INTRODUÇÃO_DIODO

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RESUMO
Este relatório tem como objetivo compreender o funcionamento de um diodo semicondutor a partir da literatura já existente e da prática realizada. O diodo semicondutor é um elemento de circuito que conduz a corrente elétrica em apenas um sentido, de modo que uma de suas aplicações é auxiliar na transformação de corrente alternada para corrente contínua. Esta característica de conduzir corrente em apenas um sentido está relaciona com os materiais semicondutores utilizados em sua construção. Além disso, os diodos possuem uma barreira de potencial conforme o material de construção e esta barreira é rompida conforme a tensão aplicada e a polarização do diodo. A polarização direta permite romper esta barreira de potencial permitindo a passagem de corrente elétrica. Já a polarização indireta aumenta está barreira até que atinja o mesmo valor da ddp da fonte de tensão não conduzindo corrente elétrica. A curva característica de um diodo permite analisar a partir de que momento o diodo conduz corrente elétrica. O relatório, portanto, apresenta dados referentes a polarização como a ddp e a corrente que passa pelo diodo a fim de relaciona-las com os demais elementos de circuito.
Palavras-chave: diodo; semicondutores; polarização.
INTRODUÇÃO
Os circuitos elétricos são compostos por diversos componentes que possuem diferentes funções. Alguns exemplos desses elementos de circuitos são os resistores, capacitores, fontes de tensão, indutores e diodos. Os resistores por exemplo, impedem a passagem de corrente elétrica, transformando energia elétrica em térmica ou alteram o valor da diferença de potencial.
Desse modo, esses diferentes elementos podem ser combinados em um em série ou paralelo para que um circuito apresenta determinada função ou característica. Além disso, alguns conceitos importantes para se entender em relação à circuitos elétricos são a corrente elétrica, lei de Ohm e potência. Na Equação 1 é apresentada, conforme Halliday, Walker e Resnick (2012), a definição de corrente elétrica, que é a passagem de cargas negativas por unidade de tempo.
	
	
	(1)
Além da corrente elétrica, há também a lei de Ohm que define que a tensão é igual o produto da resistência pela corrente elétrica . Sendo assim, de acordo com Halliday, Walker e Resnick (2012), a lei de Ohm é definida pela Equação 2.
	
	
	(2)
	Por fim, como definido por Halliday, Walker e Resnick (2012), a potência ou taxa de transferência de energia é dada pela Equação 3.
	
	
	(3)
	Além disso, sabe que pode ser dado pela Equação 2. Logo, substituindo 2 em 3, tem-se a Equação 4, que relaciona a resistência de um elemento, como um resistor, à potência. Neste caso, como observado por Halliday, Walker e Resnick (2012), a energia potencial elétrica é convertida em energia térmica.
	
	
	(4)
	Desse modo, o relatório busca entender o funcionamento de um diodo semicondutor em um circuito elétrico, buscando suas características na literatura e nas observações provenientes da prática.
REVISÃO BIBLIOGRÁFICA
	Como o foco são os diodos semicondutores é necessário entender como é o funcionamento de um semicondutor e o que diferente esse dos demais, ou seja, dos condutores e isolantes. Para compreender o funcionamento de um semicondutor é preciso recorrer à teoria das bandas.
	Sabe-se que um átomo possui seus elétrons localizados em órbitas e que quanto mais distante essa órbita, maior é a energia do elétron, enquanto elétrons com órbitas menores possuem uma menor energia. A órbita mais externa, segundo Marques, Júnior e Cruz (2001), é chamada órbita de valência ou banda de valência. Esses elétrons na última camada possuem maior energia e menor força de atração eletroestática, possibilitando assim, serem retirados com maior facilidade. Como observado por Marques, Júnior e Cruz (2001), não é preciso fornecer muita energia para que esses elétrons se tornem elétrons livres, de modo a formar a banda de condução.
	Além disso, a energia dos elétrons é quantizada, ou seja, não podem ter qualquer valor para sua energia. Com isso, entre a banda de valência e a banda de condução existe a banda proibida. Esta banda pode ser observada na Figura 1.
Figura 1 - Materiais conforme a teoria das v bandas.
FONTE 1: MARQUES, JÚNIOR E CRUZ (2001).
	Como pode ser visto, o primeiro material é considerado um isolante, pois a banda proibida representa uma grande quantidade de energia que deve receber para sair da banda de valência para banda de condução. Já o segundo material representa um condutor, em que não é necessária grande quantidade de energia para a mudança de banda. Por fim, o terceiro material é o semicondutor que ainda precisa receber certa energia para salta de banda, no entanto menor que o material isolante.
	Os diodos, portanto, são construídos a partir de semicondutores. Estes semicondutores sendo de dois tipos: N ou P. Conforme Marques, Júnior e Cruz (2001), a diferença entre o tipo N e P está nas impurezas que são adicionadas ao silício, podendo a solução apresentar mais elétrons livres ou menos. Dessa forma, o diodo é a junção dos semicondutores do tipo P e N e possui sua estrutura conforme a Figura 3, onde o semicondutor do tipo P apresenta polaridade positiva e tipo N polaridade negativa.
Figura 2 - Representação diodo semicondutor.
FONTE: https://flaviobabos.com.br/diodo/
	Realizada a junção dos semicondutores N e P, os elétrons livres do semicondutor do tipo N são atraídos pelas cargas positivas tentando atingir um equilíbrio eletrônico. De acordo com Marques, Júnior e Cruz (2001), esta região é chamada de camada de depleção e cria-se uma diferença de potencial nomeada de barreira de potencial. Está barreira de potencial para o silício tem o valor próximo de 0,7 V e para o germânio é próximo de 0,3 V.
Figura 3 - Junção PN.
FONTE: https://www.mundodaeletrica.com.br/o-que-e-diodo-semicondutor-e-como-funciona/
	Por fim, será tratado sobre a polarização do diodo. Como enunciado por Marques, Júnior e Cruz (2001), a polarização direta consiste em conectar o diodo em uma fonte de tensão, em que o terminal positivo da fonte seja ligado ao terminal positivo do diodo e o mesmo seja feito com os terminais negativos. Como a diferença de potencial da fonte provoca o movimento dos elétrons, esses elétrons repelem os elétrons no terminal do diodo rompendo a barreira de potencial e sendo atraídos pelas cargas positivas do semicondutor P.
	Por outro lado, a polarização indireta é quando o terminal positivo da fonte é conectado no lado N e o terminal negativo no lado P. Segundo Marques, Júnior e Cruz (2001), as cargas negativas do lado N são atraídas pelo terminal positivo e as cagas positivas pelo lado negativo, de modo que a barreira de potencial seja aumentada até que a ddp se iguale à ddp da fonte e não permitindo a movimentação dos elétrons. Desse modo, pode-se notar que os diodos semicondutores para conduzir corrente elétrica precisam ser polarizados diretamente.
	Uma das aplicações dos diodos semicondutores é auxiliar na conversão de corrente alternada para corrente contínua. Estes diodos também são conhecidos como diodos retificadores e aliados com outros elementos de circuitos como resistores e capacitores permitem a conversão de corrente. Na Figura 4 é observado o retificador de meia onda.
Figura 4 - Forma de onda diodo retificador meia onda.
FONTE 2: MARQUES, JÚNIOR E CRUZ (2001).
HALLIDAY, D.; WALKER, J.; RESNICK R. Fundamentos de Física: Eletromagnetismo. 9. ed., Rio de Janeiro: LTC, 2012.
MARQUES, A. E. B.; JÚNIOR, S. C.; CRUZ, E. C. A. Dispositivos semicondutores: diodos e transistores. 6. ed. São Paulo: Érica, 2001.