Os diodos semicondutores são amplamente utilizados na eletrônica e na indústria eletrônica. Eles são usados independentemente e como uma junção p-n de transistores e muitos outros dispositivos. Como um componente discreto, os diodos são uma parte fundamental de muitos circuitos eletrônicos. Eles encontram muitas aplicações que vão desde aplicações de baixa potência até retificadores.
O que é um diodo?
Traduzido do grego, o nome deste elemento eletrônico significa literalmente "dois terminais". Eles são chamados de ânodo e cátodo. Em um circuito, a corrente flui do ânodo para o cátodo. O diodo semicondutor é um elemento unilateral e o fluxo de corrente na direção oposta é bloqueado.
Princípio de funcionamento
O dispositivo de diodos semicondutores é muito diferente. Esta é a razão pela qual existem muitos tipos deles, que diferem tanto no valor de face quanto nas funções que desempenham. No entanto, na maioria dos casos, o princípio básicooperação de diodos semicondutores é o mesmo. Eles contêm uma junção p-n, que fornece sua funcionalidade básica.
Este termo geralmente é usado em referência à forma padrão de um diodo. Na verdade, aplica-se a quase qualquer tipo deles. Os diodos formam a espinha dorsal da indústria eletrônica moderna. Tudo - desde elementos simples e transistores até microprocessadores modernos - é baseado em semicondutores. O princípio de operação de um diodo semicondutor é baseado nas propriedades dos semicondutores. A tecnologia é baseada em um grupo de materiais, cuja introdução de impurezas na rede cristalina permite obter regiões nas quais lacunas e elétrons são portadores de carga.
P-n-junção
O diodo tipo p-n recebeu esse nome porque usa uma junção p-n que permite que a corrente flua em apenas uma direção. O elemento possui outras propriedades que também são amplamente utilizadas. Diodos semicondutores, por exemplo, podem emitir e detectar luz, alterar a capacitância e regular a tensão.
P-n-junção é uma estrutura básica de semicondutor. Como o nome sugere, é uma junção entre as regiões do tipo p e n. A transição permite que os portadores de carga se movam em apenas uma direção, o que, por exemplo, possibilita a conversão de corrente alternada em corrente contínua.
Os diodos padrão são geralmente feitos de silício, embora germânio e outros materiais semicondutores também sejam usados, principalmente para fins especiais.
Volt-amperagem característica
O diodo é caracterizado por uma curva corrente-tensão, que pode ser dividida em 2 ramos: direto e reverso. Na direção oposta, a corrente de fuga é próxima de 0, mas com o aumento da tensão ela aumenta lentamente e, quando a tensão de ruptura é atingida, começa a aumentar acentuadamente. Na direção direta, a corrente aumenta rapidamente com tensão aplicada acima do limite de condução, que é 0,7 V para diodos de silício e 0,4 V para germânio. Células que usam materiais diferentes têm características de volt-ampere diferentes e limites de condução e tensões de ruptura.
O diodo p-n-junção pode ser considerado como um dispositivo de nível básico. É amplamente utilizado em muitas aplicações que vão desde circuitos de sinal e detectores até limitadores ou supressores de transientes em bobinas de indução ou relé e retificadores de alta potência.
Recursos e parâmetros
As especificações do diodo fornecem muitos dados. No entanto, explicações precisas sobre o que são nem sempre estão disponíveis. Abaixo estão os detalhes das várias características e parâmetros do diodo, que são fornecidos nas especificações.
Material semicondutor
O material usado nas junções p-n é de suma importância porque afeta muitas das características fundamentais dos diodos semicondutores. O silício é o mais utilizado devido à sua alta eficiência e baixo custo de produção. Outra muito utilizadao elemento é germânio. Outros materiais são normalmente usados em diodos para fins especiais. A escolha do material semicondutor é importante porque determina o limiar de condução - cerca de 0,6 V para silício e 0,3 V para germânio.
Queda de tensão no modo de corrente contínua (U pr.)
