Eletronica I

Semicondutores

Material que mantém um nível de condutividade entre os extremos de um isolante e um condutor.

Os semicondutores possuem 4 elétrons na camada de valência e precisam de mais 4 para se tornaram estáveis, e o fazem com a participação dos átomos vizinhos => todos entre si => formando uma ligação firme e estável chamada de cristal.

Ligação covalente – Cada átomo compartilha um par de elétrons com os vizinhos.

Obs.: Existem também materiais conhecidos como semicondutores III-V que são formados a partir da ligação entre um elemento trivalente e um pentavalente. Os mais comuns são o arseneto de gálio (GaAs) e o fosfeto de índio (InP).

O Silício (Si) por ser o mais abundante na natureza é o material mais utilizado (pode ser obtido a partir de quartzo que é encontrado na areia da praia e na terra) e portanto, é mais barato.

Corrente nos Semicondutores

Intrínseco é um semicondutor puro, ou seja, todos os átomos do cristal são de silício (Si), ou germânio (Ge) ou arseneto de gálio (GaAs) ou fosfeto de índio .

Obs.: A –273oC o semicondutor intrínseco se comporta como um isolante perfeito.

Extrínseco forma de se aumentar a condutibilidade de um semicondutor, isso significa adicionar impurezas aos átomos. Um condutor dopado é chamado de semicondutor extrínseco.

Para aumentar o número de elétrons livres, adiciona-se átomos pentavalentes ao silício em fusão, ex.: arsênio (As), antimônio(Sb) e fósforo (P) este processo é chamado de dopagem.

Por possuírem elétrons livres em excesso são chamados de material tipo N.

Num material tipo N os elétrons livres são chamados de portadores majoritários e as lacunas de portadores minoritários.

Tipo N Tipo P

Para aumentarmos o número de lacunas, utilizamos impurezas trivalentes, cujos átomos possuem apenas três elétrons de valência, ex.: alumínio (Al), boro (Bo) e gálio (Ga).

Por possuírem lacunas em excesso são chamados de material tipo P.

Num material tipo P as lacunas são os portadores majoritários e os elétrons os portadores minoritários.

Junção PN

O diodo semicondutor é formado juntando-se um bloco de material tipo P com um bloco de material tipo N.

Diodo não polarizado – No momento da junção haverá uma corrente de difusão, criando uma região de íons negativos e positivos não combinados chamado de Região de Depleção e a distribuição da carga nessa área é chamado de Carga Espacial.

A largura da região de depleção dependente dos níveis de dopagem dos materiais P e N.

O Campo elétrico que aparece na região de depleção devido aos íons positivos e negativos é chamada de Barreira de potencial.

Formação da Junção PN – A= átomos aceitadores; h = lacunas associadas; D = átomos doadores; e = elétrons associados; + = íons positivos e - = íons negativos.

Simbologia

O lado P da junção PN é conhecido como anodo (A) do diodo e o lado N como catodo (K).

Polarização Direta e Reversa das Junções

Uma junção PN polarizada diretamente, os elétrons livres do lado N são atraídos pelo pólo positivo da fonte externa e as lacunas são forçadas a entrar na região P. Elétrons difundem-se pela região de depleção e recombinam-se com as lacunas do material P. A região de depleção estreita-se com a polarização direta. A tensão direta aplicada tem que ser maior do que a diferença de potencial que aparece na junção, que para o semicondutor de silício, está compreendida ente 0,5 e 0,8 V (valor normalmente utilizado 0,7 V)

Uma junção PN polarizada reversamente a fonte de tensão está invertida aumentando a barreira de potencial na junção.

Nesse tipo de polarização, o pólo positivo atrairá os elétrons e o pólo negativo as lacunas, aumentando assim a barreira de potencial, não havendo, portanto condução de corrente elétrica devido aos portadores majoritários, existindo apenas uma corrente devido aos portadores minoritários – corrente de Saturação (Is), que para o Silício é da ordem de nanoamperes (nA), tornando-se desprezível e muito menor que a do Germânio, daí o silício ser muito mais utilizado.

Corrente de Fuga da superfície – corrente que circula na superfície do cristal devido as ligações covalente quebradas.

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Zener

Diodos fortemente dopados a camada de depleção é muito estreita fazendo com que a tensão de ruptura ocorra para valores de tensão mais baixos, significa dizer que a tensão permanece constante independente da corrente (reversa) que circule por ele. Diodos que utilizam esta propriedade são chamados de diodo Zener, muito utilizados como referencia de tensão.

Resistor de limitação de corrente e Reta de carga

A corrente no diodo será:

R é chamado de resistor de limitação de corrente, pois a corrente que circula nele é a mesma que circula no diodo. Dissipação máxima de potência - O produto da corrente pela tensão direta determinará a potência máxima, no entanto, uma vez respeitada a corrente nominal máxima o diodo não queimará.

Materiais Utilizados para desenvolvimento do ATPS etapa 1:

- 1 Diodo 1N4007.

- Resistores: