Introdução

Neste módulo introduziremos o estudo sobre diodos. Após a discussão sobre a curva do diodo, vamos ver suas aproximações. Precisamos das aproximações porque a análise exata em muitas situações é tediosa e leva muito tempo. Por exemplo, uma aproximação ideal é geralmente adequada e a segunda aproximação nos dá soluções rápidas e fáceis na maioria dos casos. Além disso, podemos usar a terceira aproximação para uma melhor precisão ou soluções por computador para quase todas as respostas exatas.

Idéias Básicas

Um resistor comum é um dispositivo linear porque o gráfico da sua corrente versus tensão é uma reta. Um diodo é diferente. Ele é um dispositivo não-linear porque o gráfico de sua corrente versus tensão não é uma reta. A razão está na sua barreira de potencial, para tensões menores que a tensão na barreira de potencial, a corrente no diodo é baixa. Quando a tensão no diodo excede a barreira de potencial, a corrente no diodo aumenta rapidamente.

A Figura 1a mostra o símbolo esquemático de um diodo. O lado p é chamado de anodo, e o lado n é o catodo. O símbolo do diodo parece uma seta que aponta do lado p para o lado n, ou seja, do anodo para o catodo. A Figura 1b mostra alguns dos muitos tipos de encapsulamentos típicos de diodo. Muitos, mas nem todos, os diodos têm o terminal do catodo (K) identificado por uma faixa colorida.

Figura 1. Diodo. (a) Símbolo esquemático; (b) tipos de encapsulamento; © polarização direta. Fonte: Malvino; Bates, 2011.

A Figura 1c mostra um circuito com diodo. Neste circuito o diodo está polarizado diretamente. Como sabemos? Porque o terminal positivo da bateria alimenta o lado p através de um resistor e o terminal negativo da bateria está conectado do lado n. Com essa conexão, o circuito está tentando empurrar as lacunas e os elétrons livres em direção a junção.

Em circuitos mais complexos pode ser difícil saber se o diodo está polarizado diretamente. Aqui está uma regra. Faça a si mesmo a seguinte pergunta: o circuito externo está forçando uma corrente no sentido fácil de circulação? Se a resposta for sim, o diodo está polarizado diretamente.

O que quer dizer uma corrente no sentido fácil de circulação? Se usarmos a corrente convencional, o sentido fácil é o mesmo da direção da seta do diodo. Se você preferir a corrente de elétrons, o sentido fácil é o oposto.

Quando o diodo faz parte de um circuito complexo, podemos usar também o Teorema de Thevenin (Alexander; Sadiku, 2013) para determinar se ele está diretamente polarizado. Por exemplo, suponha que fizemos a redução de um circuito complexo com o Teorema de Thevenin (Alexander; Sadiku, 2013) para obter a Figura 1c. Desse modo, podemos ver que ele está diretamente polarizado.

Figura 2. Curva do diodo. Fonte: Malvino; Bates, 2011.

A Figura 1c é um circuito que você pode montar no laboratório. Depois de conectado a esse circuito, você pode medir a corrente e a tensão no diodo. É possível também inverter a polaridade da fonte cc e medir a corrente e a tensão na polaridade inversa. Se você plotar a corrente no diodo versus a tensão no diodo, obterá um gráfico parecido com o da Figura 2.

Por exemplo, quando o diodo está polarizado diretamente, não há uma corrente significante enquanto a tensão no diodo não for maior do que a barreira de potencial. Por outro lado, quando o diodo está polarizado reversamente não há corrente inversa no diodo enquanto a tensão no diodo não atingir a tensão de ruptura. Depois, a avalanche produz uma corrente inversa alta, destruindo o diodo.

Na região direta, a tensão na qual a corrente começa a aumentar rapidamente é chamada de tensão de joelho do diodo. A tensão de joelho é igual à barreira de potencial. A análise de circuitos com diodo geralmente se resume em determinar se a tensão no diodo é maior ou menor do que a tensão de joelho. Se for maior, o diodo conduz intensamente. Se for menor, o diodo conduz fracamente. Definimos a tensão de joelho de um diodo de silício como:

$$ vk≈0,7V $$

Embora os diodos de germânio sejam raramente usados nos projetos novos, você pode ainda encontrar diodos de germânio em circuitos especiais ou em equipamentos antigos. Por essa razão, lembre-se de que a tensão de joelho de um diodo de germânio é de aproximadamente 0,3V. Esse baixo valor da tensão de joelho é uma vantagem e esclarece o porquê do uso do diodo de germânio em certas aplicações.

Acima da tensão de joelho, a corrente no diodo aumenta rapidamente. Isso significa que pequenos aumentos na tensão do diodo causam aumentos na corrente do diodo. Uma vez vencida a barreira de potencial, tudo o que impede a passagem da corrente é a resistência ômica das regiões p e n. Em outras palavras, se as regiões p e n fossem dois pedaços separados de semicondutores, cada um teria uma resistência que poderia ser medida com um ohmímetro, a mesma que um resistor comum.

A soma das resistências ôhmicas é chamada de resistência de corpo do diodo. Ela é definida como: