Diodo: o que é, como funciona, tipos e como testar

O diodo é um componente eletrônico semicondutor de dois terminais, o ânodo e o cátodo, que deixa a corrente elétrica passar em um só sentido e a bloqueia no sentido contrário. É esse comportamento de válvula de mão única que permite transformar a corrente alternada da tomada em contínua, proteger circuitos contra ligação invertida e picos de tensão e, no caso do LED, produzir luz.

Como o diodo funciona

A maioria dos diodos é feita de silício dividido em duas regiões com impurezas diferentes. Na região P sobram lacunas, que se comportam como cargas positivas; na região N sobram elétrons livres. No encontro das duas, a chamada junção PN, forma-se uma barreira que só é vencida quando a tensão é aplicada no sentido certo.

Polarização direta: o diodo conduz

Quando o ânodo fica mais positivo que o cátodo, o diodo está em polarização direta. Ele quase não conduz até a tensão atingir um limiar, de cerca de 0,6 V a 0,7 V nos diodos de silício, e a partir daí deixa a corrente passar. Essa queda de tensão continua presente enquanto ele conduz, e é por isso que o diodo esquenta: a potência perdida é a queda multiplicada pela corrente. Um retificador de silício conduzindo 1 A transforma perto de 1 W em calor.

Polarização reversa: o diodo bloqueia

Com a tensão invertida, a barreira aumenta e o diodo bloqueia a corrente, deixando passar só uma fuga mínima, da ordem de microampères ou menos. Esse bloqueio tem limite: cada modelo suporta uma tensão reversa máxima e, acima dela, acontece a ruptura e o diodo passa a conduzir ao contrário. Num diodo comum, isso costuma estragar o componente; no Zener, é justamente o modo de trabalho.

O vídeo abaixo, em inglês, do canal The Engineering Mindset, mostra o que acontece dentro da junção PN nas duas situações.

Símbolo e polaridade: como achar o ânodo e o cátodo

No esquema elétrico, o diodo aparece como um triângulo apontando para uma barra. O triângulo é o ânodo (A) e a barra é o cátodo, indicado pela letra K, da grafia alemã Kathode. A ponta do triângulo mostra o sentido em que a corrente convencional passa.

Na peça física, a identificação segue quase sempre estas regras:

• Diodos de corpo cilíndrico, como o 1N4007 (preto) e o 1N4148 (de vidro), têm uma faixa pintada perto de uma das pontas. O terminal do lado da faixa é o cátodo.
• Diodos SMD, de montagem em superfície, trazem uma listra ou marca no lado do cátodo.
• LEDs com as pernas ainda inteiras têm a perna mais longa no ânodo; o cátodo fica do lado em que a borda do encapsulamento é reta.
• Pontes retificadoras, que reúnem quatro diodos numa peça só, vêm marcadas com “~” nas duas entradas de corrente alternada e com “+” e “-” nas saídas.

Sem marca visível, o multímetro resolve a dúvida (veja o teste mais abaixo).

Tipos de diodo mais comuns

Retificador

É o diodo de força, feito para conduzir correntes de 1 A ou mais e suportar tensões reversas altas, de dezenas a mais de mil volts. A família 1N4001 a 1N4007 é a mais conhecida. Ele trabalha bem na frequência da rede elétrica (60 Hz no Brasil), mas demora para parar de conduzir quando a tensão inverte, o que o torna inadequado para circuitos de alta frequência.

De sinal ou comutação

Pequeno e rápido, lida com correntes baixas. O 1N4148, com corpo de vidro, é o exemplo clássico: aparece em circuitos digitais, na proteção de entradas de microcontroladores e onde mais for preciso chavear sinais depressa.

Schottky

Usa uma junção entre metal e semicondutor, em vez de dois tipos de silício. O resultado é uma queda de tensão menor, em geral entre 0,2 V e 0,5 V, e um desligamento quase instantâneo. Por isso ele é muito usado em fontes chaveadas, carregadores e circuitos com bateria, em que cada décimo de volt perdido pesa. Em troca, nos modelos comuns a corrente de fuga é maior e a tensão reversa máxima costuma ser mais baixa que a de um retificador.

Zener

É feito para trabalhar na ruptura reversa, numa tensão bem definida, a tensão Zener. Ligado ao contrário e com um resistor em série para limitar a corrente, ele mantém a tensão sobre si quase constante mesmo que a entrada varie. Serve como referência de tensão, regulador simples para correntes pequenas e proteção contra sobretensão; a potência (0,5 W e 1 W são as mais comuns) limita a corrente que ele aguenta. Para alimentar circuitos que puxam mais corrente, um regulador integrado, como o 7805 para 5 V, é a escolha mais adequada.

LED

O diodo emissor de luz converte parte da energia da corrente em luz quando conduz. A queda de tensão depende da cor: por volta de 1,8 V a 2,2 V nos vermelhos e perto de 3 V nos brancos e azuis. Um LED não deve ser ligado direto numa fonte de tensão: ele precisa de um resistor em série ou de um circuito que controle a corrente, e muitos modelos suportam só alguns volts de tensão reversa. As lâmpadas de LED usadas na iluminação de casa trazem um pequeno circuito, o driver, que faz esse trabalho: retifica a tensão da tomada e controla a corrente dos LEDs.

