Diodos Especiais

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Universidade Federal de Itajubá 
 
Instituto de Engenharia de Sistemas e Tecnologias da Informação 
 
Engenharia da Computação 
 
ELT303 – Eletrônica Analógica I 
 
Diodos Especiais 
(LED, Varicap, Schottky, Fotodiodo e Zener) 
 
 
Prof. Paulo César Crepaldi Prof. Leonardo B. Zoccal 
Universidade Federal de Itajubá 
 
Instituto de Engenharia de Sistemas e Tecnologias da Informação 
 
Engenharia da Computação 
 
Atenção 
O material constante destas notas de aula foi preparado com base na 
bibliografia recomendada e destina-se a servir como um apoio ao 
acompanhamento da disciplina. 
Em alguns slides são utilizados recursos coletados da INTERNET e 
considerados de domínio público. 
3 
LED (Light Emitting Diode): Fundamentos 
Os diodos emissores de luz foram desenvolvidos na década de 1960 e são utilizados, 
basicamente, como dispositivos indicadores em função da baixa potência que 
manipulam. Considerando-se que um diodo polarizado diretamente dissipa energia, 
parte dela pode ser na forma de luz (visível ou no espectro infravermelho). Para 
tanto é necessário alterar o tipo material semicondutor de que são fabricados os 
cristais N e P. A tabela a seguir ilustra alguns exemplos de LEDs com os seus 
respectivos comprimentos de onda de emissão e tipo de semicondutor: 
Tensão e Corrente em diferentes LEDs 
A corrente típica, na polarização direta, 
para estes dispositivos é da ordem de 
10mA a 20mA. Observar que a tensão de 
joelho é maior que os 0,7V dos diodos de 
sinal e depende, também, do tipo de 
material semicondutor. Outra diferença 
significativa, em relação aos diodos de 
sinal, é que os LEDs apresentam um valor 
de tensão de ruptura (polarização reversa) 
muito baixo (algo em torno de 4V a 6V). 
4 
LED (Light Emitting Diode): Encapsulamento e Símbolo 
O encapsulamento do LED deve ser transparente ou 
da cor da emissão e a forma de sua lente (clear ou 
diffuse) permite que se tenha diferentes ângulos de 
abertura ou de espalhamento: 
Detalhe do “domo” de um LED 
Exemplos de Encapsulamento 
Ângulo de Espalhamento Diferentes 
Símbolo do LED 
 
IDVD
+
-
5 
LED (Light Emitting Diode): Resistor Limitador de Corrente 
Curiosidades 
 
Organic light-emitting diodes (OLEDs) are based on organic (carbon based) materials. In contrast to LEDs, 
which are small point sources, OLEDs are made in sheets which provide a diffuse area light source. OLED 
technology is developing rapidly and is increasingly used in display applications such as cell phones and PDA 
screens. However, OLEDs are still some years away from becoming a practical general illumination source. 
Additional advancements are needed in light output, color, efficiency, cost, and lifetime. 
Para se utilizar um LED com segurança é recomendável o uso 
de um resistor para limitar a sua corrente direta (ID) na faixa de 
10mA a 20mA com já mencionado. Observe que o 
equacionamento é bastante simples e envolve a tensão de joelho 
(VD) e a máxima tensão aplicada (V). 
Bi-Colour LED Multi-Colour LED 
 
