Polarização Direta, Reversa e Curva Característica do Diodo 1N4007.



1 – Título: “Polarização Direta e Reversa e Curva Característica do Diodo”.

2 – Objetivos:

 

  • Verificar o efeito de Polarização Direta e Reversa;
  • Obter a curva característica do Diodo através de medidas de tensões e corrente.

           

3 – Materiais Utilizados:

 

  • 01 Resistor de 470Ω/5W;
  • 01 Diodo 1N4007;
  • 02 Multímetros Digitais;
  • 01 Fonte Variável.

 

4 – Desenvolvimento Teórico:

 

Diodo semicondutor é um dispositivo ou componente eletrônico composto de cristal semicondutor de silício ou germânio numa película cristalina cujas faces opostas são dopadas por diferentes gases durante sua formação.

É o tipo mais simples de componente eletrônico semicondutor, usado como retificador de corrente elétrica.

 

4.1 - Semicondutor

 

A capacidade de um átomo de se combinar com outros depende do número de elétrons de valência. A combinação só é possível quando este é menor que oito. Elementos com 8 elétrons de valência não se combinam, pois são estáveis e inertes.

Consideramos agora o silício, que é o semicondutor mais usado e tem 4 elétrons de valência.


Figura 01: Esquematização das ligações em um cristal de Silício.

No estado puro cada par de elétrons de átomos distintos formam a chamada ligação covalente, de forma que cada átomo fique no estado mais estável, isto é, com 8 elétrons na camada externa.

O resultado é uma estrutura cristalina homogênea. O material continua um semicondutor. Entretanto, quando certas substâncias, chamadas impurezas são adicionadas, as propriedades elétricas são radicalmente modificadas.

Se um elemento como o Antimônio, que tem 5 elétrons de valência, for adicionado e alguns átomos deste substituírem o silício na estrutura cristalina, 4 dos 5 elétrons irão se comportar como se fossem os de valência do silício e o excedente será liberado para o nível de condução.


Figura 02: Cristal de Silício dopado com Antimônio
.

O cristal irá conduzir e devido à carga negativa dos portadores (elétrons), é denominado semicondutor tipo n. Notar que o material continua eletricamente neutro, pois os átomos têm o mesmo número de prótons e elétrons. Apenas a distribuição de cargas muda, de forma a permitir a condução.

Uma impureza com três elétrons de valência (Ex.: alumínio) é adicionada. Alguns átomos de silício irão transferir um elétron de valência para completar a falta no átomo da impureza, criando um buraco positivamente carregado no nível de valência e o cristal será um semicondutor tipo p, devido à carga positiva dos portadores (buracos).


Figura 03: Cristal de Silício dopado com Alumínio
.

Se um semicondutor tipo P é colocado junto a um do tipo N, na região de contato, chamada junção, haverá a formação de uma barreira de potencial.


Figura 04: Junção Tipo PN.

No estado normal, o semicondutor é eletricamente neutro, pois os átomos tanto do semicondutor quanto da impureza têm iguais números de elétrons e prótons. Na junção, os elétrons portadores da parte N tendem a ocupar buracos na parte P, deixando esta com um potencial negativo e a parte N com um potencial positivo e, assim, formando uma barreira potencial Vo. Assim, a polaridade da barreira de potencial mantém os elétrons na parte N e os buracos na parte P.

Figura 05: Polarização Direta.

 

Se um potencial externo V > Vo for aplicado, o potencial de barreira será quebrado e a corrente elevada, pois existem muitos elétrons em N. Diz-se então que a junção está diretamente polarizada. No caso de inversamente polarizada, o potencial de barreira será aumentado, impedindo ainda mais a passagem de elétrons e a corrente será pequena.


Figura 06: Polarização Invertida.

Este conjunto, chamado diodo de junção, funciona como um retificador. A curva abaixo é típica deste tipo de diodo. Acima de um pequeno valor de polarização direta, a corrente aumenta exponencialmente.


Figura 07: Curva característica do diodo de junção.

A polarização inversa tem um limite. Para a direta, acima de um determinado valor ocorre um efeito de ruptura, quebrando a barreira de potencial e a corrente sobe quase na vertical. A Barreira de potencial para o diodo de Si é aproximadamente 0,7v, para o Ge aproxima-se de 0,3v.


Figura 08: À esquerda um Diodo PN comercial comum, à direita a representação do mesmo diodo.

 

5 - Desenvolvimento Pratico:

 

Ø      Circuitos

 


Figura 09: Montagens dos Circuitos realizadas no Experimento.


Figura 10: Montagem do Circuito com variação da Tensão.

7 – Conclusão:

           Podemos utilizar as características do diodo tipo PN em uma infinidade de aplicações práticas que envolvem desde o controle simples de modulações até fontes chaveadas mais complexas, ou seja, possui imensa empregabilidade.

Saber exatamente como ele funciona é muito importante para todos aquelas que trabalham com eletrônica, principalmente os ligados à manutenção, instalação e projetos de equipamentos elétricos e eletrônicos.

O conjunto diodo de junção, funciona como retificadores.

A sua curva típica é o seu “símbolo”, a partir da compreensão de seu funcionamento podemos compreender toda lógica por traz dos circuitos montados com dispositivos destas naturezas.

Notando que, acima de um pequeno valor de polarização direta, a corrente aumenta bastante e em sua polarização inversa tem limite. Acima de um determinado valor ocorre um efeito de ruptura, quebrando a barreira de potencial e a corrente cresce quase que verticalmente.

 

8 – Referencias:

[1] - MALVINO, Albert P. Eletrônica . vol.1 e 2 . Pearson Education do Brasil Ltda., 1997.

[2] – Site da “Datasheets for electronics components”; www.datasheetcatalog.com; acessado em 18/09/2008.

[3] – Manual Zowie Technology Corporation; 1N4001 THRU 1N4007 - SILICON RECTIFIER


Autor: André Rezende de Figueiredo Oliveira


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