ELETRICIDADE
Aula 9 – Dispositivos semicondutores –
Diodos e aplicações
Prof. Marcio Kimpara
Universidade Federal de
Mato Grosso do Sul
Material semicondutor
Alguns materiais apresentam propriedades de condução elétrica intermediárias
entre aquelas inerentes aos isolantes e aos condutores. Tais materiais são
denominados de semicondutores.
Os materiais semicondutores mais simples
são constituídos de átomos de um único
elemento químico com quatro elétrons na
camada de valência (átomos tetravalentes)
dopados com átomos de outros elementos.
Dois átomos, tetravalentes, bastante
utilizados em materiais semicondutores
são o germânio (Ge) e silício (Si).
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Material semicondutor
Tanto o germânio (Ge) e silício (Si) em estado puro apresentam-se na forma de um
cristal, significando que seus átomos acham-se dispostos uniformemente em uma
configuração rígida.
Esta estrutura cristalizada devido ao fato de cada átomo destes materiais fazerem 4
ligações covalentes com átomos vizinhos, uma vez que a estabilidade é atingida
com oito elétrons na última órbita.
Estrutura cristalina formada
por átomos de Si e Ge
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Dopagem
• A dopagem é um processo
químico no qual átomos estranhos
são introduzidos na estrutura
cristalina do sílicio (ou germânio),
alterando
suas
propriedades
elétricas.
• Existem dois tipos de materiais
semicondutores, tipo N e tipo P, que
dependem do tipo de impureza
introduzida na rede.
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Dopagem
(material tipo P)
Átomo de elementos com 3
elétrons na última camada são
inseridos de modo que exista
lacunas (falta de elétrons) para
completar as ligações
Um
elemento
comumente
utilizado é o Boro. Com um
espaço para ser preenchido,
esta nova estrutura permite que
elétrons livres completem a
lacuna.
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Dopagem
(material tipo N)
O material tipo N é formado
quando
são
inseridos
elementos com 5 elétrons
na última camada, como por
exemplo o Fósforo.
O objetivo é que, o fósforo tendo 5 elétrons, quatro deles formem a ligação
covalente com os átomos de Si vizinhos, restando 1 elétron.
Desta forma, a nova estrutura formada tem elétrons livres para serem cedidos.
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Junção PN
Quando juntamos estes
dois materiais, temos a
chamada “junção PN”
que dá origem ao
componente eletrônico
chamado DIODO
O diodo é um semicondutor. Este componente pode comportar-se como condutor
ou isolante elétrico, dependendo da forma como a tensão é aplicada aos seus
terminais.
Essa característica permite que o diodo possa ser utilizado em diversas aplicações,
como, por exemplo, na transformação de corrente alternada em corrente contínua.
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Diodo
Componente de material semicondutor cuja característica é conduzir
corrente elétrica em um sentido e bloquear no sentido inverso.
Simbologia
Condição para condução
TENSÃO DE ANODO > TENSÃO DE CATODO
Na prática
Polarização direta
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Polarização reversa
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Diodo
Ligação de uma ddp
Diodo conduz
Diodo não conduz
DIODOS EM CIRCUITOS
 Quando está no estado LIGADO, ou seja, conduzindo, o diodo pode ser
substituído por um CURTO-CIRCUITO.
 Quando está no estado BLOQUEADO o diodo pode ser substituído por
um CIRCUITO-ABERTO.
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Exemplo
Quais lâmpadas estão acesas e quais estão apagadas?
Resp: Apenas L3
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Utilização da tensão alternada
+ -
i
Voltagem
alternada
CIRCUITO
ELETRÔNICO
- +
i
Aplicando diretamente a voltagem
alternada a um circuito eletrônico, a
corrente elétrica também seria alternada,
significando que ora a corrente é
fornecida através de um dos terminais,
ora é fornecida pelo outro terminal.
Contudo isto não é aceitável pelas
cargas eletrônicas. Nestas cargas, a
tensão/corrente deve ter polaridade fixa.
Por isso, muitos equipamentos utilizam
fontes de tensão, que além de ajustar o
nível
da
voltagem,
também
a
transformam para contínua.
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Aplicação - Retificadores
APLICAÇÃO PARA OS DIODOS  Circuito Retificador
A maioria das aplicações e dos equipamentos eletrônicos funciona em tensão
contínua. No entanto o que temos disponíveis nas tomadas é tensão alternada.
Assim, é preciso CONVERTER a tensão alternada em contínua. O circuito que
faz essa conversão é composto por diodos e são chamados de retificadores.
Para converter a tensão alternada
em contínua, precisamos “corrigir”
dois aspectos:
1) A polaridade
2) Forma de onda
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Diodo em Corrente Alternada
O diodo funciona como uma “catraca” para os
elétrons, permitindo a corrente circular somente
em um sentido.
No momento em que inicia o semi-ciclo positivo
da tensão alternada de entrada, o diodo encontrase polarizado diretamente. O semi-ciclo completo,
não encontrando obstáculos no diodo, é
transferido à carga.
No momento em que inicia o semi-ciclo negativo
da tensão de entrada, o diodo encontra-se
polarizado reversamente. A corrente é bloqueada
e a tensão na carga é NULA. Toda a tensão fica
retida nos terminais do diodo.
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Aplicação - Retificadores
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Aplicação - Retificadores
Voltagem disponível para a carga após
o circuito com 4 diodos
Vretif . 
Onde:
2 Vp

Vretif. = tensão média contínua
Vp = valor de pico da tensão alternada
π = pi (3,14)
Note que agora temos uma polaridade fixa vista pela carga, pois considerando os
dois terminais da carga, a corrente sempre “entra” pelo mesmo terminal.
Entretanto, a tensão ainda tem o aspecto de meio ciclo de uma senóide, o que
não é bom para a carga, pois como pode ser notado, o valor da tensão oscila
entre um máximo e zero. A forma de onda ideal para a carga é um valor contínuo.
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Aplicação - Retificadores
SEM CAPACITOR
CAPACITOR PEQUENO
CAPACITOR INTERMEDIÁRIO
CAPACITOR GRANDE
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Aplicação - Retificadores
Para melhorar a forma de
onda, inserimos um capacitor
em paralelo com a carga.
Valor do capacitor a ser inserido
I máx
C T
Vond
onde:
Vond  Diferença entre Vmáx (tensão de pico do
alternada) e Vmín desejado
Imáx  Corrente máxima na carga
T
 Período aproximado da descarga do
capacitor
C = Valor da capacitância
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Exemplo
Considerando o circuito abaixo, determine o valor da capacitância para que a
tensão mínima na carga seja de 10V
Vmax  V pico  2  VRMS  12,72V
V min 10V
i = 500mA
9V RMS
60Hz
C
Vond  12,72  10  2,72V
Vmax
R
I máx
C T
Vond
 500 10 3 
  1525 F
C  0,0083
 2,72 
Vmin
1
período da onda original
f 16,66ms
T


 8,33ms
2
2
2
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Fontes lineares
BLOCO 1 - Transformador: Sua função é reduzir o nível de tensão disponível nas tomadas
(127V ou 220V) para níveis compatíveis com os equipamentos eletrônicos.
BLOCO 2 - Retificador: Transforma tensão alternada (CA) em tensão contínua (CC) pulsante.
BLOCO 3 - Filtro: Converte a tensão contínua pulsante vinda do retificador em contínua com
menor ondulação.
BLOCO 4 - Estabilizador: Tem a função de transformar a tensão contínua com ondulação em
tensão contínua pura, ideal para equipamentos eletrônicos.
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