Introdução à Eletrônica - elt 2 o diodo de jun??o

Introdução à Eletrônica - elt 2 o diodo de jun??o

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ELIÉSIO 1

ESCOLA TÉCNICAREZENDE-RAMMEL
NOMETURMA _ ANO _
CRISTAL P CRISTAL N
TERMINALTERMINAL ÂNODO CÁTODO
ÂNODOCÁTODO (A) (K)
(A) (K) P N
JUNÇÃO

O diodo de junção é um componente eletrônico formado a partir de uma junção PN. SIMBOLOGIA DO DIODO DE JUNÇÃO OBS: O ânodo é formado pelo semicondutor P e o cátodo pelo semicondutor N.

A polarização direta ocorre quando o potencial POSITIVO da fonte encontra-se ligado no ÂNODO (material P) e o potencial NEGATIVO da fonte encontra-se ligado no CÁTODO(material N).

A Rd Vd K
(A) + − (K) ⇒
ID ID
junção.
No diodo de silício é ± 0,7 V e no diodo de germânio é ± 0,3 V .

Vd ou Vγ → TENSÃO DIRETA é a tensão necessária para vencer a barreira de potencial da

Elétrica.

Rd → RESISTÊNCIA DIRETA é uma resistência muito pequena oferecida à passagem corrente O valor desta resistência é da ordem de 100 Ω.

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ELIÉSIO 2

ordem de miliamperes para diodo de pequenos sinais ou até vários ampéres para diodo de
potência.

ID → CORRENTE DIRETA é uma grande corrente de portadores majoritários. Esta corrente é da

ID
Vd ⇒ Si ± 0,7 V
Vd ⇒ Ge ± 0,3 V
Quando polarizado diretamente o diodo

IMPORTANTE apresenta:

• Baixa resistência direta [Rd]

• Baixa tensão direta [Vd ou Vγ]

VD
Vd

• Alta corrente direta [Id] POLARIZAÇÃO REVERSA DO DIODO DE JUNÇÃO

Na polarização reversa colocamos o lado POSITIVO da fonte no SEMICONDUTOR N(cátodo) e o lado NEGATIVO da fonte no SEMICONDUTOR P(ânodo).

Rr Vr
(A) − + (K) ⇒ − +
IR IR

Rr → RESISTÊNCIA REVERSA é uma resistência elevada da ordem de megaohms Ir → CORRENTE REVERSA é uma corrente muito pequena comparada com a corrente direta.

Vr → TENSÃO REVERSA

Durante a polarização reversa os elétrons do lado N são atraídos para o terminal positivo da fonte e as lacunas do lado P para o terminal negativo da fonte, formando assim íon positivo(ânion) no lado N e íon negativo (cátion) no lado P. A região de depleção cresce e a barreira de potencial é elevada.

A barreira de potencial aumenta até que seu valor seja igual com a tensão da fonte. Na polarização reversa não teremos corrente de portadores majoritários eles são afastados da junção.

Vr
VR
IR
IR →SI ≈ nA
IR ÆGe ≈ µA
IR

Na polarização reversa teremos uma pequena corrente reversa (corrente de fuga) formada por portadores minoritários que são criados a partir da vibração térmica provocada pela temperatura. Esta corrente de fuga é característica para cada tipo de semicondutor utilizado. Para o diodo de silício é da ordem de nanoamperes e para o diodo de germânio é da ordem de microamperes. Com isto podemos observar que a temperatura é muito importante quando usamos componentes formados com material semicondutor.

Na prática verifica-se que os diodos de silício têm sua corrente reversa de saturação dobrada para cada aumento de 10º C na temperatura.

A tensão VR não pode chegar ao valor de Vr, pois neste caso o diodo será danificado

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ELIÉSIO 3

ID
Vr
VRVd VD
Vd
VD>Vd
IR
PDmax = VD x IDmax

Como a junção PN possui uma barreira de potencial natural Vd. Na polarização direta só existe corrente significativa, se a tensão aplicada ao diodo [VD] for maior que este potencial {Vd ou Vγ} Para o caso do germânio ± 0,3V e para o caso do silício ± 0,7 V

Na polarização direta, existe uma corrente máxima que o diodo pode conduzir (IDmáximo) e uma potência máxima de dissipação (PDmáximo)

Na polarização reversa, existe uma tensão reversa máxima (TRM) que pode ser aplicada ao diodo sem que seja alcançado o valor da tensão de ruptura(Vr). Caso este valor seja atingido teremos o diodo danificado.

