Seminário sobre DIODO - Circuitos elétricos

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TEORIA DOS CIRCUITOS ELETRÔNICOS 1 
 
 
 
 
 
 
 
 
DIODOS 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Professor​ Luciano Fonseca 
Alunas 
Beatriz G C Pinheiro 12/0008009 
 Larissa Aidê A. Rocha 15/0014571 
Milena Martins Magalhães 15/0018711 
 
 
 ​ ​ Universidade de Brasília 
2017 
 
 
 
 
 
SUMÁRIO 
 
1. SEMICONDUTORES 
1.1 Semicondutores do tipo P e N. 
2. OS DIODOS 
2.1 Polarização do diodo 
2.2 Curva característica do diodo 
3. CIRCUITOS COM DIODOS 
3.1 Retificador de Meia-Onda 
3.2 Retificador de Onda Completa 
3.3 Retificador Em Ponte 
4. CIRCUITOS RETIFICADORES COM FILTRO 
4.1 Retificador de Meia-Onda com Filtro Capacitivo 
4.2 Retificador em Ponte com Filtro 
5. DIODOS ESPECIAIS 
5.1 Diodo Zener 
5.2 Diodo Emissor De Luz (LED) 
5.3 Diodo Túnel 
5.4 Diodo Varicap (Varactor ou VVC) 
6. EXEMPLOS E EXERCÍCIOS 
7. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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1. SEMICONDUTORES 
Para o compreender como é o funcionamento de um material semicondutor, é preciso 
fazer uma revisão sobre a estrutura estrutura atômica. Sabe-se que um átomo é formado por 
elétrons que giram ao redor de um núcleo composto por prótons e nêutrons. O modelo 
atômico de Bohr, mostra que o elétrons giram em orbitais, a Imagem 1 caracteriza esse 
modelo. 
 
 
Imagem 1 - Estrutura do átomo 
 
A camada de valência dos materiais semicondutores, apresentam apenas 4 elétrons 
(tetravalentes), e por conta disso não são classificados como bons isolantes e nem como bons 
condutores. 
Os átomos de silício e de germânio são tetravalentes e são tipos mais utilizados de 
semicondutores. 
 
1.1 Semicondutores do tipo P e N. 
A junção possui propriedades importantes a serem analisadas. Os elétrons que estão em 
excesso no material N (negativo), se movimentam em direção ao material tipo P (positivo), 
ocorrendo a neutralização destas cargas e formando uma espécie de barreira que precisa ser 
vencida para que haja a circulação de corrente entre os dois materiais. Esta barreira é 
conhecida como barreira de potencial. 
O processo de recombinação ocorre quando as cargas opostas se atraem. Os cristais do 
lado P atraem os cristais que estão sobrando no lado N. A recombinação ocorre no centro 
onde as forças de atração são mais intensas, assim todos ficam com 8 elétrons na última 
camada e se tornam estáveis quimicamente. 
 
2. OS DIODOS 
Para a formação do componente eletrônico diodo é necessário a união de dois 
semicondutores, sendo eles os vistos no tópico 1.1. A imagem 2 mostra como ilustra como 
seria esse componente. 
 
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Imagem 2 - Junção P-N 
 
2.1 Polarização do diodo 
O funcionamento do diodo é pendente a polaridade da fonte de tensão. Na polarização 
direta, o potencial positivo da fonte é ligado ao anodo (material tipo P) e o potencial negativo 
da fonte ligado ao catodo (material tipo N). Sendo que o potencial negativo da fonte repele os 
elétrons do material tipo N. Dessa forma se a tensão da fonte de alimentação for maior do que 
a tensão interna do diodo, os elétrons atravessam a junção PN, passam pelo material tipo P e 
são atraídos pelo potencial positivo da fonte. 
 O diodo ideal se comporta como uma chave fechada quando é polarizado diretamente 
e faz com que circule uma corrente elétrica pelo circuito. No diodo real existe uma barreira de 
potencial, para o de silício a barreira é de 0,7V e para o de germânio é de 0,3V. 
 
