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Diodo - Semicondutores

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É um pequeno resumo de diodos.

Text of Diodo - Semicondutores

Semicondutores

Condutor = camada de valncia 1 eltronSemicondutor = camada de valncia 4 eltronsIsolante = camada de valncia 8 eltrons

Eltron livre + lacuna recombinaoTempo de vida = aparentemente ao desaparecimento de eltrons livres.Semicondutores Intrnseco Ser se todos os tomos do cristal forem de silcio.Eltrons livres + lacunas = portadores Semicondutor dopado = chamado de semicondutor extrnseco.Altamente dopado + condutividade = baixa resistnciaFracamente dopado condutividade = baixa resistncia

Semicondutores ExtrnsecoPodem ser dopados para mais eltrons livres ou mais lacunas. Por isso existem dois tipos de semicondutores.Semicondutor nDopado com impureza pentavalente n relacionada com negativo.Eltrons livres so portadores majoritriosLacunas so portadores minoritriosSemicondutor pDopado com impureza trivalente p relacionado com positivo.Lacunas portadoras majoritriasEltrons livres portadores minoritriosJuno pnO diodo no polarizado.P = mais lacunasn = mais eltrons livresCristal pn = diodo de juno

No meio tem a chamada camada de depleo.A barreira de potencialPara romper a camada de depleo tem que acabar com a barreira de potencial. O campo eltrico interrompe a difuso de eltrons por meio da juno.Barreira de potencial do diodo germnio 0.3 vBarreira de potencial do diodo silcio 0.7 vA polarizao diretaDiminui e rompe a camada de depleo diodo conduzindoA polarizao inversaAumenta a camada de depleo diodo isolante

Como o diodo um componente de dois terminais, a aplicao de tenso nele poder resultar em trs possibilidades:Sem polarizao (Vd = 0)

Na ausncia de uma tenso de polarizao, o fluxo de carga em qualquer sentido para um diodo semicondutor zero.

Polarizao Reversa (Vd < 0)

A corrente existente sob condies de polarizao reversa chama de corrente de saturao reversa e representada por Is.OBS.: O TERMO SATURAO DERIVA DO FATO DE A CORRENTE ALCANAR SEU VALOR MXIMO RAPIDAMENTE E DE NO MUDAR DE MANEIRA SIGNIFICATIVA COM O AUMENTO DE POTENCIAL DO POLARIZAO REVERSA.

Polarizao Direta (Vd > 0)

Um diodo semicondutor polarizado diretamente quando estabelecida a associao do potencial positivo ao material do tipo P e do potencial negativo ao tipo N.OBS.: A TENSO ATRAVS DE UM DIODO POLARIZADO DE MODO DIRETO SER GERALMENTE NEMOR QUE 1 V.

Regio ZenerA corrente aumenta a uma taxa muito rpida no sentido oposto da regio de tenso positiva. O potencial de polarizao reversa que resulta dessa mudana brusca na curva caracterstica chamada de pontencial Zener e dado pelo smbolo Vz.

A regio Zener do diodo semicondutor descrito deve ser evitada; caso contrrio, o sistema pode ser completamente alterado pela mudana brusca na curva caracterstica nessa regio de tenso reversa.O potencial mximo de polarizao reversa que pode ser aplicado antes que o diodo entre na regio Zener chamado de tenso de piv inversa (ou simplesmente PIV peal inverse voltage) ou tenso de pico reversa (PRV peak reverse voltage).

Silcio vs Germanio

Efeitos da TemperaturaA corrente de saturao reversa Is, ter sua amplitude praticamente dobrada para cada aumento de 10C na temperatura.Valores tpicos de Is para o silcio so muitos mais baixos que para o germnio para nveis similares de corrente e potncia, conforme a figura abaixo, resultando que mesmo em altas temperaturas, os nveis de Is para o diodo de silcio no alcanam os mesmos nveis altos obtidos para o germnio uma caracterstica importante que permite aos dispositivos de silcio um nvel significativamente maior de desenvolvimento e utilizao em projetos.

A medida que aumenta a temperatura, as curvas caractersticas tornam-se mais ideais, mas, analisando-se as folhas de especificaes, pode-se ver que temperaturas alm da faixa normal de operao podem ter um efeito bastante prejudicial sobre a potncia mxima e os nveis de corrente do diodo. Na regio de polarizao reversa, a tenso de ruptura aumenta com a temperatura, mas pode-se observar o aumento indesejvel na corrente de saturao reversa.

MathCAD um pacote de programa que auxilia em clculos cientficos possibilitando o uso de grficos e entre outras funes extraordinrias. importante o t-lo.Valores de ResistnciasSo constitudos de trs tipos:Resistencia CC ou EstticaA aplicao de uma tenso cc em um circuito que contenha um diodo semicondutor resultar em um ponto de operao sobre a curva do diodo que no ser alterado com o tempo. A resistncia do diodo no ponto de operao pode ser obtida simplesmente determinando-se os valores correspondentes de Vd e Id, como mostrado na figura de acordo com a frmula:

Portanto, em geral, quanto mais baixa a corrente que passa por um diodo, mais alto o seu valor de resistncia em cc.Resistncia CA ou DinmicaVem com uma tenso ca gerando uma entrada senoidal.

