EAETI – DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA, ARQUITETURA E TI: Cargas Elétricas no Diodo de Junção PN

Cargas Elétricas no Diodo de Junção PN

Salvador, BA        

2016.2

UNIFACS – UNIVERSIDADE SALVADOR
EAETI – DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA, ARQUITETURA E TI

Cargas Elétricas no Diodo de Junção PN

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Salvador, BA        

2016.2        

Objetivo

        Este documento tem por objetivo descrever como se obtém um diodo de junção PN a partir da sua formação a nível visual e a nível atômico, bem como sua representação na Eletrônica Analógica, além do seu funcionamento e aplicações no cotidiano.

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Introdução

       Diodo é um componente eletrônico, em cuja essência está a permitir a passagem da corrente elétrica apenas num sentido, impedindo-a no sentido oposto, funcionando de modo análogo como um terminal, que pode estar aberto ou fechado, é constituído basicamente por materiais semicondutores. Existem, basicamente, duas classificações de materiais quanto a sua resistividade elétrica, os condutores e os isolantes, características definidas por sua estrutura atômica, mais diretamente ligada ao número de elétrons livres na camada de valência, os semicondutores, geralmente silício e germânio, são materiais que possuem uma característica intermediária em relação a estes, podendo se comportar, de acordo a finalidade proposta, como condutores ou isolantes, podem ser definidos como intrínsecos e extrínsecos, o primeiro se refere a aquele encontrado na natureza na sua forma mais pura, sem nenhum tipo de manipulação, o segundo, passa por um processo onde recebe impurezas, para controlar as características elétricas do semicondutor, processo este conhecido como dopagem.

     Veremos ao longo deste estudo, de modo detalhado, os processos necessários a construção deste elemento, suas características físicas, funcionais bem como suas aplicações, sendo este, um dos principais elementos dos circuitos eletrônicos.

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Fundamentação teórica

O Diodo de Junção PN

Junção PN é, na eletrônica analógica, a estrutura base de componentes eletrônicos, denominados semicondutores, que têm como principais representantes diodos e transistores.  O diodo só admite a passagem de corrente elétrica em uma única direção e é formado pela junção de dois cristais, na atualidade utiliza-se o Silício (Si) e raramente o Germânio (Ge). O átomo de Silício tem por configuração eletrônica: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p2, possuindo 4 elétrons em sua camada de valência, portanto necessita de mais 4 elétrons para atingir o seu estado de equilíbrio.

Para que ocorra a construção perfeita de um diodo é necessário “dopa-lo”, que consiste na adição de impurezas em suas junções P e N. À junção P é adicionado impurezas compostas por Boro (1s2 2s2 2p1), possuindo 3 elétrons em sua camada de valência que ao fazer ligação covalente (compartilhamento de elétrons) com o Silício, formam uma molécula com 7 elétrons em camada de valência. À junção N é adicionado impureza composta por Fósforo (1s2 2s2 2p6 3s2 3p3) tendo 5 elétrons em camada de valência que por ligação covalente ao Silício forma molécula de 9 elétrons na banda de valência. Vide figura 1, o cristal P fica com déficit de elétrons formando “lacunas” e o Cristal N com excesso de elétrons carregado negativamente (em relação ao cristal P).

Figura 1 – Cristais que compõem o Diodo de Junção PN[pic 3]

Fonte: https://www.youtube.com/watch?v=O7rcD0_lR9k

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Zona de Depleção

Ao unir os dois cristais ocorre um processo chamada de Recombinação que consiste em: os elétrons livres que estão em excesso no cristal N, que passa a ser chamado de Cátodo pelo fato de ser carregado negativamente, tendem a ir para o lado com déficit de elétrons, cristal P (agora chamado de Ânodo), preenchendo as lacunas e ocorrendo a estabilização das moléculas pelo fato de possuírem agora 8 elétrons em sua banda de valência. Por esse processo só ocorrer nas moléculas que estão próximas umas das outras nesta área cria-se uma zona com moléculas “equilibradas”, que se denomina Zona de Depleção ou Camada de Depleção (vide figura 2).

Figura 2 – Zona de Depleção em amarelo[pic 4]

Fonte: https://www.youtube.com/watch?v=O7rcD0_lR9k

Polarização

É sabido que o diodo de Junção PN pode se comportar tanto como condutor de corrente elétrica, como isolante, o que determina tal propriedade é o tipo de polarização o qual ele é submetido. Para ocorrer a admissão de corrente elétrica o diodo sofre uma Polarização Direta (vide figura 3) que consiste em conectar o polo positivo de uma fonte de tensão ao ânodo e o polo positivo ao catodo; aplicando uma tensão de 0 volts e aumentando gradativamente, percebe-se que os elétrons do ânodo sofrem repulsão aos elétrons presentes no eletrodo positivo conectado à sua extremidade; da mesma forma ocorre no catodo, e gera como consequência o estreitamento da zona de depleção; ao atingir uma tensão de mais ou menos 0,7 volts a camada de depleção já está tão ínfima e não exerce mais influência ao diodo, admitindo a passagem de corrente em apenas um sentido (do ânodo para o cátodo), conduzindo eletricidade.