Aula 01 - Eletrônica Analógica

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Eletrônica Analógica
1Eletrônica Analógica 
2Eletrônica Analógica 
Aula 01 – Diodos Semicondutores
3Eletrônica Analógica 
Semicondutores 
São materiais que podem apresentar características de
isolante ou de condutor. Existem vários tipos de materiais
semicondutores, os mais comuns e mais utilizados são o
Silício (Si) e o Germânio (Ge).
O material semicondutor mais usado é o silício.
4Eletrônica Analógica 
Semicondutores tipo N:
O número de elétrons livres é maior que o número de
lacunas, neste semicondutor os elétrons são portadores
majoritários e as lacunas são portadoras minoritárias.
Como os elétrons livres são cargas elétricas negativas, este
semicondutor é chamado tipo N.
( )
( )
elétrons livres
lacunas
5Eletrônica Analógica 
Semicondutores tipo P:
O número de lacunas é maior que o número de elétrons, neste
semicondutor as lacunas são portadoras majoritários e os
elétrons livres são portadores minoritários.
( )
( )
elétrons livres
lacunas
Como as lacunas podem ser consideradas cargas elétricas
positivas, este semicondutor é chamado tipo P.
6Eletrônica Analógica 
Os cristais semicondutores N ou P, por conterem impurezas,
são também denominados semicondutores extrínsecos.
A técnica de se acrescentar impurezas ao semicondutor para
aumentar tanto o número de elétron livres quanto o número de
lacunas é chamada de dopagem e, por isso, a impureza
também é chamada de dopante.
7Eletrônica Analógica 
Diodo Semicondutor
O diodo semicondutor é um componente que apresenta a
característica de se comportar como um condutor ou como um
isolante elétrico dependendo da forma como a tensão seja
aplicada a seus terminais.
Uma das aplicações do diodo é na transformação da
corrente alternada em corrente contínua.
8Eletrônica Analógica 
Junção PN (Diodo):
O diodo se constitui na junção de duas pastilhas de material
semicondutor: uma de cristal do tipo P e outra de cristal do tipo
N.
Tipo P Tipo N 
(Calor) (Junção PN)
Zona de fusãoP
N
P
N
N
P
9Eletrônica Analógica 
✓ Na região da junção alguns elétrons livres saem do material
N e passam para o material P, recombinando-se com as
lacunas das proximidades.
✓ O mesmo ocorre com algumas lacunas que passam do
material P para o material N e se recombinam com os
elétrons livres.
Forma-se na junção uma região onde não existem portadores
de carga, porque estão todos recombinados, neutralizando-se.
Esta região é denominada de região de depleção, e verifica-
se que nela existe uma diferença de potencial proporcionada
pelo deslocamento dos portadores de um cristal para o outro.
10Eletrônica Analógica 
A camada de depleção:
P N
Vd
Essa barreira de potencial é da ordem de 0,7 V para diodos
de silício e de 0,3 V para os diodos de germânio.
11Eletrônica Analógica 
Representação de um diodo semicondutor:
P
N
=
P
N
Anodo (A)
Catodo (K)
A identificação dos terminais (anodo e catodo) no componente
real pode aparecer de duas formas:
Símbolo impresso sobre o corpo do componente:
Uma barra impressa sobre o corpo do componente, que indica o catodo:
catodo anodo
12Eletrônica Analógica 
Tensão sobre o Diodo
A tensão sobre o diodo estabelece a forma como o
componente se comporta eletricamente.
A tensão pode ser aplicada ao diodo de duas formas
diferentes:
➔ Polarização Direta;
➔ Polarização Reversa.
13Eletrônica Analógica 
❑ Polarização Direta
A polarização do diodo é denominada de polarização direta
quando o potencial positivo da fonte é ligado no lado P e o
potencial negativo no lado N.
E
P N
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
E
Quando um diodo está polarizado diretamente, entra em
condução, permitindo a passagem da corrente elétrica.
Dizemos que o diodo está em condução ou saturado.
14Eletrônica Analógica 
* A seta do símbolo do diodo indica o sentido de circulação
convencional da corrente.
15Eletrônica Analógica 
A polarização reversa de um diodo consiste na aplicação de
tensão positiva no material N e negativa no material P.
❑ Polarização Reversa
Quando o diodo está polarizado reversamente, dizemos que o
diodo está em bloqueio ou cortado.
E
P N
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
E
16Eletrônica Analógica 
A Curva do Diodo
Ruptura (breakdown)
Região Reversa
Região Direta
Corrente 
de
 Fuga Tensão de Joelho
0,5 V
0,7 V v
i
v
i
Vال
V0,3 =ال V – germânio
V0,7 =ال V – silício
Um diodo é um dispositivo não linear. Abaixo de 0,7 V, o diodo
tem apenas uma corrente muito pequena. Logo após 0,7 V, a
corrente aumenta rapidamente.
17Eletrônica Analógica 
Essa ação é muito diferente de um resistor comum, na qual a
corrente aumenta, na proporção direta com a tensão. A razão
do diodo ser diferente é que ele tem uma barreira de potencial
produzida por camada de depleção.
18Eletrônica Analógica 
a) Tensão de joelho:
Ruptura (breakdown)
Região Reversa
Região Direta
Corrente 
de
 Fuga Tensão de Joelho
0,5 V
0,7 V v
i
v
i
Vال
V0,3 =ال V – germânio
V0,7 =ال V – silício
O valor de tensão na qual a corrente começa a aumentar
rapidamente é chamado tensão de joelho do diodo. Para um
diodo de silício, a tensão de joelho é igual à barreira de
potencial 0,7 V. Um diodo de germânio uma tensão de joelho é
igual a 0,3 V.
19Eletrônica Analógica 
b) Corrente de fuga:
Ruptura (breakdown)
Região Reversa
Região Direta
Corrente 
de
 Fuga Tensão de Joelho
0,5 V
0,7 V v
i
v
i
Vال
V0,3 =ال V – germânio
V0,7 =ال V – silício
É uma pequena corrente que circula pelo diodo polarizado
reversamente, ela existe devido as impurezas na superfície e
pelas imperfeições na estrutura do cristal.
20Eletrônica Analógica 
c) Ruptura:
Ruptura (breakdown)
Região Reversa
Região Direta
Corrente 
de
 Fuga Tensão de Joelho
0,5 V
0,7 V v
i
v
i
Vال
V0,3 =ال V – germânio
V0,7 =ال V – silício
Os diodos têm tensões nominais máximas. Existe um limite do
valor de tensão reversa que um diodo pode suportar antes de
ser destruído.
21Eletrônica Analógica 
• A tensão de ruptura de um diodo depende do nível de
dopagem. Com os diodos retificadores (o tipo mais comum),
a tensão de ruptura é geralmente maior que 50 V.
Quando usamos um diodo retificador, não devemos exceder
sua tensão de ruptura.
22Eletrônica Analógica 
d) Efeito Avalanche:
O efeito avalanche acontece quando o diodo é polarizado
inversamente, circulando no diodo uma corrente muito pequena
denominada corrente de fuga.
Esse campo pode acelerar suficientemente os elétrons livres,
fazendo com que eles adquiram bastante energia, provocando
choques capazes de romper ligações covalentes (são ligações
químicas em que há o compartilhamento de um ou mais pares
de elétrons entre os átomos).
23Eletrônica Analógica 
e) Resistência de Corpo:
Acima da tensão de joelho, a corrente no diodo aumenta
rapidamente. Isso significa que pequenos aumentos na tensão
do diodo implica grande aumentos na corrente do diodo.
A razão é que, uma vez vencida a barreira de potencial, tudo o
que impede a corrente é a resistência das regiões P e N. A
soma dessas resistências é chamada resistência de corpo
do diodo.
rb = rP+ rN
24Eletrônica Analógica 
I – Máxima corrente cc Direta:
Se a corrente num diodo for muito alta, uma temperatura
excessiva irá destruí-lo. Mesmo se aproximarmos do valor da
queima, sem, contudo atingi-lo, ele pode encurtar a vida do
diodo e degradar suas propriedades.
Por essa razão, as folhas de dados (datasheets) dos
fabricantes especificam a corrente máxima na qual um diodo
pode funcionar com segurança sem diminuir sua vida ou
degradar suas características.
25Eletrônica Analógica 
II – Resistor de Limitação de Corrente:
O resistor é chamado resistor de limitação de corrente.
Quando maior o valor dessa resistência, menos a corrente no
diodo.
A resistência de limitação da corrente deve garantir que a
corrente no diodo seja menos que o valor nominal máximo
R
VS VDD
VR
I26Eletrônica Analógica 
Da 2ª Lei de Kirchhoff (lei das tensões), temos: VS = VR + VD
A corrente no diodo é dada por:
I VS - VD=
R
1ª Lei de Ohm
Onde:
Vs→ é a tensão da fonte;
VD→ é a tensão no diodo.
