Grade 11
  1. Mecânica  1.1. dinâmicas  1.1.1. Movimento em uma dimensão  1.1.2. Movimento em duas e três dimensões  1.1.3. Deslocamento e Distância  1.1.4. Velocidade e Rapidez  1.1.5. Aceleração e desaceleração  1.1.6. Análise gráfica do movimento  1.1.7. Equações do movimento (derivações avançadas)  1.1.8. Queda livre e velocidade terminal  1.1.9. Movimento de projéteis  1.1.10. Velocidade relativa em uma e duas dimensões  1.1.11. Movimento de um carro em um plano inclinado  1.2. Dinâmica  1.2.1. As leis do movimento de Newton e suas aplicações  1.2.2. Inércia e a primeira lei de Newton  1.2.3. Força e tipos de força  1.2.4. Atrito estático e cinético  1.2.5. Movimento circular e aceleração centrípeta  1.2.6. Movimento circular não uniforme  1.2.7. Bancagem de estradas e curvas  1.2.8. Momento e Impulso  1.2.9. Conservação do momento em uma e duas dimensões  1.2.10. Aplicações da Terceira Lei de Newton  1.3. Work, Energy and Power  1.3.1. Trabalho realizado por uma força constante e variável  1.3.2. Teorema trabalho-energia  1.3.3. Energia cinética e potencial  1.3.4. Energia potencial gravitacional e elástica  1.3.5. Conservação da energia mecânica  1.3.6. Poder e potência instantânea  1.3.7. Eficiência das máquinas  1.3.8. Trabalho realizado por forças conservativas e não conservativas  1.4. Movimento rotacional  1.4.1. Torque e aceleração angular  1.4.2. Equilíbrio rotacional  1.4.3. Momento de inércia e suas aplicações  1.4.4. Momento angular e sua conservação  1.4.5. Energia cinética de movimento de rotação e rotação  1.4.6. Teorema dos Eixos Paralelos e Perpendiculares  1.4.7. Dinâmica do movimento rotacional
  2. Gravitational force  2.1. Gravitação universal  2.1.1. Lei da gravitação universal de Newton  2.1.2. Campo gravitacional e potencial  2.1.3. Mudança na aceleração devido à gravidade  2.1.4. Leis do movimento planetário de Kepler  2.1.5. Mecânica orbital e satélites  2.1.6. Velocidade de escape e velocidade orbital  2.1.7. Ausência de peso e queda livre  2.1.8. Energia potencial gravitacional e energia em órbitas  2.1.9. Buracos negros e lente gravitacional
  3. Propriedades da matéria  3.1. Mecânica dos fluidos  3.1.1. Densidade e pressão em líquidos  3.1.2. A teoria de Pascal e aplicações  3.1.3. O Princípio de Arquimedes e a flutuação  3.1.4. A equação de Bernoulli e aplicações  3.1.5. Equação de continuidade e o efeito Venturi  3.1.6. Tensão superficial e capilaridade  3.1.7. Viscosidade e Lei de Poiseuille  3.1.8. Número de Reynolds e turbulência  3.2. Elasticidade e deformação  3.2.1. Lei de Hooke e a relação tensão-deformação  3.2.2. Módulo de elasticidade e aplicações  3.2.3. Deformação e limite de escoamento de sólidos
  4. Física térmica  4.1. Calor e temperatura  4.1.1. Propriedades termométricas e escala de temperatura  4.1.2. Expansão térmica de sólidos, líquidos e gases  4.1.3. Sistema de transferência de calor  4.1.4. Capacidade calorífica específica e calorimetria  4.1.5. Calor latente e mudança de fase  4.2. Kinetic theory of gases  4.2.1. Modelo molecular dos gases  4.2.2. Explicação cinética da temperatura  4.2.3. Equação do Gás Ideal e Desvios  4.2.4. Caminho livre médio e distribuição de Maxwell-Boltzmann  4.3. Leis da Termodinâmica  4.3.1. Lei Zero e Equilíbrio Térmico  4.3.2. Primeira Lei e Energia Interna  4.3.3. A Segunda Lei e Entropia  4.3.4. Ciclo de Carnot e motores térmicos  4.3.5. Refrigeradores e Bombas de Calor
  5. Ondas e oscilações  5.1. Movimento Harmônico Simples  5.1.1. Equações do MHS  5.1.2. Energia no MHS  5.1.3. Oscilações amortecidas e forçadas  5.1.4. Ressonância e aplicações  5.1.5. Pêndulo e sistema massa-mola  5.2. Movimento ondulatório  5.2.1. Tipos de ondas mecânicas  5.2.2. Movimento das ondas e transporte de energia  5.2.3. Princípio da Superposição e Ondas Estacionárias  5.2.4. Reflexão, Refração e Difração  5.2.5. Efeito Doppler em som e luz  5.2.6. Pulsos e interferência
  6. Eletricidade e Magnetismo  6.1. Eletrostática  6.1.1. Carga elétrica e conservação  6.1.2. A lei de Coulomb e suas aplicações  6.1.3. Campo elétrico e fluxo elétrico  6.1.4. Potencial elétrico e energia potencial  6.1.5. Capacitance and Energy Stored in a Capacitor  6.2. Eletricidade Atual  6.2.1. Lei de Ohm e resistência elétrica  6.2.2. Resistência e dependência de temperatura  6.2.3. Leis de Kirchhoff e Análise de Circuitos  6.2.4. Potência elétrica e eficiência  6.2.5. Combinação de resistores  6.3. Magnetismo e Eletromagnetismo  6.3.1. Campos magnéticos e suas fontes  6.3.2. Força magnética em cargas em movimento  6.3.3. Indução eletromagnética  6.3.4. Leis de Faraday e Lenz  6.3.5. Indutância e Transformador  6.3.6. Corrente alternada e suas aplicações
  7. Óptica  7.1. Reflexão e Refração  7.1.1. leis da reflexão e refração  7.1.2. Espelhos e lentes  7.1.3. Reflexão interna total e fibra óptica  7.2. Óptica de ondas  7.2.1. Interferência e Difração  7.2.2. Experimento da dupla fenda de Young  7.2.3. Polarização da luz
  8. Física Moderna  8.1.1. Efeito fotoelétrico e a teoria de Einstein  8.1.2. Dualidade onda-partícula  8.1.3. Princípio da Incerteza de Heisenberg  8.1.4. Compton Effect  8.2. Física Atômica e Nuclear  8.2.1. Modelo atômico e níveis de energia  8.2.2. Decaimento radioativo e meia-vida  8.2.3. Fissão Nuclear e Fusão
  9. Eletrônica e Comunicação  9.1. Semicondutores  9.1.1. junção pn e diodo  9.1.2. Transistores e Portas Lógicas  9.1.3. Circuitos Integrados e Aplicações  9.2. Sistemas de Comunicação  9.2.1. Noções básicas de Comunicação Analógica e Digital  9.2.2. Comunicação Sem Fio e Óptica  9.2.3. Modulação e Demodulação

