Fundamentos de Eletro-eletrônica

1. Roteiro do bimestre
• Semicondutores e Circuitos Eletrônicos
• Diodo e Transistor
• Aplicações de Diodos e Transistores
• Amplificador Operacional
• Aplicação de OPAmp (Comparadores)
• OPAmp em aplicações Avançadas

2. Semicondutores e Componentes
Eletrônicos
Fundamentos de Eletro Eletrônica
Prof. Dr. Ricardo N. Rodrigues
ricardonagel@gmail.com
14/10/2011

3. Eletrônica – a arte de controlar
elétrons
• Todas as maravilhas que os
equipamêntos eletrônicos
modernos nos proporcionam
se reduzem ao controle
racional e ordenado de
correntes e tensões em um
material.

4. Componentes Eletrônicos
Diodo: funciona como uma
“catraca” que permite que a
corrente flua em uma direção,
mas não na outra
Transistor: funciona como uma chave de
liga/desliga, ou como um amplificador
de sinais.
Micro-chip: contém milhões de
componentes eletrônicos de
forma compactada

5. Roteiro
1. Entendendo semicondutores
– Características físicas
– Dopagem
– Material tipo N e P.
2. Diodo
– A ligação NP
– Características operacionais
3. Transistor
– A ligação PNP e NPN
– Características operacionais

6. Semicondutores
• Os componentes eletrônicos (diodos e
transistores) são feitos com materiais
semicondutores.
• De uma maneira geral os materiais podem ser
divididos em:
– Condutores
– Semicondutores
– Isolantes
• Semicondutores mais utilizados: silício e
germânio

7. Semicondutores
• Um semicondutor é o material que tem um nível
de condutividade intermediário.
• As características do silício e germânio se dão
devido a suas estruturas atômicas.
Condutividade

8. Estrutura atômica do Silício e
Germânio
• Possuem quatro
elétrons na camada
de valência.

9. Cristais de silício
• Os átomos de silicio se combinam, atraves de ligações
covalentes, formando cristais.
• Em temperatura ambiente, algumas lacunas e elétrons livres
são naturalmente criadas.
-273o C 20o C

10. Conceitos
• Semicondutor Intrínsico = puro
– Nível de impureza (átomos de outros elementos) na
ordem de 1 para 10 bilhões.
• Semicondutor Extrínsico = impuro
– A presença de impurezas altera algumas
características do semicondutor, como condutividade.
• Dopagem de um semicondutor
– Processo de “temperar” um semicondutor intrínsico
com átomos de impurezas.
– Transforma um semicondutor intrínsico em extrínsico
de forma controlada.
– Adiciona impurezas na ordem de 1 para 10 milhões

11. Processo de Dopagem de
Semicondutores
• A dopagem pode gerar dois tipos de materiais:
– Material do Tipo n
• Átomos com cinco electrons de valência (pentavalentes) são
adicionados: Arsénio (AS), Fósforo (P) ou Antimónio (Sb).
– Material do Tipo p
• Átomos com três electrons de valência (trivalentes) são
adicionados: Índio (In), Gálio (Ga), Boro (B) ou Alumínio (Al).

12. Semicondutor do tipo N
• Adição de um átomo de Arsênio em um cristal
de silício produz um elétron livre:
Electrão livre
do Arsénio

13. Semicondutor do tipo P
• Adição de um átomo de Índio em um cristal de
silício produz uma lacuna livre:

14. Diodo
• Formado pela junção de um material
semicondutor do tipo P com um do tipo N
• “A principal característica de um diodo ideal é
que ele conduz corrente em um único
sentido”

15. O diodo ideal
• Diodo ideal com tensão direta: se comporta
como um curto-circuito.
• Diodo ideal com tensão inversa: se comporta
como um circuito aberto.

16. Tensão e corrente em um diodo ideal

17. Exercício 1
• Calcule a tensão no resistor assumindo que o
diodo no circuito é ideal. ܸଵ = ܸ௠ cos ߱‫ݐ‬
• O que acontece se ivertermos o diodo?

18. Exercício 2
• Qual a forma da tensão no resistor?

19. Exercício 3
• Analise a tensão de saída V0 para os seguintes
valores de entrada (terminais 1 e 2)
V1 V2 V0
0 V 0 V
0 V 5 V
5 V 0 V
5 V 5 V

20. Exercício 4
• Analise a tensão de saída V0 para os seguintes
valores de entrada (terminais 1 e 2)
V1 V2 V0
0 V 0 V
0 V 5 V
5 V 0 V
5 V 5 V
5

21. Características do diodo real
• Alguns elétrons do material N ocupam as
lacunas do material P.
• Isso cria íons na junção NP, formando a região
de depleção.
Região de depleção

22. Diodo com tensão reversa
• A tensão reversa aumenta a região de
depleção, tornando mais difícil o fluxo de
elétrons.

23. Diodo com tensão direta
• A tensão direta diminui a região de depleção,
facilitando o fluxo de elétrons.

24. Características do diodo real
• Comportamento exponencial
‫ܫ‬஽ = ‫ܫ‬ௌ(݁
ೖೇವ
೅ − 1)
Onde T é a temperatura.
• Possui uma pequena corrente
reversa Is
• A corrente aumenta
significativamente após a
tensão de limiar VT
• A corrente negativa aumenta
significativamente após a
tensão de pico inversa Vz
Região
Zener
VT

25. Curva de tensão x corrente de um
diodo real

26. Diodos reais de silício e germânio
• VT(Si)= 0.7 V
• VT(Ge)=0.3 V
• Atenção: note que a escala
de corrente foi reduzida na
parte negativa.

27. O diodo simplificado
• Na maioria das aplicações, podemos usar um
modelo simplificado do diodo para fazer a
análise do circuito
Diodo ideal Diodo real Diodo simplificado

28. Análise de circuitos usando o diodo
simplificado
• O diodo real é substituído por uma fonte
invertida com tensão VT em série com um
diodo ideal
Diodo ideal

29. Exercício
• Calcule a corrente no circuito abaixo assumindo o modelo
simplificado para o diodo.
– E se a tensão da fonte fosse 5 V?
– E se o diodo fosse de germânio?

30. Outros tipos de diodos
• Diodo emissor de luz (LED - Light Emission
Diode)
• Diodo Zener