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Por que a tensão direta de um diodo não é um número fixo

Por que o valor medido na bancada importa

A maioria de nós aprende que um diodo de silício tem uma queda de cerca de 0,7 volt quando conduz, e para muitas aplicações isso é suficientemente próximo. Porém, ao colocar um diodo em série com um resistor para proteger um LED ou para definir uma referência, a queda que você presumiu influencia silenciosamente a corrente, a tensão no próximo nó e, às vezes, se o circuito funciona ou não.

Uma verificação rápida com o multímetro na faixa de teste de diodo geralmente indica algo entre cerca de 0,5 e 0,8 volt para uma peça de silício, e o valor que você vê depende da corrente de teste do medidor e da temperatura da junção. Essa leitura é uma verificação útil de sanidade, mas não é uma especificação.

A corrente define a queda

A característica direta de um diodo é exponencial. A tensão sobre a junção cresce com o logaritmo da corrente, de modo que uma variação da corrente por um fator de dez desloca a queda direta em algo da ordem de 60 milivolts à temperatura ambiente, em uma junção comum de silício. Passar de 1 mA para 10 mA pode levar a queda de cerca de 0,6 volt para cerca de 0,66 volt, enquanto passar de 10 mA para 100 mA pode aproximá-la de 0,72 volt. Os valores exatos dependem da peça específica, então trate-os como faixas típicas e não como valores da folha de dados.

Como a variação é logarítmica, a queda parece quase constante em uma ampla faixa de correntes. É por isso que a regra de 0,7 volt funciona com tanta frequência e também por que ela falha silenciosamente quando sua corrente está muito distante daquela para a qual a regra foi criada.

A temperatura reduz a queda

O calor faz a queda direta diminuir. Para uma junção típica de silício, o coeficiente é de aproximadamente -2 milivolts por grau Celsius, de modo que um diodo que indica 0,65 volt à temperatura ambiente pode indicar cerca de 0,57 volt depois que a junção aquecer 40 graus. Essa é a razão pela qual o mesmo diodo pode se comportar de forma diferente dentro de um gabinete aquecido do que na bancada, e por que alguns circuitos antigos de sensoriamento de temperatura usavam a tensão direta de um diodo como elemento sensor.

O autoaquecimento também é importante. Um diodo que dissipa uma fração de watt pode operar bem mais quente do que o ar ao redor, especialmente em um encapsulamento pequeno ou sob carga contínua.

Exemplo resolvido: um resistor de 330 ohm e um diodo de silício

Considere uma fonte de 3,3 volts alimentando um diodo de silício em série com um resistor de 330 ohm, com o diodo polarizado diretamente. Suponha que o diodo tenha queda de 0,65 volt à temperatura ambiente. A corrente é (3,3 - 0,65) / 330, que é 2,65 / 330, ou cerca de 8,0 miliampères.

Agora suponha que o diodo esteja mais quente, por volta de 65 graus Celsius, e que sua queda tenha diminuído cerca de 80 milivolts, para 0,57 volt. A corrente passa a ser (3,3 - 0,57) / 330, que é 2,73 / 330, ou cerca de 8,3 miliampères. A variação é de apenas cerca de 0,3 miliampère, o que é pequeno neste caso, mas o mesmo raciocínio aplicado a uma fonte de 5 volts com um resistor de 1 quilohm, ou a um circuito que exige uma referência precisa, mostra onde o erro se torna significativo.

A lição não é que o cálculo seja difícil. É que a queda do diodo é uma variável que você deve considerar, e a sensibilidade do seu resultado a ela depende de quão pequena é a sua folga de tensão. Quando a fonte está apenas um ou dois volts acima da queda, um erro de 0,1 volt se torna uma fração grande da tensão disponível.

O tipo de diodo muda a base

O silício não é a única opção. Os diodos Schottky, que usam uma junção metal-semicondutor, geralmente têm queda direta na faixa de cerca de 0,2 a 0,45 volt, dependendo da corrente e da peça, o que explica sua popularidade em retificação de baixa tensão e em fontes chaveadas. Os diodos de germânio, hoje raros em projetos novos, ficam ainda mais baixos, enquanto os LEDs têm tensões diretas que dependem fortemente da cor e do material, frequentemente entre cerca de 1,8 e 3,3 volts.

Como cada tipo tem sua própria curva, uma regra que funciona para o silício vai induzir você a erro com um Schottky ou com um LED. Verifique primeiro o tipo e só depois raciocine sobre corrente e temperatura.