Os diodos são um dos dispositivos semicondutores mais comuns usados em equipamentos eletrônicos atualmente.
Eles também são um dos mais incompreendidos.
Afinal, os diodos costumam ser chamados de “portões unidirecionais” ou “portões de roubo” quando se fala sobre sua operação.
Quando um diodo é cortado da tensão externa, os elétrons dentro dele ficam presos no interior e não podem escapar novamente.
Como tal, isso aprisiona a corrente que flui por aquela parte específica do circuito interno, sem saída, exceto pelo terminal oposto ou caminho de retorno (portanto, o nome ignora o nome).
No entanto, quando os diodos são mencionados em conjunto com a eletrônica, eles podem ser confusos.
Isso ocorre porque muitas pessoas pensam neles como dispositivos lineares - quando na verdade eles possuem comportamento não linear, o que os torna muito mais versáteis do que apenas um simples botão liga/desliga.
Assim como um instrumento musical tem múltiplos usos além de tocar notas, um diodo serve a muitos propósitos além de apenas ligar e desligar a corrente elétrica.
Vamos dar uma olhada em como os diodos funcionam para que você entenda como eles podem ser usados e quais propriedades únicas eles possuem que os tornam peças tão úteis de circuitos eletrônicos.
O que é um diodo?
Os diodos são derivações elétricas unidirecionais.
Um diodo é uma chave bidirecional controlada eletronicamente que permite que a corrente flua em uma direção apenas sob certas condições.
Quando a corrente flui em apenas uma direção através de um diodo, seus dois “dedos” semicondutores são conectados.
Quando a corrente flui no sentido inverso, os dois dedos ficam isolados um do outro e não há fluxo de corrente.
Os diodos são feitos de dois materiais semicondutores que geralmente são dispostos em forma de “sanduíche” para impedir que os elétrons fluam em ambas as direções.
Uma pequena quantidade de corrente sob certas condições pode dissipar seu excesso de energia como calor, permitindo que os elétrons fluam através do diodo em uma direção - mesmo que a tensão no diodo seja muito maior do que a tensão aplicada ao outro lado.
Como a região ativa do diodo permite apenas que os elétrons fluam em uma direção, enquanto a região externa os impede de fluir de volta, ele é descrito como um shunt elétrico unidirecional.
Os diodos têm terminais positivos e negativos
As duas extremidades de um diodo são marcadas com + e – para indicar que não possui polaridade interna.
Quando uma tensão é aplicada às extremidades de um diodo, isso é chamado de teste de curto-circuito ou “negativo”.
Os diodos não são polarizados como a fiação elétrica polarizada normal - as extremidades são usadas apenas para teste e o meio do diodo é neutro ("sem polaridade") e é conectado aos elementos do circuito.
Em eletrônica, o terminal positivo de um diodo geralmente é o ânodo e o terminal negativo é o cátodo.
No entanto, a convenção não é imutável.
Em alguns circuitos, o terminal negativo é o cátodo e o terminal positivo é o ânodo.
Por exemplo, em um circuito de LED, o terminal negativo é o cátodo, mas em um circuito de bateria, o terminal negativo é o ânodo.
Existem muitos tipos de diodos
Existem muitos tipos diferentes de diodos disponíveis para uso em eletrônica.
A maioria dos diodos é do tipo semicondutor, mas também existem retificadores, fotodiodos e transistores que funcionam como diodos.
Selecionar o tipo adequado de diodo para um circuito específico é importante para obter os resultados desejados.
Alguns tipos importantes de diodos incluem: – Retificadores rápidos: Esses diodos conduzem eletricidade muito rapidamente, permitindo aplicações de alta frequência.
– Retificadores padrão: Esses diodos conduzem eletricidade mais lentamente, permitindo aplicações de baixa frequência.
– Retificadores de barreira Schottky: Esses diodos têm um diodo Schottky embutido que os impede de conduzir para trás.
– Fotodiodos: Esses dispositivos convertem luz em eletricidade, tornando-os úteis em aplicações de detecção.