Quanto mais ngreme a inclinao, menor o valor de delta Vd para a mesma variao de delta Id e menor resistncia. Portanto a resistncia ca na regio de aumento vertical da curva caracterstica e bem pequena, enquanto muito maior em nveis baixos de corrente.No entanto, em geral, quanto mais baixo o ponto Q de operao (menor corrente ou mais baixa a voltagem), mais alta a resistncia ca.

A equao implica que a resistncia dinmica pode ser encontrada simplesmente substituindo-se o valor quiescente (valor estacionrio ou inaltervel) da corrente de diodo na equao. No h necessidade de curva caracterstica estar disponvel ou haver preocupao quanto ao desenho de linhas tangentes. Para valores menores de Id abaixo do joelho da curva, a Equao acima torna-se inadequada.Todos os valores de resistncia determinados at agora foram definidos para a juno p-n e no incluem a resistncia do material semicondutor (chamada de resistncia de corpo) e a resistncia introduzida pela conexo entre o material semicondutor metlico externo (chamada de resistncia de contato). Esses valores adicionais de resistncia podem ser includos na equao acima, somando a resistncia denotada por rb.

O fator rb pode variar do tradicional 0,1 ohms de sistemas de alta potncia a 2 ohms, em alguns diodos de baixa potncia de uso geral.Atualmente essa resistncia rb est sendo diminuda e tende a 0, fato que muitos clculos ela ignorada.Resistncia CA MdiaSe o sinal de entrada for grande o suficiente para a produzir uma amplitude como aquela mostrada na figura abaixo, a resistncia associada ao dispositivo para essa regio chamada de resistncia ca media. A resistncia ca media , por definio, aquela determinada por uma linha reta traada entra as duas inseres estabelecidas pelos valores mximo e mnimo da tenso de entrada. Seguindo assim a seguinte equao:

Como ocorre com os valores de resistncia ca e cc, quanto menores os valores das correntes utilizadas para determinar a resistncia mdia, maior o valor da resistncia.

TABELA RESUMO

CIRCUITOS EQUIVALENTES DO DIODOUm circuito equivalente uma combinao de elementos corretamente selecionados para melhor representar as caractersticas reais de um dispositivo, um sistema ou uma regio especfica de operao. Em outras palavras, uma vez que esteja definido o circuito equivalente, o smbolo do dispositivo pode ser removido do esquema e o circuito equivalente pode ser inserido em seu lugar sem afetar demasiadamente o comportamento real do sistema. A FOLHA DE DADOS aonde ficar situado todos os dados do diodo no caso, informaes que so de suma importncia para a troca e projetos de eletrnica.1. A tenso direta Vf (em corrente e temperatura especficas).2. A corrente direta mxima If (a uma tenso e temperatura especifica).3. A corrente de saturao reversa Ir (a uma tenso e temperatura especficas).4. A tenso reversa nominal (PIV ou PRV ou V (BR), em que BR vem do termo breakdown, ruptura = a uma temperatura especfica.5. O valor mximo de dissipao de potncia a uma temperatura especfica.6. Valore de capacitncia.7. Tempo de recuperao.8. Faixa de temperatura de operao.Potncia:A As tenses de polarizao (PIVs) mnimas para um diodo operando com uma corrente de saturao reversa especfica.B Caractersticas de temperatura conforme indicado. Observe o uso da escala Celsius e a grande faixa de utilizao (lembrando que 32F = 0C = congelamento (H2O) e 212F = 100C = ebulio (H2O)).C Nvel mximo de dissipao Pd = Vd x Id = 500 mW. A potncia mxima nominal diminui a uma taxa de 3.33 mW por grau de aumento na temperatura, acima da temperatura ambiente (25C), conforme indica claramente a curva de reduo de potncia na figura abaixo.D Corrente direta contnua mxima Ifmx = 500mA (observe If versus a temperatura na figura abaixo).E Faixa de valores de Vf para If = 200 mA. Note que excede Vt = 0.7 v em ambos os dispositivos.F Faixa de valores de Vf para If = 1.0 mA. Note como, nesse caso, os limites superiores esto em torno de 0.7 V.G Para Vr = 20 V e uma temperatura de operao tpica, Ir = 500 nA = 0.5 microA, enquanto para uma tenso reversa maior Ir cai para 5 nA = 0.005 microA.H O nvel de capacitncia entre os terminais de cerca de 8 pF para o diodo com Vr = Vd = 0 V (nenhuma polarizao) e uma frequncia aplicada de 1 MHz.I O tempo de recuperao reversa 3 micros (microssegundos), para a lista de condies de operao.