Diodo semicondutor

Diode-photo — Tipos de diodos. Escala em centímetros

Diodo semicondutor é um dispositivo ou componente eletrônico composto de cristal semicondutor de silício ou germânio numa película cristalina cujas faces opostas são dopadas por diferentes gases durante sua formação.

É o tipo mais simples de componente eletrônico semicondutor, usado como retificador de corrente elétrica.

A dopagem do diodo semicondutor e os cristais P e N[]

A dopagem no diodo é feita pela introdução de elementos dentro de cristais tetravalentes, normalmente feitos de silício e germânio. Dopando esses cristais com elementos trivalentes, obterá átomos com sete elétrons na camada de valência, que necessitam de mais um elétron para a neutralização (cristal P). Para a formação do cristal P, utiliza-se principalmente o elemento Indio. Dopando os cristais tetravalentes com elementos pentavalentes, obter-se-á átomos neutralizados(com oito elétrons na camada de valência) e um elétron excedente (cristal N).

Para a formação do cristal N, utiliza-se principalmete o elemento Fósforo. Quanto maior a intensidade da dopagem, maior será a condutibilidade dos cristais, pois suas estruturas apresentarão um número maior de portadores livres(lacunas e elétrons livres) e poucas impurezas que impedem a condução da corrente elétrica. Outro fator que influencia na condução desses materiais é a temperatura. Quanto maior for sua temperatura, maior será a condutibilidade pelo fato de que a energia térmica ter a capacidade de quebrar algumas ligações covalentes da estrutura se desfaçam, acarretando no aparecimento de mais portadores livres para a condução de veículo embreagado.

Após dopadas, cada face dos dois tipos de cristais(P e N)terá uma determinada característica diferente da oposta, gerando regiões de condução do cristal, uma com excesso de elétrons, outra com falta destes (lacunas), e entre ambas, haverá uma região de equilíbrio por recombinação de cargas positivas e negativas, chamada de região de depleção(à qual possui uma barreira de potencial).

Junção P-N, ou barreira de potencial[]

DiodeModel — Modelo de díodo para estudo de sua condutividade

Da mesma forma que os elétrons livres do cristal N se movimentam, as cargas positivas ou lacunas(buracos) conduzem corrente elétrica pelo fato de que uma lacuna é ocupada por um elétron proveniente de uma corrente elétrica que passa sobre o cristal e que força a criação de outra lacuna atrás de si. Entre as duas regiões, uma de maioria negativa, outra de maioria positiva, existe uma terceira, esta de maioria neutra, isto é, nem de carga negativa, nem de carga positiva, é a junção entre ambas, chamada de região neutra da junção P-N. Na região neutra não há excesso de elétrons nem lacunas porque alguns elétrons do material tipo N se difundem pela junção e entram em combinação com algumas lacunas(buracos) do material tipo P, reciprocamente, algumas lacunas(buracos) se difundem pela junção e entram em combinação com alguns elétrons do material do tipo N. Com a passagem de lacunas para a camada N, gera-se um pequeno potencial elétrico positivo e com a passagem de elétrons livres para a camada P, gera-se um pequeno potencial elétrico negativo, gerando uma pequena tensão interna, por isso do nome barreira de potencial, que pode chegar aproximadamente a 0,3 volts nos diodos de germânio e 0,7 volts nos diodos de silício. Essa barreira de potencial causa uma queda de tensão, interferindo na tensão sobre os outros componentes pertencentes ao mesmo circuito do diodo. Quando a tensão a que é submetido o diodo ,alimentado por uma fonte geradora, é menor que sua barreira de potencial(<0,3V ou <0,7V), a corrente elétrica é baixíssima pela oposição ao fluxo de portadores livres feita pela barreira de potencial, porém se a tensão a que for submetido o diodo for mais alta do que sua barreira de potencial, a corrente elétrica torna-se alta e a oposição dos portadores livres feita pela barreira de potencial é pequena em relação a tensão de alimentação, sendo quase desprezível.

