Suponha, para o modelo de tensão constante, que
, para todos os exercícios abaixo.
Explique as diferenças na operação e nos aspectos de fabricação entre um diodo retificador e um diodo Zener de silício, destacando as características específicas de cada tipo, como a finalidade de uso, comportamento sob polarização reversa e as variações estruturais implementadas durante o processo de fabricação.
Explique as diferenças na operação e nos aspectos de fabricação entre um diodo retificador e um diodo Zener de silício, destacando as características específicas de cada tipo, como a finalidade de uso, comportamento sob polarização reversa e as variações estruturais implementadas durante o processo de fabricação.
Passo 1
Beleza, aqui o enunciado pede pra gente comparar dois diodos de silício: o diodo retificador (aquele que usamos pra converter AC em DC) e o diodo Zener (aquele que regula tensão). A matéria é “dispositivos semicondutores” ou “eletrônica de estado sólido” – vamos precisar entender:
- como funciona uma junção PN em polarização direta e reversa;
- o que é ruptura por avalanche e efeito Zener;
- como o perfil de dopagem e a profundidade da junção influenciam essas características.
Passo 2
Operação do diodo retificador
– É uma junção PN com dopagem moderada.
– Em polarização direta (P em positivo, N em negativo) ele conduz quando a tensão atinge cerca de V (modelo de tensão constante).
– Em polarização reversa, ele bloqueia a corrente praticamente até chegar à tensão de ruptura por avalanche, tipicamente dezenas de volts ( elevado), quando a corrente cresce fortemente e o dispositivo pode queimar.
– Finalidade: retificar corrente (deixar passar só num sentido) e, em fontes, proteger de inversão de polaridade.
– É uma junção PN com dopagem moderada.
– Em polarização direta (P em positivo, N em negativo) ele conduz quando a tensão atinge cerca de
– Em polarização reversa, ele bloqueia a corrente praticamente até chegar à tensão de ruptura por avalanche, tipicamente dezenas de volts (
– Finalidade: retificar corrente (deixar passar só num sentido) e, em fontes, proteger de inversão de polaridade.
Passo 3
Operação do diodo Zener
– Também é uma junção PN, mas aqui a dopagem é muito maior, especialmente no lado P, para diminuir a largura da região de depleção.
– Em polarização direta, comporta-se igual ao retificador, conduz acima de V.
– Em polarização reversa, entra em ruptura controlada em uma tensão bem definida chamada (tipicamente de 2,4 V até uns 100 V, mas os mais usados são de 3,3 V, 5,1 V etc.).
– Também é uma junção PN, mas aqui a dopagem é muito maior, especialmente no lado P, para diminuir a largura da região de depleção.
– Em polarização direta, comporta-se igual ao retificador, conduz acima de
– Em polarização reversa, entra em ruptura controlada em uma tensão bem definida chamada
- Para
V o mecanismo dominante é o “efeito Zener” (túnel quântico). - Para
V predomina a avalanche (impact ionization).
– Finalidade: regulador de tensão – mantém uma tensão quase constantemesmo com variação de corrente.
Passo 4
Aspectos de fabricação
– Diodo retificador:
• Perfil de dopagem padrão (difusão ou epitaxia), junção relativamente profunda para suportar altas tensões reversas (zona de depleção larga).
• Material epitaxial para controlar uniformidade e perdas por capacitância.
– Diodo Zener:
• Dopagem muito intensa (N e P), junção rala (zona de depleção estreita) para que o campo elétrico chegue ao valor de ruptura a tensões baixas.
• Processo de ion-implantation ou difusão rápida pra criar uma camada fina e controlada.
• Às vezes usam estruturas “mesa” ou “planar” para ajustar a densidade de corrente e melhorar a estabilidade térmica em ruptura.
– Diodo retificador:
• Perfil de dopagem padrão (difusão ou epitaxia), junção relativamente profunda para suportar altas tensões reversas (zona de depleção larga).
• Material epitaxial para controlar uniformidade e perdas por capacitância.
– Diodo Zener:
• Dopagem muito intensa (N e P), junção rala (zona de depleção estreita) para que o campo elétrico chegue ao valor de ruptura a tensões baixas.
• Processo de ion-implantation ou difusão rápida pra criar uma camada fina e controlada.
• Às vezes usam estruturas “mesa” ou “planar” para ajustar a densidade de corrente e melhorar a estabilidade térmica em ruptura.
Resposta
O diodo retificador é feito com dopagem moderada e junção profunda, bloqueia alta tensão reversa e é usado pra retificação. Já o diodo Zener tem dopagem muito maior e junção bem fina, entra em ruptura reversa controlada em baixa tensão (
) pelo efeito Zener ou avalanche, servindo como regulador de tensão. O segredo na fabricação está em ajustar a concentração de dopantes e a profundidade da junção: leve e profunda para o retificador; pesada e rasa para o Zener.