Trabalho de materiais eletricos

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CENTRO UNIVERSITÁRIO INTERNACIONAL UNINTER 
ESCOLA SUPERIOR POLITÉCNICA 
BACHARELADO EM ENGENHARIA ELÉTRICA 
MATERIAIS ELÉTRICOS 
 
 
 
 
 
 
 
PRINCÍPIO DE FUNCIONAMENTO DOS DIODOS 
 
 
 
 
 
 
 
 
ALUNO: DELVANIR AMARAL DA SILVA 
PROFESSORA: ELIANE SILVA CUSTÓDIO 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
JAGUARIÚNA- SP 
2019 
 
 
 
 
SUMÁRIO 
 
 
RESUMO .................................................................................................................................... i 
1 INTRODUCAO ................................................................................................................ 1 
2 DESENVOLVIMENTO ................................... ERRO! INDICADOR NÃO DEFINIDO. 
 2.1 Junção PN ................................................................. ERRO! INDICADOR NÃO DEFINIDO. 
 2.2 Matériais utilizados ........................................................................................................ 3 
 2.3 Príncipio do funcionamento do diodo ............................................................................ 4 
 2.4 Príncipio do funcionamento do diodo emissor de luz .................................................... 6 
 2.5 Alguns tipos de diodos e suas aplicações.........................................................................7 
3 CONCLUSÕES ............................................................................................................... 12 
4 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ......................................................................... 13
 
 
 
 
 
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RESUMO 
 
Este trabalho tem por finalidade descrever sobre os tipos de diodos e suas funcionalida-
des, podendo ele ser um semicondutor, onde sua condutividade é controlada por meio da adição 
de átomos de outros materiais, em um processo chamado dopagem, formando por sua vez uma 
junção PN, onde podemos encontrar polarização reversa e direita. Falaremos um pouco sobre 
os tipos de diodos e suas aplicações. Dentre eles o diodo emissor de luz, também conhecido por 
LED, um componente importantíssimo no mundo eletrônico, a sua principal funcionalidade é 
a emissão de luz nos equipamentos eletrônicos. 
 
 
Palavras-chave: Diodo semicondutor, Polarização, LED. 
 
The purpose of this paper is to describe the diode types and their functionalities, which 
may be a semiconductor, where their conductivity is controlled by the addition of atoms 
of other materials, in a process called doping, forming a junction. PN, where we can find 
reverse and right bias. We'll talk a little bit about diode types and their applications. 
Among them the light emitting diode, also known as LED, a very important component 
in the electronic world, its main functionality is the emission of light in the electronic equi-
pment. 
Keywords: Semiconductor diode, Polarization, LED. 
 
 
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1 INTRODUCAO 
Assim como existem materiais condutores e materiais isolantes, existe também os materiais 
semicondutores, o semicondutor possui um nível de condutividade entre os extremos de um 
condutor e um isolante. 
Diodo é um dos elementos básicos da eletrônica como conhecemos, ele é o componente 
semicondutor mais simples existente e base para circuitos e até mesmo outros componentes 
como os transistores que revolucionaram a eletrônica, ele é formado pela junção de dois mate-
riais semicondutores que basicamente são isolantes que foram dopados e se tornaram conduto-
res, e é a junção do material que confere ao diodo sua capacidade tão especial de conduzir ou 
não corrente elétrica. 
Existem outros tipos de doidos: Zener, túnel, Varicaps e o emissor de luz também conhe-
cido como LED. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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2 DESENVOLVIMENTO 
2.1 JUNÇÃO PN 
O semicondutor é um componente que é usado tanto como condutor ou isolante em um 
circuito elétrico dependendo que forma a tensão será aplicada em seus terminais de ligação, 
com isso permite que o mesmo possa ser utilizado em diversas aplicações. 
O diodo basicamente é formado por uma Junção P-N, onde existem portadores (negativos 
e positivos), íons fixos (de dopantes ou contaminantes), átomos constituintes do material ou do 
substrato utilizado. Durante a formação da Junção P-N, conforme figura 1 abaixo: 
 