+
_
vD ID
RS
+
_
vS
+V
D
D
S
I
VV
R


6 
LED (Light Emitting Diode): Folha de Dados 
7 
Varicap (Varactor): Fundamentos 
Este diodo é largamente utilizado em receptores de televisão, de rádio e outros 
equipamentos de comunicação que necessitam de circuitos de sintonia. Trata-se de 
um dispositivo semicondutor otimizado para atuar como um capacitor variável 
dependente da tensão. 
Sua operação esta baseada na capacitância de junção que existe quando o diodo está 
polarizado reversamente. Este efeito capacitivo é modelado como um capacitor de 
placas paralelas em que a distância entre as placas é dada pela largura da região de 
depleção. Esta largura depende da intensidade da polarização reversa e, 
conseqüentemente, ao se modificar este valor de tensão o valor da capacitância 
também se altera. 
Símbolo do Varicap 
VR
+
-
A faixa de capacitâncias que podem ser obtidas situa-se, 
tipicamente, entre 2 a 100 pF (para uma variação de tensão 
reversa também, tipicamente, na faixa de 20 V) 
dependendo do tipo de varicap. Para garantir uma corrente 
de fuga pequena, estes dispositivos são fabricados com 
silício. 
8 
Varicap (Varactor): Fundamentos 
As folhas de dados destes dispositivos informam um valor de referência da 
capacitância medida para um determinado nível de tensão reversa. Por exemplo, o 
diodo 1N5142 apresenta uma capacitância de 15pF em –4V (o sinal de menos pode 
ser omitido pois simplesmente reforça a condição de polarização reversa). Além deste 
valor de referência, as folhas de dados fornecem uma faixa de sintonia e o alcance de 
tensão. Para o diodo 1N5142 citado, tem-se uma faixa de sintonia de 3:1 para um 
alcance de tensão de 60V. 
Valores Limites e Características Elétricas para o Varicap 1N5142 
9 
Diodo Schottky (Hot-Carrier Diode, HCD) : Fundamentos 
O diodo Schottky tem uma aplicação muito importante em sistemas de alta 
freqüência e também em sistemas de alta potência. Sua construção é diferente dos 
diodos semicondutores discutidos até então. Trata-se da junção entre um metal 
(prata, tungstênio ou cromo) e um material semicondutor (normalmente um cristal 
do tipo N). O fator limitante nas aplicações que envolvem altas freqüências é o 
tempo de recuperação reverso trr. Para um diodo de sinal, como o 1N4148, o trr 
está por volta de 4 nS que o permite operar até algumas unidades de MHZ. 
ID
VD+ -
O diodo Schottky, pelo seu aspecto construtivo, 
diminui o trr para a faixa de pS possibilitando, assim, 
operações em centenas de MHZ a unidades de GHZ. O 
ponto fundamental deste dispositivo é o fato dos 
elétrons ao serem injetados no metal (polarização 
direta) não serem portadores minoritários. Na 
realidade, não se consegue distinguir quem são os 
elétrons que já existiam no metal dos que foram 
injetados. Então, ao se dar o comando para a condição 
de polarização reversa, o retorno dos elétrons ao cristal 
N será facilitado diminuindo sensivelmente o tempo de 
recuperação. Símbolo do Schottky 
10 
Diodo Schottky: Fundamentos 
Outro parâmetro importante do diodo Schottky é a sua barreira de potencial ou 
tensão de joelho. Seu valor é algo em torno de 0,2V. Aplicações em que o diodo 
está submetido a altas correntes e precisa ser rápido (caso de uma fonte chaveada 
em que a corrente direta pode ser 100A com chaveamentos tipicamente na ordem 
de 20 a 50 KHZ) tem neste dispositivo uma solução bastante interessante. 
Como desvantagens deste dispositivo cita-se a sua maior corrente reversa (na 
ordem de mA como nos diodos de Germânio) e a sua menor tensão de ruptura 
(comparativamente ao diodo de silício). 
Características Elétricas para Alguns Diodos Schottky 
11 
Diodo Schottky: Outras Informações 
  10 

