Introduzindo o diodo como um elemento de circuito. Um diodo conduz corrente em uma direção, mas não na outra. 

Versão original criada por Willy McAllister.

O diodo é o nosso primeiro dispositivo semicondutor e ele é muito importante. Praticamente todos os outros dispositivos semicondutores são feitos de combinações de diodos. Esta é uma foto de um diodo que você pode comprar. Ele é um pequeno recipiente de vidro, com uma distância entre os extremos de cerca de 4 milímetros. No interior, há um pequeno chip de silício, fabricado para ser um diodo. Mas o que é um diodo? O diodo é um componente que conduz corrente apenas em um sentido e não conduz corrente no sentido oposto.

O símbolo do diodo é assim: ele possui uma seta que indica o sentido pelo qual a corrente flui. Uma forma de entender como o diodo funciona é desenhar a curva de tensão e corrente para ele. Se estivermos tratando de um diodo perfeito, construído com alguma tecnologia desconhecida, o que aconteceria se a corrente fluísse no sentido contrário? Ou seja, se a tensão fosse negativa, a tensão do terminal à direita seria maior que a do terminal à esquerda e não haveria corrente fluindo através do diodo. Para qualquer tensão positiva, o diodo se comportaria basicamente como um fio condutor. Isso pode ser chamado de “modelo zero” de um diodo.

No entanto, quando construímos um diodo real, ele não se comporta de forma tão perfeita, especialmente se for um diodo de silício. Podemos dizer que esse é o “modelo número 1” do diodo de silício. Ele não conduz corrente até atingir uma pequena voltagem positiva, e depois a corrente começa a ser conduzida. Em torno de 0,6 volts, o diodo começa a conduzir corrente. Para vários circuitos que construímos, este é um bom modelo de tensão-corrente para o diodo.

Agora, se comparamos a curva de tensão-corrente de um diodo com a de um resistor, podemos observar que a curva de um resistor é uma reta com inclinação constante, passando pela origem. Isso já sugere que o diodo é um tipo de dispositivo bem diferente, se comparado com um resistor. O diodo é um dispositivo não linear.

Vamos agora para o próximo nível de modelo de diodo, sobre o qual quero gastar mais tempo. Vamos chamar este modelo de “modelo número 2”, que é o mais utilizado na maioria das situações. Esse é o modelo que você usa quando simula circuitos ou quando trabalha com diodos reais.

Se temos um diodo, vou desenhar a curva de tensão-corrente para ele. Para isso, precisamos de uma fonte de alimentação ajustável e de um amperímetro para medir a corrente. O objetivo é gerar a curva de tensão-corrente fazendo medições reais da corrente e da tensão fornecida. Quando a tensão está em zero (no gráfico, isso é o ponto de origem), a corrente medida é zero. Ao aumentar a tensão lentamente, observe que a corrente não flui até atingirmos cerca de 0,6 volts. A partir desse ponto, a corrente começa a subir rapidamente, atingindo vários miliamperes (mA). Assim, podemos marcar os pontos que definem essa curva.

Agora, se ajustarmos a tensão para que ela fique negativa (no gráfico, isso está no eixo negativo da tensão), e conforme ajustamos a fonte de tensão, observamos que a corrente permanece zero até que a tensão atinja um valor negativo grande, como -50 volts. Nesse ponto, a corrente começa a fluir no sentido oposto, com um módulo grande, crescendo muito rapidamente. O valor de tensão em que isso acontece é chamado de tensão reversa máxima ou tensão de ruptura. Para diodos de silício, esse valor típico de tensão reversa máxima é em torno de -50 volts. À medida que a tensão reversa diminui (de -1V para -2V e assim por diante), a corrente permanece praticamente zero até alcançar esse valor crítico de cerca de -50V, quando ocorre o fenômeno de ruptura (“breaking down”).

A maioria dos diodos que usamos está sujeita a uma tensão reversa de cerca de -1 volt entre seus terminais. Assim, podemos olhar para a curva característica de um diodo e criar um modelo matemático para ela por meio de uma equação. A equação que descreve a relação tensão-corrente para o diodo é dada por:

I=Is(eqVDkT−1)I = I_s left( e^{frac{q V_D}{kT}} – 1 right)I=Is​(ekTqVD​​−1)

Onde:

• IsI_sIs​ é a corrente de saturação (para o silício, cerca de 10−1210^{-12}10−12 amperes),

• $q$ é a carga do elétron (1,602×10−191,602 times 10^{-19}1,602×10−19 Coulombs),

• VDV_DVD​ é a tensão no diodo,

• $k$ é a constante de Boltzmann (1,38×10−231,38 times 10^{-23}1,38×10−23 J/K),

• $T$ é a temperatura medida em Kelvin.

Essa equação descreve bem a parte da curva onde o diodo conduz corrente. Ela mostra uma relação exponencial entre a tensão e a corrente.

Se olharmos a curva real de tensão-corrente do diodo, podemos ver que ela tem um formato exponencial. No entanto, se ampliarmos uma parte do gráfico, vemos que a curva obedece à equação do diodo. Esta representação é uma aproximação muito grande do gráfico do diodo. No lado direito, quando a tensão entre os terminais do diodo é positiva, vemos que a corrente cresce rapidamente, enquanto no lado negativo, a corrente é muito pequena (corrente de saturação IsI_sIs​).

Observe que, na parte negativa da curva, a corrente é muito pequena. Isso ocorre porque, quando a tensão reversa é negativa, a corrente é quase nula, exceto por uma corrente muito pequena, conhecida como corrente de saturação, que flui no sentido oposto. Esse valor é tão pequeno que podemos considerar essa corrente como zero na maioria dos circuitos.

Agora que entendemos a curva de tensão-corrente de um diodo, vamos estudar como resolver situações que envolvem diodos em circuitos. Até o próximo vídeo!

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