O que é um diodo? – Noções básicas de circuito

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UMA diodo é um componente eletrônico especializado que atua como uma chave unidirecional. Ele conduz corrente elétrica em apenas uma direção e restringe a corrente na direção oposta. Um diodo é polarizado reversamente quando atua como um isolador e polarizado direto quando permite que a corrente flua. Um diodo possui dois terminais, o ânodo e o cátodo. Os usos dos diodos incluem interruptores, moduladores de sinal, mixers de sinal, retificadores, limitadores de sinal, reguladores de tensão, osciladores e demoduladores de sinal.

O que é um diodo - diodo em polarização direta
Diodo em polarização direta

A voltagem aplicada ao ânodo é positiva em relação ao cátodo. Além disso, a tensão no diodo é maior do que a tensão limite, então ele atua como um curto-circuito e permite que a corrente flua.

O que é um diodo - diodo em polarização reversa
Diodo em polarização reversa

Se o cátodo for positivo em relação ao ânodo, o diodo é polarizado reversamente. Ele então atuará como um circuito aberto que resulta em nenhum fluxo de corrente.

Para que são usados ​​os diodos?

Proteção contra corrente reversa

Um diodo de bloqueio é usado em alguns circuitos para proteção no caso de ocorrer um problema de conexão reversa acidental, como conectar a fonte de CC de maneira errada ou inverter suas polaridades. Um fluxo de corrente na direção errada pode danificar outros componentes do circuito.

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UMA diodo para proteção de corrente reversa

A figura acima mostra que o diodo de bloqueio está conectado em série com a carga e com o lado positivo da alimentação. No caso de conexão reversa, a corrente não fluirá porque o diodo estará em polarização reversa. A carga será então protegida contra a corrente reversa. No entanto, se a polaridade estiver correta, o diodo estará em polarização direta para que a corrente de carga possa fluir através dele.

Reguladores de tensão simples

Um regulador de tensão é usado para reduzir a tensão de entrada ao nível necessário e irá mantê-la a mesma apesar das flutuações na alimentação. Também pode ser usado para regular a tensão de saída. Um diodo Zener é geralmente usado como um regulador de tensão porque é projetado para funcionar na condição de polarização reversa. Ele se comporta como um diodo de sinal normal quando em polarização direta. Por outro lado, a tensão permanece constante para uma ampla faixa de corrente quando a tensão reversa é aplicada a ela.

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Díodo Zener como regulador de tensão

Na figura acima, a corrente no diodo é limitada pelo resistor em série conectado ao circuito. Uma vez que o diodo está conectado ao terminal positivo da fonte, ele funciona como uma polarização reversa que também pode funcionar em condição de falha. O diodo de alta potência é normalmente usado porque pode lidar com polarização reversa acima de sua tensão de ruptura. A corrente do diodo Zener estará sempre no mínimo se a tensão de entrada mínima e a corrente de carga máxima forem aplicadas. Dada a tensão de entrada e a tensão de saída necessária, podemos usar o diodo Zener com tensão aproximadamente igual à tensão de carga.

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Estabilizadores de tensão

A corrente que flui através do diodo Zener é reduzida em favor da corrente de carga quando o resistor de carga é conectado em paralelo ao diodo Zener. A quantidade de corrente que flui nele é importante porque é a chave para a estabilização. Olhando para a curva de corrente-tensão para diodos Zener, você notará um aumento acentuado acima da tensão de ruptura, o que prova que é melhor para estabilizar pequenas tensões diretas. A corrente aumenta enquanto a resistência do diodo diminui. Portanto, a tensão no diodo Zener é quase a mesma. Normalmente, um resistor é conectado para garantir que a potência de dissipação máxima permitida não seja excedida.

Convertendo AC em DC

Os diodos são normalmente usados ​​para construir diferentes tipos de circuitos retificadores, como retificadores de meia onda, onda completa, derivação central e ponte completa. Uma de suas principais aplicações é a retificação de energia CA para energia CC.

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Durante o meio ciclo positivo da alimentação de entrada, o ânodo torna-se positivo em relação ao cátodo. O diodo estará em polarização direta, o que resulta no fluxo de corrente para a carga. No entanto, durante o meio ciclo negativo da onda sinusoidal de entrada, o ânodo torna-se negativo em relação ao cátodo. Assim, o diodo estará em polarização reversa e nenhuma corrente fluirá para a carga. A tensão de saída será uma CC pulsante quando a tensão e a corrente no lado da carga forem de uma polaridade. A carga é resistiva no meio ciclo positivo e a tensão no resistor de carga será igual à tensão de alimentação. O fluxo da corrente de carga será proporcional à tensão aplicada e a tensão sinusoidal de entrada estará na carga.

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Como funciona um diodo?

Um diodo é considerado um dispositivo semicondutor que possui dois terminais e funciona como uma porta unidirecional para a corrente elétrica. Semicondutores podem ser condutores ou isolantes. Sua resistência pode ser controlada aumentando ou diminuindo sua resistência chamada dopagem. O doping é o processo de adição de átomos de impureza ao material.

