1
J1
EE530 Eletrônica Básica I
Prof. Fabiano Fruett
Aula J - Diodos
• Diodo ideal
• Operação física dos diodos
• Correntes no diodo
• Efeito da temperatura
• Capacitância de depleção e de difusão
J2
Polarizações reversa e direta
(diodo ideal)
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Eletrônica Básica I: Diodos, Notas de aula de Eletrônica
Documento contendo informações sobre o módulo ee530 de eletrônica básica i, especificamente sobre diodos. Aborda temas como diodo ideal, polarizações reversa e direta, simbologia, resistor limitador, retificador, equação de shockley, processos físicos envolvidos e mais.
O que você vai aprender
- Como se calcula a corrente de saturação em um diodo ideal?
- Quais são as capacitâncias predominantes em um diodo?
- Qual é a função do diodo ideal na eletrônica?
- Como ocorre a polarização reversa em um diodo?
- Quais são os processos físicos envolvidos em um diodo?
Tipologia: Notas de aula
2022
Compartilhado em 07/11/2022
usuário desconhecido 🇧🇷
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J 1
EE530 Eletrônica Básica I
Prof. Fabiano Fruett
Aula J - Diodos
- Diodo ideal
- Operação física dos diodos
- Correntes no diodo
- Efeito da temperatura
- Capacitância de depleção e de difusão
Polarizações reversa e direta
(diodo ideal)
J 3
Simbologia
Fonte: Boylestad 8th edição
Fotografia de diodos discreto
Resistor limitador
Análise baseada
no diodo ideal!
J 7
Análise com o modelo do diodo ideal
Suponha que vI tem um valor de pico de 10 V e R = 1 kΩ.
Calcule o valor de pico de i D e a componente cc de vO.
Detalhamento da Característica i – v de um diodo de
junção de silício
J 9
Equação de Shockley para o Diodo Ideal
v nVT
i = I S e −
IS corrente de saturação reversa n é o coeficiente de emissão ou fator de idealidade VT a tensão termodinâmica k é a constante de Boltzmann, k =1,38E-23 [J/K] T a temperatura em Kelvin q a carga do elétron 1,60E-19 [C] portanto VT @ temperatura ambiente = 25 mV
i
v
T
kT V q
=
1 ≤ n ≤ 2
Processos físicos envolvidos
- Diodo em aberto
- Diodo em polarização reversa
- Diodo em polarização direta
J 13
Aproximação de depleção
2
qN x dE x ( ) d V x ( )
ε dx dx
Valida para (-Wp <x<Wn )
Aproximação de depleção: a) dopagem, c) campo elétrico b) densidade de carga espacial d) potencial eletrostático
Junção polarizada
( )
(^12) (^2) A A D T A D
V (^) N N W q N N
ε Φ + + =
Reversa
Direta
( T )
v nV i = I (^) S e
i = − I S
Dentro de certos limites:
J 15
Polarização reversa
Difusão de majoritários I (^) D < IS Deriva de minoritários
Carga armazenada em ambos os lados da
camada de depleção como função da
tensão reversa VR
q (^) J = q N (^) A N (^) D N (^) A + N (^) D AW dep
W dep = 2 ε s q
1 N (^) A
- 1 N (^) D
( V 0 +^ VR )
C (^) j =
dq (^) j dVR VR = VQ
Capacitância de depleção
J 19
Avalanche
- Portadores minoritários cruzam a região de
depleção e ganham energia cinética
suficiente que podem quebrar ligações
covalentes
V ≥ 7 V
Ionização por impacto
Polarização direta
I (^) D – I (^) S = I
Redução da camada de depleção
Aumento da corrente de difusão
A fonte externa fornece
portadores majoritários
para os dois lados
J 21
Polarização direta
Perfil dos portadores minoritários
difundidos em cada região
Polarização direta
- A concentração de excesso de portadores
minoritários em cada borda da camada de
depleção é dada pela relação de Boltzmann
- A recombinação destes portadores depende do
comprimento de difusão
2 ( ) i exp V V / T n n D
n p x N
=
2 ( ) i exp V V / T p p A
n n x N
=
L (^) p = D (^) p τ (^) p
τ p é o tempo de vida dos
portadores minoritários
Dp é a constante de difusão
Dp = (^) ( kT / q )μ p
J 25
/^ (^ )/ 0 (exp^ 1) exp^
p (^) V VT x xn Lp p n p
D J q p L
− − = −
O decaimento é devido à recombinação com os elétrons majoritários
O máximo na densidade de corrente de lacunas ocorre em x=x (^) n , e vale:
/
0 (exp^ 1)
p (^) V VT p n p
D
J q p
L
Para o lado p tem-se:
Máximo na densidade de elétrons:
/ 0 (exp^ T 1) n V V n p n
D J q n L
= −
Sendo que Ln é o comprimento de difusão dos elétrons minoritários
J 27
Corrente total
/ 0 (exp^ 1)
n V VT n p n
D J q n L p p^ n 0 (exp^ V V / T 1)^ =^ − p
D J q p L
= −
p n 0 n p 0 (^) (exp V V / T 1) p n
D p qD n I A q L L
= (^) + (^) −
Substituindo pn 0 = ni^2 / N (^) D e n (^) p 0 = ni^2 / N (^) A
2 p^ n (exp V V / T 1)
i p D n A
D D
I Aqn
L N L N
IS = Aqni^2
Dp L (^) p N (^) D
Dn L (^) n N (^) A
Corrente de saturação:
Dependência da relação v vs. i
com a temperatura
J 31
Curiosidade
- Sensores de temperatura são baseados
em junções semicondutores polarizadas
diretamente.
- Fotodiodos e outros sensores de
radiação luminosa são baseados em
junções semicondutoras polarizadas
reversamente.
Capacitância de Difusão
Carga de portadores minoritários armazenada em excesso
Q = Aq × (^) área embaixo da exponencial p (^) n ( x ) = Aq × (^) [ p (^) n ( xn ) − p (^) n 0 ] L (^) p
C (^) d =
τ T
VT
I
τ T é chamado tempo
médio de trânsito do diodo
J 33
Capacitâncias em um diodo
Capacitância de Difusão
- Predominante na
polarização direta
- Acúmulo de portadores
minoritários nas regiões
quase neutras
Capacitância de Depleção
- Predominante na
polarização reversa
- Acúmulo de cargas na
camada de depleção
0 1 2
0
s^ j j dep R
A C
C
W
V
V
C d =
τ T
VT
I Aproximação na polarização direta:
dQ
C
dV
C (^) j = 2 Cj 0
Sugestão de estudo
- Sedra/Smith Cap. 3 até seção 3.3.
- Exercícios e problemas correspondentes