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Eletrônica 1
Diodos
Prof. Hermano Cabral
Depto de Eletrônica e Sistemas � UFPE
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Conceitos Básicos de Semicondutores
Introdução
O silício intrínseco tem uma estrutura com organizaçãoatômica regular mantida por ligações covalentes.
Algumas destas ligações podem ser rompidas por ionizaçãotérmica, gerando um par de lacuna-elétron que podem fazerparte da corrente elétrica.
A ionização térmica gera iguais quantidades de lacunas eelétrons, também chamados de portadores.
O processo inverso é a recombinação, quando um elétron euma lacuna se combinam para formar uma ligação decovalência, acarretando o desaparecimento de ambos dacorrente elétrica.
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Conceitos Básicos de Semicondutores
Introdução
O silício intrínseco tem uma estrutura com organizaçãoatômica regular mantida por ligações covalentes.
Algumas destas ligações podem ser rompidas por ionizaçãotérmica, gerando um par de lacuna-elétron que podem fazerparte da corrente elétrica.
A ionização térmica gera iguais quantidades de lacunas eelétrons, também chamados de portadores.
O processo inverso é a recombinação, quando um elétron euma lacuna se combinam para formar uma ligação decovalência, acarretando o desaparecimento de ambos dacorrente elétrica.
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Conceitos Básicos de Semicondutores
Introdução
O silício intrínseco tem uma estrutura com organizaçãoatômica regular mantida por ligações covalentes.
Algumas destas ligações podem ser rompidas por ionizaçãotérmica, gerando um par de lacuna-elétron que podem fazerparte da corrente elétrica.
A ionização térmica gera iguais quantidades de lacunas eelétrons, também chamados de portadores.
O processo inverso é a recombinação, quando um elétron euma lacuna se combinam para formar uma ligação decovalência, acarretando o desaparecimento de ambos dacorrente elétrica.
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Conceitos Básicos de Semicondutores
Introdução
O silício intrínseco tem uma estrutura com organizaçãoatômica regular mantida por ligações covalentes.
Algumas destas ligações podem ser rompidas por ionizaçãotérmica, gerando um par de lacuna-elétron que podem fazerparte da corrente elétrica.
A ionização térmica gera iguais quantidades de lacunas eelétrons, também chamados de portadores.
O processo inverso é a recombinação, quando um elétron euma lacuna se combinam para formar uma ligação decovalência, acarretando o desaparecimento de ambos dacorrente elétrica.
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Conceitos Básicos de Semicondutores
Semicondutores dopados
Semicondutores dopados diferem do semicondutor intrínsecopor apresentarem uma predominância de um dos tipos deportadores (elétrons para o tipo n, lacunas para o tipo p).
Estes semicondutores são obtidos pela introdução de umpequeno número de átomos de impureza.
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Conceitos Básicos de Semicondutores
Semicondutores dopados
Semicondutores dopados diferem do semicondutor intrínsecopor apresentarem uma predominância de um dos tipos deportadores (elétrons para o tipo n, lacunas para o tipo p).
Estes semicondutores são obtidos pela introdução de umpequeno número de átomos de impureza.
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Conceitos Básicos de Semicondutores
Mecanismos de Corrente Elétrica em um Semicondutor
Há 2 mecanismos de deslocamento dos portadores:
Difusão
Deriva
Ambos são importantes para o estudo da corrente elétrica emum semicondutor.
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Conceitos Básicos de Semicondutores
Mecanismos de Corrente Elétrica em um Semicondutor
Há 2 mecanismos de deslocamento dos portadores:
Difusão
Deriva
Ambos são importantes para o estudo da corrente elétrica emum semicondutor.
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Conceitos Básicos de Semicondutores
Difusão
A difusão acontece quando há uma variação na concentraçãode um tipo de portador, fazendo com que os portadores sedesloquem da região de maior concenrtação para a de menor.
A densidade de corrente de difusão para um dado tipo deportador, Jdifusão, é proporcional ao negativo da taxa devariação de concentração do portador multiplicada pela cargaelétrica do portador.
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Conceitos Básicos de Semicondutores
Difusão
A difusão acontece quando há uma variação na concentraçãode um tipo de portador, fazendo com que os portadores sedesloquem da região de maior concenrtação para a de menor.
A densidade de corrente de difusão para um dado tipo deportador, Jdifusão, é proporcional ao negativo da taxa devariação de concentração do portador multiplicada pela cargaelétrica do portador.
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Conceitos Básicos de Semicondutores
Deriva
O mecanismo de deriva de portadores acontece quando umcampo elétrico é aplicado a um pedaço de silício.
A densidade de corrente de deriva para um dado tipo deportador, Jderiva, é proporcional à magnitude do campoelétrico multiplicada pela magnitude da carga elétrica doportador e pela quantidade de portadores na região.
