Baixe semi condutores e outras Notas de estudo em PDF para Engenharia Hídrica, somente na Docsity!
Faculdade de Engenharia Elétrica
Ciência e Tecnologia dos Materiais
CAPÍTULO IV
MATERIAIS SEMICONDUTORES
Um dos triunfos das teorias cinética e atômica é sua capacidade de dar conta de quase todas as propriedades físicas da matéria, explicando, por exemplo, por que alguns materiais são bons condutores de calor, enquanto outros não o são. Existe uma classe intermediária de substâncias, chamadas semicondutores, que possuem um nível de condutividade entre os extremos de um isolante e um condutor. Desta forma, são melhores condutores do que os isolantes de eletricidade, mas não tão bons condutores como o cobre. Tais materiais se mostram extremamente úteis para a eletrônica. Em comparação com os metais e com os isolantes, as propriedades elétricas dos semicondutores são afetadas por variação de temperatura, exposição à luz e acréscimos de impurezas. Um semicondutor puro como o elemento silício apresenta uma condutividade elétrica bastante limitada; porém se pequenas quantidades de impurezas são incorporadas à sua estrutura cristalina, suas propriedades elétricas alteram-se significativamente. O material pode passar, por exemplo, a conduzir eletricidade em um único sentido, da forma como age um diodo. A adição de uma outra impureza lhe confere a propriedade de conduzir eletricidade apenas no outro sentido.
Em sentido horário, de cima para baixo: um chip, um LED e um transistor são todos feitos de material semicondutor
Para uma correta compreensão do funcionamento destes materiais, faz-se necessário recordar alguns conceitos já vistos.
4.1 Níveis de Energia
A maneira com que os elétrons se distribuem nas órbitas em torno do núcleo do átomo não é aleatória. Segue regras bem definidas, que são as mesmas para todos os elementos. Um elétron em órbita tem uma energia potencial que depende da sua distância até o núcleo e uma energia cinética que depende da sua velocidade. A soma de ambas é a energia total do elétron. Conforme a Teoria Quântica os estados da matéria não variam continuamente, mas sim em pequenos intervalos discretos, chamados quanta. No mundo prático isso não é perceptível porque os valores são muito pequenos, mas, os elétrons são partículas elementares e o seu comportamento é bem definido por tais intervalos. Assim, a energia total que o elétron pode ter é
Faculdade de Engenharia Elétrica
Ciência e Tecnologia dos Materiais
definida em valores discretos e, portanto, ele só pode ocupar determinadas órbitas ou níveis de energia. Os níveis possíveis são sete podendo ser representados pelos números 1, 2, 3, 4, 5, 6 e 7 ou pelas letras K, L, M, N, O, P e Q. Para os 113 elementos químicos conhecidos, segundo o princípio de exclusão de Pauli , o número máximo de elétrons em cada nível é 2, 8, 18, 32, 32, 18, 4, respectivamente, conforme representado na figura seguinte.
2n
2
onde n é o número do nível.
Assim, o nível 1 poderá possuir no máximo 2 elétrons, o nível 2 poderá ter no máximo 8 e assim sucessivamente.
É regra geral na natureza a estabilização na menor energia possível. Assim, os níveis são preenchidos na seqüência do menor para o maior e um nível só poderá conter elétrons se o anterior estiver completo. Em cada camada ou nível de energia, os elétrons se distribuem em subcamadas ou subníveis, representados pelas letras s, p, d, f, em ordem crescente de energia. O número máximo de elétrons de cada subnível também foi determinado experimentalmente:
Subnível S p d f Número máximo de elétrons 2 6 10 14
O número de subníveis que constituem cada nível de energia depende do número máximo de elétrons que cabem em cada nível. Assim, como no primeiro nível cabem no máximo 2 elétrons este nível apresenta apenas um subnível s, no qual cabem os dois elétrons. O subnível s do primeiro nível de energia é representado por 1s. Como no segundo nível cabem no máximo 8 elétrons, o segundo nível é constituído de um subnível s, no qual ficam 2 elétrons, e um subnível p, com no máximo 6 elétrons. Deste modo o segundo nível e formado por dois subníveis representados por 2s 2p, e assim por diante.
