Um diodo é o dispositivo semicondutor mais básico. No entanto, tem aplicações infinitas. Na eletrônica de semicondutores, a junção pn como diodo básico serve de base para todos os outros componentes semicondutores sofisticados e seu design. Os princípios de design que se aplicam a um diodo semicondutor são os mesmos que se aplicam a transistores e outros componentes.
Curiosamente, quando definimos qualquer componente eletrônico, a definição geralmente não é baseada na sua construção. Em vez disso, qualquer componente eletrônico é definido pelo seu comportamento elétrico único. Seguindo a mesma convenção, podemos definir um diodo como uma chave unidirecional de dois terminais controlada por tensão. Freqüentemente, o termo diodo se refere a um diodo semicondutor. Um diodo semicondutor não é o único dispositivo de diodo. Existem muitos tipos diferentes de diodos, e muitos deles são diodos semicondutores especialmente projetados para terem propriedades físicas ou elétricas específicas. Existem também diodos que não são simples junção pn e possuem construção e design diferentes. Neste artigo, daremos uma breve olhada nos vários diodos.
Diodos de sinal pequeno
Diodos de pequeno sinal são diodos semicondutores de uso geral com uma pequena capacidade de transporte de corrente. Esses diodos são geralmente feitos de silício ou germânio e são projetados para atender aplicações de alta frequência e pequenas correntes. Os diodos de sinal pequeno são menores que os diodos retificadores típicos e geralmente são envoltos em vidro para protegê-los contra contaminação. É por isso que também são conhecidos como Diodos Passivados de Vidro. O terminal catódico do diodo é indicado por uma faixa vermelha ou preta em um lado. Como esses diodos têm capacidade mínima de transporte de corrente, sua potência também é muito baixa. Um pequeno diodo de sinal com corrente nominal de 150 mA pode ter apenas 500 mW de potência nominal. Diodos de sinal pequeno são usados em aplicações de alta frequência ou pulsantes e de baixa corrente, como rádio, televisão, circuitos lógicos digitais, circuitos clipper e clamper, comutação de alta velocidade e amplificadores paramétricos. Características importantes a serem observadas na folha de dados de um diodo de sinal pequeno são Tensão reversa de pico, Corrente reversa, Corrente direta de pico, Tensão direta de pico e Tempo de recuperação reversa.
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Diodos de sinal grande/diodos retificadores
Os diodos de sinal grandes são diferentes dos diodos de sinal pequenos na área de sua junção pn. Diodos de sinal grandes possuem uma grande área de junção pn. Isso aumenta a capacidade de transporte de corrente, bem como a tensão inversa de pico. Eles têm uma relação de resistência direta para resistência reversa muito baixa, com a resistência direta normalmente de alguns ohms, enquanto a resistência reversa está em megaohms. É por isso que estes diodos não são adequados para circuitos de alta frequência. Eles têm uma grande classificação PIV, pequena resistência direta e grande capacidade de transporte de corrente. Geralmente são usados para retificação de tensão CA para CC ou para suprimir altas tensões de pico. Na verdade, diodos de sinal grandes são principalmente diodos retificadores.
Os diodos de sinal pequenos e grandes têm o mesmo símbolo de um diodo genérico.
Diodo Zener
Os diodos Zener são diodos semicondutores projetados com dopagem pesada para utilizar a quebra do Zener em sua operação. Quando um diodo normal recebe uma tensão reversa superior à sua classificação PIV, ele é permanentemente danificado e entra em circuito aberto. Por outro lado, devido ao doping pesado, quando um diodo Zener é aplicado com tensão reversa superior à sua 'tensão Zener', ele começa a conduzir corrente na direção reversa sem danos devido à quebra do Zener e à quebra da avalanche. Um diodo Zener tem uma quebra controlada na região reversa. Ele conduz corrente acima de uma 'tensão Zener'. É usado principalmente como retificador de tensão em aplicações DC. Vários diodos Zener possuem tensão Zener na faixa de 2V a 200V. Esses diodos também são usados como diodos de proteção em diversos circuitos semicondutores.
O diodo Zener tem o seguinte símbolo.
Diodo emissor de luz
Diodos emissores de luz são diodos especiais que emitem luz visível quando polarizados diretamente. Na polarização reversa, como um diodo normal, eles estão em estado de não condução e não emitem luz. Estes são diodos semicondutores feitos de arsenieto de gálio e substratos semicondutores semelhantes com um bandgap de alta energia entre suas bandas de condução e de valência. Devido ao bandgap de alta energia, quando elétrons e buracos se combinam perto da junção pn, a energia irradiada está na forma de luz visível ou infravermelha em vez de calor.
