Semicondutores, Díodos e Ultrassonografia em Biomedicina

Semicondutores

1. O que são semicondutores?

Os semicondutores são materiais que podem se comportar como condutores ou isolantes, dependendo da temperatura. A zero graus Celsius, comportam-se como isolantes, mas à temperatura ambiente, a energia permite que os elétrons se movam da banda de valência para a de condução, possibilitando a condução. Exemplo: silício.

2. Tipos de Semicondutores

a) Intrínsecos vs. Extrínsecos

Intrínsecos: Possuem por si só a capacidade de condução.Extrínsecos: Têm transportadores de carga adicionados artificialmente.

b) Dopagem

A dopagem aumenta os transportadores de carga de um semicondutor intrínseco, adicionando partículas do elemento anterior ou seguinte da tabela periódica durante o fabrico do cristal.

c) Tipo N vs. Tipo P

Tipo N: Dopados com o elemento seguinte da tabela periódica (doadores), aumentando os elétrons.Tipo P: Dopados com o elemento anterior (aceitadores), aumentando as lacunas.

d) Junção P-N

Quando um material tipo P se junta a um tipo N, os elétrons do tipo N preenchem as lacunas do tipo P, formando uma barreira isoladora (deplecção).

e) Aplicações em Biomedicina

Semicondutores estão em diversos aparelhos médicos, como díodos (retificação da corrente alterna) e transistores (amplificadores de sinais, memória, microprocessadores).

Díodos

3. Funcionamento do Díodo

Um díodo é uma junção P-N. Polarizado diretamente, conduz; polarizado inversamente, isola. Útil na retificação da corrente alterna.

4. Rectificação de Onda Completa vs. Meia Onda

A qualidade da retificação depende da capacidade do condensador. Um condensador de alta capacidade na meia onda pode ser melhor que a onda completa sem condensador.

5. Tensão de Ripple

A tensão de ripple mede a qualidade da retificação (diferença entre tensão máxima e mínima). Depende da capacidade do condensador.

Condensadores

6. Carga e Descarga do Condensador

A velocidade de carga e descarga depende da resistência e capacitância. A capacitância, por sua vez, depende da área da placa, do dielétrico e da distância entre as placas.

Medicina Nuclear

7. Emissão de Fótons

A emissão de fótons resulta do rearranjo dos elétrons após o decaimento radioativo, liberando o excesso de energia.

8. Cintigrafia de Perfusão Cardíaca

Técnica SPECT. O paciente recebe radioisótopos (⁹⁹TL). Imagens da perfusão cardíaca são adquiridas antes e após stress físico ou farmacológico para avaliar obstruções, zonas isquêmicas e necrose.

Condutores vs. Isolantes

9. Diferenças

Condutores: Banda de valência incompleta, permitindo a passagem de elétrons.Isolantes: Banda de valência completa, impedindo a condução.

Sinais

10. O que é um Sinal?

Um sinal é uma função matemática que representa informação variável no tempo, espaço ou outras variáveis.

11. Sinais Analógicos vs. Digitais

Analógicos: Infinitos valores, amplitude contínua.Digitais: Valores discretos, amplitude descontínua.

a) Amostragem

Processo de discriminação temporal de um sinal descontínuo.

b) Aliasing

Ocorre quando as amostras são insuficientes. Evitado pelo Teorema de Nyquist (frequência de amostragem ≥ dobro da frequência do sinal).

Ultrassonografia

12. Princípios

Utiliza ultrassons (> 20.000 Hz) para visualizar estruturas anatómicas. Um transdutor com cristal piezoelétrico emite e recebe ecos, convertendo-os em imagens.

a) Propriedades do Som

Frequência, amplitude e velocidade.

b) Efeito Doppler

Variação da frequência com a velocidade relativa entre emissor e receptor. A frequência aumenta quando o objeto se aproxima e diminui quando se afasta.