Fundamentos Essenciais de Dispositivos Semicondutores: 6 Conceitos-Chave que Você Deve Dominar

Dispositivos Semicondutores Diodos

Um diodo é a forma mais simples de dispositivos semicondutores consistindo de duas peças de diferentes materiais semicondutores chamados P e N. Geralmente é usado para permitir fluxo elétrico em uma direção e limitá-lo na direção oposta.

Quando os materiais tipo P e N são fundidos, você forma uma Junção PN. Precisamos fazer isso em um ambiente limpo em uma sala limpa. Ao anexar materiais com condutividade diferente, os elétrons negativos são atraídos às cargas positivas e formam uma espécie de fronteira na junção. As outras cargas similares repelem-se, levando à formação de uma região de depleção na intersecção onde o fluxo de elétrons e cargas positivas estão em equilíbrio.

O design do diodo asiático pode torná-lo polarizado diretamente ou polarizado reversamente.

Dispositivos Semicondutores – Polarização Direta

Se conectarmos o lado P ao fluxo direto, é chamado de polarização direta, e a eletricidade flui no circuito.

Dispositivos Semicondutores – Polarização Reversa

Na configuração de polarização reversa, conectamos o lado P a uma tensão mais negativa, e assim quaisquer elétrons entrantes são repelidos. Bloqueia o fluxo de eletricidade no circuito.

Dispositivos Semicondutores – Aplicação

Algumas aplicações comuns de diodos estão listadas abaixo

1. Diodo em Retificadores

Diodos ajudam no design de vários circuitos retificadores para retificar potência de CA para CC. Alguns tipos básicos de circuitos retificadores usando diodos são:

1. Meia onda

2. Onda completa com toque central

3. Ponte completa

Retificamos a corrente para CC alternando o bias do diodo durante cada meio ciclo da entrada CA. Adicionalmente, um capacitor pode ser usado nestes circuitos para evitar efeitos de ripple.

O diodo em Circuitos Clipper

Circuitos de corte ajudam a remover ruído excessivo de transmissores FM. Baseado no tipo de configuração de diodo usada, podemos classificar estes circuitos como:

1. Clipper em Série

O diodo é polarizado reversamente durante o meio ciclo positivo da tensão de entrada e polarizado diretamente para o meio ciclo negativo.

1. Clipper Shunt

O diodo atua como um interruptor neste circuito. É polarizado diretamente durante o meio ciclo positivo e funciona inversamente durante o processo negativo.

O diodo em Circuitos Clamping

Enquanto circuitos clipper removem valores de pico, um circuito clamping ajuda a deslocar um sinal de pico para o nível desejado. Também é chamado de restaurador DC ou deslocador de nível. Os tipos de circuitos clamping são:

1. Configuração de diodo positivo

Picos negativos são fixados para que caiam a um nível zero.

1. Configuração de diodo negativo

Picos positivos são fixados e feitos para cair a um nível zero.

O diodo em Portas Lógicas

Portas lógicas são usadas para realizar operações lógicas como AND, OR, NOT, NOR, XOR, etc. Aplicando o conceito de estados de impedância baixa e alta de um interruptor lógico à polarização reversa e direta, diodos podem construir todos os tipos de portas lógicas.

Lógica 1 corresponde a alta tensão e lógica 0 a uma baixa tensão. Para construir uma porta OR simples, você pode usar dois diodos com interruptores. Quando ambos interruptores estão abertos, os diodos são polarizados reversamente, e a tensão de saída é zero. Quando um interruptor é fechado, um diodo se torna polarizado diretamente, e a tensão de saída será alta.

O diodo em Circuitos de Proteção de Corrente Reversa

O diodo pode proteger o circuito da polaridade reversa da fonte de alimentação CC. Quando a conexão de potência CC está incorreta, polaridade reversa acontece, e uma grande coleção de corrente poderia fluir no circuito e causar dano. Um diodo de bloqueio em qualquer lado da entrada pode ajudar a evitar este problema pois bloqueará o fornecimento de corrente quando conectado em série com a carga. O diodo será polarizado diretamente para uma conexão adequada e polarizado reversamente para o link errado.

O diodo em Multiplicador de Tensão

Quando você cascata múltiplos diodos em um circuito retificador, você pode obter uma tensão de saída CC igual ao valor da tensão de entrada aplicada multiplicada pelo número de multiplicadores usados.

V out = V in * multiplicadores

Estes circuitos podem ser dobrador de tensão e multiplicador. Combinando um capacitor ao curso, você pode obter um múltiplo ímpar ou par da tensão de entrada como saída.

