M025 - Diodo

O Diodo

No Módulo anterior nós ficamos conhecendo o semicondutor. Neste vamos estudar o componente mais simples obtido a partir de semicondutores.

O Diodo é um componente eletrônico que tem a função de deixar a corrente passar, quando polarizado num sentido, e de bloquear a passagem da corrente se polarizado no sentido oposto.

O simbolo do diodo é o da figura 1:

Fig 1

Os terminais do Diodo são chamados de anodo e catodo, conforme você pode ver na figura 1.

As formas comerciais mais comuns para os Diodos estão apresentadas na figura 2.

Fig 2

O Diodo é constituído de uma junção formada por um semicondutor P com um semicondutor N, conforme a figura 3.

Fig 3

Ao se conectar o Diodo a uma fonte de tensão, conforme a figura 4, os elétrons da barra N são repelidos pelo terminal negativo da fonte e se deslocam em direção à barra P. Da mesma forma as lacunas da barra P são repelidas pelo terminal positivo da fonte em direção à barra N. Ao chegarem à região da junção entre as barras, os elétrons de N saltam para as lacunas em P e continuam a se deslocar em direção ao terminal positivo da fonte, saltando de lacuna em lacuna. Quando um elétron deixa a barra N, entrando na barra P, ele abre um espaço na barraN que é prontamente preenchido por um novo elétron vindo do terminal negativo da fonte. Assim a corrente entre os terminais da fonte se estabelece. Dizemos que o Diodo está diretamente polarizado.

Fig 4

Se agora nós conectarmos a fonte de tensão conforme a figura 5, os elétrons da barra N são atraídos pelo terminal negativo da fonte e se afastam da junção com a barra P. Da mesma forma as lacunas da barra P são atraídas pelo terminal positivo da fonte e também se afastam da região de junção com a barra N. Assim, não tem lacunas + elétrons na região da junção para se combinarem e portanto não tem como passar corrente de uma barra para outra. Dizemos que o Diodo está reversamente polarizado.

Fig 5

A explicação acima corresponde a um Diodo ideal. Na prática a coisa funciona um pouco diferente. Quando o diodo está sem conexão à fonte, alguns elétrons livres da barra N saltam para as lacunas próximas da junção, na barra P. É como um vagão de trem lotado. Ao se abrir a porta algumas pessoas são empurradas para fora pela "pressão interna de pessoas". Quando isto acontece, este elétron que atravessou a junção deixa o espaço equivalente a uma lacuna da barra N. Ou seja, podemos dizer que alguns elétrons saltam para a barra P e a mesma quantidade de lacunas aparece na barra N. Esta recombinação das cargas próximo à junção (dos dois lados), provoca o aparecimento de uma região pobre em portadores de carga. Esta região é chamada de zona de depleção, que em português quer dizer "falta". Como não tem portadores de carga, é uma região com dificuldade de condução de corrente. Outro efeito que ocorre com esta "invasão" de elétrons e lacunas e o aparecimento de uma pequena tensão chamada de tensão intrínseca da junção que causa o aparecemento do campo elétrico E (fig 6) e tende a puxar de volta os elétrons que foram para P e as lacunas que foram para N. Chega um momento que esta tensão se equilibra com a quantidade de elétrons e lacunas que se deslocaram e a junção se "fecha".

Fig 6

Se no processo de polarização direta do Diodo, explicado na figura 4, você conectar uma fonte com tensão inferior à tensão intrínseca da junção, a força sobre elétrons e lacunas não é suficiente para iniciar a corrente através da zona de depleção e o diodo permanece cortado, sem corrente. Esta só começa a circular quando a tensão da fonte começa a superar a tensão intrínseca.

Para Diodos de silício, esta tensão é da ordem de 0,7V. Para Diodos de germânio, esta tensão é da ordem de 0,2V.

A tensão intrínseca de junção é uma característica ruim para os diodos pois aparece como uma ddp em seus terminais e ao passar corrente pelo Diodo vai acontecer uma dissipação de potência dada por V_intrínseca x I. Como exemplo, se você passar uma corrente de 1A por um Diodo de silício, vai acontecer uma dissipação de 0,7V x 1A = 0,7W. Esta dissipação representa aquecimento desnecessário e perda de energia.

Os fabricantes disponibilizam alguns Diodos especiais que, mesmo sendo de silício, conseguem reduzir esta tensão intrínseca, podendo chegar a 0,15V. Estes Diodos são chamados de Diodos Schottky.

Se para o Diodo a tensão intrínseca é ruim, para o transistor bipolar ela é essencial para o funcionamento como veremos no próximo Módulo.