Fotodiodo, TVS e varicap

O fotodiodo gera ou deixa passar uma corrente proporcional à luz que recebe e está, por exemplo, no receptor do controle remoto da TV. O TVS absorve surtos e descargas eletrostáticas e costuma ficar perto de conectores, como os de USB. O varicap muda de capacitância conforme a tensão reversa e é usado na sintonia de rádios e osciladores.

Para que serve o diodo nos circuitos

Transformar corrente alternada em contínua

É a aplicação mais comum, chamada retificação. Com um diodo só, o circuito aproveita apenas metade de cada ciclo da corrente alternada (meia onda). Com quatro diodos montados em ponte, os dois semiciclos são aproveitados e saem sempre no mesmo sentido (onda completa). O resultado é uma corrente contínua pulsante: um capacitor eletrolítico logo depois suaviza as pulsações e, se necessário, um regulador estabiliza a tensão. Como a corrente passa por dois diodos de cada vez, a saída de uma ponte de silício fica cerca de 1,4 V abaixo do pico da entrada.

Esse circuito está em praticamente toda fonte e todo carregador ligado na tomada, e também no alternador do carro, cuja corrente alternada chega à bateria já retificada por diodos.

Proteger contra ligação invertida

Um diodo em série com a alimentação só deixa a corrente passar com a polaridade certa, o que protege o circuito de uma bateria encaixada ao contrário. O custo é a queda de tensão: cerca de 0,7 V num diodo de silício ou de 0,3 V a 0,5 V num Schottky, o que pesa em circuitos de 3,3 V ou 5 V. Outra solução, sem essa perda no uso normal, é um diodo ligado ao contrário em paralelo com a entrada, junto com um fusível: se a polaridade for invertida, o diodo conduz e o fusível queima antes que o resto do circuito sofra.

Absorver o pico de relés, motores e solenoides

Bobinas armazenam energia. Quando o transistor que aciona um relé ou um pequeno motor desliga, essa energia gera um pico de tensão que pode chegar a dezenas ou centenas de volts e queimar o transistor. O diodo de roda livre (ou flyback), ligado em paralelo com a bobina, dá um caminho para essa corrente circular até se dissipar. A orientação importa: o cátodo vai no lado da bobina ligado ao positivo e o ânodo no lado ligado ao transistor. Invertido, ele fica em curto com a bobina e faz passar corrente demais pelo transistor assim que este liga.

Isolar duas fontes de alimentação

Com um diodo em cada uma, uma fonte principal e uma bateria reserva podem alimentar a mesma carga sem que uma descarregue na outra: a de tensão maior assume.

Como testar um diodo com multímetro

A maioria dos multímetros digitais tem uma posição de teste de diodo, marcada com o próprio símbolo do componente.

1. Desligue o aparelho. Em fontes ligadas à rede elétrica, trabalhe com tudo fora da tomada e espere os capacitores grandes descarregarem, porque eles podem guardar carga e dar choque. Para uma leitura confiável, tire o diodo da placa ou solte um dos terminais, já que outros componentes em paralelo podem mascarar o resultado.
2. Escolha a escala de diodo no multímetro.
3. Encoste a ponta vermelha no ânodo e a preta no cátodo. Um diodo de silício bom mostra algo entre 0,5 V e 0,7 V (ou 500 a 700, se o visor indicar em milivolts). Um Schottky mostra menos. Um LED dá leitura mais alta e pode até acender fraco; brancos e azuis às vezes nem reagem, porque exigem mais tensão do que alguns multímetros aplicam.
4. Inverta as pontas. Agora o visor deve mostrar “OL” ou “1”, sinal de que não há condução.

Leitura perto de zero, ou baixa, nos dois sentidos indica diodo em curto ou com fuga. “OL” nos dois sentidos indica diodo aberto. No Zener, esse teste só confirma que a junção está boa; para conferir a tensão Zener, é preciso alimentá-lo com uma fonte e um resistor em série e medir a tensão sobre ele.

Como escolher ou substituir um diodo

Na hora de comprar uma peça ou trocar um diodo queimado, confira quatro especificações na folha de dados (datasheet):

• Tensão reversa máxima (VRRM): precisa ficar bem acima da maior tensão reversa do circuito. Na retificação direta da rede de 220 V, por exemplo, o pico passa de 300 V, e por isso se usam diodos de 600 V a 1.000 V.
• Corrente média direta (IF): deve cobrir a corrente do circuito com margem, incluindo os picos na hora de ligar.
• Queda de tensão direta (VF): quanto menor, menos calor e menos tensão perdida, o que pesa mais em circuitos com bateria.
• Velocidade (tempo de recuperação reversa, trr): em fontes chaveadas, que trabalham em dezenas de kHz ou mais, use diodos rápidos, ultrarrápidos ou Schottky, nunca um retificador comum.

Na substituição, use o mesmo tipo, com valores iguais ou maiores. Um 1N4007 pode ocupar o lugar de qualquer diodo de 1N4001 a 1N4006, mas não substitui um Schottky ou um ultrarrápido numa fonte chaveada, onde esquentaria e poderia falhar em pouco tempo. Estes são alguns dos códigos mais encontrados em lojas de eletrônica:

Se você está montando uma caixa de peças para começar, veja também o nosso guia de componentes eletrônicos para projetos, com os itens que costumam aparecer junto dos diodos.

Para os primeiros projetos, alguns 1N4007, alguns 1N4148 e LEDs com os resistores certos resolvem a maior parte das montagens simples. Antes de energizar o circuito, confira o lado da faixa do cátodo e se cada LED tem seu resistor: duas verificações simples que poupam muitas peças.