Os diodos têm diferentes limites de tensão, características e tensões de ruptura
Embora os diodos continuem sendo derivações elétricas unidirecionais, eles normalmente têm uma tensão de ruptura muito alta (maior que 1 megavolt) e um limite de tensão de ruptura (tensão reduzida necessária para iniciar a quebra) que os torna adequados para certos tipos de aplicações.
Esses parâmetros de limite dependem do tipo de diodo que está sendo usado e podem ser alterados para criar vários tipos de diodos.
Por exemplo, um diodo retificador rápido tem um limite de tensão de ruptura de cerca de 0.3 volts.
Isso significa que, se a tensão no diodo for inferior a 0.3 volts, o diodo não conduzirá e o circuito permanecerá em seu estado original.
Se o circuito tentar extrair mais corrente e a tensão no circuito aumentar, o limite de tensão de ruptura do diodo será alcançado e o diodo começará a conduzir a corrente na direção oposta.
Os diodos podem ser usados em aplicações lineares ou não lineares
Uma característica única dos diodos é que eles podem ser usados em aplicações lineares ou não lineares.
Quando usado em aplicações lineares, o diodo é usado como um interruptor.
Em outras palavras, ele conduz a corrente em uma direção, dependendo da tensão aplicada ao circuito.
Quando uma tensão é aplicada em um circuito, os elétrons começam a fluir através do diodo e o circuito é alimentado.
O diodo pode ser pensado como um “interruptor unidirecional”.
Quando o circuito é alimentado, o diodo conduz corrente, ligando o circuito.
Quando nenhuma tensão é aplicada ao circuito, o diodo não conduz e o circuito é desligado.
Em aplicações não lineares, o diodo é usado para amplificar ou aumentar a amplitude ou força de um sinal.
Por exemplo, se um circuito usa um sinal de baixa frequência para controlar algo (como ligar ou desligar um motor), o próprio circuito pode ser desligado pelo sinal.
Mas se o sinal for alto o suficiente (como um tom de discagem telefônica ou música de uma estação de rádio), o diodo pode ser usado para amplificar e ligar o circuito, permitindo que ele seja controlado pelo sinal de frequência mais alta.
Como funcionam os diodos de alta tensão?
Quando uma alta tensão é aplicada através de um diodo, ele começa a conduzir.
No entanto, como a tensão é muito alta, os elétrons presos dentro do diodo não podem liberar sua energia em quantidades suficientes para se libertar de seu confinamento.
Como resultado, o diodo conduz um pouco, mas não o suficiente para alimentar o circuito.
Quando uma baixa tensão é aplicada às portas de um par de transistores que controlam a tensão aplicada em um circuito (chamado circuito de escada), o sinal pode passar sem regulação.
No entanto, quando há muito pouca tensão no circuito de escada e os diodos não estão conduzindo corrente suficiente, o sinal não é permitido e o circuito é desligado.
Isso pode ser usado para alimentar circuitos simples e pode ser útil para classificadores, computadores e temporizadores.
Como calcular o limite de tensão para um diodo
Suponha que você conecte um diodo a uma fonte de alimentação de 12 volts e queira saber se ele irá conduzir (fornecer energia) em baixa tensão.
A equação para calcular a tensão de ruptura (VOM) de um dispositivo semicondutor é a seguinte: Nesta equação, “VOH” é a tensão no dispositivo quando ele quebra, “VHSC” é a tensão limite do diodo quando ele conduz, “I” é a corrente através do diodo, “E” é a tensão do campo elétrico através do diodo e “n” é o número de elétrons no diodo.
Para determinar o limite de tensão do diodo, você precisa saber a tensão de ruptura do diodo.
Você pode encontrar esse valor usando a equação acima.
A tensão de ruptura de um típico diodo de junção pn de silício é de 1.5 volts.
Isso significa que, quando a tensão no diodo é de 1.5 volts, o diodo se quebra e começa a conduzir corrente.