Instituto Federal do Paraná Licenciatura em Física Paranaguá PR Diodos. Fundamentos e Aplicações. Renan Augusto Miranda Martins renanamm2@gmail.com Paranaguá 2015
Conteúdo O diodo Princípios de funcionamento Curvas características Fabricação de um diodo Tipos de diodos Referências
O diodo O diodo é o mais simples dispositivo eletrônico semicondutor existente e de ampla aplicação na área de eletrônica. A palavra diodo está relacionada aos "dois eletrodos" presentes no dispositivo. Sua construção consiste basicamente na formação de uma junção metalúrgica P-N. Quando em operação a região de depleção aumenta ou diminui de acordo com a polarização do dispositivo, ou seja ocorre a variação da altura da barreira de potencial, obtendo-se um
O diodo
O diodo A Figura abaixo representa um símbolo básico de um diodo.
O diodo
O diodo
Princípios de funcionamento Quando um bloco de silício tipo N e um outro bloco de silício tipo P são colocados em contato (junção metalúrgica) os portadores de carga (elétrons e lacunas) em excesso de lado N e do Lado P se neutralizam através do processo de difusão. A corrente que se estabelece é conhecida como corrente de difusão. Com o processo de difusão as cargas fixas do silício, que estavam neutras, se tornam íons devido à recombinação de pares elétronslacunas.
Princípios de funcionamento Estes íons criam um campo elétrico que por sua vez provoca uma corrente elétrica (conhecida como corrente de deriva) de sentido contrário à corrente de difusão. Quanto maior for a corrente de difusão maior será a corrente de deriva em sentido oposto até que haja um equilíbrio entre elas, ou seja os portadores de carga não conseguem mais atravessar o campo elétrico por difusão.
Princípios de funcionamento Desta forma, estabelece-se regiões distantes a região neutra (onde a carga total é zero) e a região de depleção onde a concentração de portadores de carga é zero. Lado P Lado N Região de depleção
Princípios de funcionamento Quando aplicamos uma polarização direta (positivo no lado P e negativo no lado N) o campo elétrico externo criado na região de depleção é de sentido contrário ao campo interno fazendo com que a barreira de potencial seja reduzida permitindo a passagem de corrente elétrica através da região de depleção. Quando aplicarmos uma polarização reversa (positivo no lado N e negativo no lado P) o campo elétrico interno criado na região de depleção é no mesmo sentido ao campo interno fazendo com
Curvas características Define-se que a curva de um diodo ideal é igual a figura abaixo: Curva de um diodo ideal.
Curvas características No entanto, uma barreira de potencial existente no diodo real representa uma diferença de tensão, como apresentada a seguir. Curva de um diodo ideal associado a um gerador de tensão, representando a diferença de
Curvas características Se considerarmos a resistividade do próprio material que compõe o diodo, podemos associar uma resistência em série, desta forma a curva resultante será do tipo: Curva de um diodo ideal associado a um gerador de tensão e uma resistência intrínseca da sua estrutura.
Curvas características Assim, podemos aproximar a curva característica de um diodo real pela curva da figura anterior. No entanto, os diodos podem apresentar variações em relação a esta curva, de acordo com sua estrutura e sua fabricação.
Curva característica
Fabricação de um diodo Para se fabricar um diodo é necessária a formação de uma junção metalúrgica P-N. Inicialmente dopamos uma das faces da lâmina de silício intrínseco com dopantes tipo P. Em seguida dopamos a outra face da lâmina de silício com dopantes tipo N, como ilustra a animação. Desta forma obtemos a junção PN. Considere um processo didático de diodo:
Tipos de diodos Diodo Zener Diodo Emissor de Luz (LED Light Emitter Diode) Fotodiodo Diodo Schottky Varactor Diodos de corrente constante Diodos de recuperação em degrau Diodos de retaguarda
Tipos de diodos Diodo Zener É um diodo utilizado como regulador de tensão, ele é feito para funcionar na região de ruptura. Analisando o gráfico IxV pode-se verificar a existência de um "joelho", onde encontramos uma região em que a tensão no diodo praticamente não se altera com um grande aumento de corrente, servindo como um regulador de tensão. Este diodo pode ser produzido com tensões de ruptura da ordem de unidades a dezenas de volts.
Tipos de diodos Através de um gráfico Corrente x Tensão podemos verificar a existência de uma tensão quase constante para correntes reversas mais altas, é nesta faixa que o Diodo Zener trabalha.
Tipos de diodos Diodo Emissor de Luz (LED Light Emitter Diode) Numa corrente direta, quando os elétrons recombinam-se com as lacunas (após passarem pela região de depleção), dissipam energia de alguma forma. Diodos Zener por exemplo, dissipam esta energia na forma de calor, LEDs no entanto irradiam luz. Através da utilização de elementos como gálio, arsênio e o fósforo por exemplo, podem ser produzidos LEDs que irradiam no vermelho, laranja, amarelo, verde,azul
Tipos de diodos Fotodiodo Este é o nome dado a diodos que são produzidos especialmente para serem mais sensíveis à incidência de luz, aumentando a sua corrente reversa. Com o aumento da intensidade de luz o número de portadores minoritários aumenta, aumentando também a corrente reversa.
Tipos de diodos Diodo Túnel Através do aumento na dopagem de diodos, pode-se distorcer a curva de um diodo, quando a tensão de ruptura chega aproximadamente a 0 V, de maneira que a curva obtida pode apresentar uma faixa de condução, onde o diodo conduz até um valor máximo, onde com o aumento ou diminuição da tensão direta dentro de uma faixa, diminui a corrente resultante.
Tipos de diodos Curva característica de diodo túnel.
Referências HALLIDAY, D., RESNICK,R., WALKER, J., Fundamentos de física. 9ª edição, vol. 4, editora LTC, 2012 Diodos. Disponível em <http://www.lsi.usp.br/~eletroni/milton/diodos.htm> Acesso em: 26 mai. 2015 Díodo Zener. Disponível em <http://www.electronica-pt.com/diodozener> Acesso em: 26 mai. 2015 Diodos, Retificação e Reguladores de Tensão / Fontes de Alimentação. Disponível em <http://fisica.ufpr.br/cf071/aula_5_2015_diodo_fontes_v0.pdf> Acesso em 27 mai. 2015 GOUVEIA FILHO, O.C., Dispositivos Eletrônicos. Disponível em <http://www.eletrica.ufpr.br/ogouveia/te046/files/aula4.pdf> Acesso em: 25 mai. 2015