Adaptado De ENADE 2009). O Brasil Tem Assistido A Um Debate Que Coloca, Frente A Frente, Como Polos Opostos O Desenvolvimento Econômico E A Conservação Ambiental. Algumas Iniciativas Merecem Considerações, Porque Podem Agravar Ou Desencadear Problema

Cpítulo III - Díodos

Caracteristicas gerais

Os díodos são componentes não lineares, passivas: um díodo ideal conduz a corrente eléctrica só num sentido. Um díodo real conduz a corrente predominantemente no sentido do ânodo para o cátodo.

V = Va-Vc

O símbolo genérico de um díodo é o seguinte

Se traçarmos a função I(V) obtemos curvas do tipo (chamadas curvas características)

Quando , i.e. com o díodo polarizado directamente o díodo conduz bem a corrente electrica; quando , i.e. com o díodo polarizado inversamente (ou seja com uma tensão de revés) pouca corrente electrica atravessa o díodo.

Nos díodos de semiconductores (ou de junção) o díodo só começará a conduzir para no caso do Si e para no caso do Ge.

Principais tipos de díodos

1. Díodos de junção de semiconductor, constituidos por dois materiais semiconductores de tipo diferente, formando uma junção. A discussão do seu principio de funcionamento será feita mais tarde neste curso; os símbolos utilizados são:

2. Díodo de contacto por ponte fina, é um díodo formado pondo em contacto uma ponte fina metálica (por exemplo tungsténio) em um material semiconductor com elevada pureza (por exemplo Si). Há afinal uma barreira metal-semiconductor como nos chamados díodos de Schottky que tratamos a seguir. O clássico “receptor de galena” tem um díodo formado por uma ponte metálica em contacto com um cristal de galena.

3. Díodo de barreira Schoottky. Estes díodos também conhecidos por díodos de barreira superficial, díodos de metal-semiconductor e díodos de transportador quente (“hot carrier diodes”) consistem numa junção rectificadora metal-semiconductor. Estes díodos são muito rápidos e serão discutidos mais tarde. (Nota: “barreira” é entendida no sentido de barreira de potencial electrico, a que estão sujeitas as cargas)

4. Díodo termiónico. Como é sabido o efeito termiónico consiste na emissão de electrões por um metal aquecido a uma temperatura elevada (tipicamente 2000ºC). Assim um cátodo aquecido (quer directamente, passando uma corrente electrica através dele, quer indirectamente, pondo-o na vizinhança -tipicamente 1mm de distância- de um filamento aquecido por meio de uma corrente electrica) emite electrões que podem ser recolhidos num ânodo (colocado no vazio) o qual não está aquecido. Assim os electrões só vão do cátodo para o ânodo, i.e. a corrente electrica só passa no sentido ânodo-cátodo.

A este sistema formado por um ânodo e um cátodo no vazio, este ultimo aquecido, chama-se díodo termiónico. O seu símbolo é o indicado

Modernamente já só se usam para circuitos com tensões muito elevadas. A curva caracteristica de um díodo termiónico é dada pela função :

onde K é uma constante de proporcionalidade.

Rectificação - recta de carga

Vamos admitir que em série com um díodo, D1, tenho uma resistência R e que ao conjunto é aplicada uma tensão V0, constante.

Pretendemos saber qual a queda de tensão através do díodo Vd, da resistência VR e a intensidade de corrente, I, que percorre o circuito.

a. Se o díodo é ideal

Se (o díodo não conduz) logo ; .

Se o díodo conduz, logo (não há queda de tensão através do díodo ideal quando em condução) e então .

b. Se o díodo não é ideal, temos de resolver o sistema de equações

Como o fabricante não dá a expressão analítica para mas apenas a sua representação gráfica (a qual varia de díodo para díodo) vamos resolver o sistema de equações anterior, não analiticamente, mas graficamente, com um método conhecido pelo método da recta de carga.

O método da recta de carga:

Na figura onde representamos a curva caracteristica do díodo traçamos uma recta partindo do ponto V0 (a tensão aplicada ao circuito díodo-resistência) com coeficiente angular , i.e. que intersecta o eixo I no ponto ; a esta recta chama-se recta de carga:

O ponto de intersecção da recta de carga com a curva caracteristica do díodo dá-nos a tensão Vd através do díodo e a corrente Id que o percorre quando em série com ele está a resistência R e a tensão total é V0, pois como se vê da figura:

e então

Ao ponto P é costume chamar ponto de funcionamento do circuito. Se variarmos o valor da resistência, traçamos uma nova recta de carga partindo do mesmo ponto V0 mas com o novo coeficiente angular .

Fonte de tensão alternada com carga resistiva

Se em vez de V0 constante e R variável, tivermos V0 variável com o tempo e R constante, i.e. , temos o chamado circuito rectificador de meia onda.

Podemos calcular utilizando o mesmo método da recta de carga na seguinte construção gráfica:

Como se vê a tensão através da resistência é da forma:

No caso do díodo ideal teriamos uma curva da forma seguinte, para a rectificação de meia onda:

Pela análise de Fourier pode demonstrar-se que: