Diodos semicondutores

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Os diodos são componentes eletrônicos formados por semicondutores.
São usados como semicondutores, por exemplo, o silício e o germânio, que em
determinadas condições de polarização, possibilitam a circulação de corrente.
Externamente, os diodos possuem dois terminais: Ânodo (A) e o
Cátodo (K) e há, próximo ao terminal Cátodo uma faixa que o indica. Possui
formato cilíndrico.
A condição de um diodo semicondutor pode ser rapidamente determinada
usando-se um ohmímetro. A bateria interna do ohmímetro polarizará direta ou
reversamente o diodo quando aplicada. Se o terminal positivo for ligado ao
ânodo e o terminal negativo ao cátodo, então o diodo fica diretamente
polarizado e o medidor deve indicar uma resistência baixa. Com a polaridade
contrária, a bateria interna polarizará o diodo reversamente e a resistência será
muito alta. Esta análise vale apenas para o ohmímetro digital.
Diodo Retificador
Diodo Zener
Diodo PIN
Diodo Tunnel
DIAC – Diode for Alternating Current
Fotodiodo
Diodo Laser
LED – Light Emitting diode
Super LED
Ponte retificadora integrada
O diodo retificador é um semicondutor mais simples e muito usual,
principalmente em fonte de alimentação que convertem corrente alternada (AC) em
corrente continua (CC). A função é deixar fluir elétrons num sentido só.
O modo de construção é bem simples é um material tipo P e um tipo N
unidos, onde cada material recebe um contato elétrico que são chamados de
ânodo e cátodo. O material tipo P recebe o nome de ânodo e o tipo N é chamado
de cátodo. Na junção, os elétrons livres do semicondutor do tipo N são atraído
pelas lacunas (buracos) do semi condutor do tipo P, criando a barreira de potencial.
É o tipo mais simples de componentes eletrônicos, usados como retificador de
corrente elétrica. Possui uma queda de tensão de, aproximadamente 0,3 V
(germânio) e 0,7 V (Silício).
Quando colocado em um simples circuito bateria lâmpada, o diodo
permite ou impede corrente através da lâmpada, dependendo da polaridade da
tensão aplicada, como nas duas figuras abaixo.
Circuito Básico Polarização
Retificador
O diodo zener é um tipo especial de diodo utilizado como regulador de
tensão. A sua capacidade de regulação de tensão é empregada principalmente
nas fontes de alimentação, visando a obtenção de uma tensão de saída fixa.
Ele é essencialmente um regulador de tensão e é representado nos diagramas
pelo símbolo a seguir.
O comportamento do diodo zener depende fundamentalmente da forma como é
polarizado.
• Com polarização direta;
• Com polarização inversa.
Polarização direta
Com polarização direta o diodo zener se comporta da mesma forma
que um diodo retificador, entrando em condução e assumindo uma queda de
tensão típica. Normalmente o diodo zener não é utilizado com polarização
direta nos circuitos eletrônicos. A figura a seguir mostra um diodo zener
polarizado diretamente e a curva característica de condução
Até um determinado valor de tensão inversa, o diodo zener se
comporta como um diodo comum, ficando em bloqueio. No bloqueio, circula no
diodo zener uma pequena corrente de fuga, conforme mostra a figura abaixo:
O sinal negativo de IZ (-IZ) na figura anterior indica que esta corrente
circula no sentido inverso pelo diodo. Em um determinado valor de tensão
inversa, o diodo zener entra subitamente em condução, apesar de polarizado
inversamente.
A corrente inversa aumenta rapidamente e a tensão sobre o zener se
mantém praticamente constante. O valor de tensão inversa que faz com que o
diodo zener entre em condução é denominado de tensão zener.
Tensão zener (VZ) é a tensão que, aplicada inversamente a um diodo zener,
provoca a sua condução. Enquanto houver corrente inversa circulando no diodo
zener, a tensão sobre seus terminais se mantém praticamente no valor de
tensão zener. O funcionamento típico do diodo zener é com corrente inversa, o
que estabelece uma tensão fixa sobre seus terminais.
