Relatório 03 - Diodo Semicondutor - Miguel Caputo

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INSTITUTO LATINO-AMERICANO DE 
TECNOLOGIA, INFRAESTRUTURA E TERRITÓRIO 
(ILATIT) 
 Curso: Engenharia Química - Bacharelado. 
 Disciplina: Laboratório de Física Geral III – EQI0052. 
 Professor: Dr. Rodrigo Leonardo de Oliveira Basso. 
 
 
 
 
 
RELATÓRIO 03 
Diodo Semicondutor 
 
 
 
 
 
Discente: Miguel Caputo. 
 
 
 
 
 
Foz do Iguaçu, 25 de Agosto de 2021. 
 
 
RESUMO 
O presente experimento visa a análise, estudo e simulação do comportamento e 
propriedades de um diodo, mais especificamente, de um diodo zener, através do software 
de simulação Falstad. Primeiramente, foi montando o Circuito A com o diodo em 
polarização direta e, então, foi feita a variação da tensão aplicada entre 0 e 0,7 V e 
coletado os dados de corrente fornecidas pelo simulador. A partir dos dados de tensão e 
corrente, com a Equação 3 foi calculado a resistência para cada ponto e, assim, foi 
construída a Tabela 1, que mostra os dados de tensão, corrente e resistência para 
polarização direta do diodo. Após obter as informações do Circuito A, foi montado o 
Circuito B com o diodo em polarização reversa e, desta forma, repetiu-se o mesmo 
procedimento feito para o Circuito A, mas nesta configuração, a tensão aplicada foi 
variada entre 0 e 15 V. Com os dados de tensão e corrente, novamente utilizou-se a 
Equação 3 para encontrar as resistências em cada ponto e, assim, os resultados foram 
dispostos na Tabela 2. A partir das informações das tabelas 1 e 2, construiu-se a curva I 
vs V com auxílio do software Excel, do diodo zener (Gráfico 1), onde é possível verificar 
a propriedade de retificação do diodo, já que, para vencer a barreira de potencial na 
polarização direta é necessária uma tensão superior a (0,560 ± 0,001) V e, na polarização 
reversa é necessária uma tensão superior a (5,600 ± 0,001) V. Utilizando ainda os 
resultados das tabelas 1 e 2, construiu-se os gráficos de Ω vs V para os Circuitos A e B 
(Gráficos 2 e 3). A partir destes gráficos, novamente é possível constatar a propriedade 
de retificação do diodo zener, uma vez que ele apresenta resistência pequenas na 
polarização direta, o que facilita a passagem de corrente elétrica e, na polarização reversa, 
a resistência aumenta gradualmente até o limite de ruptura do diodo, o que dificulta a 
passagem da corrente elétrica antes de atingir o limite. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
SUMÁRIO 
 
1. INTRODUÇÃO ....................................................................................................... 4 
1.1. Diodo Semicondutor ............................................................................................ 4 
1.2. Objetivos ............................................................................................................... 8 
2. DESCRIÇÃO EXPERIMENTAL ......................................................................... 8 
3. DADOS E ANÁLISE DE DADOS ....................................................................... 10 
4. RESULTADOS E DISCUSSÕES ........................................................................ 13 
5. CONCLUSÕES ..................................................................................................... 14 
6. REFERÊNCIAS .................................................................................................... 15 
4 
 
