Eletrônica 1

78 de 758 um único dipositivo de duas portas e caracte rística exponencial b Para uma alteração de dez vezes na corrente que mudança de tensão requer esse disposi 217 A Fig 241 mostra dois diodos com correntes de saturação reversa Is1 e Is2 conectados em série Calcule Ix Vx e Vx em função de Vr Ix e Is V 1 D D2 V02 V0 1 Figura 241 218 No circuito do Exercicio 17 desejamos aumentar Ix por um fator de 10 Que mudança deve ser feita em Vx 219 Considere o circuito mostrado na Fig 242 onde Ix 2 x 103 A Calcule Vr e Vx para Vz 05 V 08 V 1 V e 12 V Note que Vp é pouco alterado para V 08 V R 2 k2 D2 Figura 242 220 No circuito da Fig 242 a área da seção reta de D1 é aumentada por um fator de 10 Determine V2 para V 08 V e 12 V Compare os resultados com os obtidos no Exercicio 19 9 S 221 Suponha que D1 na Fig 242 deve manter uma tensão de 850 mV para la 7 V Calcule o valor de Is 222 Na Fig 243 para que valor de V o resistor R mantém uma tensão igual a V02 Suponha Ix 2 x 108 A 223 Recebemos o circuito mostrado na Fig 246 e dese jamos determinar R e V Notamos que V2 1 V 102 mA e Vox 2 Vx V 05 m A Calcule os valores de R e I i 1 T Rx 2 k D1 Figura 243 224 A Fig 244 mostra uma combinação resistordiodo em paralelo Se 1 3 x 108 A calcule V para Ix 1 mA 2 mA e 4 mA Figura 244 225 No circuito da Fig 244 desejamos que uma corrente de 05 mA flua por D quando Ix 13 mA Deter mine o valor de I 226 Na Fig 244 para que valor de I uma corrente igual a Ic 2 flui por R7 Admita I 3 x 104 A 227 Recebemos o circuito mostrado na Fig 245 e dese jamos determinar R Medidas indicam que Ix 1 mA Vv 12 V e I 2 mA V 18 V Calcule R e I I 0 ix Vx Rx D1 Figura 245 228 O circuito ilustrado na Fig 246 emprega dois diodos idênticos com IS 5 x 108 A Calcule a tensão em R para Ix 2 mA ix R1 2 kD2 Figura 246 229 No circuito da Fig 247 determine o valor de R para que uma corrente de 85 mA flua por esse resistor Suponha Is 5 x 108 A para cada doide Figura 247 230 Para o circuito da Fig 248 esboce a curva de Vx em função de I Admita a o modelo de tensão con stante b um modelo exponencial Figura 248 EXERCICS COM SPICE Nos exercícios a seguir admita Is 5 x 108 A 231 Para o circuito mostrado na Fig 249 desenhe a curva de V em função de Ix Suponha que I varie entre 0 e 2 mA Figura 249 232 Repita o Exercicio 31 para o circuito mostrado na Fig 250 onde R 1 k para que valor de Ix as correntes que fluem por C e B são iguais Figura 250 233 Usando SPICE determine o valor de R para o circuito da Fig 250 de modo que uma corrente de 1 mA flua por D2 se Ix 2 mA 234 No circuito da Fig 251 R 500 Descente a curva de V em função de V quando V varia entre 2 V e 2 V Para que valor de V as quedas de tensão em R e D são iguais Figura 251 235 No circuito da Fig 251 use SPICE para relacionar o valor de R de modo que V 07 V para V1 2 V Dizemos que o circuito limita a saida REFERENCIA 1 B Streetman and S Banerjee SolidState Electronic Devices fifth edition PrenticeHall 1999 77 de 758 Física Básica de Semicondutores 49 T 300 K b Admitindo por simplicidade que a mobilidade não se altera com a temperatura esta não é uma boa hipótese repita o item a para T 400 K 24 Com os dados do Exercício 1 repita o Exercício 3 para Ge Suponha p 3000 cmV s e p 1900 cmVs 25 A Fig 237 mostra uma barra de silício do tipo p que está sujeita a injeção de elétrons pela esquerda e de lacunas pela direita Admitindo que a seção reta tem área de 1 um determine a corrente total que flui pelo dispositivo ELÉTREONS Lacunas 5 x 10 2 x 10 Figura 237 26 No Exemplo 29 calcule o número total de schirons armazenados no material entre x 0 e x L Admita que a seção reta tem área 27 Repita o Exercício 6 para o Exemplo 210 entre x 0 e x n Compare os resultados obtidos para os perfis linear e exponencial 28 Repita o Exercício 7 para o caso em que os perfis de elétrons e de lacunas são exponenciais abruptos ou seja caiam a valores desprezíveis em x 2 um e x 0 respectivamente Fig 238 5 x 10 2 x 10 Eletros an 0 L 2 um Figura 238 29 Como você explicaria o fenômeno de deriva a um aluno do ensino médio 210 Uma junção exponga N 5 x 10 8 cm e N 4 x 10 cm 3 a Determine as concentrações de portadores