Díodo rectificador

Díodo rectificador
Lucínio Preza de Araújo
http://www.prof2000.pt/users/lpa
Constituição
Um díodo rectificador é constituído por uma junção PN de
material semicondutor (silício ou germânio) e por dois
terminais, o Ânodo (A) e o Cátodo (K).
Símbolo:
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Junção PN
A junção de um material semicondutor do tipo P (com
excesso de lacunas) com um material semicondutor do tipo N
(com excesso de electrões livres) origina uma junção PN. Na
zona da junção, os electrões livres do semicondutor N
recombinam-se com as lacunas do semicondutor P formando
uma zona sem portadores de carga eléctrica que se designa
por zona neutra ou zona de deplecção.
Electrões livres
Zona neutra
ou zona de
deplecção
Lacunas
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Identificação visual dos terminais
O terminal que se encontra mais
próximo do anel é o cátodo (K).
O terminal ligado à parte mais
estreita/afunilada é o cátodo (K).
O terminal ligado à parte roscada
é o cátodo (K).
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Díodo polarizado directamente
O díodo rectificador é um componente unidireccional ou seja,
só conduz num sentido (quando o Ânodo está a um potencial
positivo em relação ao Cátodo). Nessa situação diz-se que o
díodo está polarizado directamente.
A
K
+
VCC
_
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Díodo polarizado inversamente
Quando o díodo rectificador está polarizado inversamente
(Ânodo a um potencial negativo em relação ao cátodo) não
conduz (está ao corte).
K
A
+
VCC
_
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Principio de funcionamento
Quando polarizado directamente um díodo rectificador
conduz porque na junção PN a zona neutra ou zona de
deplecção (zona sem portadores de carga eléctrica) estreita
a resistência eléctrica diminui e a corrente eléctrica passa.
Electrões livres
Lacunas
Zona neutra
ou zona de
deplecção
estreita
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Principio de funcionamento
Quando polarizado inversamente um díodo rectificador não
conduz porque na junção PN a zona neutra ou zona de
deplecção (zona sem portadores de carga eléctrica) alarga a
resistência eléctrica aumenta significativamente e a corrente
eléctrica não passa.
Electrões livres
Lacunas
Zona neutra ou
zona de
deplecção alarga
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Queda de tensão interna
Quando o díodo está polarizado directamente a corrente
eléctrica ao passar pela zona neutra ou zona de deplecção
que apresenta uma certa resistência, origina uma queda de
tensão (U=RxI).
Nos díodos de silício essa queda de tensão interna pode
variar entre 0,6Volt e 1Volt.
Nos díodos de germânio essa queda de tensão interna
pode variar entre 0,2Volt e 0,4Volt.
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3ºquadrante
1ºquadrante
Características técnicas
Tensão
directa
UF
Corrente
directa
IF
Tensão
inversa
UR
Corrente
inversa
IR
IF
UR
UF
IR
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Leitura das características técnicas
Exemplo:
Díodo rectificador 1N4007
UR = 1000V
Tensão inversa máxima que se pode aplicar
ao díodo em polarização inversa.
IF = 1A
Corrente directa máxima permanente que
pode circular pelo díodo.
IR = 5A
Corrente inversa que percorre o díodo
quando polarizado inversamente
VF = 1,1V
Queda de tensão interna máxima quando o
díodo polarizado directamente conduz uma
corrente directa de 1A.
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Curva característica
IF
Corrente
directa
Tensão de
ruptura
UR
UF
Corrente de fuga
Corrente de
avalanche
IR
Pode-se observar na curva
característica do 1º quadrante
(díodo polarizado directamente)
que à medida que se aumenta
a tensão directa (UF) a corrente
directa (IF) também aumenta.
Na curva do 3º quadrante
(díodo polarizado
inversamente) podemos
observar que para uma dada
faixa da tensão inversa (UR) a
corrente inversa (IR) é
desprezível (corrente de fuga).
A tensão inversa não pode
atingir a tensão de ruptura pois
isso acarreta que o díodo passe
a conduzir em sentido contrário
(rompeu a junção PN).
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Recta de carga
Consideremos o circuito:
+
VF
_
+
VCC
_
IF
+
RC
_
-VCC + VF + RC.IF = 0
VF + RC.IF = VCC
Encontramos uma equação que relaciona VF e IF:
VCC = VF + RC.IF
Esta equação permite determinar os dois pontos da recta de
carga, que sobreposta à curva característica do díodo,
determinará o ponto de funcionamento (Q) do díodo.
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Recta de carga
Este é um método gráfico que permite que encontremos o ponto de
funcionamento do díodo. É de notar que a recta de carga depende
do circuito (VCC e RC) em que o díodo está inserido, enquanto que a
curva característica é fornecida pelo fabricante.
IF
VCC = VF + RC.IF
Corrente de
saturação
IFQ
Tensão de corte
Ponto de
funcionamento (Q)
Recta de carga
VFQ
Tensão
de corte
IF=0  VCC=VF
Corrente de saturação
VF=0  IF=VCC / RC
VF
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Exemplo da determinação do ponto de
funcionamento (Q) de um díodo
IF
VCC = VF + RC.IF
+
VCC=3
V
RC=750
_
Tensão de corte
IF=0  VCC=VF  VF=3 V
Corrente de saturação
VF=0  IF=VCC / RC  IF=3 / 750
mA
IF= 4 mA
5
4
2,5
3
Q
2
1
1
2
3
Para as condições do circuito
(VCC=3Volt e RC=750) e a curva
característica representada, a
corrente directa no díodo será de
IFQ≈2,5mA e a tensão directa será de
VFQ=1,1V.
1,1
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