É importante observar que, no sentido reverso, o diodo zener difere do
diodo retificador convencional. Um diodo retificador nunca chega a conduzir
intensamente no sentido reverso e se isto acontecer o diodo estará em curto,
danificado permanentemente.
O diodo zener é levado propositalmente a conduzir no sentido reverso,
visando obter a tensão zener constante sobre seus terminais, sem que isto
danifique o componente.
O nome é devido á existência de uma
Simbologia
camada I (intrínseca” Silício sem dopagem )
entre as camadas P e N conforme esboço da
figura abaixo:
Quando diretamente polarizado, buracos e
elétrons são injetados na camada intensiva I
e suas cargas não se anulam de imediato,
elas ficam ativas por um determinado
período. Isso resulta em uma carga média na
camada que possibilita a condução.
Na polarização nula ou reversa, não há carga
armazenada e o diodo se comporta como um
capacitor em paralelo com a resistência
própria do conjunto.
Em polarização reversa praticamente não
conduz, oferecendo uma alta tensão de
ruptura, da ordem de centenas de volts
atuando como um capacitor. Em polarização Age como resistor controlado pela
direta comporta-se como uma resistência corrente, atua como limitador em circuitos
variável de baixo valor
ou como atenuador em microondas.
Com tensão contínua ou de baixa frequência, o diodo PIN tem
um comportamento próximo do diodo de junção PN. Em frequências
mais altas, de períodos inferiores ao tempo de duração das cargas, a
resistência apresenta uma variação característica com a corrente. Isso
dá ao componente aplicações variadas em altas frequências
(atenuadores, filtros, limitadores)
Modelo de Diodo PIN
São diodos de junção PN
com elevadas concentrações de
impurezas (dopagem) em ambas as
camadas. Nesta situação, a região de
depleção é muito estreita, na faixa de
"algumas dezenas de átomos" de
espessura. A proximidade das partes
ativas das camadas permite o efeito
túnel. O resultado é o comportamento
de resistência negativa, isto é, a
corrente diminui com o aumento da
tensão, em uma parte da curva de
polarização direta. A característica de
resistência
negativa
permite
a
construção de osciladores simples
como o circuito da figura. A elevada
dopagem faz com que a maior parte
dos portadores sejam buracos e
elétrões, que têm ação bastante
rápida. Assim, pode operar em
frequências
elevadas.
Os diodos túnel são pouco usados
atualmente.
As
principais
desvantagens são a baixa potência e o
custo, fatores com vantagem em
outras tecnologias.
Simbologia
Para
correntes
cujos
valores
estão
compreendidos entre Iv e Ip, podemos obter o
mesmo valor de corrente para 3 diferentes
valores de tensão aplicada. Esta característica
de valores múltiplos faz com que o diodo-túnel
seja útil em circuitos de pulso digitais. Outra
aplicação é como chave, operando em
velocidade muito altas, como o tunelamento
ocorre
à
velocidade
da
luz.
Vantagens:
baixo
custo,
baixo
ruído,
simplicidade de fabricação, alta velocidade(o
tempo de chaveamento é da ordem de
Nanossegundos ), imunidade ao meio ambiente
e
baixa
potência.
Desvantagens: baixa variação na tensão de
saída e o fato de ser um dispositivo com dois
terminais, com isso não existe isolação entre a
entrada e a saída, provocando assim sérias
dificuldades em projetos de circuitos.
Figura de Alguns Modelos
Um DIAC é um comutador de onda completa ou bidirecional que dispara
nos dois sentidos e ambas as polaridades. DIAC Significa (diodo comutador AC). É
composto por três camadas (PNP), a sua construção assemelhas-se a de um
transistor bipolar, porém difere na dopagem do cristal N. O circuito equivalente de
um DIAC é um par de diodos em paralelo. O DIAC é colocado tipicamente em série
com a porta (GATE) de um TRIAC. Os DIACs são usados frequêntemente em
conjunto com TRIAC porque estes dispositivos não disparam simetricamente em
consequência das ligeiras diferença entre as duas partes do dispositivos.
