Outros Tipos de Diodo

Outros Tipos de Diodo

(Parte 1 de 3)

Diodo Emissor de Luz (LED)2
Fotodiodo6
Diodo Schottky8
Varactor10
Diodo Zener1
Diodos de corrente constante12
Diodos de recuperação em degrau13
Diodos de Retaguarda14
Diodo túnel15
Varistores21
LDR - Light Dependent Resistor (resistor dependente de luz)2
Termistores23
Diodo Gunn26
Diodo PIN27

Sumário Display (Curiosidade)................................ ................................ ................. 28

Diodo Emissor de Luz (LED)

Dispositivo optoeletrônico que é formado por uma junção PN que ao ser diretamente Polarizada, faz com que os elétrons cruzem a barreira de potencial e se recombinem com as lacunas, ao se recombinar há a emissão de energia na forma de luz visível. Dispositivo para a sinalização com a vantagem de confiabilidade, reduzido tamanho e manutenção, os LED'S representam grande economia e energia em relação às lâmpadas convencionais. Símbolo:

Obs: Há variações quanto à sua simbologia:

OS PARÂMETROS DOS LED'S Assim como os diodos comuns os LED'S apresentam parâmetros de funcionamento que devem ser rigorosamente respeitados, sob pena do não funcionamento ou até da inutilização do componente, se forem ultrapassados. Os principais limites dos LED'S são os seguintes:

TENSÃO MÁXIMA INVERSA é a tensão que o LED suporta, quando inversamente Polarizado. O importante, a saber, quanto a esse parâmetro é que, se tal tensão máxima for ultrapassada, com toda a certeza o LED queimará , ficando completamente inutilizado. Ao contrário dos diodos comuns, que podem ser construídos para resistir a tensões inversas muito altas (100 V, 500 V, 1000 V ou mais) a grande maioria dos LED'S não suporta tensão inversa alta, estando os limites normais entre 4 e 6 Volts.

A identificação dos terminais do led é feita através do: chanfro que é o catodo-K terminal comprido que é o anodo-A

TENSÃO DIRETA é a tensão que deve ser aplicada ao LED, em polarização direta (positivo no terminal A e negativo no terminal K). Esse parâmetro (que também é chamado de queda de tensão através do LED) é normalmente baixo. A grande maioria dos LED'S existente no varejo especializado, apresenta uma tensão direta entre 1,5 e 2 V, dependendo de suas características (principalmente da sua cor: os vermelhos apresentam tensão direta menor do que os verdes e amarelos).

Obs: Os valores Iled e Vled são normalmente arbitrados ou retirados dos dados fabricantes. Normalmente costuma-se adotar: I led = 20 mA Vled: Vermelho = 1,6V Verde =2 a 2,4 V Amarelo = 2,4 V

CORRENTE MÁXIMA DIRETA é provavelmente o mais importante dos parâmetros, pois é responsável, diretamente, também pela luminosidade máxima que se pode obter do componente. Representa a maior corrente que o LED pode suportar, sem queimar-se quando diretamente polarizado. A grande maioria dos LED'S encontráveis no varejo, apresenta uma corrente máxima direta entre 40 e 50 mA. Esse parâmetro não deve nunca ser ultrapassado, pois uma corrente mais intensa do que o componente pode suportar, acarretará inicialmente, o seu sobreaquecimento e, imediatamente depois, sua ruptura ou queima. É importante saber também que a luminosidade do LED é diretamente proporcional à corrente que o percorre, ou seja: quanto maior a corrente, mais intensa a luz é emitida (mas sempre com tal corrente dentro do máximo permitido). Embora a corrente máxima (supondo em torno de 40 mA ), ocasione luminosidade também máxima, isso não quer dizer que o LED não acenda com correntes menores. Na verdade, o componente começa a emitir luz com corrente de uns poucos miliamperes. Com apenas 5 mA, por exemplo a luminosidade já é bem razoável, podendo ser facilmente notada. Devido a esse importante parâmetro, que é a MÁXIMA CORRENTE DIRETA, os circuitos com LED'S necessitam, em sua quase totalidade, de um resistor limitador, cujo valor pode ser facilmente obtido com uma adaptação simples da Lei de Ohm:

Como os demais componentes eletrônicos, também os LED'S são produzidos e comercializados numa ampla gama de modelos variando muito seu tipo de encapsulamento (embora suas características internas não variem tanto assim), como mostra a figura na página seguinte:

A- LED redondo mini, pequeno. O terminal K normalmente indicado por um chanfro reto e /ou pelo fato do terminal ser um pouco mais curto que o outro; B- LED redondo grande. As mesmas características externas do redondo mini, porém de tamanho geral um pouco maior; C- LED redondo, com terminais diametrais. É de maneira geral, bem semelhante (no corpo ) aos LED'S, apenas que as suas pernas estão abertas; D-LED retangular a única coisa realmente diferente é que a superfície de emissão de luz é retangular. Normalmente, o terminal K continua sendo mais curto, ou o que contém um pequeno ressalto, próximo ao corpo do componente; E- LED ponto. É, basicamente, igual ao LED redondo, apenas que a área frontal (aquela superfície que realmente emite a luz) é mais reduzida, formando quase que um ponto de luz; F- LED triangular. Idêntico aos anteriores, apenas com a superfície luminosa em forma de triângulo. O terminal K, no ponto geral, é o mais curto; G- LED quadrado. Tudo igual aos anteriores, apenas com a face quadrada; H- LED encapsulado. Trata-se de um LED comum (geralmente do tipo redondo grande), porém embalado em plástico ou metal de maneira a tomar a apresentação do componente mais atraente. Quase sempre, o conjunto é dotado de rosca e porca para fixação. Muito útil para quem quer uma boa apresentação visual na montagem; I- DISPLAY de LED'S (sete segmentos) - Dentro de apenas um encapsulamento, são instalados 7 LED'S dispostos a reproduzir um conjunto semelhante a um algarismo 8 dependendo dos segmentos acesos ( cada um dos 7 LED'S é representado por terminais específicos, no lado de baixo do display),podem ser formados todos os algarismos, de 0 a 9. São usados conjuntos de LED'S desse tipo, por exemplo, nas calculadoras eletrônicas e em relógios digitais.

LED EM CA Como a tensão reversa do led é baixa (4V),há a necessidade do cuidado que devemos Ter quando alimentamos um led em CA, para evitar que o led receba uma tensão no sentido inverso maior que o limite máximo,tem-se duas soluções:

Fotodiodo

O fotodiodo é um diodo de junção construído de forma especial, de modo a possibilitar a utilização da luz como fator determinante no controle da corrente elétrica. É um dispositivo de junção pn semicondutor cuja região de operação é limitada pela região de polarização reversa e caracteriza-se por ser sensível à luz. A aplicação de luz à junção resultará em uma transferência de energia das ondas luminosas incidentes (na forma de fótons) para a estrutura atômica, resultando em um aumento do número de portadores minoritários e um aumento do nível da corrente reversa. A corrente negra é a corrente que existirá sem Nenhuma iluminação aplicada. A corrente retornará a zero somente se for aplicada uma polarização positiva igual a Vo. Em resumo, podemos dizer então que um fotodiodo é um dispositivo que converte a luz recebida em uma determinada quantidade de corrente elétrica.

A corrente reversa e o fluxo luminoso variam quase que linearmente, ou seja, um aumento na intensidade luminosa resultará em um aumento semelhante na corrente reversa. Podemos admitir que a corrente reversa é essencialmente nula na ausência de luz incidente. Como os tempos de subida e de queda (parâmetros de mudança de estado) são da ordem de nanossegundos, o dispositivo pode ser usado na aplicação de contagem ou comutação de alta velocidade. O germânio é mais adequado para luz incidente na região infravermelha, já que abrange um espectro mais amplo de comprimentos de onda do que o silício, apesar de sua corrente negra ser maior. O nível de corrente gerada pela luz incidente sobre um fotodiodo não é suficiente para que ele possa ser usado em um controle direto, sendo necessário para isto que haja um estágio de amplificação.

