Classificação de Materiais Elétricos

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ENGENHARIA ELÉTRICA
CIRCUITOS ELETRÔNICOS
SÃO MIGUEL PAULISTA
AULA 02
PROFº FABIO BERTOGNE DE ANDRADE
fabio.andrade@cruzeirodosul.edu.br
ENGª ELÉTRICA – CKTOS ELETRÔNICOS – SÃO MIGUEL PAULISTA
A classificação dos materiais em relação a seu comportamento elétrico é feita dividindo-os em:
CLASSIFICAÇÃO DOS MATERIAIS
• CONDUTORES: materiais que permitem a passagem da
corrente elétrica em seu interior quando submetidos a uma
diferença de potencial, pois possuem cargas elétricas livres
(elétrons). Exemplos: alumínio, cobre, ferro etc.
• ISOLANTES: materiais que, em condições normais, não
permitem a passagem da corrente elétrica em seu interior,
pois não possuem cargas elétricas livres. Exemplos:
madeira, plásticos, porcelana, etc.
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Porém existe outro tipo de material que apresenta características elétricas intermediárias entre os isolantes e
os condutores: os SEMICONDUTORES (poderiam ser chamados de semi-isolantes). Esses materiais têm
sido muito utilizados na indústria eletrônica desde a década de 1950, tanto na construção de componentes
como na de circuitos integrados. Os principais semicondutores são o silício e o germânio.
A classificação dos materiais quanto à capacidade de conduzir ou não a corrente elétrica pode ser feita de
acordo com sua condutividade ou resistividade. A figura abaixo mostra a classificação dos materiais segundo
sua condutividade.
CLASSIFICAÇÃO DOS MATERIAIS
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O semicondutor em seu estado puro é chamado de intrínseco, tendo pouca ou nenhuma utilidade quando
está nessas condições. Como dissemos, os principais semicondutores usados são o silício (Si) e o germânio
(Ge); existem outros, porém sua utilização ainda é insipiente.
SEMICONDUTORES INTRÍNSECOS
A figura abaixo mostra, simplificadamente, a estrutura do átomo de Si, que possui quatro elétrons na última
camada, conhecida como camada de valência.
Para facilitar o entendimento, representamos,
abaixo, o átomo de silício somente com o núcleo e
a camada de valência.
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Como o número de elétrons é igual ao número de prótons, o átomo é dito neutro. Muitas vezes nos referimos
ao silício como “cristal de silício”, porque o arranjo geométrico de seus átomos é feito de forma simétrica e
regular em todas as direções, motivo pelo qual é chamado de cúbico. Nesse arranjo um átomo de Si se liga a
quatro átomos vizinhos por ligações covalentes, em que cada átomo fornece um elétron, formando, na
última camada, oito elétrons, o que configura uma situação estável. A figura a seguir ilustra, no plano, o
arranjo espacial dessa configuração.
SEMICONDUTORES INTRÍNSECOS
É importante notar que, nas condições indicadas na figura
ao lado, o silício se comporta como isolante, pois não
existem cargas livres. No entanto, com o aumento da
temperatura, a energia térmica fornecida ao cristal provoca
a “quebra” de algumas ligações covalentes, liberando,
assim, elétrons de valência. Os espaços vazios deixados
por causa de tais rompimentos se comportam como cargas
elétricas positivas, denominadas lacunas ou buracos.
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Na prática, não usamos o semicondutor intrínseco, e sim o extrínseco. O semicondutor extrínseco é obtido
pela adição de elementos chamados de impurezas (tipos de átomos), cuja principal finalidade é alterar
algumas propriedades elétricas, principalmente a resistividade em relação ao fluxo de elétrons. Existem dois
tipos de semicondutores extrínsecos: o material TIPO N e o TIPO P.
SEMICONDUTORES EXTRÍNSECOS 
SEMICONDUTOR TIPO N 
É obtido adicionando ao cristal puro um material pentavalente, isto é,
que tem em sua última camada cinco elétrons de valência, geralmente
nitrogênio (N) ou fósforo (P).
