Relatório Diodos Semicondutores

UNIVERSIDADE FEDERAL DE MINAS GERAIS - UFMG

INSTITUTO DE CIÊNCIAS EXATAS - ICEx

DEPARTAMENTO DE FÍSICA

DIODOS SEMICONDUTORES

Nome: Lucas M Passos

Nicolas Heringer

Professor: Juan Carlos Gonzalez Perez 

Disciplina: Física experimental A1

Belo Horizonte, 5 de junho de 2018

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1. INTRODUÇÃO

Diodo semicondutor é um elemento ou componente eletrônico composto de cristal semicondutor  de  silício  ou  germânio  numa  película  cristalina  cujas  faces  opostas  são dopadas  por  diferentes  materiais  durante  sua  formação,  que  causa  a  polarização  de cada uma  das  extremidades.  Essa polarização do  diodo  é  dependente  da  polarização da  fonte geradora.

A polarização é direta quando o pólo positivo da fonte geradora entra em contato com o lado do cristal  P(chamado  de  ânodo)  e  o  pólo  negativo  da  fonte  geradora  entra  em  contato com o  lado  do  cristal N(chamado de  cátodo).   Assim, se a tensão da fonte geradora for maior que a tensão interna do diodo, os  portadores  livres  se  repelirão  por  causa  da  polaridade  da fonte  geradora  e  conseguirão  ultrapassar  a   junção  P -N,  movimentando-os  e  permitindo  a passagem de corrente elétrica.  

                                   Diodo polarizado diretamente e sua curva característica.

A polarização é inversa quando o inverso ocorre.  Assim, ocorrerá uma atração das lacunas do ânodo (cristal P) pela polarização negativa da fonte geradora e uma atração dos elétrons livres do cátodo (cristal N) pela polarização positiva da fonte geradora, sem  existir  um  f luxo de portadores livres na junção P-N, ocasionando no bloqueio da corrente elétrica.

A condutividade de um material semicondutor varia de acordo com a temperatura e com a natureza do material. A condutividade intrínseca de um semicondutor (aquela que não é provocada por dopagem) é praticamente nula a temperaturas próximas do zero absoluto. Quando aumenta-se a temperatura, os elétrons do material ficam excitados, o que contribui para a condutividade elétrica.

Em um diodo ideal, a curva de corrente em função aplicada está ilustrada na figura

abaixo:

[pic 1]

Figura 1 - Curva de condução de um diodo ideal.

Para um diodo real, obtém-se uma curva diferente, composta por algumas regiões:

[pic 2]

Ao comparar as duas curvas, observa-se diferenças em tensão direta e corrente de fuga iguais a zero, tensão de ruptura reversa infinita e corrente direta infinita. Na curva do diodo real, observam-se regiões que não existem na curva do diodo real. Essas regiões aparecem devido à presença de impurezas na constituição de um diodo real, que fazem com que o bloqueio de corrente na polarização inversa não seja total. A corrente observada é chamada corrente de fuga. Além disso, devido à resistência finita do diodo, a tensão de ativação não ocorre em zero.

Para um diodo real, então, a curva pode ser descrita por uma equação empírica da corrente em função da tensão aplicada, dada por:

I  =  IS (ekV /T  − 1)

Em que IS é a corrente de saturação inversa, T a temperatura em Kelvin e k=11.600/η .

1. PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL

OBJETIVO

Caracterização elétrica de diodos baseados em materiais semicondutores.

MATERIAIS UTILIZADOS

Há diversos tipos de diodo, cada qual com sua função: retificador, retificador controlado (SCR), Zener, emissor de luz (LED), de capacitância variável, túnel etc. Nesta prática serão vistos os seguintes diodos:

1 multímetro analógico;

1 gerador de áudio-frequência;

1 resistor de 1kΩ;

1 painel de ligação;

1 diodo de silício;

1 diodo de germânio;

1 diodo emissor de luz LED;

1 diodo Zener;

Sistema de aquisição - Pasco Cabos;

Computador;

PROCEDIMENTO E DISCUSSÃO

Um multímetro analógico foi utilizado para medir a ordem de grandeza das resistências dos diodos, em ordem direta e inversa. Os dados obtidos foram registrados na Tabela 1. Em seguida, o seguinte circuito foi montado:

[pic 3]

Figura 3 - Circuito diodo em série com resistor.

Neste circuito, foi aplicada uma tensão senoidal baixa, não ultrapassando 5V. As tensões no diodo e no resistor foram medidas utilizando o sistema PASCO, sendo a primeira aplicada ao canal A e a segunda ao canal B.

As tensões obtidas foram registradas em curvas de Corrente x Tensão no diodo, para cada um dos diodos. Com essas curvas, determinou-se a corrente de fuga e tensão de ativação para cada situação. Para os diodos de silício e germânio, determinou-se o fator η.

        Os valores obtidos para as resistências dos diodos estão dispostos na tabela a seguir.