Semicondutores, Junção PN, Diodos e Transistores

Semicondutores Intrínsecos

Semicondutores Intrínsecos são semicondutores sem impurezas. Caracterizam-se por ter quatro elétrons na última camada dos átomos, formando uma estrutura estável, ligando-se aos átomos vizinhos com ligações covalentes, compartilhando 4 pares de elétrons.

Semicondutores Extrínsecos: Tipo N e Tipo P

O Semicondutor do Tipo N é um semicondutor extrínseco, ou seja, contendo impurezas. Se a um semicondutor puro (intrínseco) são adicionados átomos com cinco elétrons em sua última camada, a estrutura cristalina desses átomos terá um elétron não ligado, que pode mover-se facilmente dentro do semicondutor para aumentar sua condutividade. Essa condutividade depende do número de átomos de impureza. Isso formará um semicondutor do Tipo N.

O Semicondutor do Tipo P é formado se forem adicionados átomos de impureza a um semicondutor intrínseco contendo 3 elétrons na última camada. A estrutura cristalina desses átomos terá a falta de um elétron para fazer uma ligação, o que é chamado de buraco. Isso cria um semicondutor do Tipo P.

Junção PN

A Junção PN é a união de um semicondutor do Tipo P com um semicondutor do Tipo N. No processo de união, alguns elétrons movem-se do semicondutor N para o P, recombinando-se com os buracos no semicondutor P. Isso cria uma camada de barreira onde não existem elétrons livres ou buracos.

Polarização da Junção PN

Polarização Direta

Conexão do polo positivo do gerador ao semicondutor P e do polo negativo ao semicondutor N. Devido à tensão aplicada (que deve ser maior do que a barreira de potencial), os elétrons do semicondutor N atravessam a junção e recombinam-se com os buracos do semicondutor P, passando então pelo condutor para o polo positivo do gerador. Simultaneamente, o polo negativo alimenta elétrons ao semicondutor N.

Polarização Reversa

Conexão do polo positivo do gerador ao semicondutor N e do polo negativo ao semicondutor P. Devido à tensão aplicada, os elétrons livres do semicondutor N são atraídos para o terminal positivo da bateria, alargando a camada de barreira e impedindo praticamente a passagem de elétrons através da junção. No entanto, há uma corrente de muito baixa intensidade através da junção, devido a elétrons que fluem a partir das ligações (efeito da temperatura).

Efeito da Temperatura

A temperatura afeta a condutividade dos semicondutores e a corrente de fuga na polarização reversa.

Classificação de Diodos

• Corrente Máxima Direta: Classificação máxima de corrente (contínua, instantânea, AC) que o diodo pode suportar na polarização direta. O diodo pode ser danificado pelo efeito Joule se a corrente contínua que flui através dele exceder o valor nominal.
• Tensão Reversa Nominal: Tensão máxima reversa que o diodo pode suportar sem conduzir. Se a tensão reversa aplicada ao diodo em operação contínua exceder o valor nominal, o diodo torna-se condutor (ruptura), quebrando a estrutura cristalina e deteriorando-se.

Ponte Retificadora

Consiste em quatro diodos de retificação conectados em uma configuração de ponte. A fonte de tensão AC é conectada a dois pontos opostos da ponte. Durante cada semiciclo da tensão AC, dois diodos conduzem e dois estão em polarização reversa. Isso garante que a corrente através da carga circule sempre na mesma direção, retificando a tensão AC.

O Transistor como Chave

No transistor, uma alta corrente no coletor é alcançada quando uma pequena corrente flui através do terminal de base. Diz-se que o transistor está saturado. Para parar a corrente no coletor, a corrente na base deve ser removida. Diz-se que o transistor está cortado (ou desligado).

Esse recurso pode ser usado para operar o transistor como um interruptor com uma carga ligada ao coletor. A corrente fluirá pelo coletor somente se uma polarização adequada for aplicada à junção base-emissor. Desligando o circuito de alimentação da base, a corrente elétrica na carga para de fluir.