Qualquer circuito elétrico por onde passe a corrente causa uma queda de tensão, e este parâmetro de um diodo semicondutor é de grande importância, principalmente para retificação, quando as perdas de potência são proporcionais a U ave. Além disso, componentes eletrônicos muitas vezes precisam fornecer uma pequena queda de tensão, porque os sinais podem ser fracos, mas ainda precisam superá-la.
Isso acontece por dois motivos. A primeira está na própria natureza da junção p-n e é o resultado de uma tensão de limiar de condução que permite que a corrente atravesse a camada de depleção. O segundo componente é a perda resistiva normal.
O indicador é de grande importância para diodos retificadores, que podem transportar grandes correntes.
Tensão reversa de pico (U arr. máx.)
Esta é a tensão reversa mais alta que um diodo semicondutor pode suportar. Não deve ser excedido, caso contrário o elemento pode falhar. Não é apenas a tensão RMS do sinal de entrada. Cada circuito deve ser considerado em seus méritos, mas para um simples retificador de meia onda com um capacitor de suavização, lembre-se de que o capacitor manterá uma tensão igual ao pico da entradasinal. O diodo será então submetido ao pico do sinal de entrada na direção reversa e, portanto, nestas condições haverá uma tensão reversa máxima igual ao valor de pico da onda.
Corrente direta máxima (U pr. max)
Ao projetar um circuito elétrico, certifique-se de que os níveis máximos de corrente do diodo não sejam excedidos. À medida que a corrente aumenta, é gerado calor adicional, que deve ser removido.
Corrente de fuga (I arr.)
Em um diodo ideal, não deve haver corrente reversa. Mas em junções p-n reais, isso se deve à presença de portadores de carga minoritários no semicondutor. A quantidade de corrente de fuga depende de três fatores. Obviamente, o mais significativo deles é a tensão reversa. Além disso, a corrente de fuga depende da temperatura - com seu crescimento, aumenta significativamente. Além disso, é altamente dependente do tipo de material semicondutor. Nesse sentido, o silício é muito melhor que o germânio.
A corrente de fuga é determinada em uma certa tensão reversa e uma certa temperatura. Geralmente é especificado em microamps (ΜA) ou picoamps (pA).
Capacitância de transição
Todos os diodos semicondutores têm capacitância de junção. A zona de depleção é uma barreira dielétrica entre duas placas que se formam na borda da região de depleção e a região com os portadores de carga majoritários. O valor real da capacitância depende da tensão reversa, o que leva a uma mudança na zona de transição. Seu aumento expande a zona de depleção e, consequentemente,reduz a capacidade. Este fato é explorado em varactors ou varicaps, mas para outras aplicações, principalmente aplicações de RF, esse efeito deve ser minimizado. O parâmetro geralmente é especificado em pF em uma determinada tensão. Diodos especiais de baixa resistência estão disponíveis para muitas aplicações de RF.
Tipo de caso
Dependendo da finalidade, os diodos semicondutores são produzidos em embalagens de diversos tipos e formatos. Em alguns casos, principalmente quando utilizado em circuitos de processamento de sinais, o encapsulamento é um elemento chave na determinação das características gerais daquele elemento eletrônico. Em circuitos de potência onde a dissipação de calor é importante, o encapsulamento pode determinar muitos dos parâmetros gerais de um diodo. Dispositivos de alta potência precisam ser conectados a um dissipador de calor. Itens menores podem ser produzidos em estojos de chumbo ou como dispositivos de montagem em superfície.
Tipos de diodos
Às vezes é útil conhecer a classificação dos diodos semicondutores. No entanto, alguns itens podem pertencer a várias categorias.
Díodo invertido. Embora não seja tão amplamente utilizado, é um tipo de elemento tipo p-n, que em sua ação é muito semelhante ao túnel. Apresenta baixa queda de tensão no estado ligado. Encontra uso em detectores, retificadores e chaves de alta frequência.
Díodo de trânsito de injeção. Tem muito em comum com o voo de avalanche mais comum. Usado em geradores de microondas e sistemas de alarme.
