MATERIAIS ELÉTRICOS - ATIVIDADE PRATICA - PRINCÍPIO DE FUNCIONAMENTO DOS DIODOS - NOTA 100

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CENTRO UNIVERSITÁRIO INTERNACIONAL UNINTER 
ESCOLA SUPERIOR POLITÉCNICA 
BACHARELADO EM ENGENHARIA ELÉTRICA 
DISCIPLINA DE MATERIAIS ELÉTRICOS 
 
 
 
 
 
 
 
PRINCÍPIO DE FUNCIONAMENTO DOS DIODOS 
 
 
 
 
 
 
 
 ALUNO: THOMAS HAUSMANN STARY 
 RU.: 2804687 
 PROFESSORA: ELIANE SILVA CUSTÓDIO 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
DIADEMA - SP 
30/11/2020 
 
 
 
 
SUMÁRIO 
 
 
RESUMO .............................................................................................................................................. I 
1 INTRODUCAO ........................................................................................................................... 1 
1.1 OBJETIVOS ............................................................................................................................. 1 
1.1.1 Objetivo geral ................................................................................................................... 1 
1.1.2 Objetivos específicos ........................................................................................................ 1 
2 METODOLOGIA ........................................................................................................................ 1 
2.1 JUNÇÃO PN................................................................................................................................ 2 
2.2 MATERIAIS UTILIZADOS (CONSTRUÇÃO E DOPAGENS) .............................................................. 3 
2.3 PRINCÍPIO DE FUNCIONAMENTO DO DIODO ................................................................................ 4 
2.4 PRINCÍPIO DE FUNCIONAMENTO DO DIODO EMISSOR DE LUZ (LED) .......................................... 6 
2.5 OUTROS TIPOS DE DIODOS E SUAS PRINCIPAIS APLICAÇÕES ....................................................... 7 
3 RESULTADOS E DISCUSSÃO ............................................................................................... 10 
4 CONCLUSÕES.......................................................................................................................... 10 
5 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ..................................................................................... 11 
 
 
 
 
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RESUMO 
 
O relatório tem por objetivo de descrever os princípios de funcionamento de um com-
ponente muito importante da eletrônica, que serve de base para diversos outros componentes, 
o diodo é o componente a ser analisado, sendo que durante o relatório serão levantados desde 
os materiais utilizados para criar a junção PN, os princípios de funcionamento do diodo e che-
gando até o diodo emissor de luz (LED. 
 
Palavras-chave: Diodo, Funcionamento, Materiais, LED. 
 
 
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1 INTRODUCAO 
A eletrônica na sua base é feita com componentes considerados passivos, entre eles pode-
se citar resistores, capacitores e indutores, no entanto estes componentes podem ser ligados de 
várias maneiras como por exemplo série ou paralelo ou de forma mista, assim como podem 
formar circuitos com mais de um tipo de componente e uma ou mais fontes, todas estas manei-
ras que podem ser utilizadas, deve-se realizar uma análise de como as tensões e correntes vão 
se comportar, são estes conceito que serão abordados na resolução das experiências. 
 
1.1 OBJETIVOS 
Como objetivo deste relatório é realizar um levantamento teórico do funcionamento do 
diodo. 
1.1.1 Objetivo geral 
Pesquisar em literaturas sobre componentes eletrônicos, realizar o levantamento dos da-
dos e montar o relatório. 
1.1.2 Objetivos específicos 
Adquirir conhecimentos sobre o diodo de uma forma geral e descrever o funcionamento 
do diodo comum, do diodo emissor de luz e citar outros tipos de diodos. 
2 METODOLOGIA 
Foram solicitados a descrição de cinco itens, os mesmos estão divididos nos capítulos 
que seguem. Dentro de cada capitulo vai ser desenvolvido o assunto solicitado. 
 
