Diodos semicondutores

1. Diodos semicondutores

2. Os diodos são componentes eletrônicos formados por semicondutores. São usados como semicondutores, por exemplo, o silício e o germânio, que em determinadas condições de polarização, possibilitam a circulação de corrente. Externamente, os diodos possuem dois terminais: Ânodo (A) e o Cátodo (K) e há, próximo ao terminal Cátodo uma faixa que o indica. Possui formato cilíndrico. Diodos

3. A condição de um diodo semicondutor pode ser rapidamente determinada usando-se um ohmímetro. A bateria interna do ohmímetro polarizará direta ou reversamente o diodo quando aplicada. Se o terminal positivo for ligado ao ânodo e o terminal negativo ao cátodo, então o diodo fica diretamente polarizado e o medidor deve indicar uma resistência baixa. Com a polaridade contrária, a bateria interna polarizará o diodo reversamente e a resistência será muito alta. Esta análise vale apenas para o ohmímetro digital. Teste do diodo com ohmímetro

4. Diodo Retificador Diodo Zener Diodo PIN Diodo Tunnel DIAC – Diode for AlternatingCurrent Fotodiodo Diodo Laser LED – Light Emittingdiode Super LED Ponte retificadora integrada Tipos de diodos

5. O diodo retificador é um semicondutor mais simples e muito usual, principalmente em fonte de alimentação que convertem corrente alternada (AC) em corrente continua (CC). A função é deixar fluir elétrons num sentido só. O modo de construção é bem simples é um material tipo P e um tipo N unidos, onde cada material recebe um contato elétrico que são chamados de ânodo e cátodo. O material tipo P recebe o nome de ânodo e o tipo N é chamado de cátodo. Na junção, os elétrons livres do semicondutor do tipo  N são atraído pelas lacunas (buracos) do semi condutor do tipo P, criando a barreira de potencial. É o tipo mais simples de componentes eletrônicos, usados como retificador de corrente elétrica. Possui uma queda de tensão de, aproximadamente 0,3 V (germânio) e 0,7 V (Silício). Diodo retificador

6. Quando colocado em um simples circuitobaterialâmpada, o diodo permite ou impede corrente através da lâmpada, dependendo da polaridade da tensão aplicada, como nas duas figuras abaixo. Aplicação diodo retificador Circuito Básico Polarização Retificador

7. Tabelas de Modelos

8. O diodo zener é um tipo especial de diodo utilizado como regulador de tensão. A sua capacidade de regulação de tensão é empregada principalmente nas fontes de alimentação, visando a obtenção de uma tensão de saída fixa. Ele é essencialmente um regulador de tensão e é representado nos diagramas pelo símbolo a seguir. Diodo Zener

9. O comportamento do diodo zener depende fundamentalmente da forma como é polarizado. • Com polarização direta; • Com polarização inversa. Polarização direta Com polarização direta o diodo zener se comporta da mesma forma que um diodo retificador, entrando em condução e assumindo uma queda de tensão típica. Normalmente o diodo zener não é utilizado com polarização direta nos circuitos eletrônicos. A figura a seguir mostra um diodo zener polarizado diretamente e a curva característica de condução Comportamento do diodo zener

10. Até um determinado valor de tensão inversa, o diodo zener se comporta como um diodo comum, ficando em bloqueio. No bloqueio, circula no diodo zener uma pequena corrente de fuga, conforme mostra a figura abaixo: Polarização inversa

11. O sinal negativo de IZ (-IZ) na figura anterior indica que esta corrente circula no sentido inverso pelo diodo. Em um determinado valor de tensão inversa, o diodo zener entra subitamente em condução, apesar de polarizado inversamente. A corrente inversa aumenta rapidamente e a tensão sobre o zener se mantém praticamente constante. O valor de tensão inversa que faz com que o diodo zener entre em condução é denominado de tensão zener. Tensão zener (VZ) é a tensão que, aplicada inversamente a um diodo zener, provoca a sua condução. Enquanto houver corrente inversa circulando no diodo zener, a tensão sobre seus terminais se mantém praticamente no valor de tensão zener. O funcionamento típico do diodo zener é com corrente inversa, o que estabelece uma tensão fixa sobre seus terminais. É importante observar que, no sentido reverso, o diodo zener difere do diodo retificador convencional. Um diodo retificador nunca chega a conduzir intensamente no sentido reverso e se isto acontecer o diodo estará em curto, danificado permanentemente. O diodo zener é levado propositalmente a conduzir no sentido reverso, visando obter a tensão zener constante sobre seus terminais, sem que isto danifique o componente.

