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