APOSTILA SEMICONDUTORES-1 doc

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SEMICONDUTORES
MARCONI criou o primeiro detector, chamado de detector galena, que
consistia de um pedaço pequeno de CRISTAL DE GALENA, em cuja
superfície se apoiava um fio matálico denominado bigode de gato.
O cristal de galena com bigode de gato constitui , portanto, o primeiro
DIODO de Estado Sólido, sendo Bigode de gato o Anodo e o Cristal de
Galena o Catodo. Estava assim criado o primeiro Diodo de estado sólido,
antes mesmo de ser inventada a primeira válvula diodo. Marconi, havia sem
querer se antecipado ao futuro.
Teorias básicas dos semicondutores.
Os semicondutores também são chamados de dispositivos de estado sólido,
em virtude da circulação de corrente se fazer por meio sólido, e não a vácuo,
como era na época das válvulas.
São componentes baseados na propriedade de certos materiais como o
GERMÂNIO, SILÍCIO, SULFETO DE CÁRDMIO e o ARSENITO DE
GÁLIO. Podem se comportar em determinado momento como condutores e
em outros como isolantes.
OS DIFERENTES TIPOS DE DIODOS.
1- Diodos Retificadores
1. Diodos de Sinal ou detectores
2. Diodos Zener
3. Diodos Emissor de Luz (LED)
4. Diodos de Capacitância Variável (Varicap ou Varactor)
5. Fotodiodos
6. Diodos schottky ou Diodo Rápido.
7. Diodos Laser.
8. Diodos de Microondas.
9. Diods de Túnel.
Diodos Retificadores:
É o tipo de diodo mais usado em eletrônica, sua função é retificar a corrente
alternada, praticamente todos aparelhos eletrônicos trabalham com corrente
contínua, sendo assim necessário a transformação da tensão alternada da
rede elétrica em tensão contínua.
Em geral os aparelhos trabalham com tensões inferiores a tensão de rede
elétrica daí a necessidade de se abaixar a tensão, e isso é feito geralmente
através de um transformador abaixador, e após essa saída de tensão baixa
usa-se o processo de retificação ou seja a transformação da tensão alternada
em tensão contínua.
Na realidade outros componentes serão incrementados para que a tensão
continua seja pura, isso veremos mais a frente.
Diodos de Sinal:
Também chamados de diodos Detectores, são geralmente fabricados
de Germânio o que lhe permite operar em altíssimas frequências com
pequenos sinais.
São muito utilizados em receptores de rádio com a finalidade de separar RF
(Radio Frequência) do Áudio. Ou seja a informação do que se deseja ouvir. A
esta operação é dado o nome de Detecção.
Diodos Zener:
Antes de falarmos sobre o Zener, abriremos um pequeno espaço para uma
ligeira explicação para fala r de Tensão de avalanche, tensão reversa ou
tensão de ruptura.
Quando um diodo é polerizado inversamente pode chegar a conduzir quando
a tensão aplicada atinge um certo valor.Essa tensão denomina-se Tensão de
Avalanche ou tensão de ruptura.
Quando um diodo comum entra na região de avalanche , a corrente inversa
de fuga cresce subtamente e pode chegar a distruir o diodo, portanto um
diodo comum não foi feito para trabalhar polarizado inversamente, sob pena
de sofrer sérios danos, como por exemplo entrar em curto.
Os diodos Zener são especiais, projetado para trabalhar na zona de ruptura,
comportando-se diretamente como diodos retificadores comuns e em
polarização inversa como referência de tensão.
A característica que define a sua função é quando aplicamos a uma tensão
reversa num diodo, ela aumenta a largura da barreira de potencial, gerando
um aumento de tensão e que fornecerá uma maior energia aos elétrons,
gerando um grande aumento de corrente conhecido como efeito avalanche,
porém em ambos efeitos citados anteriormente a corrente aumenta bastante,
porém a tensão se mantem constante, por essa razão os Diodos Zener são
utilizados como estabilizador de tensão.
