Diodos

Para comprenender o funcionamento dos diodos é fundamental conhecer o comportamento dos materiais semicondutores, os atomos destes materiais apresentam em sua ultima camada 4 eletrons, estes atomos são ligados uns aos outros  compartilhando eletrons entre si para que fiquem em equilibrio ( 8 eletrons na camada de valencia).

Se uma impureza com átomos de 5 elétrons na camada de valência, como o antimônio, boro ou fósforo, for adicionada ao cristal atraves do processo de "dopagem", alguns dos átomos terá um elétron de sobra na camada de valência, o qual não encontrará um parceiro para compartilhar sua posição no cristal. O resultado é que teremos uma sobra de elétrons nesse material, As substâncias em que isso acontece são denominadas “doadoras” e elas possuem um excesso de cargas negativas. Esses materiais são chamados semicondutores do tipo N (negativo).

Se a substância adicionada ao cristal for um elemento com três elétrons na camada de valência como, por exemplo, o alumínio, gálio ou irídio, o resultado final será a presença de  lacunas, onde faltam elétrons para preencher a camada de valência. Materiais desse tipo, que podem aceitar elétrons são chamados “aceptores” e formam semicondutores do tipo P (positivo).





Junções PN

No interior do diodo são dispostos os materiais N e P. A região que separa essas duas partes, e que não é nem do tipo P e nem do tipo N, é denominada área de depleção “junção” e apresenta as propriedades elétricas que regem o funcionamento dos diodos, nesta área os materiais do tipo P e N tenden a se recombinarem para que ambos os materiais tornem-se equilibrados, porem apenas os eletrons proximos a junção conseguem se unir, não há energia suficiente para que os eletrons distantes da junção possam romper a barreira formada pelos eletrons unidos na junção.

Quando aplicamos uma corrente sobre um diodo no sentido direto ( terminal positivo no Anodo + e Negativo no Catodo - ) temos passagem de corrente eletrica no sentido do catodo para o anodo, os eletrons vindos do terminal negativo da bateria "empurram" os eletrons do material N ( Sobrecarregado ) sobre o material P (3 ), a tensão permite que os eletrons do material N rompam a barreira eletrica formada pela camada de depleção e iniciem um fluxo de eletrons sobre o material P (aceptor). Nos diodos de germânio este fenômeno começa a ocorrer com uma tensão de aproximadamente 0,2 V,  nos diodos de silício com cerca de 0,6 V, nos diodos tipo schottky com 0,4V.

 Quando aplicamos uma corrente sobre um diodo no sentido inverso ( terminal positivo no catodo - e Negativo no anodo + ) temos o aumento da área de depleção, os eletrons do material N são atraidos ao terminal Positivo e os atomos do material P atraidos ao terminal negativo intensificando a barreira contra a passagem de corrente

Existe uma variedade de diodos adequados a diversas aplicações, os diodos que são usados para deixar a corrente passar em apenas uma direção são chamados retificadores.


Quando o diodo conduz aparece entre os seus terminais uma tensão chamada queda tensão direta sinalizada como VD, esta tensão varia conforme o tipo de semicondutor  O de germânio é usado apenas onde se precisa de uma queda de tensão muito pequena. Os de silício são de uso geral e os schottky são
construídos baseados em uma junção metal-semicondutor (e não semicondutor-semicondutor como os outros dois) e apresentam uma baixa queda de tensão (tensão de barreira) e altas velocidades de trabalho.



As principais características dos diodos, especificadas nos datasheets, são:

Tensão inversa de pico (PIV): é a tensão inversa máxima que o diodo pode suportar;
Corrente máxima (Io(max)): é a corrente que pode passar pelo diodo normalmente, sem danificá-lo;
Tensão de barreira: (queda máxima de tensão) quando uma corrente passa por um diodo, existe uma queda de tensão que não é proporcional à sua intensidade, sendo bastante estável. Esta tensão é geralmente cerca de 0,6 volts para diodos feitos de silício, de 0,2 volts para diodos de germânio e de 0,4 volts para diodos schottky. Um detalhe importante é que, mesmo diretamente polarizados, os diodos só começam a conduzir quando a tensão direta ultrapassa esse valor.

Outras características importantes são:
Corrente máxima de fuga - corrente que "escapa" quando o diodo está polarizado inversamente, influenciada quase linearmente pela temperatura.
Velocidade de resposta -  é o tempo que leva para o diodo "ligar e desligar", informação importante quando se trabalha com altas freqüências.
Corrente de surto - corrente máxima que o diodo pode suportar por um tempo muito curto.
Capacitância - carga armazenada no diodo quando este é polarizado inversamente.


