Apostila SEMICONDUTORES - 1. HISTÓRICO DA ELETRÔNICA 2. COMPONENTES PASSIVOS 3....
Golberi de Salvador Ferreira, Dr. - 2005 -
@2005 Golberi de Salvador Ferreira, Dr. 1
1. HISTÓRICO DA ELETRÔNICA 02
2. COMPONENTES PASSIVOS 04
3. SEMICONDUTORES 06
4. DIODO SEMICONDUTOR 1
5. DIODOS ESPECIAIS 21
6. CIRCUITOS COM DIODOS 29
OBS: Este material é o resultado de uma compilação de trabalhos realizados por diversos professores desta Instituição, aos quais transmitimos nossos agradecimentos.
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1. HISTÓRICO DA ELETRÔNICA
1904: primeira válvula (diodo)
! Criada pelo cientista John Ambrose Flemming; ! Propiciou um avanço na criação de outros dispositivos e circuitos que permitiram a execução de muitas tarefas que estavam sendo descobertas pelo homem naquela época;
! Foi utilizada até meados da década de 80, sendo hoje um dispositivo raro, encontrado em rádios, televisores e aparelhos de som muito antigos;
! Porém, muitos dispositivos que trabalham em freqüências muito altas e que são ainda muito utilizados, derivam da válvula;
! A válvula diodo é composta por duas placas metálicas, colocadas numa cápsula de vidro em vácuo. Um filamento aquece uma das placas polarizada negativamente, denominada cátodo, gerando um fluxo de elétrons (corrente elétrica Ι) que atinge a segunda placa polarizada positivamente, denominada ânodo, conforme Figura 1.1.
Figura 1.1 – Válvula diodo polarizada
! Invertendo-se a polarização, fazendo-se com que o cátodo fique polarizado positivamente em relação ao ânodo, a corrente elétrica deixa de circular pela carga RL.
1908: válvula tríodo
! DeForest acrescentou à válvula diodo uma terceira placa entre o cátodo e o ânodo, denominada de grade;
! A grade passou a exercer um controle do fluxo de elétrons, criando a possibilidade de amplificar sinais elétricos. Esta válvula foi chamada de tríodo.
A válvula tríodo juntamente com a válvula diodo, foram as responsáveis pelo surgimento das transmissões sem fio, radiotransmissão. A partir daí, a busca passou a ser a de melhorar o desempenho do circuito e, para isso, era necessário desenvolver uma tecnologia para otimizar os dispositivos.
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Década de 20 ! A teoria dos semicondutores surge como promessa tecnológica.
Década de 40 ! Desenvolve-se a física do estado sólido, que investiga a estrutura, as propriedades e o comportamento elétrico dos semicondutores;
! Surge o diodo semicondutor, que substitui a válvula diodo, pois consome uma quantidade menor de energia e tem dimensões menores;
! Em seguida, surge o transistor, substituindo a válvula tríodo, e outros dispositivos que foram criados a partir da necessidade imposta pelos novos aparelhos que surgiram, e possibilitando o surgimento de outros mais.
Dentre muitas outras aplicações, a eletrônica pode ser usada para: ! a transmissão de sinais em tempo real;
! o desenvolvimento de equipamento bélico (construção de armas e de sistemas de controle de mísseis); ! o desenvolvimento de sistemas de controle, que podem substituir o homem pela máquina de forma irracional; ! salvar vidas;
! diagnosticar doenças e desenvolver métodos de cura;
! servir ao lazer das pessoas.
Portanto, ter o domínio da técnica implica, não apenas em saber manejá-la, mas também em compreender para quem ou para que ela servirá.
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2. COMPONENTES PASSIVOS
Um bipolo elétrico é um dispositivo qualquer que possui dois pólos ou terminais, aos quais podem ser ligados outros bipolos, formando um circuito elétrico. Genericamente, um bipolo pode ser representado pela Figura 2.1.
Figura 2.1 – Bipolo elétrico genérico
Os bipolos elétricos podem ser classificados em geradores ou receptores, em função dos sentidos convencionais de tensão e corrente relacionados a eles.
Um bipolo gerador é aquele que transforma um tipo de energia qualquer em energia elétrica. Ele é, portanto, o elemento ativo de um circuito. Exemplos:
Pilha ! transforma energia química em elétrica Dínamo ! transforma energia mecânica em elétrica
No bipolo gerador, a corrente tem o sentido do potencial menor para o maior, ou seja, coincide com o sentido da tensão sobre ele, como apresentado na Figura 2.2.
Figura 2.2 – Bipolo gerador
Um bipolo receptor é aquele que transforma energia elétrica em um tipo de energia qualquer, sendo o elemento passivo de um circuito.
Resistência ! transforma energia elétrica em térmica Motor ! transforma energia elétrica em mecânica
No bipolo receptor, a corrente tem o sentido do potencial maior para o menor, ou seja, contrário ao sentido da tensão sobre ele, como apresentado na Figura 2.3.
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Figura 2.3 – Bipolo receptor
Em eletricidade e eletrônica, utilizam-se os símbolos específicos dos bipolos para representá-los nos circuitos elétricos. A Figura 2.4 mostra alguns símbolos de bipolos receptores.
Figura 2.4 – Símbolos de alguns bipolos receptores
Num circuito elétrico, é possível que um gerador comporte-se como um receptor, em função dos sentidos de corrente e tensão impostos pelo circuito, ou seja, ele pode ser considerado um receptor ativo.
Já, um receptor nunca pode comportar-se como um gerador, por ser um elemento passivo.
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Na Figura 3.1 apresenta-se o modelo atômico de Bohr. Neste modelo, o átomo está dividido em duas partes: o núcleo e a eletrosfera. No núcleo encontram-se os prótons e os nêutrons. Já na eletrosfera estão os elétrons, distribuídos em sete camadas eletrônicas ou bandas de energia: K, L, M, N, O, P e Q.
Figura 3.1 - Modelo atômico de Bohr
Cada banda de energia pode conter um número máximo de elétrons, como apresentado na Tabela 1.
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