APOSTILA SOBRE DIODOS SEMICONDUTORES

1. INSTITUTO FEDERAL DE EDUCAÇÃO, CIÊNCIA E TECNOLOGIA DA PARAÍBA (IFPB)
CURSO SUPERIOR DE TECNOLOGIA EM AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL – CAMPUS JOÃO PESSOA
EIXO TECNOLÓGICO: CONTROLE E PROCESSOS INDUSTRIAIS
DISCIPLINA: PROJETO INTEGRADOR ELETROMECÂNICO
PROFESSOR: HENRIQUE
DIODOS SEMICONDUTORES
ALUNA: JADDE CAROLINE SANTOS FERREIRA
MATRÍCULA: 20132450172
JOÃO PESSOA, 10 DE JULHO DE 2015.

2. Diodos semicondutores
 Construção física
O diodo é o mais simples dos dispositivos semicondutores, mas exerce um
papel importantíssimo no mundo da eletrônica.
O prefixo “semi” da palavra semicondutor sugere sua caracteristica, pois
normalmenteé aplicado a um nível intermediário entre dois limites que são:
condutor e isolante. No caso do diodo o fluxo de elétrons circula somente por
um sentido. Para que isso ocorra é adicionado alguma substância ao
semicondutor para que suas propriedades elétricas soram modificações. A
substância que se adiciona no semicondutor é chamada de impureza e esse
processo de adição é chamado de dopagem.
Normalmente, é realizada em laboratórios, com o objetivo específico de no
interior da estrutura de um cristal uma quantidade correta de uma determinada
impureza, para que o cristal se comporte conforme as condições necessárias,
em termos elétrico. Os principais cristais semicondutores utilizados são o silício
e germânio, e essa dopagem é feita para atribuir ao material certa
condutibilidade elétrica. A forma como o cristal irá conduzir a corente elétrica
depende do tipo de impureza utilizada e a quantidade aplicada. Através desses
fatores, podem ser obtidos pela dopagem de dois tipos de semicondutores o
tipo N e o tipo P.
Semicondutor tipo N: É inserido um material que tem elétrons sobrando ao qual
é nomeado de elétrons livre. N se refere a cargas negativas.
Semicondutor tipo P: É inserido um material que tem eletróns faltando ao qual
é chamado de lacunas. P se refere a cargas positivas.
O diodo é a junção desses dois cristais:
No momento em que são unidos, os elétrons livres e a lacunas se combinam e
o excesso de elétrons no material N são atraídos para as lacunas do material P
criando um ar de íons, resultando em uma ausencia de portadores na região da
junção.
Essa região é chamada de camada de depleção:
Essa região fica ionizada e cria-se uma diferença
de potencial de aproximadamente 0,7V para os de
materias de silício e de 0,3V para os de materias
de germânio.

3.  Funcionamento básico do diodo
O funcionamento do diodo é similar uma chave. Se polarizado diretamente
funciona como chave fechada, por outro lado se polarizado inversamente
funciona como chave berta.
Polarizar é aplicar uma tensão elétrica nos seus terminais.
 Polarização direta
Acontece quando o potencial positivo é ligado ao
material P e o potencial negativo ao material N.
Dizemos que nestas condições o diodo está
conduzindo, ou seja, ele está funcionando como
chave fechada conduzindo a corrente elétrica no
circuito.
 Polarização inversa
Acontece quando o potencial negativo é ligado ao
material tipo P e o potencial positivo é ligado ao
material tipo N. Dizemos que nestas condições o
diodo está aberto, com uma resistencia altíssima
impendindo a passagem de corrente para o
circuito.
 Especificações técnicas do diodo
Alguns dados são muito importantes na especificação de um diodo, como por
exemplo:
 Corrente direta máxima (IF): Valor máximo de corrente que poderá
passar pelo diodo, quando polarizado diretamente.
 Tensão direta (VF): Valor da queda de tensão sobre o diodo
semicondutor.
 Tensão de ruptura (VR): É a tensão máxima admissível sobre o
diodo quando polarizado inversamente, se este valor não for obedecido, o
diodo se rompe.
 Corrente de fuga (IR): O valor máximo de corrente que pode circular
no diodo quando polarizado inversamente, para o valor de tensão de ruptura
VR, este valor é na ordem de mili ou nano amperes.
Exemplo de dados do diodo IN4004:
Corrente direta máxima (IF): 1A
Tensão Direta (V F ): 1,3V
Tensão de Ruptura (VR): 400V
Corrente de Fuga (IR): 10 µA

