EB - Aula 1 - Materiais e Níveis de Energia

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Eletrônica Básica
Prof. Guilherme Sebastião da Silva
guilhermesilva@unipampa.edu.br
UNIPAMPA – Campus Alegrete
Aula 1
Materiais e níveis de energia
Unidade 1: Diodo Semicondutor
2/13
Classificações, topologias e operação básica
Conceitos de materiais semicondutores
Tipos de materiais, estrutura básica, tipos de diodo
Concepção do diodo semicondutor
Curvas de operação de diodos
Operação de diodos semicondutores
Aula de hoje...
Testes para validação
Simulações
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Tipos de materiais
 Na natureza existem três tipos de materiais conforme o seu comportamento diante 
da passagem da corrente elétrica: 
Condutor
Semicondutor
Isolante
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Tipos de materiais
 Definição
 Os três semicondutores usados com mais frequência na construção de dispositivos 
eletrônicos são Ge, Si e GaAs. 
Semicondutores são uma classe especial de 
elementos com uma condutividade entre a de um 
e a de um . 
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Material semicondutor
 Formação dos materiais semicondutores
Estrutura
cristalina
Átomos normalmente utilizados
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Material semicondutor
 Tipos de materiais
– Um material semicondutor que foi submetido ao processo de dopagem é chamado de 
Tipo p Tipo n
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Material semicondutor
 Efeito da dopagem de materiais
– O efeito do processo de dopagem na condutividade relativa pode ser descrito através do 
diagrama de banda de energia
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Material semicondutor
 Material semicondutor do tipo p
 Portadores
– Em um material do tipo p, a lacuna é o portador e o elétron é o portador 
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Material semicondutor
 Material semicondutor do tipo n
 Portadores
– Em um material do tipo n, o elétron é o portador e a lacuna é o portador .
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Material semicondutor
 Tipos de materiais
– Obtidos a partir da dopagem de cristais de silício
 Formação do diodo PN
– Quando o quinto elétron de um átomo doador deixa o átomo pai, o átomo restante adquire uma 
carga positiva: portanto, o sinal de mais na representação do íon doador. 
– Por razões semelhantes, o sinal de menos aparece no íon aceitador. 
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Diodo semicondutor
 Formação da região de depleção
– Região com uma diferença de potencial (similar à um capacitor).
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Diodo semicondutor
 Polarização direta
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Diodo semicondutor
 Polarização reversa
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Diodo semicondutor
 Princípio de funcionamento básico 
– Diodo ideal
 O diodo semicondutor se comporta de maneira semelhante a uma chave mecânica, pois 
pode-se controlar como a corrente flui entre seus dois terminais.
– O diodo semicondutor é diferente de uma chave mecânica no sentido de que, quando a chave 
está fechada, só permite que a corrente flua em uma direção. 
+ –
ID = Limitada pelo 
Circuito
Curto 
Circuito
Polarização Direta
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Diodo semicondutor
 Princípio de funcionamento básico 
– Diodo ideal
 O diodo semicondutor se comporta de maneira semelhante a uma chave mecânica, pois 
pode-se controlar como a corrente flui entre seus dois terminais.
– O diodo semicondutor é diferente de uma chave mecânica no sentido de que, quando a chave 
está fechada, só permite que a corrente flua em uma direção. 
- +
ID = 0
Circuito
Aberto
Polarização Reversa
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Diodo semicondutor
 Princípio de funcionamento básico 
– Diodo semicondutor
 Região de condução direta
– A corrente aumenta à uma taxa 
controlada pelo comportamento não 
linear do diodo.
– A tensão direta é o limite para iniciar 
o processo de condução do diodo.
– Podem ser conectados em paralelo 
para aumentar o fluxo de corrente ou 
conectados em série para aumentar o 
nível de tensão.
IS
0,7 V
ID
VD
VZ
Região Zener
0
Região de 
condução direta
Região de polarização 
reversa ou bloqueio
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Diodo semicondutor
 Princípio de funcionamento básico 
– Diodo semicondutor
 Região de bloqueio ou polarização 
reversa
– A corrente se mantém constante até 
que a tensão reversa sobre o diodo 
não ultrapasse a tensão de ruptura.
– O potencial máximo de polarização 
reversa que pode ser aplicado antes 
que o diodo entre na região Zener é 
chamado de tensão de pico reversa.
IS
0,7 V
ID
VD
VZ
Região Zener
0
Região de 
condução direta
Região de polarização 
reversa ou bloqueio
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Diodo semicondutor
 Princípio de funcionamento básico 
– Diodo semicondutor
 Região Zener ou de ruptura
– A corrente aumenta a uma taxa muito 
rápida na direção oposta à polarização 
direta.
IS
0,7 V
ID
VD
VZ
Região Zener
0
Região de 
condução direta
Região de polarização 
reversa ou bloqueio
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Diodo semicondutor
 Comparação diodo ideal e diodo real
IS
0,7 V
ID
VD
VZ
Região Zener
0
Região de 
condução direta
Região de polarização 
reversa ou bloqueio
ID
VD0
Região de 
condução direta
Região de polarização 
reversa ou bloqueio
Disciplina de Eletrônica Básica 20/13Prof. Guilherme Sebastião da Silva
Diodo semicondutor
 Exemplos de diodos e suas características
 SILÍCIO x GERMÂNIO x ARSENETO DE GÁLIO
< 20 kV < 400V < 1kV
200 oC 100 oC -
0,7 V 0,3 V 1,2 V
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Diodo semicondutor
 Comparação dos diodos reais
– Si, Ge e GaAs
Disciplina de Eletrônica Básica 22/13Prof. Guilherme Sebastião da Silva
Diodo semicondutor
 Efeitos da temperatura
– A corrente de saturação reversa Is, terá 
sua amplitude praticamente dobrada para 
cada aumento de 10 ºC na temperatura
– Corrente de saturação (Is) para o Silicio 
são muitos menores para os mesmos 
níveis de corrente e potência.
– A tensão de ruptura cresce com o 
aumento de temperatura mas ocorre 
aumento indesejavel de Is, o que ocasiona 
o aumento das perdas do sistema.
– O aumento da temperatura diminui a 
capacidade de corrente diodo assim como 
a potência máxima dissipada sobre o 
mesmo.
Efeitos da temperatura nas curvas ID x VD
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Referências
Bibliográficas
 ALEXANDER, C. K; SADIKU, M. N. O. Fundamentos de 
Circuitos Elétricos. 3ª edição. Mcgraw-hill. 2008.
 BOYLESTAD, R; NASHELSKY, L. Dispositivos Eletrônicos e 
Teoria de Circuitos. 6ª edição, LTC – Livros Técnicos e 
Científicos Editora S.A. Rio de Janeiro – RJ. 632 pg. 1998.