Aula 1 - Dispositivos Semicondutores e Diodos - Caracterísitcas

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<p>Eletrônica - Dispositivos</p><p>Semicondutores</p><p>Boylestad: Cap. 1</p><p>Malvino: Cap. 2 e 3</p><p>Prof Ramon</p><p>Semicondutor: O que é?</p><p>• Condutor é qualquer material que sustenta um fluxo de</p><p>carga, quando uma fonte de tensão com amplitude limitada</p><p>é aplicada através de seus terminais.</p><p>• Isolante é o material que oferece um nível muito baixo de</p><p>condutividade sob pressão de uma fonte de tensão</p><p>aplicada.</p><p>• Um semicondutor é, portanto, o material que possui um</p><p>nível de condutividade entre os extremos de um isolante e</p><p>um condutor.</p><p>Semicondutor: O que é?</p><p>• A classificação dos materiais em condutor, semicondutor ou</p><p>isolante é feita pelo seu valor de resistividade (ρ).</p><p>• Resistividades típicas:</p><p>Semicondutor: O que é?</p><p>Definição – Materiais</p><p>Semicondutores Intrínsecos</p><p>• Os semicondutores mais comuns e mais utilizados são o silício</p><p>(Si) e o germânio (Ge).</p><p>• Eles são elementos tetravalentes, possuindo quatro elétrons</p><p>na camada de valência.</p><p>Representação Plana dos Semicondutores</p><p>Definição – Materiais</p><p>Semicondutores Intrínsecos</p><p>• Cada átomo compartilha 4 elétrons com os vizinhos, de modo</p><p>a haver 8 elétrons em torno de cada núcleo</p><p>Compartilhamento de elétrons</p><p>Semicondutores Tipo N e P</p><p>Se um cristal de silício for dopado com átomos</p><p>pentavalente (arsênio, antimônio ou fósforo), também</p><p>chamados de impurezas doadora, será produzido um</p><p>semicondutor do tipo N (negativo) pelo excesso de um</p><p>elétron nessa estrutura.</p><p>Semicondutor tipo N</p><p>Material semicondutor tipo N</p><p>Semicondutor tipo N com Arsênio</p><p>Semicondutores Tipo N e P</p><p>Material semicondutor tipo N</p><p>Semicondutor tipo N com Arsênio</p><p>Semicondutores Tipo N e P</p><p>• Assim, o número de elétrons livres é maior que o número de</p><p>lacunas. Neste semicondutor os elétrons livres são portadores</p><p>majoritários e as lacunas são portadores minoritários.</p><p>Semicondutor Tipo N</p><p>- - - + - -</p><p>- - - - - -</p><p>- + - - - -</p><p>- - - - - -</p><p>- - - + - -</p><p>- - - - - -</p><p>- - + - - -</p><p>Semicondutores Tipo N e P</p><p>• Se um cristal de silício for dopado com átomos trivalente</p><p>(alumínio, boro ou gálio), também chamados de impurezas</p><p>aceitadora, será produzido um semicondutor do tipo P</p><p>(positivo) pelo falta de um elétron nessa estrutura.</p><p>Semicondutor tipo P</p><p>Semicondutores Tipo N e P</p><p>• Material semicondutor tipo P</p><p>Semicondutor tipo P com Índio</p><p>Semicondutores Tipo N e P</p><p>• Material semicondutor tipo P</p><p>Semicondutor tipo P com Índio</p><p>Semicondutores Tipo N e P</p><p>• Assim, o número de lacunas é maior que o número de elétrons</p><p>livres. Neste semicondutor as lacunas são portadores</p><p>majoritário e os elétrons livres são portadores minoritários.</p><p>Semicondutor Tipo P</p><p>- + + + +</p><p>+ + + + +</p><p>+ + + - +</p><p>+ + + + +</p><p>+ - + + +</p><p>+ + + + +</p><p>+ + + - +</p><p>Semicondutores Tipo N e P</p><p>• Junção PN</p><p>• A união de dois cristais (P e N) provoca uma recombinação de</p><p>elétrons e lacunas na região da junção, formando uma barreira</p><p>de potencial.</p><p>Barreira de Potencial</p><p>- + + + +</p><p>+ + + + +</p><p>+ + + - +</p><p>+ + + + +</p><p>+ - + + +</p><p>+ + + + +</p><p>+ + + - +</p><p>- - - + - -</p><p>- - - - - -</p><p>- + - - - -</p><p>- - - - - -</p><p>- - - + - -</p><p>- - - - - -</p><p>- - + - - -</p><p>P N</p><p>íons negativos íons positivos</p><p>Barreira</p><p>Diodo Semicondutor</p><p>• Quando polarizado diretamente um diodo retificador</p><p>conduz porque na junção PN a zona neutra ou camada</p><p>de depleção (zona sem portadores de carga elétrica)</p><p>estreita, a resistência elétrica diminui e a corrente</p><p>elétrica passa.