O diodo retificador - Clube da Eletrônica
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CLUBE DA ELETRÔNICA ELETRÔNICA O DIODO GERAL RETIFICADOR Introdução A união de um semicondutor tipo P e um do tipo N, obtém-se uma junção PN, que é um dispositivo de estado sólido simples. O diodo semicondutor de junção PN, que em determinadas condições de polarização, possibilitam a circulação de corrente. São usados como semicondutores, por exemplo, o silício e o germânio. O nome diodo vem da junção das palavras duplo ( DI ) eletrodo ( odo ), isto é, um componente formado por dois eletrodos. Representações O Diodo de junção PN Em sua aplicação mais simples o diodo de junção PN e tem propriedades retificadoras, ou seja, só deixa passar a corrente em um certo sentido. Os diodos possuem dois terminais: Ânodo (A) ⇒ É terminal do cristal tipo P, no qual se formam os ânions ( ânions + eletrodo ) Catodo (K) ⇒ É terminal do cristal tipo N, no qual se formam os cátions ( cátions + eletrodo ) Nota : Em diodos de baixa e média potência o terminal catodo é identificado por um anel. Em diodos de alta potência ( maiores ) o símbolo do diodo é impresso no encapsulamento. Silício x Germânio Diodos de silício apresentam, em geral, correntes nominais e faixas de temperatura maiores que os diodos de germânio. Silício Faixa de tensão 1000 V Faixa de temperatura 400ºC Barreira de potencial a 25ºC ≈ 0,7 V Germânio Faixa de tensão 400 V Faixa de temperatura 100ºC Barreira de potencial a 25ºC ≈ 0,3 V A grande desvantagem do diodo de silício esta em sua barreira de potencial, ou seja, necessita de uma tensão maior para alcançar a região de condução, aproximadamente 0,7 V, enquanto que os diodos de germânio conduzem, após aproximadamente 0,3 V. Exemplo: O diodo retificador – Autor : Clodoaldo Silva - Versão : 08Out2005 1 CLUBE DA ELETRÔNICA ELETRÔNICA GERAL Característica físicas Curva característica do diodo Dois problemas serão encontrados se detalharmos muito o estudo sobre o diodo: O primeiro é uma equação é razoavelmente complexa e completamente difícil de se usar para analisar alguns circuitos. O segundo problema é que esta equação é geralmente errada! A razão para esta é que o relacionamento real de corrente /tensão depende de detalhes da construção do diodo, a escolha de materiais, dopagem, etc.. Especialistas em eletrônica tratam destes problemas simplificando com três modelos de aproximações. Aproximações do diodo Existem três aproximações muito usadas para os diodos de silício, e cada uma delas é útil em certas condições. 1ª Aproximação – O diodo ideal A exponencial se aproxima a uma vertical e uma horizontal que passam pela origem de coordenadas. Este diodo ideal não existe na realidade. Exemplo : O diodo retificador – Autor : Clodoaldo Silva - Versão : 08Out2005 2 CLUBE DA ELETRÔNICA ELETRÔNICA GERAL 2ª Aproximação – O diodo necessita de uma tensão maior que 0,7 V para conduzir A exponencial se aproxima a uma vertical e a uma horizontal que passam por 0,7 V (este valor é o valor da tensão de joelho para o silício, porque supomos que o diodo é de silício, se fora de germânio se tomaria o valor de 0,3 V). Exemplo: 3ª Aproximação – Incluindo 0,7 V e a resistência de corpo do diodo Na terceira aproximação incluímos a resistência de corpo do diodo, aparecendo uma tensão adicional que aumenta a medida que a corrente aumenta. Exemplo: Qual aproximação usar ? Na maioria das situações do dia a dia a segunda aproximação é a mais recomendada; é esta que usaremos ao longo do curso, salvo indicação em contrário. Influência da temperatura O diodo retificador – Autor : Clodoaldo Silva - Versão : 08Out2005 3 CLUBE DA ELETRÔNICA ELETRÔNICA GERAL Vimos acima que o diodo diretamente polarizado possui uma barreira de potencial de 0,7 V se silício e 0,3 V se germânio, isso a 25º C. Experimentos mostram que o diodo quando aquecido uma certa temperatura sua barreira de potencial