12. Alguns Modelos

13. Simbologia O nome é devido á existência de uma camada I (intrínseca” Silício sem dopagem ) entre as camadas P e N conforme esboço da figura abaixo: Quando diretamente polarizado, buracos e elétrons são injetados na camada intensiva I e suas cargas não se anulam de imediato, elas ficam ativas por um determinado período. Isso resulta em uma carga média na camada que possibilita a condução. Na polarização nula ou reversa, não há carga armazenada e o diodo se comporta como um capacitor em paralelo com a resistência própria do conjunto. Em polarização reversa praticamente não conduz, oferecendo uma alta tensão de ruptura, da ordem de centenas de volts atuando como um capacitor. Em polarização direta comporta-se como uma resistência variável de baixo valor Diodo PIN Age como resistor controlado pela corrente, atua como limitador em circuitos ou como atenuador em microondas.

14. Com tensão contínua ou de baixa frequência, o diodo PIN tem um comportamento próximo do diodo de junção PN. Em frequências mais altas, de períodos inferiores ao tempo de duração das cargas, a resistência apresenta uma variação característica com a corrente. Isso dá ao componente aplicações variadas em altas frequências (atenuadores, filtros, limitadores) Aplicação Modelo de Diodo PIN

15. Simbologia São diodos de junção PN com elevadas concentrações de impurezas (dopagem) em ambas as camadas. Nesta situação, a região de depleção é muito estreita, na faixa de "algumas dezenas de átomos" de espessura. A proximidade das partes ativas das camadas permite o efeito túnel. O resultado é o comportamento de resistência negativa, isto é, a corrente diminui com o aumento da tensão, em uma parte da curva de polarização direta.  A característica de resistência negativa permite a construção de osciladores simples como o circuito da figura. A elevada dopagem faz com que a maior parte dos portadores sejam buracos e elétrões, que têm ação bastante rápida. Assim, pode operar em frequências elevadas.Os diodos túnel são pouco usados atualmente. As principais desvantagens são a baixa potência e o custo, fatores com vantagem em outras tecnologias. Diodo Tunnel

16. Para correntes cujos valores estão compreendidos entre Iv e Ip, podemos obter o mesmo valor de corrente para 3 diferentes valores de tensão aplicada. Esta característica de valores múltiplos faz com que o diodo-túnel seja útil em circuitos de pulso digitais. Outra aplicação é como chave, operando em velocidade muito altas, como o tunelamento ocorre à velocidade da luz. Vantagens: baixo custo, baixo ruído, simplicidade de fabricação, alta velocidade(o tempo de chaveamento é da ordem de Nanossegundos ), imunidade ao meio ambiente e baixa potência. Desvantagens: baixa variação na tensão de saída e o fato de ser um dispositivo com dois terminais, com isso não existe isolação entre a entrada e a saída, provocando assim sérias dificuldades em projetos de circuitos. Aplicações e outras características Figura de Alguns Modelos

17. Um DIAC é um comutador de onda completa ou bidirecional que dispara nos dois sentidos e ambas as polaridades. DIAC Significa (diodo comutador AC). É composto por três camadas (PNP), a sua construção assemelhas-se a de um transistor bipolar, porém difere na dopagem do cristal N. O circuito equivalente de um DIAC é um par de diodos em paralelo. O DIAC é colocado tipicamente em série com a porta (GATE) de um TRIAC. Os DIACs são usados frequêntemente em conjunto com TRIAC porque estes dispositivos não disparam simetricamente em consequência das ligeiras diferença entre as duas partes do dispositivos. É o gatilho bidirecional, ou diodo que conduz corrente apenas após a tensão de disparo ser atingida, e para de conduzir quando a corrente elétrica cai abaixo de um valor característico, chamada de corrente de corte. Este comportamento é o mesmo nas duas direções de condução de corrente. O DIAC é normalmente usado para disparar TRIACs e SCRs. Como um DIAC é um gatilho bidirecional, seus terminais não são marcados como ânodo ou catodo mas a maioria é marcada como A1 ou MT1 e A2 ou MT2. O DIAC conduz quando a tensão em seus terminais excede o valor da avalanche direta em qualquer sentido, após o disparo o dispositivo conduz e a tensão passa de um valor de disparo para um valor inferior (VH), onde se mantém enquanto o DIAC conduz. Uma vez conduzido a única forma de abri-lo é por meio de um desligamento por baixa corrente, ou seja, reduzindo a corrente abaixo de um valor especificado para o dispositivo. DIAC – diode for alternatingcurrent