Existem duas maneiras de operar um fotodiodo. Ele pode funcionar como uma célula fotovoltaica (a incidência de luz gera tensão) ou como uma célula fotocondutiva (a incidência de luz gera corrente). A figura abaixo mostra o gráfico das características dos fotodiodos.

O fotodiodo ser aplicado no foco automático de filmadora, na unidade ótica do CD Player e em sistema contador de pulso. Outra aplicação muito usada na rede de iluminação pública é o sensor crepuscular. Nos sistemas de iluminação publica é importante saber em que altura é que está suficientemente escuro, para ativar as luzes. Este controle não pode ser efetuado de forma eficaz utilizando temporizadores, uma vez que em dias de chuva ou nevoeiro intenso pode ser necessário ativar o sistema de iluminação por razões de segurança. Além disso, o horário do próprio nascer e pôr do Sol não é constante, muda todos os Dias. Pelas razões apontadas, a solução que reúne maior consenso é aquela que utiliza sensores de luz ambiente também conhecido como crepusculares. O S7183 é um fotodiodo com amplificador orientado para aplicações de detecção crepuscular. Até agora, muitas das soluções passavam pela utilização de foto resistências, células de CDs e fototransistores, contudo a pouca uniformidade, a não linearidade e o fato de que o Cd é um elemento altamente poluídor desviaram a atenção para a utilização de fotodiodos, cujo principal inconveniente era a da aplicação de um amplificador de sinal. Com este novo fotodiodo, com amplificador já incorporado, permite ultrapassar o inconveniente com simplicidade e alta performance em termos de sensibilidade e linearidade, mantendo sempre um preço competitivo.

Diodo Schottky

Para melhor compreendermos o funcionamento do diodo Schottky, devemos esclarecer dois pontos de fundamental importância, que são o armazenamento de cargas e o tempo de recuperação reversa.

Armazenamento de cargas

Denomina-se armazenamento de cargas o efeito causado pelo fato de elétrons livres e lacunas perdurarem, por um breve espaço de tempo, em diferentes bandas de energia próximas da junção, em um diodo diretamente polarizado. Quanto maior a corrente direta, maior o armazenamento de cargas.

Tempo de recuperação reversa (R t)

O tempo de recuperação reversa (tRR) é o tempo que a corrente reversa, originada pelo armazenamento de cargas, leva para desligar um diodo diretamente polarizado. Tal efeito é mais acentuado em altas freqüências (MHz).

Efeito na retificação - O efeito causado pelo tempo de recuperação reversa em circuitos retificadores de alta freqüência é ilustrado na figura 4.10, onde podemos ver claramente que, no momento em que a tensão do sinal que está sendo retificado se torna negativa, polarizando reversamente o diodo, não acontece o corte do mesmo, ou seja, ele continua conduzindo durante um pequeno espaço de tempo (R t). O diodo Schottky é a solução para esse problema.

Características físicas Sabe-se que os metais não têm lacunas e os elétrons livres do lado N ocupam órbitas menores. Quando o Schottky é polarizado diretamente, estes ganham energia suficiente para ocupar órbitas maiores, atravessando a junção e penetrando no metal, produzindo uma grande corrente direta. Como não há lacunas nos metais, não há armazenamento de cargas nem tempo de recuperação reversa (R t).

Símbolo do diodo Schottky

Queda de tensão típica = 0,25V Aplicação: Fontes de alimentação de baixa tensão; circuitos de alta freqüência.

Circuito retificador com Schottky

Varactor

O Diodo Varicap, também chamado varactor ou VVC (Capacitância

Variável com a Tensão), é um capacitor de semicondutor que depende da tensão. O modo de operação depende da capacitância existente na junção PN quando o elemento está inversamente polarizado.

Conforme o potencial de polarização inversa aumenta, a largura da região de depleção também aumenta o que reduz a capacitância de transição. As simbologias e a curva característica da capacitância de um Diodo Varicap são mostradas na Figura 5. Algumas das áreas de aplicação de alta freqüência (definidas pela baixa capacitância) incluem moduladores FM, dispositivos de controle de freqüências automáticos, filtros de banda passantes ajustáveis e amplificadores paramétricos.

