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
Equação Característica
η (eta) é uma constante que pode variar entre 1 e 2 dependendo de aspectos construtivos do diodo
 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.
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
Usando o modelo com bateria
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 
 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
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.