Diodos

Semicondutores

Prof. Fbio Leite, Esp

FACULDADE SANTO AGOSTINHO - FSA

ENGENHARIA ELTRICA

As 12 normas de convivncia

1. - Recomenda-se chegar aula no horrio estabelecido.

2. Evitar o uso do celular e colocar obrigatoriamente no silencioso durante as aulas, pois a participao ativa

nas aulas sempre incentivada.

3. - As provas tem durao de no mximo 100 minutos.

4. - Quem chegar com at 30 minutos de atraso em prova ser autorizado a entrar desde que nenhum aluno

tenha sado at aquele momento. Alm disso, no ganhar tempo de compensao.

5. - Depois de entregar a prova, o aluno no pode ficar no corredor das salas.

6. - No permitida a ida ao banheiro durante a prova.

7. - A prova dever necessariamente ser preenchida por caneta esferogrfica de tinta azul ou preta. No

sero aceitas reclamaes lpis.

8. - No permitido durante a prova pedir qualquer material ao colega.

9. - No sero permitidas calculadoras grficas, celulares ou qualquer outro dispositivo que permita

comunicao.

10. - A boa organizao da apresentao responsabilidade do aluno sendo objeto de avaliao, desta forma

caso no seja possvel compreender adequadamente as questes, estas sero consideradas sem efeito.

11. - No haver atendimento individual durante a prova.

12. - Qualquer violao do comportamento adequado ser punida com as medidas administrativas previstas

no regimento da faculdade.

Diodos

O diodo um dispositivo de dois terminais.

Idealmente, um diodo conduz somente em uma nica direo.

Caractersticas do diodo

Regio de conduo Regio de no conduo

A tenso ao longo do diodo de 0 V

A corrente infinita

A corrente direta definida pela

frmula RF = VF / IF O diodo se comporta como um curto

Toda a tenso fica ao longo do diodo

A corrente de 0 A

A resistncia reversa definida pela

frmula RR = VR / IR O diodo se comporta como aberto

Materiais semicondutores

Materiais geralmente utilizados no desenvolvimento de dispositivos

semicondutores:

o Silcio (Si).

o Germnio (Ge).

o Arseneto de glio (GaAs).

Dopagem

As caractersticas eltricas do silcio e do germnio so melhoradas

pela adio de materiais em um processo denominado dopagem.

H somente dois tipos de materiais semicondutores dopados:

tipo n tipo p

Materiais do tipo n contm

excesso de eltrons na

banda de conduo.

Materiais do tipo p contm

um excesso de lacuna na

banda de valncias.

Junes p-n

O resultado uma juno p-n

Uma extremidade de um cristal de silcio ou germnio pode ser

dopada como um material do tipo p e a outra extremidade como um

material do tipo n.

Junes p-n

Na juno p-n, o excesso de eltrons na banda de conduo no lado

do tipo n atrado para as lacunas na banda de valncia no lado do

tipo p.

Os eltrons no material do tipo n migram ao longo da juno para o

material do tipo p (fluxo de eltrons).

A migrao de eltrons resulta em uma carga negativa no lado do

tipo p da juno e em uma carga positiva no lado do tipo n da juno.

O resultado a formao de uma regio de depleo em torno da

juno.

Junes p-n

Condies de operao do

diodo

Um diodo tem trs condies de operao:

o Ausncia de polarizao.

o Polarizao direta.

o Polarizao reversa.

Ausncia de polarizao

o Nenhuma tenso externa aplicada: VD = 0 V.

o No h corrente no diodo: ID = 0 A.

o S uma modesta depleo.

Condies de operao do

diodo

Polarizao reversa

o Uma tenso externa aplicada ao longo da juno p-n na

polaridade oposta dos materias do tipo p e n.

Condies de operao do

diodo

As lacunas no material do tipo p so atrados para perto do terminal

negativo da fonte de voltagem.

Polarizao reversa

o A tenso reversa faz com que a rea

da regio de depleo aumente.

o Os eltrons no material do tipo n

so atrados para perto do terminal

positivo da fonte de tenso.

Condies de operao do

diodo

Polarizao direta

o Uma tenso externa aplicada ao longo da juno p-n na mesma

polaridade dos materiais do tipo p e n.

Condies de operao do

diodo

Polarizao direta

o A tenso direta faz com que

a rea da regio de depleo

diminua.

o Os eltrons e lacunas so

empurrados em direo

juno p-n.

Os eltrons e lacunas tm energia suficiente para cruzar a juno

p-n.

Condies de operao do

diodo

Caractersticas reais do

diodo

Observe que na regio as

condies so de ausncia de

polarizao, polarizao reversa

e polarizao direta.

Observe atentamente a escala

para essas condies.

Portadores majoritrios

e minoritrios

Duas correntes ao longo de um diodo:

o Portadores majoritrios

Os portadores majoritrios em materiais do tipo n so eltrons.

Os portadores majoritrios em materiais do tipo p so lacunas.

o Portadores minoritrios

Os portadores minoritrios em materiais do tipo n so lacunas.

Os portadores minoritrios em materiais do tipo p so eltrons.

Regio Zener

A regio Zener fica na regio de polarizao reversa do diodo.

Em um certo momento, a voltagem da polarizao reversa to alta

que o diodo rompido e a corrente reversa aumenta drasticamente.

A tenso reversa mxima que no levar um diodo regio Zener

denominada tenso de pico inversa ou tenso de pico reversa.

A tenso que faz com que um diodo entre na regio Zener de

operao denominada tenso Zener (VZ).

