diodos especiais
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DIODOS ESPECIAIS
ELETRÔNICA ANALÓGICA
ENG.º EDERSON ZANCHET
DIODOS – COMPORTAMENTO DINÂMICO
O estudo do diodo em condições dinâmicas leva em conta os efeitos associados ao
bloqueio e condução do diodo.
De acordo com as características do material empregrado, efeito capacitivo gerado em
condição reversa e a taxa de variação da corrende em polarização direta em função do tempo,
fatores como esses, associdos determinam as características dinâmicas do componete além do
tempo de recuperação do diodo que determinará a frequência máxima que o componente pode
operar.
Os diodos podem ser classificado como: Lentos, Rapidos e Ultra-rápidos, como exemplo
para correntes de até 50A e tensões de até 500V, os diodos lentos apresentam tempos
recuperação superiores à 1μs, diodos rapidos trr menores que 200ns e os ultra rápidos tempos
menores que 70ns.
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DIODO DE SCHOTTKY - FUNCIONAMENTO
Seu nome é uma homenagem ao físico alemão Walter Hermann Schottky. Diodo
Schottky é um tipo de diodo que se utiliza o efeito Schottky na semicondução. Sua construção é
diferente da junção PN convencional.
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O semicondutor normalmente empregado
apresenta característica tipo N, entretanto em alguns
casos é utilizado material tipo P. Na Figura 9 temos
exemplo da estrutura do diodo de schottky, onde
tem-se a junção metal-semicondutor, de acordo com
o metal empregado o componente apresentará
características diferentes, níveis de tensão e faixa de
frequência.
Figura 9 – Estrutura interna do diodo schottky
DIODO DE SCHOTTKY – CURVA CARACTERÍSTICA
De acordo com a forma construtiva e o emprego de materiais metálicos a injeção de outros
materiais para processo de dopagem, esse como possuem um nível energético maior são
conhecidos como “portadores quentes”, devido esse arranjo de metal – semicondutor as
característivas se assemelham ao diodo de germânio.
Pagina 4 Figura 10 – Curva característica do diodo schottky
A figura 10 apresenta um comparativo da curva
do diodo retificador comum com diodo de schottky,
observa-se que na regiao reversa a capacidade de
bloqueio é inferior a do diodo retificador comum,
embora essa caracteristica foi melhorada em
diversos componentes.
A capacidade de condução vai até 75ª, mas há
versões até 100A.
DIODO DE SCHOTTKY - APLICAÇÕES
A principal aplicação dessa estrutura é em sistemas com chaveamento de alta frequência
devido a sua capacidade de recuperação (frequência de chaveamento), também tem sido
aplicado em fontes de potência de baixa tensão/alta corrente, em conversores CA→CC (20KHz),
radares, logica TTL para computadores, sistemas de comunicação, instrumentação e conversores
A/D e D/A [2].
Para aplicação em fontes pode suportar uma corrente de 50ª para uma tensão direta de
0,6V (25°C) e tempo de recuperação de 10ns, enquanto o diodo comum ira operar proximo de
1,1V e tempo de recuperação que vai de 20 a 30ns, a diferença parace despresível, mas se
obtivervos o valor da potência Pschottky = 0,6*50 = 30W e Pretificador = 1,1*50 = 55W, quando
comparo em termos de efeciência o primeiro apresenta grande vantagem [2].
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DIODO DE SCHOTTKY
A figura 11 apresenta simbologia para diodo de schottky, embora exista variações do
simbolo. Na figura 12 temos dois modelos de encapsulamento utilizados, nota-se semalhança
com diodo retificador comum.
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Figura 12 – Modelos de encapsulamento do diodo schottky
Figura 11 – Simbologia do diodo de Schottky
DIODO VARACTOR- FUNDAMENTOS
O varactor, capacitância variável com a tensão, varicap, epicap ou também diodo de
sintonia) é amplamente utilizado nos receptores de televisão, receptores de FM e outros
equipamentos de comunicação e tambémem circuitos resonantes.
Os materias semicondutores P e N comportam-se como as placas de um capacitor e a
camada de depleção funciona como o dielétrico.
Quando um diodo é reversamente polarizado a largura da camada de depleção cresce com
o aumento da tensão reversa, assim a camada de depleção fica mais larga com a tensão reversa,
a capacitância diminui. Isso é equivalente ao afastamento das placas de um capacitor, em termos
básicos a capacitância é controlada pela tensão [1].
Pagina 7Figura 12 – Estrutura Interna do Varactor
DIODO VARACTOR – CURVA CARACTERÍSTICA
A figura 13 apresentatam simbologia utilizada para identificação bem como curva
característiva em termos de tensão reversa e capacitância.