4.  Testes funcionais
Há dois testes para verificar o funcionameto de um diodo.
 Teste de continuidade
Ajustar o multimetro para continuidade e tocar a ponta de prova vermelha ao
ânodo do diodoe a ponta de prova preta no cátodo do diodo. Este testé devará
soar um barulho mostrando que há continuidade no diodo para este sentido.
Ao inverter as ponteiras o multímetro não deverá soar nenhum barulho.
 Teste de Resistência
Ajustar o multimetro para leitura de resistência e tocar a pomta de prova
vermelha no ânodo e a ponta de prova preta no cátodo do diodo. O medidor
deverá ler perto de 0 ohms para uma leitura funcional indicando que não há
resistência impedindo de passar a corrente elétrica pelo diodo.
Ao inverter as ponteiras o multímetro deverá ler resistencia infinita, ou quase,
para uma leitura funcional indicando que o diodo está aberto, ou seja, não
deixará passar corrente alguma por ele.
 Principais aplicações
Uma das aplicações mais importantes dos diodos é na construção de
circuitos retificadores. Os retificadores constituem um dos quatro blocos
elementares de uma fonte de tensão CC. São responsáveis por retificar a
tensão de entrada AC em uma tensão de saída CC.
Existem 3 tipos básicos de retificadores:
 Retificador de meia onda;
 Retificador de onda completa ;
 Retificador de onda completa em ponte.

5. Retificador de meia onda
O circuito mais simples capaz de converter uma corrente alternada em corrente
continua é o retificador de meia onda.
Utiliza um transformador, normalmente abaixador, para reduzir o pico da
tensão alternada a ser convertida em contínua e em seguida um diodo
retificando um semiciclo da tensão alternada que passa para a carga uma
tensão contínua pulsante. Quem determina se a tensão na carga é positiva ou
negativa é a posição do diodo.
Considerando este circuito, para o ponto A um potencial positivo em relação ao
ponto B o diodo está polarizado diretamente e conduz e com isto, a corrente
circula de A até B passando pelo diodo e pela carga. Para o ponto A um
potencial negativo em relação ao ponto B o diodo está polarizado inversamente
e não conduz.
Tem-se corrente na carga, somente os semiciclos positivos de entrada.
Enquanto os semiciclos negativos são barrados no diodo.
A frequência de ondulação na saída é igual à freqüência de entrada.
Retificador de onda completa
Nessa retificação o transfomador precisa de uma derivação central para que
possa utilizar as duas extremidades do enrolamento.
O diodo superior, D1, retifica o semiciclo positivo da tensão do primário,
enquanto o diodo inferior, D2, retifica o semiciclo negativo da tensão do
secundário só que invertida.

6. Há uma defasagem de 180º entre as tensões de saída do transformador, VA e
VB. As tensões VA e VB são medidas em relação ao ponto C (0V ).
Quando A é positivo, B é negativo, a corrente sai de A passa por D1 e RL e
chega ao ponto C. Quando A é negativo, B é positivo, a corrente sai de B
passa por D2 e RL e chega ao ponto C.
Para qualquer polaridade de A ou de B a corrente IL circula num único sentido
em RL e por isto, a corrente em RL é contínua. Temos somente os semiciclos
positivos na saída.
A tensão na carga é um sinal de onda completa cujo pico é a metade da tensão
secundária.
A freqüência de ondulação na saída é o dobro da freqüência de entrada.
Retificador de onda completa em ponte
Se usarmos 4 diodos em vez de dois eliminamos a necessidade de usarmos
um transformador com derivação central.
Durante o semiciclo positivo da tensão, os diodos D1 e D3 conduzem, o que
produz um semiciclo positivo na carga. Durante o semiclico negativo da tensão,
os diodos D2 e D4 conduzem, produzindo outro semiciclo positivo na carga. O
resultado na saída é um sinal positivo pulsante no resistor de carga com valor
de tensão igual ao do secundário.
A freqüência de ondulação na saída é o dobro da freqüência de entrada.
Filtragem do sinal retificado
A ondulação na saída do circuito retificador é muito grande o que torna a
tensão de saída inadequada para alimentar a maioria dos circuitos eletrônicos.
É necessário fazer uma filtragem na tensão de saída do retificador. A filtragem
nivela a forma de onda na saída do retificador tornando-a próxima de uma
tensão contínua pura que é a tensão da bateria ou da pilha.
Uma maneira simples para a filtragem é ligar um capacitor de alta capacitância
em paralelo com a carga RL e normalmente, utiliza-se um capacitor eletrolítico.
A função do capacitor é reduzir a ondulação na saída do retificador e quanto
maior for o valor deste capacitor menor será a ondulação (ripple) na saída da
fonte.

