Diodos Junção PN -...
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Eletrônica Geral
Diodos – Junção PN
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Prof. Daniel dos Santos Matos
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Introdução
Os semicondutores são materiais utilizados na fabricação de dispositivos eletrônicos, como por exemplo diodos, transistores e circuitos integrados.
Eles não são bons nem maus condutores, mas apresentam uma resistência intermediária entre condutor e isolante. Com a diminuição de temperatura à que ele é submetido, é possível atingir características mais próximas de um isolante, já com o aumentada temperatura, ele passa a ser um melhor condutor.
Exemplos de materiais:
Condutores: prata, cobre, alumínio;
Semicondutores: germânio, silício, carbono;
Isolantes: vidro, borracha, porcelana
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Introdução
O Silício (Si) e o Germânio (Ge) são os semicondutores usados na construção de dispositivos eletrônicos, sendo o Silício o mais utilizados por ser mais facilmente encontrado e não é tão sensível a variação de temperatura como o Germânio.
Falando das características destes materiais, eles possuem 4 elétrons na sua camada de valência, que é sua última camada, e a que se relaciona com o exterior para formar ligações.
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Semicondutor Intrínseco (puro) Tanto o Si quanto o Ge possuem 4 elétrons na sua última camada. Porém se estabilizam
quando possuem 8 elétrons. Como tudo na natureza tende ao equilíbrio, quando vários átomos de Si, ou de Ge, são colocados juntos, formam uma estrutura cristalina e compartilham elétrons da última camada formando um cristal semicondutor, mostrado na figura abaixo, através de ligações covalentes.
Este cristal estável é chamado de semicondutor intrínseco, e está em sua forma pura, ou seja, sem outros materiais ou impurezas. Porém, quando em sua forma pura e na temperatura ambiente, os seus elétrons estão tão fortemente ligados que o cristal passa a ter características de um material isolante.
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Semicondutor Intrínseco (puro) Para que ele possa conduzir corrente elétrica e então ser utilizado na eletrônica, é
necessário adicionar outras substâncias ou impurezas ao cristal semicondutor, formando um semicondutor extrínseco.
Outra forma de aumentar a condutividade do semicondutor é o aumento da temperatura.
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Semicondutor Extrínseco Os semicondutores extrínsecos são também chamados de dopados ou impuros.
O processo de adicionar impurezas ao cristal semicondutor para que ele tenha características mais próximas a um condutor é chamado de dopagem.
As impurezas adicionadas serão correspondentes a materiais trivalentes (com três átomos na sua camada de valência), ou pentavalentes (com 5 átomos na sua camada de valência).
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Semicondutor Extrínseco Se adicionarmos um átomo trivalente, teremos a ligação conforme a figura abaixo (b), em
que foi adicionado o Boro (B). Como o B possui apenas 3 elétrons na camada de valência, falta um elétron para completar a ligação com um dos átomos de Si. Este “buraco” resultante é chamado de lacuna, e corresponde à ausência de um elétron esperado na ligação covalente -> semicondutor está dopado positivamente, e é chamado de semicondutor do tipo P.
Se adicionarmos um átomo pentavalente, figura (a) abaixo em que foi adicionado o átomo de fósforo (P), desta vez “sobrará” um elétron para completar a ligação, chamado de elétron livre. E assim tem-se um semicondutor do tipo N, e o semicondutor está dopado negativamente.
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Junção PN O diodo semicondutor é constituído basicamente por uma Junção PN, ou seja, pela união
física de um material do tipo P (portadores majoritários são lacunas) com um tipo N (portadores majoritários são elétrons).
O excesso de elétrons do material N tende a migrar para o material P, visando o equilíbrio eletrônico (equilíbrio das densidades de elétrons nos dois materiais), como a estabilidade química, cada átomo do material tipo N que perde um elétron fica com oito elétrons na sua camada de valência, o mesmo acontece com cada átomo do material P que tem a sua lacuna ocupada por este elétron.
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Junção PN Este fenômeno da ocupação de uma lacuna por um elétron é chamado de Recombinação.
Como o processo de “recombinação” ocorre próxima a junção, um fenômeno acontece, a formação de uma “Camada de Depleção”.
Depleção significa diminuição ou ausência, neste caso à ausência de portadores majoritários na região próxima à junção PN.
Á medida que os átomos do material P próximos a junção recebem os primeiros elétrons preenchendo as lacunas, no lado N forma-se uma região com íons positivos (falta de elétrons) e no lado P, uma região com íons negativos (excesso de elétrons), dificultando ainda mais a passagem de elétrons do material N para o P.
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Camada de depleção
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Camada de depleção
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Junção PN polarizada reversamente
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Junção PN polarizada reversamente
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Junção PN polarizada reversamente
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Junção PN polarizada diretamente
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Junção PN polarizada diretamente
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Diodo O diodo é o mais simples dos componentes eletrônicos. Ele permite a passagem
de corrente em apenas um sentido.
O diodo possui apenas dois terminais: positivo chamado de ÂNODO e negativo chamado de CÁTODO.
Simbologia:
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