OS MATERIAIS ELÉTRICOS

FAINOR- FACULDADE INDEPENDENTE DO NORDESTE

MARCELO SILVA MOREIRA

MATERIAIS ELÉTRICOS

Semicondutores

Vitória da Conquista- Bahia

Dezembro/2017

MARCELO SILVA MOREIRA

MATERIAIS ELÉTRICOS

Semicondutores

Trabalho realizado como requisito parcial para obtenção da nota da III Unidade na disciplina de Materiais Elétricos, sob a orientação do docente Esp. Danilo Brito Almeida, do Curso de Engenharia Elétrica 5º Semestre, noturno.

Vitória da Conquista- Bahia

Dezembro/2017

Introdução

O objetivo deste trabalho é abordar as principais características dos semicondutores, diodos e suas aplicações, diodos de silício e germânio, destacando a sua importância na utilização dos circuitos elétricos. Especifica também o que são termistores e suas aplicações, e cita-se sobre a resistividade destes materiais.

Semicondutores

Os semicondutores são caracterizados pelo comportamento contrário no que ocorre com os metais, de forma que o número de elétrons em deslocamento não é constante, variando esse valor com a temperatura. Estes, portanto, possuem em seus átomos quatro elétrons na sua camada de valência – ultima camada.

De forma objetiva temos a comparação que os condutores possuem muitos elétrons livres, que estão fracamente ligados ao núcleo e quando é aplicado uma diferença de potencial, estes elétrons como estão livres tendem a se mover com mais rapidez, e possuem uma resistividade baixa, conforme comprova a lei de ohm V=RI.

Ao contrário do que ocorre com os isolantes, estes tem poucos elétrons livres alta resistividade, elétrons fortemente ligados ao núcleo, porém podem conduzir corrente dependendo da tensão aplicada.

Os semicondutores são os materiais que estão entre os condutores e os isolantes, ou seja, eles tem uma condutividade média.

A condutividade dos semicondutores depende da temperatura a qual ele está submetido como por exemplo, um cristal de silício se comporta como um isolante perfeito a temperatura de -273° C, a medida que a temperatura vai aumentando sua condutividade também aumenta.

Semicondutores intrínseco é aquele encontrado na natureza na sua forma mais pura em que a impureza está presente em porcentagem muito pequena e a condutividade é devida  a igual número de elétrons livres na camada superior e de lacunas livres na camada inferior, ou seja a concentração de carga positiva é igual a concentração de portadores de cargas negativa.

Semicondutores extrínsecos ou dopados são caracterizados semicondutores intrínsecos, no qual é introduzido uma impureza para controlar as características elétricas do semicondutor.

A ativação de elétrons livres de ligações doadoras, de átomos de valência IV + V onde sua indicação é feita por n, denomina-se semicondutores com impurezas e excesso de elétrons.

A ligação receptora tem a indicação p, cuja condutividade resulta da combinação  de valências III + IV , portanto com a falta de elétrons , e um excesso de  cargas positivas, denomina-se então semicondutores com impurezas , com excessos de lacunas.

Características dos díodos semicondutores

Os díodos semicondutores mais recentemente fabricados são os de germânio e silício, porém os mais antigos são os de selênio e dióxido de cobre. Os materiais semicondutores usados  na forma de pares NP, são formados por mono ou policristais. As polaridades n e p são obtidas mediante dopagens, método este que predominam os de fusão.

O silício associado ao alumínio é outro tipo de díodo. Considerando um silício do tipo n e alumínio do tipo p associados em junção formam este par. Uma  condução do tipo p é formada quando átomos de alumínio penetram na borda do corpo de silício, enquanto a parte de silício livre de difusão mantém sua condutividade n.

Em resumo temos que os diodos é um dispositivo construído a partir de uma junção PN, portanto deixará que a corrente passe somente num único sentido quando adequadamente polarizado (polarização direta), bloqueando a corrente quando a polaridade da tensão inverter (polarização reversa).

Pode-se destacar o díodos por junção, que é dispositivo de dois terminais, passivo e não-linear, que corresponde ao contato dos dois ou mais semicondutores. Os díodos são fabricados com materiais semicondutores, tipicamente utiliza-se o silício, embora também se possa utilizar o germânio

Considere-se que dois materiais do tipo P e outro do tipo N juntos, e no material do tipo P temos as lacunas como se fossem as cargas positivas, já o do tipo N vai ter alguns elétrons a mais, havendo consequentemente o deslocamentos das lacunas para o tipo N e alguns elétrons que vão se deslocar para o tipo P. Nessa junção e com o movimentos dessas cargas vamos ter zona de depressão, com algumas cargas positivas do lado N e cargas negativas que se moveram para o lado P. Essa zona implica numa diferença de potencial, ou seja após essa zona as lacunas não vão conseguir passar para o lado N, pois as cargas positivas estarão repelindo eles, a mesma coisa ocorre com os elétrons, que as cargas negativas vai está repelindo eles.  

De uma forma mais explícita, resultam da junção de silício do tipo-P ( Silício dopado com impurezas tri-valentes) com silício do tipo-N ( Silício dopado com impurezas tri-valentes) .

Em tese, os materiais semicondutores (p ou n), que são ligados por junção, corresponde ao contato das superfícies dos dois ou mais semicondutores, através das quais se a circulação de cargas elétricas.

Díodos de silício

Os díodos de silício apresentam uma tensão de polarização de 0,7 volts, assim que a tensão diferencial entre o ânodo e o cátodo atinge 0,7 volts, o diodo começa a conduzir corrente através da junção P-N. Os diodos de silício tem maior estabilidade térmica, admite maior densidade de corrente, o que significa menor número de díodos em paralelo quando a corrente a ser retificada ultrapassa a admissível para um único díodo. Outra vantagem do silício com relação a competição com o germânio, é que na faixa até 400V de pico inverso, o silício é mais favorável na retificação de tensões superiores a 400V, considerando que um  menor número de elementos precisam ser ligados em série. O silício é barato de processar, de mais fácil acesso torna-se os diodos desse tipo mais predominantes que os de germânio.