ATIVIDADE PRATICA PRINCÍPIO DE FUNCIONAMENTO DOS DIODOS MATERIAIS ELÉTRICOS

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CENTRO UNIVERSITÁRIO INTERNACIONAL UNINTER 
ESCOLA SUPERIOR POLITÉCNICA 
BACHARELADO EM ENGENHARIA ELÉTRICA/ELETRONICA 
DISCIPLINA DE MATERIAIS ELÉTRICOS 
 
 
 
 
 
 
PRINCÍPIO DE FUNCIONAMENTO DOS DIODOS 
 
 
 
 
 
 
 
 
RENATO RIBEIRO MARTINS 
PROFESSOR: FELIPE NEVES 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
PARAISO DO TOCANTINS - TO 
2019 
 
 
 
 
SUMÁRIO 
 
 
RESUMO...................................................................................................................................1 
1 INTRODUÇÃO......................................................................................................................1 
2 DESENVOLVEMENTO.......................................................................................................1 
2.1 JUNÇÃO PN.......................................................................................................1 
2.2 MATERIAS UTILIZADOS................................................................................2 
2.3 PRINCIPIO DO FUNCIONAMENTO DO DIODO..........................................3 
2.4 PRICIPIO DO FUNCIONAMENTO DO DIODO EMISSOR DE LUZ...........4 
2.5 ALGUNS TIPOS DE DIODOS E SUAS APLICAÇÕES 
3 CONCLUSÕES......................................................................................................................5 
4 REFERENCIA BIBLIOGRÁFICAS...................................................................................7 
 
 
 
 
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RESUMO 
 
Este trabalho tem por finalidade descrever sobre o funcionamento dos diodos, sendo ele 
um semicondutor onde sua condutividade é controlada por meio da adição de átomos de outros 
materiais, em um processo chamado de dopagem, formando então uma junção PN, onde pode-
mos encontrar polarização reversa e direta. Apresentaremos um pouco sobre o diodo emissor 
de luz conhecido por LED ( Light Emithing Diode), um componente importantíssimo no mundo 
eletrônico, onde sua principal funcionalidade é a emissão de luz em equipamentos eletrônicos. 
E por fim um pouco sobre outros modelos de diodos e suas aplicações. 
 
Palavras-chave: Diodo Semicondutor. Polarização LED 
 
 
 
 
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1 INTRODUCAO 
Assim como existem materiais condutores e materiais isolantes, existe um tipo de material 
que é um meio termo entre esses dois primeiros. Esse material é o semicondutor. O semicon-
dutor, portanto, possui um nível de condutividade entre os extremos de um isolante e um con-
dutor. 
Os Diodos são componentes eletrônicos, confeccionados com materiais semicondutores, 
destinados a permitirem a passagem de corrente em um único sentido, sendo conhecidos como 
chave eletrônica, devido a essa peculiaridade. São elementos com polos, negativos e positivos. 
O fluxo de corrente quando estão diretamente polarizados, do pelo negativo ao polo positivo. 
Uma forma de aumentar a condutividade de um semicondutor é introduzindo impurezas em sua 
estrutura química, tornando então um semicondutor contaminado ou mais chamado de dopa-
gem, formando então uma junção PN. 
 Existem outros tipos de diodos como o Zener, Túnel, Varicaps e o emissor de luz mais 
conhecido como LED. 
2 DESENVOLIMENTO 
2.1JUNÇÃO PN 
O Semicondutor é um componente que se procede tanto como isolante ou condutor 
elétrico, dependendo de qual forma a tensão será aplicada aos seus terminais, permitindo que o 
mesmo possa ser utilizado em diversas aplicações. 
Ele é formado a partir da junção entre um semicondutor tipo P e um semicondutor 
tipo N. Em seguida, após a formação da junção PN, alguns elétrons livres se alastram do semi-
condutor N para o semicondutor P, onde o mesmo processo pode ocorrer com algumas lacunas 
do tipo P, conforme a figura 1 abaixo. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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Quando as cargas são produzidas próximas da junção elas são fixas a rede cristalina. Essas 
regiões de cargas próximas são chamadas de região de cargas descobertas ou região de deple-
ção. Com o aparecimento dessa região o transporte de elétrons para o lado P é bloqueado, pois 
os mesmos são repelidos da região negativa carregada do lado P. O mesmo é aplicado para as 
lacunas cujo transporte para o lado N é repelido pelas cargas existentes no lado P da junção. 
Portanto, após a formação da junção, uma diferença de potencial positiva é gerada entre 
os lados N e P. Onde essa barreira de potencial previne a continuação do transporte de porta-
dores através da junção PN não polarizada. A tensão Vy proporcionada pela barreira de poten-
cial no interior do diodo depende do material utilizado na sua fabricação, valores aproximados 
para os diodos de germânico e silício são Vy = 0,3 [V] e Vy = 0,7 [V]. 
Não é possível medir diretamente o valor aplicando um voltímetro conectado aos termi-
nais do diodo, pois essa tensão existe apenas em uma pequena região próxima a junção. 
2.1 MATERIAIS UTILIZADOS (CONSTRUÇÃO E DOPAGEM) 
O diodo é formado por uma junção entre um cristal tipo P (lado positivo, também 
chamado de ânodo) e outro lado tipo N (lado negativo, também chamado de cátodo). Dentro 
desses cristais, compostos por silício (mais comum) ou germânio serão inseridas impurezas 
(pratica chamada de dopagem), que nada mais são do que átomos de Boro. 
Para a formação do cristal N, utiliza-se o elemento fósforo. Quanto maior a inten-
sidade da dopagem maior a condutividade dos cristais. Outro fator que influencia na condução 
desses materiais é a temperatura, quanto maior a temperatura, quanto maior a temperatura de 
um diodo, maior a condutividade. 
Após a dopagem cada face dos dois tipos de cristais (P e N), tem uma determinada 
característica diferente da oposta, gerando regiões de condução de cristal, uma com excesso de 
elétrons, outra com falta destes (lacunas). Entre ambas, há uma região de equilíbrio por combi-
nação de cargas positivas e negativas. 
Para finalizar a dopagem é a inserção de impurezas no cristal para alterar sua pro-
priedade-cristal extrínseco. 
Material tipo N: dopagem com impurezas pentavalentes = átomos doadores de elé-
trons. Conforme figura 2. 
Material tipo P: dopagem com impurezas trivalentes = átomos receptores de elé-
trons (grupo III da tabela periódica: B, Ga, In). Conforme figura 2. 
 
