001__aulas_diodos
DESCRIPTION
okTRANSCRIPT
-
Aula 2 Semicondutores, Juno PN e Diodos
UNIVERSIDADE FEDERAL DA BAHIA - UFBA
ESCOLA POLITCNICA
Departamento de Engenharia Eltrica
Manoel Messias Silva Jnior
DISCIPLINA: DISPOSITIVOS
ELETRNICOS ENGC41
-
Contedo Programtico
1. Semicondutores
1.1. Semicondutor tipo P e tipo N
1.2. Juno PN
1.3. Curva do caracterstica Diodo
2. Circuitos com diodos
2.1. Limitador
2.2. Grampeador
2.3. Multiplicador de tenso
2.4. Retificadores
3. Diodos especiais
3.1. Zener
3.2. LED
3.3. Fotodiodo e optoacoplador
-
Circuitos Eltricos
So constitudos de componentes passivos conectados entre si por fios
Circuito Eletrnico
So constitudos por dispositivos,
chamados de ativos que
de alguma forma controlam o fluxo de corrente
Semicondutores
A eletrnica fundamentada em dispositivos semicondutores, isto ,
dispositivos construdos a partir de um tipo de material chamado
semicondutor tais como o silcio e o germnio
3
-
Semicondutores
Em eletricidade os materiais se classificam em
condutores (Ex: cobre , alumnio, ferro, ouro, prata, etc)
e isolantes (Ex: madeira, borracha, ar, vidro, etc),)
Em eletrnica existe uma classe de material chamada de Semicondutor
Principal caracterstica:
Resistividade alterada quando fornecida algum tipo de radiao. Tem dois tipos de portadores de carga. tem resistividade intermediaria entre condutor e isolante
Principais semicondutores: Silicio (Si) e Germanio (Ge)
4
-
Estrutura atmica
-
Nveis de energia
-
Semicondutor Intrnseco
o semicondutor em estado puro (s tomos de semicondutor)
Estrutura simplificada do tomo de Si
7
-
O Si um cristal: arranjo geomtrico dos tomos feito de forma regular
Estrutura do Si
Ligao covalente: cada tomo se liga com quatro tomos vizinhos
Compartilhando os eltrons da ultima camada
Estrutura cristalina do Si a 0K ( -273C) - O material se comporta como
Isolante (no tem portadores de carga)
Ligao covalente
8
-
Estrutura do Si a uma temperatura acima de 0K
Gerao de Portadores
A ausncia do eltron na ligao covalente chamada de lacuna ou buraco e se
comporta como portador de carga positiva
Energia fornecida
9
-
Condutividade
10
-
Concentrao Intrnseca
Se n o numero de eltrons por unidade de volume (por cm3)
e p o numero de lacunas por unidade de volume ento:
n=p=ni= concentrao intrnseca do semicondutor que no caso vale:
ni=2,5x1013 cm-3 para o Ge
ni=1,5x1010 cm-3 para o Si
temperatura ambiente de 27C
11
-
Dopagem
Semicondutor TIPO-n
12
-
Dopagem
Semicondutor TIPO-p
13
-
Diodo no polarizado
14
-
Diodo com polarizao direta
15
-
Diodo com polarizao reversa
16
-
Corrente reversa e tenso de ruptura
17
-
Corrente de fuga superficial
18
-
Corrente reversa
19
-
Simbologia
20
-
1)T.V
v
.(eS
If(v)i
Equao Caracterstica
uma constante que pode variar entre 1 e 2 dependendo de aspectos
construtivos do diodo
q
T.kV
T
VT depende da temperatura cujo valor calculado por
k=constante de Boltzmann=1,38.10-23J/oK T(oK)=273+ T(oC)
q=valor da carga do eltron=1,6.10-19C
Para a temperatura de 25oC o valor de VT de aproximadamente 25mV
Is corrente reversa de saturao
-
Tenso de Joelho - Curva
Caracterstica
22
-
No linearidade
23
- Em polarizao direta e para v
-
Polarizao Reversa
Para VBK
-
Silcio versus Germnio
26
-
Modelos do Diodo
Modelar um dispositivo eletrnico, usar
componentes bsicos tais como
resistncias, fontes de tenso, fontes de
corrente e capacitncias para represent-lo,
permitindo desta forma que possamos usar
as leis de circuito para estud-lo.
