1_diodo semicondutor
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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.
Diodo Semicondutor- 3
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.
Diodo Semicondutor- 4
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
Diodo Semicondutor- 5
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
Diodo Semicondutor- 6
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.
Diodo Semicondutor- 7
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.
Diodo Semicondutor- 8
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.
Diodo Semicondutor- 9
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.
Diodo Semicondutor- 10
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.
Diodo Semicondutor- 11
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.
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Folha de dados
Características Elétricas de um diodo de alta tensão e de baixas correntes de fuga.
Diodo Semicondutor- 13
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)
Diodo Semicondutor- 14
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.
Diodo Semicondutor- 15
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 )
Diodo Semicondutor- 16
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.
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Diodo Semicondutor- 18
Aplicações em corrente contínua
Determinação de VD e ID na configuração em série do diodo.
Polarização direta Polarização reversa
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Configuração série em polarização direta
Figs 2.12 à 2.14
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Figs 2.15 à 2.17
ESTUDAR
EXEMPLO
2.6
Configuração série em polarização reversa
Diodo Semicondutor- 21
EXEMPLO 2.6 Determine VD, VR e ID
VERIFIAR EXEMPLO 2.7
Diodo Semicondutor- 22
EXEMPLO 2.8 Determine VD, IR e ID
Diodo Semicondutor- 23
EXEMPLO 2.9 Determine V0 e ID
Diodo Semicondutor- 24
EXEMPLO 2.10 Determine ID, VD2 e V0
Diodo Semicondutor - 25
EXEMPLO 2.11 Determine I, V1, V2 e V0
Diodo Semicondutor- 26
EXEMPLO 2.12 Determine V0, I1, VD1 E VD2
Diodo Semicondutor- 27
EXEMPLO 2.13 Determine a corrente I
Diodo Semicondutor- 28
EXEMPLO 2.14 Determine a tensão V0
Diodo Semicondutor- 29
EXEMPLO 2.15 Determine as correntes I1, I2, e ID
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