Regio Zener

Tenso de polarizao

direta

O ponto no qual o diodo muda da condio de ausente de

polarizao para a condio de com polarizao direta ocorre quando

os eltrons e as lacunas fornecem energia suficiente para cruzar a

juno p-n. Essa energia vem da tenso externa aplicada ao longo do

diodo.

A tenso de polarizao direta necessria para um:

o Diodo de arseneto de glio 1.2 V

o Diodo de silcio 0.7 V

o Diodo de germnio 0.3 V

Efeitos da temperatura

medida que a temperatura aumenta, adicionada energia ao

diodo.

Ela reduz a tenso de polarizao direta necessria para conduo

de polarizao direta.

Ela aumenta a quantidade de corrente reversa na condio de

polarizao reversa.

Ela aumenta a tenso mxima de avalanche da polarizao reversa.

Os diodos de germnios so mais sensveis a variaes de

temperatura que os de silcio ou de arseneto de glio.

Nveis de resistncia

Semicondutores reagem de modo diferente a correntes CC e CA.

H trs tipos de resistncia:

o Resistncia CC (esttica).

o Resistncia CA (dinmica).

o Resistncia CA mdia.

Resistncia CC (esttica)

Para um tenso CC especfica

aplicada (VD), o diodo tem uma

corrente especfica (ID) e uma

resistncia especfica (RD).

D

DD

I

VR

Resistncia CA (dinmica)

A resistncia depende da quantidade de corrente (ID) no diodo.

A tenso ao longo do diodo razoavelmente constante (26 mV para

25C).

rB varia de tpico 0,1 para dispositivos de alta potncia a 2 para

baixa potncia, diodos de uso geral. Em alguns casos o rB pode ser

ignorado.

B

D

d rI

mV26 r

Na regio de polarizao direta:

Resistncia CA (dinmica)

rd

Em regio de polarizao reversa:

A resistncia efetivamente infinita. O diodo se comporta como um aberto.

Resistncia CA mdia

A resistncia CA pode ser

calculada utilizando-se a corrente

e a tenso marca dois pontos na

curva caracterstica do diodo.

pt. to pt. I

V r

d

dav

Circuito equivalente do

diodo

Capacitncia do diodo

Quando reversamente polarizada, a camada de depleo fica muito

grande. As fortes polaridades negativa e positiva do diodo criam

capacitncia (CT). A quantidade de capacitncia depende da tenso

reversa aplicada.

Quando polarizada diretamente, a capacidade de armazenamento

ou a capacidade de difuso passa a existir medida que a tenso do

diodo aumenta.

Capacitncia do diodo

Tempo de recuperao

reversa (trr)

Tempo de recuperao reversa o tempo necessrio para um

diodo para de conduzir quando sua polarizao alternada de direta

para reversa.

Folhas de dados do diodo

Folhas de dados do diodo contm informaes-padro, fazem

comparaes de diodos para verificar se necessitam ser substitudos

ou se seu design precisa ser melhorado.

1. Tenso direta (VF) a uma corrente e temperatura especficas.

2. Corrente direta mxima (IF) a uma temperatura especfica.

3. Corrente de saturao direta (IR) a uma tenso e temperatura

especficas.

Folhas de dados do diodo

4. Taxa de tenso reversa, PIV ou PRV ou V(BR), a uma temperatura

especfica.

5. O valor mximo de dissipao de potncia a uma temperatura

especfica.

6. Nveis de capacitncia.

7. Tempo de recuperao reversa, trr.

8. Faixa de temperatura de operao.

Smbolo de diodo e

embalagem

A abreviao de nodo a letra A.

A abreviao de ctodo a letra K.

Teste do diodo

Diodos so comumente testado utilizando-se um desses tipos de

equipamento:

o Testador do diodo.

o Ohmmetro.

o Traador de curva.

Testador do diodo

Muitos multmetros digitais tm uma funo de teste de diodo. O

diodo deve ser testado fora de circuito.

Um diodo normal exibe sua tenso direta da seguinte forma:

o Arseneto de glio 1.2 V

o Diodo de silcio 0.7 V

o Diodo de germnio 0.3 V

Ohmmetro

Um ohmmetro ajustado em um baixa escala de Ohms pode ser

utilizado para testar um diodo. O diodo deve ser testado fora do

circuito.

Traador de curva

Um traador de curva exibe a curva caracterstica de uma diodo no

circuito-teste.

Essa curva pode ser comparada s especificaes do diodo de uma

folha de dados.

Outros tipos de diodo

H muitos tipos de diodo alm do padro, o diodo de juno p-n.

Trs dos mais comuns so:

o Diodos Zener.

o Diodos emissores de luz.

o Diode arrays.

Diodo Zener

Um diodo Zener aquele desenvolvido para

operar de modo seguro em sua regio Zener, ou

seja, polarizado em uma tenso Zener (VZ).

Faixas comuns de tenso de um diodo Zener

ficam entre 1.8 V e 200 V

Diodo emissor de luz (LED)

Um LED emite luz quando est polarizado diretamente, o que pode

acontecer num espectro infravermelho ou visvel.

A tenso polarizada direta fica geralmente na faixa de 2 V a 3 V.

Diodo Arrays

Mltiplos diodos podem ser embalados juntos em um circuito

integrado (CI).

Est disponvel no mercado uma

grande variedade de configuraes

de diodo.

Bibliografia Bsica

Robert L. Boylestad, Louis Nashelsky,

Dispositivos Eletrnicos e Teoria de

Circuitos, 11 Ed., Prentice Hall Brasil ,

Pearson (2013)

SEDRA, A.S.; SMITH, C. Microeletrnica. 5

ed. Makron Books.

Ashfaq Ahmed, Eletrnica de Potncia,

Prentice Hall Brasil , Pearson