R
VS VDD
VR
I
27Eletrônica Analógica 
III – Dissipação Máxima de Potência:
Como um resistor, um diodo tem sua potencia nominal.
Quando a corrente no diodo é direta, o produto da tensão pela
corrente é igual à potencia dissipada pelo diodo.
PD = VD . ID
28Eletrônica Analógica 
Modelos de Diodos ou (Aproximação de Diodos):
Idealmente, o diodo é um dispositivo que bloqueia toda a
passagem de corrente num sentido e permite a passagem no
outro.
a) Modelo 1 – Diodo Ideal
ID
VD
Curva do diodo ideal
29Eletrônica Analógica 
Um diodo ideal funciona como uma chave que fecha quando
diretamente polarizada e abre quando reversamente
polarizada.
A K
ID
Polarização Direta 
A K
Polarização Reversa 
30Eletrônica Analógica 
b) Modelo 2 – Diodo com Vال
Este modelo considera o diodo comportando-se como um
condutor em seria com uma bateria de valor Vال na polarização
direta, e como um circuito aberto na polarização reversa.
ID
VD
Vال 
curva do diodo – Modelo 2 (diodo com Vال)
31Eletrônica Analógica 
A K
ID
Polarização Direta 
Vال
A K
Polarização Reversa 
32Eletrônica Analógica 
c) Modelo 3 – Diodo com Vال e RD ou (Modelo Linear)
No modelo 3, incluímos a resistência de corpo rB . Após o diodo
entrar em condução, a tensão aumenta linear ou
proporcionalmente com o aumento da corrente.
Quanto maior a corrente, maior a tensão, porque a queda IR
em rB aumenta para a tensão total do diodo
33Eletrônica Analógica 
ID
VD
Vال
Curva do diodo para o modelo 3
A K
ID
Polarização Direta 
Vال
VD = Vال + RD . ID
A K
ID
Polarização Direta 
Vال
VD = Vال + RD . ID
34Eletrônica Analógica 
O circuito equivalente para o modelo 3, é a uma chave em
série com uma barreira de potencial de 0,7(V) e uma
resistência rB . Quando a tensão aplicada for maior que 0,7(V),
o diodo conduz. A tensão total no diodo é igual a:
VD = 0,7 + RD . ID
35Eletrônica Analógica 
A Escolha do Modelo ou (A Escolha da Aproximação):
Na verificação de defeito (manutenção) ou uma análise
preliminar, os erros são sempre aceitáveis. Por outro lado, se o
seu circuito usa resistores de precisão (com tolerância de 1%),
você deve usar o modelo 3.
Na maioria dos casos, o modelo 2 é a melhor escolha.
36Eletrônica Analógica 
Exemplos:
a) Circuito 1:
Para o circuito abaixo, determine a corrente ID utilizando os
três modelos.
50 V VDD
VR
Características do Diodo:
V0,7 = ال V
RD = 10 Ω
300 Ω ID
37Eletrônica Analógica 
Modelo 1 – Diodo Ideal
50 V VD
300 Ω ID
ID =
50 
300
= 167 mA
Modelo 2 – Diodo com Vال
50 V VD
300 Ω ID
0,7 V
ID =
50 – 0,7
300
= 164 mA
38Eletrônica Analógica 
Modelo 3 – Diodo com Vال e RD
Neste caso, percebemos que as diferenças entre os resultados
obtidos são pequenas em relação à ordem de grandeza da
corrente no diodo e, portanto, qualquer modelo pode ser
adotado, dependendo apenas da precisão desejada.
ID =
50 – 0,7
300 + 10
= 159 mA
50 V
VD
300 Ω ID
0,7 V
10 Ω
39Eletrônica Analógica 
b) Circuito 2:
5 V VDD
VR
Características do Diodo:
V0,7 = ال V
RD = 10 Ω
50 Ω ID
Para o circuito abaixo, determine a corrente ID utilizando os
três modelos.
40Eletrônica Analógica 
Modelo 1 – Diodo Ideal
5(V) VD
50(Ω) ID
ID =
5
50
=100(mA)
Modelo 2 – Diodo com Vال
5(V) VD
50(Ω) ID
0,7(V)
ID =
5 – 0,7
50
= 86(mA)
41Eletrônica Analógica 
Modelo 3 – Diodo com Vال e RD
ID =
5 – 0,7
50 + 10
= 71,7(mA)
5(V)
VD
50(Ω) ID
0,7(V)
10(Ω)
Neste caso, percebemos que as diferenças entre os resultados
obtidos são quase da mesma ordem de grandeza da corrente
no diodo e, portanto, o modelo 3 deve ser o preferido, pois a
corrente resultante certamente é muito próxima do valor real.