Faculdade de Engenharia Elétrica
Ciência e Tecnologia dos Materiais
4.3 Bandas de Energia
Quando os átomos não estão isolados, mas juntos em um material sólido, as forças de interação entre eles são significativas. Isso provoca uma alteração nos níveis de energia acima da valência. Podem existir níveis de energia não permitidos, logo acima da valência. Para que um material conduza eletricidade, é necessário que os elétrons de valência, sob ação de um potencial elétrico aplicado, saltem do nível de valência para um nível ou banda de condução. Conforme a figura ao lado, em um material condutor quase não existem níveis ou banda de energia proibidos entre a condução e a valência e, portanto, a corrente flui facilmente sob a ação do campo elétrico. Um material isolante apresenta uma banda proibida de grande extensão entre a valência e condução. Pos isso, dificilmente há condução da corrente. Os semicondutores possuem bandas proibidas com larguras intermediárias. Isso significa que podem apresentar alguma condução, melhor que a dos isolantes, mas pior que a dos condutores.
Os materiais semicondutores são sólidos ou líquidos, capazes de mudar com certa “facilidade” de sua condição de isolante para a de condutor. Isto é, podem sofrer grandes alterações em sua condutividade, pois a quantidade de energia necessária para retirar um elétron da banda de valência e levá-lo para a banda de condução é intermediária entre a energia necessária para o isolante e o condutor. Em baixas temperaturas, os semicondutores puros comportam-se como isolantes. Sob temperaturas mais altas, ou luz ou com a adição de impurezas, porém, pode ser aumentada drasticamente a sua condutividade, podendo-se alcançar níveis que se aproximam dos metais.
4.4 Materiais Intrínsecos
Na figura ao lado apresentam-se os átomos de dois materiais semicondutores intrínsecos ou puros, o silício (Si) e o germânio (Ge). Os semicondutores intrínsecos ou puros são aqueles encontrados em estado natural. Ambos são elementos tetravalentes, ou seja, que possuem quatro elétrons na camada de valência, permitindo, assim, que os seus átomos façam quatro ligações covalentes ou de compartilhamento de elétrons, para tornarem-se estáveis.
Faculdade de Engenharia Elétrica
Ciência e Tecnologia dos Materiais
Existem, ainda, os semicondutores III-V que são formados por um elemento trivalente, o GaAs (Arseneto de Gálio) e por um elemento pentavalente, InP (Fosfeto de Índio). Porém, o material semicondutor intrínseco mais utilizado é o silício que é abundante na natureza, sendo encontrado nos cristais de quartzo (areia).
4.5 Condução Elétrica nos Semicondutores
Num determinado instante quando recebe um acréscimo de energia e sai da banda de valência, o elétron livre deixa em seu lugar uma lacuna. Esta lacuna é um íon positivo, conforme apresenta a figura seguinte:
No instante seguinte, verifica-se que a lacuna também se move. Porém, a movimentação da lacuna ocorre sempre no sentido contrário à movimentação do elétron. Este fenômeno ocorre sempre que existe a condução elétrica no material semicondutor. Num material condutor o movimento das lacunas é desprezível.
4.6 Semicondutores do Tipo N e P
No estado puro, cada par de elétrons de átomos distintos forma a chamada ligação covalente, de modo que cada átomo fica no estado mais estável, isto é, com 8 elétrons na camada externa. O resultado é uma estrutura cristalina homogênea conforme ilustrado na figura abaixo.
Representação Plana do Átomo de Silício
Faculdade de Engenharia Elétrica
Ciência e Tecnologia dos Materiais
eletricidade apenas em um sentido. Na formação da junção PN ocorre o processo de recombinação, no qual os elétrons do lado N, mais próximos da junção, migram para o lado P. Este processo ocorre até que haja o equilíbrio eletrônico e a estabilidade química, ou seja, 4 ligações covalentes em cada átomo. Durante o processo de recombinação forma-se, próximo à junção, a camada de depleção. Ao final deste processo, a camada de depleção fica ionizada formando a barreira de potencial (Vγ) ou zona vazia. Isto ocorre quando nenhuma diferença de potencial é aplicada ao diodo, ou seja, os elétrons do material tipo-N preenchem os buracos do material tipo-P ao longo da junção entre as camadas. Em uma zona vazia, o material semicondutor volta ao seu estado isolante original - todos os buracos estão preenchidos, de modo que não haja elétrons livres ou espaços vazios para elétrons, e assim a carga não pode fluir.