 
 
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2.1 JUNÇÃO PN 
Segundo Malvino (2016) existem na natureza materiais isolantes para corrente elétrica, 
assim como existe materiais condutores, no entanto ainda existe materiais que são chamados de 
semicondutores, que dependendo das condições podem apresentar características de condutor 
ou de isolante, um semicondutor intrínseco tem o mesmo número de eletros livres e de lacunas 
conforme figura 1, para aumentar a condutividade é realizado um processo de dopagem que 
será explicado no próximo capitulo. 
 
 
Figura 1 – Semicondutor 
Intrínseco com mesmo número de elétrons e lacunas - Fonte: Malvino. 
 
Com esta dopagem, dependendo do material são formados dois tipos de semicondutores 
extrínsecos, um com excesso de lacunas que é chamado de semicondutor tipo P e um com 
excesso de elétrons chamado de semicondutor tipo N, sendo dopado desta forma pode até ser 
utilizado como um resistor, no entanto não é para esta utilidade que é feita a dopagem, o cristal 
é dopado de forma que a metade com excesso de elétrons e a outra com excesso de lacunas, 
formando uma junção que chama-se de Junção PN, esta junção serve de base para criação de 
diversos outros componentes, na figura 2 pode-se observar esta junção. 
 
 
Figura 2 – Junção PN - Fonte: Malvino. 
 
 
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Esta junção também é conhecida como Diodo de junção, no ponto de união destes dois 
semicondutores ocorre que alguns eletros passam a ocupar as lacunas deixando de ser elétron 
livre, essa região é chamada de camada de depleção, onde não ficam portadores de carga, na 
figura 3 pode-se ver a formação desta camada, que com essa formação de íons gera um campo 
elétrico nessa região que é chamado de parreira de potencial. 
 
 
Figura 3 – Camada de depleção - Fonte: Malvino. 
 
2.2 MATERIAIS UTILIZADOS (CONSTRUÇÃO E DOPAGENS) 
Ainda conforme Malvino (2016) os materiais utilizados como semicondutores intrínse-
cos são o germânio e o silício, pois tem a característica de ter em sua camada de valência 8 
elétrons, que acaba por favorecer a combinação e o compartilhamento de elétrons, os cristais 
de silício ou de germânio sofrem um processo de dopagem para aumentar a condutividade. 
O processo de dopagem é a inserção de átomos de impurezas nos cristais puros, por 
exemplo se a intenção é de aumentar o número de elétrons se utiliza de átomos pentavalentes, 
ou seja, com 5 elétrons na camada de valência, por exemplo de material são arsênico, antimônio 
e fósforo, esses átomos pentavalentes são conhecidos nessa dopagem por serem doadores de 
elétrons, cada átomo desses produz um elétron livre. 
Para obtenção de um aumento de lacunas, os materiais de impurezas que são inseridos 
são por exemplo alumínio, boro e gálio, esses átomos tem em sua estrutura a característica de 
ser trivalente, ou seja, ter três elétrons na sua camada de valência, esses átomos também são 
 
 
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conhecidos neste processo como átomo aceitador, na inserção desta impureza, a camada de 
valência na união dos átomos deixa a camada de valência com sete elétrons, ficando uma lacuna 
para um elétron na camada de valência. 
 
