Eletrônica 1

Diodos

Prof. Hermano Cabral

Depto de Eletrônica e Sistemas � UFPE

Diodos

Introdução

Consideramos até agora o ampli�cador, um dispositivo linear.

Um outro dispositivo eletrônico quase sempre utilizado deforma não-linear é o diodo.

O diodo é utilizado em geral quando se deseja que a corrente�ua em um sentido mas não no outro.

Diodos

Introdução

Consideramos até agora o ampli�cador, um dispositivo linear.

Um outro dispositivo eletrônico quase sempre utilizado deforma não-linear é o diodo.

O diodo é utilizado em geral quando se deseja que a corrente�ua em um sentido mas não no outro.

Diodos

Introdução

Consideramos até agora o ampli�cador, um dispositivo linear.

Um outro dispositivo eletrônico quase sempre utilizado deforma não-linear é o diodo.

O diodo é utilizado em geral quando se deseja que a corrente�ua em um sentido mas não no outro.

Diodo Ideal

Característica Corrente-Tensão

O diodo ideal é o dispositivo eletrônico não-linear maisfundamental.

É um dispositivo de 2 terminais que deixa a corrente �uir emum sentido mas não no outro, como representado acima.

Diodo Ideal

Característica Corrente-Tensão

O diodo ideal é o dispositivo eletrônico não-linear maisfundamental.

É um dispositivo de 2 terminais que deixa a corrente �uir emum sentido mas não no outro, como representado acima.

Diodo Ideal

Característica Corrente-Tensão

Sua característica de corrente×tensão é formada por doissegmentos de reta, um com resistência in�nita e outro comresistência nula, como mostrado acima.

Diodo Ideal

Característica Corrente-Tensão

Assim, o diodo tem duas formas de operação, uma como umcircuito em aberto e outra como um curto-circuito,dependendo do valor de tensão aplicado sobre os terminais.

Diodo Ideal

Reti�cador

Uma aplicação fundamental do diodo é o circuito reti�cador,que consiste em um diodo e um resistor em série.

Diodo Ideal

Reti�cador

Desejamos calcular a saída vo(t)para uma onda de entradavi (t) como a acima.

Diodo Ideal

Reti�cador

Temos que analisar 2 casos:

vD(t) < 0

iD(t) > 0

Diodo Ideal

Reti�cador

Temos que analisar 2 casos:

vD(t) < 0

iD(t) > 0

Diodo Ideal

Reti�cador

Temos que analisar 2 casos:

vD(t) < 0

iD(t) > 0

Diodo Ideal

Reti�cador

O 1º caso corresponde ao diodo se comportando como umcircuito aberto.

Neste caso, a corrente sobre o resistor é nula eportanto vo(t)=0.

Diodo Ideal

Reti�cador

O 1º caso corresponde ao diodo se comportando como umcircuito aberto.

Neste caso, a corrente sobre o resistor é nula eportanto vo(t)=0.

Diodo Ideal

Reti�cador

O 2º caso corresponde ao diodo se comportando como umcurto-circuito.

Aqui, a tensão sobre o diodo é nula e portanto vo(t) = vi (t).

Diodo Ideal

Reti�cador

O 2º caso corresponde ao diodo se comportando como umcurto-circuito.

Aqui, a tensão sobre o diodo é nula e portanto vo(t) = vi (t).

Diodo Ideal

Reti�cador

É fácil ver que, se vi (t) < 0, então vD(t) = vi (t) < 0, eportanto o diodo está cortado.

De forma similar, se vi (t) > 0 e o diodo estivesse cortado,vD(t) seria maior do que zero, uma impossibilidade, de ondeconcluímos que o diodo está conduzindo.

Diodo Ideal

Reti�cador

É fácil ver que, se vi (t) < 0, então vD(t) = vi (t) < 0, eportanto o diodo está cortado.

