MII 2.1 – MANUTENÇÃO DE CIRCUITOS ELETRÔNICOS ANALÓGICOS

DIODOS

Objetivo do estudo dos diodos

• O diodo é o mais básico dispositivo semicondutor. É componente fundamental e muito importante em circuitos eletrônicos;

• Nosso objetivo é compreender suas características e aspectos funcionais, bem como suas aplicações.

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Diodos em geral Exemplo de diodo fixado

em placa de circuito impresso

Estudo dos diodos – Comportamento elétrico da junção PN

• Quando um diodo é fabricado, a camada de depleção se forma por elétrons que cruzam a junção para preencher as lacunas; – Esta camada de depleção formada na junção PN faz com que o diodo se

comporte como isolante.

– Mas uma tensão elétrica externa aplicada aos terminais pode eliminar a camada de depleção.

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O terminal negativo da fonte repele os elétrons presentes no material tipo N

Estudo dos diodos – Polarização da junção PN

• Tendo em mente o comportamento da junção dos materiais P e N de um diodo, quando aplicamos uma fonte de tensão nos seus terminais, temos: – Polarização direta: terminal positivo da fonte no terminal P, negativo no N do diodo;

– Polarização reversa: conexão invertida em relação a direta;

– Polarização: aplicação de uma tensão ou uma corrente em um dispositivo.

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Estudo dos diodos – Polarização Direta

• Na polarização direta, o diodo pode operar como um semicondutor: – Podemos calcular a corrente que flui pelo diodo: – A fonte de tensão é aplicada de modo que o diodo se torna operante.

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𝐼 =𝑉

𝑅=

6𝑉

1𝑘Ω= 6𝑚𝐴

Forma simplificada: Fonte = 6V Resistor = 1kΩ

Considerando a queda de tensão no diodo: Fonte = 6V Diodo = 0,6V (tensão típica p/ diodo Si) Resistor = 1kΩ

𝐼 =𝑉 − 𝑉𝑑

𝑅=6𝑉 − 0,6𝑉

1𝑘Ω= 5,4𝑚𝐴

Estudo dos diodos – Polarização Reversa

• Na polarização reversa, a camada de depleção existente no diodo se torna mais larga. – A camada de depleção é isolante.

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Diodos podem ser usados como proteção em circuitos eletrônicos (diodos em série, e diodos de desvio operando como fusível)

Entretanto, devido aos portadores minoritários, existe uma corrente de fuga, que em diodos de silício atuais pode ser considerada como desprezível.

Estudo dos diodos – Resumo sobre Polarização

• Devido à característica do diodo de conduzir corrente na polarização direta e conduzir uma corrente ínfima na polarização reversa, isto o torna muito útil. – O diodo permite que em um circuito uma corrente seja conduzida

apenas em uma determinada direção;

– É utilizado como chave;

– É utilizado para converter corrente alternada (CA) em corrente contínua (CC);

– Também pode ser utilizado em outras finalidades especiais.

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Corrente Alternada (CA)

Corrente Contínua (CC)

Circuito conversor CA para CC com diodos

Estudo dos diodos – Identificação dos terminais do diodo

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• Como já vimos anteriormente, um diodo é composto da junção de um material tipo P (portador de lacunas), e um material tipo N (portador de elétrons livres). Esta junção possui uma polaridade.

– A polaridade de um diodo deve ser verificada para que o instalador se certifique da sua colocação correta para a montagem de um circuito em relação ao seu diagrama esquemático.

– A figura abaixo mostra o símbolo de um diodo para diagrama esquemático.

O material tipo N é identificado como CATODO

O material tipo P é identificado como

ANODO

Sentido convencional da corrente

Estudo dos diodos – Identificação dos terminais do diodo

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– Esta identificação do catodo é feita se utilizando uma ou mais faixas próximas ao terminal.

– Alguns diodos mais antigos utilizavam um chanfro ou um sinal positivo (+) para indicar o terminal catodo.

– Outro encapsulamento, como o TO-220AB, possui dois diodos interconectados internamente.

Como em outros encapsulamentos semelhantes, existe a possibilidade

de conexão na aba superior em montagem de circuitos.

Estudo dos diodos – Identificação dos terminais do diodo

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• Em alguns casos, o encapsulamento de determinados diodos dificulta a identificação dos seus terminais anodo e catodo. Esta identificação pode ser feita se fazendo uso da função ohmímetro de um multímetro. – Alguns multímetros já vêm com a função específica de testador de diodos.

Na inversão dos terminais do multímetro, a leitura

deve mudar de resistência alta para resistência muito

baixa. Caso isto não ocorra, o diodo

está com defeito. Nota: atentar para a polaridade

das ponteiras do multímetro.

NOTA 1: caso o multímetro não possua função de teste de diodos, deve ser selecionada a função ohmímetro na escala Rx100.

NOTA 2: para testes com diodos de aplicações para detecção de alta frequência, este procedimento não é indicado, pois são muito delicados.

Estudo dos diodos – Tipos de Diodos e Suas Aplicações

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• Diodos Retificadores:

– Servem para passar corrente alternada (CA) para contínua (CC). A corrente flui do anodo para o catodo.

– Diodos de junção PN comuns não podem se desligar instantaneamente. Para aplicações com frequência de operação muito acima dos 60Hz presentes nas instalações elétricas comuns, estes diodos apresentam um efeito de atraso no chaveamento (abertura e fechamento da camada de depleção).

Estudo dos diodos – Tipos de Diodos e Suas Aplicações

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• Diodos Zener:

– Utilizados como reguladores de tensão, o diodo Zener opera reversamente polarizado, operando no ponto de ruptura reversa, corrente fluindo do catodo para o anodo

Estudo dos diodos – Tipos de Diodos e Suas Aplicações

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• Diodos Emissores de Luz (LED):

– Este tipo de diodo é muito importante na eletrônica, possuindo várias finalidades, tipos de encapsulamento e composições diferentes.

RESUMO • Diodo PN: diodo mais comum,

usado como chave, retificador, etc. Comumente composto de silício

• Diodo Zener: diodo polarizado reversamente, utilizado para regulação de tensão

• LED: diodo emissor de luz (light emitting diode), é composto de vários materiais e é utilizado em várias finalidades

• Varactor ou Varicap: diodo com capacitância ajustável, utilizado como substituto de capacitores ajustáveis (muito caros e delicados)

Portador de carga: presença de elétron livre ou buraco produzido pela falta de elétron;

Material tipo N: semicondutor com elétrons livres como portadores de carga (portadores majoritários)

Material tipo P: semicondutor com elétrons faltantes como portadores de carga (portadores majoritários)

Dopagem: processo ao qual um cristal de material semicondutor é submetido para aumentar a sua capacidade de condução

Camada de depleção: camada na junção PN formada pela atração mútua dos portadores majoritários presentes nos materiais N e P (torna o diodo isolante quando desligado)

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REFERÊNCIAS

[1] ALVES CRUZ, Eduardo Cesar; CHOUERI JR., Salomão. Eletrônica Aplicada. Érica, São Paulo. 2008.

[2] BOYLESTAD. Dispositivos Eletrônicos e Teoria de Circuitos. Prentice Hall do Brasil, Rio de Janeiro. 1984.