Diodo Túnel! O que são e quais suas aplicações?

Você conhece o diodo túnel? Sabe porque ele leva esse nome? Como funciona o diodo túnel? Quais são as aplicações do diodo túnel? Vamos juntos, entender o que são diodos e quais são as suas aplicações, além de abordarmos o que é o diodo túnel, quais as aplicações para o diodo túnel, vantagens e desvantagens do diodo túnel, vamos lá!

O que são diodos?

Os diodos são componentes eletrônicos, construídos por um material semicondutor, que em sua maioria são compostos por silício ou germânio, este componente basicamente possui como principal característica permitir a passagem de corrente elétrica em apenas um único sentido. Aqui no site Mundo da Elétrica temos artigos que podem contribuir ainda mais para o seu entendimento sobre os semicondutores, como por exemplo diodos e transistores .

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Os diodos são amplamente empregados em eletrônica, por conta de sua característica de permitir a passagem de corrente elétrica somente em um único sentido, quando polarizado de forma direta. Os diodos podem ser divididos em diferentes tipos, como por exemplo diodo PIN, diodo avalanche, fotodiodo, diodo de roda livre e o diodo túnel (ou tunnel), que são tipos especiais de diodos.

Uma vez que os diodos são polarizados de maneira inversa, os diodos não conduzem corrente elétrica. Aqui trataremos de um determinado tipo de diodo, especificamente, o diodo túnel que possui um comportamento não muito comum, por conta do tunelamento quântico, que será brevemente abordado logo mais adiante. O diodo túnel leva o nome “túnel” devido ao tunelamento quântico, que permite a sua utilização em circuitos com frequências altíssimas.

Diodo túnel: O que é?

O diodo túnel é muito parecido com os diodos convencionais, que são diodos de junção PN. O diodo túnel recebe seu nome por conta do efeito de túnel, ou tunelamento quântico, conceito que a física quântica descreve quando partículas conseguem transpor um estado de energia que seria “proibido” para a física clássica.

O que difere o diodo túnel dos demais é a sua alta dopagem (alto nível de impureza) nas duas camadas, tanto a P quanto a N. Por conta desse alto nível de dopagem (a dopagem de um semicondutor é o processo no qual impurezas são adicionadas à ele, afim de melhorar suas características, através da adição de outros elementos) a região da camada de depleção se torna muito estreita quando comparada aos diodos usuais, uma dopagem forte distorce o que seria a curva característica de um diodo convencional quando o mesmo está conduzindo. O diodo túnel possui a seguinte simbologia:

Simbologia do diodo túnel (tunnel).

Diodo Túnel: Funcionamento.

Por conta do alto índice de impureza, o diodo túnel apresenta um efeito de resistência negativa, este nome é por conta que tal efeito é contraria a lei de ohm, isso significa que um aumento na tensão direta produz uma diminuição da corrente direta, uma vez que a lei de ohm é (V=R.I), onde V é a tensão, R a resistência e I a corrente. Se considerarmos uma resistência fixa, qualquer aumento na tensão necessariamente provoca um aumento na corrente, e vice e versa.

Vale lembrar que a resistência negativa não é real, não é algo físico que pode ser inserido em um componente ou circuito para que ocorra esse comportamento, pois este termo é na verdade uma idealização (uma ferramenta) que a matemática utiliza para descrever o comportamento observado em virtude do tunelamento quântico. Como demonstrado na figura a seguir:

Característica do diodo túnel.

Analisando o gráfico do comportamento do diodo túnel, podemos observar inicialmente um comportamento comum, como os demais diodos, logo sem executar sua devida aplicação , pois a ideia de utilizar este dispositivo é justamente sua característica de resistência negativa. Conforme a tensão aumenta a corrente também aumenta, respeitando a lei de Ohm.

A partir do momento em que a tensão atinge o “ponto de pico”, onde há o nível de tensão máximo, o valor da corrente começa a diminuir, logo a lei de Ohm não está sendo respeitada, temos o efeito da resistência negativa. Após este trecho a corrente volta a se elevar conforme a tensão também se eleva, funcionando novamente como outro diodo qualquer . Nota-se, portanto, um comportamento cíclico.

É importante ressaltar, que o trecho onde contém esse comportamento diferente é que ocorre o fenômeno do tunelamento quântico, o mesmo acontece de forma extremamente rápida, fazendo com que o diodo túnel opere em frequências altíssimas.

Diodo Túnel: Vantagens e Desvantagens

Vantagens:

Baixo custo, baixo ruído, simplicidade de fabricação, alta velocidade (o tempo de chaveamento é da ordem de Nano segundos), não há variações em função de ações externa e baixa potência.

Desvantagens:

Baixa variação na tensão de saída e o fato de ser um dispositivo com dois terminais, não existe isolação entre a entrada e a saída, provocando assim sérias dificuldades em projetos de circuitos

Diodo Túnel: Aplicações

Essa característica de possuir uma região de depleção menor que as usuais faz com que a sua velocidade de operação seja altíssima, logo os diodos túnel podem ser utilizados em circuitos que oscilam em alta frequência, da ordem de 1Ghz. Devido a essas características, os diodos túnel são amplamente utilizados em osciladores, circuitos que produzem uma forma de onda periódica, de alta frequência.

Para entender um pouco mais sobre os diodos e suas aplicações temos disponibilizado, no canal do youtube Mundo da Elétrica, um vídeo para sanar suas dúvidas relacionadas aos diodos, como podemos ver no vídeo abaixo:

Ao fim deste artigo e da visualização deste vídeo, esperamos que o seu aprendizado sobre os diodos em geral, e especificamente sobre o diodo túnel, seja satisfatório! Qualquer dúvida basta deixar nos comentários que iremos responder!

Sobre o autor

Eletricista desde 2006, Henrique Mattede também é autor, professor, técnico em eletrotécnica e engenheiro eletricista em formação. É educador renomado na área de eletricidade e um dos precursores do ensino de eletricidade na internet brasileira. Já produziu mais de 1000 videoaulas no canal Mundo da Elétrica no Youtube, cursos profissionalizantes e centenas de artigos técnicos. O conteúdo produzido por Henrique é referência em escolas, faculdades e universidades e já recebeu mais de 120 milhões de acessos na internet.

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