DIODO EMISSOR DE LUZ (LED)
O diodo LED foi lançado no mercado em 1972, tendo desde essa época
alcançado um grande sucesso no mercado.Esses componentes vieram
substituir as lâmpadas incandescentes por apresentarem inúmeras vantagens
como sejam:
a. Uma vida útil cerca de 100 vezes maior que as lâmpadas incandescentes.
b. Superioridade mecânica, isto é não se quebra facilmente.
c. Ausência de transientes , provocado quando é ligado o aparelho ou
equipamento.
De acordo com o material semicondutor e a dopagem utilizada, é determinado
o comprimento de onda da radiação, ou seja a cor da luz emitida. São elas.
1. Vermelha
2. Azul
3. Verde
4. Amarelo
5. Laranja
6. Infra-vermelho.
São normalmente feitos de Arsenito de Gálio Fosfatado, que emitem luz de
forma continua quando polarizado diretamente.
São utilizados primariamente como indicadores e visualizadores em
equipamentos eletrônicos de uma forma geral.
Para que um Diodo LED acenda é necessário a aplicalção de uma tensão
continua de pelo menos 2 volts em média.
Devemos observar alguns parâmetros para que não sejam danificados, são
eles:
1. Tensão direta (VF)
2. Tensão Inversa (VR)
3. Corrente Máxima Direta (IF)
A Tensão VF é tipicamente da ordem de 1,6 Volts a 2,8 Volts.
A Tensão VR é da ordem de 4 a 5 Volts, e uma tensão superior a esse limite
causa destruição imediata.
A Corrente IF , varia de acordo com o tipo de LED, e pode variar de menos
de 20 mA até mais de 100 mA e intensidade luminosa com menos de 0,5
mcd(Milicandelas) até mais de 4000 mcd, (Milicandelas é um sub-múltiplo
dessa unidade).
O catodo é identificado pelo lado plano ou pela perna mais curta do diodo.
Odiodos LED devem ser protegidos com um resistor em série com o mesmo,
isto se faz necessário para limitar a corrente que passa através dele.
O resistor deve ser calculado levando-se em consideração a tensão da fonte
de alimentação usada.
Os diodos LED Infra-Vermelhos, ou IREDS são diodos que emitem luz
invisível para o olho humano, e é muito utilizado em eletrônica em controle
remotos.
DIODOS DE CAPACITÂNCIA VARIÁVEL
Sabemos que quando se une dois Cristais Semicondutores para formar uma
junção PN, eles criam próximo dos pontos de junção uma Barreira de
Potencial, que terá uma determinada largura criada pelo equilíbrio das
cargas.
Portanto nos cristais P e N temos cargas positivas e negativas dispostas
como se fossem placas condutoras, separadas a uma certa distância, que
forma uma espécie de capacitor.
A capacitância do diodo é então controlada pela tensão aplicada. Quando o
diodo é polarizado Inversamente , sua Barreira de Potencial tenderá a
aumentar, com o aumento da tensão de polarização, aumentará a Barreira de
Potencial, consequentemente aumentará também a distância entre as placas
condutoras, diminuindo assim a capacitância di diodo. Quando esta tensão de
polarização diminui , diminui também a barreira de potencial , diminuindo
também a distância das placas condutoras, aumentando a capacitância do
diodo.
Estes tipos de diodo ou seja VARICAP, também conhecido como
VARACTORES, trabalham polarizados inversamente, e atuam como se
fossem capacitores variáveis controlados por tensão.
Esta característica os faz muito úteis como elementos de sintonia em Radios e
Televisores, mas também usados em Osciladores, Geradores de FM e outros
circuitos de alta freqência.
Estes diodos marcaram o fim dos antigos capacitores variáveis mecânicos na
sintonia de Rádios, principalmente po acabarem com a incomoda cordinha do
dial do rádio, cuja colocação era um verdadeiro problema.
A capacitância do diodo VARICAP varia em função da tensão Inversa
aplicada.
