Introdução à Eletrônica - Diodos

Diodos são componentes eletrônicos semicondutores. A sua principal característica é a passagem de corrente em apenas um sentido. Isso é extremamente útil em inúmeras aplicações, como para proteção ou para lidar com corrente alternada.

Antes de entendermos o quê são e como funcionam os diodos, é bom relembrarmos o funcionamento dos semicondutores. Já temos um artigo sobre isso aqui no site, basta ir para esse link.

Estrutura dos Diodos

Diodos são compostos por materiais semicondutores do tipo P e N lado a lado, como mostrado na imagem abaixo. Ele possui dois terminais, o ânodo, onde está localizado o material tipo P, e o cátodo, onde está o semicondutor tipo N.

Ânodo Cátodo

A corrente consegue fluir apenas do ânodo para o cátodo, o contrário não acontece. Isso ocorre justamente pela ordem dos materiais semicondutores. Os diodos são representados pelo símbolo abaixo em esquemas elétricos.

Como funcionam os Diodos

Como visto no artigo sobre semicondutores, materiais tipo N tem excesso de elétrons, e materiais tipo P tem falta dos mesmos. Portanto, o fluxo de elétrons tende a ir do semicondutor tipo N (que tem elétrons sobrando) para o tipo P (com elétrons faltando).

O contrário não acontece pois existe um bloqueio à corrente elétrica de um material com poucos elétrons para um que já tenha excesso dos mesmos.

Uma confusão na Física: Vale ressaltar que a corrente elétrica e o fluxo dos elétrons tem direções opostas. Há muitos anos, antes sequer do descobrimento dos elétrons, acreditava-se que a carga fluía do terminal positivo para o negativo. Anos depois, descobriu-se que a eletricidade era o movimento de cargas negativas, e não positivas. Porém, manteve-se o padrão quanto a corrente elétrica, indo do terminal positivo para o negativo.

Ou seja, quando dizemos que a corrente está fluindo do ânodo para o cátodo, os elétrons estão indo do cátodo para o ânodo.

Diodos Ideais

O funcionamento de um diodo ideal é simples. Quando uma tensão positiva for aplicada entre o ânodo e o cátodo, ele funcionará como um curto, deixando toda a corrente passar. Caso contrário, funcionará como um circuito aberto, não permitindo que nenhuma corrente passe.

O gráfico abaixo mostra esse comportamento. Ele representa a curva Tensão x Corrente do diodo ideal. Para quaisquer tensões negativas, a corrente é zero. Já ao aplicar uma tensão positiva o diodo ideal age como um curto, deixando passar qualquer corrente sem que haja queda de tensão no componente.

Diodos Reais

Diodos reais não apresentam um comportamento tão simples quanto os ideais. Algumas diferenças são:

1. A corrente não flui com qualquer tensão: Diodos possuem uma tensão mínima para começar a conduzir corrente, chamada Vd. Geralmente ficando em torno de 0,7V. Ou seja, mesmo aplicando tensões positivas no diodo, se ela for menor que essa tensão limite, a corrente não passará.

2. Diodos reais apresentam queda de tensão: Diodo ideais, ao serem expostos a tensões positivas, agem como curto e não apresentavam queda de tensão. Isso não acontece com diodos reais. A sua queda de tensão é igual a Vd . Essa tensão aumenta de maneira não linear conforme a corrente que passa pelo diodo aumenta. O gráfico abaixo mostra esse comportamento. É notável que a corrente só começa a ser conduzida a partir de uma determinada tensão, nesse caso aproximadamente 0,5V.

   

   
   

3. Há uma pequena corrente oposta: Ao aplicar tensões negativas, o diodo não bloqueia completamente a corrente no sentido oposto, deixando passar o que é chamado de corrente de saturação reversa (Is ). Geralmente, essa corrente fica na faixa dos μA ou nA.

4. Tensões inversas muito altas danificam o componente: Caso a tensão negativa tiver uma magnitude muito alta, pode acontecer a ruptura do diodo. Essa tensão é chamada de tensão de ruptura. Quando isso acontece, o campo elétrico é tão grande que os elétrons começam a fluir, e esse movimento quebra as ligações covalentes, liberando ainda mais elétrons, causando um efeito bola de neve e tornando o sistema instável. Esse efeito é irreversível, danificando o componente e não permitindo mais seu uso.

Outros Tipos de Diodos

1. LEDs: LEDs (Light Emitter Diode) também são diodos.

2. Diodo Zener: Diodos Zener tem o mesmo comportamento que diodos comuns nas tensões positivas. Porém, ao aplicar tensões reversas, a ruptura acontece em tensões bem mais baixas que nos diodos normais. Além disso, esse processo é reversível, o componente volta a operar normalmente depois da ruptura.

3. Diodo Schottky: Apresenta o mesmo comportamento do diodo convencional. Porém apresenta um tempo de comutação (mudança de estado) menor, além de uma queda de tensão Vd mais baixa.