Na junção, elétrons livres do material tipo-N preenchem buracos do material tipo-P. Isto cria uma camada isolante no meio do diodo, chamada de zona vazia.
Para se livrar da zona vazia, é necessário que os elétrons se movam da área tipo-N para a área tipo-P e que buracos se movam no sentido inverso. Para fazer isto, conecta-se o lado tipo-N do diodo ao terminal negativo do circuito e o lado tipo-P ao terminal positivo. Desta forma, os elétrons livres no material tipo-N são repelidos pelo eletrodo negativo e atraídos para o eletrodo positivo. Os buracos no material tipo-P se movem no sentido contrário. Quando a diferença de potencial entre os eletrodos é alta o suficiente, os elétrons na zona vazia são retirados de seus buracos e começam a se mover livremente de novo. A zona vazia desaparece e a carga se move através do diodo. A figura a seguir ilustra este processo.
Faculdade de Engenharia Elétrica
Ciência e Tecnologia dos Materiais
Quando o terminal negativo do circuito é preso à camada tipo-N e o terminal positivo é preso à camada tipo-P, elétrons e buracos começam a se mover e a zona vazia desaparece
Caso a conexão da fonte seja no sentido oposto, com o lado tipo-P conectado ao terminal negativo do circuito e o lado tipo-N conectado ao pólo positivo, a corrente não fluirá. Os elétrons negativos no material tipo-N são atraídos para o eletrodo positivo. Os buracos positivos no material tipo-P são atraídos para o eletrodo negativo. Assim, nenhuma corrente fluirá através da junção porque os buracos e os elétrons estão cada um se movendo no sentido oposto, aumentando ainda mais a zona vazia (camada de depleção).
Quando o terminal positivo do circuito está ligado à camada tipo-N e o terminal negativo está ligado à camada tipo-P, elétrons livres são coletados em um terminal do diodo e os buracos são coletados em outro. A zona vazia se torna maior.
Faculdade de Engenharia Elétrica
Ciência e Tecnologia dos Materiais
DIODO EMISSOR DE LUZ - LED
O LED ( Light Emitting Diode ) é um diodo semicondutor (junção P-N) que quando energizado emite luz visível. A luz é produzida pelas interações energéticas do elétron através de um processo chamado eletroluminescência. A recombinação de lacuna e elétron exige que a energia possuída pelo elétron, que até então era livre, seja liberada, o que ocorre na forma de calor ou fótons de luz. No silício e no germânio, elementos básicos dos diodos e transistores, entre outros componentes eletrônicos, a maior parte da energia é liberada na forma de calor, sendo insignificante a luz emitida (devido a opacidade do material), e os componentes que trabalham com maior capacidade de corrente chegam a precisar de irradiadores de calor (dissipadores) para ajudar na manutenção dessa temperatura em um patamar tolerável. Já em outros materiais, como o arsenieto de gálio (GaAs) ou o fosfeto de gálio (GaP), o número de fótons de luz emitido é suficiente para constituir fontes de luz bastante eficientes. Em geral, os LEDS operam com nível de tensão de 1,6 a 3,3V, sendo compatíveis com os circuitos de estado sólido. É interessante notar que a tensão é dependente do comprimento da onda emitida. Assim, os LEDS infravermelhos geralmente funcionam com menos de 1,5V, os vermelhos com 1,7V, os amarelos com 1,7V ou 2.0V, os verdes entre 2.0V e 3.0V, enquanto os LEDS azuis, violeta e ultravioleta geralmente precisam de mais de 3V. A potência necessária está na faixa típica de 10 a 150 mW, com um tempo de vida útil de 100.000 horas, ou mais. Enquanto todos os diodos liberam luz, a maioria não o faz muito eficientemente. Em um diodo comum, o próprio material semicondutor termina absorvendo parte da energia da luz. Os LEDs são fabricados especialmente para liberar um grande número de fótons para fora. Além disso, eles são montados em bulbos de plásticos que concentram a luz em uma direção específica. Como pode ser visto na figura ao lado, a maior parte da luz do diodo ricocheteia pelas laterais do bulbo, viajando na direção da ponta redonda. Os LEDs têm muitas vantagens sobre lâmpadas incandescentes convencionais. Uma delas é que eles não têm um filamento que se queime e então durarão muito mais tempo. Além disso, seus pequenos bulbos de plástico os tornam muito mais duráveis. Eles também cabem mais facilmente nos modernos circuitos eletrônicos.