Existem muitos tipos diferentes de LEDs. Eles geralmente são classificados pela luz que transmitem. Por exemplo, os LED IR são díodos emissores de luz com emissão de luz na região infravermelha. LEDs de cores diferentes têm diferentes substratos semicondutores, tensão de ativação e classificações de tensão reversa. Os LEDs são usados em aplicações CA e CC. É importante observar a tensão direta máxima, a classificação PIV e a corrente direta máxima de um LED antes de usá-lo como uma aplicação. Os LEDs são bastante sensíveis e podem ser facilmente danificados. As classificações PIV dos LEDs, como os diodos de sinal, são geralmente em dezenas de volts, enquanto a tensão direta máxima é de apenas alguns volts.
Os LEDs possuem o seguinte símbolo.
Diodo Schottky
Os diodos Schottky são diferentes dos diodos pn típicos. Um diodo Schottky é construído formando uma junção entre material semicondutor tipo N e metal como platina, cromo ou tungstênio. Devido à junção metal-semicondutor, esses diodos têm alta capacidade de transporte de corrente e tempo de comutação rápido. A junção metálica também reduz a tensão de ativação e melhora a eficiência energética do diodo. Devido a todos esses benefícios, os diodos Schottky são usados para retificação de alta frequência e aplicações de comutação de alta frequência.
Um diodo Schottky tem o seguinte símbolo.
Diodo Shockley
Assim como um diodo genérico possui duas camadas, o diodo Shockley possui quatro. Também é chamado de diodo PNPN. É semelhante a um tiristor sem terminal de porta. É identificado como um diodo porque possui apenas dois terminais e existem dois estados elétricos do dispositivo – condução e não condução. Ele pode entrar em estado de condução somente quando uma tensão direta é aplicada a ele. Um diodo PNPN é basicamente um transistor PNP e um transistor NPN acoplados. O outro transistor conduz quando há tensão suficiente para polarizar o primeiro. Portanto, um diodo PNPN requer uma tensão direta suficiente para entrar em estado de condução. Se a tensão direta cair ou a tensão reversa for aplicada, o Shockley entrará em um estado de não condução. No estado de condução, o diodo Shockley é considerado 'LIGADO', enquanto no estado de não condução é considerado 'DESLIGADO'. As duas aplicações mais comuns do diodo Shockley são interruptores de gatilho para SCR e oscilador de relaxamento ou oscilador dente de serra. Esses diodos são usados em circuitos amplificadores de áudio.
A seguir está o símbolo elétrico do Diodo Shockley.
Diodo túnel
Os diodos túnel são diodos semicondutores fortemente dopados – 1000 vezes mais do que um diodo de sinal grande. Esses diodos usam um fenômeno quântico chamado tunelamento ressonante. Esses diodos exibem uma estranha resistência negativa em suas características diretas. Quando polarizada diretamente, a corrente aumenta com a tensão e atinge um pico. Isso é chamado de corrente de pico, e a tensão neste ponto é chamada de tensão de pico. Então, com o aumento da tensão, a corrente diminui e cai para um ponto baixo denominado corrente de vale. A tensão neste ponto é chamada de tensão de vale. Ao aumentar a tensão aplicada além da tensão de vale, a corrente aumenta exponencialmente sem qualquer queda adicional. Esses diodos têm um tempo de comutação muito rápido da ordem de nanossegundos. Sua resposta transitória é limitada apenas pela capacitância da junção e pela capacitância do fio parasita. Os diodos túnel são usados como interruptores de alta velocidade em osciladores e amplificadores de micro-ondas. É possível sintonizar esses diodos tanto eletricamente quanto mecanicamente.
A seguir está o símbolo elétrico do diodo túnel.
Diodo varator
Os diodos Varactor funcionam como um capacitor variável, por isso esses diodos também são chamados de diodos varicap. Eles são conectados por meio de polarização reversa em um circuito de tensão constante. Sua especialidade é que sua camada de depleção pode ser aumentada ou diminuída variando a tensão reversa aplicada. A mudança na camada de depleção altera a capacitância do diodo. A capacitância de um diodo varator pode variar para valores muito altos. Esses diodos são usados em osciladores controlados por tensão, capacitores controlados por tensão, multiplicadores de frequência, amplificadores paramétricos, loops de bloqueio de fase e transmissores FM.
O diodo Varactor possui o seguinte símbolo elétrico.
Diodo laser
Os diodos laser são uma espécie de diodo emissor de luz. A sigla 'laser' significa Amplificação de Luz por Emissão Estimulada de Radiação. A junção PN de um diodo laser possui extremidades polidas. Quando polarizada diretamente, a junção emite fótons e então os fótons emitidos são refletidos para frente e para trás entre as extremidades polidas do diodo. Como resultado, mais pares elétron-buraco são gerados. Sua recombinação produz mais fótons em fase com o fóton anterior. Isto leva à geração de um feixe de lápis a partir da região semicondutora do diodo, monocromático e monofásico. O feixe de laser emitido pode estar na região visível ou infravermelha. Esses diodos também são conhecidos como injeção, semicondutores e lasers de diodo. Os diodos laser são usados em comunicação por fibra óptica, impressoras a laser, leitores de disco óptico, sistemas de detecção de intrusão, aplicações de controle remoto e leitores de código de barras.
