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Capítulo 1:
Diodos Semicondutores
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Diodo [Diode]
O Diodo é um dispositivo de 2
terminais.Um diodo idealmente
conduz apenas em uma
direção.
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Características do Diodo
Região de Condução Região de Não Condução
• A tensão no diodo é 0 V
• A currente é infinita
•
A resistência direta é definida comoR F = VF / IF
• O diodo atual como um curto-circuito
• Toda tensão esta sobre o diodo
• A corrrente é 0A
•
A resistência reversa é definidacomo R R = VR / IR
• O diodo atual com um circuito
aberto
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Materiais Semicondutores Materiais geralmente usado no desenvolvimento dedispositivos semicondutores:
• Silicio (Si) [Silicon]
• Germânio (Ge) [Germanium]
• Arsianêto de Gálio (GaAs) [Gallium Arsenide]
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Dopagem [Doping]
A características elétricas do silicio e germânio são aprimoradas poradicionar outros materiais em um processo chamado dopagem.
Há somente dois tipos de materiais semi-condutores dopados:
Tipo n [n-type]
Tipo p [p-type]
• Materiais tipo n contém um excesso de elétrons na banda de condução.
• Materiais tipo p contém um excesso de lacunas na banda de valência.
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Junções p-n
Um lado do cristal de silício ou germânio pode ser dopado com
um material tipo p e o outro lado com um material tipo n.
O resultado é um uma junção p-n.
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Junção p-n
Na junção p-n, o escesso de
elétrons na banda de condução nolado do material tipo n são
atraídos para as lacunas da
banda valência no lado do
material tipo p.
Os eletrons no material tipo nmigram através da junção do
material tipo p (fluxo de
elétrons).
A migração do elétron resulta na
carga negativa no lado tipo p da
junção e uma carga positiva no
lado tipo n da junção.
O resulado é a formação de uma
região de depleção em torno da
junção.
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Condições de Operação de um Diodo
Um Diodo tem três condições de operação:
• Sem polarização [No bias]
• Polarização direta [Forward bias]
•
Polarização reversa [Reverse bias]
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Condições de Operação de um Diodo
• Nenhuma tensão externa é aplicada :
V D = 0 V
• Não há fluxo de currente: I D = 0 A
• Existe somente uma pequena região de
depleção
Sem Polarização
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Uma tensão external é aplicado na junção p-n em
polaridade oposta dos materiais tipo p e n.
Condições de Operação de um Diodo
Polarização Reversa
• A tensão reversa forma uma larga
região de depleção.
• Os elétrons no material tipo n são
atraídos através do fonte de tensãopositiva.
• As lacunas no material tipo p são
atraídos através do terminal de
tensão negativo.
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Condições de Operação de um Diodo
Polarização direta
Uma tensão external é aplicada na junção p-n na
mesma polaridade dos materiais tipo p e n.
• A tensão direta resulta em uma
região de depleção muito fina.
• Os eletrons e lacunas são
empurradas através da junção p-n.
• Os elétrions e lacunas tem energia
suficiente para cruzar a junção p-n.
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Curva Características do Diodo
Note condições das
regiões de polarização
reversa, não polarização
e polarização direta.
Note cuidadosamente
que escala para cada
uma destas condições.
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Duas corrente fluem em um Diodo:
Portadores Majoritário e Minoritários
Portadores Majoritários [Majority Carriers]
• Os portadores majoritários no material tipo n são elétrons.
• Os portadores majoritários no material tipo p são lacunas.
Portadores Minoritários [Minority Carriers]
• Os portadores minoritarios no material tipo n são lacunas.• Os portadores minoritarios no material tipo p são elétrons.
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A região Zener esta na região depolarização reversa do Diodo.
Em algum ponto na região de
polarização reversa uma grande
tensão no Diodo se rompe e a corrente
reversa aumenta dramaticamente.
Região Zener
• A maxima tensão reversa que não
ultrapassa a região zener do Diodo é
chamada de tensão de pico inversa [peak
inverse voltage] ou tensão de pico
reversa [peak reverse voltage].
• A tensão que faz o Diodo entrar na
região de operação zener é chamada de
Tensão Zener [zener voltage ] (VZ).
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O ponto em que o Diodo Diodo muda da condição de nãppolarização para condição de polarização direta ocorre
quando os elétrons e lacunas possuem energia suficiente
para cruzar a junção p-n. Esta energia vem da tensão
externa aplicada ao Diodo.