OLEDS ( Organic Light-Emitting Diode ou Diodo Orgânico Emissor de Luz)
Uma tecnologia um pouco mais recente começa a chamar a atenção da indústria. Chamada OLED ( Organic Light-Emitting Diode ou Diodo Orgânico Emissor de Luz) esta tecnologia promete suprir os grandes problemas atuais dos dispositivos de vídeo a um custo aceitável para o mercado de produtos de consumo. O OLED tem basicamente a mesma estrutura dos LEDs mas diferem no tipo de material utilizado, apresentando em sua construção substâncias eletroluminescentes compostas de
Faculdade de Engenharia Elétrica
Ciência e Tecnologia dos Materiais
Carbono que, ao serem excitadas por uma corrente elétrica, emitem luz em uma freqüência determinada por sua composição química. Em outras palavras, são células de diodo impressas na tela que são polarizadas de acordo com a imagem. Painéis de vídeo compostos por OLEDs podem ser extremamente finos (como uma folha de papel) e flexíveis (executados em materiais plásticos, como polímeros). Essa possibilidade surge do fato de que as substâncias químicas que compõe o OLED podem ser impressas em um filme plástico (como um documento é impresso em papel) para marcar os pixels. Ao colar outro filme plástico sobre a impressão cria-se pequenas capsulas que aprisionam cada pixel. A aplicação de eletrodos minúsculos à cada célula permite que se leve à ela a corrente elétrica necessária para excitar cada uma das cores primárias que irão compor as imagens. Esta técnica permite a construção de monitores muito pequenos ou grandes, resistentes à água devido à sua natureza plástica, e flexíveis ou até mesmo dobráveis.
As primeiras aplicações de monitores OLED ocorreram em dispositivos móveis, como celulares, PDAs e até mesmo notebooks; onde a pequena espessura e o baixo peso da tela são mais importantes que outros fatores. Entretanto o preço de produção de monitores com essa tecnologia tem caído bastante e hoje já é possível construir telas OLED mais baratas e tão duráveis quanto telas LCD equivalentes. Além da simplicidade construtiva e das vantagens físicas os monitores OLED ainda superam seus rivais em vários aspectos técnicos. Monitores OLED são capazes de criar a cor preta, gerando o chamado “real black” e conseguem taxas de contraste 10 vezes maiores que monitores LCD produzidos atualmente. Não são susceptíveis ao efeito burn-out que agride monitores CRT e Plasma, situação onde a exibição prolongada de uma mesma imagem marca a tela de forma definitiva, fato ocorrido na maioria das telas de Plasma produzidas hoje em dia. Ainda que uma nova tecnologia de Plasma tenha sido desenvolvida para evitar o burn-out ela resulta em telas mais caras, razão que levou muitos fabricantes à ignorá-la. A rigor, ao comprar uma tela de Plasma, dificilmente será possível saber se aquele modelo específico é resistente ou não ao efeito danoso. Isso pode levar à desagradável situação de se observar, por exemplo, um pequeno símbolo da emissora no canto inferior direito da tela durante uma reprodução de DVD. Além disto, o OLED dispensa iluminação de background , necessária nos LCDs, o que o torna a tecnologia mais econômica em termos de consumo de energia disponível atualmente. Ademais é uma excelente solução para dispositivos que operam com baterias já que atualmente a economia de energia é uma preocupação global. O OLED é capaz de reproduzir cores tão bem quanto o Plasma e apresentar um tempo de resposta muito menor que o do LCD. Tempo de resposta é o tempo que um pixel leva para acender, atingir a cor ideal e então apagar voltando ao estado de negro.
