INTRODUÇÃO A ELETRÔNICA

Transcrição

1 INTRODUÇÃO A ELETRÔNICA Prof. Dr. Hugo Valadares Siqueira Especialização em Automação e Controle de Processos Industriais

2 SEMICONDUTORES DIODOS

3 * TABELA PERIÓDICA DOS ELEMENTOS

4 SEMICONDUTORES ELEMENTOS COM CARACTERÍSTICAS INTERMEDIÁRIAS ENTRE OS METAIS E OS NÃO- METAIS GERMÂNIO E SILÍCIO GERMÂNIO USO INICIAL SILÍCIO PRATICAMENTE NÃO POSSUI e- LIVRES DOPAGEM ADIÇÃO DE IMPUREZAS AO CRISTAL INTRÍNSECO PÓS-DOPAGEM -> CRISTAL EXTRÍNSECO DOPANTES DOADORES (TIPO N) DOPANTES RECEPTORES (TIPO P)

5 DOPAGEM TIPO N ÁTOMOS PENTAVALENTES (DOADORES) EX: Silício DOPADO COM Arsênio (5 e- na CV)

6 DOPAGEM TIPO N AUMENTO DE e- (majot.) NA BANDA DE CONDUÇÃO PEQUENO Nº DE LACUNAS (minor.) NA BANDA DE VALÊNCIA (ENERGIA TÉRMICA)

7 DOPAGEM TIPO P ÁTOMOS TRIVALENTES (RECEPTORES) EX: SILÍCIO DOPADO COM GÁLIO (3 e- na CV)

8 DOPAGEM TIPO P PEQUENO Nº DE e- (p. min.) NA BANDA DE CONDUÇÃO GRANDE Nº DE LACUNAS (p. maj.) NA BANDA DE VALÊNCIA

9 RESISTÊNCIA DE CORPO Um semicondutor dopado ainda possui resistência elétrica Quando é levemente dopado, possui resistência de corpo alta, vice-versa

10 DIODO NÃO POLARIZADO DOPAGEM PARTE TIPO P E PARTE TIPO N

11 DIODO CAMADA DE DEPLEÇÃO Devido à repulsão mútua, os elétrons livres no lado n difundem-se em todas as direções, sendo que alguns atravessam a junção. Cada vez que um elétron difunde-se através da junção, ele cria um par de íons Os íons estão fixos na estrutura do cristal por causa da ligação covalente e não podem se deslocar livremente como os elétrons livres e as lacunas.

12 BARREIRA DE POTENCIAL A camada de depleção aumenta com cada elétron que atravessa a junção até que se atinja um equilíbrio Após o equilíbrio -> torna-se barreira A diferença de potencial através da camada de depleção é chamada de barreira de potencial A 25ºC, esta barreira é aproximadamente igual a 0,7V para diodos de silício e 0,3V para os de germânio

13 POLARIZAÇÃO DIRETA PRODUZ UMA ALTA CORRENTE DIRETA O terminal negativo da fonte repele elétrons livres da região n em direção à junção.

14 POLARIZAÇÃO DIRETA HISTÓRIA DE VIDA DO e- : Depois de deixar o terminal negativo, entra pela extremidade direita do cristal Atravessa a região n como um elétron livre Próximo à junção, recombina-se e torna-se um elétron de valência Atravessa a região p com um elétron de valência Depois de sair pela extremidade esquerda do cristal, segue para o terminal positivo da fonte

15 POLARIZAÇÃO REVERSA Força que os e- da região n se afastem da junção em direção ao terminal + da fonte As lacunas da região p se deslocam da junção para o terminal negativo O afastamento dos elétrons e das lacunas deixam mais íons positivos e negativos próximos à junção, tornando-a mais larga camada de depleção para de aumentar quando sua ddp se iguala à tensão da fonte

16 CORRENTE REVERSA Os datasheets apresentam a máxima corrente reversa IR, geralmente especificada para um dado valor de tensão reversa VR e de temperatura ambiente TA. TENSÃO DE RUPTURA Se a tensão reversa for aumentada até certo ponto, atinge-se a tensão de ruptura do diodo. Para diodos retificadores, a tensão de ruptura é geralmente maior que 50V Atingida a tensão de ruptura, o diodo passa a conduzir intensamente.

17 CURVA DO DIODO

18 Comportamento CC POLARIZAÇÃO DIRETA Chave FECHADA com queda de 0,7V POLARIZAÇÃO REVERSA Chave ABERTA

19 Comportamento CA

20 Ponte Retificadora

21 Retificador em Ponte onda completa

22 ALGUNS DIODOS ESPECIAIS Diodo Zener; Diodo Emissor de Luz (LED); Fotodiodo; Diodo túnel; Diodo laser. Diodo de corrente constante;

23 DIODO ZENER ( )

24 DIODO ZENER ( ) REGIÕES DE OPERAÇÃO

25 DIODO EMISSOR DE LUZ (LED)

26 FOTODIODO CONVERTE SINAL LUMINOSO EM SINAL ELÉTRICO POLARIZAÇÃO DIRETA: OPERA COMO CÉLULA FOTOVOLTÁICA POLARIZAÇÃO REVERSA: A CORRENTE QUE CIRCULA NO DIODO É PROPORCIONAL À LUZ INCIDENTE, NESTE CASO OPERA COMO UM SENSOR DE LUMINOSIDADE

27 DIODO TÚNEL - Diodo de junção comum mas com uma dopagem na ordem de 1000 vezes maior - Esse excesso de dopagem possibilita a ocorrência de um fenômeno chamado de tunelamento quântico - No diodo, este efeito é traduzido na curva corrente x tensão como um região de resistência incremental negativa

28 DIODO TÚNEL

29 DIODO LASER Diodos laser produzem luz monocromática e monofásica, resultando em um feixe de luz precisamente confinado; Podem ser alimentados de forma pulsada ou contínua.

30 DIODO DE CORRENTE CONSTANTE REGULA A CORRENTE EM UM NÍVEL MÁXIMO VERSÃO DE DOIS TERMINAIS DO JFET.

31 FONTE DE TENSÃO

32 Fonte CC partes componentes

33 Transformador Transformar uma tensão de entrada em outra maior ou menor Estratégia variar a quantidade de espiras no secundário em relação ao primário

34 Trafo

35 Retificação

36 Capacitor Carga e descarga obedecem a uma função exponencial

37 Capacitor carga e descarga

38 Filtro capacitor - suavização A descarga do capacitor é mais lenta que a descida da onda da tensão

39 Reguladores de Tensão - A grande maioria dos equipamentos e aplicações da eletrônica usam fontes de alimentação CC com nível de tensão constante mesmo quando a carga varia. - Principais desvantagens de fontes não reguladas com o aumento da corrente de carga: - queda do nível de tensão CC; - oscilações crescem.

40 Regulador de tensão Deixar a tensão com o mínimo de ondulações; Podem ser fixos ou ajustáveis

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42 Fonte CC

43 EXTRA: Diodos Zener como Reguladores de Tensão

44 Extra: Diodos Zener - tensão de condução direta; V Z tensão de zener, dada pelo fabricante; I ZM corrente máxima de zener; I Zm corrente mínima de zener ou corrente de teste, caso não for fornecida considera-se 10 % de I ZM ; R Z resistência de zener (dada pelo fabricante), que proporciona uma pequena variação de V Z em função de I Z : R V Z Z I Z

45 Extra: Diodos Zener - O diodo não regula se a corrente for menor que I zm, o que limita o valor mínimo de V E (V Em ) e o valor máximo de R S (R SM ), assim: Figura 5: Diodo zener como regulador de tensão - O diodo se danifica caso a corrente ultrapasse o valor de I ZM, o que limita o valor máximo de V E (V EM ) e o valor mínimo de R S (R Sm ), assim:

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51 Exercícios

52 Exercícios

53 Exercícios

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