Diodo

História

Os primeiros tipos de diodos eram chamados de válvulas Fleming. Eram tubos de vácuo. Eram dentro de um tubo de vidro (muito parecido com uma lâmpada). Dentro da lâmpada de vidro havia um pequeno fio de metal e uma grande placa de metal. O pequeno fio metálico esquentava e emitia eletricidade, que era capturada pela placa. A grande placa de metal não era aquecida, de modo que a eletricidade podia ir em uma direção através do tubo, mas não na outra direção. As válvulas Fleming já não são muito utilizadas porque foram substituídas por díodos semicondutores, que são menores do que as válvulas Fleming. Thomas Edison também descobriu esta propriedade ao trabalhar em suas lâmpadas.

Construção

Os diodos semicondutores são feitos de dois tipos de semicondutores conectados um ao outro. Um tipo tem átomos com elétrons extras (chamados "n-side"). O outro tipo tem átomos que querem elétrons (chamados de lado p). Por causa disso, a eletricidade fluirá facilmente do lado com muitos elétrons para o lado com muito poucos. Entretanto, a eletricidade não fluirá facilmente na direção inversa. Estes diferentes tipos são feitos por doping (semicondutor). O silício com arsênico dissolvido nele faz um bom semicondutor do lado n, enquanto o silício com alumínio dissolvido nele faz um bom semicondutor do lado p. Outros produtos químicos também podem funcionar.

O conector para o lado n é chamado de catodo, o conector para o lado p é chamado de ânodo.

Estrutura de um diodo tubular

Função de um diodo

Tensão positiva no lado p

Se você der tensão positiva ao lado p e negativa ao lado n, os elétrons do lado n vão querer ir para a tensão positiva no lado p e os furos do lado p vão querer ir para a tensão negativa no lado n. Por causa disto, o fluxo de corrente é capaz de existir, mas é preciso uma certa quantidade de voltagem para iniciar isto (uma quantidade muito pequena de voltagem não é suficiente para fazer a corrente elétrica fluir). Isto é chamado de voltagem de corte. A tensão de ativação de um diodo de silício está em cerca de 0,7 V. Um diodo de germânio precisa de uma tensão de ativação a cerca de 0,3 V.

Tensão negativa no lado p

Se, em vez disso, você der tensão negativa ao lado p e tensão positiva ao lado n, os elétrons do lado n querem ir para a fonte de tensão positiva em vez do outro lado do diodo. A mesma coisa acontece no lado p. Assim, a corrente não irá fluir entre os dois lados do diodo. Aumentar a voltagem eventualmente forçará a corrente elétrica a fluir (esta é a voltagem de desagregação). Muitos diodos serão destruídos por um fluxo reverso, mas alguns são feitos que podem sobreviver a ele.

Influência da temperatura

Quando a temperatura aumenta, a tensão de corte desce. Isto facilita a passagem da eletricidade através do diodo.

Tipos de diodos

Há muitos tipos de diodos. Alguns têm usos muito específicos e outros têm uma variedade de usos.

Símbolos

Aqui estão alguns símbolos comuns de diodos semicondutores usados em diagramas esquemáticos:

Diodo	Diodo Zener	Diodo Schottky	Diodo de túnel
Diodo emissor de luz	Fotodiodo	Varicap	Retificador controlado por silício

Diodo retificador padrão

Isto muda A/C (corrente alternada, como em uma tomada de parede em uma casa) para D/C (corrente contínua, usada em eletrônica). O diodo retificador padrão tem requisitos específicos. Ele deve suportar corrente alta, não ser muito afetado pela temperatura, ter uma baixa tensão de corte e suportar mudanças rápidas na direção do fluxo de corrente. A eletrônica moderna analógica e digital utiliza tais retificadores.

Diodo emissor de luz

Um LED produz luz quando a eletricidade flui através dele. É uma maneira mais duradoura e eficiente de criar luz do que as lâmpadas incandescentes. Dependendo de como foi feito, o LED pode fazer diferentes cores. Os LEDs foram usados pela primeira vez na década de 1970. O diodo emissor de luz pode eventualmente substituir a lâmpada, já que o desenvolvimento da tecnologia a torna mais brilhante e barata (já é mais eficiente e dura mais tempo). Nos anos 70, os LEDs foram usados para mostrar números em aparelhos como calculadoras, e como forma de mostrar que a energia estava ligada para aparelhos maiores.

