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Fundamentos de Eletrônica
DIODOSGerson Leiria Nunes
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Introdução aos diodos Testes com diodo Tipos de diodos Polarização dos diodos
◦ Polarização direta◦ Polarização reversa
Curva característica Resistor limitador de corrente Reta de carga Pontos da reta de carga Reta de Carga x Curva Diodo Análise de circuitos com diodos Exemplo
Sumário
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Diodo é um componente eletrônico composto de cristal semicondutor de silício ou germânio numa película cristalina cujas faces opostas são dopadas por diferentes materiais durante sua formação, que causa a polarização de cada uma das extremidades.
É o tipo mais simples de componente eletrônico semicondutor, usado como retificador de corrente elétrica entre outras aplicações.
Possui uma queda de tensão em torno de, 0.3 V (germânio) e 0,7 V (silício).
Introdução
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Os DIODOS são a união de um cristal tipo p e um cristal tipo n, obtêm-se uma junção pn, que é um dispositivo de estado solido simples: o diodo semicondutor de junção.
Introdução
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Devido a repulsão mutua os elétrons livres do lado n espalham-se em todas direções, alguns atravessam a junção e se combinam com as lacunas.
Quando isto ocorre, a lacuna desaparece e o átomo associado torna-se carregado negativamente.
Cada vez que um elétron atravessa a junção ele cria um par de íons. A medida que o número de íons aumenta, a região próxima a junção fica sem elétrons livres e lacunas.
A camada de depleção age como uma barreira impedindo a continuação da difusão dos elétrons livres. A intensidade da camada de depleção aumenta com cada elétron que atravessa a junção ate que se atinja um equilíbrio.
Introdução
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Os diodos, assim como qualquer componente eletrônico, operam em determinadas correntes elétricas que são especificadas em seu invólucro ou são dadas pelo fabricante em folhetos técnicos.
Além da corrente, a tensão inversa (quando o diodo está polarizado inversamente) também é um fator que deve ser analisado para a montagem de um circuito e que tem suas características fornecidas pelo fabricante.
Se ele for alimentado com uma corrente ou tensão inversa superior a que ele suporta, o diodo pode ser danificado, ficando em curto ou em aberto. Utilizando de um ohmímetro ou um multímetro com teste de diodo, pode-se verificar se ele está com defeito.
Colocando-se as pontas de prova desses aparelhos nas extremidades do diodo (cátodo e ânodo), verifica-se que existe condução quando se coloca a ponteira positiva no ânodo e a negativa no cátodo, além de indicar isolação quando ocorre o inverso.
Assim o diodo está em perfeitas condições de operação e com isso é possível a localização do cátodo e do ânodo, porém se os aparelhos de medição indicarem condução dos dois caminhos do diodo, ele está defeituoso e em curto.
Se os aparelhos de medição indicarem isolação nos dois caminhos, ele também está defeituoso e em aberto.
Testes com diodo
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Diodo série IN400C Aplicação: Uso geral em retificação de correntes e tensões.
Uma série muito importante destes diodos é a formada pelos IN4000C que começa com o 1N4001. ◦ IN4001 50V ◦ IN4002 100V ◦ IN4003 200V ◦ IN4004 400V ◦ IN4005 600V ◦ IN4006 800V ◦ IN4007 1000V
Leitura do Código 1N400C 1N=código americano diodo retificador de 1 junção; C= números de 1 a 7 que nos mostra a tensão máxima
quando o diodo está polarizado Inversamente: Vr = 50 até 1000V
Tipos de diodos
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Polarizar um diodo significa aplicar uma diferença de potencial as suas extremidades.
Polarização direta Supondo uma bateria sobre os terminais do
diodo, há uma polarização direta se o pólo positivo (+) da bateria for colocado em contato com o material tipo p (Anodo) e o pólo negativo (-) em contato com o material tipo n (Catodo).
Polarização dos diodos
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Polarização inversa Invertendo-se as conexões entre a bateria
e a juncao pn, isto é, ligando o polo positivo (+) no material tipo n (catodo) e o polo negativo (-) no material tipo p (Anodo), a junção fica polarizada inversamente.
Polarização dos diodos
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A curva característica de um diodo e um gráfico que relaciona cada valor da tensão aplicada com a respectiva corrente elétrica que atravessa o diodo.
I = I0. (e V/nVt – 1), onde:
Vt = T/11600 (a temperatura ambiente
N varia de 1 a 2 para o Silício
Curva característica
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Curva característica
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Em qualquer componente, a potencia dissipada e a tensão aplicada multiplicada pela corrente que o atravessa e isto vale para o diodo:
P = V * I Não se pode ultrapassar a potência máxima, especificadapelo fabricante, caso isso ocorra haverá um aquecimento excessivo.
Os fabricantes em geral indicam a potência máxima ou corrente máxima suportada pelo diodo.
Ex.: 1N914 PMAX = 250mW 1N4001 IMAX = 1A Usualmente os diodos sao divididos em duas categorias, os
diodos para pequenos sinais (potencia especificada abaixo de 0,5W) e os retificadores ( PMAX > 0,5W).
Potência de um diodo
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Num diodo polarizado diretamente, uma pequena tensão aplicada pode gerar uma alta intensidade de corrente.
Em geral um resistor e usado em série com o diodo para limitar a corrente elétrica que passa através deles.
RS e chamado de Resistor limitador de corrente.
Quanto maior o RS, menor a corrente que atravessa o diodo e o RS .
Resistor limitador de corrente
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Resistor limitador de corrente
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Sendo a curva característica do diodo não linear, torna-se complexo determinar através de equações o valor da corrente e tensão sobre o diodo e resistor.
Um método para determinar o valor exato da corrente e da tensão sobre o diodo, e o uso da reta de carga.
Usando o gráfico das curvas do diodo e a curva do resistor.
Reta de carga
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A corrente I através do circuito é a seguinte:
No circuito em série a corrente e a mesma no diodo e no resistor.
Se forem dados a tensão da fonte e a resistência RS, então são desconhecidas a corrente e a tensão sob o diodo.
Reta de carga
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Se, por exemplo, no circuito ao lado temos: Us =2V e RS = 100Ω, entao:
Podemos perceber uma relação linear entre a corrente e a tensão (y = ax + b)
o Devemos encontrar 2 pontos da reta de carga para podermos determina-la, usa-se:
Ponto de Saturação Ponto de Corte
Reta de carga
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Ponto de Saturação: esse ponto e chamado de ponto de saturação, pois é o máximo valor que a corrente pode assumir.
UD=0V I=20mA
Ponto de Corte: esse ponto e chamado corte, pois representa a corrente mínima que atravessa o resistor e o diodo.
I=0A UD=2V
Pontos da reta de carga
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Sobrepondo essa curva com a curva do diodo temos:
Reta de Carga x Curva Diodo
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Ao analisar ou projetar circuitos com diodos se faz necessário conhecer a curva do diodo, mas dependendo da aplicação pode-se fazer aproximações para facilitar os cálculos.
Vamos utilizar a seguinte aproximação:
Análise de circuitos com diodos
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Determinar a corrente do diodo na figura:
Solução: O diodo está polarizado diretamente, portanto age como uma chave fechada em série com a bateria.
Exemplo