semicondutores diodo

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UNIVERSIDADE FEDERAL DO CEARÁ
CAMPUS SOBRAL
CURSO DE ENGENHARIA ELÉTRICA
DIODOS DE JUNÇÃO
Eng. João Lucas Torres
Julho de 2016
Sobral, Ceará
 
CONTEÚDO
●Conceitos básicos de semicondutores
●Cristal de Si puro e cristal de Si dopado
●A junção PN e a camada de depleção
●Polarização direta e inversa
●Simbologia
●Curva (Id vs Vd) característica do diodo
●O diodo ideal e o diodo ideal com queda de tensão constante
●Circuito retificadores
●Exercícios
 
CONCEITOS BÁSICOS DE SEMICONDUTORES
Semicondutores  são  materiais  com  condutividade  elétrica 
intermediária entre os condutores e os isolantes.
Os  cristais  de  silício  e  de  germânio  são  exemplos  de  materiais 
semicondutores.
Por  ser  muito  abundante  na  superfície  da  Terra  o  silício  tornou­se  o 
material  semicondutor  preferido  para  a  fabricação  de  componentes 
eletrônicos
+ condutividade -
Condutores
(Cobre) Isolantes
(Plástico)
Semicondutores
(Silício)
 
CRISTAL DE SILÍCIO PURO
CRISTAL DE SILÍCIO DOPADO
O silício  (Si) é um elemento tetravalente e por isso forma estruturas 
cristalinas covalentes estáveis.
Quando puro, o cristal de silício possui condutividade graças aos elétrons 
arrancados por esforço térmico, porém esses elétrons logo se recombinam 
com as lacunas deixadas por eles mesmos.
Si Si Si
Si Si Si
Si Si Si
Cristal de Si Puro
 
CRISTAL DE SILÍCIO PURO
CRISTAL DE SILÍCIO DOPADO
O  processo  de  dopagem  do  cristal  de  silício  consiste  em  inserir 
impurezas de um único tipo de forma altamente controlada.
Essas  impurezas  são átomos  trivalentes  como o boro  (B)  ou átomos 
pentavalentes como o fósforo (P).
O precisão do processo de dopagem é da ordem de 1 átomo de impureza 
para cada 10  átomos de silício.⁷
Si Si Si
Si B Si
Si Si Si
Si Si Si
Si P Si
Si Si Si
Cristal de Si
Tipo P
Cristal de Si
Tipo N
Lacuna 
livre
Elétron 
livre
 
A JUNÇÃO PN E A CAMADA DE DEPLEÇÃO
Separados, os cristais de Si dopados não tem grande utilidade. É a 
capacidade de  fabricar esses materiais em contato direto que os  tornam 
especiais.
Na verdade um cristal do tipo P em contato com um cristal do tipo N é a 
estrutura de um diodo.
Inicialmente existe um balanço geral das cargas elétricas, mas isso 
muda rapidamente na junção PN.
P N
P N 
lacuna elétron
 
A JUNÇÃO PN E A CAMADA DE DEPLEÇÃO
Na região de contato  entre o  cristal  tipo P e o  cristal  tipo N  (junção 
PN)  ocorre  a  recombinação  entre  os  elétrons  do  lado  N  com  as 
lacunas do lado P.
P N 
Conforme o lado N da junção perde elétrons ele se torna eletricamente 
positivo,  como  o  lado  P  da  junção  ganha  elétrons  ele  se  torna 
eletricamente negativo.
 
A JUNÇÃO PN E A CAMADA DE DEPLEÇÃO
Essa  nova distribuição  de  cargas  não  nula  causa  o  surgimento  de 
um campo elétrico na junção PN.
P N 
Camada de 
depleção
+ +
+ +
+ +
+ +
+ +
- -
- -
- -
- -
- -
Barreira de 
potencial
E 
O campo elétrico se traduz numa barreira de potencial elétrico que 
acaba com a recombinação natural de portadores (lacunas e elétrons).
O COMPORTAMENTO DO DIODO É CAUSADA PELA PRESENÇA DA 
CAMADA DE DEPLEÇÃO.
 
POLARIZAÇÃO DIRETA E INVERSA
A  barreira  de  potencial  que  se  forma  na  junção  PN  tem  valores 
conhecidos que depende do material de fabricação do diodo.
No caso dos cristais de silício essa barreira tem um valor de VB = 0,7 
volts
A  forma  como  uma  fonte  de  tensão  é  conectada  ao  diodo  muda 
completamente o comportamento do mesmo.
P N 
VB = 0,7 V
+ +
+ +
+ +
+ +
+ +
- -
- -
- -
- -
- -
 
POLARIZAÇÃO DIRETA E INVERSA
A POLARIZAÇÃO DIRETA  ocorre quando a  tensão sobre  o diodo é 
maior do que a tensão de barreira do mesmo.
P N 
+ 
+
+
+ 
+
-
-
-
-
-
VD > VB
+
i
Diodo diretamente
polarizado
O  terminal  negativo  da  fonte 
“empurra”  os  elétrons  do  lado  N 
para  dentro  da  camada  de 
depleção.  O  terminal  positivo  da 
fonte “empurra” as lacunas do lado 
P  para  dentro  da  camada  de 
depleção.
A  diminuição  da  camada  de 
depleção  permite  a  difusão  de 
portadores de um lado para o outro 
da junção produzindo uma corrente 
 elétrica estável.
 
