tensão tensão -"por uma" apenas

Universidade Federal da Bahia - DEE
Dispositivos Semicondutores – ENG C41
Professora: Ana Isabela Araújo Cunha
Primeira Avaliação – Semestre 2010.1
1)
Com relação ao circuito da Fig.1(a), cujo diodo pode ser modelado pela característica exponencial

I D  I S e vD
 t

 1 ilustrada na Fig.1(b), determine:
a) A reta de carga em termos do parâmetro . (Valor: 1,5)
b) O valor de  para que no ponto de operação o erro da aproximação linear por partes da característica seja
nulo, com iD < 10 mA. (Valor: 1,5)
c) A corrente através do diodo se a fonte de corrente de 10 mA for invertida. Sabe-se que t = 50 mV.
(Valor: 1,0)
iD (A)
vD (V)
(a)
(b)
Fig.1
2)
Num retificador de onda completa em ponte, no qual os diodos são iguais e representados pelo modelo linear
por partes da Fig.2(b), as formas de onda das tensões de entrada e de saída são ilustradas na Fig.2(a).
Determine o valor deVD0 e da resistência de carga RL, sabendo que iomáx = 160 mA e que a freqüência do sinal
de entrada é 60 Hz(Valor: 3,0)
vOUT
iD (A)
vIN
V = 3 V
inclinação:
0,2 S
t
VD0
7,26509 ms
(a)
(b)
Fig.2
vD (V)
3)
Corrija as sentenças abaixo, reescrevendo-as:
3.1) Dopagem é o processo através do qual pode-se aumentar a resistividade de um material semicondutor e estabelecer
gradientes de concentração no mesmo. (Valor: 0,4)
3.2) Na dopagem tipo N são introduzidas impurezas doadoras, que são átomos de elementos trivalentes, que doam elétrons
livres, transformando-se em íons negativos. (Valor: 0,4)
3.3) No equilíbrio, a soma das concentrações de elétrons livres e lacunas num semicondutor é sempre a mesma,
independentemente da dopagem, variando apenas com a temperatura que produz geração térmica. (Valor: 0,4)
3.4) A corrente de difusão é devida a diferenças de concentração de portadores no espaço, e seu sentido convencional é da
região de maior concentração para a de menor concentração, independentemente do tipo de portador. (Valor: 0,4)
3.5) Graças às barreira de potencial, que decresce com o aumento dos níveis de dopagem de cada lado da junção PN, é
estabelecido o equilíbrio entre difusão e deriva, quando a junção encontra-se em circuito aberto. (Valor: 0,4)
3.6) Na polarização reversa de um diodo a semicondutor, a corrente é dirigida do lado N para o lado P, tem magnitude
insignificante, desde que não ocorra a ruptura da junção, é proporcional à seção transversal da junção e é praticamente
independente da tensão reversa e da temperatura. (Valor: 0,4)
3.7) O diodo semicondutor manifesta um atraso na resposta a uma transição abrupta de polarização direta para reversa,
devido às capacitâncias parasitas do componente: a de transição está relacionada à variação da carga dos portadores
majoritários de cada lado da junção, com a tensão, e a de difusão está relacionada à variação da carga dos portadores
minoritários nas bordas da região de transição, com a tensão. (Valor: 0,3)
3.8) O efeito avalanche ocorre quando o campo elétrico intenso através da região de depleção no diodo diretamente
polarizado acelera os elétrons, provocando choques com ligações covalentes, o que desencadeia a geração de novos
portadores de carga, podendo o dispositivo queimar por efeito Joule. (Valor: 0,3)
Nome: ________________________________________________________________________
250 
iD
10 mA
-
RESOLUÇÃO:
1ª questão
a) Determinemos o equivalente de Thévenin da rede vista pelo diodo
Tensão de Thévenin:
i=0
1000 
(1-)1000 
+
Vth = 250x10x10-3 = 2,5 V
Vth
250 
10 mA
-
Resistência de Thévenin: (fonte de corrente desativada = circuito aberto)
1000 
250 
(1-)1000 
Rth
Rth = 250 + (1-)1000
Reta de carga: vD = Vth – Rth.iD = 2,5 – 1000(1,25 – )iD
b) O erro de aproximação é zero no ponto (iD = 4 mA, vD = 0,75 V). No outro ponto de intersecção
das duas características, iD > 10 mA, o que seria inconsistente com o circuito, pois a fonte de
alimentação é de 10 mA.
Como este ponto deve ser o de operação, então pertence à reta de carga, logo:
0,75 = 2,5 – 1250x4x10-3  4
 = 3,25/4 = 0,8125
c) Com a fonte de corrente invertida, o diodo fica reversamente polarizado. Note que se a corrente
no diodo é desprezível, a queda de tensão em seus terminais é de -2,5 V. Assim, podemos
aproximar a corrente do diodo por: iD = -IS.
1000 
(1-)1000 
250 
iD
+
vD
10 mA
-
Para determinar IS, substituamos o ponto de
operação na equação exponencial:


