COORDENAO DE ENGENHARIA ELTRICA

DISCIPLINA: ELETRNICA I

Ailton Queiroga Cassimiro Jnior (Matrcula 20082610384) caro Bezerra Queiroz de Arajo (Matricula 20081610216) Mcio Flvio de Carvalho Queiroz Filho (Matrcula 20071610221) Thiago Pinto (Matrcula 20081610)

Outubro de 2010

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AILTON QUEIROGA CASSIMIRO JNIOR CARO BEZERRA QUEIROZ DE ARAJO MCIO FLVIO DE CARVALHO QUEIROZ FILHO THIAGO PINTO

DIODO TNEL E TERMISTOR

Professora: Silvana L. do N. C. Costa

JOO PESSOA / 2010

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1 INTRODUO: DIODO TNELO diodo tnel (ou dodo Esaki) um tipo de diodo semicondutor extremamente rpido, que opera na casa dos GHz, atravs da utilizao dos efeitos da mecnica quntica. A figura 1.1 mostra o smbolo deste tipo de diodo. Recebeu o nome do fsico Leo Esaki (Figura 1.3), que em 1973 recebeu o Prmio Nobel em Fsica pela descoberta do efeito tnel utilizado neste tipo de diodo semicondutor.

Figura 1.1 Representao eltrica do diodo tneo. [1]

Este tipo de dispositivo j havia sido previsto em 1929 pelo fsico americano George Gamow que iniciou estudos pra explicar a grande emisso de neutrinos vindas de exploses termonucleares do interior do sol e recebeu esta denominao devido ao seu princpio operacional estar relacionado com um conceito da mecnica quntica sobre a probabilidade do eltron afunilar-se atravs de uma barreira de energia a qual no pode superar. O diodo de tnel surge em 1958 advindo das pesquisas do cientista japons Dr. Leo Esaki efetuadas nos laboratrios de desenvolvimento da Sony Corporation, no Japo. A figura 1.2 mostra um diodo tneo.

Figura 1.2 Diodo tnel. [5]

Figura 1.3 Doutor Leo Esaki. [4]

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2 EFEITO TNEOO tunelamento quntico ou efeito tnel ocorre quando uma onda encontra no seu percurso um obstculo, a intensidade ou amplitude desta no termina imediatamente no obstculo, mas decresce exponencialmente aps o contato. De acordo com a mecnica clssica, quando um eltron com uma certa energia (E) incide sobre uma barreira de potencial com energia (P) (sendo P>E), ele totalmente refletido. A mesma situao, agora abordada pela mecnica quntica, mostra que h uma probabilidade de que o Eltron "atravesse" a barreira, aparecendo do outro lado. A razo para que este efeito ocorra que o eltron, do ponto de vista quntico, pode manifestar o comportamento tanto de partcula como de onda. Nesta abordagem o eltron descrito como uma onda de matria. Comportando-se como uma onda, pode-se atribuir ao eltron uma probabilidade de reflexo e uma probabilidade de transmisso. A probabilidade de transmisso extremamente sensvel amplitude do potencial e largura da barreira. Assim, mesmo sem conter energia suficiente para atravessar a barreira, o eltron a atravessa por "tunelamento", comportando-se como onda.

3 CARACTERSTICAS DE DOPAGEMEm 1958 o Doutor Leo Esaki descobriu que se um semicondutor fortemente dopado com impurezas, ele possuir uma regio de forte resistncia negativa. Diodos normais so levemente dopados com tomos de impureza, na ordem de um para dez milhes, resultando em uma ampla rea de depleo. Com isso, a conduo no diodo somente ocorrer se a tenso aplicada nele for grande o bastante para superar a barreira de potencial da juno. No diodo tnel, os materiais semicondutores so dopados na frao de mil tomos de impureza por dez milhes de tomos do semicondutor. Esta dopagem mil vezes maior que a dopagem de diodos comuns resulta em uma rea de depleo muito menor e um efeito de tnel. Diodos Tnel so notveis por sua longevidade; dispositivos feitos na dcada de 1960 ainda funcionam. Escrevendo sobre a natureza destes diodos, Esaki e co-autores

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dizem que os dispositivos semicondutores em geral, so extremamente estveis, e sugerem que sua vida til deve ser "infinito" se mantida a temperatura ambiente. Eles passam a relatar que um teste de escala pequena de 50 anos revelou uma "confirmao gratificante da longevidade do diodo.

4 Curva Caracterstica do Diodo TnelPor causa da sua dopagem elevada, a curva caracterstica do diodo tnel se difere da curva caracterstica de um diodo padro. A figura 4.1 mostra as curvas caractersticas do diodo tnel(em magenta) e de um diodo padro(em amarelo):

Figura 4.1 Curva caracterstica do diodo tnel e de um diodo padro. [3]

A figura 4.2 mostra a curva caracterstica do diodo tnel e suas regies mais detalhadamente.

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Figura 4.2 Curva caracterstica do diodo tnel. [6]

Como resultado da dopagem elevada do diodo tnel, aparece um comportamento de resistncia negativa, isto , a corrente diminui com o aumento de tenso, em uma parte da curva de polarizao direta. Ver Figura 4.2. A caracterstica de resistncia negativa permite a construo de osciladores simples. A elevada dopagem faz com que a maior parte dos portadores sejam lacunas e eltrons, que tm ao bastante rpida. Assim, o diodo pode operar em freqncias elevadas. Em resumo, para correntes cujos valores esto compreendidos entre Iv e Ip (ver figura 4.3), podemos obter o mesmo valor de corrente para 3 diferentes valores de tenso aplicada. Esta caracterstica de valores mltiplos faz com que o diodo-tnel seja til em circuitos de pulso digitais.

