Diodos semicondutores são amplamente utilizados emindústria eletrônica e eletrônica. Eles são usados independentemente e como junção pn de transistores e muitos outros dispositivos. Como componentes discretos, os diodos são uma parte fundamental de muitos circuitos eletrônicos. Eles encontram muitos usos, desde aplicações de baixa potência até retificadores de corrente.
O que é um diodo?
Traduzido do grego, o nome desteelemento eletrônico significa literalmente "dois terminais". Eles são chamados de ânodo e cátodo. No circuito, a corrente flui do ânodo para o cátodo. Um diodo semicondutor é um elemento unidirecional e o fluxo de corrente na direção oposta é bloqueado.
Princípio de funcionamento
O design dos diodos semicondutores é muito diferente.É por isso que existem muitos tipos deles, que diferem tanto na denominação quanto nas funções que desempenham. No entanto, na maioria dos casos, o princípio básico de funcionamento dos diodos semicondutores é o mesmo. Eles contêm uma junção pn, que fornece sua funcionalidade básica.
Este termo é geralmente usado em relação aforma de diodo padrão. Na verdade, isso se aplica a quase qualquer tipo deles. Os diodos constituem a base da indústria eletrônica moderna. Tudo - desde elementos simples e transistores até microprocessadores modernos - é baseado em semicondutores. O princípio operacional de um diodo semicondutor é baseado nas propriedades dos semicondutores. A tecnologia baseia-se num conjunto de materiais cuja introdução de impurezas na rede cristalina permite obter áreas onde os portadores de carga são buracos e electrões.
Junção Pn
O diodo do tipo pn recebeu esse nome porqueEle usa uma junção pn, que permite que a corrente flua em apenas uma direção. O elemento possui outras propriedades que também são amplamente utilizadas. Os diodos semicondutores, por exemplo, são capazes de emitir e detectar luz, alterar a capacitância e regular a tensão.
A junção Pn é um semicondutor básicoestrutura. Como o nome sugere, é uma junção entre regiões do tipo p e n. A junção 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.
Características volt-ampere
O diodo é caracterizado por uma curva corrente-tensão,que pode ser dividido em 2 ramos: direto e reverso. Na direção oposta, a corrente de fuga está próxima de 0, mas com o aumento da tensão aumenta lentamente e quando a tensão de ruptura é atingida, começa a aumentar acentuadamente. Na direção direta, a corrente aumenta rapidamente com o aumento da tensão aplicada acima do limite de condução, que é de 0,7 V para diodos de silício e 0,4 V para diodos de germânio. Elementos que utilizam outros materiais têm diferentes características de corrente-tensão e tensões de limiar de condução e ruptura.
Um diodo com junção pn pode ser considerado comodispositivo de nível básico. É amplamente utilizado em muitas aplicações, desde circuitos de sinal e detectores até limitadores ou supressores de transientes em bobinas de indução ou relé e retificadores de alta potência.
Características e parâmetros
As especificações do diodo fornecem um grande volumedados. No entanto, explicações precisas sobre o que são nem sempre estão disponíveis. Abaixo estão os detalhes das diversas características e parâmetros do diodo, que são fornecidos nas especificações.
Material semicondutor
O material usado nas junções p-n temde extrema importância porque afeta muitas das características básicas dos diodos semicondutores. O silício é o material mais utilizado devido à sua alta eficiência e baixos custos de produção. Outro elemento comumente usado é o germânio. Outros materiais são normalmente usados em diodos para fins especiais. A escolha do material semicondutor é importante porque determina o limite de condutividade - cerca de 0,6 V para o silício e 0,3 V para o germânio.
Queda de tensão no modo de corrente direta (U pr.)
Qualquer circuito elétrico através do qual passacorrente, provoca uma queda de tensão, e este parâmetro de um diodo semicondutor é de grande importância, principalmente para retificação, onde a perda de potência é proporcional a U av. Além disso, os componentes eletrônicos muitas vezes devem fornecer uma pequena queda de tensão, uma vez que os sinais podem ser fraco, mas ainda precisa ser superado.
Isso acontece por dois motivos.A primeira é a própria natureza da junção pn e é o resultado da tensão limite de condução que permite que a corrente atravesse a camada de depleção. O segundo componente são as perdas resistivas normais.
O indicador é de grande importância para diodos retificadores, por onde podem passar grandes correntes.
Tensão reversa de pico (U rev. máx.)
Esta é a tensão reversa mais alta quediodo semicondutor pode suportar. Não deve ser excedido, caso contrário o elemento poderá falhar. Não é apenas a tensão RMS do sinal de entrada. Cada circuito deve ser considerado por seus próprios méritos, mas para um retificador simples de meia onda com um capacitor de suavização, lembre-se de que o capacitor manterá uma tensão igual ao pico do sinal de entrada. O diodo será então exposto ao pico do sinal de entrada na direção reversa e, portanto, sob essas condições, haverá uma tensão reversa máxima igual ao valor de pico da onda.
Corrente direta máxima (U pr. max)
Ao projetar um circuito elétrico é necessárioCertifique-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 rev.)
Em um diodo ideal não deveria haver corrente reversa.Mas em junções pn reais ela existe devido à presença de portadores de carga minoritários no semicondutor. A intensidade da 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 - à medida que aumenta, aumenta significativamente. Além disso, é altamente dependente do tipo de material semicondutor. Nesse aspecto, o silício é muito melhor que o germânio.
A corrente de fuga é determinada em uma certa tensão reversa e em uma temperatura específica. Geralmente é especificado em microamperes (μA) ou picoamperes (pA).