É o gatilho bidirecional, ou diodo que conduz corrente apenas após a
tensão de disparo ser atingida, e para de conduzir quando a corrente elétrica cai
abaixo de um valor característico, chamada de corrente de corte. Este
comportamento é o mesmo nas duas direções de condução de corrente.
O DIAC é normalmente usado para disparar TRIACs e SCRs. Como um
DIAC é um gatilho bidirecional, seus terminais não são marcados como ânodo ou
catodo mas a maioria é marcada como A1 ou MT1 e A2 ou MT2.
O DIAC conduz quando a tensão em seus terminais excede o valor da
avalanche direta em qualquer sentido, após o disparo o dispositivo conduz e a
tensão passa de um valor de disparo para um valor inferior (VH), onde se mantém
enquanto o DIAC conduz. Uma vez conduzido a única forma de abri-lo é por meio
de um desligamento por baixa corrente, ou seja, reduzindo a corrente abaixo de um
valor especificado para o dispositivo.
Figura mostra um DIAC
Simbologia
O diac é vulgarmente utilizado como dispositivo de disparo de triacs e
tiristores em circuitos de controlo de intensidade luminosa, aquecimento,
velocidade de motores e aplicações semelhantes. Uma das aplicações do diac
são os circuitos Dimmer(regulação de intensidade luminosa).
Dimmer
Os fotodiodos podem ser usados tanto no modo fotocondutivo como
fotovoltaico. O princípio de funcionamento é simples de se entender: Quando luz
incide numa junção semicondutora, portadores de carga são liberados. Nessas
condições temos a manifestação de dois fenômenos que podem ser utilizados na
prática.
Um deles é que a resistência no sentido inverso da junção iluminada
diminui e o outro é que aparece uma tensão no dispositivo. Se o sensor aproveitar
a variação da resistência inversa com a luz no modo de operação, dizemos que ele
opera no modo fotocondutivo. Se ele aproveitar a tensão gerada com a luz,
dizemos que ele opera no modo fotovoltaico. Na prática os dois modos de
utilização são aproveitados. Na figura abaixo temos o símbolo e o aspecto desses
sensores que também podem ser usados em conjunto com elementos emissores
de luz.
Simbologia e algumas fotos representativas
O fotodiodo pode ser aplicado no foco automático de filmadora, na
unidade ótica de CD Player e em sistema de contador de pulsos. Outra
aplicação muito usada na rede de alimentação pública é o sensor crepuscular.
Nos sistemas de iluminação pública é importante saber em que altura é que
está suficientemente escuro, para poder iluminar as luzes.
Representação de alguns modelos no mercado
A fonte de laser é um dispositivo contendo o diodo laser e um foto diodo
monitor. Quando devidamente polarizado o diodo laser emite luz polarizada no
comprimento de onda para o qual foi projetado (CD-780nm- Infravermelho
invisível, DVD- 635nm a 680nm – vermelho visível).
O fotodiodo monitor absorve parte desta luz, mantendo constante a
intensidade da emissão disponível.
O DVD deve ser compatível também com discos CD. Por isto o DVD
player tem duas fontes de laser – uma emitindo luz infravermelha entre 780 nm
e outra luz vermelha entre 635 nm e 680 nm. Lentes e drives do laser também
são duplicados. Quando o disco é instalado no player os circuito tentam uma
focalização com o laser infravermelho CD, não conseguindo repetem a
operação com o laser azul DVD.
O Diodo Emissor de Luz (LED) é um diodo que emite luz visível quando
energizado. Em qualquer junção PN diretamente polarizada há, diretamente
dentro da estrutura, e próxima á junção, uma recombinação de lacunas e
elétrons. Esta recombinação exige que a energia possuída pelo elétron livre
seja transferida para um outro estado.
Em todas as junções PN semicondutoras uma parte dessa energia será
emitida em forma de calor, e também uma parte em forma de fótons. O
processo de emissão de luz por aplicação de uma fonte elétrica de energia é
chamado eletroluminescência .
Os Leds funcionam da mesma forma que os diodos comuns, ou seja,
só conduzem corrente elétrica quando a tensão do anodo for maior que a do
catodo.
