Explicar o Diodo e seus Tipos
O que é um Diodo?
Diodos são dispositivos elétricos de dois terminais que funcionam como um interruptor unidirecional, permitindo que a corrente flua (se transfira) apenas em uma direção. Esses diodos são feitos de materiais semicondutores como
Silício,
Germânio, e
Arsênio de gálio.
Os dois terminais do diodo são referidos como Ânodo e Cátodo. O funcionamento de um diodo pode ser categorizado em dois tipos com base na diferença de potencial (energia potencial) entre esses dois terminais:
Se o ânodo tiver uma tensão maior que o cátodo, o diodo é considerado em Polarização Direta e a corrente pode fluir.
Se o cátodo tiver uma tensão maior que o ânodo, o diodo é dito estar em Polarização Reversa, e a corrente não pode fluir.
Vários tipos de diodos necessitam de diferentes tensões.
A tensão de polarização direta dos diodos de silício é 0,7V, enquanto a dos diodos de germânio é 0,3V.
Ao trabalhar com Diodos de Silício, o terminal cátodo é frequentemente indicado pela banda preta ou escura em uma das extremidades do diodo, enquanto o terminal ânodo é geralmente mostrado pelo outro terminal.
A retificação, ou a conversão de CA para CC, é uma das aplicações mais comuns dos diodos.
Diodos são utilizados em aplicações de proteção contra polaridade reversa e proteção contra transientes, porque permitem que a corrente flua (passe) apenas em uma direção e inibem o fluxo de corrente na outra.
Símbolo do Diodo
Um símbolo de diodo é ilustrado abaixo. Sob a condição de polarização direta, a ponta da seta indica a direção do fluxo convencional de corrente. Ou seja, o ânodo está ligado ao lado p e o cátodo ao lado n.
Um diodo de junção PN simples é obtido por dopagem de um bloco cristalino de silício ou germânio com impurezas pentavalentes (ou doadoras) em uma seção e trivalentes (ou aceitadoras) na outra.
Uma junção PN também pode ser formada ligando um semicondutor tipo p a um semicondutor tipo n através de um processo de fabricação específico. O ânodo é o terminal que se conecta ao tipo p, enquanto o cátodo é o terminal que se conecta ao lado tipo n.
No centro do bloco, essas dopagens formam uma junção PN.
Princípio de Funcionamento de um Diodo
A interação entre semicondutores tipo n e tipo p é o processo fundamental por trás do funcionamento de um diodo.
Um semicondutor tipo n consiste em muitos (grande número) de elétrons livres e um pequeno número de buracos. Em outras palavras, em um semicondutor tipo n, a concentração de elétrons livres é grande, enquanto a concentração de buracos é bastante baixa.
Em um semicondutor tipo n, os elétrons livres são conhecidos como portadores de carga majoritários, enquanto os buracos são referidos como portadores de carga minoritários.
Um semicondutor tipo p é caracterizado por ter um grande número de buracos em relação à quantidade de elétrons livres que contém. Os buracos constituem a vasta maioria dos portadores de carga em um semicondutor tipo p, enquanto os elétrons livres representam apenas uma pequena porção desse tipo de portadores de carga.
Características de um Diodo
Diodo polarizado para frente
Diodo polarizado para trás
Diodo não polarizado (polarização zero)
1). Diodo polarizado para frente
Há uma pequena diminuição na tensão através do diodo quando ele está polarizado na direção encaminhada e a corrente está passando por ele.
A tensão encaminhada dos díodos de germânio é de 300 mV, o que é muito menor do que a tensão encaminhada dos díodos de silício, que é de 690 mV.
A energia potencial através do material p é positiva, enquanto a energia potencial através do material n é negativa. Os materiais p têm uma energia potencial positiva.
2). Diodo Polarizado na Direção Reversa
Quando a tensão da bateria é reduzida até zero, diz-se que o diodo tem uma polarização reversa. A tensão reversa para díodos de germânio é de -50(μA) microamperes, enquanto a tensão reversa para díodos de silício é de -20(μA) microamperes. Quando vista através de um material p, a energia potencial é negativa, mas quando vista através de um material n, a energia potencial é positiva.
3). Diodo sem Polarização (Diodo com Polarização Zero)
Diz-se que um diodo está em condição de polarização zero quando a tensão potencial medida através do diodo é zero.