I. Primeira aproximao
II. Segunda aproximao
III. Terceira aproximao
-
Modelo 1 - Diodo Ideal 1 aproximao
O modelo mais simples do diodo considera-o como sendo uma chave que
controlada pela tenso aplicada no diodo. Se a tenso positiva a chave fecha,
se negativa a chave abre. O diodo se comporta de forma ideal
O erro da ordem de 3%.
-
Quando o modelo no pode ser usado
A diferena entre os valores da ordem de 20%,
Modelo 1 - Diodo Ideal 1 aproximao
-
Neste caso o diodo quando em conduo ser considerado uma bateria de
0,6V ou 0,7V
O erro da ordem de 3%
Modelo 2 - Bateria 2 aproximao
-
O modelo representativo do diodo em conduo pode ser melhorado
considerando a resistncia do corpo do diodo (RD)
O erro pode ser diminudo considerando um valor adequado de resistncia direta (RD).
Modelo 3 Bateria e Resistncia 3 aproximao
0,6 V ou 0,7 V
-
O Ponto Quiescente (Q)
O ponto quiescente (Q) ou ponto de operao de um circuito corresponde
aos valores de tenses e correntes continuas desse circuito
Qual o valor da corrente no circuito? Qual modelo usar?
Usando o modelo ideal mA
KI 12
1
12
Usando o modelo com bateria mA3,11K1
7,012I
-
Reta de Carga Resoluo Grfica Para a analise grfica necessrio dispor da curva caracterstica e desenhar no
mesmo grfico a reta de carga do circuito. A interseco entre a reta de carga e
a curva a soluo.
Equao: Vcc= RL.I + VD
1o Ponto: se VD=0 ento
L
CC
R
VI
que representa um ponto no eixo das correntes.
i
vD
L
CC
R
VI
2o Ponto: se I=0 na equao acima ento V=VCC
que representa um ponto no eixo das tenses
QV
-
i
vD
L
CC
R
VI
CCV
QI
QV
Q
Resoluo Grfica
-
Exemplo
35
-
Exerccio
36
-
Exerccio
37
-
Exerccio
38
-
Circuitos com diodo
39
-
Circuitos com diodo
40
-
Retificadores
41
-
Retificador de meia onda
42
-
Retificador de meia onda
43
-
Retificador de meia onda
44
-
Retificador de meia onda
45
-
Retificador de meia onda
46
-
Retificador de meia onda
47
-
Retificador de meia onda
48
-
Retificador de meia onda
49
-
Retificador de meia onda
50
-
Retificador de meia onda
51
-
Retificador de meia onda
52
-
Retificador de meia onda
53
-
Retificador de meia onda
54
-
Retificador de meia onda
55
-
Retificador de meia onda
56
-
Retificador de meia onda
57
-
Retificador de Onda Completa
58
-
Retificador de Onda Completa
59
-
Retificador de Onda Completa
60
-
Retificador de Onda Completa
61
-
Retificador de Onda Completa
62
-
Retificador de Onda Completa
63
Tenso reversa no diodo
-
Retificador de Onda Completa
64
-
Retificador de Onda Completa
65
-
Retificador de Onda Completa
66
-
Retificador de Onda Completa
67
-
Retificador de Onda Completa
68
-
Retificador de Onda Completa
69
-
Retificador de Onda Completa
70
-
Retificador de Onda Completa
71
-
Retificador de Onda Completa
72
-
Retificador de Onda Completa
73
-
Comparao
74
-
Comparao
75
-
Comparao
76
-
Comparao
77
-
Comparao
78
-
Ripple
79
-
Fator de transformao
80
-
Fator de transformao
81
-
Fator de transformao
82
-
Fator de transformao
83
-
Fator de transformao
84
-
Fator de transformao
85
-
Fator de transformao
86
-
Fator de transformao
87
-
Fator de transformao
88
-
Comparao
89
-
Filtros e Reguladores
90
-
Filtros e Reguladores
91
-
Filtros e Reguladores Filtro capacitivo
92
-
Filtros e Reguladores
93
-
Filtros e Reguladores
94
-
Filtros e Reguladores
95
-
Filtros e Reguladores
96
-
Filtros e Reguladores
97
-
Filtros e Reguladores
98
-
Filtros e Reguladores
99
-
Filtros e Reguladores
100
-
Filtros e Reguladores
101
-
Filtros e Reguladores
102
-
Filtros e Reguladores
103
-
Filtros e Reguladores
104
Filtro capacitivo - Resistor para limitar a corrente de surto
-
Filtros e Reguladores
105
-
Simulao!!!