2.3 PRINCÍPIO DE FUNCIONAMENTO DO DIODO 
O Diodo tem seu funcionamento explicado no Malvino (2013), como uma junção PN, 
que têm a sua camada de depleção, quando é polarizado diretamente, ou seja, uma fonte de 
tensão tem seu terminal positivo conectado ao lado P da junção e o terminal negativo está ligado 
no lado N da junção, com está configuração se a tensão da fonte tiver um valor menor do que a 
barreira de potencial que para o diodo de silício é 0,7V, os elétrons não conseguem passar a 
camada de depleção, ou seja, não circula corrente. 
Ainda nesta configuração se o valor da fonte é maior do que a barreira de potencial, 
então os eletros que são empurrados para barreira de potencial agora tem energia suficiente para 
passar a camada de depleção, e assim se recombinar com as lacunas, com essa passagem dos 
elétrons pela camada de depleção começa a circular uma corrente,de forma que pode-se dizer 
que um diodo polarizado diretamente se torna um condutor, se a tensão aplicada for maior que 
a barreira de potencial. 
Se a fonte for invertida, ou seja, o terminal positivo fica na junção N e o negativo na 
junção P, ligação está que é denominada de polarização reversa, essa situação faz com que o 
polo positivo realize uma atração dos elétrons livres, assim como o terminal negativo tende a 
atrair a lacunas, com essas ocorrências a camada de depleção tende a aumentar, ou seja, a bar-
reira de potencial aumenta, e o diodo se torna um isolante, pois não ocorre circulação de cor-
rente. 
Quando o diodo é polarizado inversamente apesar de se tornar um isolante, tem um 
momento que se aumentado muito o valor da tensão surge uma corrente que acaba por danificar 
o diodo, essa corrente é conhecida como corrente de ruptura, sendo estas as características de 
um diodo, na figura 4 pode se verificar as polarizações e as consequências de cada uma delas, 
e na figura 5 verifica-se a simbologia do diodo. 
 
 
 
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Figura 4 – Polarizações do diodo - Fonte: Malvino. 
 
 
Figura 5 – Simbologia do diodo - Fonte: Malvino. 
 
A características do diodo podem ser vistas na figura 6 onde temos as curvas de funci-
onamento do diodo, onde observa-se que quando polarizado diretamente com uma tensão acima 
da barreira de potencial, que para o exemplo é de 0,7V o diodo passa a conduzir, já para uma 
polarização reversa o diodo se comporta como um isolante até um valor que ocorre a ruptura 
do mesmo. 
Na figura 7 podemos observar um comparativo de um diodo com chaves, onde em um 
diodo ideal poderíamos dizer que em um caso de polarização reversa é uma chave aberta e para 
o caso de uma polarização direta o mesmo se comporta como uma chave fechada. 
 
 
 
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Figura 6 – Curvas de funcionamento do diodo - Fonte: Malvino. 
 
 
Figura 7 – funcionamento de um diodo ideal - Fonte: Malvino. 
 
2.4 PRINCÍPIO DE FUNCIONAMENTO DO DIODO EMISSOR DE LUZ (LED) 
Conforme Malvino (2013) a movimentação dos elétrons para suas orbitas externas para 
condução, ao voltar para níveis mais baixos de energia, ele devolve os adicionais de energia em 
forma de luz, calor ou outra radiação, se utilizando desta característica e colocando o diodo em 
uma carcaça transparente, foi possível a obtenção de luz no diodo, sendo assim criado o LED 
(Diodo Emissor de Luz), na figura 8 podes ser visto o encapsulamento de um Led. 
O Led apesar de ter o comportamento de um diodo comum, a sua forma de utilização é 
com a polarização no sentido direto, desta forma os elétrons que atravessam a barreira de po-
tencial se recombinando com as lacunas do outro lado, passando assim para um nível menor de 
energia, irradiando assim a energia excedente em forma de fótons, em um efeito chamado de 
eletroluminescência. 
 
 
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Figura 8 – Encapsulamento do LED - Fonte: Malvino. 
 
A cor do Led é determinado pelo gap entre as bandas de energia, que é determinado pelo 
tipo de material utilizado, as cores podem ser desde vermelha, verde, branca, laranja, azul e até 
infravermelha (invisível), a sua utilização é bem ampla, sendo atualmente inclusive utilizado 
como substituto das lâmpadas incandescentes, o infravermelho sempre foi utilizado em alarmes 
e controle remotos. 
Como características do Led para desenvolver os circuitos podemos determinar que a 
tensão típica é de 1,5 até 2,5V para correntes de 10mA até 50mA, por padrão é utilizado a 
tensão nominal de 2V e a corrente de 20mA. O brilho do Led é dependente da corrente, de 
forma que se for necessário controlar o brilho do mesmo é possível através de uma fonte de 
corrente. 
 