Aplicações do Diodo
Proteção contra a corrente fluindo na direção reversa usando diodos
Diodos são frequentemente usados em circuitos de clamping (circuitos de clamping).
Uso de diodos em circuitos de portas lógicas
Diodos são componentes comuns em circuitos de clipping.
Dispositivos de retificação compostos por diodos
Tipos de Diodo
1). Diodo Reverso
2). Diodo BARITT
3). Diodo Gunn
4). Diodo a Laser
5). Diodo Emissor de Luz
6). Fotodiodo
7). Diodo PIN
8). Diodo de Recuperação Rápida
9). Diodo de Recuperação em Degrau
10). Diodo Túnel
11). Diodo de Junção P-N
12). Diodo Zener
13). Diodos Schottky
14). Diodos Shockley
15). Diodo Varicap (ou) Vari-cap
16). Diodo Avalanche
17). Diodo de Corrente Constante
18). Diodos Dopados com Ouro
19). Diodos Super Barreira
20). Diodo Peltier
21). Diodo Cristal
22). Diodo de Vácuo
23). Diodo de Pequeno Sinal
24). Diodo de Grande Sinal
1). Diodo Reverso
Este tipo de diodo também é conhecido como "diodo reverso" e não é muito utilizado. O diodo reverso (back) é um diodo de junção PN que funciona como um diodo túnel. O tunelamento quântico é uma parte importante do fluxo de corrente, especialmente na direção oposta. Com a representação das bandas de energia, você pode ver exatamente como o diodo funciona.
A banda no nível superior é chamada de "banda de condução" e a banda no nível inferior é chamada de "banda de valência". Quando energia é adicionada aos elétrons, eles tendem a ganhar mais energia e se mover em direção à banda de condução. Quando os elétrons se movem da banda de valência para a banda de condução, deixam buracos na banda de valência.
No estado de polarização zero, a banda de valência ocupada é oposta à banda de condução ocupada. Na condição de polarização reversa, por outro lado, a região N se move para cima, enquanto a região P se move para baixo. Agora, a banda completa na seção P é diferente da banda vazia na seção N. Portanto, os elétrons começam a se mover da banda cheia na seção P para a banda vazia na seção N por tunelamento.
Isso implica que o fluxo de corrente ocorre mesmo quando a polarização está na direção oposta. Na condição de polarização direta, a região N se move na mesma direção que a região P, que é para cima. Agora, a banda preenchida na seção N é diferente da banda vazia na seção P. Portanto, os elétrons começam a se mover da banda cheia na seção N para a banda vazia na seção P por tunelamento.
Neste tipo de diodo, a região de resistência negativa é formada, que é a parte principal do diodo que o faz funcionar.
2). Diodo BARITT
Este tipo de diodo também é conhecido pelo seu termo estendido, que é Diodo de Injeção de Barreira e Tempo de Transição, ou diodo BARRITT. É adequado para aplicações em microondas e permite várias comparações com o diodo IMPATT, que é mais comumente utilizado.
A utilização de energia térmica é o que causa a emissão deste tipo particular de diodo. Quando comparado a outros tipos de diodos, este produz muito menos ruído.
Misturadores, amplificadores ou osciladores são algumas das possíveis aplicações para esses, dada sua capacidade de sinal pequeno. Eles também podem ser usados em uma variedade de outros dispositivos.
3). Diodo Gunn
Um diodo de junção PN, também conhecido como diodo Gunn, é um tipo de diodo que é um dispositivo semicondutor composto por dois terminais. Em suas aplicações mais comuns, é usado na produção de sinais de microondas.
Osciladores desenvolvidos a partir de diodos Gunn são usados onde haja necessidade de transmissão de rádio.
Eles também são usados em organizações militares. Este diodo é um componente essencial de todos os tacômetros, mesmo os mais básicos. Diodos Gunn podem facilitar a inclusão de tecnologia de sensor de abertura de portas em sistemas modernos de monitoramento, o que é uma necessidade nesses sistemas. Além disso, este diodo é recomendado para uso nos circuitos de alarmes de intrusos.
