MÓDULO 2 - SEMICONDUTORES E JUNÇÃO PN

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figuras do módulo2
Material Semicondutor (P e N); Junção PN; Polarizações; Diodo.
 
Semicondutores:
 O mais utilizado é o silício (Si) que na sua forma pura (intrínseca) apresenta uma estrutura cristalina, com 4
elétrons na última camada (tetravalente)
 A elevação da temperatura provoca agitação térmica, rompe as ligações covalentes, formando pares elétron-
lacuna.
 Ver figura 1.
Semicondutores dopados
 O semicondutor dopado é denominado material extrínseco.
 Um material tipo P possui impurezas trivalentes (alumínio) e passa a ter mais lacunas do que elétrons livres.
 Um material tipo N possui impurezas pentavalentes (fósforo) e passa a ter mais elétrons livres do que lacunas
 Ver figura 2 e 3.
Junção PN
 É a união de um material tipo P com um material tipo N.
 Os elétrons livres da região N se deslocam para a região P.
 As lacunas da região P se deslocam para a região N.
 Os deslocamentos de elétrons e lacunas originam uma corrente chamada de corrente de difusão.
 Ocorre uma recombinação de elétrons e lacunas durante o deslocamento anulando as suas cargas.
 Ao redor da junção aparece uma região sem carga elétrica (neutra) chamada de barreira potencial (BP)
 A BP isola o material P do material N impedindo novos deslocamentos de elétrons e lacunas.
 Ver figura 4 e 5.
 
Junção PN Polarizada diretamente
 Polarização direta: Positivo da fonte no lado P e negativo no lado N.
 O positivo atrai os elétrons do lado N e o negativo atrai as lacunas do lado P. As cargas vencem a BP e o
dispositivo passa a conduzir corrente elétrica.
 O material tem características condutivas, com baixa resistência ôhmica (dezenas de ohms).
 Para vencer a BP é necessário uma ddp na ordem de 0,5 a 0,8 V
 Ver figura 6
Junção PN Polarizada reversamente
 Polarização reversa: O positivo é ligado no lado N e o negativo é ligado no lado P.
 O positivo atrai os elétrons do lado N e o negativo atrai as lacunas do lado P, aumentando a BP.
 Não há condução de corrente elétrica devido aos portadores majoritários, porém, os minoritários atravessam
a BP e formam uma corrente chamada de corrente de fuga (na ordem de
nA – desprezível)
 O material apresenta características isolantes e alto valor de resistência ôhmica.
 Ver figura 7.
 
Diodo semicondutor 
 É uma junção PN encapsulada com dois terminais chamados de Anodo (lado P) e catodo (lado N).
 Quando polarizado diretamente, conduz uma corrente do anodo para o catodo.
 Quando polarizado reversamente não conduz corrente.
 A curva característica mostra que na polarização direta só haverá condução de corrente depois de vencida a
BP. A partir daí, a corrente aumente enquanto a tensão permanece
praticamente constante (Vd)
 Ver figura 8 e 9.
 
Efeito avalanche
 Em polarização reversa, a corrente é praticamente nula até atingir um determinado valor de tensão (VRM).
? A A partir deste valor inicia-se o processo de avalanche, aumenta o número de portadores minoritários e a
corrente reversa até um limite, permanecendo a tensão praticamente constante. (efeito zener)
 Os diodos retificadores não são fabricados para trabalhar no efeito zener chegando à ruptura.
 Ver figura 10.
 
Exercício resolvido:
1 – Um diodo é ligado em série a uma fonte de tensão contínua de 12 V e a um resistor. Se o diodo, em
polarização direta, funciona com tensão de condução de 0,6V e corrente direta de 37,5 mA. a) Utilizando os
valores referenciados a baixo, qual deve ser o valor comercial deste resistor? b) Sendo a potência dissipada pelo
diodo determinada pela relação entre a tensão direta e a corrente direta, indique o valor da potência dissipada
pelo diodo.
Resistências (?): 10/12/15/18/22/27/33/39/47/56/68/82/91 e seus múltiplos
https://online.unip.br/Arquivo?id=27056.PDF
Potências (W): 0,125/0,25/0,33/0,5/1/2/3/5/10
 
Solução:
a) R = (E - Vd)/I = (12-0,6)/37,5m = 304 ?
Radotado = 330 Ω
Pdissipada = (E - Vd)2/R = (12 - 0,6)2/330 = 0,394 W (x2) = 0,787
Radotado = 330 Ω / 1 W
b) Pd = Vd . Id = 0,6 x 37,5 m = 22,5 mW
Exercício 1:
Para os circuitos abaixo, assinale a alternativa que indique em quais circuitos à lâmpada está acesa. Considere os
diodos ideais e a lâmpada de 12V.
A)
a, d, f, g.
B)
a, b, e, g.
C)
b, c, e, f.
D)
b. d. f, g.
E)
c, d, e, f.
O aluno respondeu e acertou. Alternativa(A)
Comentários:
A) 
Exercício 2:
Analise as frases abaixo e assinale a alternativa correta:
I – Em um material semicondutor intrínseco, a elevação da temperatura provoca agitação térmica que rompe as
ligações covalentes e forma pares elétron-lacuna.
 
