ELETRONICA ANALOGICA I –EAL I

Prof. Rômulo Oliveira Albuquerque [email protected]

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Conteúdo Programático 1. Semicondutores 1.1. SC tipo P e tipo N 1.2. Junção PN 1.3. Diodo SC 2. Circuitos com diodos 2.1. Limitador 2.2. Grampeador 2.3. Multiplicador de tensão 2.4. Retificadores 3. Diodos especiais 3.1. Zener 3.2. LED 3.3. Fotodiodo e optoacoplador

4. Transistor Bipolar 4.1. Principios de funcionamento 4.2. Curvas características 4.3. Transistor como Chave 4.4. Circuitos de polarização 4.5. Fonte estabilizada 4.6. Regulador de tres terminais 4.7. amplificadores de pequenos sinais 4.7.1. Emissor comum 4.7.2. Coletor comum Bibliografia [1] SEDRA, A; SMITH, R. Microeletrônica. 5ª Ed. Prentice-Hall, 2007.

[2] SWART, J W. Semicondutores Fundamentos, Técnicas e Aplicações. UNICAMP, 2008. [3] CAPUANO, F. G. ; MARINO, M. A. P. Laboratório de Eletricidade e Eletrônica. 24. Ed. São Paulo: Érica, 2008.

[4]BOYLESTAD, R.; NASHELSKY, L.; Dispositivos Eletrônicos e Teoria de Circuitos. 8.Ed. São Paulo: Prentice-Hall, 2007.

[5] MALVINO, A. P.; Eletrônica. 4.ed. São Paulo: Makron Books, 2009. V.1

Circuitos Elétricos

São constituídos de componentes passivos conectados entre si por fios

Circuito Eletrônico

São constituídos por dispositivos, chamados de ativos que de alguma forma controlam o fluxo de corrente

Semicondutores

A eletrônica é fundamentada em dispositivos semicondutores, isto é, dispositivos construídos a partir de um tipo de material chamado semicondutor

Semicondutores

Em eletricidade os materiais se classificam em condutores (Ex: cobre , alumínio, ferro, ouro, prata, etc) e isolantes (Ex: madeira, borracha, ar, vidro, etc),) Em eletrônica existe uma classe de material chamada de Semicondutor Principal característica: •Resistividade é alterada quando é fornecida algum tipo de radiação.

•Tem dois tipos de portadores de carga.

• tem resistividade intermediaria entre condutor e isolante Principais semicondutores: Silicio (Si) e Germanio (Ge)

Condutividade

Semicondutor Intrínseco

É o semicondutor em estado puro (só atomos de semicondutor) Estrutura simplificada do átomo de Si

Estrutura do Si

O Si é um cristal: arranjo geométrico dos átomos é feito de forma regular Ligação

covalente:

cada átomo se liga com quatro átomos vizinhos Compartilhando os elétrons da ultima camada Ligação covalente Estrutura cristalina do Si a 0ºK ( -273ºC) - O material se comporta como Isolante (não tem portadores de carga)’

Geração de Portadores

A ausência do elétron na ligação covalente é chamada de lacuna ou buraco e se comporta como portador de carga positiva Energia é fornecida

Estrutura do Si a uma temperatura acima de 0ºK

Concentração Intrínseca

Se

n

é o numero de elétrons por unidade de volume (por cm3 ) e p o numero de lacunas por unidade de volume então: n=p=ni= concentração intrínseca do semicondutor que no caso vale: ni=2,5x10 13 cm -3 para o Ge à temperatura ambiente de 27ºC ni=1,5x10 10 cm -3 para o Si

Mecanismo de Condução de Lacunas

A condução de lacunas não tem elétrons livres!!!

Mecanismo de condução de lacunas

Corrente em um Semicondutor Intrínseco

IT= Ie+ Il

Recombinação

É o mecanismo pelo qual um elétron livre ao encontrar uma lacuna passa a fazer parte da ligação covalente, desaparecendo o par eletron-lacuna Se a temperatura do cristal está aumentando a taxa de geração é maior do que a de recombinação e, portanto o numero de pares eletron lacuna aumenta . Se a temperatura do cristal está diminuindo, a taxa de recombinação é maior do que a de geração e, portanto o numero de pares eletron lacuna diminui.

Se a temperatura é constante o numero de elétrons livres e de lacunas permanece constante pois a taxa de recombinação é igual à de geração dos pares eletron lacuna.

Semicondutor Extrínseco Tipo N

A adição controlada de pequenas quantidades de outra substancia, chamada de

impureza

, ao semicondutor puro permite modificar suas características elétricas, como por exemplo, a

resistividade

, permitindo aplicações praticas Impureza Pentavalente: tem 5 eletrons na camada de valencia .ExÇ Fosforo (P)

Semicondutor tipo N com T

Se

T

isolante o quinto eletron permanece ligado o material de comporta como Ti = temperatura de ionização da impureza

Semicondutor tipo N com Ti

Se Ti

Semicondutor tipo N com T>Tg

Se ND é a concentração de átomos da impureza doadora (pentavalente), a concentração de elétrons livres no equilíbrio térmico (taxa de geração de pares elétron-lacuna = taxa de recombinação de pares), n n0 , será dada por: n n0  ND a concentração de lacunas será calculada aproximadamente por: p no  n i 2 N D

Conclusões: Material N

Nesse material o numero de elétrons livres é maior do que o numero de lacunas, daí o nome semicondutor tipo N, mas o material continua neutro (numero de cargas negativas igual ao numero de cargas positivas).

Se ND=concentração de átomos da impureza doadora (pentavalente) No material N os elétrons livres são chamados de enquanto as lacunas são chamadas de

portadores portadores majoritários minoritários.

Semicondutor Extrínseco Tipo P com T

A impureza nesse caso é

trivalente

(3 átomos na ultima camada) exemplo o Boro (B) que se liga com 4 atomos de Si, ficando uma ligação incompleta.

Semicondutor Extrínseco Tipo P com Ti

Quando a temperatura for maior do que a de de um ionização, um elétron

de valencia

átomo vizinho terá energia suficiente para ocupar a ligação faltante.

Ao fazer isso esse e ioniza o elétron deixa uma vaga que se comportará como lacuna átomo de boro. Foi gerado lacuna sem aparecimento de elétron livre.

Semicondutor Extrínseco Tipo P com T>Tg

Semicondutor tipo P com T>Tg