Faculdade de Engenharia Elétrica
Ciência e Tecnologia dos Materiais
transistor não consome energia (a válvula usa energia para aquecer seu catodo) e pode ser confeccionado em dimensões microscópicas, de maneira que centenas deles possam ser incorporados a um chip de sílica medindo apenas uns poucos milímetros. O material semicondutor mais usado na fabricação de transistores é o silício. Contudo, o primeiro transistor foi fabricado em germânio. O silício é preferível, essencialmente, porque possibilita o funcionamento a temperaturas mais elevadas (175 ºC, quando comparado com os ~75ºC dos transistores de germânio) e também porque apresenta correntes de fuga menores. O transistor permite a amplificação e comutação de sinais, tendo substituído as válvulas termo-iônicas na maior parte das aplicações. O transistor de junção bipolar é um dos componentes mais importantes na Eletrônica. É um dispositivo com três terminais, sendo possível usar a tensão entre dois dos terminais para controlar o fluxo de corrente no terceiro terminal, ou seja, obter uma fonte controlável. Este dispositivo é formado por duas junções PN em série, podendo apresentar as configurações PNP e NPN.
Os transistores NPN são os mais comuns, basicamente, porque a mobilidade dos elétrons é muito superior à das lacunas, isto é, os elétrons movem-se mais facilmente ao longo da estrutura cristalina, o que traz vantagens significativas no processamento de sinais de alta freqüência. E são, também, mais adequados à produção em massa. No entanto, deve-se salientar que, em várias situações, é muito útil ter os dois tipos de transistores num circuito.
Faculdade de Engenharia Elétrica
Ciência e Tecnologia dos Materiais
A figura seguinte apresenta o transistor de junção bipolar NPN adequadamente polarizado e construído segundo alguns critérios, tendo a função de amplificador, onde:
- A junção base-emissor é polarizada diretamente pela fonte Vbe.
- A junção base-coletor é polarizada inversamente pela fonte Vce.
- Vce é significativamente maior que Vbe. Exemplo: 6V e 1V.
A base é fisicamente delgada e tem uma concentração de impurezas menor que os semicondutores N do emissor e coletor. Nessa forma, o fluxo de elétrons vindo do emissor tem pouca probabilidade de combinação com os buracos na junção da base para formar Ib e a maior parte rompe a polarização inversa da junção base-coletor devido ao campo elétrico maior de Vce. Portanto, a polarização base-emissor atua como um acelerador do fluxo e controla a corrente Ic, fazendo o efeito da amplificação.
Pelo circuito, pode-se concluir que Ie = Ib + Ic.
Em componentes reais, Ib pode ser 5% (ou menos) de Ie e Ic pode ser 95% ou mais de Ie, ou seja, a amplificação é considerável. Na parte esquerda superior da figura, é mostrado o símbolo normalmente usado para esse componente. Um parâmetro usual para o transistor é o fator de corrente α , que é a relação entre as correntes de coletor e emissor.
Assim, α = Ic/Ie ou Ic = α Ie.
Como Ib é pequena, o fator α é próximo da unidade. E ocorre também:
Ib = Ie − Ic = Ie − α Ie = (1 − α) Ie.
E o ganho de corrente β, característico do transistor, é dado por:
β = Ic/Ib = α / (1 − α).
Faculdade de Engenharia Elétrica
Ciência e Tecnologia dos Materiais
polaridade indicada) 10 Volt entre B2 e B1, o “cátodo” do “diodo” do emissor terá uma tensão de 5 Volts. Ao aplicarmos, então, uma tensão de entrada no emissor (E) do UJT, esta terá que, inicialmente vencer a barreira de potencial intrínseca da junção PN (0,6V) e, em seguida, superar a própria tensão que polariza o “cátodo” (5 Volts no exemplo). Nesse caso, enquanto a tensão aplicada ao terminal do emissor (E) não atingir 5,6 Volts (0,6V + 5V) não haverá passagem de corrente pelo emissor através de Rb1 para a linha de negativo da alimentação. Mantendo-se, no exemplo, uma tensão de emissor igual ou maior do que 5,6 Volts haverá a passagem de uma corrente; já qualquer tensão inferior (a 5,6V) será incapaz de originar passagem da corrente elétrica pelo emissor (E) e por Rb1. Portanto, enquanto os 5,6V não forem atingidos, a corrente será nula, como através de um interruptor aberto. Alcançando os 5,6V, tudo se passa como se o interruptor estivesse fechado e, assim, a corrente que circulará estará limitada unicamente pelo valor resistivo intrínseco de Rb1. Como a transição de corrente nula para corrente total, entre emissor (E) e base 1 (B1), se dá sempre de forma abrupta (quando a tensão de emissor chega à tensão/limite de disparo), podemos considerar o UJT como um simples interruptor acionado por tensão.
