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UNIVERSIDADE TECNOLÓGICA FEDERAL DO PARANÁDEPARTAMENTO ACADÊMICO DE ELETROTÉCNICAELETRÔNICA 1 - ET74C -- Profª Elisabete N Moraes

AULA 2 –OPERAÇÃO DO DIODO SEMICONDUTOR

Em 1º de outubro de 2014.

REVISÃO: CRISTAL INTRÍNSECO X EXTRÍNSECO

1º-Out-14Aula 2 - Operação do diodo

CRISTAL INTRÍNSECO CRISTAL EXTRÍNSECO

é

b

2Capítulo 1 do Boylestad: seções:1.1 a 1.6Capítulo 3 do Sedra: seções 3.1 a 3.3

- Isolante

- Submetido ao processo de dopagem onde impurezas são adicionadas ao cristal: elétrons OU lacunas

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REVISÃO: CRISTAL TIPO P E TIPO N

1º-Out-14Aula 2 - Operação do diodo

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1º-Out-14Aula 2 - Operação do diodo

Processo de recombinação dos portadores, dá origem a uma região desprovida de portadores de carga elétrica móveis região de depleção.

FORMAÇÃO DO DIODO SEMICONDUTOR

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Junção PN

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JUNÇÃO PN

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Quando os cristais P e N são unidos, há o deslocamento das lacunas que estão próximas a junção, no sentido do cristal P para o N.

Efeito semelhante ocorre no sentido inverso, ou seja, os é livres se , j ,movimentam do cristal N para o cristal P.

Esse movimento denomina-se difusão, resultado do deslocamento de cargas da região de maior concentração para a de menor concentração.

O resultado desse movimento é a recombinação das lacunas com os é livres e dos é livres com as lacunas, o que provoca o aparecimento de íons.

Esse processo dá origem a uma região desprovida de portadores de carga elétrica móveis região depleção.

A recombinação resulta também no aparecimento de íons, formando um

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A recombinação resulta também no aparecimento de íons, formando um campo elétrico, que para ser vencido, requer um potencial denominado de:

Tensão da barreira de potencial ou tensão de junção (Vj), tensão de limiar (V) ou ainda limiar (threshold (VTH)).

Diodo de Si Vj=0,7VDiodo de Ge Vj=0,3V

DIODO SEM POLARIZAÇÃO

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POLARIZAÇÃO DIRETA

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+ -

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POLARIZAÇÃO DIRETA

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++ + -

Inicialmente o terminal positivo da fonte Vcc no cristal P e o terminal negativo no cristal N.

Portadores: + -

-- -- -

-

Cristal P Cristal N

++

+++ +

+

+

-

+ -V

cargas elétricas com a capacidade de movimento. A análise do fenômeno de condução baseia-se no sentido real da corrente lé i

-- -

++

+

+++ - --

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O aumento do potencial de Vcc força o deslocamento de portadores para o interior de

cada cristal.

Vcc elétrica.

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POLARIZAÇÃO DIRETA

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-- --

++

+++ +

+

+ ---

-- -+++ + + - -

+ -

O aumento da quantidade de portadores no interior do cristal provoca o

Vcc

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aumento do campo elétrico entre os cristais a tal ponto de que acamada de depleção é vencida a partir de um potencial denominado

tensão de limiar (V), joelho (Vj) ou threshold (VTH).Diodo CONDUZ

+ - ≈

DIODO DIRETAMENTE POLARIZADO

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+ -A polaridade da fonte é responsável pelo aumento do nível de energia dos portadores majoritários, com isso penetram nos cristais opostos. Assim que penetram são capturados, mas por estarem na camada de valência, são facilmente liberados Esse processo se estende cada vez mais para dentro do cristal atéliberados. Esse processo se estende cada vez mais para dentro do cristal até chegar no terminal oposto. Com isso estabelece-se um fluxo de cargas entre os seus terminais.

A corrente resultante no diodo é a diferença entre a corrente dos portadores majoritários e a corrente de saturação (portadores minoritários) .

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O valor da tensão da barreira de potencial é definida em:

Vj = 0,7 V Si

Vj = 0,3 V Ge

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CORRENTE DE SATURAÇÃO - IS

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Corrente devido ao fluxo dos portadores minoritários. A denominação “saturação” justifica-se por se tratar de um valor que alcança o valor máximo rapidamente e, não mudar significativamente a intensidade com o aumento do potencial de polarização.A ordem de grandeza de Is para Si é na faixa de nA e Ge uA.

+-

+-

+

Portadores minoritários

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- +

Is

Is

POLARIZAÇÃO REVERSA

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+-

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POLARIZAÇÃO REVERSA

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--+++ +

+ -

-- -- -

Cristal P Cristal N

+++ +

+ -

+-

Vcc

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Camada de depleção aumentaDiodo NÃO conduz

+- ≈

REPRESENTAÇÃO GRÁFICA DO COMPORTAMENTO DO DIODO SEMICONDUTOR

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ID (A)A a camada de depleção impede a circulação de corrente.N di ã di d

V (V)

Nesta condição o diodo comporta-se como uma chave eletrônica aberta.

B a camada de depleção começa a ser vencida e inicia-se a circulação de portadores.Nesta condição o diodo está na transição entre o estado de não

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VD (V)

A B

Vjç

condução para o de condução.

CC a tensão de joelho é alcançada e com isso o diodo passa ao estado de condução plena. Há o fluxo contínuo de portadores. A corrente é limitada pela resistência elétrica do circuito. Polarização direta

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REPRESENTAÇÃO GRÁFICA DO COMPORTAMENTO DO DIODO SEMICONDUTOR

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ID (A)

Curva característica do diodoID = f(VD)

V (V)

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VD (V)VjIs

Is corrente de saturação. Resultante do movimento dos portadores minoritários.

Polarização reversa Polarização direta

AÇÃO DA TEMPERATURA

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O número de portadores livres de corrente em um cristal semicondutor depende da intensidade de dopagem do cristal e do percentual de átomos ionizados da impureza.

A razão de átomos ionizados cresce com a temperatura , portanto um aumento de p , ptemperatura causa um aumento na condutividade.

Portadoresdisponíveis

16Temperatura

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OPERAÇÃO DO DIODO IDEAL

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Polarização DiretaPolarização Direta

Polarização Reversa

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Exercícios sobre a física dos semicondutores estão disponíveis na webpage. http://www.das.ufsc.br/~elisanm/Eletronica/Exerc_FisicaSemicondutor.pdf

FOLHA DE ESPECIFICAÇÕES DATA SHEET

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Seção 1.9 - Boylestad

Diodo 1N4007 pertence a família 1N4000Diodo 1N4007 pertence a família 1N4000.Interpretação da folha de especificação:

• Características elétricas e mecânicas sobre o componente.• Nomenclatura para os parâmetros têm sua origem na língua inglesa.• Faixa mínima, máxima e típica de operação para uma dada condição de teste (ºT, Iteste, Vteste, ...)•Os gráficos: atenção às unidades e tipo da escala (logarítmica)

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