Aula 1 Semicondutores e Diodos

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DISPOSITIVOS PARA 
ELETRÔNICA DE POTÊNCIA
Disciplina: Eletrônica Industrial I
Semicondutores
Eletrônica Industrial I
Alguns materiais apresentam propriedades de condução
elétrica intermediárias entre aquelas inerentes aos
isolantes e aos condutores. Tais materiais são
denominados de semicondutores.
Os materiais semicondutores mais simples são
constituídos de átomos de um único elemento químico
com quatro elétrons na camada de valência, ou seja
átomos tetravalentes.
Conceitos Básicos
Semicondutores
Eletrônica Industrial I
Dois átomos, tetravalentes, bastante utilizados em
materiais semicondutores são o germânio (Ge) e silício
(Si).
Conceitos Básicos
Semicondutores
Eletrônica Industrial I
Os semicondutores não são bons nem maus condutores
de eletricidade, na verdade a sua condutividade depende
da temperatura a qual ele está submetido. Por exemplo,
um cristal de silício se comporta como um isolante
perfeito a temperatura de -273ºC ( zero absoluto). A
medida que a temperatura vai aumentando, sua
condutividade também aumenta.
Conceitos Básicos
Semicondutores
Eletrônica Industrial I
Para formar o sólido, o átomo precisa de oito elétrons na
camada de valência.
Para obter os oito elétrons na camada de valência, os
átomos se associam numa ligação chamada de ligação
covalente. Na ligação covalente, os átomos compartilham
elétrons com os átomos que estão a sua volta, como
vemos na figura abaixo.
Conceitos Básicos
Semicondutores
Eletrônica Industrial I
Conceitos Básicos
Semicondutores
Eletrônica Industrial I
Semicondutores Intrínsecos
É o nome dado a todo semicondutor puro. Um cristal de
silício é intrínseco se todos os átomos do sólido forem de
silício. A condutividade do silício a temperatura ambiente
de 25ºc é tão baixa que não existe aplicação prática para
o mesmo. Uma maneira de aumentar a condutividade de
um cristal de silício é introduzindo átomos de impureza.
Conceitos Básicos
Semicondutores
Eletrônica Industrial I
Semicondutores Extrínseco
A dopagem de um semicondutor consiste em introduzir no
cristal, átomos de impurezas. O objetivo da dopagem é
aumentar a condutividade do cristal. Um semicondutor
dopado com átomos de impurezas é um semicondutor
extrínseco.
Conceitos Básicos
Semicondutores
Eletrônica Industrial I
É um semicondutor que recebeu átomos pentavalentes,
ou seja, átomos que possuem cinco elétrons na camada
de valência. Como exemplos de substâncias
pentavalentes podemos citar o arsênio, antimônio e
fósforo. Quando os átomos de impurezas se associam
com os outros átomos, um dos elétrons da camada de
valência, sobe para a banda de condução, porque ele só
precisa de quatro elétrons na camada de valência para
estabelecer a ligação covalente. Para cada átomo de
impureza introduzido no cristal, aparecerá um elétron
livre.
Semicondutor Tipo N
Semicondutores
Eletrônica Industrial I
Semicondutor Tipo N
Semicondutores
Eletrônica Industrial I
Semicondutor Tipo N
Semicondutores
Eletrônica Industrial I
Um semicondutor tipo P é obtido através da injeção de
átomos trivalentes no cristal puro. Como exemplos de
impurezas trivalentes podemos citar o alumínio, boro e
gálio. Como um átomo trivalente possui três elétrons na
camada de valência, uma lacuna será criada quando o
mesmo for se associar com os átomos vizinhos através
da ligação covalente. Para cada átomo de impureza,
aparecera uma lacuna.
Semicondutor Tipo P
Semicondutores
Eletrônica Industrial I
Semicondutor Tipo P
Semicondutores
Eletrônica Industrial I
Semicondutor Tipo P
Diodo
Eletrônica Industrial I
Para se fabricar um diodo é necessária a formação de
uma junção metalúrgica P-N.
Inicialmente dopamos uma das faces da lâmina de silício
intrínseco com dopantes tipo P. Em seguida dopamos a
outra face da lâmina de silício com dopantes tipo N, como
ilustra a animação. Desta forma obtemos a junção PN.
Junção P-N
Diodo
Eletrônica Industrial I
Junção P-N
Diodo
Eletrônica Industrial I
Ideal x Real
Diodo
Eletrônica Industrial I
A comutação de um diodo significa as etapas de entrada
em condução e de bloqueio, ou seja, quando o
semicondutor está abrindo ou fechando, pois em
eletrônica de potência usa-se estes componentes sempre
como chave.
Para que o diodo entre em condução, este deve estar
diretamente polarizado. O diodo ideal entra em condução
com qualquer valor positivo maior que zero aplicado
diretamente sobre ele. Já no diodo real, a tensão direta
deverá ser superior a tensão da barreira de potencial, que
é sua tensão direta.
Comutação do diodo
Diodo
Eletrônica Industrial I
No entanto, um diodo apenas para de conduzir, isto é,
bloqueia, quando a corrente que estiver passando por ele
zerar.
• Um diodo entra em condução quando estiver
diretamente polarizado.
• O diodo bloqueia apenas quando a corrente que circula
pelo mesmo atingir o valor zero.
Comutação do diodo
Referências 
Eletrônica Industrial I
Ivo Barbi - Eletrônica de Potência; 
http://www.ivobarbi.com/PDF/livros/PotI/PotI.pdf
Prof. Clovis Petry; Notas de aula, Capitulo 2: Semicondutores de potência: 
diodos e tiristores. Disponível em 
<http://professorpetry.com.br/Ensino/Eletronica_Potencia/Capitulo_2.pdf >
https://www.electronica-pt.com/semicondutores
http://www.sabereletrico.com/leituraartigos.asp?valor=36
http://www.feg.unesp.br/Home/PaginasPessoais/ProfMarceloWendling/1---
semicondutores.pdf
http://www.lsi.usp.br/~eletroni/milton/Procf.htm