</p><p>Polarização Direta</p><p>Princípio de Funcionamento</p><p>• Quando polarizado reversamente um diodo retificador</p><p>não conduz porque na junção PN a zona neutra ou</p><p>camada de depleção (zona sem portadores de carga</p><p>elétrica) alarga, a resistência elétrica aumenta e a</p><p>corrente elétrica não passa.</p><p>Polarização Reversa</p><p>Princípio de Funcionamento</p><p>• Junção PN</p><p>• Cada lado do diodo recebe um nome: O lado P chama-se de</p><p>anodo (A) e o lado N chama-se de catodo (K).</p><p>Imagem e símbolos do Diodo</p><p>K</p><p>KA</p><p>A</p><p>P N</p><p>Diodo Semicondutor</p><p>Diodo Semicondutor</p><p>Características de diodos</p><p>Curva Característica</p><p>http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/3/32/Diodo_graph.svg</p><p>Modelos de diodos</p><p>23</p><p>O Diodo Ideal</p><p>• Um diodo consiste num dispositivo</p><p>capaz de permitir a passagem de</p><p>corrente num sentido e impedir no</p><p>sentido oposto.</p><p>Vd</p><p>Id</p><p>+ -</p><p>corrente</p><p>ânodo</p><p>Id</p><p>Vd</p><p>aberto circuito - 0</p><p>fechado circuito - 0</p><p></p><p></p><p>d</p><p>d</p><p>V</p><p>V</p><p>Símbolo do</p><p>diodo</p><p>Característica</p><p>do diodo</p><p>cátodo</p><p>24</p><p>Modelo aproximado</p><p>• Considerar que só há condução quando a tensão</p><p>atinge 0,7V. Esta tensão continua constante para</p><p>qualquer valor de corrente.</p><p>25</p><p>Modelo simplificado</p><p>• Devido ao caráter exponencial da característica do Diodo Vd pode</p><p>ser bem aproximado por 0.7V para um grande gama de valores de Is</p><p>e correntes.</p><p>• A resistência rd assume normalmente valores reduzidos</p><p>Id</p><p>Vd</p><p>0,7V</p><p>dr/1</p><p>Vv 7.0D  Dr</p><p>VIP =</p><p>ou</p><p>*Ver exemplo 3-2, Malvino</p><p>Datasheet</p><p>Exercício</p><p>• Para todo o nosso curso, iremos utilizar o modelo aproximado para o</p><p>diodo, isto é, tensão de condução constante = 0,7V</p><p>• Exemplo 2.4 Boylestad</p><p>• Determine VD, VR e ID</p><p>• 1º passo: Analisar se o diodo esta</p><p>diretamente polarizado ou não</p><p>• Se positivo, calcular a tensão no</p><p>Resistor</p><p>• Em seguida, calcular a corrente</p><p>Exercício</p><p>Exercício</p><p>• Exemplo 2.6 Boylestad</p><p>• Calcule VD, VR e ID</p><p>Exercício</p><p>No circuito abaixo, considerando os diodos reais e de silício calcule as correntes: Total e em cada diodo.</p><p>Sugestão de Exercícios</p><p>• Boylestad:</p><p>• Cap 1: 7, 13, 24, 25,</p><p>• Cap 2: Exercício 6 e 7(b)</p><p>• Malvino:</p><p>• Cap 3:3, 5, 8, 10, 14, 17, 19, 21, 3-9 , 3-10, 3-11, 3-13</p><p>Slide 1: Eletrônica - Dispositivos Semicondutores</p><p>Slide 2: Semicondutor: O que é?</p><p>Slide 3: Semicondutor: O que é?</p><p>Slide 4: Semicondutor: O que é?</p><p>Slide 5: Definição – Materiais</p><p>Slide 6: Definição – Materiais</p><p>Slide 7: Semicondutores Tipo N e P</p><p>Slide 8</p><p>Slide 9</p><p>Slide 10</p><p>Slide 11</p><p>Slide 12</p><p>Slide 13</p><p>Slide 14</p><p>Slide 15</p><p>Slide 16</p><p>Slide 17</p><p>Slide 18</p><p>Slide 19</p><p>Slide 20: Características de diodos</p><p>Slide 21: Curva Característica</p><p>Slide 22: Modelos de diodos</p><p>Slide 23: O Diodo Ideal</p><p>Slide 24: Modelo aproximado</p><p>Slide 25: Modelo simplificado</p><p>Slide 26</p><p>Slide 27: Datasheet</p><p>Slide 28: Exercício</p><p>Slide 29: Exercício</p><p>Slide 30: Exercício</p><p>Slide 31: Exercício</p><p>Slide 32: No circuito abaixo, considerando os diodos reais e de silício calcule as correntes: Total e em cada diodo.</p><p>Slide 33: Sugestão de Exercícios</p>