4.7.4 Transistor de Efeito de Campo
Os transistores bipolares e os transistores de efeito de campo distinguem-se pela sua estrutura e princípio de funcionamento; há, no entanto, uma diferença que determina a sua utilização: O transistor bipolar é comandado por corrente, enquanto o de efeito de campo é comandado por tensão.
Um transistor de efeito de campo (FET - Junction Field Efect Transistor ) pode ser de dois tipos:
a) J-FET
O J-FET canal N é constituído basicamente por uma junção PN, sendo ambos os extremos da região N dotada de terminais (Dreno e Fonte), formando a região P (Gate ou porta) um anel em volta da região N. Se ligarmos uma bateria entre os terminais da região N circulará uma corrente limitada apenas pela resistência do material semicondutor. Porém, se polarizarmos inversamente a junção PN (Gate negativa em relação à Fonte), formar-se-á uma zona de depleção em volta da junção PN. Devido a esse fato, ficará mais estreito o canal o que equivale a um aumento da resistência interna da região N.
Zona de deplecção
VDS VGS
NOTA: Para o J-Fet canal P devemos inverter a polaridade das tensões aplicadas aos terminais.
Faculdade de Engenharia Elétrica
Ciência e Tecnologia dos Materiais
Através da Gate podemos determinar o maior ou menor fluxo de corrente entre os terminais Fonte e Dreno. Fixando o valor da tensão dreno-fonte (VDS), a corrente de dreno (ID) será função da polarização inversa do Gate que variará a espessura do canal por variação da zona de depleção.
Princípio de Funcionamento:
Para o FET funcionar, o Gate deve ser inversamente polarizado (no J-FET canal N: Gate negativo em relação à Fonte, no J-FET canal P: gate positivo em relação à Fonte), o Dreno (D) é positivo em relação à Fonte (S). A corrente dreno-fonte (IDS) ou simplesmente corrente de dreno (ID) é inversamente proporcional à tensão gate-fonte (VGS), conhecida por tensão de gate (VG). Assim se: VG ↑ ⇒ ID ↓ (isto porque a zona de depleção vai aumentar e o canal vai estreitar o que provoca um aumento de resistência e consequentemente uma diminuição da corrente) Mantendo-se constante VDS e fazendo variar VG, ID sofrerá uma certa variação e a relação ∆ID/∆VG dá-nos a transcondutância em Siemens do FET, representada por Gm.
Considerando ID como saída e VGS como entrada, o J-FET surge como uma fonte de corrente controlada por tensão.
b) MOS-FET
Os transistores de gate isolada (Mos-FET ou Ig-FET) recebem esse nome em virtude da gate ser uma película metálica (de alumínio) isolada eletricamente do canal (semicondutor) através de uma finíssima camada de óxido de silício. Um efeito semelhante ao anterior pode ser obtido com a porta totalmente isolada do canal. Este dispositivo, que usa uma camada de óxido para a isolação da porta, é denominado MOS-FET. Deve-se evitar tocar com as mãos nos terminais dos FET já que todos eles, mas especialmente os de tecnologia MOS, são sensíveis a cargas elétricas estáticas, que podem danificar permanentemente a sua estrutura interna. A sua resistência de entrada é muito elevada (da ordem dos 10^15 Ω).
Tipos de MOS-FET:
- de empobrecimento ou depleção
Tal como no J-FET um dos extremos do canal é a Fonte, e o outro o Dreno; e sobre o canal existe uma delicada capa de óxido de silício (SiO 2 ) sobre a qual é aplicada uma camada de alumínio (Al) para formar a Porta ou Gate.
