Aula3_EME702 (1)

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Eletrônica e 
Instrumentação
História da Eletrônica e Diodos
Gabriel Fanelli
Mapa do Curso
Princípios Básicos de Eletricidade
Análise de Circuitos DC
História da Eletrônica
Diodos
Sinais Elétricos Contínuos e Alternados
Filtros Capacitivos e Retificadores
Transistores como Amplificadores
Amplificador Operacional
Princípios de Sensores e Transdutores
Ponte de Wheatstone
Princípios de Eletrônica Digital (Transistores como chaves)
Aquisição de Dados e Teorema da Amostragem
Conversores AD e DA
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Primórdios
 Circuitos de Comunicação
 Telégrafo
3
Primórdios
 Circuitos de Comunicação
 Telefone
4
Primórdios
 Circuitos de Comunicação
 Telefone
5
Circuitos de Comunicação
Telégrafo
Telefone
Rádio
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Circuitos de 
Amplificação
Grandes Distâncias
Circuitos de Comunicação
Sinal de Áudio
Rádio (Sinal AM)
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Demodulação
Circuitos de Transmissão
Corrente Contínua
Corrente Alternada
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Retificação
Dispositivos Não-Lineares
 Efeito Termiônico → Thomas Edison, 1883
 Válvula Diodo → John Fleming, 1904
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Corrente circula somente em um sentido
Dispositivos Não-Lineares
 Válvula Triodo → Lee de Forest, 1907
10Grade de Controle Altera a condução de corrente Amplificação
Válvulas Eletrônicas
 Volume ocupado é 
grande
 Consumo de Potência 
elevado (lâmpada!)
 Perde capacidade de 
emissão com o tempo
 Durabilidade baixa 
(Queima do Filamento)
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Computador ENIAC 1946
17468 Válvulas
150kW
Semicondutores
 Conceito de diodo semicondutor existe desde 1894 →
Dispositivos com baixa reprodutibilidade (Válvulas 
ganham o mercado)
 Anos 30 → Evolução dos conhecimentos de Física dos 
semicondutores e técnicas de fabricação (purificação 
dos cristais de silício)
 Anos 40 → Diodo Semicondutor
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Semicondutores
 Bardeen, Brattain e Shockley, 1947
 Invenção do primeiro transistor
13
Semicondutores
 Shockley, 1947
 Invenção do primeiro transistor bipolar
 Dispositivos comerciais: Bell Labs 1950, TI 1951
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Semicondutores
 M. M. (John) Atalla e 
Dawon Kahng, 1959
 Invenção do primeiro 
transistor MOSFET
 Dispositivos comerciais: 
General Microelectronics 
(GME 1004) e Fairchild (FI 
100), 1964
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Visão atual da eletrônica
Circuitos Integrados, Digitais e 
Analógicos
• MOSFET
Circuitos discretos, reguladores 
de tensão, amplificadores, drivers
• MOSFET
• BJT (Transistor Bipolar)
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Diodo Ideal
 Conduz 
somente em 
um sentido
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Semicondutores
 Cristal de Silício
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Semicondutores
 Cristal de Silício
19
Semicondutores
20
Semicondutores
 Cristal de Silício com 
dopagem tipo-n
21
Semicondutores
 Cristal de Silício com 
dopagem tipo-p
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Junção PN
 Materiais semicondutores tipo p e tipo n
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Junção PN
 Junção sem polarização
 Região de Depleção
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Junção PN
 Junção com polarização 
reversa
 Região de Depleção 
aumenta
 Sem condução
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Junção PN
 Polarização Direta
 Diminuição da Região de Depleção
 Condução Exponencial
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Diodo Semicondutor
 Modelo Físico
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𝐼𝐷 = 𝐼𝑆 exp
𝑉𝐷
𝑉𝑇
− 1
𝑉𝑇 =
𝑘𝑇
𝑞
IS : Corrente de Saturação 
Reversa
VD : Tensão de polarização direta
VT : Tensão térmica
k : constante de Boltzmann
T : Temperatura absoluta
q : carga elementar do elétron
Diodo Semicondutor
 Modelo Físico
28
𝐼𝐷 = 𝐼𝑆 exp
𝑉𝐷
𝑉𝑇
− 1
𝑉𝑇 =
𝑘𝑇
𝑞
IS : Corrente de Saturação 
Reversa
VD : Tensão de polarização direta
VT : Tensão térmica
k : constante de Boltzmann
T : Temperatura absoluta
q : carga elementar do elétron
Na região de polarização direta, a tensão VD deve ser maior 
do que a barreira de potencial (imposta pela camada de 
depleção) para que ocorra uma condução exponencial
Diodo Semicondutor
 Modelo Físico
29
𝐼𝐷 = 𝐼𝑆 exp
𝑉𝐷
𝑉𝑇
− 1
𝑉𝑇 =
𝑘𝑇
𝑞
IS : Corrente de Saturação 
Reversa
VD : Tensão de polarização direta
VT : Tensão térmica
k : constante de Boltzmann
T : Temperatura absoluta
q : carga elementar do elétron
Na polarização reversa, ocorre a condução de uma pequena 
corrente de saturação IS , decorrente dos portadores de 
carga minoritários
Diodo Semicondutor
 Comportamento Exponencial
30
Diodo Semicondutor
31
Diodo Semicondutor
 No modelo apresentado anteriormente, nenhum 
parâmetro modela as características do semicondutor:
32
𝐼𝐷 = 𝐼𝑆 exp
𝑉𝐷
𝑛𝑉𝑇
− 1
𝑉𝑇 =
𝑘𝑇
𝑞
IS : Corrente de Saturação 
Reversa
VD : Tensão de polarização direta
VT : Tensão térmica
k : constante de Boltzmann
T : Temperatura absoluta
q : carga elementar do elétron
n : Parâmetro Experimental 
(Fator de Idealidade)
Exemplo
 Considere um diodo com as seguintes propriedades:
 IS = 1µA e n = 2 (Silício)
 Considere as constantes:
 k = 1,38e-23 J/K
 q = 1,6e-19 C
 Para um tensão de polarização VD = 0,7V e T = 25ºC, 
calcule a corrente ID.