4x10 3  I S e 0,75 0,05  1
IS 
3
4x10
 1,2236 x10 9 A
6
3,269 x10
Logo, iD = -1,2236 nA
2ª questão
T1 = T/2 -2t1 = 7,26509 ms
T=1/60, logo:
t1 
1 120  7,26509 x10 3
 5,3412x10
2
-4
s (instante de limiar de condução)
Para haver condução é preciso que a tensão de entrada supere as tensões de limiar de 2 diodos,
portanto:
vi(t1) = Vm.sen(t1) = 2VD0
Vm.sen(1205,3412x10-4) = 2VD0
2VD0 = 0,2Vm
A diferença entre a tensão de entrada e a de saída é a queda de tensão sobre dois diodos, logo:
2VD0 + 2rD.iomáx = V = 3 V
Como rD = 1/0,2 = 5  e iomáx = 0,16 A, então 2VD0 = 3 – 10x0,16 = 1,4 V
VD0 = 0,7 V e Vm = 7 V
vomáx = RL. iomáx = Vm - V = 7 -3 = 4 V
RL = 4/0,16 = 25 
3ª questão
As retificações foram efetuadas em vermelho:
3.1) Dopagem é o processo através do qual pode-se aumentar a condutividade de um material semicondutor e estabelecer
gradientes de concentração no mesmo. (Valor: 0,4)
3.2) Na dopagem tipo N são introduzidas impurezas doadoras, que são átomos de elementos pentavalentes, que doam
elétrons livres, transformando-se em íons positivos. (Valor: 0,4)
3.3) No equilíbrio, o produto das concentrações de elétrons livres e lacunas num semicondutor é sempre a mesma,
independentemente da dopagem, variando apenas com a temperatura que produz geração térmica. (Valor: 0,4)
3.4) A corrente de difusão é devida a diferenças de concentração de portadores no espaço, e seu sentido convencional é da
região de maior concentração para a de menor concentração, no caso das lacunas, e o contrário no caso dos elétrons.
(Valor: 0,4)
3.5) Graças às barreira de potencial, que aumenta com o aumento dos níveis de dopagem de cada lado da junção PN, é
estabelecido o equilíbrio entre difusão e deriva, quando a junção encontra-se em circuito aberto. (Valor: 0,4)
3.6) Na polarização reversa de um diodo a semicondutor, a corrente é dirigida do lado N para o lado P, tem magnitude
insignificante, desde que não ocorra a ruptura da junção, é proporcional à seção transversal da junção e é praticamente
independente da tensão reversa, porém depende fortemente da temperatura. (Valor: 0,4)
3.7) O diodo semicondutor manifesta um atraso na resposta a uma transição abrupta de polarização direta para reversa,
devido às capacitâncias parasitas do componente: a de transição está relacionada à variação da carga dos íons de
impurezas de cada lado da junção, com a tensão, e a de difusão está relacionada à variação da carga dos portadores
minoritários nas bordas da região de transição, com a tensão. (Valor: 0,3)
3.8) O efeito avalanche ocorre quando o campo elétrico intenso através da região de depleção no diodo reversamente
polarizado acelera os elétrons, provocando choques com ligações covalentes, o que desencadeia a geração de novos
portadores de carga, podendo o dispositivo queimar por efeito Joule. (Valor: 0,3)