O que é diodo? Guia completo de componentes eletrônicos
Aula 07 - Diodo

7. Diodo

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Neste tópico, vamos explorar os diodos, componentes eletrônicos essenciais que desempenham um papel fundamental em uma ampla gama de circuitos. Descubra o que é diodo, como funciona, os diferentes tipos disponíveis, como são polarizados e as inúmeras maneiras pelas quais são utilizados em circuitos eletrônicos.

O que é diodo?

Os diodos são componentes eletrônicos fundamentais que permitem o fluxo de corrente elétrica em apenas uma direção. Eles são compostos por materiais semicondutores, como o silício ou o germânio, e possuem dois terminais: o ânodo, que é o terminal positivo, e o cátodo, que é o terminal negativo

O que é diodo

A propriedade de condução unidirecional torna os diodos essenciais em uma variedade de aplicações eletrônicas, desde retificação de corrente em fontes de alimentação até proteção contra polaridade reversa em circuitos.

Como funcionam o diodo?

Os diodos funcionam com base nas propriedades dos materiais semicondutores que os compõem, como o silício ou o germânio. Eles têm a capacidade de permitir o fluxo de corrente elétrica em apenas uma direção, o que os torna essenciais em uma ampla gama de aplicações eletrônicas.

Como funciona o diodo

Quando uma tensão é aplicada nos terminais de um diodo no sentido direto (do ânodo para o cátodo), os elétrons livres são empurrados através da região de junção PN, onde se recombinam com lacunas, permitindo a passagem da corrente elétrica

Por outro lado, quando a tensão é aplicada no sentido reverso, o diodo apresenta uma alta resistência, impedindo efetivamente o fluxo de corrente.

Tipos de diodos

Existem diversos tipos de diodos, cada um projetado para atender a diferentes requisitos de aplicação e oferecer funcionalidades específicas. Aqui estão alguns dos tipos mais comuns de diodos:

  • Diodo Retificador (ou Diodo de Silício): Este é o tipo mais comum de diodo e é usado principalmente em circuitos de retificação, convertendo corrente alternada em corrente contínua. Ele permite o fluxo de corrente elétrica em apenas uma direção.
  • Diodo Zener: Projetado para operar em sua região de ruptura reversa, o diodo Zener é usado como regulador de tensão em circuitos eletrônicos. Ele mantém uma tensão constante em uma ampla faixa de correntes.
  • Diodo Schottky: Este diodo tem uma queda de tensão menor do que os diodos de silício convencionais, o que o torna adequado para aplicações de alta frequência e retificação de sinais de rádio. Ele também é usado em circuitos de proteção contra sobretensão devido à sua resposta rápida.
  • Diodo Emissor de Luz (LED): Os LEDs são diodos semicondutores que emitem luz quando uma corrente elétrica os atravessa. Eles são amplamente utilizados em iluminação, sinalização e displays.
  • Diodo Fotovoltaico (ou Célula Solar): Este diodo converte luz solar diretamente em energia elétrica através do efeito fotovoltaico. São utilizados em painéis solares para geração de energia elétrica a partir da luz solar.
  • Diodo de Potência: Projetados para lidar com altas correntes e tensões, os diodos de potência são usados em circuitos de retificação de alta potência, fontes de alimentação e inversores.
  • Diodo Tunel (ou Diodo Esaki): Este diodo exibe um fenômeno de condução conhecido como tunelamento quântico, onde a corrente elétrica flui através da barreira de potencial, mesmo quando teoricamente deveria ser impossível. São usados em aplicações de alta frequência e como elementos de circuitos de alta velocidade.

Esses são apenas alguns exemplos dos tipos de diodos disponíveis, cada um com suas próprias características e aplicações específicas. A escolha do tipo certo de diodo depende das exigências do projeto e das condições de operação específicas.

Características elétricas do diodo

Os diodos têm várias características elétricas importantes que determinam seu comportamento em um circuito. Essas informações sempre podem ser encontradas no datasheet do componente. 

Algumas das características elétricas mais significativas dos diodos incluem:

  • Tensão Direta de Polarização (VF): A tensão direta de polarização é a tensão mínima necessária para que o diodo comece a conduzir corrente em direção direta. Para diodos de silício convencionais, essa tensão é em torno de 0,6 a 0,7 volts, enquanto para diodos de germânio é menor, geralmente em torno de 0,2 a 0,3 volts.
  • Corrente Direta Máxima (IF): A corrente direta máxima é a corrente máxima que o diodo pode conduzir em direção direta sem se danificar. Essa corrente varia de acordo com o tipo e tamanho do diodo e é especificada pelo fabricante.
  • Resistência Dinâmica (rD): A resistência dinâmica é uma medida da resistência interna do diodo quando está conduzindo corrente em direção direta. Quanto menor a resistência dinâmica, mais eficiente é o diodo em conduzir corrente.
  • Tensão Reversa Máxima (VR): A tensão reversa máxima é a tensão máxima que o diodo pode suportar quando polarizado inversamente sem se danificar. Se essa tensão for excedida, pode ocorrer a ruptura do diodo, permitindo que uma corrente elevada flua através dele, danificando-o permanentemente.
  • Corrente Reversa de Fuga (IR): A corrente reversa de fuga é a pequena corrente que flui através do diodo quando ele está polarizado inversamente. Embora essa corrente seja geralmente muito baixa, ela pode aumentar significativamente com a temperatura e a tensão aplicada.
  • Tempo de Recuperação (tRR): O tempo de recuperação é o tempo que leva para o diodo se recuperar completamente de uma inversão de polaridade e voltar ao estado de bloqueio. É uma característica importante em aplicações de comutação de alta velocidade, como em circuitos retificadores.