De forma similar, se vi (t) > 0 e o diodo estivesse cortado,vD(t) seria maior do que zero, uma impossibilidade, de ondeconcluímos que o diodo está conduzindo.

Diodo Ideal

Reti�cador

A forma de onda da saída é, portanto, como mostrada acima.

Diodo Ideal

Exemplo

Supondo os diodos ideais, calcule os valores de I e V noscircuitos acima.

Diodo Ideal

Portas Lógicas

Outra aplicação de diodos é na implementação de portaslógicas.

Diodos de Junção

Características Elétricas

A resposta i versus v de um diodo real de junção difere umpouco da resposta de um diodo ideal.

Diodos de Junção

Características Elétricas

A curva característicaapresenta 3 regiõesdistintas:

Polarização direta

Polarização inversa

Ruptura

Diodos de Junção

Região de Polarização Direta

A região de polarização direta é aquela para a qual a tensão vé positiva.

A relação i�v é

i = Is(ev/nVT − 1

)A constante Is é denominada de corrente de saturação oucorrente de escala, é depende do diodo e da temperatura.

A constante VT é denominada de tensão térmica e depende datemperatura, enquanto a constante n depende do material eestrutura física do diodo e tem valor entre 1 e 2.

Diodos de Junção

Região de Polarização Direta

A região de polarização direta é aquela para a qual a tensão vé positiva.

A relação i�v é

i = Is(ev/nVT − 1

)

A constante Is é denominada de corrente de saturação oucorrente de escala, é depende do diodo e da temperatura.

A constante VT é denominada de tensão térmica e depende datemperatura, enquanto a constante n depende do material eestrutura física do diodo e tem valor entre 1 e 2.

Diodos de Junção

Região de Polarização Direta

A região de polarização direta é aquela para a qual a tensão vé positiva.

A relação i�v é

i = Is(ev/nVT − 1

)A constante Is é denominada de corrente de saturação oucorrente de escala, é depende do diodo e da temperatura.

A constante VT é denominada de tensão térmica e depende datemperatura, enquanto a constante n depende do material eestrutura física do diodo e tem valor entre 1 e 2.

Diodos de Junção

Região de Polarização Direta

A região de polarização direta é aquela para a qual a tensão vé positiva.

A relação i�v é

i = Is(ev/nVT − 1

)A constante Is é denominada de corrente de saturação oucorrente de escala, é depende do diodo e da temperatura.

A constante VT é denominada de tensão térmica e depende datemperatura, enquanto a constante n depende do material eestrutura física do diodo e tem valor entre 1 e 2.

Diodos de Junção

Região de Polarização Direta � Corrente de Saturação

A corrente de saturação Is é diretamente proporcional à áreada seção transversal do diodo.

Is é fortemente dependente da temperatura, dobrando de valora cada 5◦ C.

Para diodos de baixa potência (pequenos sinais) à temperaturaambiente, Is é da ordem de 10−15 A.

Diodos de Junção

Região de Polarização Direta � Corrente de Saturação

A corrente de saturação Is é diretamente proporcional à áreada seção transversal do diodo.

Is é fortemente dependente da temperatura, dobrando de valora cada 5◦ C.

Para diodos de baixa potência (pequenos sinais) à temperaturaambiente, Is é da ordem de 10−15 A.

Diodos de Junção

Região de Polarização Direta � Corrente de Saturação

A corrente de saturação Is é diretamente proporcional à áreada seção transversal do diodo.

Is é fortemente dependente da temperatura, dobrando de valora cada 5◦ C.

Para diodos de baixa potência (pequenos sinais) à temperaturaambiente, Is é da ordem de 10−15 A.

Diodos de Junção

Região de Polarização Direta � Tensão Térmica

A tensão térmica VT é dada por

VT =kT

q

Aqui, T é a temperatura do diodo em graus Kelvin,k = 1, 38× 10−23 J/K é a constante de Boltzmann eq = 1, 6× 10−19 C é a carga do elétron.