2.5 OUTROS TIPOS DE DIODOS E SUAS PRINCIPAIS APLICAÇÕES 
O diodo além do uso comum em um circuito de retificação e utilização como emissor 
de luz (LED) tem por causa de suas características outras formas de aplicações, como por exem-
plo pode-se considerar a utilização em frequência mais altas, neste caso o diodo de uso comum 
começa a falhar, desta forma foi desenvolvido o diodo Schottky, na figura 9 está apresentado o 
mesmo em uma aplicação característica e com a sua simbologia. 
 
 
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Figura 9 – Diodo Schottky - Fonte: Malvino 
 
 Outra característica que foi utilizada é a corrente de ruptura do diodo no sentido reverso, 
para o diodo comum não é operado nesta região intencionalmente pois iria danificar o mesmo, 
no entanto foi desenvolvido um diodo que opera exatamente nesta região, este é conhecido 
como diodo Zener, ele é utilizado como regulador de tensão, na figura 10 pode ser observado a 
simbologia e a curva característica, e na figura 11 um comparativo de uma aproximação ideal 
de um diodo Zener com uma fonte, pois por característica o zener se comporta como uma fonte 
fixa independente da tensão de entrada e da corrente aplicada. 
 
 
Figura 10 – Diodo Zener (simbologia e curva) - Fonte: Malvino 
 
 
Figura 11 – Diodo zener comparado com fonte fixa - Fonte: Malvino 
 
 
 
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Comparando a camada de depleção do diodo com um capacitor onde as camadas P e N 
são como as placas e a camada de depleção é o dielétrico foi possível desenvolver o componente 
chamado de Varactor, que também é conhecido como Varicape, epicape, capacitor variável 
com tensão ou diodo de sintonia, sendo controlada a capacitância pela tensão reversa, na figura 
12 está apresentado a camada de depleção, as simbologias e a curva característica. 
 
 
Figura 12 – Diodo varactor (simbologia e curva) - Fonte: Malvino 
 
Na tabela 1 podemos verificar além dos componentes relatados uma série de outros dis-
positivos baseados no funcionamento básico da junção PN, nesta tabela estão apresentados o 
dispositivo, uma ideia principal do funcionamento e a aplicação. 
 
Tabela 1 – Dispositivos especiais e função das características do diodo - Fonte: Malvino 
 
 
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3 RESULTADOS E DISCUSSÃO 
Com o estudo verificou-se que o componente básico de uma junção PN, de um semi-
condutor, que é o diodo tem uma aplicação básica e diversas outras aplicações somente através 
das características básicas desta junção, além disso este componente serve de base de toda ele-
trônica desde o transistor, a eletrônica de potência, inclusive chegando a eletrônica digital. 
 
4 CONCLUSÕES 
 
Através dos estudos realizados foi possível conhecer de forma aprofundada, um compo-
nente que é a base para toda eletrônica atual, conhecendo desde os materiais utilizados, as ca-
racterísticas para dimensionamento, os componentes resultantes das curvas características do 
diodo, além de utilizações práticas dos mesmos. Como engenheiros estes conhecimentos são 
muito importantes na hora de realizar um projeto na área de eletrônica, sabendo onde busacar 
as soluções para cada problema. 
 
 
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5 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 
Livros: 
BOYLESTAD, Robert L.; NASHELSKY, Louis. Dispositivos Eletrônicos e Teoria de Circuitos. 
11ª ed. São Paulo: Pearson, 2013. 
MALVINO, Albert. Eletrônica [recurso eletrônico] / Albert Malvino, David J. Bates; tradu-
ção: Antonio Pertence Jr. – 8. ed. – Porto Alegre: AMGH, 2016.