majoritários e minoritários nos dois lados b Calcule o potencial interno em T 250 K 300 K e 350 K Explique a tendência 211 Devido a um erro de fabricação o lado p de uma junção p no fio dopado Se N 3 x 10 cm calcule o potencial interno em 7 300 K 212 Uma junção com N 3 x 10 cm e N 2 x 10 cm está sujeita a uma tensão de polarização reversa de 15 V a Determine a capacitância de junção por unidade de área b Por que fator N deve ser aumentado para dobrar a capacitância de junção 213 Um oscilador repete uma capacitância variável com a característica mostrada na Fig 239 Determine o valor necessário de N se N 107 cm c pF4cm 0175 013 15 05 05 Va V Figura 239 214 Considere uma junção po sob polarização direta a Para se obter uma corrente de 1 mA com uma tensão de 750 mV como deve ser escolhido o valor de 17 b Se a área da seção reta do diodo for dobrada que tensão produzirá uma corrente de 1 mA 215 A Fig 240 mostra dois diodos com correntes de saturação reversa I e I conectados em paralelo a Prove que a combinação em paralelo funciona como um dispositivo exponencial b Se a corrente total for I determine a corrente que flui em cada diodo Figura 240 216 Duas junções por idênticas são conectadas em série 48 Capítulo Dois Quando V 35 V Por isto diodos Zener com Tensão de 35 V são usados em alguns reguladores de tensão Os efeitos de ruptura Zener e de avalanche não destroem os diodos e a corrente resultante permanente abaixo de um certo limite determinado pelos níveis de dopagem e pela geometria da junção Tanto a tensão de ruptura como a máxima corrente reversa tolerada são especificadas pelo fabricante do diodo A densidade de corrente de difusão é proportional ao gradiente de concentração de portadores e dada por Jp qDpdppldx Apole Uma junção po é uma amostra de semicondutor que recebeu dopagem do tipo p em uma seção e dopagem do tipo p em uma seção adjacente A junção po pode ser considerada em três modos equilíbrio polarização reversa e polarização direta Após a formação da junção po gradientes abruptos de densidade de portadores ao longo da junção resultam em alturas corretas eletrônica de lacunas À medida que os portadores cruzam a junção deixam átomos ionizados atrás formando uma região de depleção Um campo elétrico é criado na região de depleção que por fim interrompe o fluxo de corrente Esta condição é chamada equilíbrio O campo elétrico na região de depleção resulta em um potencial interno ao longo da mesma esse poten cial é dado por A 7kTq In JoNaNc e tem valores típicos entre 700 e 800 mV Sob polarização reversa a junção transporta uma corrente desprezível e funciona como um capacitor A própria capacitância é função da tensão aplicada ao dispositivo Sob polarização direta a junção transporta uma corrente que é uma função exponencial da tensão aplicada 2 exp Vx 1 Como em geral o modelo exponencial dificulta a análise de circuitos um modelo de forma constante pode ser usado em alguns casos para se analisar a resposta do circuito com pouco esforço matemático Sob grande tensão de polarização reversa a junção pode sofrer ruptura e condzir uma corrente alta Dependendo da estrutura e dos níveis de dopagem do dispositvo pode ocorrer ruptura Zener ou de avalanche RESUMO DO CAPITULO EXERCICIOS 21 A concentração intrínseca de portadores do germânio Ge é expressa como ig m X 2127 onde Eg 066 eV a Calcule as a 300 K e 600 K e compare os resul tados com os obtidos para o silício no Exemplo 21 b Determine as concentrações de elétrons e de lacunas no Ge for dopado com P a uma dosi dade de 5 x 10 cm a Para um nível de dopagem de 10 cm calcule a corrente total que flui pelo dispositivo em T 300 K b Admitindo por simplicidade que a mobilidade não se altera com a temperatura esta não é uma boa hipótese repita o item a para T 400 K 24 Com os dados do Exercício 1 repita o Exercício 3 para Ge Suponha p 3000 cmV s e p 1900 cmVs 25 A Fig 237 mostra uma barra de silício do tipo p que está sujeita a injeção de elétrons pela esquerda e de lacunas pela direita Admitindo que a seção reta tem área de 1 um J determine a corrente total que flui pelo dispositivo 5 x 108 2 x 106 Figura 237 26 No Exemplo 29 calcule o número total