 
 Imagem 3 - Diodo germânio (0,3V) 
 
 Imagem 4 - Diodo silício (0,7V) 
 
Na polarização reversa o potencial positivo da fonte é ligado ao catodo (material tipo 
N) e o potencial negativo da fonte é ligado ao anodo (material tipo P), e nesse tipo de 
polarização o diodo se comporta ao contrário de uma polarização direta. O ideal funcionaria 
como uma chave aberta e isolaria perfeitamente a passagem de corrente, mas na prática, é 
possível notar que existe uma pequena parcela de fluxo. 
 
Imagem 5 - Polarização Reversa 
 
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De outro ponto de vista, podemos observar a Tabela 1 e observar como seria o circuito 
equivalente diante das polarizações diretas e inversas diodo ideal. 
 
 Tabela 1 - Circuito equivalente de polarização do diodo ideal. 
 
2.2 Curva característica do diodo 
 Existem duas possíveis curvas que descrevem as propriedades do diodo, sendo eles 
quando se trata de um diodo ideal e um real. 
 
 
Imagem 6 - Gráficos corrente vs tensão para diodo ideal (esquerdo) e diodo real (direito) 
 
Pode ser observado que existem grandes diferenças nos gráficos acima. Como já foi 
explicado, o diodo ideal se comporta tanto como um circuito aberto quanto como um curto 
circuito, porém na realidade não ocorre bem assim. Por exemplo, no caso da polarização 
direta, pode-se observar que o diodo real começa a subir completamente quando assume 
valores superiores a tensão V0, enquanto que o diodo ideal se comporta como uma reta, já 
que por ser perfeito, conduz a partir de 0,000000...1 volts. 
Já na polarização reversa, para o diodo real, o valor é praticamente desprezível 
enquanto a tensão for inferior à tensão de ruptura (Vz), que é o valor máximo que ele 
consegue segurar corrente. Após esse valor a curva mostra sinais de declínio, ocasionando o 
efeito Avalanche, que é quando o diodo sofre uma grande descarga e em questão de 
 
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microssegundos queima. ​Por outro lado, no diodo ideal, não há ponto de queda e por ser 
perfeito alcançaria infinita tensão​. 
 
3. CIRCUITOS COM DIODOS 
 
3.1 Retificador de Meia-Onda 
O diodo tem a característica de conduzir corrente somente num sentido e devido a esta 
propriedade unidirecional, é possível utilizá-lo para retificar. O circuito retificador de 
meia-onda é mostrado a seguir e está constituído por um transformador, um diodo e uma 
carga. 
 
 
 Imagem 7 - Retificador meia-onda 
 
Imagem 8 - Forma de onda no resistor 
 
O Funcionamento é tido da seguinte maneira, o circuito é alimentado por uma fonte 
alternada e quando ocorre a polarização direta o diodo funciona como um fio e a corrente 
passa, quando ocorre a inversa o diodo impede a passagem de corrente. Sendo assim, pode ser 
visto no semiciclo positivo, que está elucidado da Imagem 8, que o diodo conduz (polarização 
direta) e que a tensão no resistor é a mesma do secundário do transformador. A finalidade 
deste circuito é transformar a tensão que era alternada (primário do transformador) em 
contínua. 
A imagem 9 mostra como seriam as formas de onda desse circuito. 
 
Imagem 9 - Formas de onda do circuito completo 
 
 
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3.2 Retificador de Onda Completa 
O circuito retificador de onda completa, constitui em um transformador com derivação 
central, dois diodos e a carga.Imagem 10 - Retificador de Onda 
Completa 
 
Imagem 11 - Forma de onda no resistor 
 
Esse retificador tem o mesmo princípio de funcionamento do retificador de meia onda, 
mas como tem o uso de dois diodos, os dois realizam polarização direta, mas alternando a 
cada vez em que a tensão de entrada varia, e quando a tensão varia na polaridade inversa de 
cada diodo, ocorre a polarização inversa. A imagem 11 mostra como seria a forma de onda 
desse retificador e podemos observar que existe somente os semiciclos positivos na saída. 
 