1. INTRODUÇÃO 
1.1. Diodo Semicondutor 
 
Materiais semicondutores são a base de todos os dispositivos eletrônicos. Um 
semicondutor pode ter sua condutividade controlada por meio da adição de átomos de 
outros materiais, em um processo chamado de dopagem. Em geral, os dopantes são 
inseridos em camadas no cristal semicondutor e, assim, diferentes dispositivos podem ser 
construídos dispondo-se adequadamente as camadas com diferentes dopantes (“DIODO 
SEMICONDUTOR,” [s.d.]). 
Um diodo semicondutor consiste numa junção de uma camada de semicondutor tipo 
n com outro de semicondutor tipo p. Num semicondutor tipo n, os portadores de carga – 
ou seja, as partículas que participam da condução elétrica – são elétrons livres, enquanto, 
num semicondutor tipo p, são buracos livres, de carga positiva. Em semicondutores 
dopados, os elétrons e os buracos são provenientes dos átomos dopantes. Na junção de 
um material tipo n com um tipo p, os elétrons próximos à junção difundem da região n 
para a p, enquanto os buracos difundem no sentido oposto (“DIODO 
SEMICONDUTOR,” [s.d.]). 
Quando esses elétrons e buracos se encontram, eles combinam-se, deixando, na 
interface, uma região com íons positivos e negativos dopantes. Essa região é desprovida 
de portadores de carga e é chamada de depleção. Os íons criam um campo elétrico, nessa 
região, que impede a continuidade da difusão de elétrons e de buracos. Essa situação está 
representada na Figura 1 (“DIODO SEMICONDUTOR,” [s.d.]). 
 
Figura 1. Junção de um semicondutor tipo p com um tipo n. 
 
Fonte: “DIODO SEMICONDUTOR,” [s.d.]. 
 
 
 
5 
 
 
Figura 2. Símbolo de um diodo. 
 
Fonte: O autor, 2021. 
 
Ao ser conectado a uma fonte de força eletromotriz, uma junção p-n permite fluxo de 
corrente apenas em um sentido – da região p para a n. Considerando que o diodo está 
ligado a uma fonte de forma que a região tipo p está em um potencial mais alto que a tipo 
n, chama-se está configuração de polarização direta. Nesta configuração, a fonte injeta 
elétrons na região n, ao mesmo tempo que remove elétrons – ou, de modo análogo, injeta 
buracos – região p. Nessa situação, o campo elétrico da fonte tem sentido oposto ao campo 
dos íons na região de depleção, fazendo com que essa região se estreita, facilitando o 
fluxo de cargas através da interface (“DIODO SEMICONDUTOR,” [s.d.]). 
Entretanto, quando a região tipo n está em um potencial mais alto que a região tipo p, 
diz-se que o diodo está em polarização reversa e, nesse caso, a região de depleção se 
alarga, reduzindo a corrente que passa através do diodo. Portanto, devido a estas 
propriedades, o diodo opera como um elemento retificador (“DIODO 
SEMICONDUTOR,” [s.d.]). 
 
Figura 3.a. Diodo em polarização direta. 
 
Fonte: O autor, 2021. 
6 
 
Figura 3.b. Diodo em polarização reversa. 
 
Fonte: O autor, 2021. 
 
Diodos possuem também uma curva característica, em que a corrente está em função 
da tensão. 
 
𝐼 = 𝑓(𝑉) (Equação 1) 
𝐼 = 𝐼 ∗ 𝑒𝑥𝑝 (Equação 2) 
Onde: q – Carga do eleétron; 
V - Tensão aplicada; 
k – Constante de Boltzman; 
T – Temperatura absoluta. 
 
Figura 4. Curva característica de um diodo. 
 