Um diodo laser possui o seguinte símbolo elétrico.
Diodo de recuperação de passo / diodo instantâneo
Os diodos de recuperação escalonada ou diodos instantâneos são projetados para operação em alta frequência. Eles também são chamados de diodos snap-off e diodos de armazenamento de carga. Esses diodos são usados em multiplicadores de ordem superior e circuitos modeladores de pulso. Quando um sinal senoidal é aplicado a eles, eles armazenam carga no pulso positivo e utilizam essa carga no pulso negativo. O tempo de subida do pulso de corrente permanece igual ao tempo de snap. É por isso que são chamados de diodos de recuperação escalonada. A frequência de corte desses diodos varia entre 200 e 300 GHz. Quanto maior for a frequência do sinal, melhor será a sua eficiência.
A seguir está o símbolo elétrico do diodo de recuperação escalonada.
Diodo Gunn
Os diodos Gunn são projetados apenas com material semicondutor tipo n. Dois materiais do tipo n são unidos para formar uma região de depleção entre eles. A região de depleção de materiais do tipo n é muito pequena. Quando uma tensão direta é aplicada, a corrente aumenta e atinge um nível de pico. Então, à medida que a tensão direta aumenta ainda mais, a corrente começa a diminuir exponencialmente. Isso é chamado de resistência diferencial negativa. Os diodos Gunn também são chamados de dispositivos de elétrons transferidos. No estado de condução, estes produzem sinais de RF de micro-ondas. Os diodos Gunn são usados em amplificadores de microondas.
A seguir está o símbolo elétrico do Diodo Gunn.
Diodo PIN
Os diodos PIN possuem uma camada de material intrínseco entre o material do tipo p e do tipo n. Na polarização direta, elétrons e buracos são injetados na camada intrínseca do material tipo n e tipo p, respectivamente. A presença de uma camada intrínseca aumenta a camada de depleção e produz um campo elétrico entre o material do tipo p e do tipo n. A corrente flui através do diodo devido a este campo elétrico. A camada de depleção aumentada diminui a capacitância do diodo enquanto aumenta a velocidade de resposta. Também aumenta a região fotossensível do diodo. Os diodos PIN são usados em aplicações de alta velocidade e alta sensibilidade, como fotodetectores, interruptores de RF e atenuadores.
Um diodo PIN possui o seguinte símbolo elétrico.
Foto-diodo
Fotodiodos são diodos semicondutores projetados para produzir uma corrente elétrica em resposta à irradiação de luz visível, infravermelha e ultravioleta. O diodo possui um material fino do tipo p e um material do tipo n fortemente dopado. Existe uma estreita região de depleção entre eles, que é exposta à luz através de material tipo p. Devido ao design do diodo, a exposição à luz desencadeia a formação de uma grande quantidade de pares elétron-buraco na região de depleção. Os elétrons e buracos são difundidos nos materiais tipo p e tipo n devido ao campo elétrico embutido que produz uma corrente elétrica do ânodo (material tipo p exposto à luz) para o cátodo (contato metálico).
Um fotodiodo possui o seguinte símbolo elétrico.
Célula solar
As células solares são simplesmente fotodiodos otimizados para fornecer energia a uma carga. Eles operam em modo fotovoltaico. A tensão através da resistência de carga faz com que a célula solar polarize diretamente. Existem muitos tipos diferentes de células solares com base no material de construção e no design. As células solares de silício são as mais populares. Outros materiais usados para a construção de células solares incluem silício policristalino, telureto de cádmio e disseleneto de cádmio, índio e gálio.
Uma célula solar, também conhecida como célula fotovoltaica, possui o seguinte símbolo elétrico.
Diodo IMPATT
O diodo de tempo de trânsito da avalanche de impacto é chamado de diodo IMPATT. Esses diodos são usados para gerar radiofrequências de alta potência na faixa de 3 a 100 GHz. Esses diodos são conectados em polarização reversa em um circuito oscilador. Devido ao efeito avalanche, eles produzem uma grande quantidade de corrente além do pico da tensão inversa. Em um circuito oscilador, a corrente através do diodo IMPATT está atrasada em relação à tensão. Devido ao efeito de resistência negativa e ao circuito ressonante, ondas de rádio de alta potência são produzidas a partir do diodo.
O diodo IMPATT tem o mesmo símbolo elétrico do diodo genérico.