O que acontece quando átomos pentavalentes são adicionados ao
cristal do semicondutor? Alguns de seus átomos serão substituídos pelo
átomo do fósforo, e, como o número de átomos da impureza é muito
menor que o de átomos do semicondutor, essa impureza se ligará a
quatro átomos de silício
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Observe que cada átomo de silício contribui com um elétron para que ocorra uma ligação compartilhada,
sobrando um elétron. Esse quinto elétron está fracamente ligado ao átomo, bastando uma pequena
quantidade de energia para torná-lo livre. Os elétrons livres são os portadores majoritários.
SEMICONDUTOR TIPO N 
Vamos imaginar a temperatura variando do zero absoluto. Nesta
temperatura o quinto elétron está preso, portanto, não existe
portador de carga livre e o material se comporta como isolante.
Aumentando gradativamente a temperatura, o quinto elétron é
liberado e o material passa a conduzir corrente elétrica. Quanto
mais a temperatura aumenta, mais ligações covalentes começam
a se quebrar, gerando mais elétrons livres. Assim, o material
torna-se negativo, motivo pelo qual recebe o nome de
semicondutor tipo N.
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É obtido adicionando quantidades controladas de impureza trivalente ao material puro. Em geral são
utilizados o boro (B), gálio (Ga) ou índio (In). Como estes elementos são trivalentes, seus três elétrons de
valência serão compartilhados com quatro átomos de silício das vizinhanças, porém uma das ligações não se
completará. A ausência de um elétron nessa ligação fará com que surja uma lacuna.
SEMICONDUTOR TIPO P 
Inicialmente, em temperaturas próximas do
zero absoluto, os elétrons de valência de um
átomo vizinho ao da impureza não têm
energia suficiente para se movimentar e
preencher a ligação, portanto, o material se
comporta como isolante.
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Conforme a temperatura aumenta, um elétron de valência do átomo vizinho recebe energia suficiente para
se deslocar e ocupa a vaga na ligação não completada com um dos elétrons do átomo trivalente. Desse
modo, como o átomo estava neutro e passa a ter um elétron a menos, torna-se um íon positivo. A vaga
deixada por esse elétron é conhecida como lacuna.
SEMICONDUTOR TIPO P 
Então, foi gerada uma lacuna, ou seja, uma
falta de elétron, e por isso o material é
chamado de P. Aqui as lacunas são os
portadores majoritários de carga.
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Se uma barra de material P é ligada metalurgicamente a uma barra de material N, cria-se uma junção PN,
cujas características permitem a produção de todos os dispositivos eletrônicos semicondutores.
A diferença de concentração de lacunas e elétrons livres entre as duas regiões da junção PN possibilita a
ocorrência de um fenômeno chamado de ZONA DE DEPLEÇÃO. Esta região possui uma alta resistência
ôhmica.
JUNÇÃO PN
ANODO (A) CATODO (K)
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A junção PN mais simples utilizada se chama DIODO, este componente eletrônico é utilizado para várias
funções, veremos algumas delas mais adiante.
Também existem alguns tipos de diodos para aplicações específicas. Abaixo temos alguns exemplos e suas
simbologias.
DIODO - JUNÇÃO PN
ANODO (A)
CATODO (K)
Diodo
Retificador
Diodo
Zener
Diodo Emissor de Luz
LED
ANODO (A)
CATODO (K)
ANODO (A) CATODO (K)
(CHANFRO)
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Há duas formas de se polarizar um diodo:
POLARIZAÇÃO DO DIODO
➢ Polarização Direta ➢ Polarização reversa
POLARIZAÇÃO DIRETA
A polarização direta consiste em fornecer um potencial positivo ao lado P de forma a mantê-lo maior
potencial que do lado N. Neste caso, este procedimento gera um campo elétrico externo que fornece energia
aos portadores para que atravessem a zona de depleção.
Portanto, a polarização direta permite a passagem de correntes elevadas, limitadas por um resistor RD
colocado em série com o diodo. Nesta situação o diodo se comporta como uma chave fechada.
ID =
V − VDRD
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POLARIZAÇÃO REVERSA
A polarização reversa consiste em fornecer um potencial positivo ao lado N de forma a mantê-lo maior
potencial que do lado P. Neste caso, a zona de depleção aumenta sua largura e não haverá passagem de
corrente elétrica.
Portanto, a polarização reversa não permite a passagem de corrente. Nesta situação o diodo se comporta
como uma chave aberta.
ID = 0
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