O diodo retificador - Clube da Eletrônica

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