 
• Em região de polarização reversa: 
 
 
• A resistência é efetivamente infinita. 
• O diodo se comporta como um aberto. 
 
 rd
Para a curva 
característica da 
figura: 
a) Determine a 
resistência CA em 
ID = 2 mA. 
b) Determine a 
resistência CA em 
ID = 25 mA. 
c) Compare os 
resultados das 
partes (a) e (b) para 
as resistências CC 
em cada nível de 
corrente. 
a) Foi traçada uma linha 
tangente em ID = 2 mA, 
com amplitude de 2 mA 
acima e 2 mA abaixo. 
 Em ID = 4 mA -> VD = 
0,76 V 
 Em ID = 0 mA -> VD = 
0,65 V 
mAI
d
404 
VV
d
11,065,076,0 
W


5,27
004,0
11,0

d
d
d
I
V
r
b) Foi traçada uma linha 
tangente em ID = 25 mA, 
com amplitude de 5 mA 
acima e 5 mA abaixo. 
 Em ID = 30 mA -> VD = 
0,8 V 
 Em ID = 20 mA -> VD = 
0,78 V 
mAI
d
102030 
VV
d
02,078,08,0 
W


2
01,0
02,0

d
d
d
I
V
r
c) Para ID = 2 mA, 
VD = 0,7V 
W350
002,0
7,0

D
D
D
I
V
R
Que é muito 
maior que o valor 
calculado em (a), 
rd = 27,5 W. 
c) Cont.: 
 Para ID = 25 mA, 
VD = 0,79V 
W62,31
025,0
79,0

D
D
D
I
V
R
Que é muito 
maior que o valor 
calculado em (b), 
rd = 2 W. 
Resistência CA média 
A resistência CA 
pode ser calculada 
utilizando-se a 
corrente e a tensão 
marcada nos dois 
pontos na curva 
característica do 
diodo. 
pt. to pt. 
ΔI
ΔV
 r
d
d
av 
Para a curva 
característica da figura 
determinar a 
resistência CA média. 
mAI
d
15217 
VV
V
d
d
075,0
65,0725,0




W


5
015,0
075,0

d
d
av
I
V
r
Circuito equivalente do diodo 
• Circuito equivalente linear por partes 
 
 
 
• Circuito equivalente simplificado