Diodo De Potencia

DÍODOS DE POTÊNCIA

Um díodo semicondutor é uma estrutura P-N que, dentro de seus limites de tensão e de corrente, permite a passagem de corrente em um único sentido. Detalhes de funcionamento, em geral desprezados para díodos de sinal, podem ser significativos para componentes de maior potência, caracterizados por uma maior área (para permitir maiores correntes) e maior comprimento (a fim de suportar tensões mais elevadas). A figura seguinte mostra, simplificadamente, a estrutura interna de um díodo.

Aplicando-se uma tensão entre as regiões P e N, a diferença de potencial aparecerá na região de transição, uma vez que a resistência desta parte do semicondutor é muito maior que a do restante do componente (devido à concentração de portadores). Quando se polariza inversamente um díodo, ou seja, se aplica uma tensão negativa no ânodo (região P) e positiva no cátodo (região N), mais portadores positivos (lacunas) migram para o lado N, e vice-versa, de modo que a largura da região de transição aumenta, elevando a barreira de potencial. Por difusão ou efeito térmico, uma certa quantidade de portadores minoritários penetra na região de transição. São, então, acelerados pelo campo eléctrico, indo até a outra região neutra do dispositivo. Esta corrente inversa independe da tensão inversa aplicada, variando, basicamente, com a temperatura.

Se o campo eléctrico na região de transição for muito intenso, os portadores em trânsito obterão grande velocidade e, ao chocarem com átomos da estrutura, produzirão novos portadores, os quais, também acelerados, produzirão um efeito de avalanche. Dado o aumento na corrente, sem redução significativa na tensão na junção, produz-se um pico de potência que destrói o componente. Uma polarização direta leva ao estreitamento da região de transição e à redução da barreira de potencial. Quando a tensão aplicada superar o valor natural da barreira, cerca de 0,7V para díodos de Si, os portadores negativos do lado N serão atraídos pelo potencial positivo do ânodo e vice-versa, levando o componente à condução.

Na verdade, a estrutura interna de um díodo de potência é um pouco diferente desta apresentada. Existe uma região N intermediária, com baixa dopagem. O papel desta região é permitir ao componente suportar tensões mais elevadas, pois tornará menor o campo eléctrico na região de transição (que será mais larga, para manter o equilíbrio de carga). Esta região de pequena densidade de dopante dará ao díodo uma significativa característica resistiva quando em condução, a qual se torna mais significativa quanto maior for a tensão suportável pelo componente. As camadas que fazem os contactos externos são altamente dopadas, a fim de fazer com que se obtenha um contacto com característica óhmica e não semi-condutor (como se verá adiante nos díodos Schottky). O contorno arredondado entre as regiões de ânodo e cátodo tem como função criar campos eléctricos mais suaves (evitando o efeito de pontas).

No estado bloqueado, pode-se analisar a região de transição como um condensador, cuja carga é aquela presente na própria região de transição.

Na condução não existe tal carga, no entanto, devido à alta dopagem da camada P+, por difusão, existe uma penetração de lacunas na região N-. Além disso, à medida que cresce a corrente, mais lacunas são injectadas na região N-, fazendo com que electrões venham da região N+ para manter a neutralidade de carga. Desta forma, cria-se uma carga espacial no cátodo, a qual terá que ser removida (ou se recombinar) para permitir a passagem para o estado bloqueado do díodo.

1. Regime estacionário

O díodo ideal é o que apresenta resistência infinita quando polarizado de modo inverso e resistência nula quando dirctamente.

Mas de facto o dído real apresenta uma característica do tipo:

Ou seja, directamente, o seu circuito equivalemte para regime contínuo e baixa frequência: