A Junção PN

A junção PN é o elemento básico na construção de quase todos os dispositivos da eletrônica tais como diodos, transistores, células solares, LEDs e circuitos eletrônicos.

OBS: A dopagem das duas regiões é a mesma, isto é, ND=NA

Difusão

A diferença de concentração de portadores entre dois pontos provoca um fluxo de cargas. Esse de gases e por isso fenômeno é análogo à difusão é chamada de corrente de difusão.

Formando a Junção – Corrente de Difusão

Quando as duas regiões são colocadas em contato, devido à diferença de concentração aparece uma corrente: de elétrons indo da região N para a P e de lacunas da região P para a N – corrente de difusão

Junção PN no Equilíbrio

•A corrente de difusão provoca o aparecimento da região de carga espacial (r.c.e) que livre de cargas livres, existindo somente ions da impureza, negativo do lado P e positivo do lado N.

•Associado às cargas dos dois lados da junção aparece uma tensão chamada de barreira de potencial de aproximadamente 0,7V no caso do Si e 0,3V do Ge. No equilíbrio a soma das correntes através da junção é nula: Is + ID=0 ID= corrente de difusão (portadores majoritarios, lacunas no lado P e eletrons livres No lado N IS= corrente reversa de saturação (portadores minoritarios, eletrons livres do lado P lacunas do lado N)

A Junção PN em Polarizada Reversamente

•Com polarização reversa ( pólo positivo da bateria ligado no lado N e pólo negativo do P) a região de carga espacial aumenta , aumentando a barreira de potencial.

• A corrente de difusão (portadores majoritários se anula), só existe a corrente reversa de saturação, Is, de portadores minoritarios.

•Se a dopagem é a mesma dos dois lados a largura da r.c.e será a mesma dos dois lados da junção.

A corrente externa vale: I=Is (nA para Si e uA para Ge)

A Junção PN Polarizada Diretamente

•Com polarização direta ( pólo positivo da bateria ligado no lado P e pólo negativo do N) a região de carga espacial diminui , diminuindo a barreira de potencial se a tensão aplicada externa for maior que 0,6V (Si) e 0,3V(Ge).

•A corrente de difusão (ID) de portadores majoritários aumenta. •A corrente externa vale: I=ID – IS=ID

O Diodo de Junção

O diodo de junção é essencialmente uma junção PN na qual foram adicionados os terminais e feito um encapsulamento adequado

Equação Característica

i  f(v)  I S .(e v η.V

T  1) Is corrente reversa de saturação é uma constante que pode variar entre 1 e 2 dependendo de aspectos construtivos do diodo V T depende da temperatura cujo valor é calculado por V T  k .

T q k=constante de Boltzmann=1,38.10

-23 J/ o K T( o K)=273+ T( o C) q=valor da carga do elétron=1,6.10

-19 C Para a temperatura de 25 o C o valor de V T é de aproximadamente 25mV

Curva Característica

Polarização direta: v>0 V BK = tensão de ruptura ou breakdowm Polarização reversa: V BK

Polarização Direta

Em polarização direta e para v<0,5V a corrente é desprezível sendo essa tensão chamada de tensão de corte.

Quando a tensão aumenta acima de 0,5V a corrente aumenta exponencialmente sendo a relação i=f(v) dada pela equação característica Região linear Região exponencial

Polarização Reversa

Para VBK

expressão Na pratica a corrente reversa varia com a tensão pois é constituída de duas componentes: a corrente reversa de saturação (Is) cujo valor só depende da temperatura e da corrente de fuga superficial que depende da tensão aplicada.

Modelos do Diodo

Modelar um dispositivo estudá-lo.

eletrônico, é usar componentes básicos tais como resistências, fontes de tensão, fontes de corrente e capacitâncias para representá-lo, permitindo desta forma que possamos usar as leis de circuito para Para cada situação é usado um modelo. Nocaso do diodo na maioria das vezes o modelo usado é oideal.

Modelo 1 - Diodo Ideal

O modelo mais simples do diodo considera o como sendo uma chave que é controlada pela tensão aplicada no diodo. Se a tensão é positiva a chave fecha, se é negativa a chave abre. O diodo se comporta de forma ideal O erro é da ordem de 3%.

Modelo 1 - Diodo Ideal

Quando o modelo não pode ser usado A diferença entre os valores é da ordem de 20%,

Modelo 2 – Bateria

Neste caso o diodo quando em condução será considerado uma bateria de 0,6V ou 0,7V O erro é da ordem de 3%

Modelo 3 Bateria e Resistência

O modelo representativo do diodo em condução pode ser melhorado considerando a resistência do corpo do diodo (RD), O erro pode ser diminuído considerando um valor adequado de resistência direta (RD).

O Ponto Quiescente (Q)

O ponto quiescente (Q) ou ponto de operação de um circuito corresponde aos valores de tensões e correntes continuas desse circuito Qual o valor da corrente no circuito? Qual modelo usar? Usando o modelo ideal Usando o modelo com bateria

I

 12 1

K

 12

mA

I  12  0 , 7 1 K  11 , 3 mA

Reta de Carga – Resolução Gráfica Para a analise mesmo a curva gráfica é necessário dispor da curva característica e desenhar no gráfico a reta de carga do circuito. A intersecção entre a reta de carga e é a solução.

Equação: Vcc= R L .I + V D 1 o Ponto: se V D =0 então

I



V CC R L

que representa um ponto no eixo das correntes.

2o Ponto: se I=0 na equação acima então V=V CC que representa um ponto no eixo das tensões

I



V CC R L I Q

i

Q

Resolução Gráfica

V Q V CC

v D

Exercícios 1. Determinar o valor da corrente no diodo em cada caso; Usar modelo ideal 1a 1b