Dispositivo semiconductor DIODO

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O QUE É UM DIODO?

É um dispositivo semicondutor que possui dois terminais, um ânodo (+) e um cátodo (-) e permite apenas o fluxo de eletricidade em uma direção. Devido a isso, o diodo tem as mesmas características de um switch.

Seu funcionamento é devido ao popular inventor americano Lee De Forest , de quem John Fleming levou alguns princípios para a criação.

Os primeiros diodos que apareceram foram válvulas ou tubos vazios chamados de válvulas termiônicas e que foram construídos por meio de dois eletrodos circundados por vácuo em um tubo de vidro, muito semelhantes às lâmpadas incandescentes.

O diodo ideal é um componente que tem resistência zero à passagem de corrente em uma determinada direção e resistência infinita na direção oposta. No exemplo a seguir, podemos notar que, ao ter o diodo polarizado corretamente, ele age como um interruptor fechado, no sentido oposto, por ter o diodo polarizado incorretamente, ele age como um interruptor aberto, o que faz com que o circuito não seja completado.

COMPOSIÇÃO DE UM DIODO

Para poder falar sobre a composição de um diodo, primeiro devemos saber a diferença entre um tipo de material "P" e "N".

TIPO MATERIAL P

Um semicondutor do tipo P é obtido através da realização de um processo de dopagem, adicionando átomos ao semicondutor para aumentar o número de portadores de carga (neste caso, cargas positivas ou lacunas).

TIPO DE MATERIAL N

Um semicondutor do tipo N é obtido por meio de um processo de dopagem, adicionando átomos ao semicondutor para aumentar o número de portadores de carga (neste caso, cargas negativas ou elétrons).

O diodo semicondutor consiste principalmente de uma junção PN, adicionando uma conexão terminal a cada um dos contatos de metal de suas extremidades e uma cápsula que abriga o todo, deixando fora dos terminais correspondentes ao ânodo (zona P) e do cátodo (Zona N).

POLARIZAÇÃO DE UM DIODO

Existem dois tipos de polarização para um diodo, direto e reverso.

Direto:

O ânodo é conectado ao terminal positivo da bateria e o cátodo ao terminal negativo. Uma das características da polarização direta é que o diodo conduz com uma queda de tensão de 0,6 a 0,7 V. A tensão aplicada excede o potencial de contato e reduz a região de depleção. O ânodo, na verdade, torna-se uma fonte de buracos e o cátodo torna-se uma fonte de elétrons, de modo que as lacunas e os elétrons são continuamente gerados na articulação. A corrente aumenta exponencialmente à medida que a tensão aplicada tende ao valor do potencial de contato (0,6 a 0,7 V para o silício). Este efeito é descrito quantitativamente com a equação do diodo:

ecuaciondiodo.png
onde ID é a corrente através do entroncamento, I0 é a corrente de saturação reversa, q é a carga de um elétron (1,60 x 10-19 C), k é a constante de Boltzman (1.381 x10-23 J / K), VD é a tensão de polarização direta através da junção e T é a temperatura absoluta da junção em Kelvin.

Reverso:

O ânodo é conectado ao terminal negativo da bateria e o cátodo ao terminal positivo. Uma das características da polarização reversa é que o valor da resistência interna do diodo é muito alto e, consequentemente, atua como um interruptor aberto. O ânodo é conectado ao silício tipo-n e o cátodo ao silício tipo-p, a região de depleção aumenta, o que inibe a difusão de elétrons e, portanto, a corrente. Embora uma corrente de saturação reversa (I 0 ) flua , é extremamente pequena (na ordem de 10 -9)   10 -15   A )

 TIPOS DE DIODOS

  • Diodo retificador
  • Diodo Schottky
  • Diodo Zener
  • Diodo Varicap
  • Diodo do pino
  • Diodo túnel
  • Diodo emissor de luz
  • Fotodiodo

CARACTERÍSTICAS TECNICAS

Como todos os componentes eletrônicos, os diodos possuem propriedades que os diferenciam de outros semicondutores. É necessário conhecer estas folhas de dados   e as necessidades de design assim exigem. Nestas notas, as características mais importantes serão apresentadas do ponto de vista prático.

VALORES NOMINAIS DE TENSÃO:

  • VF = voltagem direta nas extremidades do diodo condutor.
  • VR = Tensão reversa nas extremidades do diodo polarizado reverso.
  • VRSM =   Tensão reversa do pico não repetitivo.
  • VRRM = Tensão repetitiva de pico reverso.
  • VRWM = Tensão inversa do pico de operação.

VALORES NOMINAIS CORRENTES:

  • IF = Corrente direta.  
  • IR = Corrente invertida .
  • IFAV = valor médio da forma de onda da corrente durante um período.
  • IFRMS = Corrente efetiva em estado de condução. É a corrente máxima efetiva que o diodo é capaz de suportar.
  • IFSM = Corrente direta de pico (inicial) não repetitiva.
  • AV = Média (média) RMS = Root Mean Square (raiz da média quadratica)

VALORES NOMINAIS DE TEMPERATURA

  • Tstg = Indica os valores máximo e mínimo da temperatura de armazenamento.
  • Tj = Valor máximo da temperatura que suporta a união de semicondutores.

CURVA CARACTERÍSTICA  

A curva característica de corrente-tensão para o diodo ideal é mostrada na figura em vermelho. Este modelo implica que o diodo é totalmente ativado para qualquer tensão maior ou igual a 0. Além disso, assume-se que a corrente de saturação reversa é 0 quando há polarização reversa. Uma boa aproximação inicial para o diodo real é dada pela linha de cor   azul, uma vez que replicam a queda real de tensão de 0,6V para 0,7V , medido através do diodo de silício quando tem polarização direta.

diodo.png
Um diodo ideal tem resistência zero quando é polarizado diretamente e resistência infinita quando é polarizado inversamente

Um diodo real requer aproximadamente 0,7 V   de polarização direta para permitir um fluxo significativo de corrente. Quando um diodo real é reversamente polarizado, ele pode suportar uma tensão reversa até um limite conhecido como tensão de ruptura, onde o diodo falhará à medida que a corrente reversa aumenta vertiginosamente.