II – Um semicondutor tipo P possui impurezas pentavalentes possuindo mais lacunas do que elétrons livres. Já o
semicondutor tipo N possui impurezas trivalentes ficando com mais elétrons livres do que lacunas.
 
III – Uma junção PN é a união de um material tipo P com um material tipo N. Os elétrons livres da região N se
deslocam para a região P e as lacunas da região P se deslocam para a região N originando uma corrente
chamada de corrente de difusão.
 
IV – Durante a movimentação dos elétrons livres e das lacunas ocorrem recombinações que anulam suas cargas.
Ao redor da junção aparece uma região sem carga elétrica (neutra) chamada de barreira potencial (BP)
A)
Todas as frases são verdadeiras.
B)
Apenas uma das frases é verdadeira.
C)
Duas frases são verdadeiras e duas são falsas.
D)
Apenas uma das frases é falsa.
E)
Todas as frases são falsas.
O aluno respondeu e acertou. Alternativa(D)
Comentários:
A) 
B) 
C) 
D) 
Exercício 3:
Um diodo é ligado em série a uma fonte de tensão contínua e a um resistor de 220 ohms. Utilize sua curva
característica e determine a reta de carga e o ponto quiescente para E = 6V
A)
0,7 V e 10 mA
B)
0,9 V e 24 mA
C)
1,0 V e 32 mA
D)
1,1 V e 40 mA
E)
1,3 V e 50 mA
O aluno respondeu e acertou. Alternativa(B)
Comentários:
A) 
A) 
C) 
D) 
E) 
B) 
Exercício 4:
Um circuito série é formado por uma fonte de tensão contínua de 5 V, um resistor de 470 ohms e um diodo em
polarização direta com tensão de 0,6 V. Assinale a alternativa que indica, em valores aproximados, a corrente
que atravessa o diodo e a potência dissipada pelo diodo.
A)
12 mA e 7,2 mW
B)
10,5 mA e 6,3 mW
C)
9,4 mA e 5,6 mW
D)
8,2 mA e 4,9 mW
E)
7,5 mA e 4,5 mW
O aluno respondeu e acertou. Alternativa(C)
Comentários:
A) 
B) 
C) 
Exercício 5:
Um circuito série é formado por uma fonte de tensão contínua de 50 V, um resistor Rs, uma lâmpada de 6V/200
mA e um diodo em polarização direta com tensão direta de 0,6V. Assinale a alternativa que indica o valor
aproximado do resistor para que a lâmpada funcione de acordo com suas especificações:
A)
152Ω
B)
217Ω
C)
247Ω
D)
315Ω
E)
505Ω
O aluno respondeu e acertou. Alternativa(B)
Comentários:
A) 
B) 
Exercício 6:
Um Engenheiro recebeu um circuito série formado por uma fonte de tensão contínua de 9 V, um diodo com
tensão direta de 0,2V (Germânio) / corrente máxima de 50 mA e um resistor de 47 ohms, porém, antes de ligá-
lo desconfiou que ele estaria mal dimensionado. Analise o circuito e assinale a alternativa correta:
A)
O Engenheiro não tem razão, o circuito está dimensionado de forma correta.
B)
O Engenheiro tem razão, não se usa diodo com fonte de tensão contínua, apenas com tensão alternada.
C)
O Engenheiro tem razão pois diodos de germânio não usam resistores limitadores de corrente.
D)
O Engenheiro tem razão pois nesta configuração a corrente que circula no diodo é de 187 mA.
E)
O Engenheiro tem razão pois todo circuito elétrico obrigatóriamente deve conter um fusível de proteção.
O aluno respondeu e acertou. Alternativa(D)
Comentários:
A) 
B) 
C) 
D) 
Exercício 7:
Calcule o fluxo de corrente numa barra de Silício que possui um comprimento L = 10 um e uma secção
transversal de área A = 5um x 5 um, para uma tensão aplicada de 1V com uma densidade de elétrons de 105 /
cm3 e de lacunas de 1015 / cm3 :
A)
1,3 uA
B)
13,3 uA
C)
9,3 uA
D)
19,3 uA
E)39,3 uA
O aluno respondeu e acertou. Alternativa(D)
Comentários:
B) 
B) 
C) 
D) 
Exercício 8:
Numa barra de Silício dopado com impurezas doadoras, de 10 um, determine qual deve ser a concentração de
doadores de forma a obtermos uma densidade de corrente de 1mA / um2 em resposta a um campo aplicado de
0.5V. Utilize o valor da mobilidade dos elétrons para Silício puro.
A)
n = 2,1 x 1015 / cm2
B)
n = 9,2 x 1015 / cm2
C)
n = 21 x 1015 / cm2
D)
n = 92 x 1015 / cm2
E)
n = 921 x 1015 / cm2
O aluno respondeu e acertou. Alternativa(E)
Comentários:
B) 
C) 
D) 
E)