t
SRIDV V
eII
1N5817 THRU 1N5819 
12 
Fotodiodo: Fundamentos 
Uma junção PN polarizada reversamente apresenta uma corrente muito pequena por 
se tratar de um fluxo de portadores minoritários (geração térmica de pares elétrons-
lacunas). Se for permitido que um outro tipo de energia (luz, por exemplo) alcance a 
região da junção será possível a produção de pares elétrons-lacunas adicionais além 
daqueles gerados termicamente. Portanto, é possível aumentar-se o fluxo de 
portadores minoritários e, conseqüentemente, a intensidade da corrente reversa. 
O fotodiodo é um dispositivo otimizado para apresentar esta sensibilidade à luz. 
Neste diodo, uma janela permite que a luz atravesse o seu encapsulamento e atinja 
diretamente a junção PN. Normalmente, esta janela tem o formato de uma lente 
convergente.IRVR
+
-
Símbolo do Fotodiodo 
Exemplos de Encapsulamento 
Circuito Equivalente de um Fotodiodo 
13 
Fotodiodo: Fundamentos 
Um dado apresentado pelo fabricante é a chamada “dark current” (corrente no 
escuro) e representa a corrente que existe no fotodiodo sem a presença da energia 
luminosa incidente. Esta corrente nada mais é que a corrente reversa devida 
unicamente aos portadores minoritários gerados termicamente. 
Características Elétricas para o Fotodiodo VTP1332 
14 
Diodo Zener: Fundamentos 
Este diodo está otimizado para atuar na região de ruptura (polarização reversa). 
Apesar de existirem dois mecanismos de ruptura (avalanche e Zener) o diodo recebe 
o nome de Zener. Quando polarizado diretamente tem as mesmas características de 
um diodo de uso geral. O estudo do diodo Zener e do circuito Regulador Zener 
constituem os fundamentos básicos do princípio de Regulação de Tensão. 
Símbolo do Diodo Zener 
IZVZ
+
-
Exemplos de Encapsulamento 
A localização do valor da tensão de ruptura é controlada pelos níveis de dopagem 
dos cristais N e P, sendo disponíveis valores que vão 1,8V a 200V. As potências 
podem variar de ¼ W até 50W. Normalmente o silício é utilizado tendo em vista a 
sua maior capacidade de operar em temperaturas de junção mais elevadas 
(tipicamente 1500C). 
15 
Diodo Zener: Curva Característica 
Na seqüência, uma ilustração da curva característica de um diodo Zener e uma lista 
de alguns parâmetros importantes (base: diodo 1N961): 
 
I
ZT
IZM
I
R
VRVZ
ZZT
Tensão Zener 
Nominal 
(VZ @ IZT) 
Corrente 
de 
Teste 
(IZT) 
Impedância 
Dinâmica 
Máxima 
(ZZT @ IZT) 
Corrente 
Reversa 
Máxima 
(IR @ VR) 
Corrente 
Máxima 
(IZM) 
Coeficiente 
de 
Temperatura 
(TC) 
10V 12,5 mA 8,5 W 10 mA 32 mA +0,072 %/0C 
Características Elétricas @ 250C 
Parâmetros para o Diodo Zener 1N961 (10V±20%, 500mW) 
O terceiro quadrante é a região de 
interesse e, normalmente, atribui-se 
para alguns parâmetros o sub-índice Z 
como um indicativo de se tratar de 
um diodo Zener. 
16 
Diodo Zener: Curva Característica 
O termo nominal para VZ indica um valor médio típico para este valor de tensão. 
Observar que o 1N961 tem uma tolerância de  20% o que significa que é de se 
esperar: 8V < VZ < 12V. Existem diodos com especificações mais precisas com 
tolerâncias de  10% e  5%. 
A corrente de teste IZT é definida para o ponto em que o dispositivo dissipa ¼ de 
sua potência nominal e ZZT é a impedância dinâmica (reta tangente no ponto) para 
este nível de corrente. Algumas literaturas colocam ZZT como a sendo uma 
resistência dinâmica e a representam como rZ. 
IZM é a corrente máxima (limite imposto pela dissipação de potência) e caso não 
seja fornecida pode ser avaliada dividindo-se a potência máxima pelo valor 
máximo de VZ. Alguns projetistas colocam ainda uma margem de segurança de 
pelo menos 10%, ou seja, IZM = 0,9.PZ/VZMAX 
TC reflete a porcentagem de variação em VZ com a variação da temperatura. 
Assume valores positivos e negativos e eventualmente zero. A faixa de mudança é 
próxima de 5V para VZ. Acima desta tensão os coeficientes são positivos e abaixo 
são negativos 
A corrente IR é fornecida para um valor particular de tensão reversa VR. 
17 
Diodo Zener: Exemplo de Folha de Dados 
18 
Diodo Zener: Modelos 
Assim como o diodo de uso geral é possível estabelecer modelos para o 
comportamento do diodo Zener. A seguir estão identificados 2 modelos: Modelo 
ideal representado por uma bateria de valor VZ e uma segunda aproximação que 
inclui a presença da resistência dinâmica. 
+
-
VZ
+
-
VZ
IZ
rZ
+
-
VZ + IZ rZ
Regulador Zener 
Um circuito básico muito importante é o chamado Regulador Zener. Tem por 
princípio fundamental o fato de que no Zener, quando polarizado na sua região de 
ruptura, a tensão entre seus terminais fica praticamente constante e, dentro de certos 
limites, independente da corrente. Atua, portanto, como um regulador de tensão. Este 
circuito é o ponto de partida para o desenvolvimento de outros circuitos, mais 
sofisticados, denominados de Fontes de Referência de Tensão (utilizados, por 
exemplo, nos reguladores de tensão de três terminais). 
19 
Regulador Zener: Circuito Básico e Reta de Carga 
Para efeito de análise do Regulador Zener considerar a topologia a seguir: 
RS
IS
IZ
IL ± DIL
Vi ± DVi
+
_
RL
+
_
VL = VZO regulador atua no sentido de fazer 
com que a tensão sobre a carga (VL) 
fique constante a despeito de 
variações que ocorram no sinal de 
entrada (DVi) e na demanda de 
corrente da carga (DIL). 
S
i
ZZ
SL
Li
ZZ
LS
Z
S
i
Z
L
Z
Z
S
Zi
LZS
R
V
I0)(VBponto
RR
RV
V0)(IAponto
R
1
R
1
V
R
V
I
R
V
I
R
VV
III













IZ(MIN)
IZ(MAX)
IZQ
VZQA
B
Q
Z(MAX)ZQZ(MIN) III 
Reta de Carga para o Regulador Zener 
20 
Regulador Zener: Circuito Básico e Reta de Carga 
Se Vi e IL variam, existem quatro situações limites a serem exploradas: aumento de 
Vi com diminuição de IL, aumento de Vi com aumento de IL, diminuição de Vi com 
aumento de IL e diminuição de Vi com diminuição de IL. Dois casos, entretanto, são 
os mais críticos: 
Aumento de Vi (ViMAX) com diminuição de IL (ILMIN) – O Zener deverá absorver a 
diferença de corrente (aumenta IZ) e não se pode permitir que este aumento faça 
com que o valor de IZMAX seja excedido. Tem-se o menor valor para Rs (RSMIN). 
Diminuição de Vi (ViMIN) com aumento de IL (ILMAX) – O Zener perde corrente e não 
se pode permitir que ele saia de sua região de ruptura pois deixaria de atuar como 
regulador de tensão passando a ser uma chave aberta (IR é muito pequena, 
idealmente zero).. Tem-se para RS o seu valor máximo (RSMAX). 
Na prática, adotar um valor de resistor comercial cuja resistência se situe entre 
RS(MIN) e RS(MAX) (incluindo-se a sua respectiva tolerância). 
Utilizando-se o equacionamento do slide anterior e incluindo o impacto da 
tolerância da tensão Zener, chega-se a: 
   
LMINZMAX
Zii
S(MIN)
II
Δ%VΔVV
R



   
LMAXZMIN
Zii
S(MAX)
II
Δ%VΔVV
R



Equacionamento para RS que Garante IZMIN< IZQ< IZMAX 
21 
Regulador Zener: Rejeição da Ondulação de Entrada 
Outro ponto interessante do regulador Zener é a capacidade de rejeitar (atenuar) as 
ondulações (componente AC) presentes no sinal de entrada. Substituindo-se a 
segunda aproximação para o diodo Zener, verifica-se a presença da resistência 
dinâmica rZ em paralelo com a carga RL. Como, normalmente, rZ é de pequeno valor, 
o resultado do paralelo é de pequeno valor. Assim, para a componente AC do sinal 
de entrada, tem-se um divisor resistivo em que o menor valor de resistência 
representa a tomada do sinal de saída. Então, representa uma atenuação em relação 
ao valor original da ondulação. Pode-se estimar a relação entre a ondulação de 
entrada e a ondulação que passa para a saída da seguinte forma: 
RS
DVi
+
_
RL
+
_
DVOrZ
Ao se projetar um regulador Zener, deve-se ter em mente que o diodo deve suportar, 
no mínimo, as variações de demanda da corrente de carga, ou seja, DIZ >DIL e que Vi 
seja maior que VZ. 
 
  LZSZ
Z
i
O
SLZ
LZi
O Rrp/
Rr
r
ΔV
ΔV
R//Rr
//RrΔV
ΔV 




22 
Regulador Zener: Exemplo 
Projetar um regulador Zener considerando-se que a carga apresenta uma demanda de corrente 
de 80mA a 100mA, uma tensão nominal de operação de 5V±10% e o sinal de entradaé 
proveniente de um circuito retificador com filtro capacitivo: 
vi(wt) vsec(wt)
+
_
Cf
RS
80mA < iL < 100mA
VL = 5V±10%
DZ
11V
9V
Escolher um diodo Zener adequado que 
satisfaça: a condição de RS(MAX) > RS(MIN) 
com uma “folga” suficiente para acomodar 
um resistor de tolerância 10% e a tensão 
de 5V±10%. 
Tensão Zener mais próxima: 5V1 (±5%) 
Considerar IZMIN = 10% de IZMAX 
   
  884mW5%5,1V165mAP
165mAI
2,1
100mA0,1I
80mAI
80mAI
6,25V
1,22
100mA0,1I
3,645V
80mAI
5%5,1V11V
1,22
100mA0,1I
5%5,1V9V
1,22RR
ZMAX
ZMAX
ZMAX
ZMAX
ZMAXZMAX
ZMAXZMAX
S(MIN)S(MAX)














23 
Regulador Zener: Exemplo 
O diodo 1N4733A 
(PZ=1W, VZ=5,1V±5% ) 
satisfaz as condições 
apresentadas. 
30,9Ω
100mA17,8mA
3,645V
R
24,2Ω
80mA178mA
6,25V
R
S(MAX)
S(MIN)





 Calcular os valores limites de RS usando os dados de 
corrente do Zener. 
Valor comercial: 27W±5% → 25,6W < RS < 28,4W 
Simulação para as Condições Limites 
24 
5ms 10ms 15ms 20ms 25ms 30ms 35ms 40ms 45ms 50ms
0V
2V
4V
6V
8V
10V
12V
 
0V
1.0V
2.0V
3.0V
4.0V
5.0V
6.0V
 
Regulador Zener: Exemplo 
Verificar a rejeição da 
ondulação. Algumas 
vezes, indicada em 
decibéis (dB): 
][dB14
ΔV
ΔV
20log
0,2
277
7
ΔV
ΔV
Rrp/
Rr
r
ΔV
ΔV
i
O
i
O
LZ
SZ
Z
i
O