Associações em série e em paralelo

Um conjunto de diodos do mesmo tipo associados em série apresenta uma capacidade de corrente direta igual à capacidade de cada unidade. A tensão máxima reversa, entretanto, será a soma das tensões máximas reversas individuais. É importante que os diodos sejam do mesmo tipo, ou haverá uma distribuição irregular da tensão entre eles, causando a ruptura em um valor inferior a esta soma.

A montagem de diodos em paralelo aumentam a corrente de retificação, mantendo a mesma tensão máxima de trabalho, porem este tipo de ligação costuma ser problemática, e deve ser substituída por um único diodo com maior capacidade de corrente sempre que possível. Nos diodos associados em
paralelo, a tendência será de que aquele com a menor barreira de tensão comece a conduzir primeiro, assumindo a maior parte (senão toda) a corrente do circuito podendo danificar o componente.

Simbolos Esquematicos Diodos 

Caracterisiticas dos Diodos

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Capacitores SMD

Capacitores SMD atualmente são usados ​​em grandes quantidades. Assim como os capacitores comuns nos modelos SMD tambem existem  capacitores cerâmicos, de tantalo, eletroliticos, mica ( corpo cinza ), multicamas ( corpo Branco ) e filme plastico. Destes, os capacitores cerâmicos SMD são os mais utilizados. 
Os capacitore SMD são geralmente empregados como capacitores de desacoplamento, possui duas funções principais que são totalmente relacionadas: servir como uma fonte de energia de ação rápida junto ao circuito integrado, permitindo que ele opere até que a fonte de alimentação principal possa fornecer a corrente que ele necessita, e desviar ruído de alta freqüência de volta para a fonte de alimentação.
Os diversos tipos e tecnologias utilizadas nos capacitores irão determinar suas características, como faixa de valores, tolerâncias, temperaturas de operação estabilidade térmica, tensão máxima de trabalho e dimensões.

Capacitores de cerâmica SMD

Os capacitores ceramicos SMD consistem de um bloco rectangular de dieléctrico de cerâmica no qual um certo número de eléctrodos metalicos intercalados estão contidos. Esta estrutura dá origem a uma capacitância elevada por unidade de volume. Os eléctrodos internos estão ligados a duas interrupções, seja por prata paládio liga (AGPD) na proporção de 65: 35, ou de prata mergulhado com uma camada de barreira de níquel e, finalmente, coberto com uma camada de estanho folheado (NiSn). 

Os codigos para leitura destes componentes quando impressos no corpo seguem a padrão dos resistores com os dois primeiros digitos sendo algarismos fixos e o terceiro digito o numero de zeros, 

Tamanhos Comerciais

• 1,812 - 4,6 mm x 3,0 mm (0,18 "x 0,12")
• 1,206 - 3,0 mm x 1,5 mm (0,12 "x 0,06")
• 0,805 - 2,0 mm x 1,3 mm (0,08 "x 0,05")
• 0,603 - 1,5 mm x 0,8 mm (0,06 "x 0,03")
• 0,402 - 1,0 mm x 0,5 mm (0,04 "x 0,02")
• 0,201 - 0,6 mm x 0,3 mm (0,02 "x 0,01")

Tântalo capacitores SMD

Capacitores de tântalo SMD são amplamente utilizados para proporcionar os níveis de capacitância, que são maiores do que os que podem ser obtidos quando da utilização de condensadores cerâmicos. Como resultado da construção diferente e requisitos para condensadores de tântalo SMT, existem alguns encapisulamentos diferentes que são utilizados por eles.

• Tamanho A   de 3,2 mm x 1,6 mm x 1,6 mm (EIA 3216-18)
• Tamanho B   3,5 milímetros x 2,8 mm x 1,9 mm (EIA 3528-21)
• Tamanho C   6,0 milímetros x 3,2 mm x 2,2 mm (EIA 6032-28)
• Tamanho D   7,3 milímetros x 4,3 mm x 2,4 milímetros (EIA 7343-31)
• Tamanho E   7,3 milímetros x 4,3 mm x 4,1 mm (EIA 7343-43)

Eletrolíticos de capacitores SMD

Capacitores eletrolíticos estão sendo cada vez mais utilizados em projetos de SMD. Seus níveis muito elevados de capacitância combinada com o seu baixo custo tornam particularmente útil em muitas áreas.