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Conceitos Básicos de Semicondutores
Deriva
O mecanismo de deriva de portadores acontece quando umcampo elétrico é aplicado a um pedaço de silício.
A densidade de corrente de deriva para um dado tipo deportador, Jderiva, é proporcional à magnitude do campoelétrico multiplicada pela magnitude da carga elétrica doportador e pela quantidade de portadores na região.
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A Junção pn na Condição de Circuito Aberto
Introdução
Consideremos agora uma junção pn na condição de circuito emaberto.
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A Junção pn na Condição de Circuito Aberto
Corrente de Difusão
Devido à diferença de concentração de portadores na junção,existe uma corrente de difusão ID .
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A Junção pn na Condição de Circuito Aberto
Corrente de Deriva
Devido à recombinação de portadores, isto cria uma região,denominada de região de depleção, com cargas �xasdescobertas, o que leva ao aparecimento de um campoelétrico E .
Este campo elétrico leva ao aparecimento de uma diferença depotencial V0 entre a região p e a n.
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A Junção pn na Condição de Circuito Aberto
Corrente de Deriva
Devido à recombinação de portadores, isto cria uma região,denominada de região de depleção, com cargas �xasdescobertas, o que leva ao aparecimento de um campoelétrico E .
Este campo elétrico leva ao aparecimento de uma diferença depotencial V0 entre a região p e a n.
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A Junção pn na Condição de Circuito Aberto
Corrente de Deriva
Esta queda de tensão leva tanto a uma corrente de deriva Isno sentido oposto ao da de difusão, como coloca um limite aesta última.
A corrente Is é formada pelos portadores minoritários geradostermicamente, e portanto dependerá da temperatura mas nãode V0.
O oposto ocorre com a corrente ID .
Como os terminais da junção estão em aberto, não pode havercorrente líquida e portanto
ID = Is
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A Junção pn na Condição de Circuito Aberto
Corrente de Deriva
Esta queda de tensão leva tanto a uma corrente de deriva Isno sentido oposto ao da de difusão, como coloca um limite aesta última.
A corrente Is é formada pelos portadores minoritários geradostermicamente, e portanto dependerá da temperatura mas nãode V0.
O oposto ocorre com a corrente ID .
Como os terminais da junção estão em aberto, não pode havercorrente líquida e portanto
ID = Is
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A Junção pn na Condição de Circuito Aberto
Corrente de Deriva
Esta queda de tensão leva tanto a uma corrente de deriva Isno sentido oposto ao da de difusão, como coloca um limite aesta última.
A corrente Is é formada pelos portadores minoritários geradostermicamente, e portanto dependerá da temperatura mas nãode V0.
O oposto ocorre com a corrente ID .
Como os terminais da junção estão em aberto, não pode havercorrente líquida e portanto
ID = Is
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A Junção pn na Condição de Circuito Aberto
Corrente de Deriva
Esta queda de tensão leva tanto a uma corrente de deriva Isno sentido oposto ao da de difusão, como coloca um limite aesta última.
A corrente Is é formada pelos portadores minoritários geradostermicamente, e portanto dependerá da temperatura mas nãode V0.
O oposto ocorre com a corrente ID .
Como os terminais da junção estão em aberto, não pode havercorrente líquida e portanto
ID = Is
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A Junção pn na Condição de Polarização Inversa
Introdução
Consideremos agora a situação de uma junção pn empolarização reversa causada por uma fonte de corrente I .
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A Junção pn na Condição de Polarização Inversa
Análise
Esta corrente I retira elétrons da região n e lacunas da regiãop, o que aumenta a região de depleção e a queda de tensão V0.
Isto faz com que a corrente ID diminua até que no equilíbriotenhamos
I = Is − ID
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A Junção pn na Condição de Polarização Inversa
Análise
Esta corrente I retira elétrons da região n e lacunas da regiãop, o que aumenta a região de depleção e a queda de tensão V0.
Isto faz com que a corrente ID diminua até que no equilíbriotenhamos
I = Is − ID
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A Junção pn na Condição de Polarização Inversa
Análise
O aumento da diferença de potencial na região de depleçãoocasiona o aparecimento de uma tensão externa VR entre osterminais da junção com a polaridade mostrada acima.
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A Junção pn na Condição de Polarização Inversa
Capacitância de Depleção
Devido às cargas �xas, existe uma analogia entre a região dedepleção e um capacitor.
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A Junção pn na Condição de Polarização Inversa
Capacitância de Depleção
Pode-se mostrar que a relação entre a quantidade de carga Qj
na região e a tensão reversa VR é não-linear.
Este efeito, entretanto, signi�ca que, ao mudar VR , haverá umtransiente na corrente para se recarregar este capacitor.
Esta capacitância é denominada de capacitância de depleção
ou capacitância de junção.
