lab 3 de fisica (1)

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UNIVERSIDADE FEDERAL DO OESTE DO PARÁ
INSTITUTO DE CIÊNCIAS DA EDUCAÇÃO
PROGRAMA DE CIÊNCIAS EXATAS
LABORATÓRIO III DE ENSINO DE FÍSICA - labEF
DIODO SEMICONDUTOR (LED)
ANDRESSA CARVALHO
MARCELA OLIVEIRA
BRUNO ROITHER
ROZINETE CASTRO
ANDREZA SOUSA
SANTARÉM - PARÁ 2020.2
JUNHO - 2021
INTRODUÇAO
Os diodos semicondutores são componentes mais usados na eletrônica e está presente em diversos aparelhos, como televisão, computadores, celulares entre outros Diodos semicondutores são simbolizados em diagramas esquemáticos. 
 Figura 1.0: símbolo do diodo 
 
Ele tem como características principal, deixar que as correntes e seus terminais corra de forma mais fácil em determinada direção. Os diodos são bastantes utilizados em circuitos multiplicadores de tensão, são responsáveis por converter uma tensão de entrada alternada em uma saída de tensão continua, que são fundidos para criar uma junção PN, sendo que P representa a polaridade Positiva e N, a negativa.( Veja figura 1.2) Num semicondutor tipo N, os portadores de carga, ou seja, as partículas que participam da condução elétrica são e elétrons livres, enquanto, num semicondutor tipo P, são buracos livres, de carga positiva. A junção desses dois materiais, promove em sua camada limítrofe, a junção, ou aniquilação dos “buracos positivos” com os elétrons, criando uma região desprovida de portadores de carga, chamada de região de depleção. Os íons que se localizam foram dessa região, criam então, um campo elétrico que impede a continuidade da difusão de carga.
 Figura 1.2: polarização do diodo 
 
 Em semicondutores dopados, os elétrons e os buracos são provenientes dos átomos dopantes, os elétrons do lado N e os buracos do lado P são forçados a irem em direção ao centro devido ao campo elétrico fornecido pela fonte de tensão. Ao ser conectada com uma fonte de força eletromotriz, uma junção p – n permite o fluxo de corrente em apenas um sentido: da região p para n, pois nesse sentido, a partir de um certo valor de tensão – chamada de tensão de corte, a região de depleção se estreita, permitindo o fluxo elétrico. A está configuração atribui-se o nome de polarização direta
. Polarização direta: Nesse tipo de polarização o polo positivo da fonte de tensão está conectado ao lado P do diodo. Isso faz com que o lado positivo se torne ainda mais positivo, e o lado N, ainda mais negativo. As cargas elétricas conseguem atravessar a barreira de potencial existente entre o lado P e o lado N do diodo, portanto, há condução de corrente; 
 Polarização inversa: O terminal positivo da fonte de tensão é conectado ao lado p da junção PN do diodo. Isso faz com que a barreira de potencial aumente. Nesse caso, a resistência do circuito é muito alta, e a corrente elétrica não consegue atravessá-la
LEDs 
Os diodos emissores de luz (LEDs) são tipos especiais de diodos que tem o objetivo de transformar energia elétrica em luz. Um LED é um diodo construído para emitir radiação em uma faixa de frequências estreita, e mais alta, que corresponde ao espectro de luz (inclusive luz invisível como infravermelho e ultravioleta). A figura 1.3 apresenta a imagem deste componente. É importante salientar que para limitar a corrente consumida por um LED é necessário liga-lo a um circuito apropriado, normalmente um resistor com valor apropriado.
 Figura 1.3: LED
 
2. Contexto histórico 
Inicialmente os equipamentos eletrônicos tinham sua base nas válvulas à vácuo, mas algum tempo depois, com exceção de raríssimos equipamentos, essas válvulas foram substituídas por transistores. Essa substituição aconteceu por vários motivos, por exemplo, as válvulas ocupam um grande espaço, superaquecem com facilidade. Vários problemas que existiam com as válvulas foram solucionados com os transistores. que formam criados, pela primeira vez, em 1947 pelos físicos J. Bardeen, W. Brattain e W. Shockley (J. Chiquito; Lanciotti Jr, 1998). Até os dias de hoje, existem diversos estudos para aprimorar esses equipamentos que utilizam os semicondutores e isso tem transformado diariamente a maneira como a sociedade vive. O diodo, que foi inventado pelo físico inglês John Ambrose Fleming, no ano de 1904 e que, hoje, é um componente indispensável na eletrônica, Não somente as telecomunicações mudaram com os semicondutores, equipamentos como os LEDs (Light Emissor Diode) e placas solares também surgiram a partir do desenvolvimento desses equipamentos feitos de semicondutores que sãp dispositivos constituídos por uma junção de dois materiais semicondutores: germânio e silício. Um, do tipo N, tem excesso de elétrons; o outro, do tipo P, tem excesso de lacunas. Quando esses elementos se tocam, acontece uma migração de elétrons e lacunas, até o momento em que haja o ponto de equilíbrio.
Os diodos, quando polarizados diretamente, permitem, com facilidade, a passagem de corrente em um sentido, mas oferecem uma enorme resistência a essa passagem no sentido contrário.
Esse é um fenômeno físico, e pode-se dizer que o diodo se comporta como uma chave elétrica, ou seja, quando o diodo está polarizado diretamente, a chave encontra-se fechada, há condução de corrente em uma direção especifica e a tensão entre os terminais da chave, dependendo da aplicação, é nula. Já quando a polarização é reversa, a chave se encontra aberta, há uma queda de tensão entre os terminais e não há passagem de corrente.
Uma das principais aplicações dos diodos semicondutores é como fonte de alimentação, permitindo que a corrente flua apenas em uma direção.
Atualmente diversos tipos de diodo estão disponíveis no comércio.
3. Abordagem CTSA
As frequentes melhorias dessa tecnologia têm provocado mudanças nos hábitos e costumes diários das pessoas. Pode-se considerar que a Eletrônica é um dos principais responsáveis pelo desenvolvimento da sociedade nos séculos XX e XXI (HAVILAND, 2002). Os dispositivos eletrônicos atuais, como celulares, tablets e computadores, estão sendo utilizados cada vez mais cedo, uma vez que, a cada dia, mais pessoas são influenciadas pelo uso da tecnologia no mundo inteiro. Idosos, adultos, jovens, adolescentes e crianças são apreciadores ao uso de eletrônicos em geral. Voluntariamente ou não, a sociedade vive numa era em que o mundo requer que seja mais receptiva ao uso de tais equipamentos. Esses equipamentos que já fazem parte da vida cotidiana das pessoas, estão mudando a maneira da sociedade criar e usar energia, de maneira cada vez mais sustentável, barata e sem desperdício.
 No ensino de Física, os semicondutores e suas aplicações são conteúdos da Física Moderna e Contemporânea (FMC, concepções de física desenvolvidos desde de o início do século XX até os dias atuais), que apesar de ser extremamente importante ainda é pouco implementado no ensino de física. F. Ostermann (Ostermann, 2001), aponta que “ deveria haver mais Física Contemporânea no Ensino Médio e menos fósseis da Física Clássica”. E diz que, desta maneira, os alunos terão uma escolarização de nível médio atualizada, adequada ao “exercício da cidadania na sociedade contemporânea. Além deste texto vários outros trabalhos ressaltam a importância da inserção de conceitos de FMC no ensino médio, principalmente aqueles ligados a física quântica, como é o caso dos semicondutores
4.Objetivos
Observar o comportamento de um LED em polarização direta e reversa e levantar sua curva característica I x V
5. Metodologia 
As curvas dos semicondutores (diodo de led) serão obtidas através de um circuito onde será observado a variação de tensão da fonte e, com o auxílio dos dois multímetros que serão usados, um será colocado em serie com o dispositivo para medir a corrente, o outro em paralelo para medira tensão e então encontraremos a cada momento, um par ordenado (tensão, corrente). Os dados coletados serão usados para construção dos gráficos I X V de cada dispositivo.
6. Procedimentos experimental
Materiais utilizados
· Fonte de tensão
· Dois multímetros
· Cabos de conexão
· Suporte me montagem
· Resistor, diodo de LED e SI
Montaremos o circuito da Figura com o voltímetro, inicialmente, sobre a fonte de alimentação. Ajustaremos a tensão da fonte (não a do diodo) e faremos a leitura do amperímetro e a luminosidade do LED. Inverteremos o LED no circuito e identificaremos quais são as posições para polarização direta e reversa.
E ainda para esse circuito podemos aplicar as leis de kirchhoff, e encontrar apartir dos modelos matemáticos, a corrente do circuito e então aplicaremos as leis das Malhas
REFERÊNCIAS
ALVES, Andressa Giarola. MATERIAIS SEMICONDUTORES: UMA ABORDAGEM PARA O ENSINO MÉDIO. 2017. Dissertação de Mestrado( Mestrado em Ensino de Física)- Universidade Federal de Lavras, Lavras, 2017.
DA ROCHA, José Miranda. UMA ELETRODINÂMICA PARA A ERA DIGITAL: A FÍSICA DOS SEMICONDUTORES E A REVOLUÇÃO DO USO DE LEDS NA ILUMINAÇÃO. 2019. Dissertação de Mestrado ( Mestrado em Ensino de Física)- Universidade Federal do Rio de Janeiro, Rio de Janeiro, 2019.
 
SZE, S. M. Physics of Semicondutors Devices. 2. ed. New York: John Whiley, 1981. 
(Capítulo 12 - LED and Semicondutor Lasers)