Diodo de corrente constante
Os diodos de corrente constante também são conhecidos como diodos limitadores de corrente e diodos reguladores de corrente. Estes são usados como reguladores atuais. Eles têm uma construção semelhante a um JFET, mas são um dispositivo de dois terminais. Um diodo de corrente constante possui características diretas, nas quais, inicialmente, a corrente aumenta exponencialmente como um diodo normal. Então, além de um ponto de regulação de corrente, a corrente fica saturada. O diodo atinge a saturação da corrente deixando cair mais tensão nele. Diodos de corrente constante são usados no carregamento de baterias, circuitos de fonte de alimentação e circuitos de diodo laser.
Um diodo de corrente constante possui o seguinte símbolo elétrico.
Diodo de potência
Diodos de potência são diodos de sinal grandes. Eles são usados especificamente para retificação de tensão. O parâmetro mais importante dos diodos de potência é a classificação PIV. A classificação PIV dos diodos de potência normalmente varia de 50V a 1000V. A corrente direta máxima e a relação entre resistência direta e resistência reversa são outros dois fatores importantes que precisam ser verificados na folha de dados de um diodo de potência.
Um diodo de potência tem o mesmo símbolo de um diodo genérico.
Diodo de contato pontual
Diodos de contato pontual são usados para detectar sinais de alta frequência. Eles são produzidos criando uma junção PN entre um fio de ouro ou tungstênio e um material de germânio tipo n. O fio dourado permite a passagem de alta corrente pela junção. As características diretas deste diodo são semelhantes às de um diodo normal; entretanto, na polarização reversa, o diodo atua como um isolante. Isso faz com que o diodo opere como um capacitor em condições de polarização reversa e bloqueie a CC enquanto passa por um sinal CA de alta frequência. O corpo do diodo está envolto em um invólucro de vidro.
O diodo de contato pontual tem o mesmo símbolo do diodo genérico.
Retificador controlado por silicone
Um retificador controlado de silício (SCR) é semelhante a um diodo Shockley com um terminal de porta adicional. As características direta e reversa de um SCR são semelhantes às de um diodo, exceto que ele entra em estado de condução na região direta quando a porta é acionada. Eles são usados principalmente em aplicações de controle de potência.
O retificador controlado de silício possui o seguinte símbolo elétrico.
Diodo de cristal
Os diodos de cristal são semelhantes aos diodos de contato pontual. Eles também são conhecidos como Bigode de Gato. Eles são projetados pressionando um fio metálico contra um cristal semicondutor. Seu uso está limitado a detectores e receptores de microondas.
O diodo de cristal tem o mesmo símbolo elétrico do diodo genérico.
Diodo de supressão de tensão transitória
Os diodos de supressão de tensão transitória são semelhantes aos diodos Zener. Eles são usados para fixar tensões transitórias e são projetados para oferecer baixa impedância em resposta a uma tensão transitória, entrando imediatamente na região de ruptura da avalanche. O tempo de resposta do diodo é em picossegundos. Esses diodos são projetados para ter uma tensão de fixação mínima. Os diodos de supressão de tensão são usados em diversas aplicações, envolvendo principalmente processamento de sinais ou comunicação de dados.
Os diodos de supressão de tensão possuem o seguinte símbolo elétrico.
Diodo de superbarreira
Diodos de superbarreira são usados como diodos retificadores. Eles são projetados para ter baixa tensão direta, como um diodo Schottky, e baixa corrente de fuga reversa, como um diodo normal. Esses diodos têm tempos de comutação rápidos e podem lidar com alta potência com perdas mínimas.
O diodo de superbarreira tem o mesmo símbolo elétrico do diodo Schottky.
Diodo de avalanche
Os diodos de avalanche operam com base no princípio da quebra de avalanche. Eles são projetados para ter tensão de ruptura reversa precisa. Esses diodos são usados em aplicações de rádio e microondas.
Um diodo de avalanche possui o seguinte símbolo elétrico.
Diodo Peltier
Os diodos Peltier são projetados para ter uma junção de dois materiais. Nestes diodos, há fluxo de calor em uma única direção ao longo da direção do fluxo da corrente. Esses diodos são usados como sensores e motores térmicos em aplicações de aquecimento e resfriamento.
Diodos dopados com ouro
Nestes diodos, o ouro é usado como dopante. Esses diodos são mais rápidos que os diodos de sinal e também possuem uma baixa corrente de fuga reversa.
Diodos de vácuo
Este é o tubo de vácuo mais simples com dois eletrodos – cátodo e ânodo. O cátodo emite elétrons e o ânodo os coleta. Esses diodos têm uma classificação de tensão inversa alta. Eles são usados em audiófilos, amplificadores, emissão de elétrons de campo, displays fluorescentes e retificadores.
O diodo de vácuo possui o seguinte símbolo elétrico.