Simulação para Verificar a Rejeição da ondulação 
25 
Conceito de Decibel 
Esta forma de notação é amplamente utilizada porque torna a tarefa de se calcular ganhos e perdas muito mais fácil. Através do uso da notação 
decibel podemos substituir a multiplicação ( ganho ) e divisão ( perdas ) por adição e subtração, respectivamente. O decibel nada mais é do que 
uma expressão da relação entre dois sinais. Os sinais podem ser tensões, correntes ou níveis de potencia. Quando convertido para a forma de 
notação decibel, entretanto, os logaritmos das relações são usados ao invés das taxas aritméticas simples. É o uso do logaritmo das relações que 
torna possível substituir multiplicação e divisão por soma e subtração. 
O decibel foi originalmente concebido pela indústria da telefonia para descrever os ganhos e perdas de sinais de áudio nos circuitos de 
telefones. A unidade original foi denominada bel após Alexandre Graham Bell, o inventor do telefone. Na maioria das atividades da eletrônica, 
entretanto, o bel provou ser uma unidade grande, logo o decibel ( um décimo de um bel ) foi adotado como notação padrão. 
Uma forma prática de se entender o conceito de decibel, é através do ouvido humano. O ouvido responde ( é mais sensível ) a mudança na 
intensidade do som em níveis mais baixos do que altos. Um acréscimo de 4Watts para 5Watts irá parecer muito mais alto do que uma mudança 
de 20W para 21W, ainda que ambos incrementos sejam de 1Watt. É, entretanto, as relações de potencia que realmente importa (4W para 5W 
representa um acréscimo de 25% em potencia, enquanto 20W para 21W é um acréscimo de apenas 5% ). Como veremos a seguir, dobrando a 
potencia de saída de um amplificador de 50W para 100W é um acréscimo de 3dB; quadruplicando a potencia de saída de 50W para 200W é 
apenas um acréscimo de 6dB a partir dos 50W originais. 
Dobrando a potencia representa um acréscimo de 3dB, enquanto dobrando a tensão ou corrente é um acréscimo de 6dB. Isto se deve ao 
quadrado da tensão conforme a potencia. Quando um numero é elevado ao quadrado, o logaritmo é dobrado, criando relações de tensão que são 
o dobro das quantidades em dB para as relações de potencia equivalentes. 
Existem três formas de calcular o decibel, dependendo do que se trata, sendo tensão, corrente ou nível de potencia. Lembre-se que o decibel 
encontra a relação entre dois níveis de potencia, e se expressa com um numero logaritmo. Se P1 e P2 são dois níveis de sinais, então a relação é 
P1/P2 . Para encontrar o equivalente decibel: 
As expressões decibel de tensão e corrente são similares a expressão da potencia, exceto pela constante que é 20 ao invés de 10: 








2
1
P
P
10log
















2
1
2
1
I
I
20log
V
V
20log
26 
Conceito de Decibel 
Ao longo dos anos diferentes segmentos da indústria de radio e eletrônica tem criado escalas especiais para seu próprio uso. Todos são baseados 
nas três equações fornecidas acima. As diferenças estão nas condições especificadas sob as quais as medidas são realizadas, e do nível 
especifico usado como ponto de referencia.. A referencia padrão de tensão ou potencia será colocada no denominador da equação, e é 
geralmente referida como o nível de referencia de "0 dB". Este nome vem do fato de que colocando o mesmo nível no numerador produz uma 
relação de 1:1, ou 0 dB. A seguir um exemplos de escalas especiais para dB. 
dBm: Estas unidades se referem aos decibéis relativos a um miliwatt (1mW) de potencia dissipada em uma impedância resistiva de 50 ohms 
(definido como o nível de referencia de 0 dB), e é calculado a partir de 10.log(Pwatts/0.001). A escala dBm é usada na descrição de 
amplificadores e receptores. Por exemplo, um sinal de entrada ou de saída pode ser definido em termos de dBm. Similarmente, o ruído de fundo 
de um receptor pode ser fornecido em dBm. 
dBµV: Esta unidade se refere a um sinal de tensão, medido em decibéis, relativo a um microvolt (1μV) desenvolvido ao longo de uma 
impedância resistiva de 50 ohm. 
Alexander Graham Bell (March 3, 1847 – August 2, 1922) was an eminent scientist, inventor, engineer and 
innovator who is credited with inventing the first practical telephone. 
Bell's father, grandfather, and brother had all been associated with work on elocution and speech, and both his 
mother and wife were deaf, profoundly influencing Bell's life's work. His research on hearing and speech further 
led him to experiment with hearing devices which eventually culminated in Bell being awarded the first US patent 
for the telephone in 1876. In retrospect, Bell considered his most famous invention an intrusion on his real work as 
a scientist and refused to have a telephone in his study. 
Many other inventions marked Bell's later life, including groundbreaking work in optical telecommunications, 
hydrofoils and aeronautics. In 1888, Bell became one of the founding members of the National Geographic 
Society. He has been described as one of the most influential figures in human history. 
27 
Conceito de Decibel