de cluitrons armazenados no material entre x 0 e x L Admita que a seção reta tem área 27 Repita o Exercício 6 para o Exemplo 210 entre x 0 e x n Compare os resultados obtidos para os perfis linear e exponencial 28 Repita o Exercício 7 para o caso em que os perfis de elétrons e de lacunas são exponenciais abruptos ou seja caian a valores desprezíveis em x 2 um e x 0 respectivamente Fig 238 5 x 10 2 x 10 Eletros 0 L 2 um Figura 238 29 Como você explicaria o fenômeno de deriva a um aluno do ensino médio 210 Uma junção exponga Nr 5 x 10 cm N 4 x 10 cm 3 a Determine as concentrações de portadores majori tários e minoritários nos dois lados b Calcule o potencial interno em T 250 K 300 K e 350 K Explique a tendência 211 Devido a um erro de fabricação o lado p de uma junção p no fio dopado Se N 3 x 10 cm calcule o potencial interno em 7 300 K 212 Uma junção com N 3 x 10 cm e N 2 x 10 cm está sujeita a uma tensão de polarização reversa de 15 V a Determine a capacitância de junção por unidade de área b Por que fator N deve ser aumentado para dobrar a capacitância de junção 213 Um oscilador repete uma capacitância variável com a característica mostrada na Fig 239 Determine o valor necessário de N se N N 10 cm c1 pF4cm 0175 013 15 05 Va V Figura 239 214 Considere uma junção po sob polarização direta a Para se obter uma corrente de 1 mA com uma tenção de 750 mV como deve ser escolhido o valor de 17 b Se a área da seção reta do diodo for dobrada que teriaa produzirà uma corrente de 1 mA 215 A Fig 240 mostra dois diodos com correntes de saturação reversa I e conectados em paralelo a Prove que a combinação em paralelo funciona como um dispositivo exponencial b Se a corrente total for I determine a corrente 218 No circuito do Exercício 17 desejamos aumentar I F por um fator de 10 Que mudança deve ser feita em V F 219 Considere o circuito mostrado na Fig 242 onde I F 2 x 104 A Calcule V F e I F para V 1 05 V V 0 V 1 e 12 V Note que V F é pouco alterado para V 1 08 V 220 No circuito da Fig 242 a área da seção reta de Dx é aumentada por um fator de 10 Determine V 0 e I F para V 1 06 V e 12 V Compare os resultados com os obtidos no Exercício 19 221 Suponha que Dx na Fig 242 deve manter uma tensão de 680 mV para V 1 2 V Calcule o valor de I F 222 Na Fig 243 para que valor de V 0 o resistor R mantêm uma tensão igual a V 1 27 Suponha I x 2 x 103 A 223 Recebemos o circuito mostrado na Fig 243 e desejamos determinar R e I x Notamos que V 1 1 V I x 02 mA V 0 2 V I x 05 mA Calcule os valores de R e I x 225 No circuito da Fig 244 desejamos que uma corrente de 03mA flua por D 1 quando I x 13 mA Determine o valor de I x 226 Na Fig 244 para que valor de I x uma corrente igual a I x 7 sai por R7 Admita T p 3 x 10 4A 227 Recebemos o circuito mostrado na Fig 245 e desejamos determinar R e I x Medidas indicam que I x 10mA VF1 12 V e VF2 2mA VF1 13 V Calcule R e I x 228 O circuito ilustrado na Fig 245 emprega dois diodos idênticos com I S 5 x 109 A Calcule a tensão em R para I F 2mA 229 No circuito da Fig 247 determine o valor de R para que uma corrente de 05 mA flua por esse resistor Suponha I S 5 x 10 9 A para cada diodo 230 Para o circuito da Fig 248 esboce a curva de V out em função de I F Admita a o modelo de tensão constante b um modelo exponencial EXERCÍCIOS COM SPICE Nos exercícios a seguir admita I S 5 x 10 9 A 231 Para o circuito mostrado na Fig 249 descreva a curva de V out em função de I F Suponha que I F varie entre 0 e 2 mA 232 Repita o Exercício 31 para o circuito mostrado na Fig 250 onde R 1 kΩ Para que valores de I F as correntes que fluem por D 1 e R 1 são iguais 233 Usando SPICE determine o valor de R x no circuito da Fig 250 de modo que uma corrente de 1 mA flua por R 1 e I x 2 mA 234 No circuito da Fig 251 R x 500 kΩ Desenhe a curva de V out em função de V in quando V in varia entre 12 V e 12 V Para que valor de V in as quedas de tensão em R x e D 1 são iguais 235 No circuito da Fig 251 use SPICE para selecionar o valor de R x de modo que V out 07 V para V in 2 V Diremos que o circuito limita a saída REFERÊNCIA 1 B Streetman and S Banerjee SolidState Electronic Devices 4tth edition PrenticeHall 1999