Diodo Zener

É um tipo de diodo utilizado para regulagem de tensão, isso quer dizer que esse diodo mantém o valor de tensão sempre constante, mesmo que sua entrada varie. Ele permite que circule apenas o valor para o qual foi projetado. Desse modo até podemos lembrar-nos do estabilizador, mas são dispositivos completamente diferentes. Eles também são conhecidos como diodos de referência ou diodos de avalanche. O zener apresenta um símbolo ligeiramente diferente do retificador, fig. 6.

Sua disposição no circuito também é totalmente diferente. O retificador fica em série enquanto que o zener fica em paralelo. Para ficar mais diferente ainda, o catodo aponta para o positivo e o anodo é ligado ao negativo. Ele também pode ser instalado em série, mas assim funcionará como um diodo retificador comum. A fonte fornece 18v. O zener permite que circule no máximo 10v. A lâmpada receberá então apenas esses 10 volts, fig. 7. Cálculos de potência de dissipação precisam ser feitos para definirmos essa característica do zener. Devemos lembrar que ele funciona com baixos valores de potência servindo somente para circuitos e pequeno consumo. 2 watts no máximo. Se esse valor for ultrapassado, o zener não deve ser utilizado. fig. 7

Devemos tomar cuidados extremos com os cálculos ao utilizarmos circuitos regulados por diodos zener, pois, em caso de queima, danos diferentes podem acontecer:

1) Queima do zener em aberto Caso isso ocorra, o circuito comporta-se como se o diodo não existisse e, nesse caso como é ele quem reduz a tensão, a carga, uma lâmpada na figura acima, receberá os 18 volts da fonte. Poderá essa carga receber o valor total da fonte? Uma análise criteriosa para cada circuito se faz necessária.

2) Queima do zener em fechado Aqui podem ocorrer duas possibilidades: Ou queimamos a fonte, caso os condutores sejam superdimensionados, ou queimamos a instalação física do circuito, os condutores, caso a fonte seja potente o suficiente. Comercialmente encontramos os seguintes valores para os diodos zener:

Diodos de corrente constante

Mantém o valor de corrente constante entre seus terminais, para diferentes valores de tensão, apresentando um funcionamento inverso ao do Diodo Zener.

Diodos de recuperação em degrau

Os diodos de recuperação em degrau têm um perfil de dopagem, de modo que a densidade de portadores diminui perto da junção, conforme o gráfico 4.

Funcionamento

Durante o semiciclo positivo, o diodo conduz como qualquer outro diodo de silício, mas durante o semiciclo negativo cria-se uma corrente reversa por um breve instante, devido às cargas armazenadas; aí, subitamente, a corrente cai a zero como se de repente o diodo se abrisse. A figura 4.16 ilustra o que foi dito, bem como o símbolo do diodo. Sua aplicação se dá em circuitos multiplicadores de freqüência, onde a freqüência de saída é um múltiplo da freqüência de entrada, utilizando-se circuitos ressonantes para filtrar as harmônicas em relação à freqüência fundamental (2f, 3f .... nf).

Diodos de Retaguarda

São diodos otimizados para condução melhor no sentido reverso do que no direto. Analisando a curva característica I x V do diodo de retaguarda, vemos claramente esse fato. Isso é conseguido aumentando-se o nível de dopagem do diodo zener. Sua aplicação se dá na retificação de sinais fracos, cuja amplitude se situe entre 0,1 e 0,7V.

Símbolo e circuito O seu símbolo se assemelha ao de um diodo zener e o circuito aplicativo é mostrado na figura 4.17.

Na polarização direta, temos aproximadamente 0,5V sobre o diodo e a saída, V0= 0. Na polarização reversa temos, aproximadamente, 0,1V sobre o diodo e, portanto, 0,4V na saída, obtendo assim um retificador de meia onda (RMO).

Diodo túnel

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