Fonte: LOPES DA SILVA, 2020 
 
7 
 
O funcionamento do diodo Zener está localizado no quarto quadrante da Figura 4, 
onde encontramos a região de corte e de avalanche de um diodo, que é justamente onde 
o diodo está polarizado reversamente (MATTEDE, 2014). 
Como pode-se observar, enquanto a tensão reversa está menor do que a tensão de 
ruptura, nada de diferente acontece, caracterizando um diodo convencional. Porém, 
quando a tensão reversa se aproxima de um valor que depende do diodo que está sendo 
analisado, este diodo conduz e passa corrente elétrica por ele, sendo que esta corrente só 
é limitada pelo valor de resistências externas (MATTEDE, 2014). 
Nesta situação, mesmo que a tensão reversa no diodo tente ser elevada acima do valor 
da tensão zener, isto não será possível. Entretanto, se a corrente aumentar muito, a 
dissipação de potência no diodo aumentará, fazendo com que o dispositivo chegue ao seu 
ponto de destruição, principalmente devido ao efeito joule (MATTEDE, 2014). 
O diodo zener operando reversamente, mantém o valor da tensão máxima entre os 
seus terminais em um valor constante, chamada de tensão do diodo zener. Porém, se o 
diodo zener for polarizado de forma direta, ele irá se comportar como um diodo retificador 
comum (MATTEDE, 2014). 
Os diodos semicondutoresestão presentes em diversos tipos de equipamentos, 
dispositivos e aparelhos eletrônicos, cada um desempenha uma determinada função. Os 
diodos semicondutores mais conhecidos são os diodos retificadores e os diodos emissores 
de luz (LED’s), também conhecido como fotodiodos (MATTEDE, 2014). 
O diodo retificador é utilizado para converter sinais em corrente alternada para 
corrente contínua, mantendo apenas um semiciclo da onda senoidal, daí o seu nome 
“retificador”. Além disso, o diodo retificador pode ser utilizado normalmente para 
qualquer aplicação que seja necessário a passagem da corrente em apenas um único 
sentido ou funcionando como proteção para o circuito, evitando que o mesmo seja 
danificado caso se alimentado de forma errada (MATTEDE, 2014). 
O diodo emissor de luz LED é o que possui um maior estudo, pois está presente nos 
celulares, máquinas de lavar, televisão, computador, lanternas, controles remotos para 
televisões, lâmpadas, carregadores e entre outros, sendo usados por exemplo para indicar 
o estado de operação de um determinado dispositivo ou para iluminação. Ainda existem 
muitos outros tipos de diodos, sendo que alguns são utilizados como estabilizadores de 
tensão, como é o caso do diodo Zener (MATTEDE, 2014). 
8 
 
1.2. Objetivos 
 
Construir uma curva de corrente versus tensão, variando a tensão na faixa de 0,7 a -
0,7 V, não ultrapassando 1 A, para mostrar que o diodo é um dispositivo retificador. 
Construir uma curva de resistência versus tensão e mostrar o mesmo fenômeno de 
retificação. 
2. DESCRIÇÃO EXPERIMENTAL 
 
Primeiramente, foi montado o circuito do diodo em polarização direta descrito no 
roteiro (Circuito A), utilizando um miliamperímetro e variando a fonte de tensão entre 0 
e 0,7 V. O diodo representado é o diodo zener, pois é o dispositivo que o simulador Falstad 
possui. 
 
Figura 5.a. Circuito A do diodo zener em polarização direta feito no CircuitLab. 
 
Fonte: O autor, 2021. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
9 
 
Figura 5.b. Circuito A do diodo zener em polarização direta feito no Falstad. 
 
Fonte: O autor, 2021. 
 
Com a montagem do circuito feito agora no simulador Falstad, foi feita a variação da 
fonte de tensão descrita anteriormente e então, coletou-se os dados de corrente que passa 
no diodo, ou seja, dados mostrados pelo miliamperímetro. Os resultados obtidos de 
corrente e tensão estão dispostos na Tabela 1 apresentada posteriormente. 
Com os dados do Circuito A obtidos, o próximo passo foi montar o circuito do diodo 
zener em polarização reversa utilizando um microamperímetro (Circuito B). 
 
Figura 6.a. Circuito B do diodo zener em polarização reversa feito no CircuitLab. 
 
Fonte: O autor, 2021. 
 
 
 
10 
 
Figura 6.b. Circuito B do diodo zener em polarização reversa feito no Falstad. 
 
Fonte: O autor, 2021. 
 