4). Diodo Laser
Devido ao fato de gerar luz coerente, o diodo laser não opera da mesma maneira que um LED (diodo emissor de luz) típico. Esses tipos particulares de diodos encontram uso amplo em diversos domínios, incluindo unidades de CD, reprodutores de DVD e apontadores a laser usados em apresentações. Embora esses diodos sejam mais acessíveis do que outros tipos de geradores de laser, seu custo é muito maior quando comparado ao dos LEDs. Eles também têm uma vida útil limitada.
5). Diodo Emissor de Luz
A expressão diodo emissor de luz (ou) LED refere-se a uma das variedades mais comuns e amplamente utilizadas de diodos. Se o diodo estiver ligado de modo a ter um viés direto, a corrente passará pela junção, o que causará a produção de luz. Existem várias novas inovações em LEDs que os estão convertendo em OLEDs e LEDs.
Na área de trabalho com viés direto, este é o tipo de diodos que estão em operação. Há um fluxo de corrente assim que o diodo começa a conduzir quando estamos nesta zona. O termo "corrente direta" refere-se a este tipo de corrente. O diodo é a fonte da luz que é produzida durante esta operação.
Os LEDs vêm em uma grande variedade de cores. Mais especificamente, um piscante que pode funcionar como liga e desliga por um período predeterminado de tempo. Eles podem ser diodos bicolor, no qual dois cores são emitidas, ou podem ser diodos tricolor, no qual três cores são emitidas, dependendo da quantidade de tensão positiva recebida.
Além disso, existem LEDs que podem produzir luz infravermelha. Sua aplicabilidade prática é encontrada em controles remotos.
6). Fotodiodo
A luz é detectada pelo fotodiodo nesta técnica. Descobriu-se que a interação da luz com uma junção PN pode resultar na criação de elétrons e buracos. Na maioria dos casos, os fotodiodos funcionam sob configurações de viés reverso, o que permite que até mesmo uma pequena quantidade de corrente induzida pela luz seja facilmente detectada e monitorada. A geração de energia é outra possível aplicação para esses tipos de diodos.
Como também é capaz de conduzir quando submetido a viés reverso, o funcionamento de um fotodiodo é muito semelhante ao de um diodo zen.
O valor da corrente e o valor da intensidade luminosa são diretamente proporcionais um ao outro. Eles também têm tempos de reação suficientemente rápidos, medidos em nanossegundos em vez de milissegundos.
7). Diodo PIN
As características deste diodo são determinadas ao longo do processo de desenvolvimento. Tanto os padrões de tipo p quanto os de tipo n são usados na construção deste tipo de diodo. A junção que será produzida como resultado dessas interações é conhecida como um semicondutor intrínseco, pois não incluirá nenhuma concentração de dopagem.
Aplicações como comutação podem se beneficiar do acesso a esta região.
8). Diodo de Recuperação Rápida
O diodo terá um tempo de recuperação mais rápido. CA é usada como entrada de sinal durante o processo de retificação. Estes níveis têm aspectos positivos e negativos. Para as polaridades transitarem de positivo para negativo (ou) de negativo para positivo, o período de recuperação deve ser o mais curto possível.
Quando aplicações de alta frequência estão sendo realizadas, é muito importante ter os tempos de recuperação mais rápidos possíveis. Em condições como essas, recomenda-se o uso deste diodo em particular. Como condição disso, a representação deve ser feita de forma precisa, mantendo ainda a integridade do sinal.
9). Diodo de Recuperação em Degraus
É um dos componentes do diodo de microondas. Isso frequentemente leva à geração de pulsos na faixa de alta frequência. Esses diodos dependem (dependendo) do tipo de diodos que têm a propriedade de desligar (desativar) rapidamente devido à sua operação.
10). Diodo Túnel
Esses diodos túnel são conhecidos por requererem interruptores quando operam na faixa de ultra-alta velocidade. A duração da transição será medida em nanossegundos ou picossegundos. Isso é usado em circuitos de oscilador de relaxação devido à ideia de resistência negativa que está associada a ele.
11). Diodo de Junção P-N
Este é o diodo fundamental que é produzido quando materiais do tipo p e n interagem entre si. Ele explora a ideia de favorecer um ponto de vista sobre outro. Devido a este vies, pode funcionar em uma variedade de modos de operação.
Apenas quando o viés de polarização direta é aplicado, este diodo conduz. Quando o viés está na outra direção, não há fluxo claro de corrente. Isso mostra que a corrente é bloqueada quando o viés está na outra direção.
