Dopagem nos diodos

intro diodos destaque
Este post faz parte da série Introdução aos diodos. Leia também os outros posts da série:

Capítulo 2 – Dopagem nos diodos

Para os diodos fazerem o que fazem, sua estrutura cristalina é manipulada por um processo chamado dopagem, onde outro elemento é adicionado ao silício.

image 10

Os diodos de silício têm dois elementos adicionados a eles formando duas regiões, a região do tipo P, com portadores de carga positiva, e a região do tipo N, com portadores de carga negativa. Cada átomo do novo elemento substitui um átomo de silício na rede cristalina. 

Tipo – P = portadores de cargas positivas

Na região tipo P, o silício é dopado com um elemento como o boro ou o alumínio, que possuem 3 ao invés de 4 elétrons na camada de valência externa.

O elétron faltante cria buracos na estrutura cristalina. Invés de ter uma estrutura estável de 8 elétrons, agora há alguns átomos possuem apenas 7 elétrons em suas camadas externas.

Mas ainda é necessário o oitavo elétron para que fiquem estáveis. Assim, esses buracos são as portadoras de cargas positivas. 

image 11

Tipo – N = portadores de cargas negativas

Na região de tipo – N, o silício é dopado com um elemento como antimônio ou fósforo.

Esses elementos possuem 5 elétrons em suas camadas de valência externas, um a mais que a estrutura do cristal de silício precisa.  Assim, 4 desses elétrons se juntam com os átomos de silício, enquanto o quinto se torna um elétron livre que pode viajar de átomo a átomo.

Esses elétrons livres são portadores de cargas negativas:

image 12

Junção PN

Existem duas regiões no diodo, uma dopada com portadores de cargas positivas e outra dopada com portadores de cargas negativas.

O local onde essas duas regiões se encontram é chamado de junção PN. Perto da junção, as cargas positivas e negativas, tendo cargas opostas, são atraídas uma para a outra como ímãs. Os elétrons livres na região do tipo N migram e preenchem os buracos na região do tipo P. 

Por causa das partículas carregadas se movendo, a área próxima à junção na região do tipo P torna-se levemente carregada negativamente, enquanto a área próxima à junção na região do tipo N fica levemente carregada positivamente. 

image 13

Essa área é conhecida como zona de depleção.

Os elétrons livres na região do tipo N continuarão migrando para os buracos na região do tipo P, fazendo com que as cargas dentro da zona de depleção aumentem. Essas cargas  eventualmente ficarão fortes o suficiente para começar a repelir as cargas em sua região. O lado do tipo N ganha carga positiva suficiente em sua zona de depleção para repelir as cargas negativas na região. E o mesmo ocorre no lado do tipo P, onde a zona de depleção recebe carga negativa o suficiente para repelir a carga positiva da região. 

Eventualmente, a zona de depleção torna-se carregada o suficiente para interromper a migração de elétrons. Em um diodo de silício, isso acontece em torno de 0,7V. 

O comportamento de um diodo em um circuito

Quando o diodo é conectado à energia, a zona de depleção irá reagir. Como ele reage depende da polaridade, que é a maneira como o diodo está conectado aos terminais positivo e negativo da bateria. 

image 14

Polarização direta

A polarização direta é o modo de operação normal de um diodo. Um diodo conectado em polarização direta, tem seu cátodo negativo conectado ao terminal negativo da fonte de alimentação, e seu ânodo positivo, conectado ao terminal positivo da fonte de alimentação. 

image 15

Quando a energia é fornecida, a carga negativa no cátodo empurra mais elétrons livres para a região do tipo N e ainda mais para a zona de depleção. Como a  zona de depleção está ganhando portadores de carga negativa, sua carga positiva diminui. 

image 16

Quando a energia é fornecida, a carga negativa no cátodo empurra mais elétrons livres para a região do tipo N e ainda mais para a zona de depleção. Como a  zona de depleção está ganhando portadores de carga negativa, sua carga positiva diminui. 

image 17

A carga da fonte de alimentação é mais forte do que a do diodo. Os elétrons livres sempre se moverão em direção à carga mais forte.  

Os elétrons livres que fluíram da região do tipo N e viajaram para os buracos na região do tipo P continuarão a fluir do ânodo para a fonte de alimentação. Conforme os elétrons livres se movem, eles deixam buracos para trás. Mais elétrons livres fluem da fonte de alimentação, através do cátodo para a região do tipo N, preenchendo os buracos que são encontrados lá.