A imagem 12 ilustra as formas de onda desse circuito. 1
 
Imagem 12 - Formas de onda do circuito completo 
 
É possível inferir a partir desses gráficos que a freqüência de ondulação na saída é o 
dobro da freqüência de entrada, tornando esse circuito mais eficiente que o analisado 
anteriormente. 
 
 
1 Onde D1 é a forma de onda do primeiro diodo associado no circuito e D2 o segundo. 
 
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3.3 Retificador Em Ponte 
O circuito em ponte realiza a mesma função de um circuito de onda completa, como 
explicado no capítulo 3.2. Os diodos D2 e D3 conduzem durante o semiciclo positivo e D1 e 
D4 funcionarão como uma chave aberta, quando inverte a polaridade. Já no semiciclo 
negativo D1 e D4 conduzem e D2 e D3 funcionarão como uma chave aberta, formando assim 
o gráfico de onda completa. 
 
Imagem 13 - Retificador Em Ponte 
 
Imagem 14 - Forma de onda nos 
semicírculos 
 
4. CIRCUITOS RETIFICADORES COM FILTRO 
 
4.1 Retificador de Meia-Onda com Filtro Capacitivo 
Usando-se um capacitor em paralelo com a carga, tem-se o efeito de manter a tensão 
na carga próximo ao valor de pico por mais tempo. Quando a tensão do sinal cai, o capacitor 
começa a se descarregar, de modo que a tensão nos terminais da carga é superior à tensão 
vinda da fonte. O diodo retificador entra em corte, até que a tensão vinda da fonte supere 
novamente a tensão no capacitor. Quanto maior a constante RC, maior o tempo de queda da 
tensão do capacitor, e por conseguinte a tensão na carga é mantida bem próxima do valor de 
pico da tensão vinda da fonte. A Imagem 15 mostra o novo formato de onda da tensão na 
carga ​vo​, com capacitor de filtro, para um retificador de meia-onda. A diferença entre o valor 
de pico da senóide e o menor valor de tensão do capacitor é denominado ​ripple​. 
 
(a) 
 
 
(b) 
Imagem ​- (a) Retificador de meia onda com filtro capacitivo (b) Formas de onda de entrada (azul) 
e saída (vermelho) 
 
Obs: Para um ​ripple ​pequeno (V ​Ripple ​< V​P​) a expressão do ripple pode ser dada 
aproximadamente por: 
 
 
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A expressão pode ser simplificada por: 
 
Onde Icc é a corrente que a carga consome. Não esqueça, na prática não existe RL, o 
que existe é um circuito que consome uma corrente ICC com uma tensão VCC. 
 
4.2 Retificador em Ponte com Filtro 
 
Imagem 16 - Circuito retificador de onda completa com filtro capacitivo 
 
No retificador em ponte, a tensão de pico na carga será a tensão de pico da fonte 
subtraída de duas quedas de tensão provocadas pelos diodos retificadores que atuam em cada 
ciclo. Considerando ​V ​D0 ​como a queda de tensão de cada diodo, ​V​o ​como a tensão de pico na 
carga e ​V​p​ como o valor de pico na fonte,​ ​tem-se: 
 
A tensão de ripple, para o retificador de onda completa, é dada por: 
 
Onde ​V​r é a tensão de ripple, ​V​o é a tensão de pico na carga e ​f é a freqüência da 
fonte. Observe que a freqüência no denominador está multiplicada por dois, o que denota a 
freqüência dobrada existente na carga, em relação à fonte de sinal. Por isso torna ​o retificador 
de onda completa mais eficiente do que o retificador de meia onda, pois capacitor será 
recarregado 120 vezes por segundo, no caso de uma frequência de 60 Hz. 
 Pode-se perceber essa diferença através da Imagem 17. 
 