 
 
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2.2 PRINCÍPIOS DE FUNCIONAMENTO DO DIODO 
O diodo é um dispositivo de dois terminais possibilitando a aplicação de uma tensão 
de duas formas: polarização direta e polarização reversa. 
Na polarização direta (fig 3) o anodo e o catodo do diodo devem ser conectados no 
terminal positivo e negativo da bateria respectivamente. O diodo passa ser um condutor quando 
polarizado diretamente, pois a região de depleção entre os dois tipos de material é eliminado 
devido a diferença de potencial da bateria. A ausência dessa camada possibilita a circulação dos 
portadores livres, permitindo a circulação de uma corrente elétrica. O diodo nessa situação é 
considerado uma chave fechada. 
 
 
 
 
 
 
 
 
Na polarização reversa (fig 4) o anodo e o catodo do diodo estão conectados no 
terminal negativo e o positivo da bateria respectivamente, ou seja, uma diferença de potencial 
negativa entre o anodo e catodo é aplicada. Nessa condição a região de depleção é aumentada, 
devido a aplicação da tensão reversa em seus terminais, impedindo a circulação de portadores 
livres na junção. Nessa polarização não há uma circulação de corrente elétrica expressiva, o 
diodo é considerado uma chave aberta. Porém, mesmo nessas condições o dispositivo apresenta 
uma pequena circulação de corrente sendo caracterizada como uma corrente de fuga, geral-
mente da ordem de nA e uA.4 
 
2.3 PRINCÍPIOS DE FUNCIONAMENTOS DO DIODO EMISSOR DE LUZ (LED) 
Os diodos emissores de luz ou os LEDs não são apenas fontes importantes de luz 
para os circuitos eletrônicos. Suas características semelhantes às de um diodo semicondutor 
possibilitam a aplicação desses componentes em funções diversas. 
A palavra LED é a abreviação de Ligh Emiting Diode e seu princípio de funciona-
mento pode ser entendido através de uma análise do que ocorre com a estrutura quando uma 
corrente elétrica a percorre. A figura 5 mostra alguns modelos de LEDs. 
 
 
 
 
 
 
 
 
Nesta estrutura temos uma junção PN. Quando uma corrente atravessa a junção o 
processo de recombinação dos portadores de carga faz com que ocorra um estímulo e emissão 
que se concentra na faixa do infravermelho. Podemos observar que nessa radiação é que, em 
lugar de sua frequência ser aleatória, como no caso da lâmpada incandescente que se espalha 
pelo espectro, ela tem uma frequência muito bem definida, que depende do tipo de material 
usado no semicondutor. 
Para os diodos comum de silício, onde foi descoberto, o fenômeno, a intensidade 
de radiação emitida é muito pequena e não há utilidade para ela. No entanto, descobriu-se tam-
bém que se fosse usado outros semicondutores e ainda fosses acrescentado dopantes especiais 
era possível emitir luz com maior intensidade e em diversas faixas. Os primeiros diodos emis-
sores de luz criados foram de um material denominado arseneto de gálio e arseneto de gálio 
com índio (FgaAs e GaAsI) emitindo radiação na faixa dos infravermelhos. Depois foi a criação 
de materiais capazes de emitir radiação com comprimentos de onda cada vez menores até cair 
na parte do espectro visível. Após surgiram os primeiros LEDs capazes de emitir luz no espec-
tro visível, na região do vermelho. 
Tecnicamente falamos que o LED é um diodo semicondutor que quando energizado 
emite luz, mais não uma luz como estamos acostumados, ou luz a laser, é uma luz estreita que 
 