Para a temperatura ambiente, VT ≈ 25 mV.

Diodos de Junção

Região de Polarização Direta � Tensão Térmica

A tensão térmica VT é dada por

VT =kT

q

Aqui, T é a temperatura do diodo em graus Kelvin,k = 1, 38× 10−23 J/K é a constante de Boltzmann eq = 1, 6× 10−19 C é a carga do elétron.

Para a temperatura ambiente, VT ≈ 25 mV.

Diodos de Junção

Região de Polarização Direta � Tensão Térmica

A tensão térmica VT é dada por

VT =kT

q

Aqui, T é a temperatura do diodo em graus Kelvin,k = 1, 38× 10−23 J/K é a constante de Boltzmann eq = 1, 6× 10−19 C é a carga do elétron.

Para a temperatura ambiente, VT ≈ 25 mV.

Diodos de Junção

Região de Polarização Direta

Quando i � Is , a expressão para a corrente pode sersimpli�cada para

i ≈ Isev/nVT

Esta relação logarítmica se mantém por várias décadas decorrente (7 décadas ou mais).

Desta relação, vemos que, se i1 é a corrente para umatensão v1 e i2 é a corrente para v2, então

v2 − v1 = nVT lni2i1

= 2, 3nVT logi2i1

Isto signi�ca que se a corrente varia de um fator de 10, atensão de 60 mV, se n = 1, ou 120 mV, se n = 2.

Diodos de Junção

Região de Polarização Direta

Quando i � Is , a expressão para a corrente pode sersimpli�cada para

i ≈ Isev/nVT

Esta relação logarítmica se mantém por várias décadas decorrente (7 décadas ou mais).

Desta relação, vemos que, se i1 é a corrente para umatensão v1 e i2 é a corrente para v2, então

v2 − v1 = nVT lni2i1

= 2, 3nVT logi2i1

Isto signi�ca que se a corrente varia de um fator de 10, atensão de 60 mV, se n = 1, ou 120 mV, se n = 2.

Diodos de Junção

Região de Polarização Direta

Quando i � Is , a expressão para a corrente pode sersimpli�cada para

i ≈ Isev/nVT

Esta relação logarítmica se mantém por várias décadas decorrente (7 décadas ou mais).

Desta relação, vemos que, se i1 é a corrente para umatensão v1 e i2 é a corrente para v2, então

v2 − v1 = nVT lni2i1

= 2, 3nVT logi2i1

Isto signi�ca que se a corrente varia de um fator de 10, atensão de 60 mV, se n = 1, ou 120 mV, se n = 2.

Diodos de Junção

Região de Polarização Direta

Quando i � Is , a expressão para a corrente pode sersimpli�cada para

i ≈ Isev/nVT

Esta relação logarítmica se mantém por várias décadas decorrente (7 décadas ou mais).

Desta relação, vemos que, se i1 é a corrente para umatensão v1 e i2 é a corrente para v2, então

v2 − v1 = nVT lni2i1

= 2, 3nVT logi2i1

Isto signi�ca que se a corrente varia de um fator de 10, atensão de 60 mV, se n = 1, ou 120 mV, se n = 2.

Diodos de Junção

Região de Polarização Direta

Da curva característica acima, vemos que i ≈ 0 para v menordo que a tensão de corte, que é aproximadamente 0,5 V.

Além disso, vemos que a corrente aumenta rapidamente acimadeste valor de tensão de corte.

Portanto, para uma condução plena, a queda de tensão nodiodo se restringe a uma faixa entre 0,6 e 0,8 V.

Diodos de Junção

Região de Polarização Direta

Da curva característica acima, vemos que i ≈ 0 para v menordo que a tensão de corte, que é aproximadamente 0,5 V.

Além disso, vemos que a corrente aumenta rapidamente acimadeste valor de tensão de corte.

Portanto, para uma condução plena, a queda de tensão nodiodo se restringe a uma faixa entre 0,6 e 0,8 V.