Eles são usados em situações em que as aplicações precisam de baixas correntes, como diodos de sinal, e, portanto, são favorecidos. Os retificadores são um dos usos mais fundamentais para esta tecnologia.
12). Diodo Zener
É o tipo de diodo que foi construído de tal maneira que é capaz de funcionar no modo de polarização inversa. Quando uma polarização direta é aplicada, as propriedades de operação do diodo serão comparáveis às de um diodo convencional que tem uma junção p-n como seu componente fundamental.
Quando o diodo está operando no modo de polarização inversa, uma vez que atinge a tensão Zener mais baixa, haverá um aumento nos valores da corrente; no entanto, a tensão continuará constante além desse ponto.
Como resultado, pode ser usado no processo de controle de tensão em virtude desse fato. Quando começa a conduzir corrente sob polarização direta, o díodo demonstrou sua capacidade única. Os fabricantes determinam exatamente qual será a tensão mais zen para este tipo particular de díodo. Por isso, é possível fabricar mais díodos zen.
13). Díodos Schottky
Um díodo Schottky é um tipo de díodo caracterizado por sua capacidade de realizar operações de comutação em altas velocidades. Muito pouca perda de tensão ocorre ao longo do caminho direto, portanto, isso é considerado um atributo positivo.
Circuitos de clamping que são suficientemente rápidos são um bom exemplo de onde esse tipo de díodo pode ser utilizado, pois seus usos são facilmente aparentes nesses casos. Uma frequência na faixa de gigahertz é típica para a operação de díodos desse tipo. Em outras palavras, tem o potencial de ser mais desejável durante aplicações de alta frequência.
14). Díodos Shockley
As aplicações de comutação fazem uso desses díodos, que são um tipo diferente de díodo dos descritos acima. Eles possuem uma tensão fundamental, também conhecida como tensão de disparo, que está presente.
É impossível que isso comute, pois permanecerá no modo de alta resistência se a tensão fornecida for menor que o valor básico de disparo. O caminho de baixa resistência será construído assim que a tensão fornecida for maior que o valor básico de disparo. Os díodos Shockley realizam suas funções dessa maneira.
15). Díodo Varactor (ou) Varicap
Esta é outra categoria única de díodos, que ocorre quando uma tensão reversa é aplicada à junção do dispositivo. Isso causa uma mudança na capacitância da junção. Como é um díodo de capacitância variável, a abreviação "varicap" pode ser usada para se referir a ele.
16). Diodo de avalanche
O diodo de avalanche é um tipo de diodo com polarização inversa que deriva sua operação do fenômeno de avalanche. A falha da avalanche ocorre quando a queda de tensão permanece constante e não é afetada pela corrente. Devido ao alto nível de sensibilidade que possuem, são utilizados para detecção fotodetectora.
17). Diodo de corrente constante
É um dispositivo elétrico que restringe a corrente ao valor máximo fornecido. Também pode ser referido como diodo limitador de corrente (CLD) ou diodo regulador de corrente (CRD) (CRD).
Esses diodos são feitos de um JFET de canal n. A porta está conectada à fonte e atua como um limitador de corrente de dois terminais ou fonte de corrente. Eles permitem que uma corrente flua através deles até um valor específico antes de parar de aumentar (desenvolver) mais.
18). Diodos dopados com ouro
O ouro é usado como dopante nesses diodos. Alguns diodos são mais poderosos do que outros. A corrente de fuga sob polarização inversa também é menor nesses diodos. Mesmo com quedas de tensão maiores, o diodo pode funcionar em frequências de sinal. O ouro ajuda na recomposição rápida dos portadores minoritários nesses diodos.
19). Diodos super barreira
É um diodo retificador com uma queda de tensão direta baixa, como um diodo Schottky, e uma corrente de fuga inversa baixa, como um diodo de junção P-N. Foi criado para aplicações de alta potência, comutação de alta velocidade e baixas perdas. Os diodos retificadores de super barreira são o próximo tipo de retificadores que possuem uma tensão direta menor do que o diodo Schottky.
20). Diodo Peltier
Gera calor em duas juntas de material do semicondutor neste tipo de diodo, que flui de um terminal para outro. Este fluxo tem apenas uma direção, que é a mesma da direção do fluxo de corrente.
