Para que são os diodos e como funcionam? - guia de introdução aos diodos

Introdução - O que são diodos?

O diodo é um dispositivo semicondutor que permite que a corrente elétrica passe em uma direção e bloqueie-a na direção oposta. É um componente básico dos circuitos eletrônicos e elétricos, muito presente em nosso cotidiano (computadores, equipamentos de música, televisores, celulares, rádios, controles remotos, máquinas de lavar, lava-louças, etc.).

Os diodos também são conhecidos como retificadores porque alteram a corrente alternada (AC) para DC pulsante. Os diodos são classificados de acordo com seu tipo, tensão e capacidade de corrente.

Diodos têm uma polaridade determinada por um aodo (terminal positivo) e um cátodo (terminal negativo). (Vejaa entrada de adoodo e cátodo). A maioria dos diodos permite que a corrente flua somente quando a tensão é aplicada ao aodo positivo.

Funcionamento do diodo

Quando um diodo permite um fluxo de corrente, ele tem polarização direta. Quando um diodo tem polarização reversa, ele age como um isolador e não permite que a corrente flua.

Como curiosidade, a seta do símbolo do diodo aponta na direção oposta à direção do fluxo de elétrons. A razão para isso é que os engenheiros conceberam que o símbolo e seus esquemas mostram a corrente fluindo do lado positivo (+) da fonte de tensão para o lado negativo (-). É a mesma convenção usada para símbolos de semicondutores que incluem setas; a seta aponta na direção permitida do fluxo "convencional" e contra a direção permitida do fluxo de elétrons.

A curva característica de um diodo real é a seguinte:

União PN

Como vemos, os diodos semicondutores têm a valiosa propriedade que os elétrons fluem apenas em uma direção através deles e, como resultado, agem como um retificador. São a estrutura fundamental dos semicondutores e muitos outros componentes eletrônicos são fabricados com base em diodos. Diodos têm uma estrutura eletrônica chamada Junção PN, ou seja, são a união de um material semicondutor chamado N com outro chamado P. Mais profundamente, entramos um pouco no significado desses semicondutores.

Semicondutores extrínsicos do tipo N são compostos de átomos de material semicondutor, silício ou germânio, aos quais são adicionadas impurezas com átomos de outro material com 5 elétrons de valência. Como os átomos do material semicondutor têm 4 elétrons de valência e os átomos de impurezas 5, 4 ligações covalentes podem se formar e haverá um elétron sobrando para cada átomo de impureza que será livre. Este elétron livre será o portador da eletricidade. Em semicondutores do tipo N, elétrons são portadores de eletricidade. Porta-aviões majoritários - elétrons.

Por outro lado, semicondutores extrínsecas do tipo P são material semicondutor ao qual átomos de impureza com 3 elétrons de valência são adicionados. Neste caso, cada átomo do material semicondutor só pode formar 3 ligações com átomos de impureza. Átomos semicondutores têm uma lacuna esperando que um elétron chegue para formar o elo perdido. Neste tipo de semicondutores, as lacunas serão as transportadoras para dirigir. Porta-aviões majoritários - cavidades.

Você pode pensar que o vínculo pode ser formado simplesmente colando um material semicondutor N com outro P, mas este não é o caso, além de estar em contato, eles devem ter contato elétrico.

Logicamente, a soma das cargas dos dois cristais, antes de aderir, será neutra.

Uma vez que os dois semicondutores tenham sido unidos, teremos esta junção PN, onde a difusão mútua de transportadores de carga livre resulta em uma região de carga espacial que se estende a uma curta distância para ambos os lados da articulação. Não há elétrons ou lacunas livres nele.

Em suma, na zona N temos elétrons livres e na zona P temos lacunas esperando para ser preenchidos por elétrons.

Quando uma tensão, diferença potencial, é aplicada aos semicondutores, a região espacial de carga na junção faz com que um campo elétrico apontando do lado N em direção ao P que se opõe aos movimentos de difusão que a geraram.

No entanto, as transportadoras minoritárias geradas termicamente nas proximidades da junção podem ser "arrastadas" por esse campo elétrico, gerando uma corrente de arrasto de transporte, que é equilibrada com a corrente de difusão da maioria das transportadoras em estado de equilíbrio. A explicação poderia ser estendida por muito tempo e deitar-se, de modo que levaria a um nível mais alto de compreensão que vemos necessário.

Tipos de diodos

Existem vários tipos de diodos com diferentes aplicações ou utilitários, dependendo de sua configuração e estrutura. Exemplos incluem:

· Diodos de LED (Emitter de Diodo Leve)

Eles trabalham em polarização direta, e são caracterizados porque as recombinações dos portadores de carga geram fótons, as partículas elementares que formam luz. Seus usos são clássicos como indicadores e sistemas de iluminação. Dentro destes existem vários tipos:

ou DIP: Os LEDs do pacote dual in-line são luzes LED tradicionais que a maioria das pessoas pensa quando solicitadas a descrever um LED. A cor desta carcaça dependerá da luz emitida pelo LED. Eles têm baixa eficiência de luz, mas ainda são amplamente utilizados. Tanto opaca quanto transparente e saída de 3 ou 5 mm dependendo de sua potência.

ou SMD: O acrônimo SMD significa "Diodo Montado em Superfície", e nesta opção o diodo é encapsulado em uma resina semirrígida que é soldada ao circuito superficialmente. Eles são muito menores e mais eficientes do que os chips DIP originais.