Com o segundo circuito da polarização reversa montado, foi feita a variação da fonte 
de tensão entre 0 e 15 V e então, coletou-se os dados de corrente que passa pelo diodo, 
ou seja, corrente mostrada pelo microamperímetro. Os resultados de corrente e tensão 
obtidos dispostos na Tabela 2 apresentada posteriormente. 
A partir dos dados obtidos, foi calculado a resistência para cada ponto medido nos 
circuitos A e B. A resistência foi calculada a partir da seguinte equação: 
 
𝑅 = (Equação 3) 
Onde: R – Resistência (Ω); 
V – Tensão da fonte (V); 
I – Corrente (A); 
 
Deste modo, com todas as informações necessárias, foi montado o gráfico de corrente 
versus tensão (I x V) e, também, o gráfico de resistência versus tensão (R x V). 
 
*O CircuitLab também é um simulador, entretanto não foi usado para fazer as análises deste 
experimento. 
*O CircuitLab foi usado apenas para montar os circuitos e melhorar a visualização. 
 
3. DADOS E ANÁLISE DE DADOS 
 
Como mencionado anteriormente, foram montados os circuitos das Figuras 5.a e 6.a, 
posteriormente os mesmos circuitos foram montados no simulador Falstad (Figura 5.b e 
11 
 
6.b) e, então, foi feita a coleta dos dados de corrente e, utilizando a Equação 1, obteve-se 
os resultados de resistência para cada ponto. As informações estão dispostas na Tabela 1 
e Tabela 2 a seguir. 
 
Tabela 1. Resultados experimentos para o diodo em polarização direta (Circuito A). 
Circuito A 
Medida 
N 
Tensão 
(V) 
Corrente 
(A) 
Resistência 
(Ω) 
1 0,00 0,00 0,00 
2 0,07 4,92E-07 1,42E+05 
3 0,14 2,40E-06 5,83E+04 
4 0,21 9,80E-06 2,14E+04 
5 0,28 3,83E-05 7,31E+03 
6 0,35 1,49E-04 2,36E+03 
7 0,42 5,76E-04 7,30E+02 
8 0,49 2,20E-03 2,23E+02 
9 0,56 8,60E-03 6,51E+01 
10 0,63 3,34E-02 1,89E+01 
11 0,70 1,29E-01 5,42E+00 
Fonte: O autor, 2021. 
 
Tabela 2. Resultados experimentos para o diodo em polarização reversa (Circuito B). 
Circuito B 
Medida 
N 
Tensão 
(V) 
Corrente 
(A) 
Resistência 
(Ω) 
1 0,00 0,00 0,00 
2 -1,50 -1,71E-07 8,75E+06 
3 -3,00 -1,71E-07 1,75E+07 
4 -4,50 -1,71E-07 2,63E+07 
5 -5,10 -1,72E-07 2,97E+07 
6 -5,20 -1,72E-07 3,02E+07 
7 -5,30 -2,17E-07 2,44E+07 
8 -5,40 -2,40E-06 2,25E+06 
9 -5,50 -1,05E-04 5,24E+04 
10 -5,60 -5,00E-03 1,12E+03 
11 -5,70 -2,39E-01 2,39E+01 
Fonte: O autor, 2021. 
 
Os valores de tensão e corrente são negativos na Tabela 2 devido ao fato desdás 
grandezas estarem agora no sentido contrário da polarização direta. 
12 
 
A partir dos resultados apresentados nas tabelas 1 e 2 foi possível realizar a construção 
do gráfico de corrente versus tensão (I x V) para ambas as configurações do diodo zener. 
Os dados das tabelas 1 e 2 foram expressos em um único gráfico. 
 
Gráfico 1. Gráfico de Corrente vs Tensão do Circuito A (polarização direta) e Circuito B 
(polarização reversa). 
 
Fonte: O autor, 2021. 
 