Diodos de Junção

Região de Polarização Direta

Da curva característica acima, vemos que i ≈ 0 para v menordo que a tensão de corte, que é aproximadamente 0,5 V.

Além disso, vemos que a corrente aumenta rapidamente acimadeste valor de tensão de corte.

Portanto, para uma condução plena, a queda de tensão nodiodo se restringe a uma faixa entre 0,6 e 0,8 V.

Diodos de Junção

Região de Polarização Direta

Uma vez que tanto Is como VT variam com a temperatura, acaracterística direta i�v varia com a temperatura comomostrado acima.

Diodos de Junção

Região de Polarização Inversa

Na região de polarização inversa, a relação exponencial vistaacima mostra que, se v < 0 e sua magnitude for algumasvezes maior do VT , então

i ≈ −Is

Diodos de Junção

Região de Polarização Inversa

A corrente inversa segunda a relação exponencial seria daordem da corrente de saturação, ou da ordem de 10−15 A paradiodos de baixa potência.

Para diodos reais esta corrente inversa pode ser várias ordensde magnitude maior, embora ainda desprezível comparada coma corrente direta.

Isto se deve a efeitos de fuga de elétrons, o que faz tambémque essas correntes sejam proporcionais à seção reta da junção.

Nesta disciplina tomaremos a corrente inversa comopraticamente nula.

Diodos de Junção

Região de Polarização Inversa

A corrente inversa segunda a relação exponencial seria daordem da corrente de saturação, ou da ordem de 10−15 A paradiodos de baixa potência.

Para diodos reais esta corrente inversa pode ser várias ordensde magnitude maior, embora ainda desprezível comparada coma corrente direta.

Isto se deve a efeitos de fuga de elétrons, o que faz tambémque essas correntes sejam proporcionais à seção reta da junção.

Nesta disciplina tomaremos a corrente inversa comopraticamente nula.

Diodos de Junção

Região de Polarização Inversa

A corrente inversa segunda a relação exponencial seria daordem da corrente de saturação, ou da ordem de 10−15 A paradiodos de baixa potência.

Para diodos reais esta corrente inversa pode ser várias ordensde magnitude maior, embora ainda desprezível comparada coma corrente direta.

Isto se deve a efeitos de fuga de elétrons, o que faz tambémque essas correntes sejam proporcionais à seção reta da junção.

Nesta disciplina tomaremos a corrente inversa comopraticamente nula.

Diodos de Junção

Região de Polarização Inversa

A corrente inversa segunda a relação exponencial seria daordem da corrente de saturação, ou da ordem de 10−15 A paradiodos de baixa potência.

Para diodos reais esta corrente inversa pode ser várias ordensde magnitude maior, embora ainda desprezível comparada coma corrente direta.

Isto se deve a efeitos de fuga de elétrons, o que faz tambémque essas correntes sejam proporcionais à seção reta da junção.

Nesta disciplina tomaremos a corrente inversa comopraticamente nula.

Diodos de Junção

Região de Ruptura

A região de ruptura é obtida quando a tensão inversa excede atensão de ruptura VZK.

Diodos de Junção

Região de Ruptura

A corrente inversa na região de ruptura aumenta rapidamentetal qual na região direta, e pode ser destrutiva se a potênciadissipada for maior do que a máxima permitida pelo fabricante.

Apesar de normalmente os diodos não serem projetados paraoperar na região de ruptura, um tipo de diodo, o diodo Zener,é especi�camente fabricado para trabalhar nesta região.

Diodos de Junção

Região de Ruptura

A corrente inversa na região de ruptura aumenta rapidamentetal qual na região direta, e pode ser destrutiva se a potênciadissipada for maior do que a máxima permitida pelo fabricante.

Apesar de normalmente os diodos não serem projetados paraoperar na região de ruptura, um tipo de diodo, o diodo Zener,é especi�camente fabricado para trabalhar nesta região.