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Imagem ​17- Onda circuitos retificadores com filtro capacitivo 
 
5. DIODOS ESPECIAIS 
 
5.1 Diodo 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. São bastante empregados em circuitos reguladores de tensão em fontes de 
alimentação. 
 
5.2 Diodo Emissor De Luz (LED) 
São diodos semicondutores que, quando energizados, emitem luz. A luz não é 
monocromática (como em um laser), mas consiste de uma banda espectral relativamente 
estreita, sendo produzida pelas interações energéticas dos elétrons. O processo de emissão de 
luz pela aplicação de uma fonte de energia elétrica é chamado eletroluminescência. No silício 
e no germânio, que são os elementos básicos dos diodos e transistores, a maior parte da 
energia é liberada na forma de calor, sendo insignificante a luz emitida. Já em outros 
materiais, como o arseneto de gálio (GaAs) ou o fosfeto de gálio (GaP), o número de fótons 
de luz emitidos é suficiente para constituir fontes de luz bastante eficientes. 
 
5.3 Diodo 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 estreitas e altamente dopadas. Podem ser utilizados em circuitos osciladores, 
amplificadores e conversores de frequência. 
 
5.4 Diodo Varicap (Varactor ou VVC) 
Como bem sabemos ​todo diodo possui uma capacitância interna formada por suas 
duas regiões condutoras (tipo-p e tipo-n), as quais são separadas por uma região livre de 
cargas (região de depleção). Com a variação das dimensões da região de depleção, varia-se a 
capacitância interna do diodo. Os varicaps são fabricados para aproveitarem essa 
característica, funcionando como capacitores variáveis, cuja capacitância é controlada pela 
tensão aplicada sobre o diodo. Tais componentes são bastante empregados em circuitos de 
sintonia de aparelhos televisores e de rádios, além de equipamentos transmissores. 
 
 
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Abaixo encontram-se ilustrados os símbolos dos principais tipos de diodos: 
 
 
6. EXEMPLOS E EXERCÍCIOS 
 
1) Questão 3 - Considere o circuito a seguir, no qual o diodo zener possui uma tensão nominal 
de 2V. Se a tensão no nó d vale 4V calcule o valor de R1. 
 
 
 
 
2) Calcule a tensão sobre o diodo (Vak) e a corrente I. 
 
 
 
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3) O diodo zener mostrado na figura abaixo é considerado ideal e possui tensão nominal de 
33V. Com base nos valores dos elementos do circuito, qual o valor das correntes I1, I2 e a 
tensão Vo? 
 
4)Para o circuito abaixo, calcule o valor das tensões V01 e V02 e da corrente 
 
5) Para o circuito abaixo, faça o que se pede: 
a) Calcule as tensões sobre os resistores; 
b) Calcule as correntes nos resistores; 
c) Calcule as correntes nos diodos; 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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117. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 
 
[1] Andrade, Fabiola. Aquino, Francisco. Diodos e Transistores Bipolares: Teoria e 
Práticas de Laboratório. ​Fortaleza, 2010. 
[2] DEPARTAMENTO DE ELETRO-ELETRÔNICA. Curso Eletrônica Aplicada 2 - 
Circuitos Retificadores. 
[3] SEDRA, Adel S.; SMITH, Kenneth C. ​Microeletrônica​. 4. edição. São Paulo, Makron 
Books Ltda., 2000. p. 172 a 184. 
[4] FAIRCHILD Semiconductor. ​1N4002 Product Folder ​[online]. Disponível na Internet 
via URL: http://www.fairchildsemi.com/pf/1N/1N4002.html/. Acessado 25/06/17. 
 
 
 
 
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