Desde o projeto eletrônico até a produção e o reparo, os diodos são amplamente utilizados para diversas aplicações. Estes são de diferentes tipos e transferem a corrente elétrica com base nas propriedades e especificações daquele diodo específico. Estes são principalmente diodos de junção P-N, diodos fotossensíveis, diodos Zener, diodos Schottky, diodos Varactor. Os diodos fotossensíveis incluem LEDs, fotodiodos e células fotovoltaicas. Alguns deles são explicados resumidamente neste artigo.
1. Diodo de junção P-N
Uma junção P-N é um dispositivo semicondutor, que é formado por material semicondutor tipo P e tipo N. O tipo P tem uma alta concentração de buracos e o tipo N tem uma alta concentração de elétrons. A difusão dos orifícios é do tipo p para o tipo n e a difusão de elétrons é do tipo n para o tipo p.
Os íons doadores na região do tipo n tornam-se carregados positivamente conforme os elétrons livres se movem do tipo n para o tipo p. Portanto, uma carga positiva é construída no lado N da junção. Os elétrons livres através da junção são os íons aceitadores negativos, preenchendo os buracos, então a carga negativa estabelecida no lado p da junção é mostrada na figura.
Um campo elétrico formado pelos íons positivos na região do tipo n e íons negativos nas regiões do tipo p. Esta região é chamada de região de difusão. Uma vez que o campo elétrico varre rapidamente os portadores livres, a região fica sem portadores livres. Um potencial embutido Vcom umdevido a Ê é formado na junção é mostrado na figura.
Diagrama funcional do diodo de junção P-N:
Diagrama Funcional do Diodo de Junção P-N
Características dianteiras da junção P-N:
Quando o terminal positivo da bateria é conectado ao tipo P e o terminal negativo é conectado ao tipo N, é chamada polarização direta da junção P-N, conforme mostrado na figura abaixo.
Características dianteiras da junção P-N
Se esta tensão externa se tornar maior que o valor da barreira de potencial, aproximadamente 0,7 volts para silício e 0,3 V para Ge, a barreira de potencial é cruzada e a corrente começa a fluir devido ao movimento de elétrons através da junção e o mesmo para os buracos.
Características de polarização para frente da junção P-N
Características reversas da junção P-N:
Quando uma tensão positiva é fornecida à parte n e uma tensão negativa à parte p do diodo, diz-se que está na condição de polarização reversa.
Circuito de características reversas da junção P-N
Quando uma tensão positiva é dada à parte N do diodo, os elétrons se movem em direção ao eletrodo positivo e a aplicação de tensão negativa à parte p faz com que os orifícios se movam em direção ao eletrodo negativo. Como resultado, os elétrons cruzam a junção para se combinar com os buracos no lado oposto da junção e vice-versa. Como resultado, uma camada de depleção é formada, tendo um caminho de alta impedância com uma barreira de alto potencial.
Características de polarização reversa da junção P-N
Aplicações do diodo de junção P-N:
O diodo de junção P-N é um dispositivo sensível à polaridade de dois terminais, o diodo conduz quando em polarização de encaminhamento e o diodo não conduz quando polarização reversa. Devido a essas características, o diodo de junção P-N é usado em muitas aplicações como
- Retificadores em DC fonte de energia
- Circuitos de demodulação
- Redes de grampeamento e fixação
2. Fotodiodo
O fotodiodo é uma espécie de diodo que gera corrente proporcional à energia da luz incidente. É um conversor de luz em tensão / corrente que encontra aplicações em sistemas de segurança, transportadores, sistemas de comutação automática, etc. O fotodiodo é semelhante a um LED em construção, mas sua junção p-n é altamente sensível à luz. A junção P-N pode ser exposta ou embalada com uma janela para entrar luz na junção P-N. Sob o estado polarizado direto, a corrente passa do ânodo para o cátodo, enquanto no estado polarizado reverso, a fotocorrente flui na direção reversa. Na maioria dos casos, a embalagem do fotodiodo é semelhante ao LED, com ânodo e cátodo projetando-se para fora da caixa.
Foto-diodo
Existem dois tipos de fotodiodos - fotodiodos PN e PIN. A diferença está no desempenho. O fotodiodo PIN possui uma camada intrínseca, portanto, deve ser polarizado reversamente. Como resultado da polarização reversa, a largura da região de depleção aumenta e a capacitância da junção p-n diminui. Isso permite a geração de mais elétrons e lacunas na região de depleção. Mas uma desvantagem da polarização reversa é que ela gera uma corrente de ruído que pode reduzir a relação S / R. Portanto, a polarização reversa é adequada apenas em aplicações que requerem maior largura de banda . O fotodiodo PN é ideal para aplicações com pouca luz porque a operação é imparcial.