Dispositivos Semicondutores Transistores

Transistores são os precursores de muitos gadgets modernos e dispositivos eletrônicos. Eles tornaram amplificação de sinal e circuitos de comutação possíveis, tornando-os uma parte essencial de dispositivos eletrônicos.

Cada transistor consiste de três partes essenciais chamadas emissor, base e coletor. Alguns transistores podem também ter um substrato adicional para conexão com os circuitos.

Classificamos ainda de acordo com a estrutura, material ou mecanismo envolvido no transistor.

1. Transistores de Junção Bipolar (NPN e PNP)

2. Transistores de Efeito de Campo (JFET e MOSFET)

Aplicações

Transistores são usados como interruptores e amplificadores em circuitos para controlar o fluxo de corrente.

Transistores de Junção Bipolar

Geralmente cunhados como transistores de junção, BJT pode ser diferenciado baseado na configuração.

1. Em circuitos NPN, a configuração é como CBE (Coletor, Base e Emissor).

2. No caso de PNP, é EBC.

Para NPN, conecte duas camadas de material dopado N ao material dopado P do meio. Neste caso, elétrons passam do emissor para a base, e o fundo controla o número de elétrons que o emissor pode emitir.

No caso de circuitos PNP, a configuração é o oposto de NPN. Dois materiais dopados P nas extremidades com um material dopado N como base. A base ainda controla fluxos de corrente na direção oposta, mas.

Transistores de Efeito de Campo

Transistores FET funcionam um pouco diferente de BJTs. Eles consistem de pinos e têm três partes, nomeadamente gate, source e drain.

FETs de junção são uma versão mais simples de FETs usados como interruptores, amplificadores e resistores. Não precisa de corrente de polarização e funciona solely com a tensão de entrada. Estão disponíveis em dois tipos, o canal P e o canal N.

1. Canal P JFET

O fluxo de corrente acontece devido a cargas positivas ou buracos.

2. Canal N JFET

Aqui, os elétrons causam o fluxo de corrente. Estes tipos de transistores são mais populares comparados a transistores de canal P.

3. MOSFET

MOSFET significa Transistor de Efeito de Campo de Semicondutor de Óxido Metálico. É o tipo mais popular de transistor usado na maioria dos circuitos de baixa potência em tecnologias de design de chips. Como o nome implica, este dispositivo semicondutor usa terminais de gate metálicos e tem quatro terminais - os drains, source, gate, body ou substrato.

MOSFETs oferecem alta impedância de entrada e baixa impedância de saída.

Dispositivos Semicondutores Amplificadores Operacionais

Amplificadores operacionais são blocos de circuito analógico usados para fabricar circuitos de alto desempenho com componentes mínimos. Usando um sistema de feedback negativo ou positivo, Amplificadores, capacitores, filtros, etc. podem usar estes circuitos.

Eles são dispositivos lineares com propriedades similares a um amplificador CC.

Um amp-op tem três terminais importantes, entrada inversora, entrada não inversora e o terminal de saída, que pode tanto drenar quanto fornecer corrente e tensão.

Aplicações

1. Comparar Sinais

Amps Op podem comparar tensão aplicada em uma extremidade de entrada à outra entrada. Diferenças de tensão nas entradas podem causar saturação em amp-op, e se ambas tensões de entrada são da mesma magnitude, a tensão de saída será zero volts.

2. Buffer de Sinais

OpAmp configurado com configuração de feedback negativo atua como amplificador buffer de ganho unitário. Tem alta impedância de entrada para evitar problemas de carregamento de fonte de sinal, baixa impedância de saída e alto ganho de corrente.

3. Fornecer Tensões Duais

Um amp op de dupla alimentação pode receber duas tensões diferentes, uma positiva e negativa. O terminal não inversor recebe uma tensão positiva, e o terminal inversor recebe uma tensão negativa em vez de ser conectado ao terra como em um modo de alimentação única.

Amps op de dupla alimentação são mais adequados para sinais CA e podem trabalhar com níveis de tensão mais altos.

4. Amplificar Sinais

Um amp Op pode amplificar sinais de entrada baseados em tensão em seus terminais de entrada não inversora e inversora.

5. Filtrar Sinais

Um único amp-op pode fornecer filtros de um, dois ou três polos. Diferentes variações podem filtrar circuito usando um amplificador operacional. Alguns deles são:

1. Filtros passa-baixa

2. Filtros passa-alta

3. Filtros passa-banda

4. Filtros notch

5. Soma de Sinais

O circuito de mistura de áudio e similares precisam usar um amplificador operacional para somar a tensão aplicada. O ponto de soma de terra virtual do circuito amplificador inversor ajuda a somar as entradas de áudio.