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Figura 13 – Simbologia e Curva característica do Varactor
DIODO VARACTOR – CURVA CARACTERÍSTICA
Segundo o princípio de funcionamento, a capacitância varia de acordo com com a tensão
reversa aplicada sobre o componente, conforme expresso pela equação:
Onde:
k = Constante determinada pelo tipo de material semicondutor;
Vt= potencial de joelho;
Vr= valor do potencial de polarização reverso aplicado;
N=1/2 para junções de liga e 1/3 para junções difusas;
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DIODO VARACTOR – CURVA CARACTERÍSTICA
A figura 14 apresenta um exemplo de circuito com varactor e imagem de um varicap
comercial
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Figura 13 – Circuito ressonante e modelo de Diodo Varactor
DIODO TÚNEL – FUNDAMENTOS
Fabricado com um nível de dopagem que vai
de 100 à 1000 vezes o empregado em diodos
retificadores comum, apresentado por Leo Esaki
em 1958 apresenta características diferenciadas
dos demais devido a regiao negativa existente na
polarização direta, conforme pode-se observar na
figura 14.
Devido a intensa dopagem, a região de
deplecção é muito estreita formando um túnel, e
produzindo portadores com velocidades superiores
a dos diodos comuns o que permite operação em
altas frequências.
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Figura 14 – Curva característiva do diodo tunel
DIODO TÚNEL – FUNDAMENTOS
A característica de resistência negativa
permite a construção de osciladores simples.
Entretanto, os diodos túnel são pouco
usados atualmente. As principais desvantagens
são a baixa potência e o custo, fatores que são
melhor atendidos por outras tecnologias.
Na figura 15 temos simbologia normalmente
utilizada.
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Figura 16 – Diodo túnel
Figura 15 – Simbologia diodo Túnel
DIODO GUNN – FUNDAMENTOS
A sua construção interna é diferente de outros
diodos em que ela consiste apenas de material
semicondutor tipo N-dopado ao passo que a maioria
dos diodos consistem em P e N-dopado regiões.
No diodo Gunn, existem três regiões: dois
deles são fortemente dopado em cada terminal,
com uma fina camada de material levemente
dopado no meio.
Quando uma tensão é aplicada ao dispositivo,
o gradiente elétrico irá ser maior de um lado da
camada média fina a condução ocorrerá como em
qualquer material condutor com corrente
proporcional à tensão aplicada [5].
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Figura 17 – Curva Característiva diodo Gunn
DIODO GUNN – FUNDAMENTOS
É assim denominado em homenagem a J Gunn, descobridor (em 1963) do efeito da
geração de microondas por semicondutores N. Devido à sua capacidade de alta frequência, os
diodos de Gunn são usados principalmente em frequências de microondas e acima. A aplicação
mais comum em osciladores , mas são também utilizados em amplificadores de microondas.
O dispositivo exibe característica de resistência negativa. O material semicondutor pode ser
arsenieto de gálio (GaAs) ou nitreto de gálio (GaN), este último para freqüências mais elevadas.
Podem oscilar em freqüências de cerca de 5 GHz até cerca de 140 GHz. [5]
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Figura 18 – Simbologia e Diodo Gunn
TERMISTORES– FUNDAMENTOS
O termistor apresenta característica de
variação de sua resistência de acordo com a
temperatura, não se trata de um componente de
junção do tipo PN, porém é composto por
Germanio, Silicio ou mistura de óxidos de
cobalto, níquel ou manganês de acordo com o
coeficiente de temperatura desejado.
Principal aplicação em sistemas de
proteção e sensoriamento de temperatura, na
figura 19 podemos observar o termistor e figura
20 a curva característica, o termistor a, R25 =
100Ω, termistor b, R25 = 1KΩ e termistor c, R25=
5KΩ.
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Figura 20 – Curva característica do termistor
Figura 19 – termistor
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
[1] MALVINO, Albert Paul. Eletrônica. Vol. I - 4.ª; Ed. Makron Books: São Paulo, 1995.
[2] BOYLESTAD, R. L. Dispositivos eletrônicos e teoria de circuitos; Ed. Prentice Hall: São
Paulo, 2004.
[3] BERTOLI, Roberto Angelo. Eletrônica; UNICAMP, 2000.
[4] BARBI, Ivo, Eletrônica de Pôtencia – 6ª edição, Ed. Do autor: Florianópolis, 2005.
[5] Diodos Semicondutores II, disponível em
http://www.mspc.eng.br/eletrn/semic_220.shtml#diodo_tunel acesso em 27 ago. 2012.
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EDERSON ZANCHET
Mestrando em Engenharia Elétrica e Informática Industrial - UTFPR
Engenheiro de Controle e Automação - FAG
Departamento de Engenharia – FAG
Docente Disciplina de Eletronica Analógica
www.fag.edu/professores/ederson