Frequentemente SMD condensadores electrolíticos são marcados com o valor de tensão e de trabalho. Existem dois métodos básicos utilizados. Um é para incluir o seu valor em microfarads (m F), e um outro é a utilização de um código. Usando o primeiro método de marcação de 33 6V indicaria a 33 m F capacitor com uma tensão de funcionamento de 6 volts.Um sistema de código alternativo emprega uma letra seguida de três figuras. A letra indica a tensão de funcionamento, tal como definido na tabela abaixo e as três figuras indicam a capacitância em picofarads. Como acontece com muitos outros sistemas de marcação nos dois primeiros números dão os números significativos e, o terceiro, o multiplicador. Neste caso, uma marcação de G106 indica uma voltagem de trabalho de 4 volts e uma capacitância 0f 10 vezes 10 ^ 6 picofarads. Isso funciona para ser 10 m F 

Tabela de	tensão
E	2,5
G	4
J	6,3
A	10
C	16
D	20
E	25
V	35
H	50

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Capacitores Variaveis e Trimmer

Geralmente são construídos com dielétrico de ar  filme plástico ou mica, sua capacitância pode ser variada por meio de um eixo no qual estão montadas as placas ou grupos de placas móveis, um outro grupo de placas é fixo e é montado sobre um material isolante, o corpo ou chassi do componente.  O grupo de placas móveis que constitui o capacitor variável é formado por placas metálicas em forma de segmentos, unidas a um eixo central de movimento rotativo ou a um parafuso de aperto que permitem, em ambos os casos, variar a posição ou distância entre as placas móveis e fixas. Variando a distância entre as placas ou a área superposta das placas, variamos a capacitância. A capacitância maior é obtida quando o componente está totalmente "fechado", com a maior área das armaduras superpostas.
Na imagem temos dois capacitores variaveis tipo "padder" e um "trimmer" a direita ( capacitor variavel em tamanho reduzido para ajustes internos dos aparelhos ).
  
Um exemplo de aplicação de capacitores variaveis são os sintonizadores analogicos de radio, nos receptores variamos a capacitância para mudar a freqüência de operação do circuito possibilitando assim a sintonia das diversas estações ( atualmente os radios utilizam sistemas de sintonia digitais )


Leitura dos capacitores variaveis e Trimmers

Capacitores variáveis geralmente são especificados faixa de capacitância em que podem operar. Ex: Um Padder de 150-550 pF pode ser ajustado a qualquer valor dentro destas de suas limitações

Os trimers possuem um codigo de cores que idicam suas faixas de capacitancia, este codigo varia de entre os modelos, abaixo estão as tabelas contendo a capacitancia e outras informações dos principais modelos 

Trimmers Mod TZ03 ""

Trimer Polipropileno

Trimmer Teflon (PTFE)

 

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Capacitores de Tantalo

Os Capacitores Eletrolíticos de Tântalo utilizam o Óxido de Tântalo como isolante e também são polarizados devido à existência do eletrólito.
O óxido de tântalo tem uma constante dielétrica muito maior do que a do óxido de alumínio utilizados nos eletroliticos de aluminio. Isso significa que, com a mesma superfície efetiva e com a mesma espessura do dielétrico podemos obter uma capacitância muito maior
desta forma os capacitores de tântalo são muito menores do que os eletrolíticos de aluminio de mesmo valor, o que é muito vantajoso para as aplicações em que o espaço é importante. Os capacitores de óxido de tântalo são designados especificamente para aplicações que requeiram baixa corrente de fuga e capacitância constante com temperatura e freqüência elevadas.

 Oferecem ainda:
- Longa vida operacional;
- Grande compacticidade (alta capacitância em volume relativamente reduzido);
- Elevada estabilidade dos parâmetros elétricos.

Identificação dos Capacitores de Tântalo:
Geralmente estes capacitores trazem o valor de sua capacitância assim como sua tensão nominal e polaridade são impressas diretamente no corpo, em microfarads (mF ou 10-6F), Usualmente o símbolo "+" é usado para indicar o pólo positivo.

A cor do corpo varia bastante de fabricante pra fabricante, podendo ser amarelo, azul, vermelho, laranja, verde, entre outras cores

 

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Capacitores Eletroliticos

Os Capacitores Eletrolíticos de alumínio apresentam elevada capacitância em volume reduzido. É possível obter-se com essa tecnologia capacitâncias de até 1 F, estes componentes apresentam polaridade definida sendo o terminal negativo marcado pela faixa mais clara impressa na lateral do componente,

O método de construção dos capacitores eletrolíticos difere fundamentalmente dos demais capacitores. Tem-se, nesses capacitores, os seguintes elementos: 



 
Primeira armadura: é uma folha fina de alumínio, se constituindo no “terminal positivo” do capacitor. 