Essas são algumas das características elétricas mais comuns dos diodos, e entender esses parâmetros é essencial para selecionar o diodo adequado para uma aplicação específica.

Polarização de diodos

A polarização de diodos refere-se à aplicação de uma tensão externa para permitir que o diodo conduza corrente elétrica. Existem dois tipos principais de polarização de diodos: polarização direta e polarização reversa.

Polarização direta de diodo

  • Polarização Direta: Nesse modo de operação, a tensão aplicada ao diodo faz com que a corrente flua através dele, desde que a tensão aplicada exceda a tensão direta de polarização (VF) do diodo. Nesse estado, o diodo tem uma baixa resistência elétrica e permite que a corrente elétrica flua facilmente. A polarização direta é comumente usada em aplicações onde o diodo atua como um retificador, convertendo corrente alternada em corrente contínua.

Polarização Reversa

  • Polarização Reversa: Nesse modo, a tensão aplicada ao diodo é oposta à sua polaridade natural de condução. O diodo geralmente possui uma alta resistência quando polarizado reversamente, o que significa que apenas uma pequena corrente de fuga, conhecida como corrente reversa de fuga (IR), flui através dele. É importante limitar a tensão reversa aplicada ao diodo para evitar a ruptura do componente. A polarização reversa é usada em aplicações de proteção contra polaridade reversa e como componente em circuitos de comutação, como em circuitos de proteção contra sobretensão.

Circuitos com diodos

Os diodos são componentes fundamentais em uma ampla variedade de circuitos eletrônicos devido às suas características únicas de condução de corrente em apenas uma direção

Aqui estão alguns exemplos de circuitos com diodos:

Circuitos com diodos: retificadores

  • Retificadores: Os retificadores são circuitos usados para converter corrente alternada em corrente contínua. Eles podem ser de meia onda, onde apenas metade do ciclo de entrada é retificado, ou de onda completa, onde ambos os ciclos são retificados. Os diodos são essenciais nesses circuitos, permitindo que a corrente flua em uma direção, filtrando a corrente alternada.

Limitadores de Tensão

  • Limitadores de Tensão: Os diodos podem ser usados em circuitos limitadores de tensão para garantir que a tensão de saída não exceda um determinado limite. Eles direcionam qualquer tensão acima do limite desejado para o terra, protegendo os componentes subsequentes no circuito.

Clippers de Sinais

  • Clippers de Sinais: Os clippers de sinais são usados para “cortar” a parte superior ou inferior de um sinal de entrada, resultando em um sinal de saída alterado. Os diodos são utilizados nesses circuitos para direcionar os segmentos do sinal que excedem os limites desejados.

Multiplicadores de Tensão

  • Multiplicadores de Tensão: Os multiplicadores de tensão são circuitos que aumentam a tensão de entrada ao multiplicá-la. Eles são frequentemente usados em fontes de alimentação para gerar tensões mais altas do que as fornecidas pela fonte de entrada. Os diodos desempenham um papel crucial nesses circuitos, permitindo que a tensão seja acumulada.

Utilizações comuns dos diodos

Os diodos são componentes eletrônicos versáteis e fundamentais em uma variedade de aplicações. Aqui estão algumas das utilizações mais comuns dos diodos:

  • Retificação de corrente alternada (AC): Os diodos são frequentemente usados em retificadores para converter corrente alternada em corrente contínua (AC para DC). Eles permitem que a corrente flua em apenas uma direção, resultando em um sinal de saída unidirecional.
  • Proteção contra inversão de polaridade: Em circuitos onde a polaridade reversa pode danificar componentes sensíveis, os diodos são utilizados para evitar danos, direcionando a corrente na direção correta e bloqueando-a na direção oposta.
  • Limitação de tensão: Os diodos são empregados em circuitos limitadores de tensão para garantir que a tensão de saída não exceda um limite pré-determinado. Eles conduzem quando a tensão excede esse limite, desviando o excesso de corrente para proteger os componentes subsequentes.
  • Clipping de sinais: Em circuitos de clipping, os diodos são usados para “cortar” parte de um sinal de entrada que excede um determinado nível. Isso é útil em aplicações como amplificadores de áudio, onde os diodos podem evitar a distorção do sinal de saída.
  • Multiplexação de sinais: Os diodos são empregados em circuitos de multiplexação para selecionar entre várias fontes de sinal, permitindo que apenas um sinal seja transmitido por vez.
  • Proteção contra surtos: Em circuitos de proteção contra surtos, os diodos são usados para desviar picos de tensão perigosos, protegendo os dispositivos eletrônicos sensíveis de danos causados por sobretensão.
  • Multiplicadores de tensão: Os diodos são essenciais em circuitos de multiplicadores de tensão, onde são usados para multiplicar a tensão de entrada. Isso é comumente encontrado em fontes de alimentação de baixa potência e carregadores de bateria.
  • Detecção de polaridade: Os diodos são usados em circuitos de detecção de polaridade para determinar a polaridade de um sinal de entrada, permitindo que o circuito reaja de acordo com essa informação.

 

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