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MecatrónicaLATAM

DIODO

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.

Ânodo Cátodo Ânodo Cátodo

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.

Polarização Direta Polarização Reversa

Nota: Alguns diodos são polarizados inversamente, por exemplo, o diodo zener.

Os diodos são geralmente identificados por uma referência:

  • No sistema americano, a referência consiste no prefixo "1N" seguido pelo número de série. Nesse caso, o "N" significa que é um semicondutor, o "1" indica o número de junções PN e o número de série "XXXX" as características ou especificações exatas do dispositivo.
  • No sistema europeu ou continental, o prefixo de duas letras é usado. Neste caso, usaremos o BY254 como exemplo, onde o “B” indica o material (silício) e o tipo “Y” (retificador).

Nota: Muitos fabricantes usam suas próprias referências.


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 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 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.

Polarização direta de um diodo

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:

ID = Io[e^(
qVD /
kT
) -1]

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.

Polarização reversa de um diodo

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

Existem diferentes tipos de diodos, que podem diferir na aparência física, impurezas, uso de elétrons e alguns que possuem características elétricas específicas usadas para uma aplicação especial em um circuito.

Estes são alguns dos diodos mais usados:


CARACTERÍSTICAS TECNICAS

Como todos os componentes eletrônicos, os diodos têm propriedades que os diferenciam de outros semicondutores. É necessário conhecer essas folhas de dados e as necessidades de design que assim o exigem. Essas notas apresentarão os recursos mais importantes 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 DO DIODO

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.

Região de ruptura Região de polarização inverso Región de polarização direta I[ma] V O

“Um diodo ideal tem resistência zero quando é polarizado diretamente e resistência infinita quando é polarizado inversamente”

Um diodo real requer aproximadamente 0,7V 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.  


CUIDADO AO USAR UM DIODO

  • Tensão de ruptura: A aplicação de uma tensão negativa suficientemente grande ao diodo pode produzir e permitir que a corrente flua na direção reversa. Para diodos comuns, a tensão de ruptura varia de -50V a -100V (alguns diodos são projetados especialmente para trabalhar na região de pausa)