diminui. Vamos a um exemplo: O diodo 1N914 da Philips possui as seguintes especificações técnicas: VF = 1V @ IF = 10mA . Qual a tensão direta sobre o diodo se a temperatura da junção atingir 125ºC ? ∆VF = VF(final) – VF(inicial) ∆T = TF(final) – TF(inicial) como a tensão direta sobre o diodo diminui em aproximadamente –2,5mV por graus Celsius teremos: - 2,5mV = ( VF final – 1V ) ÷ ( 125ºC – 25ºC ) VF final = 0,75V Polarização Polarizar significa submeter o componente a uma fonte de tensão, que em determinadas condições de polarização, possibilitam ou não a circulação de corrente. Polarização direta Acontece quando o positivo da fonte é ligado ao terminal Anodo do diodo. Polarização reversa Acontece quando o positivo da fonte é ligado ao terminal catodo do diodo. O diodo retificador – Autor : Clodoaldo Silva - Versão : 08Out2005 4 CLUBE DA ELETRÔNICA ELETRÔNICA GERAL Resistência DC ( direta ) de um diodo Como o diodo é um componente não linear, a sua resistência DC varia com a corrente que passa através dele. Vejamos alguns dos diodos mais usados na eletrônica. Exemplo: O diodo 1N4007 possui um VF típico de 0,93V para 1A a 25ºC, nessas condições a resistência do diodo é de : VD = RD . ID ∴ RD = VD ÷ ID Assim temos : RD = 0,93V ÷ 1A RD = 0,93 Ω Resistência DC ( reversa ) de um diodo A corrente reversa de um diodo é muito baixa, para nosso exemplo do diodo 1N4007, o valor típico é de 0,05 µA. Aplicando uma tensão DC reversa de 20 V teremos uma resistência reversa de: VR = RR . IR ∴ RR = VR ÷ IR Assim temos : RR = 20 V ÷ 50nA RD = 400 MΩ Vamos a mais um exemplo, agora nos aproximando da tensão de ruptura, portanto aumentando a corrente reversa. VR = RR . IR ∴ RR = VR ÷ IR Assim temos : O diodo retificador – Autor : Clodoaldo Silva - Versão : 08Out2005 5 CLUBE DA ELETRÔNICA ELETRÔNICA GERAL RR = 1000 V ÷ 10µA RD = 100 MΩ Nota : A resistência DC reversa diminui a medida que no aproximamos da tensão de ruptura. O Resistor limitador de corrente Nunca devemos ligar um diodo em série com uma fonte de alimentação na polarização direta, pois nesta condição ele se comporta praticamente como um curto circuito. Vamos ao exemplo genérico: Sabemos que V = R.I, porém sabemos que haverá uma queda de tensão sobre o diodo ( pela segunda aproximação ). Assim podemos concluir pela 1ª Lei de Ohm que: V – Vd = Rs.I ∴ Rs = ( V – Vd ) ÷ I Vamos a um exemplo prático O diodo 1N914 possui as seguintes especificações : VF (máximo) = 1V e IF(máximo) = 100mA. A 25ºC. Para conecta-lo em uma fonte de 12 V, qual deve ser o valor de Rs? Vamos a um erro comum. Rs = ( V – Vd ) ÷ I Rs = ( 12 V – 1V ) ÷ 100mA Rs = 11V ÷ 100mA Rs = 110 Ω O que há de errado com esse raciocínio ? Aparentemente nada, porém experimentos comprovam alguns fatores interferem na corrente que passa pelo do diodo, temperatura por exemplo, portanto nunca trabalhar no limite das especificações de um componente. Vejamos o que poderia acontecer. Veja datasheet do diodo 1N914 da philips O diodo retificador – Autor : Clodoaldo Silva - Versão : 08Out2005 6 CLUBE DA ELETRÔNICA ELETRÔNICA GERAL Lembre-se o diodo o diodo suporta no máximo 100 mA. Como solucionar esse problema ? A faixa de tensão do diodo é muito estreita, portanto pequenas alterações na tensão surtirão grandes alterações de corrente. Alguns autores trabalham com um valor médio, ou seja, IF ( máximo ) ÷ 2, o que nos dará uma boa margem de segurança. Exemplo: Às vezes, lavando as mãos sujamos a consciência. (Autor desconhecido) www.clubedaeletronica.com.br Referencias bibliográficas Malvino, A.P. Eletrônica - volume I. São Paulo: McGraw Hill , 1987. Boylestad, R. e Nashelsky, L. Dispositivos Eletrônicos e Teoria dos Circuitos. Rio de Janeiro: PrenticeHall, 1994. Marcus, O. Circuitos com diodos e Transistores. São Paulo: Érica, 2000 O diodo retificador – Autor : Clodoaldo Silva - Versão : 08Out2005 7
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