Fotodiodo

Um fotodíodo é um fotodetector (o oposto de um diodo emissor de luz). Ele responde à luz que entra. Os fotodíodos têm uma janela ou conexão de fibra óptica, que permite a entrada de luz na parte sensível do diodo. Os diodos geralmente têm forte resistência; a luz reduz a resistência.

Diodo Zener

Um diodo zener é como um diodo normal, mas ao invés de ser destruído por uma grande tensão reversa, ele deixa passar a eletricidade. A tensão necessária para isso é chamada de tensão de ruptura ou tensão Zener. Por ser construído com uma tensão de ruptura conhecida, ele pode ser usado para fornecer uma tensão conhecida.

Diodo Varactor

O varicap ou diodo varactor é usado em muitos aparelhos. Ele usa a região entre o lado p e o lado n do diodo onde os elétrons e os furos se equilibram. Isto é chamado de zona de esgotamento. Ao alterar a quantidade de tensão reversa, o tamanho da zona de esgotamento muda. Há alguma capacitância nesta área, e ela muda com base no tamanho da zona de exaustão. Isto é chamado de capacitância variável, ou varicap para abreviar. Ela é usada em PLLs (Phase-locked loops) que são usados para controlar a freqüência de alta velocidade em que um chip funciona.

Step-Recovery-Diode

O símbolo é o símbolo de um diodo com uma espécie de obstáculo. Ele é usado em circuitos com altas freqüências até GHz. Ele se desliga muito rapidamente quando a tensão de avanço pára. Ele usa a corrente que flui após a polaridade ter sido invertida para fazer isso.

Diodo PIN

A construção deste diodo tem uma camada intrínseca (normal) entre o lado n e o lado p. Em freqüências mais lentas, ele age muito como um diodo padrão. Mas em altas velocidades, ele não consegue acompanhar as mudanças rápidas e começa a agir como uma resistência. A camada intrínseca também lhe permite lidar com entradas de alta potência, e pode ser usada como um fotodíodo.

Diodo Schottky

O símbolo deste é o símbolo do diodo, com um "S" no auge. Em vez de ambos os lados ser um semicondutor (como o silício), um lado é o metal, como o alumínio ou o níquel. Isto reduz a tensão de corte para cerca de 0,3 volts. Isto é cerca da metade da tensão de entrada de um diodo comum. A função deste diodo é que nenhum portador minoritário seja injetado - o lado n só tem furos, não elétrons, e o lado p só tem elétrons, não furos. Como este é mais limpo, ele pode reagir mais rapidamente, sem capacidade de difusão que possa retardá-lo. Também cria menos calor e é mais eficiente. Mas tem algum vazamento de corrente com tensão reversa.

Quando um diodo muda de corrente em movimento para corrente não em movimento, isto é conhecido como comutação. Leva dezenas de nanossegundos em um diodo típico; isto cria algum ruído de rádio, o que degrada temporariamente os sinais de rádio. O diodo Schottky comuta em uma pequena fração desse tempo, menos de um nanossegundo.

Diodo de túnel

No símbolo do diodo do túnel há uma espécie de colchete adicional no final do símbolo usual.

Um diodo de túnel consiste em um pn-junção altamente dopado. Devido a este alto doping, existe apenas um espaço muito estreito por onde os elétrons são capazes de passar. Este efeito de túnel aparece em ambas as direções. Após uma certa quantidade de elétrons ter passado, a corrente através da fenda diminui, até que a corrente normal através do diodo na tensão limite comece. Isto causa uma área de resistência negativa. Estes diodos são usados para lidar com freqüências realmente altas (100 GHz). Também são resistentes à radiação, por isso são usados em naves espaciais. Eles também são usados em microondas e geladeiras.

Diodo de retrocesso

O símbolo tem no final do diodo um sinal que parece um grande I. É feito semelhante ao diodo do túnel, mas a camada n e a camada p não são dopadas tão alto. Ele permite que a corrente flua para trás com pequenas tensões negativas. Pode ser usado para retificar tensões baixas (menos de 0,7 volts).

Retificador Controlado por Silicone (SCR)

Ao invés de duas camadas como um diodo normal, este tem quatro camadas, são basicamente dois diodos colocados juntos, com um portão no meio. Quando a tensão passa entre o portão e o cátodo, o transistor inferior se liga. Isto permite a passagem da corrente, que ativa o transistor superior, e então a corrente não precisará ser ligada por uma tensão de portão.