Aula 02 Eletrônica Básica - Diodos

Prévia do material em texto

Eletrônica Básica 
Aula 02 Diodos 
Professor: Vladimir Homobono Soares 
E-mail: eng.vladhomobono@gmail.com 
 
1 
Introdução 
• O fato de se poder dopar diversas regiões de 
um mesmo material semicondutor com 
diferentes impurezas possibilita a fabricação 
de uma grande variedade de dispositivos 
eletrônicos. 
• Num semicondutor contendo uma região do 
tipo P e uma região do tipo N separados por 
uma fina camada de transição, é formada o que 
se chama de junção p-n. 
2 
Introdução 
• Formação dos diodos: 
– Um pedaço de SC, tanto tipo N quanto tipo P, não 
tem muito mais utilidade do que como resistor 
– A junção PN diodos e transistores 
– O nome diodo vem da contração de dois (di) 
eletrodos (odos) 
3 
Camada de depleção 
• No lado N os elétrons repelem-se em todas as 
direções, inclusive alguns elétrons são 
lançados através da junção PN 
• recombina-se com uma lacuna e deixa de ser 
elétron livre e passa a ser um elétron de 
valência 
• Na verdade temos a geração de um íon 
positivo no lado P e um íon negativo no lado 
N. 
 
4 
Diodos 
 
5 
O diodo é um dispositivo de 2 
terminais 
O diodo ideal conduz 
somente em uma direção 
Características do Diodo 
 
6 
Região de Condução Região de não-condução 
• A tensão através do diodo é 0 V 
• A corrente é infinita 
• A resistência direta é RF = VF / IF 
• O diodo age como um curto-circuito 
• Toda tensão está no Diodo 
• A corrente é 0 A 
• A resistência reversa é RR = VR / IR 
• O diodo age como um circuito-
aberto 
Materiais Semicondutores 
• Materiais comumente utilizados no 
desenvolvimento de dispositivos 
semicondutores 
– Silício (Si) 
– Germânio (Ge) 
– Arsenieto de gálio (GaAs) 
7 
Dopagem 
• As características elétricas do silício e do 
germânio são aprimoradas pela adição de 
materiais num processo chamado dopagem. 
• Existem dois tipos para materiais 
semicondutores 
– Tipo N (excesso de elétrons) 
– Tipo P (excesso de buracos) 
 
8 
Junção P-N 
• Um lado do cristal feito de silício ou germânio pode 
ser dopado como um material do tipo P e o outro lado 
com um material do tipo N separados por uma fina 
camada chamada de região de depleção para efetuar a 
junção. 
• Junção P-N 
9 
Junção P-N 
 
10 
Na junção p-n o excesso de elétrons 
na banda de condução na região do 
tipo N são atraídos pelo excesso de 
buracos na região do tipo P. 
 
Os elétrons no material do tipo N 
migra através da junção para o 
material do tipo P. (Fluxo de 
elétrons) 
 
A migração de elétrons resulta em 
uma carga negativa no lado tipo P 
da junção e uma carga positiva no 
lado tipo N da junção. 
O resultado é a formação de uma 
região de depleção na junção. 
Condições de Operação do Diodo 
• Um diodo possui três condições de operação: 
 
• Sem Polarização. 
• Polarização direta. 
• Polarização Reversa. 
 
11 
11 
Condições de Operação do Diodo 
• Sem Polarização 
 
 
• Nenhuma tensão externa é aplicada: VD = 0 V. 
• Nenhuma corrente está fluindo: ID = 0 A. 
• Somente uma modest região de depleção existe. 
12 
Condições de Operação do Diodo 
• Polarização Reversa 
• Tensão externa é aplicada através da junção P-N em 
uma polaridade oposta à do material tipo P e do tipo N 
13 
• A tensão reversa causa um 
alargamento na região de depleção. 
• Os elétrons no material do tipo N são 
atraidos diretamente para o terminal 
positivo da fonte de tensão. 
• Os buracos no material tipo P são 
atraidos diretamente para o terminal 
negativo da fonte de tensão. 
14 
Condições de Operação do Diodo 
• Polarização Direta 
• Tensão externa é aplicada através da junção P-N a 
mesma polaridade do material tipo P e do tipo N 
• A tensão direta causa um estreitamento 
na região de depleção. 
• Os elétrons e os buracos tendem à se 
direcionar para a região de depleção. 
• Os elétrons e os buracos têm energia 
suficiente para atravessar toda junção 
P-N. 
Características do Diodo Real 
• Note as condições 
para regiões sem 
polarização, com 
polarização reversa e 
com polarização 
direta. 
• Corrente de diodo: 
15 








 1kT
DkV
eII sD
• Existem dois tipos de corrente através do diodo: 
 
• Por Portadores Majoritários: 
• Em um material do tipo N são elétrons. 
• Em um material do tipo P são os buracos. 
 
• Por Portadores Minoritários: 
• Em um material do tipo N são buracos. 
• Em um material do tipo P são elétrons. 
Portadores Majoritários e Minoritários 
16 
• A região zener está na região da região 
de polarização reversa do diodo. 
• A um certo ponto, a tensão de 
polarização reversa é tão alta que o 
diodo “quebra” e a corrente reversa 
aumenta dramaticamente. 
• O valor máximo da voltagem reversa 
que não irá levar o diodo à região zener 
é chamado de tensão inversa de pico ou 
tensão de pico reversa. 
Região Zener 
17 
• A tensão que causa a entrada do diodo a operar na região zener é 
chamado tensão zener (VZ). 
 