 
Figura 1 – Junção PN 
 
Quando as cargas são produzidas próximas da junção elas são fixas a rede cristalina. Essas 
regiões de cargas próximas são chamadas de cargas descobertas ou região de depleção. Com o 
aparecimento dessa região o transporte de elétrons para o lado P é bloqueado, pois os mesmos 
são repelidos da região carregado do lado P. O mesmo é aplicado para as lagunas cujo transporte 
para o lado N é repelido pelas cargas existentes do lado P da junção. 
A tensão VB proporcionada pela barreira de potencial na junção, depende do material uti-
lizado na sua fabricação. 
Valores aproximados para o germânio e silício são VB = 0,3 [V] e VB = 0,7 [V], respec-
tivamente. 
Não é possível medir diretamente o valor de Vγ aplicando-se um voltímetro conectado 
aos terminais dos materiais p e n, porque essa tensão existe apenas em uma pequena região 
próxima à junção. 
 
 
 
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2.2 MATERIAIS UTILIZADOS 
O diodo é formado por uma junção entre o cristal do tipo P (o lado positivo, também cha-
mado de ânodo) e outro lado tipo N (lado negativo, também chamado de cátodo). Normalmente 
feitos de silício e germânio. 
Para a formação do cristal N, utiliza-se principalmente o elemento fósforo. Quanto maior 
a intensidade da dopagem, maior a condutibilidade dos cristais, Outro fator que influencia na 
condução desses materiais é a temperatura, quanto maior é a temperatura de um diodo, maior 
a condutibilidade, pelo fato de que a energia térmica ter a capacidade de quebrar algumas li-
gações covalentes da estrutura, acarretando no aparecimento de mais portadores livres para a 
condução de corrente elétrica. 
Após dopadas, cada face dos dois tipos de cristais (P e N) tem uma determinada caracte-
rística diferente da oposta, gerando regiões de condução do cristal, uma com excesso de elé-
trons, outra com falta destes (lacunas). Entre ambas, há uma região de equilíbrio por recombi-
nação de cargas positivas e negativas, chamada de região de depleção (a qual possui uma bar-
reira de potencial). 
Para finalizar a dopagem é a inserção no cristal pata alterar suas propriedades – cristal ex-
trínseco. 
Material tipo N: dopagem com impurezas pentavalentes = átomos doadores de elétrons. 
Conforme figura 2. 
Material tipo P: dopagem com impurezas trivalentes = átomos receptores de elétrons. 
Conforme figura 2 
 
 
Figura 2 
https://pt.wikipedia.org/wiki/F%C3%B3sforo
https://pt.wikipedia.org/wiki/Condutividade_el%C3%A9trica
https://pt.wikipedia.org/wiki/Temperatura
https://pt.wikipedia.org/wiki/Energia_t%C3%A9rmica
https://pt.wikipedia.org/wiki/Liga%C3%A7%C3%A3o_covalente
https://pt.wikipedia.org/wiki/Liga%C3%A7%C3%A3o_covalente
https://pt.wikipedia.org/wiki/Equil%C3%ADbrio
https://pt.wikipedia.org/wiki/Carga_el%C3%A9trica
 
 
4 
 
 
2.3 PRINCIPIO DO FUNCIONAMENTO DO DIODO 
O diodo é um dispositivo composto por dois terminais que possibilita a aplicação de uma 
tensão de duas formas: polarização direta e polarização reversa. 
Na polarização direta, conecta-se o anodo e o catodo do diodo nos terminais positivo e 
negativo da bateria respectivamente. O diodo passa ser um condutor quando polarizado direta-
mente, 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, conforme figura 3 abaixo: 
 
 
 
 
Figura 3 
 
 
 
 
5 
 
 
 
 
 
Na polarização reversa o anodo e o catodo do diodo estão conectados nos terminaisnega-
tivo e positivo da bateria respectivamente, ou seja, uma diferença de potencial negativa entre o 
anodo e o catodo é aplicada. Nessa região de depleção é aumentada, devido a aplicação da 
tensão reversa em seus terminais, impedindo a circulação de portadores livres na junção. Nessa 
polarização de corrente elétrica expressiva, o diodo é considerado uma chave aberta. Porém, 
mesmo nessas condições o dispositivo apresenta uma pequena circulação de corrente caracte-
rizada como uma corrente de fuga, geralmente da ordem de nA e uA. Conforme figura 4 abaixo. 
 
 
POLARIZAÇÃO REVERSA 
Figura 4 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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2.4 PRINCÍPIOS DE FUNCIONAMENTOS DO DIODO EMISSOR DE LUZ (LED) 
O LED é um diodo semicondutor que, quando sujeito a energia, emite luz de espetro redu-
zido. A luz emitida pode ser visível ou não visível. 
O termo LED é, na sua origem, uma abreviatura de "Light Emitting Diode" Díodo Emissor 
de Luz. Apareceu no mercado em 1962 inicialmente na cor vermelha, atualmente existe uma 
enorme variedade de cores e diferentes aplicações. Uma vantagem é o consumo reduzido de 
energia, resistência física elevada, reduzida dimensão e uma vida muito longa se as condições 
de funcionamento forem respeitadas. 
O processo de emissão de luz pela aplicação de uma fonte elétrica de energia é chamado 
eletroluminescência. Em qualquer junção P-N polarizada diretamente, dentro da estrutura, pró-
ximo à junção, ocorrem recombinações de lacunas e elétrons. 
Um LED deve ser ligado de forma correta, o circuito de ligação deve ter o (+) para o ânodo 
e (-) para o cátodo. O cátodo é a ponta mais curta e deve ter um corte no lado da cápsula do 
LED. Se olharmos para o interior do LED o ânodo é o elétrodo maior (embora não seja uma 
forma standard de identificação pode ser utilizada), conforme figura 5. 
 
 
Figura 5 
 
 
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2.5 ALGUNS TIPOS DE DIODOS E SUAS APLICAÇÕES 
A maioria dos díodos são semicondutores de silício, no entanto, o germânio é também por 
vezes usado. Díodos, vamos chamar mais especializados, executam funções especificas tais 
como variação da capacidade em função da tensão (varicap), regulação de tensão (zener), emis-
são de luz (LED) para além de outros menos usados, mas com funções muito especificas. Al-
guns dos diferentes tipos de diodos são: 
 
 
 
DIODO VARICAP 
Os díodos de junção têm uma região de depleção entre as camadas P e N. 
Um diodo varicap é um diodo que tem uma capacidade variável em função da tensão apli-
cada. São basicamente diodos construídos especificamente para funcionarem como condensa-
dores (capacitores) variáveis cuja capacitância varia de acordo com a tensão aplicada. Con-
forme figura 6. 
 
 
Figura 6 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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DIODO FOTODIODO 
 
Uma junção PN pode emitir luz sob ação de uma corrente elétrica (díodo LED). E o pro-
cesso inverso também é possível, ou seja, a luz pode gerar uma corrente elétrica em uma jun-
ção PN. 
É basicamente um díodo de junção com caraterísticas construtivas para direcionar a inci-
dência de luz para a camada P. Esta, por sua vez, é bastante fina e sua espessura tem relação 
com o comprimento de onda da luz. Conforme figura 7. 
 
 
 
Figura 7 
 
 
DIODOS SCHOTTKY 
 
Diodos de metal/semicondutor, são obtidos pela deposição, por evaporação ou por meios 
químicos, de uma camada metálica sobre a superfície de um semicondutor. Normalmente há 
uma camada de óxido na borda para evitar efeitos indesejáveis do campo elétrico mais intenso 
nessa zona. 
O principal destaque do diodo schottky é o menor tempo de recuperação, pois não há re-
combinação de cargas do diodo de junção. Outra vantagem é a maior densidade de corrente, o 
que significa uma queda de tensão direta menor que a do diodo comum de junção. A contra-
partida é uma corrente inversa maior, o que pode impedir o uso em alguns circuitos. 
 
 
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 São usados principalmente em circuitos de alta frequência, de alta velocidade de comuta-
ção. Conforme figura 8. 
 
