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DIODO SEMICONDUTOR

Princípios Básicos

Análise de Circuitos

Bibliografia: Dispositivos Eletrônicos e Teoria de Circuitos

Autores: Robert L. Boylestad, Louis Nashelsky

Diodo Semicondutor- 2

Objetivos

Entender o princípio básico de funcionamento do

diodo Semicondutor.

Conhecer os modelos do diodo e distinguir a sua

aplicação na análise de circuitos.

Interpretar o funcionamento de circuitos que utilizam

o diodo semicondutor em aplicações de circuitos

eletrônicos a partir da análise de circuitos elétricos.


Introdução O diodo semicondutor possui dois terminais e é

construído a partir de materiais semicondutores

como o Silício e o Germânio.

O diodo semicondutor é um elemento de circuito

ativo. Isto é: O comportamento do diodo depende da

maneira como o mesmo está ligado e de sua

interação com outros componentes do circuito que

definirão a sua região de operação.

O diodo ideal é uma chave que possui a capacidade

de conduzir corrente em um único sentido.


O símbolo do diodo é composto por uma seta que

aponta para o sentido da corrente quando o mesmo

está diretamente polarizado. Uma barra na ponta da

seta indica que o diodo ideal não conduz no sentido

de polarização reversa.

Diodo diretamente polarizado


Sob polarização reversa o diodo ideal é uma chave

aberta.

Sob polarização direta, o diodo ideal é uma chave

fechada.

ID=(V-VD)/R

ID=0

VD=0

VD=V


O Diodo por dentro Por dentro do Diodo

O Silício é o principal elemento utilizado na construção de dispositivos

semicondutores seguido pelo Germânio. Ambos formam estruturas

cristalinas cujos átomos são tetravalentes, possuindo quatro elétrons

na camada de valência.

A condução no semicondutor é analisada pelo modelo de bandas de

energia. O calor e a luz fornecem energia suficiente para que alguns

elétrons saiam da banda de valência do semicondutor para se tornarem

portadores na banda de condução.

Um material do tipo N é formado pela introdução de impurezas

pentavalentes no semicondutor. Estas impurezas fornecem portadores

majoritários negativos ou elétrons para a banda de condução.

Um material do tipo P é formado pela introdução de impurezas

trivalentes no semicondutor. A esta impureza está associada uma

“carência de elétrons”, resultando em portadores majoritários

positivos ou lacunas na banda de condução.


O diodo semicondutor é formado pela simples união de um material do

tipo p com um material do tipo n, construídos a partir da mesma base,

Ge ou Si.

Na ausência de tensão de polarização o fluxo de carga é zero.


Sob condições de polarização reversa ocorre uma ampliação da região

de depleção reduzindo o fluxo de portadores majoritários a zero. O

fluxo resultante é o de portadores minoritários que se mantém

constante.

A corrente resultante sob condições de polarização reversa é chamada

de corrente de saturação reversa Is. Esta corrente, formada por portadores

minoritários se mantém constante para altos valores de VD até uma região

próxima à ruptura do diodo.


Sob condições de polarização direta ocorre uma redução da região de

depleção resultando em um intenso fluxo de portadores majoritários na

junção. O fluxo resultante de portadores minoritários se mantém

constante.

Um diodo semicondutor é polarizado diretamente quando é

estabelecido um potencial positivo no material do tipo p e um potencial

negativo no material do tipo n.


Comparação dos diodos semicondutores de Si e Ge.

A maior parte dos diodos é construída para trabalhar na região de

polarização direta, no primeiro quadrante do gráfico.


Para uma polarização reversa suficientemente grande, potencial zener,

ocorrerá uma mudança brusca na curva do diodo. As colisões de

portadores devido à sua aceleração produz ionização e geração de

novos portadores, ruptura por avalanche.

Alguns diodos são projetados para operar sob polarização reversa no

terceiro quadrante do gráfico, região zener.


Folha de dados

Características Elétricas de um diodo de alta tensão e de baixas correntes de fuga.


Tempo de recuperação reversa – trr

Aplicações em alta frequência

CT - Capacitância de transição.

CD - Capacitância de difusão ou acumulação.

O chaveamento do estado ligado para o estado desligado não ocorre

instantaneamente com a inversão da polaridade na tensão da fonte.

ts - tempo de armazenamento.

tt - intervalo de transição.

trr = ts + tt

(tempo de recuperação reversa)


Circuito Equivalente Linear por Partes

- E + R

APROXIMAÇÕES PARA O DIODO

Onde rav é a resistência média na aproximação

Em muitos circuitos, a resistência em série com o diodo é grande o

suficiente para tornar rav desprezível. Uma análise mais simplificada pode

ser mais útil para o estudo do comportamento do circuito.


APROXIMAÇÕES PARA O DIODO

Circuito Equivalente Simplificado ( E >VT, R >> rav )

VT=0,7V para o diodo de Si e VT=0,3V para o diodo de Ge.

- E + R

Circuito Equivalente Ideal ( E >>VT, R >> rav )


Análise de Circuitos com Diodos

O modelo de circuito adequado é selecionado de

acordo com a polarização do diodo no circuito

original.

Um circuito equivalente aproximado é construído

para cada condição de operação identificada.

O circuito resultante para a região de operação é

analisado utilizando as Leis de Kirchhoff.


Aplicações em corrente contínua

Determinação de VD e ID na configuração em série do diodo.

Polarização direta Polarização reversa


Configuração série em polarização direta

Figs 2.12 à 2.14


Figs 2.15 à 2.17

ESTUDAR

EXEMPLO

2.6

Configuração série em polarização reversa


EXEMPLO 2.6 Determine VD, VR e ID

VERIFIAR EXEMPLO 2.7


EXEMPLO 2.8 Determine VD, IR e ID


EXEMPLO 2.9 Determine V0 e ID


EXEMPLO 2.10 Determine ID, VD2 e V0

Diodo Semicondutor - 25

EXEMPLO 2.11 Determine I, V1, V2 e V0


EXEMPLO 2.12 Determine V0, I1, VD1 E VD2


EXEMPLO 2.13 Determine a corrente I


EXEMPLO 2.14 Determine a tensão V0


EXEMPLO 2.15 Determine as correntes I1, I2, e ID

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