18. Figura mostra um DIAC Simbologia do DIAC Simbologia

19. O diac é vulgarmente utilizado como dispositivo de disparo de triacs e tiristores em circuitos de controlo de intensidade luminosa, aquecimento, velocidade de motores e aplicações semelhantes. Uma das aplicações do diac são os circuitos Dimmer(regulação de intensidade luminosa). Aplicação DIAC Dimmer

20. Os fotodiodos podem ser usados tanto no modo fotocondutivo como fotovoltaico. O princípio de funcionamento é simples de se entender: Quando luz incide numa junção semicondutora, portadores de carga são liberados. Nessas condições temos a manifestação de dois fenômenos que podem ser utilizados na prática. Um deles é que a resistência no sentido inverso da junção iluminada diminui e o outro é que aparece uma tensão no dispositivo. Se o sensor aproveitar a variação da resistência inversa com a luz no modo de operação, dizemos que ele opera no modo fotocondutivo. Se ele aproveitar a tensão gerada com a luz, dizemos que ele opera no modo fotovoltaico. Na prática os dois modos de utilização são aproveitados. Na figura abaixo temos o símbolo e o aspecto desses sensores que também podem ser usados em conjunto com elementos emissores de luz. FOTODIODO Simbologia e algumas fotos representativas

21. O fotodiodo pode ser aplicado no foco automático de filmadora, na unidade ótica de CD Player e em sistema de contador de pulsos. Outra aplicação muito usada na rede de alimentação pública é o sensor crepuscular. Nos sistemas de iluminação pública é importante saber em que altura é que está suficientemente escuro, para poder iluminar as luzes. Representação de alguns modelos no mercado Aplicações diversas

22. A fonte de laser é um dispositivo contendo o diodo laser e um foto diodo monitor. Quando devidamente polarizado o diodo laser emite luz polarizada no comprimento de onda para o qual foi projetado (CD-780nm- Infravermelho invisível, DVD- 635nm a 680nm – vermelho visível). O fotodiodo monitor absorve parte desta luz, mantendo constante a intensidade da emissão disponível. O DVD deve ser compatível também com discos CD. Por isto o DVD player tem duas fontes de laser – uma emitindo luz infravermelha entre 780 nm e outra luz vermelha entre 635 nm e 680 nm. Lentes e drives do laser também são duplicados. Quando o disco é instalado no player os circuito tentam uma focalização com o laser infravermelho CD, não conseguindo repetem a operação com o laser azul DVD. Diodo laser

23. O Diodo Emissor de Luz (LED) é um diodo que emite luz visível quando energizado. Em qualquer junção PN diretamente polarizada há, diretamente dentro da estrutura, e próxima á junção, uma recombinação de lacunas e elétrons. Esta recombinação exige que a energia possuída pelo elétron livre seja transferida para um outro estado. Em todas as junções PN semicondutoras uma parte dessa energia será emitida em forma de calor, e também uma parte em forma de fótons. O processo de emissão de luz por aplicação de uma fonte elétrica de energia é chamado eletroluminescência . Os Leds funcionam da mesma forma que os diodos comuns, ou seja, só conduzem corrente elétrica quando a tensão do anodo for maior que a do catodo. Led