42Eletrônica Analógica 
Reta de Carga
Reta de Carga
Ponto Quiescente(Q)
Curva Característica do Diodo
Corrente de Saturação
Tensão de Corte
VS
R
ID
ID
VSVD VD
0
Vال 
Denomina-se ponto de trabalho ou ponto quiescente (Q) do
diodo os valores de tensão VD e a corrente ID aos quais ele
está submetido no circuito.
43Eletrônica Analógica 
Principais Especificações do Diodo Semicondutor
1) Como a junção PN possui uma barreira de potencial natural
Vال,na polarização direta só existe corrente elétrica se a tensão
aplicada ao diodo VD for:
2) Na polarização direta, existe uma corrente máxima que o
diodo pode conduzir ( IDM ou IFM) e uma potência máxima de
dissipação ( PDM ou PFM), cuja relação é:
 VD ≥ Vال
PDM = VD . IDM
44Eletrônica Analógica 
3) Na polarização reversa, existe uma tensão reversa máxima
que pode ser aplicada ao diodo chamada tensão de ruptura ou
breakdown voltage (VBr).
4) Na polarização reversa, existe uma corrente muito pequena
denominada corrente reversa (IR).
45Eletrônica Analógica 
Interpretação da Folha de Dados (Data Sheet)
Como exemplo, utilizaremos o diodo 1N4001(diodo retificador).
A folha de dados apresentará a série 1N40XX, ou seja, dos
diodos de 1N4001 até 1N4007, sete diodos que têm as
mesmas características diretas, mas diferentes características
reversas.
46Eletrônica Analógica 
a) A tensão de Ruptura
Tensão de Pico Inverso Repetitivo
Tensão de Pico Inverso de Trabalho
Tensão de Bloqueio CC
Símbolo 1N4001
VRRM
VRWM
VR
50 V
50 V
50 V
Esses três símbolos de ruptura diferentes especificam a
ruptura sobre certas condições de operação, é necessário
saber que a tensão de ruptura para esse diodo é de 50 V, não
importa como o diodo está sendo usado.
47Eletrônica Analógica 
b) A Corrente Máxima Direta
Essas informações revelam que o 1N4001 pode funcionar
com 1 A no sentido direto quando usado como retificador.
O tempo de vida de um dispositivo diminui com valores
próximos dos nominais.
Símbolo 1N4001
IO 1 ACorrente Direta Retificada Média (carga resistiva,
monofásica, 60 Hz, TA = 75ºC
48Eletrônica Analógica 
c) Queda de Tensão Direta
Essas medições são feitas com um sinal CA (corrente
alternada), que explica o aparecimento do termo instantâneo
na especificação.
O diodo 1N4001 típico tem uma queda de tensão direta de
0,93 V quando a corrente for de 1 A e a temperatura na junção
for de 25 ºC.
Queda de Tensão Direta Máxima Instantânea
 iF = 1,0 A, TJ = 25ºC
Características e Condições Símbolo
Valor 
Típico
Valor 
Máximo
0,93 V 1,1 VvF
49Eletrônica Analógica 
d) A Corrente Reversa Máxima
Essa é a corrente reversa com uma tensão CC (corrente
contínua) nominal (50 V para um diodo 1N4001). A 25 ºC, o
1N4001 típico tem uma corrente reversa de 0,05 µA, mas ela
aumenta para 1,0 µA a 100 ºC. No pior caso, a corrente
reversa é de 10 µA a 25 ºC e 50 µA a 100ºC.
TJ = 25ºC
Características e Condições Símbolo
Valor 
Típico
Valor 
Máximo
TJ = 100ºC
Corrente Reversa Máxima
0,05 µA 10 µA
1,0 µA 50 µA
IR
50Eletrônica Analógica 
Um projeto baseado na corrente reversa de 0,05 µA trabalhará
bem na temperatura de 25 ºC com um 1N4001 típico, mas não
funcionará bem se a temperatura de junção atingir o valor de
100 ºC.
51Eletrônica Analógica 
Referência Bibliográfica:
MARQUES, Angelo Eduardo B. ; CRUZ, Eduardo Cesar Alves.
; JÚNIOR, Salomão Choueri. Dispositivos Semicondutores:
Diodos e Transistores - Estude e Use, 12ª ed. São Paulo,
Érica, 2008.