Tensão Reversa Máxima⇒ VRM
Tensão de Pico Inversa⇒ TPI
Tensão Reversa de Pico⇒ PIV

Nomenclaturas normalmente usadas para tensão reversa máxima: Tensão Reversa Máxima de Trabalho⇒ VRWM

ID(mA)
..5
..4
..3
..2
..1
..0

CURVA CORRENTE x TENSÃO DE UM DIODO DE JUNÇÃO ....0.......1.......2.... ...3.......4.........5.VD(V)

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ELIÉSIO 4

TIPOS IF(AV) (A) VRRM (V) VF(V)IF
TIPOS IF(AV).(A) VRRM (V) VF
IF(A)
BYM56D 3.5 800 1.25 5
BYM56E 3.5 1000 1.25 5
BYW54 2.0 600 1.65 10
BYW55 2.O 800 1.65 10
BYW56 2.0 1000 1.65 10
1N4001 1.0 50 1.1 1
1N4002 1.0 100 1.1 1
1N4003 1.0 200 1.1 1
1N4004 1.0 400 1.1 1
1N4005 1.0 600 1.1 1
1N4006 1.0 800 1.1 1
1N4007 1.0 1000 1.1 1
VF⇒ TENSÃO DIRETA
IF⇒ CORRENTE DIRETA
DIODO DE BAIXO SINAL( USO GERAL E COMUTAÇÃO )
BA220 10 200 4 2.5 0,95100 Uso Geral
BA221 30 200 4 2.5 1.05200 Uso Geral
BA326 10 100 4 2 1.1100 Uso Geral
BA317 30 100 4 2 1.1100 Uso Geral
BA318 50 100 4 2 1.1100 Uso Geral
BAS11 300 300 1000 10 1.1300 Uso Geral
BAV10 60 300 6 2.5 1.25500 Velocidade Ultra-elevada
BAV18 50 250 50 5 1.25200 Alta Velocidade
BAV19 100 250 50 5 1.25200 Alta Velocidade
BAV20 150 250 50 5 1.25200 Alta Velocidade
BAV21 200 250 50 5 1.25200 Alta Velocidade
BAW62 75 200 4 2 1.0100 Comutação alta veloc.
BAX12 90 400 50 35 1.0200 Telefonia
BAX14 20 500 50 35 1.0300 Uso Geral/Retificação
BAX18 75 500 - 35 1.52000 Uso Geral/Retificação
1N914 75 75 4 4 1.010 Alta Velocidade
1N916 75 75 4 2 1.010 Ata Velocidade
1N4148 75 200 4 4 1.010 Alta Velocidade
1N4150 75 300 6 2.5 1.0200 Velocidade Ultra elevada
1N4151 50 200 4 2 1.050 Velocidade Ultra elevada
1N4154 25 200 2 4 1.030 Velocidade Ultra Elevada
1N4446 75 200 4 4 1.020 Alta Velocidade
1N4448 75 200 4 4 1.0100 Alta Velocidade
1N4531 75 200 4 4 1.010 Alta Velocidade
1N4532 75 200 2 2 1.010 Alta Velocidade
IF⇒ CORRENTE DIRETA CD ⇒ CAPACITÂNCIA DO DIODO

VR ⇒ TENSÃO REVERSA trr ⇒ TEMPO DE RECUPERAÇÃO REVERSA VF ⇒ TENSÃO DIRETA

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ELIÉSIO 5

Ao ligar um diodo a uma fonte de alimentação torna-se necessário à utilização de um resistor limitador de corrente.

RLÆResistor de carga (LOAD). Esta resistência pode ser a carga será alimentada. LEI DE KIRCCHOFF O somatório das tensões num circuito é sempre igual a zero

o potencial de barreira

VÆtensão da fonte de alimentação VdÆqueda de tensão necessária para vencer

VRLÆqueda de tensão necessária para transportar as cargas elétricas através da carga.

EQUAÇÃO DA RETA DE CARGA Como estamos com um circuito série (só há um caminho para passagem da corrente elétrica)

VdVVRLe RL

VdVID−=Î Equação da reta De carga

ID(mA)
..5
..4
..3
..2
..1
..0
0.......1.......2.... ...3.......4.........5.VD(V)

Representa a potência máxima que será dissipada na junção do diodo.

em Watt [W]
em Volt [V]

PDÆ potência dissipada no diodo DDIVdP×= VdÆtensão na junção do diodo

IDÆ corrente através da junção A[ A]

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ELIÉSIO 6

Ponto de trabalho ou ponto quiescente (Q) do diodo, determina os valores de tensão (VD) e corrente (ID) no circuito.

ID(mA)
...5
..4. •
3......... •Q..................................................
2...............................................................
1...............................................................
0............................. •Vc.................................
0........1.......2.... ...3.......4.........5.VD(V)

Vc (tensão de corte)Ætensão no diodo considerando-o aberto,

VVc= Onde V é a tensão aplicada ao circuito

Is (corrente de saturação)Æcorrente máxima no diodo considerando-o um curto.

RL VIs =

Onde RL é a carga do circuito.

Q (ponto quiescente)Æé o ponto de trabalho, corresponde exatamente às coordenadas VD e ID onde definimos os valores de VQ=Vd e IQ=ID

Idealmente, o diodo é um dispositivo unilateral, isto é, bloqueia toda a passagem de corrente num sentido (polarização reversa) e permite a passagem no outro sentido (polarização direta).