33
Exemplo
 Considere um diodo com as seguintes propriedades:
 IS = 1µA e n = 2 (Silício)
 Considere as constantes:
 k = 1,38e-23 J/K
 q = 1,6e-19 C
 Para um tensão de polarização VD = 0,7V e T = 25ºC, 
calcule a corrente ID.
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𝐼𝐷 = 𝐼𝑆 exp
𝑉𝐷
𝑛𝑉𝑇
− 1
𝑉𝑇 =
𝑘𝑇
𝑞
Exemplo
 Considere um diodo com as seguintes propriedades:
 IS = 1µA e n = 2 (Silício)
 Considere as constantes:
 k = 1,38e-23 J/K
 q = 1,6e-19 C
 Para um tensão de polarização VD = 0,7V e T = 25ºC, 
calcule a corrente ID.
35
ID = 700mA
Exemplo
 Considere um diodo com as seguintes propriedades:
 IS = 1µA e n = 2 (Silício)
 Considere as constantes:
 k = 1,38e-23 J/K
 q = 1,6e-19 C
 Para um tensão de polarização VD = 0,7V e T = 100ºC, 
calcule a corrente ID.
36
Exemplo
 Considere um diodo com as seguintes propriedades:
 IS = 1µA e n = 2 (Silício)
 Considere as constantes:
 k = 1,38e-23 J/K
 q = 1,6e-19 C
 Para um tensão de polarização VD = 0,7V e T = 100ºC, 
calcule a corrente ID.
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ID = 525mA
Modelo Simplificado
 Diodo Si → VT ~ 0,7V
38
Modelo Simplificado
 Exemplo
39
Modelo Simplificado
 Exemplo
40
Modelo Simplificado
 Exemplo
41
Modelo Simplificado
 Exemplo
42
Modelo Simplificado
 Exemplo: Retificação Simples
43
Retificação Simples
 Exemplo: Diodo ideal
44
Retificação Simples
 Região de Condução
45
Retificação Simples
 Região de Não Condução
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Região de Ruptura
 Modelo Exponencial 
com Polarização 
Reversa
 Efeito Avalanche →
Condução!
 Tensão reversa máxima 
→ Datasheet do 
dispositivo
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Região Zener
 Tensão praticamente 
constante para diferentes 
valores de corrente
 Aplicação: Referência de 
tensão!
 Especificações: 
 VZ (Tensão Zener)
 PZM (Potência Máxima)
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Diodo Zener
 Especificações: 
 VZ (Tensão Zener)
 PZM (Potência Máxima)
49
Diodo Zener
 Exemplo
50
Diodo Zener
 Diodo Zener está conduzindo?
51
Diodo Zener
 Diodo Zener está conduzindo?
52
Diodo Zener
 Diodo Zener está conduzindo?
53
Diodo Zener
 Exemplo
54
Diodo Zener
 Diodo Zener está conduzindo?
55
V > VZ→ Zener está 
conduzindo!
Diodo Zener
56
Diodo Zener
57
Diodo Zener
58
PZ < PZM = 30mW
Diodo Emissor de Luz
 Potência dissipada 
em diodo comum →
Calor (Infravermelho)
 Potência dissipada 
em frequência visível 
→ LED
 LED: Light Emitting
Diode
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Diodo Emissor de Luz
 Utilização de um LED:
 Intensidade luminosa é 
proporcional à corrente
 Parâmetros importantes: 
 Tensão direta
 Potência
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Diodo Emissor de Luz
 Estrutura
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