É claramente notável a partir da Tabela 2 e do Gráfico 1, que a tensão no Circuito B 
é negativo, indicando que temos a configuração de polarização reversa, visto também 
que, o catodo (polo negativo) do diodo, está em um potencial maior que o anodo (polo 
positivo. 
Em sequência, foi construído o gráfico da resistência versus tensão, tanto para o diodo 
em polarização direta, quanto para em polarização reversa. Os gráficos obtidos estão 
dispostos a seguir. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
-0,30
-0,25
-0,20
-0,15
-0,10
-0,05
0,00
0,05
0,10
0,15
-8,00 -6,00 -4,00 -2,00 0,00 2,00
C
or
re
n
te
 (
A
)
Tensão (V)
Corrente vs Tensão (I x V)
Circuito A
Circuito B
13 
 
Gráfico 2. Gráfico de Resistência vs Tensão para o diodo zener em polarização direta (Circuito A). 
 
Fonte: O autor, 2021. 
 
Gráfico 3. Gráfico de Resistência vs Tensão para o diodo zener em polarização reversa (Circuito B). 
 
Fonte: O autor, 2021. 
 
4. RESULTADOS E DISCUSSÕES 
 
Com o auxílio do simulador Falstad e do software Excel, foi possível montar os dados 
da Tabela 1 e 2, e assim, foi possível montar os gráficos de I x V e Ω x V. 
0,00E+00
2,00E+04
4,00E+04
6,00E+04
8,00E+04
1,00E+05
1,20E+05
1,40E+05
1,60E+05
0,00 0,10 0,20 0,30 0,40 0,50 0,60 0,70 0,80
R
es
is
tê
n
ci
a 
(Ω
)
Tensão (V)
Resistência vs Tensão (Ω x V)
-5,00E+06
0,00E+00
5,00E+06
1,00E+07
1,50E+07
2,00E+07
2,50E+07
3,00E+07
3,50E+07
0,00 1,00 2,00 3,00 4,00 5,00 6,00
R
es
is
tê
n
ci
a 
(Ω
)
Tensão (V)
Resistência vs Tensão (Ω x V)
14 
 
Observando o Gráfico 1 junto com a Tabela 1, pode-se notar claramente que ao aplicar 
uma tensão superior a (0,560 ± 0,001) V a barreira de potencial do diodo zener é vencida, 
e a partir deste ponto, ao aumentarmos a tensão, a corrente que passa pelo diodo aumenta 
exponencialmente. 
Este fenômeno ocorre, pois, na polarização direta, a região tipo p está em um potencial 
mais alto que a região tipo n, dessa forma, a fonte fornece elétrons continuamente para a 
região tipo n ao mesmo tempo que remove elétrons (ou injeta buracos) na região tipo p, 
fazendo com que o campo elétrico da fonte tenha sentido contrário ao campo dos íons na 
regiãode depleção (junção p-n), estreitando-a e, deste modo, facilitando o fluxo de carga 
através do diodo. 
Pode-se notar ainda para a polarização direta, que para tensões muito pequenas tem-
se uma resistência muito alta, contudo, conforme é aumentado o valor da tensão, a 
resistência vai diminuindo, facilitando a passagem de corrente, pois as forças resistivas 
do diodo vão ser tornando menores. Esta situação pode ser visualizada no Gráfico 2. 
Analisando agora o circuito da polarização reversa, pode-se notar que para vencer a 
barreira de potencial é necessária uma tensão superior a (5,600 ± 0,001) V (Tabela 2), 
que é uma tensão maior do que a necessária para o circuito A. Antes deste ponto, há uma 
corrente muito pequena passando pelo diodo (escala de nano Ampère) que pode ser 
considerada nula. 
Para o caso da polarização reversa, a região tipo p está em um potencial menor do que 
a região tipo n, e assim, de maneira contrária a polarização direta, a região de depleção 
alarga-se, reduzindo o fluxo de carga que passa através do diodo. Nesta configuração, 
temos que a resistência do diodo aumenta de forma gradual conforme é aumentada a 
tensão aplicada, dificultando assim, a passagem da corrente (Gráfico 3). Porém, ao 
ultrapassar o valor de tensão necessário para vencer a barreira de potencial, a resistência 
cai bruscamente e possibilita a passagem de correntes extremamente altas. 
5. CONCLUSÕES 
 