FOTODIODOS
São diodos que possuem uma janela transparente cuja corrente Inversa pode
ser controlada em uma ampla categoria, regulando a quantidade de luz que
passa pela janela e incide sobre a união PN.
Quanto maior for a quantidade de luz incidente, maior será a corrente
inversa produzida, serão gerados um maior número de Portadores
Minoritários e vice-versa.
A corrente produzida por um foto-diodo não é constante para todos os
comprimentos de onda, algumas luzes de intensidade equivalentes, mais de
cor diferente, terão um efeito diferente. Naturalmente cada tipo de foto-diodo
Tem uma curva de resposta própria para o comprimento de onda da luz de
entrada, por essa razão é necessário escolher o foto-diodo conforme as
necessidades particulares para cada aplicação.São muito utilizados como
sensores de luz em fotografia, sistema de iluminação, contadores de objetos,
sistema de segurança etc.
Para identificação basta verificar : A perna maior é o Anodo e a menor o
Catodo.
DIODOS SCHOTTKY
Diodos schottky, tabém denominados diodos de comutação rápida, são
fabridados de silício e se caracterizam por possuírem uma queda de tensão
direta muito pequena, de aproximadamente 0,25 Volts ou menos, e por ser
rápidos são muitos utilizados em fontes de potência, sistemas digitais,
equipamentos de alta frequência e principalmente no circuito de varredura
horizontal dos televisores.
DIODO LASER:
Inicialmente vamos ver o que é feixe de luz comum e feixe de luz laser.
A grande diferença existente entre a luz comum e a luz produzida por um feixe
de laser, é uma luz coerente, ou seja todos os fótons contidos num raio laser
possuem a mesma frequência. Em outras palavras: são ondas que viajam
coordenadamente como se estivessem num desfile militar, numa só direção.
Por essa razão enquanto a luz comum se dispersa em todas as direções, o raio
laser pode ser direcionado com precisão na forma de finissímo feixes.
O laser é uma luz muito intensa porque toda a sua potência emitida pela fonte
luminosa está altamente concentrada.
Os diodos laser são na realidadeLEDs que emitem luz Monocromática,
geralmente vermelha ou infra-vermelha, fortemente concentrada, focada com
precisão , faz com que esta seja perfeita para a leitura das microscópicas
variações superficiais, como é o caso do Compact Disc e dos DVDs.
Para se Ter uma idéia da microscópia da superfície de um CD e da
sensibilidade do LASER, basta dizer que um fio do seu cabelo e capaz de
cobrir 30(trinta) trilas de um CD. São muito usados em computadores, nos
HD e DRAIVE de CD ROM, Sistema de Áudio e Vídeo para ler Compact
Disc (CDs) que tenham dados, música ou filme.
É utilizado também em Sistemas de Comunicações para enviar informações
através de fibra ótica, e outras aplicações.
DIODOS DE MICROONDAS:
São dispositivos desenvolvidos para trabalhar com frequências bem elevadas,
em torno de GHZ, onde a capacidade de resposta dos diodos comuns está
limitada por seu tempo de trânsito, ou seja, o tempo que demoram os
portadores de carga para atravessar uma junção PN.
Os diodos mais conhecidos são:
DIODO GUNN
DIODO PIN
DIODO IMPATT
Os diodos PIN são utilizados principalmente como resistores variáveis por
tensão .
Os diodos GUNN e IMPATT são utilizados principalmente como osciladores.
Os diodos GUNN são muito utilizados em Radares anti-roubo.
DIODOS TÚNEL:
Os diodos TÙNEL , também conhecido pelo nome de diodo ESAKI, em
homenagem ao físico Leo Esaki, caracterizam-se por possuir uma zona de
Esgotamento extremamente delicada e Ter sua curva VI uma região de
resistência negativa onde a corrente diminue a medida que a tensão aumenta.
São muito utilizados como detectores, amplificadores, osciladores,
multiplicadores interruptores, ou em outras aplicações de alta frequência.