Dielétrico: é uma camada finíssima de óxido de alumínio, depositada sobre a primeira armadura. Esta camada de óxido é criada por um tratamento eletroquímico chamado oxidação anódica, aplicado na folha da primeira armadura.

Segunda armadura: é um líquido condutor de corrente elétrica (eletrólito), que entra em contato com a superfície oxidada da primeira armadura. Para melhorar o contato, é usada uma folha de papel poroso embebida com o eletrólito e uma segunda folha de alumínio, sem tratamento eletroquímico, chamada de “folha de catodo”. Tem-se assim o “terminal negativo” do capacitor eletrolítico. 

As partes são enrroladas e dispostas no interior do cilindro de aluminio que constitui seu corpo, o isolamento é feito por uma tampa de borracha na parte inferior e uma camada de plastico externa onde são impressas as propriedades do componente, o cilindro de aluminio faz contato com o eletrolito sendo assim conectado ao terminal negativo do capacitor

Cuidado: não ligar capacitores eletrolíticos com polaridade invertida!
Um capacitor eletrolítico construído conforme descrito só funciona adequadamente quando se liga o polo positivo à folha de alumínio anodizada (anodo) e o polo negativo ao eletrólito (catodo). Se a ligação for feita de modo invertido, inicia-se no interior do capacitor o mesmo processo eletroquímico que o fabricante usou para criar a camada de óxido na primeira armadura, porém agora localizado na folha de catodo, que não sofreu tal tratamento. Também a superfície interna da do cilindro de alumínio se oxida. Durante este processo ocorre a geração de gases e calor, que pode levar à explosão do capacitor. Outro ponto a ser tomado atenção é a tensão nominal dos capacitores eletrolíticos. A operação de um capacitor eletrolítico em tensão maior que a nominal faz com que ocorra uma oxidação adicional da folha de anodo, gerando gases e calor da mesma forma que acontece na ligação com polaridade invertida. Também nesse caso, mesmo que não ocorra explosão a capacitância diminuirá e a estrutura pode ficar comprometida pela pressão dos gases gerados internamente. 

Capacitores eletrolíticos bipolares
Existem capacitores eletrolíticos não polarizados (bipolares).  Desta forma, pode-se usar esses capacitores sem preocupação quanto à polaridade, porem um capacitor eletrolítico bipolar tem praticamente o dobro do volume de um capacitor não-bipolar com mesmo valor de capacitância. Também multiplica-se pois dois a corrente de fuga, pois o dielétrico apresenta o dobro da área de contato. 

O problema do armazenamento sem tensão
Um capacitor eletrolítico armazenado tende a sofrer uma diminuição da espessura da camada de óxido na placa de anodo. Sendo  comum  diminuição da capacitância com o passar do temp, além disso, tem-se uma alta corrente de fuga quando tal capacitor for energizado. A partir do momento em que o capacitor for religado, a camada de óxido se regenera em cerca de uma hora. Entretanto, nos primeiros minutos de operação a corrente de fuga pode ser até 100 vezes maior que o seu valor normal.
Para que seja possível a regeneração do óxido de alumínio dielétrico, é necessário que ainda reste uma camada razoável de óxido original. Como conseqüência, os capacitores eletrolíticos “envelhecem” quando são guardados por longos períodos e podem se tornar imprestáveis. O limite do tempo “de prateleira” é controverso entre 2 a 4 anos. Por este motivo, muitos técnicos de manutenção tem como norma substituir todos os capacitores eletrolíticos de equipamentos que ficaram mais de um ano sem uso, antes de liga-los novamente. 

Vida Operacional
Os capacitores eletrolíticos são certamente os componentes de um circuito eletrônico com menor tempo de vida operacional. Enquanto que para os semicondutores, resistores e capacitores nãoeletrolíticos pode-se estimar um tempo de operação superior a 50 anos, os capacitores eletrolíticos provavelmente se deteriorarão muito antes desse prazo. Há versões de capacitores eletrolíticos chamados de “alta confiabilidade” pelos fabricantes onde a vida operacional situa-se na faixa de 10 anos, porém para os capacitores eletrolíticos comuns não se pode esperar um tempo de vida muito maior que 5 anos. Por este motivo, é prática comum em manutenção eletrônica efetuar a troca de todos os capacitores eletrolíticos de equipamentos antigos. A vida operacional dos capacitores é muito influenciada pela temperatura de operação, que deve ser mantida abaixo de 40 °C. Também é interessante, para aumentar a vida útil, que os capacitores eletrolíticos operem submetidos a tensão muito menor que seu valor nominal. Alguns fabricantes afirmam que a vida operacional pode dobrar se o capacitor eletrolítico trabalhar com tensão igual a 50% do seu valor nominal.