![Page 28: Diodos4](https://reader034.vdocuments.com.br/reader034/viewer/2022042821/563db8a3550346aa9a958b52/html5/thumbnails/28.jpg)
A Junção pn na Condição de Polarização Inversa
Capacitância de Depleção
Pode-se mostrar que a relação entre a quantidade de carga Qj
na região e a tensão reversa VR é não-linear.
Este efeito, entretanto, signi�ca que, ao mudar VR , haverá umtransiente na corrente para se recarregar este capacitor.
Esta capacitância é denominada de capacitância de depleção
ou capacitância de junção.
![Page 29: Diodos4](https://reader034.vdocuments.com.br/reader034/viewer/2022042821/563db8a3550346aa9a958b52/html5/thumbnails/29.jpg)
A Junção pn na Condição de Polarização Inversa
Capacitância de Depleção
Pode-se mostrar que a relação entre a quantidade de carga Qj
na região e a tensão reversa VR é não-linear.
Este efeito, entretanto, signi�ca que, ao mudar VR , haverá umtransiente na corrente para se recarregar este capacitor.
Esta capacitância é denominada de capacitância de depleção
ou capacitância de junção.
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A Junção pn na Condição de Polarização Direta
Introdução
Consideremos agora a situação de uma junção pn empolarização direta causada por uma fonte de corrente I .
![Page 31: Diodos4](https://reader034.vdocuments.com.br/reader034/viewer/2022042821/563db8a3550346aa9a958b52/html5/thumbnails/31.jpg)
A Junção pn na Condição de Polarização Direta
Análise
Esta corrente I fornece portadores majoritários em ambos oslados da junção.
Isto acarreta um estreitamento da região de depleção e umadiminuição em V0.
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A Junção pn na Condição de Polarização Direta
Análise
Esta corrente I fornece portadores majoritários em ambos oslados da junção.
Isto acarreta um estreitamento da região de depleção e umadiminuição em V0.
![Page 33: Diodos4](https://reader034.vdocuments.com.br/reader034/viewer/2022042821/563db8a3550346aa9a958b52/html5/thumbnails/33.jpg)
A Junção pn na Condição de Polarização Direta
Análise
Esta diminuição em V0 causa um aumento na corrente ID .
No equilíbrio teremos
I = ID − Is
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A Junção pn na Condição de Polarização Direta
Análise
Esta diminuição em V0 causa um aumento na corrente ID .
No equilíbrio teremos
I = ID − Is
![Page 35: Diodos4](https://reader034.vdocuments.com.br/reader034/viewer/2022042821/563db8a3550346aa9a958b52/html5/thumbnails/35.jpg)
A Junção pn na Condição de Polarização Direta
Análise
Em termos de concentração de portadores minoritários, acorrente I acarreta um aumento exponencial nestasconcentrações nas regiões próximas à região de depleção.
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A Junção pn na Condição de Polarização Direta
Análise
Devido à recombinação, esta concentração diminui à medidaque se afasta da região de depleção.
É esta diferença na concentração que causa o aumento dacorrente de difusão ID .
![Page 37: Diodos4](https://reader034.vdocuments.com.br/reader034/viewer/2022042821/563db8a3550346aa9a958b52/html5/thumbnails/37.jpg)
A Junção pn na Condição de Polarização Direta
Análise
Devido à recombinação, esta concentração diminui à medidaque se afasta da região de depleção.
É esta diferença na concentração que causa o aumento dacorrente de difusão ID .
![Page 38: Diodos4](https://reader034.vdocuments.com.br/reader034/viewer/2022042821/563db8a3550346aa9a958b52/html5/thumbnails/38.jpg)
A Junção pn na Condição de Polarização Direta
Capacitância de Difusão
A concentração de portadores nas imediações da região dedepleção também tem um efeito capacitivo.
Se a tensão entre os terminais da junção muda, existirá umtransiente na corrente para mudar esta concentração atéchegar ao equilíbrio novamente.
Esta capacitância, denominada de capacitância de difusão, éproporcional à corrente de polarização.
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A Junção pn na Condição de Polarização Direta
Capacitância de Difusão
A concentração de portadores nas imediações da região dedepleção também tem um efeito capacitivo.
Se a tensão entre os terminais da junção muda, existirá umtransiente na corrente para mudar esta concentração atéchegar ao equilíbrio novamente.
Esta capacitância, denominada de capacitância de difusão, éproporcional à corrente de polarização.
![Page 40: Diodos4](https://reader034.vdocuments.com.br/reader034/viewer/2022042821/563db8a3550346aa9a958b52/html5/thumbnails/40.jpg)
A Junção pn na Condição de Polarização Direta
Capacitância de Difusão
A concentração de portadores nas imediações da região dedepleção também tem um efeito capacitivo.
Se a tensão entre os terminais da junção muda, existirá umtransiente na corrente para mudar esta concentração atéchegar ao equilíbrio novamente.
Esta capacitância, denominada de capacitância de difusão, éproporcional à corrente de polarização.