Para o LED funcionar num circuito sem ter riscos de queimar, vai um
resistor em série com ele. Para determinar o valor deste resistor é fácil. Basta
subtrair da tensão de alimentação (V), a tensão sobre o LED (Vled) e dividir o
resultado pela corrente que dê um bom brilho (10mA = 0,01 A). A tensão do
LED VERMELHO é 1,6 V, AMARELO = 1,8 V e VERDE = 2,1 V.
Desafio:
1- Calcule o resistor equivalente para um led de cor predominante
VERDE, com uma alimentação de 24Vcc.
2- Calcule o resistor equivalente para um LED de cor predominante
AMARELO, com uma alimentação de 24Vcc.
3- Calcule o resistor equivalente para um LED de cor predominante
VERMELHO, com uma alimentação de 24Vcc.
Os leds podem se de baixa (0,1W), média (0,2W à 0,5W) e de alta potência ( acima
de 0,5W). Em geral, o de baixa e média potência são utilizados para sinalização e efeitos
decorativos. Os de alta potência já podem ser aplicados em iluminação geral.
Abaixo alguns Benefícios do LED:
Baixo custo de Manutenção: Vida útil de 50.000 horas, evitando distúrbios, prejuízos e
aborrecimentos.
Maximo efeito Visual: Possibilidade de colorir superfícies com luz, variando o aspecto de
fachadas e ambientes em geral. Pode ser uma fonte de luz monocromática, sem geração de
ultravioleta e infravermelho, alcança uma saturação de cor e brilho maior que as opções
atuais.
Acendimento Imediato: Possibilita a criação efeito tipo “Flashing”.
Confiabilidade: Resiste a grandes variações de temperatura e a vibração, garantindo a
continuidade de operação independentemente das condições do local de uso, criando novas
possibilidades para aplicação de luz, como por exemplo, a orientação do tráfico de vias
públicas.
Novas possibilidades para Design: As mais novas soluções proporcionam uma flexibilidade
de estar criando design diversos para comodidade e maximizando o rendimento dos
sistemas de iluminação, graças ao tamanho reduzido e a sua geometria.
Maior Segurança: Operam em baixa tensão (< 33V). Proporcionam segurança para os
usuários durante a sua instalação. Quanto emitindo luz branca, a luminância dos novos
modelos de super LED pode chegar a 38 milicandela por metro quadrado (Mcd/m2) As
lâmpadas de halogênio utilizada nos faróis de veículos chega aproximadamente de
25Mcd/m2.
A ponte retificadora pode ser Monofásica ou trifásica, totalmente
controlada ou Semi-Controlada, podendo ser montada de forma compacta ou por
meio de conjunto com arranjo de tiristores e diodos.
Nas monofásicas são 4 diodos interligados dentro de uma única cápsula. É
usada para substituir os 4 diodos do circuito retificador de muitas fontes de
alimentação. Sua principal vantagem é ocupar menos espaço que os diodos
separados.
Teste da PONTE RETIFICADORA:
Use a escala de (ohm), coloque a ponta preta no terminal ( + ) e a vermelha em
cada terminal onde entra a alternada. O ponteiro não deve mexer em nenhum
ponto. Se mexer em algum ponto significa que a ponte esta em (CURTOCIRCUITO). A seguir coloque a vermelha no ( - ) e a preta no terminais alternados.
O ponteiro também não deve mexer. Se mexer, a ponte está em ( CURTOCIRCUITO). Nas figuras observamos os aspectos construtivos de pontes
retificadoras monofásicas, trifásicas suas características principais são a tensão e
corrente máxima de operação. E também existe as comuns como mostra na figura,
são para operar em circuito eletrônicos tradicionais onde precisa reduzir os
espaços.
SOD-80 Encapsulamento de Diodos
O encapsulamento SOD-80 também conhecido como MELF, é um
pequeno cilindro de vidro com terminadores metálicos:
Códigos de identificação
Marcados como 2Y4 ate 75Y (E24
série) BZV49 série 1W diodos zener
(2.4 - 75V)
Marcados como C2V4 TO C75 (E24
série) BZV55 série 500mW diodos
zener (2.4 - 75V)

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