Os chips SMD produzem entre 60 e 80 lúmens por watt, é possível alcançar um ângulo de abertura de 360o, conceder uma reprodução fiel da cor, mas gerar uma temperatura na junção da placa tornando a operação contínua não recomendada.

ou COB: OS LEDs COB (Chip on Board) são um dos mais recentes avanços no desenvolvimento da iluminação LED, e seu design é baseado na inclusão de múltiplos diodos LED no mesmo pacote, reduzindo em até 20% o custo de fabricação em comparação com chips SMD.

Eles geram uma alta quantidade de lúmens com uma quantidade muito pequena de energia, ideal para flashes de dispositivos.

· Diodos retificadores

Eles são usados em polarização direta e são usados na conversão de corrente alternada em corrente dc. Pontes retificar consistem em vários diodos para realizar esta conversão. (Veja o artigo da ponte retificadora).

· Varicap diodo ou varactor

É usado na polarização reversa e é um diodo que aproveita certas técnicas construtivas para se comportar, diante de variações na tensão aplicada, como um capacitor variável. Polarizado ao contrário, este dispositivo eletrônico possui recursos extremamente úteis em circuitos sintonizados (L-C), onde são necessárias mudanças de capacidade.

· Diodos laser

Tem uma infinidade de aplicações. Eles são usados em comunicações de fibra óptica, leitores de código de barras, ponteiros laser, leitura e gravação de BlueRay/CD/DVD, impressão a laser, etc.

· Diodo Zener

É um diodo de silício fortemente dopado que foi construído para trabalhar em zonas de ruptura. É praticamente o mesmo que o diodo de junção PN padrão, mas este é especialmente projetado para tirar proveito de uma configuração de polarização reversa. O diodo zener é a parte essencial dos reguladores de tensão quase constante, independentemente das grandes variações na tensão da rede, resistência à carga e temperatura.

Ao contrário de um diodo convencional que bloqueia qualquer fluxo de corrente através de si mesmo quando polarizado de cabeça para baixo, assim que a tensão reversa atinge um valor padrão, o diodo Zener começa a dirigir na direção inversa. Esta é a característica mais proeminente deste elemento.

A corrente que flui nesse ponto aumenta drasticamente para o valor máximo do circuito. O ponto de tensão em que a tensão está estabilizada é chamado de tensão zener (Vz).

Este estresse zener na curva I-V é quase uma linha vertical reta.

A principal função de Zener está no fato de que a tensão através de um diodo Zener permanece constante mesmo que haja uma grande mudança na correnteza.

Isso permite que um diodo Zener seja usado como um dispositivo de tensão constante.

· Diodo Schottky

Éum dispositivo semicondutor que fornece comutação muito rápida entre estados de condução direta e reversa (menos de 1n em pequenos dispositivos de 5 mm de diâmetro) e tensões limiares muito baixas. Portanto, ele é usado na troca de aplicativos.

· Diodo shockley

Diodo NPNP ou trisistor, consistindo de quatro camadas alternativas de semicondutores tipo N e tipo P. Essencialmente é um dispositivo de switch com aplicação em osciladores e dispositivos de gatilho para SCR (Silicon Controlled Rettifier).

· Diodo Gunn

Sãoutilizados em eletrônicos de alta frequência e são caracterizados por, sob certas condições, resistência negativa. Diodos de gunn são usados na construção de osciladores de micro-ondas. Dependendo dos materiais utilizados, podem ser alcançadas frequências de oscilação acima de 10GHz, sendo possível atingir até 3THz com diodos de nitreto de gálio.

Além dos indicados existem outros tipos de diodos com variações ou modificações estruturais que permitem seu uso em muitas aplicações em eletricidade e eletrônicos.

• Diodos para supressão de espinhos de tensão.
• Contorne diodos para proteção do painel solar.
• Semicondutor: por físico, impurezas, eletrodos, diodos de: silício, vidro, cores LED e RGB, laser, térmico, fotodiodo, Zener, Schottky e varicap)

Aplicações de diodo

Como vimos, as aplicações dependem inteiramente do tipo de diodo utilizado, desde retificadores ou duplicadores, estabilizadores, limitadores, fixadores e divisores de tensão, até indicadores no caso de LEDs.

Exemplos de uso em eletrônicos para amadores

Existem muitos exemplos práticos com diodos de todos os tipos, como como os LEDs funcionam, fazer um retificador, luzes de carro fantásticas com LEDs. (Links para Referência de Catálogo).

· Operação simples de um LED

Para ligar um LED, basta conectá-lo a umresistor de 1kΩ e uma bateria de 6 ou 9V (ou fonte de tensão contínua) em série. Claro, você também pode adicionar um interruptor conectando-o em série entre a bateria e o resistor.