24. Simbologia

25. Para o LED funcionar num circuito sem ter riscos de queimar, vai um resistor em série com ele. Para determinar o valor deste resistor é fácil. Basta subtrair da tensão de alimentação (V), a tensão sobre o LED (Vled) e dividir o resultado pela corrente que dê um bom brilho (10mA = 0,01 A). A tensão do LED VERMELHO é 1,6 V, AMARELO = 1,8 V e VERDE = 2,1 V. Desafio: 1- Calcule o resistor equivalente para um led de cor predominante VERDE, com uma alimentação de 24Vcc. 2- Calcule o resistor equivalente para um LED de cor predominante AMARELO, com uma alimentação de 24Vcc. 3- Calcule o resistor equivalente para um LED de cor predominante VERMELHO, com uma alimentação de 24Vcc. Determinar um resistor para um led

26. Os leds podem se de baixa (0,1W), média (0,2W à 0,5W) e de alta potência ( acima de 0,5W). Em geral, o de baixa e média potência são utilizados para sinalização e efeitos decorativos. Os de alta potência já podem ser aplicados em iluminação geral. Abaixo alguns Benefícios do LED: Baixo custo de Manutenção: Vida útil de 50.000 horas, evitando distúrbios, prejuízos e aborrecimentos. Maximo efeito Visual: Possibilidade de colorir superfícies com luz, variando o aspecto de fachadas e ambientes em geral. Pode ser uma fonte de luz monocromática, sem geração de ultravioleta e infravermelho, alcança uma saturação de cor e brilho maior que as opções atuais. Acendimento Imediato: Possibilita a criação efeito tipo “Flashing”. Confiabilidade: Resiste a grandes variações de temperatura e a vibração, garantindo a continuidade de operação independentemente das condições do local de uso, criando novas possibilidades para aplicação de luz, como por exemplo, a orientação do tráfico de vias públicas. Novas possibilidades para Design: As mais novas soluções proporcionam uma flexibilidade de estar criando design diversos para comodidade e maximizando o rendimento dos sistemas de iluminação, graças ao tamanho reduzido e a sua geometria. Maior Segurança: Operam em baixa tensão (< 33V). Proporcionam segurança para os usuários durante a sua instalação. Quanto emitindo luz branca, a luminância dos novos modelos de super LED pode chegar a 38 milicandela por metro quadrado (Mcd/m2) As lâmpadas de halogênio utilizada nos faróis de veículos chega aproximadamente de 25Mcd/m2. Super Led

27. Figuras ilustrativas do Super Led

28. A ponte retificadora pode ser Monofásica ou trifásica, totalmente controlada ou Semi-Controlada, podendo ser montada de forma compacta ou por meio de conjunto com arranjo de tiristores e diodos. Nas monofásicas são 4 diodos interligados dentro de uma única cápsula. É usada para substituir os 4 diodos do circuito retificador de muitas fontes de alimentação. Sua principal vantagem é ocupar menos espaço que os diodos separados. Teste da PONTE RETIFICADORA: Use a escala de (ohm), coloque a ponta preta no terminal ( + ) e a vermelha em cada terminal onde entra a alternada. O ponteiro não deve mexer em nenhum ponto. Se mexer em algum ponto significa que a ponte esta em (CURTO-CIRCUITO). A seguir coloque a vermelha no ( - ) e a preta no terminais alternados. O ponteiro também não deve mexer. Se mexer, a ponte está em ( CURTO-CIRCUITO). Nas figuras observamos os aspectos construtivos de pontes retificadoras monofásicas, trifásicas suas características principais são a tensão e corrente máxima de operação. E também existe as comuns como mostra na figura, são para operar em circuito eletrônicos tradicionais onde precisa reduzir os espaços. Ponte Retificadoras

29. Ponte retificadora alguns modelos

30. SOD-80 Encapsulamento de Diodos O encapsulamento SOD-80 também conhecido como MELF, é um pequeno cilindro de vidro com terminadoresmetálicos: Diodos tecnologia smd (SurfaceMountComponent) Códigos de identificação Marcados como 2Y4 ate 75Y (E24 série) BZV49 série 1W diodos zener (2.4 - 75V) Marcados como C2V4 TO C75 (E24 série) BZV55 série 500mW diodos zener (2.4 - 75V)

31. Figuras diodo smd

32. Perguntas!!!