 
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é produzida pelas interações energéticas do elétron. O processo é chamado de eletrolumines-
cência. É muito importante para fixar a ideia do LED, entende o funcionamento da junção PN 
de um semicondutor, que corrente positiva; para entender somente a passagem de corrente po-
sitiva; para entender melhor essa passagem, um exemplo simples é: imagine uma onda senoidal 
entrando em um LED, ele cortará a parte negativa permitindo só a corrente elétrica. 
 
 
 
 
 
 
 
2.4 ALGUNS TIPOS DE DIODOS E SUAS APLICAÇÕES 
Retificadores: são os diodos mais comuns, fabricados com o objetivo primordial 
de permitirem a passagem de corrente elétrica em um só sentindo (polarização direta), cum-
prindo um papel indispensável na transformação de corrente alternada em corrente continua, 
possuem vários tamanhos e formatos, de acordo com sua potência nominal. São usados para 
conversão de sinais, de AC para CC, ocorre em meia onde ou em onda completa, pode também 
ser utilizado como um diodo para qualquer aplicação que necessita-se a passagem da corrente 
em apenas um sentido. 
 
Zener: são diodos fabricados para conduzir a corrente elétrica em sentido inverso 
(polarização inversa), este efeito é chamado de “ruptura Zener” e ocorre em um valor de tensão 
bastante preciso, permitindo que esse diodo seja utilizado com uma referência de tensão bas-
tante preciso, permitindo que esse diodo seja utilizado com uma referência de tensão. São bas-
tantes empregados em circuitos reguladores de tensão em fontes de alimentação. 
 
Varicaps: todo diodo possui uma capacitância interna formada por duas regiões 
condutoras (tipo P e tipo N), as quais são separadas por uma região livre de cargas (região 
depleção). A extensão dessa região de depleção depende da polarização do diodo: ela diminui 
 
 
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quando o mesmo é polarizado diretamente e vice-versa. Com a variação das dimensões da re-
gião de depleção, varia-se a capacitância interna do diodo. Os Varicaps são fabricados para 
aproveitarem essas características, funcionando como capacitores variáveis, cuja capacitância 
é controlada pela tensão aplicada sobre o diodo. Os componentes são bastantes empregados em 
circuitos de sintonia de aparelhos televisores e rádios, além de equipamentos transmissores. 
 
Túnel: são dispositivos capazes de operar em altas frequências (micro-ondas), por 
meio de fenômenos de mecânica quântica (efeito de tunelamento), são fabricados utilizando 
junções PN estruturas e altamente dopadas. Podendo ser utilizados em circuitos osciladores, 
amplificadores e conversores de frequência. 
3 CONCLUSÕES 
Analisando as propriedades de materiais semicondutores, nota-se que o úmero de 
elétrons ou lacunas em um semicondutor, cresce com o aumento do número de átomos de im-
purezas introduzidas no cristal. 
Com o aumento do número de portadores de carga, aumenta-se a condutividade 
elétrica do material. Dessa forma, torna-se possível alterar de forma controlada a condutividade 
elétrica de um semicondutor, efetuando-se a dopagem adequada da quantidade de dopagem do 
cristal durante a etapa da fabricação. Entendemos que o diodo é uma estrutura formada a partir 
de uma junção PN, que por sua vez é a estrutura básica que compõe os semicondutores, tais 
como os próprios diodos. 
Podemos dizer que o diodo funciona como uma chave fechada (resistência zero) 
para uma polaridade de tensão de entrada e como chave aberta (resistência infinita) para pola-
ridade oposta. 
 
4 REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS 
Livros: 
MALVINO, A.; BATES, D.J Eletrônica: Volume 1. Tradução Romeu Abdo. 7 ed. Porto Ale-
gre: AMGH, 2011. 
 
ROBERT, L. BOYLESTAD; Dispositivos Eletrônicos e Teoria de Circuitos: 11 ed. São Paulo; 
2013 
 
 
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Internet: 
 
http://eletronicos.hsw.uol.com.br/led1.htm 
http://pt.wikipedia.org/wiki/Diodo_emissor_de_luz 
 
Periódicos disponíveis por meio eletrônico 
 
Mariane Mendes Teixeira em Eletricidade 
 
Disponível em: http://mundoeducacao.bol.com.br/fisica/diodo-semicondutor.html