Tensão de Polarização Direta 
• O ponto em que o diodo muda de sem polarização para a 
condição de polarização direta ocorre quando os eletrôns 
e os buracos tem energia suficiente para atravessar a 
junção P-N. Essa energia é causada por uma tensão 
externa aplicada através do diodo. 
• A tensão de polarização direta requerida para um: 
 
• Diodo de Arsenieto de Gálio  1.2 V 
• Diodo de Silicone  0.7 V 
• Diodo de Germânio  0.3 V 
 
18 
• Com o aumento da temperatura adiciona energia 
ao diodo. 
– Reduz a tensão de polarização direta para condução de 
polarização direta. 
– Aumenta a quantidade da corrente reversa na condição 
de polarização reversa. 
– Aumenta a tensão de polarização reversa de avalanche. 
• Diodos de germânio são mais sensíveis à 
variações de temperatura que os diodos de silício 
ou arsenieto de gálio. 
Efeito de Temperatura 
19 
Níveis de Resistência 
• Semicondutores reagem de formas diferentes 
para correntes DC e AC. 
• Existem três tipos de resistência: 
– Resistência DC (estático). 
– Resistência AC (dynamic). 
– Resistência Média AC. 
20 
• Para uma tensão DC 
específica VD, o diodo tem 
uma corrente específica ID e 
uma resistência específica 
RD. 
Resistência DC (estática) 
D
D
D
I
V
R 
21 
Resistência AC (dinâmica) 
• Na região de polarização direta: 
 
 
– A resistência depende da quantidade de corrente (ID) no diodo. 
– A tensão através do diodo praticamente constante (26 mV p/ 25C). 
– rB é tipicamente entre 0,1  para dispositivos de alta potência à 2  
para baixa potência. Em alguns casos rB pode ser ignorado. 
 
• Na região de polarização reversa: 
– A resistência, idealmente, é infinita. Assim o diodo age como aberto. 
 
 
 
B
D
d r
I
r 
mV 26
 rd
22 
 
 
 
 
 
• A resistência AC pode ser 
calculada usando os 
valores da corrente e da 
voltagem para dois pontos 
na curva característica do 
diodo. 
 
pt. to pt. 
d
d
av
ΔI
ΔV
 r 
23 
Resistência AC (dinâmica) 
 
Circuito Equivalente do Diodo 
24 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
• Na polarização reversa, a camada de depleção é muito grande. A forte 
polaridade positiva e negativa do diodo cria capacitância, CT. A quantidade 
de capacitância depende da tensão reversa aplicada. 
 
• Na polarização direta de armazenamento de capacitância ou capacitância de 
difusão (CD) existe com o aumento da tensão do diodo. 
Capacitância doDiodo 
25 
• Tempo de Recuperação Reversa é o tempo requerido 
para um diodo parar de conduzir e é modificado de 
polarização direta para polarização reversa. 
Tempo de Recuperação Reversa (trr) 
26 
• Escolher um bom diodo entre os diferentes tipos 
requer analisar as seguintes especificações: 
1. Tensão Direta (VF) em um valor específico de corrente e temperatura. 
2. Corrente direta máxima (IF) em um valor específico de temperatura. 
3. Saturação de corrente reversa (IR) em um valor específico de tensão e 
temperatura. 
4. Tensão reversa, PIV or PRV or V(BR), em um valor específico de 
temperatura. 
5. Máxima potência de dissipação em um valor específico de temperatura. 
6. Níveis de capacitância. 
7. Tempo de recuperação reversa, trr 
8. Faixa de operação da temperatura. 
Especificações dos Diodos 
27 
 
 
 
 
 
• O anodo é abreviado por A 
• O catodo é abreviado por K 
Símbolo e Encapsulamento do Diodo 
28 
 
 
• Checagem do Diodo. 
• Ohmímetro. 
• Traçando a Curva. 
 
Teste de um Diodo 
29 
• Muitos multimetros digitais tem uma função 
para checar o funcionamento do diodo fora de 
um circuito. 
 
• Um diodo normal possui tensão direta, para: 
– Arsenito de gálio  1,2 V 
– Diodo de silicone  0,7 V 
– Diodo de Germanio  0.3 V 
Diodo Checker 
30 
• Um ohmímetro ajusta uma baixa resistência 
para utilizar como teste em um diodo fora do 
circuito. 
 
Ohmímetro 
31 
• Traçar a curva caracterísitica do diodo em teste para 
comparar com suas específicações mostradas no data 
sheet. 
Traçando a Curva 
32 
 
 
• Diodo Zener. 
• Diodo Emissor de Luz (LED – Light-emitting 
diode). 
• Arranjo de diodos. 
 
Outros Tipos de Diodos 
33 
• Um diodo zener opera na 
polarização reversa na tensão 
Zener(VZ). 
 
• A tensão zener comum está 
entre 1,8 V e 200 V. 
 
Diodo Zener 
34 
• Um LED emite fotons quando existe uma polarização 
direta. 
• Geralmente a emissão é na região do infravermelho 
ou no espectro vísivel. 
• A tensão de polarização direta é, usualmente, na faixa 
de 2 V e 3 V. 
 
Diodo Emissor de Luz (LED) 
35 
• Multiplos diodos 
podem ser 
encapsulados juntos 
em um circuito 
integrado (CI). 
 
 
• Existe uma grande 
possibilidade no 
arranjo dependente 
do tipo de CI. 
Arranjo de Diodos 
Common Anode 
Common Cathode 
36