Aula 3 - Diodos Juncao PN

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MATERIAIS E DISPOSITIVOS SEMICONDUTORES 
Junção P-N: 
Diodos 
A Junção PN 
OBS: A dopagem das duas regiões é a mesma, isto é, ND=NA 
A junção PN é o elemento básico na construção de quase todos os 
dispositivos da eletrônica tais como diodos, transistores, células 
solares, LEDs e circuitos eletrônicos. 
 
Difusão 
A diferença de concentração de portadores entre dois pontos 
provoca um fluxo de cargas. Esse fenômeno é análogo à difusão 
de gases e por isso é chamada de corrente de difusão. 
Quando as duas regiões são colocadas em contato, devido à diferença de 
concentração aparece uma corrente: de elétrons indo da região N para a P e 
de lacunas da região P para a N – corrente de difusão 
Formando a Junção – Corrente de Difusão 
Junção PN no Equilíbrio 
•A corrente de difusão provoca o aparecimento da região de carga espacial (r.c.e) 
que é livre de portadores de carga, existindo somente ions da impureza, negativo 
do lado P e positivo do lado N. 
•Associado às cargas fixas dos dois lados da junção aparece uma tensão 
chamada de barreira de potencial de aproximadamente 0,7V no caso do Si e 0,3V 
do Ge. 
 
No equilíbrio a soma das correntes através da junção é nula: Is + ID=0 
A Junção PN em Polarizada Reversamente 
•Com polarização reversa ( pólo positivo da bateria ligado no lado N e pólo 
negativo do P) a região de carga espacial aumenta , aumentando a barreira 
de potencial. 
• A corrente de difusão (portadores majoritários se anula), só existe a 
corrente reversa de saturação, Is, de portadores minoritarios. 
•Se a dopagem é a mesma dos dois lados a largura da r.c.e será a mesma 
dos dois lados da junção. 
 A corrente externa vale: I=Is (nA para Si e uA para Ge) 
A Junção PN Polarizada Diretamente 
•Com polarização direta ( pólo positivo da bateria ligado no lado P e pólo 
negativo do N) a região de carga espacial diminui , diminuindo a barreira de 
potencial se a tensão aplicada externa for maior que 0,6V (Si) e 0,3V(Ge). 
•A corrente de difusão (ID) de portadores majoritários aumenta. 
•A corrente externa vale: I=ID – IS=ID 
O Diodo de Junção 
O diodo de junção é essencialmente uma junção PN na qual foram adicionados 
os terminais e feito um encapsulamento adequado 
1)
Temp
η.V
V
.(e
S
If(v)i 
Equação Característica 
η (eta) é uma constante que pode variar entre 1 e 2 dependendo de aspectos 
construtivos do diodo q
Tk
VTemp
.

 VTemp depende da temperatura cujo valor é calculado por 
k = constante de Boltzmann=1,38.10-23J/oK T(
oK)=273+ T(oC) 
q = valor da carga do elétron=1,6.10-19C 
Para a temperatura de 25oC o valor de VT é de aproximadamente 25mV 
Is corrente reversa de saturação 
V = tensão aplicada em volts (V). 
Curva Característica: Silício 
Polarização direta: v>0 
Polarização reversa: VBK <v<0 
Ruptura: v<VBK 
VBK = tensão de ruptura ou breakdowm 
• Em polarização direta e para v<0,5V a corrente é desprezível sendo essa 
 tensão chamada de tensão de corte. 
• Quando a tensão aumenta acima de 0,5V a corrente aumenta 
exponencialmente sendo a relação i=f(v) dada pela equação característica 
Polarização Direta 
Região exponencial 
Região linear 
Polarização Reversa 
Na pratica a corrente reversa varia com a tensão pois é constituída de duas 
componentes: a corrente reversa de saturação (Is) cujo valor só depende da 
temperatura e da corrente de fuga superficial que depende da tensão aplicada. 
1)T
η.V
v
.(e
S
If(v)i 
Para VBK <v<0 e algumas vezes maior do que 25mV a expressão 
 i será aproximadamente igual a -IS. 
Modelos do Diodo 
Modelar um dispositivo eletrônico, é usar componentes básicos tais como 
resistências, fontes de tensão, fontes de corrente e capacitâncias para 
representá-lo, permitindo desta forma que possamos usar as leis de 
circuito para estudá-lo. 
Para cada situação é usado um modelo. No caso do diodo na 
maioria das vezes o modelo usado é o ideal. 
Modelo 1 - Diodo Ideal 
O modelo mais simples do diodo considera-o como sendo uma chave que é 
 controlada pela tensão aplicada no diodo. Se a tensão é positiva a chave fecha, 
se é negativa a chave abre. O diodo se comporta de forma ideal 
O erro é da ordem de 3%. 
Modelo 1 - Diodo Ideal 
Quando o modelo não pode ser usado 
A diferença entre os valores é da ordem de 20%, 
Modelo 2 – Bateria 
Neste caso o diodo quando em condução será considerado uma bateria de 
 0,6V ou 0,7V 
O erro praticamente eliminado. 
Modelo 3 - Bateria e Resistência 
 O modelo representativo do diodo em condução pode ser melhorado 
considerando a resistência do corpo do diodo (RD), 
O erro pode ser diminuído considerando um valor adequado de resistência direta (RD). 
O Ponto Quiescente (Q) 
O ponto quiescente (Q) ou ponto de operação de um circuito corresponde 
aos valores de tensões e correntes continuas desse circuito 
Qual o valor da corrente no circuito? Qual modelo usar? 
Usando o modelo ideal mA
K
I 12
1
12

Usando o modelo com bateria 
mA3,11
K1
7,012
I 


Reta de Carga – Resolução Gráfica 
Para a analise gráfica é necessário dispor da curva característica e desenhar no 
mesmo gráfico a reta de carga do circuito. A intersecção entre a reta de carga e 
a curva é a solução. 
Equação: Vcc= RL.I + UD equação de reta 
1o Ponto: se UD=0 então 
L
CC
R
V
I 
 que representa um ponto no eixo das correntes. 
2o Ponto: se I=0 na equação acima então U=VCC 
que representa um ponto no eixo das tensões 
i 
vD 
L
CC
R
V
I 
CCV
QI
QV
Q
Resolução Gráfica 
Exercícios 
1a) 
1b) 
1. Determinar o valor da corrente no diodo em cada caso; Usar modelo 
ideal, modelo de baterias e o modelo de baterias e resistência.