Nota: Lembre-se sempre de verificar as folhas de recursos dos componentes que você não conhece para ver a conexão deles. Neste caso, o encapsulamento led marca o pino negativo (cátodo) é o mais curto e onde o chamfer está.

· Carro fantástico com Arduino

Todos nos lembraremos como as luzes deste carro mítico da série de TV se acenderam. Bem, sua montagem e programação é simples. Para isso, usaremos Arduino placa ONE, conectando em suas saídas analógicas (A2 – A7) 6 LEDs com uma resistência de 220Ω em série cada. Conecte o circuito seguindo o diagrama abaixo.

Nota: Lembre-se de colocar a resistência apropriada a cada LED. Ohm Law: V's I*R, se a tensão for 5 V e queremos que o LED alcance apenas entre 5 mA (0,005 A) e 20 mA (0,02 A), então use um resistor aproximadamente entre 250 e 1000 ohms.

Em seguida, abrimos um novo projeto de Arduino e copiamos o seguinte esboço:

* Cavaleiro Cavaleiro 1

* --------------

*

Basicamente uma extensão de Blink_LED.

*

*

* (fissura) 2005 K3, Universidade de Malmo

* @author: David Cuartielles

* @hardware: David Cuartielles, Aaron Hallborg

*/

int pin2 x 2;

int pin3 x 3;

int pin4 x 4;

int pin5 x 5;

int pin6 x 6;

int pin7 x 7;

int timer s 100;

configuração do vazio()

pinMode(pin2, OUTPUT);

pinMode(pin3, OUTPUT);

pinMode(pin4, OUTPUT);

pinMode(pin5, OUTPUT);

pinMode(pin6, OUTPUT);

pinMode(pin7, OUTPUT);

}

loop vazio()

digitalWrite(pin2, HIGH);

atraso (temporizador);

digitalWrite(pin2, LOW);

atraso (temporizador);

digitalWrite(pin3, HIGH);

atraso (temporizador);

digitalWrite(pin3, LOW);

atraso (temporizador);

digitalWrite(pin4, HIGH);

atraso (temporizador);

digitalWrite(pin4, LOW);

atraso (temporizador);

digitalWrite(pin5, HIGH);

atraso (temporizador);

digitalWrite(pin5, LOW);

atraso (temporizador);

digitalWrite(pin6, HIGH);

atraso (temporizador);

digitalWrite(pin6, LOW);

atraso (temporizador);

digitalWrite(pin7, HIGH);

atraso (temporizador);

digitalWrite(pin7, LOW);

atraso (temporizador);

digitalWrite(pin6, HIGH);

atraso (temporizador);

digitalWrite(pin6, LOW);

atraso (temporizador);

digitalWrite(pin5, HIGH);

atraso (temporizador);

digitalWrite(pin5, LOW);

atraso (temporizador);

digitalWrite(pin4, HIGH);

atraso (temporizador);

digitalWrite(pin4, LOW);

atraso (temporizador);

digitalWrite(pin3, HIGH);

atraso (temporizador);

digitalWrite(pin3, LOW);

atraso (temporizador);

}

Como podemos ver, é muito simples, já que a mesma sequência de instruções é repetida onde a função digitalWrite envia para o alto estado e sob os LEDs.

Uma vez que o programa é carregado podemos ver o resultado e se você quiser ajustar a velocidade, você só tem que mudar a variável temporizador e voltar para cima.

Uma versão mais simplificada do mesmo projeto seria usar o para(;;). Você pode verificá-lo usando o seguinte código:

/* Cavaleiro Cavaleiro 2

* --------------

*

* Reduzindo a quantidade de códigos usados para(;;).

*

*

* (fissura) 2005 K3, Universidade de Malmo

* @author: David Cuartielles

* @hardware: David Cuartielles, Aaron Hallborg

*/

int pinArray[] s 2, 3, 4, 5, 6, 7;

int contagem s 0;

int timer s 100;

configuração do vazio()

// fazemos todas as declarações às onze

para (contagem-0;contagem<6;contagem++)

pinMode(pinArray[contagem], OUTPUT);

}

}

loop vazio()

para (contagem-0;contagem<6;contagem++)

digitalWrite(pinArray[contagem], HIGH);

atraso (temporizador);

digitalWrite(pinArray[contagem], LOW);

atraso (temporizador);

}

para (contagem-5;contagem>-0;contagem--)

digitalWrite(pinArray[contagem], HIGH);

atraso (temporizador);

digitalWrite(pinArray[contagem], LOW);

atraso (temporizador);

}

}

Fontes:

https://www.fluke.com/es-es/informacion/mejores-practicas/aspectos-basicos-de-las-medidas/electricidad/que-es-un-diodo
https://www.areatecnologia.com/electronica/el-diodo.html

https://satcor.es/el-diodo-que-es-y-para-que-sirve/
https://www.efectoled.com/blog/all-about-the-diodes/::text-A%20diod%20es%20un%20component,the%20electricity%20 (polarização%C3%B3n%20direct).

https://www.areatecnologia.com/electronica/union-pn.html
https://www.arduino.cc/en/Tutorial/KnightRider