Tensão de Polarização Direta
A tensão de polarização direta
requerida para um Diodo de:
• GaAs 1.2 V
•
Si
0.7 V• Ge 0.3 V
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Um aumento de temperatura adiciona energia ao Diodo.
• Esta reduz a tensão limiar de polarização direta.
• Esta aumenta a corrente reversa no condição de
polarização reversa.
• Esta aumenta a tensão máxima de avalanche na
polarização reversa.
Diodo de Germânio são mais sensíveis a variação de
temperatura se comparado aos Diodos de Silício e
Arsianeto de Gálio.
Efeitos da Temperatura
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Os semicondutores reagem de maneira diferente para correntesCC e CA.
Há três tipo de resistência:
•
resistância CC (estática) [DC (static) resistance]• resistência CA (dinâmica) [AC (dynamic) resistance]
• resistência CA média [Average AC resistance]
Níveis de Resistência
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Resistência CC (Estática)
Para uma tensão CC específicaV D, o Diodo tem um corrente
específica I D, e um resistência
específica R D.
D
D
D
I
V R
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Resistência CA média pode
ser calculada usando os
valores de corrente e a
tensão entre dois pontos na
curva característica do
Diodo.
Resistência CA Média
pt.topt. d
d
av
ΔI
ΔV r
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Circuito Equivalente do Diodo
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Na polarização reversa, a camada de depleção é muito grande. As fortes
polaridades positivas e negativas do Diodo cria capacitancias, CT. O
capacitância depende do nível tensão reversa aplicada.
Na polarização direta existe uma capacitância de armazenamento [storage
capacitance ] ou capacitância de difusão [diffusion capacitance ](CD) formada
pelo incremento da tensão do Diodo.
Capacitância do Diodo
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Tempo de recuperação reversa é o tempo requerido para um Diodo
parar de conduzir uma que este sendo chaveado da polarização
direta para polarização reversa
Tempo de Recuperação Reversa
[Reverse Recovery Time] (trr)
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1. Tensão Reversa [Forward Voltage ] (VF) para uma corrente e
temperatura específica
2. Correte máxima reversa [Maximum forward current] (IF)
numa temperatura específica
3. Corrente reversa de saturação [Reverse saturation current ]
(IR ) para uma tensão e temperatura específica
4. Tensão de polarização reversa, PIV or PRV or V(BR), numa
temperatura específica
Folhas de Especificação do Diodo
Dados a respeito do Diodo é apresentado uniformemente para muitosDiodos diferentes nas Folhas de Especificação do Diodo [Diodo
Specification Sheets]. Isto facilita a uniformização dos Diodos para
manutenção e design de circuitos.
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5. Máxima potência de dissipação numa temperatura específica
6. Níveis de capacitância
7. Tempo de recuperação reversa [Reverse recovery time] , t rr
8. Faixa de temperatura de operação [Operating temperature
range]
Folhas de Especificação do Diodo
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Dados a respeito do Diodo é apresentado uniformemente para muitosDiodos diferentes nas Folhas de Especificação do Diodo [Diodo
Specification Sheets]. Isto facilita a uniformização dos Diodos para
manutenção e design de circuitos.
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O ânode é abreviado como A
O cátodo é abreviado como K
Símbolo do Diodo e
Encapsulamento [Packaging]
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Teste do Diodo
Verificador de Diodo [Diodo checker]
Ohmímetro [Ohmmeter]
Traçado de Curva [Curve tracer]
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Traçado de Curva
Um traçador de curva mosrta a curva característica de um Diodo
em um circuito de teste. Esta curva pode ser comparada com asespecificações de uma folha de dados de um Diodo.
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Outros tipos de Diodos
Diodo Zener [Zener Diodo]
LED [Light-emitting Diodo]
Arranjo de Diodos [Diode arrays]
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Um diodo Zener é um Diodo que opera na
polarização reversa da tensão Zener (VZ).
Tensão Zener estão em geral entre 1.8 V e
200 V
Diodo Zener
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Light-Emitting Diode (LED)
Um LED emite fótons quando este é polarizado diretamente.Este pode ser no espectro infra-vermelho ou luz vizível
[infrared or visible spectrum].
A tensão de polarização direta voltage em geral esta na faixa
de 2 V a 3 V.
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Multiplos Diodos podem ser
encapsulado juntos em um CI
[integrated circuit (IC)].
Ânodo Comum[Common Anode]
Cátodo Comum[Common Cathode]
Existe uma variedade de
combinações.
Arranjo de Diodos
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