Eletrónica
robótica
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Paulo Peixoto paulo.peixoto@atec.pt ATEC – Academia de Formação
ELETRÓNICA INDUSTRIAL
16.ª Parte
16. DÍODOS SCHOTTKY
Electrical Characteristics TA = 25º C unless otherwise noted
16.1. 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.
Symbol
Parameter
Teste Conditions
VR
Breakdown Voltage
IR = 100 µA IR = 5.0 µA
100 75
IF = 5.0 mA IF = 5.0 mA IF = 10 mA IF = 20 mA IF = 20 mA IF = 100 mA
620 720 630 730 1.0 1.0 1.0 1.0
mV mV V V V V
VR = 20 V VR = 20 V, TA = 150ºC VR = 75 V
25 50 5.0
nA µA µA
VR = 0, f = 1.0 MHz VR = 0, f = 1.0 MHz
2.0 4.0
pF pF
IF = 10 mA, Vr = 6.0 V (60mA), Irr = 1.0 mA, RL = 100 Ω
4.0
ns
16.2. 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.
VF
Forward Voltage 1N914B/4448 1N916B 1N914/916/4148 1N914A/916A 1N916B 1N914B/4448
IR
Reverse Current
CT
Total Capacitance 1N916A/B/4448 1N914A/B/4448
trr
Reverse Recovery Time
Min Max Units V V
Figura 133. 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 134 é uma meia onda perfeita.
R
+ ~
VS
D
Onda de saída Figura 134. 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 135. 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 135.
R
+ ~
VS
D
Figura 135. Resposta do circuito a uma onda sinusoidal de entrada - frequências altas.