ESPAÇO DE FORMAÇÃO
Ficha técnica n.o 22 Paulo Peixoto ATEC – Academia de Formação paulo.peixoto@atec.pt
20. DÍODOS SCHOTTKY 20.1. Introdução Se as frequências de operação dos circuitos eletrónicos aumentarem, da normal frequência da rede elétrica nacional de 50 Hz, a dinâmica dos díodos para pequenos sinais começam a apresentar comportamentos diferentes dos habitualmente conhecidos. Estes díodos deixam de interromper com rapidez suficiente para produzir um sinal de meia onda bem definido. A solução para este problema reside no díodo Schottky.
20.2. Fenómeno do armazenamento de cargas Antes de descrever o funcionamento do díodo Schottky devemos analisar o problema dos díodos convencionais a frequências elevadas, superiores a 10 MHz. Num díodo para pequenos sinais, os eletrões da banda de condução difundem-se através da junção e vão para a região P, antes de se recombinarem. Analogamente, as lacunas atravessam a junção e passam para a região N. quanto maior for a duração de vida mais longe podem ir as cargas antes da recombinação. Por exemplo, se a duração de vida for igual a 1 µs os eletrões livres e as lacunas existem durante um tempo médio de 1 µs antes de ocorrer a recombinação. Isto permite que os eletrões livres penetrem mais profundamente na região P, onde permanecem temporariamente armazenadas. De modo semelhante, as lacunas penetram profundamente na região N e aí permanecem algum tempo armazenadas. Quanto maior for a corrente direta maior será a quantidade de cargas a atravessar a junção. Quanto mais elevada for a duração de ida mais cargas penetram profundamente e mais tempo permanecem nas bandas de energia. O armazenamento temporário de eletrões na banda de energia superior e de lacunas na banda de energia inferior designa-se por armazenamento de cargas. Quando se tende a levar um díodo em condução para o bloqueio, o armazenamento de cargas cria um problema. Este problema prende-se com o seguinte: Se um díodo for polarizado inversamente de repente, as cargas armazenadas fluem no sentido inverso durante algum tempo. Quanto maior for a duração de vida mais tempo estas cargas contribuem para a corrente inversa. O intervalo de tempo até bloquear um díodo polarizado diretamente chama-se Tempo de Recuperação Inversa – tri ou do inglês trr – Reverse Recovery Time. Como orientação, o valor do tempo de recuperação inversa é o tempo que a corrente inversa demora a reduzir-se a 10 % da corrente direta. Como referência, o díodo 1N4148 tem um valor de tempo de recuperação inversa igual a 4 ns. Se este díodo tiver uma corrente de 10 mA e de repente for polarizado inversamente, demorará cerca de 4 ns até que a corrente inversa se reduza a 1 mA. O tempo de recuperação inversa é muito pequeno nos díodos de pequenos sinais que não se nota o seu efeito a frequências abaixo dos 10 MHz.
16
MANUTENÇÃO 148
Figura 152. Extrato da folha de dados do díodo 1N4148 onde se salienta o tempo de recuperação inversa (trr). Fonte: www.fairchildsemi.com.
Analisando o efeito do tempo de recuperação inversa sobre os díodos de pequenos sinais verificamos que nas baixas frequências a saída do circuito da Figura 153 é uma meia onda perfeita.
R
VS
D
Onda de saída
Figura 153. Resposta do circuito a uma onda sinusoidal de entrada – frequências baixas.
No entanto, quando a frequência aumenta para a ordem dos MHz, o sinal de saída começa a afastar-se de uma meia onda como mostra a Figura 154. Nesta situação o tempo de recuperação inversa já tem significado comparativamente ao período da onda alternada, permitindo a condução durante a parte inicial das alternâncias negativas. Por exemplo, se o tempo de recuperação inversa for de 4 ns e o período de 50 ns, no início das alternâncias negativas surgem caudas semelhantes às representadas na Figura 154.
R
VS
D
Figura 154. Resposta do circuito a uma onda sinusoidal de entrada – frequências altas.