Aula V Elementos 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-fundamentoseletronica-senai