Figura 4.3 - Curva caracterstica do diodo tnel.

Sob condies de polarizao direta, os eltrons comeam a atravessar a juno pois os eletrons do lado N comeam a se alinhar e a se juntar com as lacunas do lado P. A medida que a tenso aumenta, os eltrons do lado N se desalinham com as lacunas do lado P, causando uma resistncia, assim chamada pois a corrente diminui com o aumento da tenso. A medida que a tenso aumenta, o diodo comea a operar como um

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diodo normal, onde os eltrons deixam de viajar por tunelamento e comear a andar por conduo atravs da juno. Sendo assim, a regio de operao mais importante para um diodo tnel a regio de resistncia negativa. Quando operam com polarizao inversa, eles so se caracterizam como diodos comuns e podem atuar como retificadores.

5 APLICAO E CARACTERSTICASDe uma forma geral o comportamento deste tipo de diodo, correspondia ao efeito de resistncia negativa, o que permitia o seu emprego em topologias de circuito para aplicaes em alta freqncia, amplificao ou mesmo comutao. Devido a sua extrema velocidade de processamento de sinais, cerca de 100 picos por segundo, descortinou-se um grande futuro para o diodo de tnel. Entretanto, este interesse logo se desvaneceu no somente pelo rpido desenvolvimento da tecnologia de processo de fabricao de transistores, mas, tambm, pelo aparecimento do circuito integrado que se tornou o elemento fundamental para fabricao da memria dos computadores, rea esta que fora originalmente o alvo do diodo inventado pelo Dr. Esaki. Outra aplicao como chave (operam com frequncias acima de 1GHz), operando em velocidade muito altas, como o tunelamento ocorre velocidade da luz. Abaixo, seguem as vantagens e desvantagens deste semicondutor: Vantagens: Baixo rudo, simplicidade de fabricao, alta velocidade(o tempo de chaveamento da ordem de Nanossegundos ), imunidade ao meio ambiente e baixa potncia. Desvantagens: baixa variao na tenso de sada e o fato de ser um dispositivo com dois terminais, com isso no existe isolao entre a entrada e a sada, provocando assim srias dificuldades em projetos de circuitos. Este semicondutor tambm possui baixa potncia.

6 INTRODUO: TERMISTORES

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Os termmetros de resistncia funcionam baseados no fato de que a resistncia de uma grande gama de materiais varia com a temperatura; de um modo geral, os metais aumentam a resistncia com a temperatura, ao passo que os semicondutores diminuem a resistncia com a temperatura. Fig1. ComponentesTermistores

7 - SENSORES NTC E PTCA resistncia eltrica dos termistores pode variar tanto de forma proporcional ou inversa com o aumento de temperatura ao qual o sensor for exposto. Por essa caracterstica feita uma classificao do termistores, sendo NTC(negative temperature coeficiente) coeficiente). Fig2 Curva Resistncia X Temperatura O NTC mais utilizado do que o PTC, devido a maiorfacilidade de ser manufaturado. O PTC tem como suapeculiaridade possuir um ponto de transio, somente a partirde uma determinada temperatura exibir uma variao hmicacom a variao da temperatura. Para o NTC a resistncia decresce exponencialmente com o aumento da temperatura. e PTC(positive temperature

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8 - APLICAESOs termistores so os mais recomendados para leitura de temperatura (termmetros), uma vez que com uma certa calibrao, os mesmos possuem bastante exatido realizando um processo de interpretao da temperatura medida. O sensor do tipo PTC bastante utilizado com associao de outros circuitos como sistema de proteo de altas correntes, onde, com o aumento da temperatura, o termistor aumenta sua resistncia inibindo a continuao de uma descarga. O sensor NTC pode ser utilizado para disparar um sistema de resfriamento que, ser somente ativado, quando o termistor permitir a passagem de corrente (no caso do NTC, em altas temperaturas).

9 - CARACTERSTICAS DOS TERMISTORESOs temistores possuem uma constante de tempo, que considera o tempo levado para que se atinja 63% do valor da prxima temperatura. A constante de tempo do sensor depende diretamente da sua massa e do acoplamento trmico da amostra. No caso de consumo de potncia, a corrente necessria para que o termistor comece a atuar da ordem de 100mA, o que representar uma dissipao de potncia de aproximadamente 2mW/C. A estabilidade do termistor NTC abrange temperaturas de -50C at 150C, os temistores so sensores muito estveis e sensveis a variaes pequenas de temperatura. Devido a essas caractersticas utilizadomassivamente na rea militar.

10 REFERNCIAS BIBLIOGRFICAS

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[1] http://pt.wikipedia.org/wiki/Diodo_t%C3%BAnel [2] http://www.tpub.com/neets/book7/26a.htm [3] http://pt.wikipedia.org/wiki/Efeito_t%C3%BAnel [4] http://www.fazano.pro.br/port99.html [5] http://en.wikipedia.org/wiki/Tunnel_diode [6] http://www.mspc.eng.br/eletrn/semic_120.shtml [7] www.ebah.com.br/trabalho-diodo-tunel-doc-doc-a7611.html [8] http://www.newtoncbraga.com.br/index.php/como-funciona/1060art151.html

[9] LANDGRAF, F.;RODRIGUES,D.; Materiais magnticos -Seleo e controle de qualidade, Captulo 7

[10] MetaltagLtda, Fabricante ,http://www.metalmag.com.br/ produtos.htm

de

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permanentes

[11] Magneto Ltd, fabricante http://www.magnetosgerais.com.br/index2.htm

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permanentes,

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