Figura 8 
 
 
DIODOS TÚNEL 
 
 São diodos de junção PN com elevadas concentrações de impurezas (dopagem) em ambas 
as camadas. Nesta situação, a região de depleção é muito estreita, na faixa de "algumas deze-
nas de átomos" de espessura. A proximidade das partes ativas das camadas permite o efeito 
túnel. 
O resultado é o comportamento de resistência negativa, isto é, a corrente diminui com o 
aumento da tensão, em uma parte da curva de polarização direta. 
A característica de resistência negativa permite a construção de osciladores simples como o 
circuito da figura. A elevada dopagem faz com que a maior parte dos portadores sejam bura-
cos e eletrões, que têm ação bastante rápida. Assim, pode operar em frequências elevadas. 
Veja figura 9 
 
Figura 9 
 
 
10 
 
DIODO GUNN 
 
 
O diodo GUNN é usado como oscilador local cobrindo as frequências de micro-ondas de 
1Ghz a mais de 100Ghz. 
O diodo Gunn tem uma característica bastante particular: é construído apenas com semi-
condutor tipo N, ao contrário do par PN. Na realidade, é um oscilador de micro-ondas. 
São construídos com três camadas. A camada central tem um nível de dopagem menor. O dis-
positivo exibe característica e resistência negativa. Conforme figura 10.
 
Figura 10 
 
 
 
 
 
 
 
 
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DIODO PIN 
O nome é deve-se à existência de uma camada I ("intrínseca" - silício sem dopagem) 
entre as camadas P e N. 
Quando diretamente polarizado, buracos e elétrões são injetados na camada intrínseca I e 
as cargas não se anulam de imediato, ficam ativas por um determinado período. O efeito re-
sulta numa carga média na camada que possibilita a condução. Na polarização nula ou in-
versa, não há carga armazenada e o diodo comporta-se como um condensador (capacitor) em 
paralelo com a resistência própria do conjunto. 
Com tensão contínua ou de baixa frequência, o diodo PIN tem um comportamento pró-
ximo do diodo de junção PN. Em frequências mais altas, de períodos inferiores ao tempo de 
duração das cargas, a resistência apresenta uma variação característica com a corrente. Isso dá 
ao componente aplicações variadas em altas frequências (atenuadores, filtros, limitadores). 
Conforme figura 11. 
 
Figura 11 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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3 CONCLUSÃO 
 
Os diodos possuem tarefa fundamental em um circuito elétrico, controlando cargas e a 
tornando adequada para que possa ser utilizada em equipamentos eletrônicos. Dificilmente con-
seguiríamos montar um circuito eletrônico sem o uso do diodo. Nota-se que o seu funciona-
mento quando empregado o diodo especifico e muito simples, podendo resolver diversos pro-
blemas com a correntes elétricas, as controlando a intensidade e a ação vetora certa. 
Com o aumento do número de portadores de carga, aumenta 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 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 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 polaridade 
oposta. 
 
 
 
 
 
 
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4 REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS 
Internet 
http://www.mecaweb.com.br/eletronica/content/e_diodo 
https://wiki.ifsc.edu.br/mediawiki/index.php/AULA_2_-_Eletr%C3%B4nica_Geral_1_-
_T%C3%A9cnico 
https://www.electronica-pt.com/led 
Periódicos disponíveis por meio eletrônico 
 Mariane Mendes Teixeira 
 
Disponível em: https://mundoeducacao.bol.uol.com.br/fisica/diodo-semicondutor.htm 
 
http://www.mecaweb.com.br/eletronica/content/e_diodo
https://wiki.ifsc.edu.br/mediawiki/index.php/AULA_2_-_Eletr%C3%B4nica_Geral_1_-_T%C3%A9cnicohttps://wiki.ifsc.edu.br/mediawiki/index.php/AULA_2_-_Eletr%C3%B4nica_Geral_1_-_T%C3%A9cnico
https://www.electronica-pt.com/led
https://mundoeducacao.bol.uol.com.br/fisica/diodo-semicondutor.htm
 
 
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