POLARIZAÇÃO DIRETA E INVERSA
A POLARIZAÇÃO INVERSA ocorre quando a tensão sobre o diodo é 
menor do que a tensão de barreira do mesmo.
O terminal positivo da fonte “puxa” 
os  elétrons  para  longe  da  camada 
de  depleção  e  o  terminal  negativo 
“puxa”  as  lacunas  para  longe  da 
camada de depleção.
O  resultado  é  o  aumento  da 
camada  de  depleção,  isso  não 
permite  a  difusão  de  portadores  e 
por  consequência  não  permite  a 
passagem de corrente elétrica.
P N 
VD < VB
+
+ +
+ +
+ +
+ +
+ +
- -
- -
- -
- -
- -
Diodo inversamente
polarizado
 
SIMBOLOGIA
Agora já é conhecido que a união de um cristal do tipo P com um cristal 
do  tipo N  produz  um  diodo,  porém  a  representação  utilizada  até  agora 
mostrava  a  estrutura  interna  do  componente,  é  preciso  conhecer  seu 
simbolo elétrico e sua forma real.
P N
ânodo cátodo
Simbolo 
estrutural
ânodo cátodo
Simbolo 
elétrico
1N4007
ânodo cátodo
Componente 
real
 
CURVA (Id VS Vd) CARACTERÍSTICA DO DIODO
Ao  analisar  o  comportamento  do  diodo  ao  ser  polarizado  direta  e 
inversamente,  percebemos  que  ele  é  um  componente  que  só  permite  a 
passagem de corrente elétrica em uma única direção.
Esse comportamento pode ser resumido na curva Id vs Vd.
Id
Vd0,7V
VRUP
Id
Vd
Id= Is(e
Vd
n .V T−1)
 
CURVA (Id VS Vd) CARACTERÍSTICA DO DIODO
A curva do diodo pode ser dividade em três regiões importantes.
Id
Vd
Id
Vd0,7V
VRUP
Região de 
ruptura
Região de 
corte
Região de 
condução
 
O DIODO IDEAL E O DIODO IDEAL COM QUEDA 
DE TENSÃO CONSTANTE
Embora as equações do diodo forneçam a informação total sobre o estado 
do componente é muito trabalhoso aplicar essa equação num circuito com 
vários diodos.
A solução para essa questão é a utilização de modelos aproximados que 
permitem simplificar a análise de circuitos com vários diodos.
O modelo mais simples de todos é o diodo ideal, essa simplificação troca o 
diodo por uma chave de resistência nula.
+ -
Va > Vc
Há condução
+-
Vc > Va
Não há condução
Chave fechada Chave aberta
 
O DIODO IDEAL E O DIODO IDEAL COM QUEDA 
DE TENSÃO CONSTANTE
A curva Id vs Vd do diodo ideal pode também é uma forma simplificada 
da curva real.
Id
Vd
Note  que  o  diodo  ideal  conduz  e 
corta  de  forma  perfeita  e  sem 
perdas.
 
O DIODO IDEAL E O DIODO IDEAL COM QUEDA 
DE TENSÃO CONSTANTE
O diodo ideal com queda de tensão constante é uma segunda aproximação 
do  modelo  real.  Um  diodo  real  só  começa  a  conduzir  quando  a  tensão 
sobre  o  diodo  supera  a  tensão  de  barreira  (para  o  silício  é  0,7  volts). O 
modelo  com  queda  de  tensão  constante  é  um  diodo  ideal  em  série  com 
uma fonte de tensão de 0,7V.
Diodo 
ideal
Fonte 
de 
tensão
0,7V
0,7V
Id
Vd
 
CIRCUITOS RETIFICADORES
Uma das aplicações mais  importantes do diodo é no projeto de circuitos 
retificadores, estes circuitos servem para converter tensão CA em CC e é 
fundamental em fontes de alimentação.
Será visto dois circuitos básicos: o retificador de meia onda e o retificador 
de onda completa.
~
 
 
~
D1
D2
D3
D4
RcRc
D1
V = Vp.cos(wt)V = Vp.cos(wt)
Retificador de 
meia onda
Retificador de 
onda completa
 
CIRCUITOS RETIFICADORES
O retificador de meia onda tem esse nome pois o único diodo docircuito 
conduz  durante  meio  ciclo  de  onda,  quando  o  mesmo  fica  diretamente 
polarizado. A consequência é que apenas metade da energia de um ciclo 
de onda é entregue a carga.
~ Rc
D1
V = Vp.cos(wt)
Retificador de 
meia onda
V
t
Vp
-Vp
Vp
VRc
t
 
CIRCUITOS RETIFICADORES
O  circuito  retificador  de  onda  completa  sempre  possui  um único  par  de 
diodos conduzindo (D1 e D4 ou D2 e D3), como os diodos não permitem a 
inversão do sentido da corrente a tensão de saída sobre a carga é sempre 
positiva.
V
t
Vp
-Vp
Vp
VRc
t
 
 
~
D1
D2
D3
D4
RcV = Vp.cos(wt)
Retificador de 
onda completa
 
EXERCÍCIOS
(SEDRA,  EXEMPLO  3.2,  MODIFICADO)  Determine  o  valor  das 
correntes dos diodos no circuito da figura abaixo.
5K
10K
D1 D2
-10V
+10V
 
EXERCÍCIOS
(SEDRA, EXERCÍCIO 3.4.e) Determine o valor da tensão v e da corrente 
i.
1K
3V
V
2V
1V
i
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