O diodo é constituído pela junção de um material tipo P com um material tipo N, dessa forma, formando uma junção PN com uma região de depleção no meio. Um símbolo para o diodo pode ser visto na figura a seguir:
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| Símbolo do diodo |
Polarização do diodo
Ao se ligar o ânodo ao terminal positivo de uma pilha e o cátodo ao terminal negativo, o diodo estará polarizado diretamente. Neste estado, o diodo permitirá a circulação de corrente. O que acontece é que as lacunas, por se comportarem como cargas positivas, são repelidas pelo terminal positivo, enquanto que os elétrons livres são repelidos pelo terminal negativo. Com isso, ocorre uma diminuição da região de depleção e os elétrons podem circular do terminal negativo para o positivo - mind explosion -.
A corrente é formada pelo movimento dos elétrons, que são cargas negativas, logo o sentido real de circulação da corrente é do terminal negativo para o positivo. Entretanto, na análise de circuitos usamos o sentido convencional que considera o sentido de circulação da corrente do terminal positivo para o negativo, mas não se preocupe essa convenção não muda os valores dos cálculos. Mais informações aqui.
Ao se ligar o ânodo ao terminal negativo de uma pilha e o cátodo ao terminal positivo, o diodo estará polarizado reversamente. Neste estado o diodo não permitirá a circulação de corrente. Isso ocorre, pois, as lacunas são atraídas pelo terminal negativo, enquanto que os elétrons livres são atraídos pelo terminal positivo, dessa forma, aumentando a região de depleção, impossibilitando a circulação de corrente.
Em resumo, o diodo diretamente polarizado se comporta como uma chave fechada (curto circuito), enquanto que o diodo reversamente polarizado se comporta como uma chave aberta (circuito aberto).
Anteriormente foi feita uma analogia para o diodo diretamente e reversamente polarizado, essas características são validas apenas para um diodo ideal.
O diodo real apresenta limitações (ou características), uma delas é a tensão de ruptura que corresponde à tensão máxima suportada pelo diodo reversamente polarizado, a partir dessa tensão o diodo não se comportará mais como um circuito aberto, mas sim, como um curto circuito (podendo ocorrer danos ao componente se a corrente não for limitada). Além disso, existe uma corrente reversa no diodo reversamente polarizado, essa corrente é extremamente baixa, podendo ser negligenciada.
Outra limitação do diodo real é que quando diretamente polarizado, a corrente só começa a crescer exponencialmente no momento em que a tensão no diodo for maior que a barreira de potencial. A barreira de potencial é formada pela região de depleção, para diodos de silício essa barreira é de aproximadamente 0,7 V, para diodos de germânio e essa barreira é de aproximadamente 0,3 V.
A temperatura pode afetar os valores da corrente reversa e da barreira de potencial. Um aumento da temperatura provocará um aumento da corrente reversa e uma diminuição da barreira de potencial. Enquanto uma diminuição da temperatura provocará uma diminuição da corrente reversa e um aumento da barreira de potencial. Isso ocorre, pois, alguns elétrons recebem energia suficiente para que passem para a banda de condução.
Anteriormente foram vistas alguns características do diodo diretamente e reversamente polarizado, que podem ser expressas pelo gráfico a seguir:
Diodo ideal vs diodo real
O diodo real apresenta limitações (ou características), uma delas é a tensão de ruptura que corresponde à tensão máxima suportada pelo diodo reversamente polarizado, a partir dessa tensão o diodo não se comportará mais como um circuito aberto, mas sim, como um curto circuito (podendo ocorrer danos ao componente se a corrente não for limitada). Além disso, existe uma corrente reversa no diodo reversamente polarizado, essa corrente é extremamente baixa, podendo ser negligenciada.
Outra limitação do diodo real é que quando diretamente polarizado, a corrente só começa a crescer exponencialmente no momento em que a tensão no diodo for maior que a barreira de potencial. A barreira de potencial é formada pela região de depleção, para diodos de silício essa barreira é de aproximadamente 0,7 V, para diodos de germânio e essa barreira é de aproximadamente 0,3 V.
A temperatura pode afetar os valores da corrente reversa e da barreira de potencial. Um aumento da temperatura provocará um aumento da corrente reversa e uma diminuição da barreira de potencial. Enquanto uma diminuição da temperatura provocará uma diminuição da corrente reversa e um aumento da barreira de potencial. Isso ocorre, pois, alguns elétrons recebem energia suficiente para que passem para a banda de condução.
Tensão e corrente no diodo
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| Característica da tensão e corrente no diodo |
A relação entre $I_{D}$ e $V_{D}$ pode ser aproximada por:
$I_{D}=I_{S}e^{\frac{V_{D}}{\eta V_{T}}}$
Onde:
$I_{S}$ é a corrente de saturação, com valor típico de $10^{-15}$;
$V_{T}=\frac{kT}{q}$, tensão térmica, com um valor típico de 25 mV a 25°C;
k = $1.38\times10^{-23} \frac{J}{K}$, constante de Boltzmann;
T é temperatura absoluta (K);
q = $1.60\times10^-19 C$, carga do elétron;
$\eta$ é uma constante, 1 (circuitos integrados) e 2 (circuitos discretos).
$I_{D}=I_{S}e^{\frac{V_{D}}{\eta V_{T}}}$
$I_{D}=6.95\times10^{-16} e^{\frac{0.7}{1\times 23\times 10^{-3}}}$
$I_{D}=0.001005149$
$I_{D}=1mV$
Exemplo
Um diodo de silício apresenta uma queda de tensão direta $V_{D}=0.7 V$ se a constante de saturação $I_{S}= 6,95\times 10^{-16} A$. Determine a corrente no diodo, considerando $\eta=1$ e $V_{T}= 25mV.$
$I_{D}=6.95\times10^{-16} e^{\frac{0.7}{1\times 23\times 10^{-3}}}$
$I_{D}=0.001005149$
$I_{D}=1mV$
No geral, para simplificação dos cálculos na analise de circuitos, podemos considerar o diodo diretamente polarizado, como uma queda de tensão de 0.7 V.
Com isso, encerra-se a primeira parte do conteúdo sobre diodo nesta página, a segunda parte abordará aplicações com o diodo comum e alguns tipos especiais de diodo. Até lá e parabéns por ter chegado até aqui.
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