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Existem dois tipos de materiais semicondutores:

  • Material do tipo N – adicionar quantidades de arsênio, fósforo, antimônio, bismuto e outros elementos pentavalentes pode produzir um material semicondutor do tipo N. Possui elétrons extras. Suas partículas carregadas negativamente extras movem-se de uma área carregada negativamente para uma área carregada positivamente.
  • Material do tipo P – adicionar quantidades de alumínio, gálio, boro, índio e outros pode produzir um material semicondutor do tipo P. Possui orifícios extras.

Ter lacunas significa ausência de um elétron e carga positiva. Cada vez que um elétron se move para um buraco, ele cria outro buraco atrás dele, já que eles se movem na direção oposta dos elétrons. A combinação do material tipo N e tipo P forma uma junção PN. Você pode ver a região de depleção em ambos os lados da junção do diodo. Esta região está esgotada de elétrons livres e lacunas. Os elétrons do lado do tipo N preenchem os buracos do lado do tipo P.

O que é a zona de esgotamento?

Uma região de depleção se forma quando nenhuma voltagem é aplicada ao diodo, de modo que os elétrons do material tipo N preenchem os buracos do material tipo P ao longo da junção entre as camadas. Nessa região, o material tipo N ou tipo P é devolvido ao seu estado de isolamento original. A eletricidade não pode fluir para uma região de depleção, pois todos os buracos são preenchidos e não há elétrons livres ou espaços vazios para eletricidade.

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Você verá a junção PN quando os furos se moverem do lado P para o material tipo N e descobrirem cargas negativas. Então, você verá buracos e elétrons se difundindo para o outro lado. Depois disso, a região de depleção começa a se formar.

Diodos com polarização direta versus diodos com polarização reversa

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Diodos para fins especiais

Diodos Zener

É composto de junção PN fortemente dopada que conduz na direção reversa quando uma certa tensão especificada é atingida. Ele também permite que a corrente flua na direção direta ou reversa. É comumente usado para supressores de surto, regulação de tensão, elementos de referência e quaisquer outras aplicações de comutação e circuitos clipper.

Schottky Diodes

Os diodos Schottky têm uma baixa queda de tensão direta, mas com uma ação de comutação muito rápida. Uma junção semicondutor-metal é formada entre o metal e o semicondutor que cria uma barreira Schottky. Há uma pequena queda de tensão nos terminais do diodo quando uma corrente flui pelo diodo. Quanto menor a queda de tensão, melhor será a eficiência do sistema e maior será a velocidade de comutação. As aplicações mais comuns do diodo Schottky são em radiofrequência, um retificador em algumas aplicações de energia e um misturador.

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Diodos retificadores

Os diodos retificadores podem ser tendenciosos ou não tendenciosos. O diodo retificador torna-se imparcial quando nenhuma tensão é fornecida a ele. Durante esse tempo, o lado P tem a maioria dos buracos dos portadores de carga e poucos elétrons, enquanto o lado N tem a maioria dos elétrons e muito poucos buracos. Por outro lado, torna-se polarizado direto quando o terminal positivo de uma fonte de tensão é conectado ao lado do tipo P e o terminal negativo é conectado ao lado do tipo N. Será em polarização reversa quando o terminal positivo da tensão da fonte for conectado à extremidade tipo N e o terminal negativo da fonte for conectado à extremidade tipo P do diodo. Não haverá corrente através do diodo, exceto a corrente de saturação reversa, porque a camada de depleção da junção se torna mais ampla com o aumento da tensão de polarização reversa. Os diodos retificadores são comumente usados ​​como um componente em fontes de alimentação que converte a tensão CA em tensão CC.

Diodos de Sinal

Os diodos de sinal são comumente usados ​​para detectar sinais. Eles geralmente têm uma classificação de corrente máxima baixa e uma tensão direta média-alta. Uma das aplicações mais convencionais de um diodo de sinal é como uma chave de diodo básica.

Diodos de Germânio

Os diodos de germânio têm uma queda de tensão direta intrinsecamente baixa, normalmente 0,3 volts. Ter uma baixa queda de tensão direta resulta em uma baixa perda de energia e um diodo mais eficiente que o torna melhor em muitos aspectos do que um diodo de silício. É mais importante em ambientes de sinal muito baixo, como na detecção de sinal de áudio para frequências FM e em circuitos lógicos de baixo nível. Os diodos de germânio têm uma corrente de fuga maior para o germânio em uma tensão reversa do que para o silício.

Diodos de junção

Os diodos de junção são um dos dispositivos semicondutores mais simples. Mas, ao contrário de outros diodos, eles não se comportam linearmente em relação à tensão aplicada. Os diodos têm uma relação exponencial de tensão atual. É formado quando um semicondutor do tipo P é combinado com um semicondutor do tipo N, criando uma barreira de potencial através da junção do diodo.

Três possíveis condições de “polarização” para o diodo de junção padrão

1. Polarização direta – O potencial de tensão é conectado negativamente ao material tipo N e positivamente ao material tipo N através do diodo que diminui a largura do diodo da junção PN.

2. Polarização reversa – O potencial de tensão está conectado positivamente ao material tipo N e negativamente ao material tipo P através do diodo que aumenta a largura do diodo de junção PN.

3. Zero Bias – Nenhum potencial de tensão externa é aplicado ao diodo de junção PN.

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