Sempre que o valor de tensão aplicado ao circuito for muito maior que Vd (± 0,7 V para o silício e

± 0.3 V para o germânio), pode-se considerar o diodo como um elemento ideal, que com polarização direta será um curto circuito e com polarização reversa será um circuito aberto

ID
Para V > 10 Vd+ − chave VD
Fechada VD
POLARIZAÇÃO REVERSA
+ Vr
chave VD

aberta

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ELIÉSIO 7

Como podemos observar, a característica I x V do diodo ideal é altamente não linear; e consiste em dois segmentos de linha reta 90º um em relação ao outro.

Se dispositivos com estas características são usados numa aplicação particular de modo que o sinal nos seus terminais não ultrapasse os limites da não-linearidade, ele poderá ser considerado como um elemento linear por outro lado, se o sinal ultrapassar os pontos de não-linearidade, não será mais possível à aplicação da análise linear.

ID
Polarização Polarização
Reversa Direta
IDmáximo
Vr
VR VD

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ELIÉSIO 8

NOMETURMA _ ANO _

01) Determinado diodo de silício tem uma corrente de saturação de 2 nA em 25º C. Qual o valor de Is em 75º C?

02) Em determinado circuito, quando um diodo está polarizado diretamente, sua corrente é de 100 mA.E quando polarizado inversamente, sua corrente cai para 10 nA. Qual a relação entre a corrente direta e reversa?

03) Qual a potência dissipada num diodo de silício com polarização direta se a tensão no diodo for de 0,7 V e a corrente de 100 mA?

04) No circuito abaixo, qual o valor da corrente através do diodo? D

+ 100V 100R

05) Uma fonte de tensão de 10 V leva o diodo a ter um resistor limitador de corrente de 100 Ω. Se o diodo tiver a característica I x V apresentada, qual a corrente de saturação? Qual a tensão de corte? Qual o valor aproximado da tensão e da corrente no ponto Q?Qual a potência dissipada no diodo ?

ID(mA)
120...............................................................................................................................
100..............................................................................................................................
80..............................................................................................................................
60.............................................................................................................................
40.............................................................................................................................
20.............................................................................................................................
10.............................................................................................................................
0............................................................................................................................
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 VD(V)

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ELIÉSIO 9

06) Usando as características do diodo apresentado na questão 5, encontre os mesmos dados para um resistor de 200 Ω. Descreva sobre o que acontece com a reta de carga.

07) Usando as características do diodo apresentado na questão 5, encontre os mesmos dados para uma fonte de 2 V. Descreva sobre o que acontece com a reta de carga.

08) No circuito apresentado à tensão da fonte é de 5 V e o diodo é de silício. Qual o valor da corrente e potência na carga RL se esta for de 100 Ω ?

09) Se a fonte no circuito da questão 8 é de 12 V e a carga de 1 KΩ. Qual o valor da corrente através do diodo? Qual a corrente através da carga? Qual a potência dissipada na carga?

10) Para que o circuito apresentado funcione sem problemas, cite dois tipos de diodos que podem ser utilizados?

Se a fonte de tensão for invertida ,cite dois tipos

de diodos que podem ser utilizados?

1) Identifique a condição das lâmpadas (acesa ou apagada) no circuito ao lado.(diodo ideal)

12) Nos circuitos abaixo determine os valores das tensões(V) e corrente(I) indicadas.(diodo ideal) a) b) c) d)

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ELIÉSIO 10

A
B
C ch
−10VD D2
L1 L2 L3

13) Indique a situação das lâmpadas [acesa ou apagada] para cada posição da chave. +10V 0V

L1
L2

Chave A Chave BChave C L3

14) Determine a reta de carga, o ponto quiescente, a tensão quiescente, a corrente quiescente e a potência quiescente dissipada pelo diodo no circuito abaixo, tomando como base à curva característica apresentada.

D
ID(mA)
12...................... ..................................................... 5V 1KΩ
10...........................................................................
8...........................................................................
6...........................................................................
4...........................................................................
2...........................................................................
0.................................................................VDC(V).....
0 1 2 3 4 5 6

15) Tendo como referência à tabela de diodos apresentada neste caderno encontre diodos que possam ser utilizados nos circuitos abaixo.

a) +200V b) +200V
120Ω 120Ω

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ELIÉSIO 1

+5V a) A tensão medida no diodo é de 5V.

16) Tomando como base o circuito abaixo, responda: ⇒ Ele está aberto ou em curo?

100Ω b) Alguma coisa provocou um curto no resistor de 100Ω.

⇒ Qual a tensão no diodo?

D c) A tensão no diodo é 0V.

17) Esboce o gráfico I-V de um diodo de silício com uma barreira de potencial de 0,7V e uma tensão de ruptura 50V. Explique com suas próprias palavras cada parte do gráfico.

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