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Departamento de Engenharia Electrotécnica (DEE)

Electrónica II - Cursos de Engª Electrotécnica e Engª de Electrónica e Computadores Luís Veríssimo, Fevereiro de 2002

CátodoÂnodo

O díodo• Dispositivo de dois terminais

• Componente elementar não-linear utilizado em circuitos muito variados

• Aplicações: conversores de potência AC/DC –rectificadores, processamento de sinais, circuitos digitais, etc..

• Tipos: díodos de “galena” ( primitivos receptores de rádio); díodos de vácuo (válvulas de vácuo); díodos de junção (materiais semicondutores: silício, germânio, etc..)



Díodo de utilização corrente

Símbolo

Junção pn

O díodo

iD

vD

Característica

Ânodo Cátodo

(A) (K)

P N(A) (K)

iD

vD



iR

vR

R

iR

vR

iD

vD

iD

vD

Resistência – dispositivo linear

Díodo – dispositivo não linear

)1e.(Ii T

D

nVv

SD −=

Rv

i RR =



Característica do díodo• relação entre a corrente e a

tensão no díodo, iD(vD)

• se vD>0 – díodo polarizado directamente

• se vD<0 – díodo polarizado inversamente

qT.k

V

)1e.(Ii

T

nVv

SDT

D

=

−=

iD

vD

Polarizaçãodirecta

Polarizaçãoinversa

• IS – corrente de saturação inversa (10-9 @ 10-15)

• VT – tensão térmica

• K – constante de Boltzmann (1,38.10-23 J/ºK)

• T – temperatura absoluta (0ºC ≈ 273ºK)

• q – carga do electrão (1,6.10-19 Coulomb)



O díodo idealiD

vD

vD

iDA K

vD<0 => iD=0

vD

iDA K

iD>0 => vD=0

• Se aos terminais do díodo for aplicada uma tensão negativa não flui corrente no díodo; o díodo comporta-se como um circuito em aberto

• Se for “injectada” uma corrente positiva no díodo, do ânodo para o cátodo, obtém-se uma queda de tensão nula aos terminais do díodo; o díodo comporta-se como um curto-circuito.



Exemplo de operação dos dois modos de funcionamento do díodo ideal

• Díodo polarizado directamente, equivalente a um curto-circuito

iD

vD

+10V

1kΩ

iD

vD

+10V

1kΩ

iD

vD

+10V

1kΩ

iD

vD

+10V

1kΩ

• Díodo polarizado inversamente, equivalente a um circuito em aberto.

Ωk1V10

iD

+=



iD

vD v0

vi

D

R

Rv

i

vv

0v0i

'ON'D,0v

iD

io

DD

i

=

====>>

>

0i.Rv

0i0v

'OFF'D,0v

Do

DD

i

=====><

<

O rectificador de meia-onda

iD=0

vD v0

vi<0

D

R

iD

vD=0v0

vi>0

D

R



iD

vD v0

vi

D

R

O rectificador de meia-onda

• Nos meios ciclos positivos o díodo está polarizado directamente, comporta-se como um curto-circuito, e a corrente flui sem restrições no díodo.

• Nos meios ciclos negativos, o díodo está polarizado inversamente, comporta-se como um circuito aberto, e por isso a corrente no díodo é nula.t

Vmáx

v0

Vmáx

t

vi



Silíciotipo

P

Silíciotipo

N

Estrutura física do díodo de silício O díodo de junção pn

consiste na junção de dois materiais, um

semicondutor tipo p em contacto com um

semicondutor tipo n

Os semicondutores tipo p e n consistem num substracto (silício puro, p.ex.) ao qual foram adicionadas impurezas tipo

p (elementos com três electrões na última órbita) ou tipo n(elementos com cinco electrões na última órbita)



Junção pn não polarizada

Região de deplexão

Buracos Electrõeslivres

• Junção pn sem qualquer tensão aplicada

• Formação de uma zona na junção dos materiais p e n,designada por região de deplexão ou região de carga espacial

• Formação de uma barreira potencial

• Correntes de difusão de buracos da região p para a região n e de electrões da região n para a região p



VR

Junção pn polarizada inversamente

A tensão inversa aplicada (VR) vai reforçar o campo

eléctrico na zona de carga espacial, a largura desta

vai aumentar e constitui-se como uma barreira forte à

passagem de corrente.

As correntes de difusão são nulas



VD

Junção pn polarizada directamente A tensão directa aplicada

(VD) vai reduzir, ou mesmo eliminar, o campo eléctrico na zona de carga espacial, a largura desta vai diminuir

e a barreira de potencial desaparece facilitando a passagem de corrente.

As correntes de difusão são importantes



Modelo do díodo aproximado com fonte de tensão e resistência

RfVγideal

iD

vDVγ

• Polarização directa – díodo equivalente a uma fonte de tensão Vγγem série com uma resistência Rf

• Polarização inversa – díodo equivalente a uma resistência elevada, Rr ≈∞≈∞



iD

vDVγ

Modelo do díodo aproximado com fonte de tensão constante

Vγideal

• Polarização directa – díodo equivalente a uma fonte de tensão constante Vγγ

• Polarização inversa – díodo equivalente a uma resistência elevada, Rr ≈∞≈∞



iD

vDVγ

-VZ0

O díodo de zenerCaracterística do díodo de zener

vD

iD

vZ

iZ



iD

vDVγ

-VZ0

OFFONzener ONdirecta

Modelo linear do díodo de zener com fonte de tensão constante e resistência

0i

Vv

D

0ZD

<

−<

0i

VvV

D

D0Z

=

≤≥− γ

0i

Vv

D

D

>

≥ γ

VZ0

RZ

Vγ

RF

idealideal



iD

vDVγ

-VZ0

ONzener OFF ONdirecta

Modelo linear do díodo de zener com fonte de tensão constante

0i

Vv

D

0ZD

<

−<

0i

VvV

D

D0Z

=

≤≥− γ

0i

Vv

D

D

>

≥ γ

VZ0 Vγ

idealideal



R

V iD

A

KVo

Vo

Vi

Vγ

V

t

Vi

VoVγ

Circuitos limitadores



V

t

Vi

VoVL+V γ

Vo

Vi

VL+Vγ

Vi DA

K

VL

Vo

R




V

t

Vi

Vo

-Vγ

Vo

ViVγ


R

Vi

DA

K Vo



Vo

Vi

-(V L+V γ)

V

t

Vi

Vo

-(VL+Vγ)

Vi DA

K

VL

Vo

R




Vi D1

A

K

VL1

Vo

R

D2A

K

VL2

Vo

Vi

VL1+Vγ

-(VL2+Vγ)

V

-(VL2+Vγ)

VL1+Vγ

Vi

Vo

t




V

t

Vi

VoVL+V γ

Circuitos limitadores Vi D1

DZ

Vo

R

Vo

Vi

VZ+V γ



Circuitos limitadores Vi D1

DZ

Vo

R

Vo

Vi

-(VZ+Vγ)

V

t

Vi

Vo

-(VZ+Vγ)



Circuitos limitadoresVi DZ1

DZ2

Vo

R

Vo

Vi

VZ1+Vγ

-(VZ2+Vγ)

V

-(V Z2+Vγ)

VZ1+Vγ

Vi

Vo

t



C

Vi

DA

K Vo

Vc

Circuito fixador

4V

-6V

t

Vi

10V

0t

Vo



C

Vi

DA

K

Vo

Vc

Vi

Vimax

t

Vi

-2.Vimax

t

Circuito fixador



ViVimax

t

Circuito fixador

C

Vi

DA

K Vo

Vc

V i

2.Vimax

t



ViVimax

t

Circuito duplicador de tensão

C1

Vi

D1 Vo

Vc1

C2

D2

Vo

2.Vimax

t

Vi

2.Vimax

t

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