R^ VDS D
RG RS
IDS
J-Fet canal N
Faculdade de Engenharia Elétrica
Ciência e Tecnologia dos Materiais
No caso do Mos-FET de canal N o dreno deve ser ligado ao positivo da bateria, e a Fonte ao negativo, sendo a gate ou porta ligada ao positivo através de um divisor de tensão destinado a fornecer a exata tensão de gate. É importante recordar que, como a resistência de entrada é infinita (já que o gate é eletricamente isolado do canal) o gate de um Mos- FET não consome qualquer corrente, daí a necessidade do divisor. Os Mos-FETs tipo depleção são semelhantes aos J- FETs, tendo aplicações semelhantes como as de amplificadores de sinais.
4.7.6 Retificador controlado de silício
Um dispositivo com duas junções de silício PN, conforme ilustrado ao lado, é denominado retificador controlado de silício (sigla SCR - Silicon Controled Rectifier ). No circuito dado, as junções externas são polarizadas diretamente e a central, inversamente. Ele pode ser considerado como a combinação de um transistor NPN com um PNP. Aplicando a lei de Kirchhoff:
Ic = αa Ia + αc Ic
Para todo o conjunto:
Ic = Ip + Ia
Resolvendo, Ic = − αa Ip / (1 − αa − αc).
Se a soma dos fatores de corrente de ambos os transistores for próxima de 1, a corrente Ic será muito grande em relação a Ip, o que ocorre na prática. Os valores de Ip são realmente muito baixos e, uma vez iniciada a condução, Ip pode ser reduzido a zero, pois o dispositivo conserva a polarização, mantendo a condução. Esses dispositivos são bastante utilizados no o controle de cargas de alta potência, como rotação de motores de corrente contínua, resistências de aquecimento, etc.
4.7.7 Termistores
Termístor (ou termistor) são resistores semicondutores sensíveis à temperatura. Existem basicamente dois tipos de termistores:
Faculdade de Engenharia Elétrica
Ciência e Tecnologia dos Materiais
a) NTC ( Negative Temperature Coefficient ) - termistores cujo coeficiente de variação de resistência com a temperatura é negativo: a resistência diminui com o aumento da temperatura. Podem ser usados como sensores de temperatura em diversas aplicações com limitador de picos de corrente ( Inrush Current Limiting Devices ), por exemplo. b) PTC ( Positive Temperature Coefficient ) - termistores cujo coeficiente de variação de resistência com a temperatura é positivo: a resistência aumenta com o aumento da temperatura. Geralmente são usados como fusíveis “resetáveis”, elementos de aquecimento, sensores de temperatura. Conforme a curva característica do termistor, o seu valor de resistência pode diminuir ou aumentar em maior ou menor grau em uma determinada faixa de temperatura. Assim alguns podem servir de proteção contra sobreaquecimento, limitando a corrente elétrica quando determinada temperatura é ultrapassada. Outra aplicação, no caso a nível industrial, é a medição de temperatura (em motores, por exemplo), pois o termistor possibilita a obtenção da variação de uma grandeza elétrica em função da temperatura em que este se encontra. A combinação de sensibilidade, estabilidade e precisão faz do termistor a melhor relação custo x benefício dentre todas as tecnologias para medição de temperatura. É aplicado em:
ar condicionado refrigeradores e freezers desumidificadores aquecedores de hidromassagem equipamentos terapêuticos chocadeiras ar condicionado automotivo
cafeteiras fornos/autoclave fritadeiras chuveiros odontológicos filtro de água encubadeiras
termostatos eletrônicos máquinas de fast food gôndolas térmicas equipamentos médicos expositores gerenciamentos de energia
4.7.8 Fotocondutores
O fotocondutor é, essencialmente, um componente semicondutor sensível à radiação, sendo a sua condutividade variável com a incidência de luz. O esquema de operação de um fotocondutor pode ser visto na figura ao lado. Um fóton de energia hv maior que o gap de energia da banda é absorvido para produzir um par elétron-lacuna, alterando conseqüentemente a condutividade elétrica do semicondutor. Quase sempre, a mudança na condutividade é medida por meio de eletrodos fixados no semicondutor. Utilizam, geralmente, uma junção PN composta por dois semicondutores que são