7.  Filtro para capacitor de meia onda
O filtro mais comum é o filtro com capacitor. Para filtrar o circuito de retificação
o capacitor é ligado em paralelo a carga.
No semiciclo positivo o diodo conduz e carrega o capacitor com o valor de pico
(VP) da tensão. Assim que a tensão de entrada cair a Zero, o diodo pára de
conduzir e o capacitor mantém-se carregado e descarrega lentamente em RL.
Quando a tensão de entrada fica negativa (semiciclo negativo) o diodo não
conduz e o capacitor continua descarregando lentamente em RL. O capacitor
recarrega 60 vezes por segundo.
O capacitor carrega de Vmin até VP e neste intervalo de tempo (Δt) o diodo
conduz.
O capacitor descarregará de VP até Vmin e neste intervalo o diodo não
conduzirá.
A Forma de onda na saída está mostrada abaixo.
O voltímetro de tensão contínua indica o valor médio da tensão medida.
Aumentando o capacitor, a tensão de ondulação (Vond) diminui e VCC
aumenta.
Aumentando a corrente IL, a tensão de ondulação (Vond) aumenta e VCC
diminui.
Se Vond tende a zero, a tensão de saída tende ao valor de pico.
VCC = VP para Vond = 0V).
Desligando RL, IL será 0A, o capacitor não descarrega e tem-se Vond = 0V.
Para se ter Vond com um valor baixo ao aumentar IL deve-se aumentar o valor
do capacitor.
O retificador de meia onda, com filtro a capacitor, é inadequado para alimentar
circuitos que exigem um valor alto de corrente, pois além de se utilizar um valor
muito alto para o capacitor, o diodo fica sobrecarregado ao conduzir toda a
corrente do circuito alimentado.

8.  Filtro a capacitor para retificador de onda completa
Circuito de uma fonte de alimentação com retificação de derivação central
Circuito de uma fonte de alimentação com retificação em ponte
A filtragem para o retificador de onda completa é mais eficiente do que para o
retificador de meia onda. Em onda completa o capacitor será recarregado 120
vezes por segundo. O capacitor descarrega durante um tempo menor e com
isto a sua tensão permanece próxima de VP até que seja novamente
recarregado.
Quando a carga RL solicita uma alta corrente é necessário que o retificador
seja de onda completa.
As equações para onda completa são as mesmas utilizadas para meia onda,
no entanto, a freqüência de ondulação para onda completa é de 120 Hz.
VCC = VP – Vond / 2
VCC é o valor médio da tensão contínua na saída.
VP é o valor de pico da tensão no capacitor (não foi considerada a queda de
tensão nos diodos).
Vef é o valor eficaz da tensão de saída do transformador (VAB)
Vond = IL / ( f . C) sendo f = 120 Hz para onda completa

9. Vond é a tensão de ondulação ou de ripple na saída. Quanto menor Vond, mais
próxima de uma tensão contínua será a tensão de saída.
IL é a corrente em RL
f é a freqüência de ondulação na saída e é igual a 120 Hz para onda completa.
C é o valor do capacitor em FARADS ( 2200 μF = 2200 . 10--6 F)
Se Vond tende a zero, a tensão de saída tende ao valor de pico.
VCC = VP para Vond = 0V .
Sem RL, a corrente IL será 0A, o capacitor não descarregará e tem-se Vond =
0V.
Regulação da tensão
Os reguladores de tensão podem ser implementados nos circuitos de
retificação com função de estabilizar a tensão na saída eliminando as
pequenas variações da tensão na saída após a filtração.
Tem-se vários tipos de reguladores de tensão, dentre eles estão os CI’s da
série 78XX para tensão positiva e 79XX para tensão negativa. O XX é
determinado pelo valor da tensão em que será estabilizado.
 Idenificação dos pinos:
Obseva-se que as funções dos pinos 1 e 2 da série 79XX são trocadas em
relação à série 78XX:
- Nos reguladores 78XX, o pino 1 é a entrada e o pino 2 é o comum
(ligado ao terra).
- Nos reguladores 79XX, o pino 2 é a entrada e o pino 1 é o comum.
(ligado ao terra).
- Já o pino 3 é a saída tanto para o 78XX quanto para o 79XX.