Por fim, com a assistência do simulador CircuitLab e Falstad, juntamente com o 
software Excel, foi possível reproduzir o experimento sem dificuldades, podendo notar 
todos os detalhes e proposições relacionadas ao dispositivo estudado, o diodo zener. 
Ao realizar os procedimentos descritos anteriormente, juntamente com os gráficos 
obtidos, é possível constatar que para vencer a barreira de potencial do diodo, é necessário 
15 
 
menos tensão na polarização direta do que na reversa, desta forma, mostramos a 
propriedade de retificação do diodo, ou seja, quando o dispositivo age de forma a facilitar 
o fluxo de carga na polarização direta e, bloqueia/dificulta o fluxo de carga na polarização 
reversa. 
Devido a este motivo, usa-se circuitos diferentes para a polarização direta e reversa 
de um diodo, pois, na polarização direta, temos que o fluxo de corrente elétrica passa pelo 
dispositivo mais facilmente, devido as forças resistivas do diodo serem menores no 
sentido direto e, também, a tensão aplicada e a corrente não atingem valores muito altos. 
Já para a polarização reversa, as forças resistivas do diodo são maiores, para bloquear 
a passagem da corrente elétrica e, por este motivo, é necessária uma tensão maior para 
vencer a barreira de potencial do diodo, entretanto, quando essa barreira é superada, há 
uma passagem de corrente extremamente alta (na escala de kilo e mega Ampère) para 
tensões não tão altas (porém são valores de tensão mais altos que no sentido direto), o que 
pode ocasionar danos ao dispositivo e ao circuito como um todo. 
Por fim, comparando o diodo zener com o diodo comum, podemos concluir que o 
diodo zener é fabricado justamente para trabalhar com a polarização reversa. Desse modo, 
quando a tensão de ruptura do diodo zener é atingida, a mesma torna-se praticamente 
constante independentemente da corrente que passa pelo diodo. Por suas características, 
o diodo zener, pode ser usado como regulador de tensão em circuitos de fontes 
estabilizadas e até na implementação de circuitos clipadores (MATTEDE, 2014). 
 
6. REFERÊNCIAS 
 
CircuitLab - Editing “Unnamed Circuit.” Disponível em: 
<https://www.circuitlab.com/editor/#?id=7pq5wm&from=homepage>. Acesso em: 24 
ago. 2021. 
 
Circuit Simulator Applet. Disponível em: <http://www.falstad.com/circuit/>. Acesso 
em: 24 ago. 2021. 
 
DIODO SEMICONDUTOR. [s.l.], [s.d.]. Disponível em: 
<https://www.fisica.ufmg.br/ciclo-basico/wp-
content/uploads/sites/4/2020/05/Diodo_semicondutor.pdf>. Acesso em: 23 ago. 2021. 
16 
 
 
LOPES DA SILVA, I. Diodo de Potência com LTspice - Embarcados. Disponível em: 
<https://www.embarcados.com.br/diodo-de-potencia/>. Acesso em: 24 ago. 2021. 
 
MATTEDE, H. Diodo Zener, funcionamento e aplicações! - Mundo da Elétrica. 
Disponível em: <https://www.mundodaeletrica.com.br/diodo-zener-funcionamento-e-
aplicacoes/>. Acesso em: 24 ago. 2021. 
 
MATTEDE, H. O que é diodo semicondutor e como funciona? - Mundo da Elétrica. 
Disponível em: <https://www.mundodaeletrica.com.br/o-que-e-diodo-semicondutor-e-
como-funciona/>. Acesso em: 24 ago. 2021.