Polarização do diodo[]

Diodo graph — Gráfico mostra a curva característica do comportamento do diodo em sua polarização direta e inversa

A polarização do diodo é dependente da polarização da fonte geradora. A polarização é direta quando o pólo positivo da fonte geradora entra em contato com o lado do cristal P(chamado de anodo) e o pólo negativo da fonte geradora entra em contato com o lado do cristal N(chamado de catodo). Assim, se a tensão da fonte geradora for maior que a tensão interna do diodo, os portadores livres se repeliram por causa da polaridade da fonte geradora e conseguiram ultrapassar a junção P-N, movimentando-os e permitindo a passagem de corrente elétrica. A polarização é indireta quando o inverso ocorre. Assim, ocorrerá uma atração das lacunas do anodo(cristal P) pela polarização negativa da fonte geradora e uma atração dos elétrons livres do catodo(cristal N) pela polarização positiva da fonte geradora, sem existir um fluxo de portadores livres na junção P-N, ocasionando no bloqueio da corrente elétrica. Pelo fato de que os diodos fabricados não são ideais(contém impurezas), a condução de corrente elétrica no diodo(polarização direta) sofre uma resistência menor que 1 ohm, que é quase desprezível. O bloqueio de corrente elétrica no diodo(polarização inversa) não é total devido novamente pela presença de impurezas, tendo uma pequena corrente que é conduzida na ordem de microampéres, chamada de corrente de fuga, que também é quase desprezível.

Testes com o diodo[]

Os díodos, assim como qualquer componente electrônico, operam em determinadas correntes elétricas que são especificadas em seu invólucro ou são dadas pelo fabricante em folhetos técnicos.Além da corrente, a tensão inversa(quando o díodo está polarizado inversamente) também é um factor que deve ser analisado para a montagem de um circuito e que tem suas especificidades fornecidas pelo fabricante. Se ele for alimentado com uma corrente ou tensão inversa superior a que ele suporta, o diodo pode danificar, ficando em curto ou em aberto. Utilizando de um ohmimetro ou um multímetro com teste de díodo, pode-se verificar se ele está com defeito. Colocando-se as ponteiras de prova desses aparelhos nas extremidades do diodo(catodo e ânodo), verifica-se que existe condução quando se coloca a ponteira positiva no ânodo e a negativa no catodo, além de indicar isolação quando ocorre o inverso. Assim o díodo está em perfeitas condições de operação e com isso é possível a localização do catodo e do ânodo, porém se os aparelhos de medição indicarem condução dos dois caminhos do díodo, ele está defeituoso e em curto. Se os aparelhos de medição indicarem isolação nos dois caminhos, ele também está defeituoso e em aberto.

Usos[]

O fenômeno da condutividade em um só sentido é aproveitado como um chaveamento da corrente elétrica para a retificação de sinais senoidais, portanto, este é o efeito diodo semicondutor tão usado na eletrônica, pois permite que a corrente flua entre seus terminais apenas numa direção. Esta propriedade é utilizada em grande número de circuitos eletrônicos e nos retificadores.

Os retificadores são circuitos elétricos que convertem a tensão CA (AC) em tensão CC (DC). CA vem de Corrente alternada, significa que os elétrons circulam em dois sentidos, CC (DC), Corrente contínua, isto é circula num só sentido.

A certa altura o potencial U , formado a partir da junção n e p não deixa os eletrons e lacunas movimentarem-se, este processo dá-se devida assimetria de cargas existente.

Tipos de diodos semicondutores[]

Os diodos são projetados para assumir diferentes características: diodos retificadores são capazes de conduzir altas correntes elétricas em baixa freqüência, diodos de sinal caracterizam-se por retificar sinais de alta freqüência, diodos de chaveamento são indicados na condução de altas correntes em circuitos chaveados. Dependendo das características dos materiais e dopagem dos semicondutores há uma gama de dispositivos eletrônicos variantes do diodo: