001__Aulas_Diodos

Aula 2 Semicondutores, Juno PN e Diodos

UNIVERSIDADE FEDERAL DA BAHIA - UFBA

ESCOLA POLITCNICA

Departamento de Engenharia Eltrica

Manoel Messias Silva Jnior

DISCIPLINA: DISPOSITIVOS

ELETRNICOS ENGC41

Contedo Programtico

1. Semicondutores

1.1. Semicondutor tipo P e tipo N

1.2. Juno PN

1.3. Curva do caracterstica Diodo

2. Circuitos com diodos

2.1. Limitador

2.2. Grampeador

2.3. Multiplicador de tenso

2.4. Retificadores

3. Diodos especiais

3.1. Zener

3.2. LED

3.3. Fotodiodo e optoacoplador

Circuitos Eltricos

So constitudos de componentes passivos conectados entre si por fios

Circuito Eletrnico

So constitudos por dispositivos,

chamados de ativos que

de alguma forma controlam o fluxo de corrente

Semicondutores

A eletrnica fundamentada em dispositivos semicondutores, isto ,

dispositivos construdos a partir de um tipo de material chamado

semicondutor tais como o silcio e o germnio

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Semicondutores

Em eletricidade os materiais se classificam em

condutores (Ex: cobre , alumnio, ferro, ouro, prata, etc)

e isolantes (Ex: madeira, borracha, ar, vidro, etc),)

Em eletrnica existe uma classe de material chamada de Semicondutor

Principal caracterstica:

Resistividade alterada quando fornecida algum tipo de radiao. Tem dois tipos de portadores de carga. tem resistividade intermediaria entre condutor e isolante

Principais semicondutores: Silicio (Si) e Germanio (Ge)

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Estrutura atmica

Nveis de energia

Semicondutor Intrnseco

o semicondutor em estado puro (s tomos de semicondutor)

Estrutura simplificada do tomo de Si

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O Si um cristal: arranjo geomtrico dos tomos feito de forma regular

Estrutura do Si

Ligao covalente: cada tomo se liga com quatro tomos vizinhos

Compartilhando os eltrons da ultima camada

Estrutura cristalina do Si a 0K ( -273C) - O material se comporta como

Isolante (no tem portadores de carga)

Ligao covalente

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Estrutura do Si a uma temperatura acima de 0K

Gerao de Portadores

A ausncia do eltron na ligao covalente chamada de lacuna ou buraco e se

comporta como portador de carga positiva

Energia fornecida

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Condutividade

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Concentrao Intrnseca

Se n o numero de eltrons por unidade de volume (por cm3)

e p o numero de lacunas por unidade de volume ento:

n=p=ni= concentrao intrnseca do semicondutor que no caso vale:

ni=2,5x1013 cm-3 para o Ge

ni=1,5x1010 cm-3 para o Si

temperatura ambiente de 27C

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Dopagem

Semicondutor TIPO-n

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Dopagem

Semicondutor TIPO-p

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Diodo no polarizado

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Diodo com polarizao direta

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Diodo com polarizao reversa

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Corrente reversa e tenso de ruptura

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Corrente de fuga superficial

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Corrente reversa

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Simbologia

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1)T.V

v

.(eS

If(v)i

Equao Caracterstica

uma constante que pode variar entre 1 e 2 dependendo de aspectos

construtivos do diodo

q

T.kV

T

VT depende da temperatura cujo valor calculado por

k=constante de Boltzmann=1,38.10-23J/oK T(oK)=273+ T(oC)

q=valor da carga do eltron=1,6.10-19C

Para a temperatura de 25oC o valor de VT de aproximadamente 25mV

Is corrente reversa de saturao

Tenso de Joelho - Curva

Caracterstica

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No linearidade

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Em polarizao direta e para v

Polarizao Reversa

Para VBK

Silcio versus Germnio

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Modelos do Diodo

Modelar um dispositivo eletrnico, usar

componentes bsicos tais como

resistncias, fontes de tenso, fontes de

corrente e capacitncias para represent-lo,

permitindo desta forma que possamos usar

as leis de circuito para estud-lo.

I. Primeira aproximao

II. Segunda aproximao

III. Terceira aproximao

Modelo 1 - Diodo Ideal 1 aproximao

O modelo mais simples do diodo considera-o como sendo uma chave que

controlada pela tenso aplicada no diodo. Se a tenso positiva a chave fecha,

se negativa a chave abre. O diodo se comporta de forma ideal

O erro da ordem de 3%.