Uma vez que a carga na fonte de alimentação será sempre mais forte do que dentro do diodo, os elétrons livres continuarão a ser retirados da fonte de alimentação, para o diodo através do cátodo negativo, passando pelas regiões do tipo N, em seguida, do tipo P, e fora do diodo através do ânodo, de volta à fonte de alimentação.

Este ciclo continuará,acontecendo no circuito enquanto a energia for fornecida.

Polarização reversa

Uma maneira de conectar o diodo é o que é chamado de polarização reversa. O diodo é conectado “invertido”, com o terminal negativo conectado ao seu ânodo (+) e o terminal positivo conectado ao seu cátodo (-).

image 18

Como um diodo deve permitir apenas que a corrente flua em uma direção, ele deve interromper o fluxo de eletricidade nesta direção. Vamos dar uma olhada dentro do diodo para ver o que está acontecendo. 

A reação de cargas dentro de um diodo e circuito pode ser comparada ao repelir e atrair ímãs. Os lados semelhantes irão repelir, enquanto os lados opostos irão atrair. O mesmo é verdade para cargas positivas e negativas. 

image 19

Os átomos na região do tipo P dopada positivamente são atraídos para longe da zona de depleção no centro, em direção à carga negativa da fonte de alimentação no ânodo. Positivo é atraído pelo negativo. 

Os átomos na região do tipo N dopada negativamente também são atraídos para longe da zona de depleção no centro, em direção à carga positiva da fonte de alimentação no cátodo. O negativo é atraído pelo positivo. 

image 20

As cargas em ambas as regiões se afastam da junção, fazendo com que a zona de depleção se alargue.  

image 21

Com as cargas tão distantes, não há compartilhamento de elétrons. O fluxo de elétrons é impossível.  

Ok, não completamente impossível. Existe uma exceção. Os diodos possuem uma tensão de ruptura. Uma tensão aplicada a  um diodo em polarização reversa pode se tornar forte o suficiente para superar a zona de depleção, quebrando o diodo, fazendo com que ele permita que a corrente flua na direção errada. Mas isso geralmente danifica ou destrói completamente o diodo. 

Por exemplo, um diodo 1N4001 pode quebrar em até 50 volts, enquanto um 1N4007 pode suportar 1000 volts antes de quebrar. Em um diodo de silício, a carga na zona de depleção é de cerca de 0,7V. Isso é chamado de potencial de barreira ou tensão de limite. Portanto, para superar a carga na zona de depleção, uma tensão de pelo menos 0,7 V deve ser aplicada ao diodo.  

Exemplo: 

Menos de 0,7 V – a corrente não fluirá pelo diodo.  

Mais de 0,7 V – a corrente fluirá pelo diodo.

0,2 V = Sem fluxo, 3 V = Sim, fluxo!

Contato da Newark no Brasil

Para maiores informações e adquirir componentes contate a LATeRe , representante da Newark, pelo Telefone (11) 4066-9400 ou e-mail: [email protected] 

* Texto adaptado do original publicado em: link.

(*) este post foi patrocinado pela Newark e LATeRe

Outros artigos da série

<< Introdução aos diodosQueda de tensão >>
Website | Veja + conteúdo

LATeRe foi criada pelos executivos da Farnell Newark element14, para representar a Newark element14 no Brasil dando suporte ao mercado Brasileiro após a fiial Brasileira Farnell Newark do Brasil encerrar o estoque local em 2015. O objetivo foi continuar o trabalho desenvolvido no País por 18 anos, pela Farnell, com atendimento ampliado pelo estoque central e site internacional.

A Gerente Geral da Farnell Newark do Brasil, Caroline Jabur é sócia fundadora da LATeRe – Latin America Technology Representative e tem mais de 30 anos de experiência no mercado de eletrônica e industrial Brasileiros. A LATeRe tornou-se um importante ponto de apoio local de um dos maiores distribuidores no modelo “high service” de produtos de tecnologia, serviços e soluções para projetos de sistemas eletro eletrônicos e MRO – manutenção, reparo e operações como canal corporativo de atendimento no mesmo telefone que pertencia a Farnell Newark (11)4066-9400

Sem licença Creative Commons

Receba os melhores conteúdos sobre sistemas eletrônicos embarcados, dicas, tutoriais e promoções.

Comentários:
Notificações
Notificar
guest
0 Comentários
Inline Feedbacks
View all comments
Talvez você goste:

Séries



Outros da Série

Menu

WEBINAR

Inteligência Artificial na Borda

DATA: 29/06 às 15:00h