“Eletrônica Geral

MSc. Ing. Jorge E. Santos Toural. Universidade Lueji A’Nkonde. Escola

Superior Politécnica da Lunda Sul. Departamento de Electromecânica.

Tema#1: O diodo Semicondutor.

Sumário.

A união PN. O diodo semicondutor. Polarização em

direta e inversa. Efeito retificador

Efeito rectificador no MULTISIM

Diodo Schottky, diodo Zener e LED

Referencias de Tema.

  1. Título: Ciruitos Microelectrónicos. Análisis y Diseño.

Autores: Muhammad H. RashidEdição: International Thomson, 2000, en Cuba editorial Félix Varela . 

2. Título: Electrónica básica para ingenieros.Edição: Versão digital

A união PN. O diodo semicondutor.

Polarização em direta e inversa

União PN

Uma união PN não é mas que um cristal de material semicondutor (geralmente silício ou germanio) no qual, em uma metade, introduzem-se impurezas de tipo n , ou seja, de um material no qual abundam elétrones e se conhece como material doador (doa elétrones) e na outra se introduzem impurezas de tipo p, ou seja, de um material com poucos de elétrones e que se conhece como aceptador. Desta forma em uma metade conhecida como região N se tem como portadores majoritários aos elétrones (maioria de cargas negativas) e no outra conhecida como região P se tem como portadores majoritários aos ocos (ausência de elétrones que se consideram cargas positivas)

União PN.

Região P Região N

União PN. Polarização

Polarização direta: o terminal positivo da batería conecta-se ao terminal P e o terminal positivo da batería conecta-se ao terminal N. Isso faz que a barreira de potencial diminui drasticamente e as cargas positivas sejam repelidas por o potencial positivo para que viagem ao lado N, as cargas negativas são repelidas por o potencial negativo para que viagem ao lado P. O resultado é uma corrente elétrica de alto valor circulando do lado P ao lado N e uma caída de potencial pequena entre os terminales da união (Vζ

=0.6V para o Si e 0.2V para o Ge.)

MUITO IMPORTANTE:

A CORRENTE ELÉTRICA DE ALTO VALOR SOMENTE CIRCULA QUANDO a TENSÃO É MAIOR QUE Vζ .

União PN. Polarização

Polarização inversa: o terminal positivo da batería conecta-se ao terminal N : o terminal positivo da batería conecta-se ao terrminal P. Isso faz que a barreira de potencial aumenta drasticamente e as cargas positivas sejam atraídas por o potencial negativo e afastem-se do lado N, as cargas negativas são atraídas por o potencial negativo e dafastan-se do lado P. O resultado é uma corrente elétrica de muito baixo valor circulando do lado N ao lado P (Is corrente de saturação inversa com valor de uA) e uma caída de potencial igual a o potencial da batería.

União PN. Polarização

Polarização direta Polarização inversa

União PN.

O diodo semiconductor.

É uma união PN. O ânodo é a região P e o cátodo é a região N. As caraterísticas volt-ampéricas se regem pela equação:

Ânodo Cátodo (K)

Região de condução.

Região de corte em directa.

Região de corte em inversa

Região de zener.

O diodo semiconductor. Curva de transferência.

R on zero (na prática muito baixo).

R off infinita (na prática muito alta).

I on muito alta.

I off zero (na la práctica muy baja uA).

Von 0.6V Si, 0.2V Ge. (Para os diodos de propósito geral).

O diodo semiconductor. Características de condução

Os materiais semicondutores se caracterizam por aumentar sua capacidade de condução quando aumenta a temperatura já que esta atua como uma fonte de energia que tira os elétrones do enlace e lhes permite deslocar-se livremente pelo cristal sob a influência de uma diferencial de potencial elétrica

O diodo semiconductor. Influência da temperatura

Os materiais semicondutores se caracterizam por aumentar sua capacidade de condução quando aumenta a temperatura já que esta atua como uma fonte de energia que tira os elétrones do enlace e lhes permite deslocar-se livremente pelo cristal sob a influência de uma diferencial de potencial elétrica

O diodo semiconductor. Influência da temperatura

A corrente de fuga Is se duplica com um incremento de 10 graus Celsius e a voltagem da união diminui em 2mV por cada grau Celsius para o germanio e em 2.5mV para o silício. Se o que ocorre é uma diminuição da temperatura simplesmente o corrente Is diminui na mesma magnitude e a voltagem da união aumenta na mesma magnitude

O diodo semiconductor. Influência da temperatura

Efeito retificador

O diodo semiconductor. Efeito retificador

Tensão na resistência. Somente existe condução no siclo positivo

Em cada região da união PN, além dos portadores majoritários existe certa quantidade de portadores minoritários. No caso da região N os portadores minoritários são os oco e na região P são os elétrones. Desta forma quando o diodo se encontra polarizado em direta, os elétrones da região P se aproximam do potencial positivo separando do centro da união e o mesmo ocorre na região N com os ocos. Desta forma se tem uma concentração de carga nos extremos da união e uma ausência de carga no centro pelo que se tem uma capacidade parásita conhecida como capacidade de difusão. Quando o diodo se encontra polarizado em inversa ocorre o mesmo fenômeno somente que com os portadores majoritários e esta capacidade é conhecida como capacidade de transição

O diodo semiconductor. Efeito retificador a alta freqüência

Polarização directaPolarização inversa

O diodo semiconductor. Efeito retificador a alta freqüência

O diodo semiconductor. Modelos reais para corrente alternada

Rd é a resistencia do diodo em condução.

Rr é a resistencia do diodo em inversa.

Cd é a capacidade de difusão.

Ct é a capacidade de transição.

As capacidaes fazem que para umas senais de alta freqüência não toudos os diodos se comportem como um interruptor. Em inversa pode existir condução de corrente.

Efeito retificador no MULTISIM

Efeito rectificador no MULTISIM

Presionar o botão dereito do rato e elegir a primeira opção

Efeito rectificador no MULTISIM

Elegir na opção Group a familia dos diodos

Efeito rectificador no MULTISIM

Elegir diodo para base de dados de diodos de propósito geral

Escrever a numeração do diodo que se vai utilizar e dar duplo clik sobre ele e logo clik na área de trabalho

Efeito rectificador no MULTISIM

Eleger aterramento e uma fonte de sinal de corrente alternada sinusoidal

Efeito rectificador no MULTISIM

Eleger basic para a resistência

Efeito rectificador no MULTISIM

Selecionando um componente e presionando o botão dereito do rato se têm opções para o trabalho. Duplo clik com o botão esquerda permete editar os valores

Efeito rectificador no MULTISIM

O cabeamento se faz dando clik esquerdo do rato de um termonal a outro dos componentes que vão se ligar

Efeito rectificador no MULTISIM

Eleger oscilospocio da região de equipas

Efeito rectificador no MULTISIM

Efeito rectificador no MULTISIM

Tipos de diodos.

Diodo de propósito geral.

Diodo zener.

Diodo emissor de luz (LED).

Diodo Schottky.

Diodo aplicações de rádio (varicaps, cristal).

Diodo Schottky, diodo Zener e LED

Diodo Schottky.

O metal de alumínio é adicionado aos contatos com excesso de impurezas (n+) isso faz que diminua o número de elétrones e diminuem os valores de capacidade. A freqüência de trabalho é muito maior e Vζ =0.14V. Isso faz que dissipem menos potência.

Diodo Schottky

É utilizado em aplicações de comutação onde se tem que fazer retificação do sinais de alta freqüência ou em aplicações onde se presissa ter uma baixa queda de tensão. São mais caros que os diodos de propósito geral

Diodo LED

Os diodos LED (Ligth Emitter Diode) são diodos que também podem ser polarizados em direta e em inversa. Em inversa não conduzem e em direta têm a propriedade de emitir luz de uma cor determinada. Para sua condução se toma como critério prático que requerem de uma caída de potencial de 2 V e uma corrente de 10 mA. baixo este princípio também trabalham os diodos infravermelhos

Diodo LED

Símbolo electrico

Utiliza-se como indicador

Diodo Zener

O diodo zener é um diodo projetado especificamente para trabalhar na região de zener, ruptura ou avalanche como também é conhecida. O mecanismo de condução é o seguinte: ao superar a voltagem inversa um determinado valor conhecido como voltagem de ruptura ou voltagem zener se obtém que alguns portadores sejam capazes de deslocar-se pelo cristal o qual leva a uma circulação de corrente. Agora esta circulação de corrente provoca um consumo de potência a qual aumenta a temperatura do diodo com o que aparecem mais portadores pelo que circula uma maior corrente (efeito avalanche) e esta é a causa pela que se utilizam diodos especificamente projetados com este fim e sempre se deve limitar a quantidade de corrente a circular com uma resistência

Diodo Zener

Existem diodos zener de várias voltagens (2,5V, 3V, 5V, 9V, 12V, 15V) e de várias potências. Um critério prático para realizar cálculos com diodos zener é considerar o valor da corrente de zener de 10mA. Suas aplicações mais comuns som como voltagens de referência já que a voltagem de zener se mantém constante e como reguladores de voltagem para fontes de corrente direta.

Diodo Zener

Encapsulado de diodos.

Datasheets. Características mais importantes.

Datasheets. Características mais importantes.