O fotodiodo funciona em dois modos, ou seja, modo fotovoltaico e modo fotocondutivo. No modo fotovoltaico (também chamado de modo de polarização zero), a fotocorrente do dispositivo é restrita e uma tensão aumenta. O fotodiodo está agora no estado polarizado direto e uma “corrente escura” começa a fluir através da junção p-n. Este fluxo de corrente escura ocorre em oposição à direção da fotocorrente. A corrente escura é gerada na ausência de luz. A corrente escura é a fotocorrente induzida pela radiação de fundo mais a corrente de saturação no dispositivo.
O modo fotocondutor ocorre quando o fotodiodo é polarizado reversamente. Como resultado disso, a largura da camada de depleção aumenta e leva a uma redução na capacitância da junção p-n. Isso aumenta o tempo de resposta do diodo. Responsividade é a relação entre a fotocorrente gerada e a energia de luz incidente. No modo fotocondutivo, o diodo gera apenas uma pequena corrente chamada corrente de saturação ou corrente de retorno ao longo de sua direção. A fotocorrente permanece a mesma nesta condição. A fotocorrente é sempre proporcional à luminescência. Mesmo que o modo fotocondutor seja mais rápido que o modo fotovoltaico, o ruído eletrônico é maior no modo fotocondutor. Os fotodiodos à base de silício geram menos ruído do que os fotodiodos à base de germânio, uma vez que os fotodiodos de silício têm um bandgap maior.
3. Diodo Zener
O diodo Zener é um tipo de diodo que permite o fluxo de corrente na direção direta semelhante a um diodo retificador, mas ao mesmo tempo, pode permitir o fluxo reverso da corrente também quando a tensão está acima do valor de ruptura do Zener. Isso é normalmente um a dois volts mais alto do que a tensão nominal do Zener e é conhecido como a tensão Zener ou ponto de avalanche. O Zener recebeu esse nome em homenagem a Clarence Zener, que descobriu as propriedades elétricas do diodo. Os diodos Zener encontram aplicações na regulação de tensão e para proteger dispositivos semicondutores de flutuações de tensão. Os diodos Zener são amplamente usados como referências de tensão e como reguladores shunt para regular a tensão nos circuitos.
O diodo Zener usa sua junção p-n no modo de polarização reversa para dar o efeito Zener. Durante o efeito Zener ou quebra do Zener, o Zener mantém a tensão próxima a um valor constante conhecido como tensão Zener. O diodo convencional também possui a propriedade de polarização reversa, mas se a tensão de polarização reversa for excedida, o diodo será submetido a alta corrente e será danificado. O diodo Zener, por outro lado, é especialmente projetado para ter uma tensão de ruptura reduzida chamada tensão Zener. O diodo Zener também exibe a propriedade de uma ruptura controlada e permite que a corrente mantenha a tensão através do diodo Zener próxima à tensão de ruptura. Por exemplo, um Zener de 10 volts cairá 10 volts em uma ampla gama de correntes reversas.
Quando o diodo Zener é polarizado reversamente, sua junção p-n experimenta uma quebra de Avalanche e o Zener conduz na direção reversa. Sob a influência do campo elétrico aplicado, os elétrons de valência serão acelerados para bater e liberar outros elétrons. Isso termina no efeito Avalanche. Quando isso ocorre, uma pequena mudança na tensão resultará em um grande fluxo de corrente. A quebra do Zener depende do campo elétrico aplicado, bem como da espessura da camada na qual a tensão é aplicada.
O diodo Zener requer um resistor limitador de corrente em série para restringir o fluxo de corrente através do Zener. Normalmente, a corrente Zener é fixada em 5 mA. Por exemplo, se um Zener de 10 V for usado com uma fonte de 12 volts, 400 Ohms (o valor próximo é 470 Ohms) é ideal para manter a corrente de Zener em 5 mA. Se a alimentação for de 12 volts, haverá 10 volts no diodo Zener e 2 volts no resistor. Com 2 volts no resistor de 400 ohms, a corrente através do resistor e do Zener será de 5 mA. Portanto, como regra, resistores de 220 Ohms a 1K são usados em série com o Zener, dependendo da tensão de alimentação. Se a corrente através do Zener for insuficiente, a saída será desregulada e menor que a tensão nominal de ruptura.
A seguinte fórmula é útil para determinar a corrente através do Zener:
Zener = (VIn - V Out) / R Ohms
O valor do Resistor R deve satisfazer duas condições.
- Deve ser um valor baixo para permitir corrente suficiente através do Zener
- A classificação de potência do resistor deve ser alta o suficiente para proteger o Zener.
Crédito da foto:
![Circuito detector de fase CA sem contato [testado]](https://electronics.jf-parede.pt/img/sensors-detectors/38/non-contact-ac-phase-detector-circuit.png)