Dispositivos Semicondutores Resistor

Em processos elétricos, precisamos de resistores para controlar o fluxo de elétrons e ajustar o nível de corrente para uma tensão dada. Resistores ajudam a alcançar isso. Quanto maior a resistência fornecida por um resistor, menor o fluxo de corrente será.

Aplicações

1. Transistores e LEDs

Resistores ajudam a proteger os sensíveis dispositivos semicondutores como transistores e LEDs permitindo a quantidade certa de corrente passar através dos circuitos.

2. Temporização e Frequência

Resistores, quando conectados a capacitores, podem fornecer um dispositivo de circuito controlado por tempo. Ajuda no design de cursos usados para flashes de luz e sirenes.

3. Divisor de Tensão

Ao conectar uma cadeia de resistores em um circuito em série, você pode obter a queda de tensão desejada baseada no valor de resistência dos resistores. A tensão resultante é uma proporção de resistência contribuída por cada resistor no circuito.

4. Resistores para Aquecimento

Resistores são usados em aparelhos como torradeiras, fogões elétricos e aquecedores para converter energia elétrica em energia térmica.

Dispositivos Semicondutores Capacitor

Capacitores são uma parte essencial de todos os circuitos eletrônicos. Eles podem ser carregados com corrente e podem descarregá-la toda de uma vez.

Aplicações

1. Temporização

Manipulando os intervalos de carga e descarga, capacitores podem usar em circuitos dependentes de tempo como LEDs, sistemas de alto-falantes, alarmes, e cursos que emitem bipes periódicos.

2. Suavização

Corrente de entrada CA pode ser suavizada para produzir uma saída CC usando um capacitor e muitos eletrodomésticos.

3. Acoplamento

Acoplamento de capacitor é o mecanismo pelo qual CC pode bloquear enquanto deixa apenas CA passar através de um circuito. Alto-falantes usam capacitores para alcançar este mecanismo, e podemos evitar qualquer dano causado por corrente contínua.

4. Sintonia

Capacitores variáveis são usados em sistemas de rádio para sintonizar circuitos. É feito conectando um oscilador LC a capacitores variáveis.

5. Armazenamento de Energia

Capacitores podem armazenar energia e liberá-la de uma vez, o que encontra uso em aplicações como circuitos de câmera onde um flash repentino é requerido.

Dispositivos Semicondutores Indutor

Indutores são circuitos eletrônicos passivos que armazenam energia em um campo magnético quando corrente flui através dele. A bobina de fio isolado enrolada ao redor do núcleo central faz o indutor, que é geralmente o maior componente no circuito.

Aplicações

1. Filtros

Indutores podem atuar como filtros passa-baixa, e quando combinados com capacitores e resistores, podem ser usados para criar filtros avançados em um circuito.

2. Sensores

Indutores podem detectar campos magnéticos e materiais magneticamente permeáveis sem ter que estar em contato físico com os ditos materiais. Torna-os excelentes para uso como sensores em semáforos e aplicações similares.

3. Transformadores

Quando indutores com o mesmo caminho magnético são combinados, você pode formar um transformador. Transformadores são uma parte essencial de redes de energia e fontes de alimentação.

4. Motores

Motores indutivos ajudam a converter energia elétrica em energia mecânica mais eficientemente com a ajuda de uma força magnética. Podemos usar um motor de indução com uma entrada CA para gerar um campo magnético rotativo. Motores indutivos também não requerem contato elétrico entre o rotor e a máquina, tornando-o uma escolha mais segura e confiável.

5. Armazenamento de Energia

Enquanto o indutor está alimentado, eles podem armazenar energia no campo magnético. Fontes de alimentação de modo chaveado podem usá-los, como aqueles usados em computadores pessoais.

6. Equalizador de Áudio

Equalizadores de áudio são tipos particulares de dispositivos eletrônicos que ajudam na produção musical. São usados para realçar ou cortar certas frequências para criar os efeitos sonoros requeridos.

Existem diferentes tipos de equalizadores disponíveis, os mais comuns sendo.

1. Equalizador de prateleira

2. Equalizador gráfico

3. Equalizador paramétrico

Resumo

Este artigo é uma visão geral básica de semicondutores e todos os dispositivos que eles podem fazer.

Você tem alguma dúvida? Deixe-nos saber nos comentários abaixo. Se você precisa dos serviços de Dispositivos Semicondutores, pode nos contatar. WellPCB tem mais de dez anos de experiência em fabricação de placas de circuito. Podemos discutir junto e aprender sobre eletrônica.