Diode Gunn. Não pertence ao tipo p-n, mas é um dispositivo semicondutor com dois terminais. É comumente usado para gerar e converter sinais de microondas na faixa de 1-100 GHz.
Emissor de luz ou LED é um dos tipos mais populares de componentes eletrônicos. Na polarização direta, a corrente que flui através da junção faz com que a luz seja emitida. Eles usam semicondutores compostos (por exemplo, arseneto de gálio, fosforeto de gálio, fosforeto de índio) e podem brilhar em uma variedade de cores, embora originalmente fossem limitados apenas ao vermelho. Há muitos novos desenvolvimentos que estão mudando a forma como os displays funcionam e são produzidos, sendo o OLED um exemplo.
Fotodiodo. Usado para detectar luz. Quando um fóton atinge uma junção p-n, ele pode criar elétrons e buracos. Os fotodiodos normalmente operam sob condições de polarização reversa, onde mesmo pequenas correntes geradas pela luz podem ser facilmente detectadas. Fotodiodos podem ser usados para gerar eletricidade. Às vezes, elementos do tipo pino são usados como fotodetectores.
Pin-diode. O nome do elemento eletrônico descreve bem o dispositivo de um diodo semicondutor. Possui regiões padrão do tipo p e n, mas há uma região interna sem impurezas entre elas. Tem o efeito de aumentar a área da região de depleção, o que pode ser útil para comutação, assim como em fotodiodos, etc.
A junção p-n padrão pode ser considerada como uma junção normalou o tipo padrão de diodo que está em uso hoje. Eles podem ser usados em RF ou outras aplicações de baixa tensão, bem como retificadores de alta tensão e alta potência.
diodos Schottky. Eles têm uma queda de tensão direta mais baixa do que os semicondutores de silício do tipo p-n padrão. Em baixas correntes, pode ser de 0,15 a 0,4 V, e não 0,6 V, como nos diodos de silício. Para fazer isso, eles não são feitos como de costume - eles usam um contato metal-semicondutor. São amplamente utilizados como limitadores, retificadores e em equipamentos de rádio.
Díodo com acumulação de carga. É um tipo de diodo de microondas usado para gerar e moldar pulsos em frequências muito altas. Sua operação é baseada em uma característica de disparo muito rápida.
Díodo de laser. Difere da emissão de luz comum, pois produz luz coerente. Os diodos laser são usados em muitos dispositivos, desde unidades de DVD e CD até ponteiros a laser. Eles são muito mais baratos que outras formas de lasers, mas significativamente mais caros que os LEDs. Eles têm uma vida útil limitada.
Díodo de túnel. Embora não seja amplamente utilizado hoje, foi usado anteriormente em amplificadores, osciladores e dispositivos de comutação, circuitos de temporização de osciloscópios, quando era mais eficiente que outros elementos.
Varactor ou varicap. Usado em muitos dispositivos de RF. Para este diodo, a polarização reversa altera a largura da camada de depleção dependendo da tensão aplicada. Nesta configuração eleatua como um capacitor com uma região de depleção atuando como um dielétrico isolante e placas formadas pelas regiões condutoras. Usado em osciladores controlados por tensão e filtros de RF.
Díodo Zener. É um tipo de diodo muito útil, pois fornece uma tensão de referência estável. Devido a isso, o diodo zener é usado em grandes quantidades. Ele funciona sob condições de polarização reversa e rompe quando uma certa diferença de potencial é alcançada. Se a corrente for limitada por um resistor, isso fornecerá uma tensão estável. Amplamente utilizado para estabilizar fontes de alimentação. Existem 2 tipos de quebra reversa em diodos zener: decomposição Zener e ionização por impacto.
Assim, vários tipos de diodos semicondutores incluem elementos para aplicações de baixa e alta potência, emitindo e detectando luz, com baixa queda de tensão direta e capacitância variável. Além disso, existem várias variedades que são usadas na tecnologia de micro-ondas.
