Aula VElementos não-lineares

Prof. Paulo Vitor de Morais

• Até o momento estudamos elementos resistivos que seguem a Lei de Ohm, ou seja, que são ôhmicos;

• Nessa aula serão abordados elementos de circuito que não seguem a Lei de Ohm;

• Por isso são citados, geralmente, como elementos não-lineares;

• Trabalharemos com os seguintes elementos: lâmpada incandescente e diodo;

Lâmpada incandescente

• É um componente muito conhecido no nosso cotidiano;

• Atualmente vêm sendo substituída por lâmpadas de outros tipos, como, por exemplo, por led;

• As lâmpadas incandescentes emitem luz graças a um filamento de tungstênio, o qual é levado à incandescência durante a passagem de corrente elétrica;

• Dentre as lâmpadas incandescentes há vários subgrupos;• Lâmpadas de incandescência normais;

• De halogénio normais;

• Dentre outras...

• A lâmpada incandescente é formada por:• Filamento;

• Ampola;

• Gás de enchimento;

• Base;

• Certos metais, quando aquecidos a altas temperaturas, emitem luz;• Fenômeno chamado de incandescência;

• O filamento de tungstênio, de uma lâmpada, pode chegar à 3000 °C;

• Quanto maior for a temperatura do filamento, maior é a proporção de energia radiada na região do visível do espectro, e maior é o rendimento da lâmpada;

• O gás inerte no interior da ampola serve para restaurar o filamento, quando este está aquecido;• Os átomos de tungstênio colidem nos átomos do gás e voltam para o filamento;

• Podemos entender a energia consumida e transformada em luz visível pela lâmpada incandescente observando o diagrama e o gráfico abaixo;

Diodo

• O diodo é composto por materiais semicondutores;

• O diodo pode se comportar como condutor ou como isolante, dependendo da forma como a tensão é aplicada em seus terminais;

• Uma das mas importantes aplicações do diodo, devido a esse comportamento, é na transformação de corrente alternada em corrente contínua;

• Um diodo é formado por uma junção pn;

• Logo após a formação da junção pn, alguns elétrons livres se difundem do semicondutor tipo n para o tipo p. O inverso também ocorre;

• Então, é formada a chamada região de cargas descobertas ou região de depleção;

• Com o aparecimento da região de depleção, o transporte de elétrons para o lado p é bloqueado, pois estes são repelidos da região negativamente carregada do lado p;

• O mesmo efeito se aplica para lacunas cujo transporte para o lado n é repelido pelas cargas positivas existentes no lado n da junção;

• Portanto, temos uma ddp gerada na interface semicondutor tipo n e p;

• Essa barreira de potencial previne a continuação do transporte de portadores de carga através da junção;

• A ddp dessa barreira de potencial depende dos materiais semicondutores utilizados;• ddp para diodo de germânio é 0,3 V;

• ddp para diodo de silício é 0,7 V;

• Não é possível medir esse valor de ddp, pois esse potencial existe apenas próximo à junção pn;

• No todo o diodo é eletricamente neutro;

• O diodo é representado por:

Tensão aplicada no diodo• O comportamento observado do diodo depende da forma da aplicação de uma

tensão;

• A tensão aplicada pode causar a polarização direta ou a polarização inversa do componente;

Polarização direta

• Ocorre quando o lado p está submetido a um potencial positivo em relação ao lado n;

• Nessa situação, o polo positivo da fonte repele as lacunas do material p em direção ao polo negativo, enquanto os elétrons livres do lado n são repelidos do polo negativo em direção ao polo positivo;

• Se a tensão aplicada for inferior ao valor da ddp de barreira de potencial:• A maior parte dos elétrons e lacunas não terão energia suficiente para atravessar a junção pn;

• Apenas alguns elétrons atravessarão a junção, logo uma pequena corrente elétrica será gerada;

• Para um diodo de silício, temos:

• Para um diodo de silício, temos:

• Se a tensão aplicada for maior que valor da ddp de barreira de potencial:• As lacunas e elétrons terão energia suficiente para atravessar a barreira de potencial;

• Haverá um grande aumento na corrente elétrica através do diodo;

• Para o diodo de silício, temos:

Polarização inversa• A polarização inversa de um diodo ocorre quando o lado n fica submetido a um

potencial positivo relativo ao lado p do componente;

• Nessa situação, os polos da fonte externa atraem os portadores livres majoritários em cada lado da junção, ou seja, elétrons do lado n e lacunas do lado p são afastados das proximidades da junção.• Esse afastamento causa um aumento na região de depleção e no valor da barreira de

potencial;• O fluxo de portadores de carga através da junção se torna mais difícil;• Logo, a corrente através da junção tende a um valor praticamente nulo;

• Podemos observar esse comportamento na imagem abaixo;

• Quando o diodo está sob polarização inversa dizemos que ele está em bloqueio ou na condição de corte;

• A polarização inversa resulta nos seguinte gráfico:

• Podemos observar um valor de corrente que satura para valores de tensão negativos;• Essa corrente é chamada de corrente de fuga;

• Ela possui um valor muito pequeno, se comparando ao valor de corrente na polarização direta;

• Quando os dois comportamentos são observados em um diodo, temos o seguinte gráfico:

• Pontos a se destacar:• Os limites de operação do diodo são valores estabelecidos de tensão e corrente que podem

ser aplicados em um circuito de corrente contínua sem que o diodo seja danificado;

• A corrente de condução é diretamente influenciada pelo circuito de alimentação do diodo;

• A queda de tensão nos terminais do diodo no regime de condução é praticamente independente do circuito. Depende do valor da barreira de potencial do diodo;

• No regime de polarização inversa, a tensão através do diodo é o parâmetro diretamente influenciado pelo circuito de alimentação;

• A corrente de fuga não é muito influenciada pelo circuito externo pois depende apenas das propriedades materiais do diodo;

Bibliografia

• http://www.iar.unicamp.br/lab/luz/ld/L%E2mpadas/Fontes_Lumin.pdf

• http://www.ebah.com.br/content/ABAAAerJUAB/apostila-fundamentos-eletronica-senai