106
-
Projeto
107
-
Projeto
108
-
Projeto
109
-
Projeto
110
-
Portas lgicas (and e or)
111
-
Portas lgicas (and e or)
112
-
Circuitos Ceifadores (Srie)
113
-
Circuitos Ceifadores
114
-
Exemplo
115
-
Exemplo
116
-
Circuitos Ceifadores (Paralelo)
117
-
Exemplo
118
-
Grampeador
119
-
Grampeador
120
-
Grampeador
121
-
Grampeador
122
-
Grampeador
123
-
Grampeador
124
-
Grampeador
125
Exerccio
Encontre a forma de onda na sada (vo) do circuito grampeador!!!
-
Grampeador
126
Exerccio
Encontre a forma de onda na sada (vo) do circuito grampeador!!!
-
Grampeador
127
Exerccio
Encontre a forma de onda na sada (vo) do circuito grampeador!!!
-
Grampeador
128
Exerccio
Encontre a forma de onda na sada (vo) do circuito grampeador!!!
-
Grampeador
129
Exerccio
Encontre a forma de onda na sada (vo) do circuito grampeador!!!
-
Grampeador
130
Exerccio
Encontre a forma de onda na sada (vo) do circuito grampeador!!!
-
Grampeador
131
-
Diodo Zener
132
-
Diodo Zener
Regulao de tenso
133
-
Diodo Zener
Regulao de tenso
134
Vs=20 e Rs=1000K
Vs=30 e Rs=1000K
-
Diodo Zener
Aproximaes
135
-
Diodo Zener
Regulador Zener
136
Iz
IL Is
-
Diodo Zener
Exemplo
137
-
Diodo Zener
Ondulao pelo resistor de carga
138
Se RL
constante ento:
-
Diodo Zener
Ponto de desligamento do Zener
139
-
Diodo Zener
Exemplo
140
-
Componentes Optoeletrnicos
141
-
Diodo Emissor de Luz (LED)
O diodo emissor de luz ou LED (Light-Emitting Diode) essencialmente
uma juno PN na qual existe uma abertura pela qual emitida
radiao luminosa quando a juno polarizada diretamente
A cor da radiao depende dos materiais usados:
-
A polarizao: consiste basicamente em estabelecer uma corrente, pois
a luminosidade depende da intensidade da corrente
O problema: tenso no LED pode variar de 1,5V a 3V para
Circuito de Polarizao
Calcular R para que o LED acenda com
20mA. Adotar VLED=2V
-
Bibliografia
[1] BOYLESTAD, R.; NASHELSKY, L.; Dispositivos Eletrnicos e Teoria de
Circuitos. 8.Ed. So Paulo: Prentice-Hall, 2007.
[2] MALVINO, A. P.; Eletrnica. 4.ed. So Paulo: Makron Books, 2009. V.1
144