Capacitância de transferência
Todos os diodos semicondutores possuem capacitânciatransição. A zona de depleção é uma barreira dielétrica entre duas placas, que são formadas na borda da região de depleção e na região com a maioria dos portadores de carga. O valor real da capacitância depende da tensão reversa, o que faz com que a zona de transição mude. Aumentá-lo expande a zona de esgotamento e, portanto, reduz a capacidade. Este fato é utilizado em varactores ou varicaps, mas para outras aplicações, principalmente em radiofrequência, esse efeito deve ser mínimo. O parâmetro geralmente é especificado em pF em uma determinada tensão. Diodos especiais de baixa impedância estão disponíveis para muitas aplicações de RF.
Tipo de concha
Dependendo da finalidade, semicondutorOs diodos são produzidos em embalagens de vários tipos e formatos. Em alguns casos, especialmente quando utilizado em circuitos de processamento de sinais, o pacote é um elemento chave na determinação das características globais desse elemento eletrônico. Em circuitos de potência onde a dissipação de calor é importante, o invólucro pode determinar muitos parâmetros comuns do diodo. Dispositivos de alta potência precisam poder ser conectados a um radiador. Células pequenas podem ser produzidas em invólucros de chumbo ou como dispositivos de montagem em superfície.
Tipos de diodos
Às vezes é útil familiarizar-se com a classificação dos diodos semicondutores. No entanto, alguns elementos podem pertencer a diversas categorias.
Diodo invertido.Embora não seja tão amplamente utilizado, é um tipo de elemento do tipo pn que opera de forma muito semelhante a um elemento de túnel. Apresenta uma baixa queda de tensão no estado aberto. Encontra aplicação em detectores, retificadores e chaves de alta frequência.
Diodo de trânsito de injeção. Tem muito em comum com o voo de avalanche mais comum. Usado em geradores de microondas e sistemas de alarme.
Diodo Gunn. Não é do tipo pn, mas é um dispositivo semicondutor com dois terminais. É comumente usado para gerar e converter sinais de microondas na faixa de 1-100 GHz.
O diodo emissor de luz ou LED é um dos maistipos populares de elementos eletrônicos. Na polarização direta, a corrente que flui através da junção faz com que a luz seja emitida. Eles usam semicondutores compostos (por exemplo, arsenieto de gálio, fosfeto de gálio, fosfeto de índio) e podem brilhar em uma variedade de cores, embora inicialmente limitados apenas ao vermelho. Existem muitos novos desenvolvimentos que estão mudando a forma como os monitores funcionam e são produzidos, um exemplo disso são os LEDs OLED.
Foto-diodo. Usado para detectar luz.Quando um fóton atinge uma junção pn, ele pode criar elétrons e lacunas. Os fotodiodos normalmente operam sob condições de polarização reversa, onde mesmo pequenas correntes resultantes da luz podem ser facilmente detectadas. Fotodiodos podem ser usados para gerar eletricidade. Às vezes, elementos do tipo pino são usados como fotodetectores.
Diodo de pino.O nome do elemento eletrônico descreve bem a estrutura do diodo semicondutor. Possui regiões padrão do tipo p e n, mas entre elas existe uma região interna sem impurezas. Tem o efeito de aumentar a área da região de depleção, o que pode ser útil tanto para comutação quanto para fotodiodos, etc.
Uma junção pn padrão pode ser considerada comoo tipo comum ou padrão de diodo usado hoje. Eles podem ser usados em RF ou outras aplicações de baixa tensão, bem como em retificadores de alta tensão e alta potência.
Diodos Schottky.Têm uma queda de tensão direta menor do que os semicondutores de silício tipo pn padrão. Em baixas correntes pode ser de 0,15 a 0,4 V, e não 0,6 V, como acontece com os diodos de silício. Para isso, eles não são fabricados como de costume - eles usam um contato metal-semicondutor. São amplamente utilizados como limitadores, retificadores e em equipamentos de rádio.
Diodo de armazenamento de carga.É um tipo de diodo de micro-ondas usado para gerar e moldar pulsos em frequências muito altas. Seu funcionamento é baseado em uma característica de desligamento muito rápido.
Diodo laser.Difere da emissão de luz normal porque produz luz coerente. Os diodos laser são usados em muitos dispositivos - desde unidades de DVD e CD até ponteiros laser. Eles são muito mais baratos que outras formas de laser, mas significativamente mais caros que os LEDs. Eles têm uma vida útil limitada.
Diodo túnel.Embora não seja amplamente utilizado hoje, ele foi usado anteriormente em amplificadores, osciladores e dispositivos de comutação, e circuitos de disparo de osciloscópios quando era mais eficiente do que outros elementos.
Varator ou Varicap.Usado em muitos dispositivos de radiofrequência. Neste diodo, a polarização reversa altera a largura da camada de depleção dependendo da tensão aplicada. Nesta configuração, atua como um capacitor com a região de depleção atuando como dielétrico isolante e as placas formadas pelas regiões condutoras. Usado em osciladores controlados por tensão e filtros de radiofrequência.
Diodo Zener.É um tipo de diodo muito útil porque fornece uma tensão de referência estável. Devido a isso, os diodos zener são usados em grandes quantidades. Ele opera sob condições de polarização reversa e rompe quando uma certa diferença de potencial é atingida. Se a corrente for limitada por um resistor, isso garante 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, diferentes tipos de semicondutoresOs diodos incluem elementos para aplicações de baixa e alta potência que emitem e detectam luz, com baixa queda de tensão direta e capacitância variável. Além disso, existem várias variedades utilizadas na tecnologia de microondas.