Este calor é gerado como resultado da carga elétrica gerada pela recombinação dos portadores de carga minoritários. Isso é usado principalmente para resfriamento e aquecimento. Este tipo de diodo serve tanto como sensor quanto como motor térmico no resfriamento termoelétrico.
21). Diodo de Cristal
Esta é uma forma de diodo de contato pontual, também conhecido como bigode de gato. Seu funcionamento é determinado pela pressão de contato entre o cristal semicondutor e o ponto.
Um fio metálico está contido nisso e é forçado contra o cristal semicondutor. Nesta condição, o cristal semicondutor atua como cátodo, enquanto o fio metálico atua como ânodo. Por natureza, esses diodos estão obsoletos. São usados principalmente em receptores e detectores de microondas.
22). Diodos a Vácuo
Os diodos a vácuo são compostos por dois eletrodos que atuam como ânodo e cátodo. O tungstênio é usado para fazer o cátodo, que emite elétrons na direção do ânodo. O fluxo de elétrons sempre vai do cátodo para o ânodo. Como resultado, funciona como um interruptor.
Quando o cátodo é coberto com material de óxido, a capacidade de emissão de elétrons aumenta. Os ânodos são geralmente mais longos e suas superfícies às vezes são rugosas para minimizar as temperaturas que ocorrem no diodo. O diodo só conduzirá quando o ânodo for positivo (+) em relação ao terminal do cátodo.
23). Diodo de Sinal Pequeno
É um dispositivo minúsculo com características desproporcionais, usado principalmente em campos de aplicação de alta frequência e baixa corrente, como rádios e TVs.
Diodos de sinal são muito menores do que os diodos de potência. Uma das bordas é marcada com preto (ou) vermelho para denotar o terminal cátodo. O desempenho do pequeno diodo de sinal é particularmente eficaz para aplicações em altas frequências.
Em comparação com suas capacidades em outras categorias, os diodos de sinal geralmente têm uma capacidade de condução de corrente modesta e uma dissipação de potência baixa. Eles geralmente estão na faixa de 150mA & 500mW.
É usado em
Aplicações de diodos,
Comutação de alta velocidade,
Amplificadores paramétricos & muitas outras aplicações.
24). Diodo de Grande Sinal
A camada de junção PN nesses diodos é bastante espessa. Como resultado, eles são frequentemente utilizados na retificação ou na conversão de CA para CC. A grande junção PN aumenta a capacidade de condução de corrente direta e a tensão de bloqueio reversa do diodo. Os diodos de grande sinal não são apropriados para aplicações de alta frequência.
Esses diodos são principalmente aplicáveis em fontes de alimentação como
Retificadores,
Conversores,
Inversores,
Dispositivos de carga de bateria etc.
A resistência direta desses diodos é de alguns ohms, enquanto a resistência de bloqueio reverso é medida em megaohms.
Devido à sua alta capacidade de corrente & tensão, pode ser empregado em dispositivos elétricos que suprimem grandes picos de tensão.
Como resultado, os diversos tipos de diodos e suas aplicações foram discutidos neste post. Cada diodo tem seu próprio método único de representação, além de seu próprio método único de operação.
Perguntas Frequentes
1). Um diodo converte corrente alternada (CA) em corrente contínua (CC)?
O diodo que permite a corrente fluir (passar) em uma direção. Quando utilizado com corrente alternada, os diodos conduzem apenas durante metade do ciclo. Como resultado, eles são utilizados na conversão de corrente alternada para corrente contínua. Portanto, os diodos são corrente contínua (CC).
2). O que são Diodos Ideais?
Diodos usados para regular a direção do fluxo de corrente são conhecidos como diodos ideais. Com um diodo ideal, a corrente pode fluir apenas em uma direção, conhecida como direção forward, e não pode fluir nas direções reversas.
Os diodos ideais parecem ser um circuito aberto quando estão polarizados inversamente, e a tensão entre eles é negativa nessa condição.
3). Qual é a diferença entre polarização direta e inversa?
A polarização direta ocorre em um diodo convencional quando a tensão através do diodo permite o fluxo normal de corrente, enquanto a polarização inversa indica uma tensão através do diodo na direção oposta. No entanto, a tensão aplicada ao diodo durante a polarização inversa não resulta em qualquer fluxo de corrente apreciável.
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