Leitura de Capacitores Eletroliticos

os capacitores eletrolíticos se caracterizam por sua capacitância elevada sendo encontrados em valores tipicamente entre 0,5 a 100 000 µF. estes componentes possuem impressas em seu corpo as informações indicando a capacitancia e tensão de trabalho

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Capacitores de Filme Plastico ( Poliester )

Os capacitores de filme plástico se caracterizam por apresentarem como dielétrico uma lâmina de material plástico (poliéster, polipropileno, poliestireno, policarbonato).
Sua capacitância é da ordem de NANOFARADS.

Características: Baixíssimas perdas no dielétrico, alta resistência de isolação, estabilidade da capacitância, baixa porosidade e conseqüente resistência à umidade.

Tipos de Capacitores:

Não Metalizados: 
Possuem dielétrico de filme plástico e armaduras de folhas de alumínio. O conjunto armaduras mais o dielétrico pode ser bobinado ou então sanfonado, conforme a opção construtiva. O capacitor de filme plástico não metalizado não é auto-regenerativo, mas apresenta melhores características de corrente máxima admitida.

Metalizados:
Têm como característica marcante a propriedade de auto-regeneração. O dielétrico desses
capacitores consiste de filmes de plástico em cuja superfície é depositada, por processo de
vaporização, uma fina camada de alumínio, deixando-o metalizado.
Na fabricação do capacitor pode-se bobinar ou dispor o conjunto armaduras-mais-dielétrico em camadas (em sanfona) através da contactação das superfícies laterais dos capacitores com metal vaporizado, obtém-se bom contato entre as armaduras e os terminais, assegurando baixa indutância e baixas perdas.
No caso de aplicação de uma sobretensão que perfure o dielétrico a camada de alumínio
existente ao redor do furo é submetida a elevada temperatura, transformando-se em óxido de alumínio (isolante) desfazendo-se então o curto-circuito. Este fenômeno é conhecido como auto-regeneração.

Identificação

Durante o desenvolvimento precoce de capacitores de filme, alguns grandes fabricantes têm tentado padronizar os nomes dos materiais de filmes diferentes abreviando para cada material e tipo de configuração, apesar das nomeclaturas não serem mais validas, muitos fabricantes continuam a usar essas abreviações.

Abreviações comuns para capacitor de filme

Material dieléctrico	Química  abreviatura	Filme abreviatura tipo capacitor
		filme / folha de construção	Construção metalizada
Papel	(P)	-	(MP)
Polietileno tereftalato de poliéster,	PET	(F) KT	MKT; MKS
Naftalato polietileno	PEN	(F) KN	MKN
Sulfeto de fenileno	PPS	(F) KI	MKI
Polipropileno	PP	(F) KP	MKP
Politetrafluoretileno	PTFE	-	-
Poliestireno	PS	KS
Policarbonato	PC	(F) KC	MKC

materiais dielétricos e sua participação de mercado

A tabela a seguir identifica os polímeros dielétricos mais comumente utilizados para capacitores de filme.

Folhas de dielétrico: nomes químicos, suas abreviações e nomes comerciais

Folha de dielétrico	Abreviatura	Nome comercial
Polipropileno	PP	Treofan
Tereftalato de polietileno , poliéster	PET	Hostaphan, Mylar
Naftalato de polietileno	PEN	Kaladex ®
Sulfeto de fenileno	PPS	Torelina
Politetrafluoretileno	PTFE	Teflon
Poliestireno	PS	Styroflex
Policarbonato	PC	Makrofol

 

Dois ou mais materiais diferentes de filme podem ser misturados para produzir condensadores de película com propriedades especiais. Os materiais mais utilizados são o filme de polipropileno, com uma quota de mercado de aproximadamente 50%, e poliéster, com aproximadamente 40% de participação. A parcela restante de 10% é representado por todos os outros materiais, incluindo PPS e papel, com cerca de 3% cada

Leitura dos valores impressos:

No corpo dos capacitores de filme plástico normalmente vêm indicadas a capacitância nominal (um número), a tolerância (em letra maiúscula) e a tensão nominal (um número com unidade, geralmente).
Dicas: 
Se o valor impresso for maior que 1, o valor é indicado em picofarads (pF)
Se o valor impresso for menor que 1, o valor é indicado em microfarads (mF)

Tabela de Tolerancia

Capacitor Styroflex

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