Quando o modelo no pode ser usado

A diferena entre os valores da ordem de 20%,

Modelo 1 - Diodo Ideal 1 aproximao

Neste caso o diodo quando em conduo ser considerado uma bateria de

0,6V ou 0,7V

O erro da ordem de 3%

Modelo 2 - Bateria 2 aproximao

O modelo representativo do diodo em conduo pode ser melhorado

considerando a resistncia do corpo do diodo (RD)

O erro pode ser diminudo considerando um valor adequado de resistncia direta (RD).

Modelo 3 Bateria e Resistncia 3 aproximao

0,6 V ou 0,7 V

O Ponto Quiescente (Q)

O ponto quiescente (Q) ou ponto de operao de um circuito corresponde

aos valores de tenses e correntes continuas desse circuito

Qual o valor da corrente no circuito? Qual modelo usar?

Usando o modelo ideal mA

KI 12

1

12

Usando o modelo com bateria mA3,11K1

7,012I

Reta de Carga Resoluo Grfica Para a analise grfica necessrio dispor da curva caracterstica e desenhar no

mesmo grfico a reta de carga do circuito. A interseco entre a reta de carga e

a curva a soluo.

Equao: Vcc= RL.I + VD

1o Ponto: se VD=0 ento

L

CC

R

VI

que representa um ponto no eixo das correntes.

i

vD

L

CC

R

VI

2o Ponto: se I=0 na equao acima ento V=VCC

que representa um ponto no eixo das tenses

QV

i

vD

L

CC

R

VI

CCV

QI

QV

Q

Resoluo Grfica

Exemplo

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Exerccio

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Exerccio

37

Exerccio

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Circuitos com diodo

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Circuitos com diodo

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Retificadores

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Retificador de meia onda

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Retificador de Onda Completa

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Tenso reversa no diodo


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Comparao

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Comparao

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Comparao

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Comparao

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Comparao

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Ripple

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Fator de transformao

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Comparao

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Filtros e Reguladores

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Filtros e Reguladores Filtro capacitivo

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Filtro capacitivo - Resistor para limitar a corrente de surto


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Simulao!!!

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Projeto

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Projeto

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Projeto

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Projeto

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Portas lgicas (and e or)

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Portas lgicas (and e or)

112

Circuitos Ceifadores (Srie)

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Circuitos Ceifadores

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Exemplo

115

Exemplo

116

Circuitos Ceifadores (Paralelo)

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Exemplo

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Grampeador

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Grampeador

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Grampeador

121

Grampeador

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Grampeador

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Grampeador

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Grampeador

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Exerccio

Encontre a forma de onda na sada (vo) do circuito grampeador!!!

Grampeador

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Exerccio


Grampeador

127

Exerccio


Grampeador

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Exerccio


Grampeador

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Exerccio


Grampeador

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Exerccio


Grampeador

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Diodo Zener

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Diodo Zener

Regulao de tenso

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Diodo Zener

Regulao de tenso

134

Vs=20 e Rs=1000K

Vs=30 e Rs=1000K

Diodo Zener

Aproximaes

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Diodo Zener

Regulador Zener

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Iz

IL Is

Diodo Zener

Exemplo

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Diodo Zener

Ondulao pelo resistor de carga

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Se RL

constante ento:

Diodo Zener

Ponto de desligamento do Zener

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Diodo Zener

Exemplo

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Componentes Optoeletrnicos

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Diodo Emissor de Luz (LED)

O diodo emissor de luz ou LED (Light-Emitting Diode) essencialmente

uma juno PN na qual existe uma abertura pela qual emitida

radiao luminosa quando a juno polarizada diretamente

A cor da radiao depende dos materiais usados:

A polarizao: consiste basicamente em estabelecer uma corrente, pois

a luminosidade depende da intensidade da corrente

O problema: tenso no LED pode variar de 1,5V a 3V para

Circuito de Polarizao

Calcular R para que o LED acenda com

20mA. Adotar VLED=2V

Bibliografia

[1] BOYLESTAD, R.; NASHELSKY, L.; Dispositivos Eletrnicos e Teoria de

Circuitos. 8.Ed. So Paulo: Prentice-Hall, 2007.

[2] MALVINO, A. P.; Eletrnica. 4.ed. So Paulo: Makron Books, 2009. V.1

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Documents

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