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junção pn e diodo


No campo da eletrônica e das comunicações, os semicondutores desempenham um papel vital. Entre vários dispositivos semicondutores, a junção pn se destaca como um bloco de construção básico, crucial para uma ampla gama de aplicações. Compreender a junção pn é essencial para quem se aprofunda em eletrônica, pois é o componente chave em muitos dispositivos semicondutores, como diodos, transistores, células solares e outros.

O que é um semicondutor?

Antes de mergulharmos nas junções PN e diodos, vamos esclarecer o que é um semicondutor. Semicondutores são materiais cujo nível de condutividade está entre os condutores, como metais, e isolantes, como vidro. Silício (Si) e germânio (Ge) são os semicondutores mais comumente usados. As propriedades únicas dos semicondutores os tornam ideais para controlar correntes elétricas.

Semicondutores intrínsecos e extrínsecos

Semicondutores intrínsecos

Semicondutores intrínsecos são semicondutores puros que não contêm nenhum átomo de impureza significativo. Eles têm números iguais de elétrons e lacunas (elétrons ausentes). No zero absoluto, semicondutores intrínsecos se comportam como isolantes perfeitos.

Semicondutores extrínsecos

Adicionar impurezas a um semicondutor cria um semicondutor extrínseco. Este processo é chamado de doping. Semicondutores dopados são principalmente de dois tipos: tipo p e tipo n.

Semicondutor tipo n

Nos semicondutores tipo n, a impureza adicionada tem mais elétrons do que o semicondutor. Por exemplo, adicionar fósforo (que tem cinco elétrons em sua camada externa) ao silício (que tem quatro elétrons em sua camada externa) cria um semicondutor tipo n. Os elétrons extras do átomo de fósforo fornecem portadores de carga.

Si + P → Semicondutor tipo n

Semicondutor tipo p

Nos semicondutores tipo p, a impureza adicionada tem menos elétrons do que o semicondutor. Por exemplo, adicionar boro (que tem três elétrons em sua camada externa) ao silício cria um semicondutor tipo p. Isto cria "lacunas" ou portadores de carga positiva.

Si + B → Semicondutor tipo p

Formação de Junção PN

Quando semicondutores tipo p e tipo n são reunidos, eles formam uma junção pn. Esta junção é o coração de muitos dispositivos semicondutores.

Tipo NTipo PJunção

Zona de Depleção

Na junção PN, elétrons da região tipo n se difundem na região tipo p e se recombinam com lacunas. Este processo deixa para trás íons carregados e cria uma região desprovida de portadores de carga, conhecida como a região de depleção.

Capacidade de Barreira

A região de depleção forma uma barreira potencial que impede o fluxo adicional de portadores de carga. Isso é chamado de a potencial de barreira. Para o silício, a barreira potencial típica é cerca de 0,7 volts, enquanto para o germânio é cerca de 0,3 volts.

Diodo: Usando junção pn

Um diodo é um dispositivo semicondutor que permite o fluxo de corrente principalmente em uma direção. É construído a partir de uma única junção pn e possui dois terminais: ânodo e cátodo. A característica fundamental de um diodo é que ele permite que a corrente passe apenas quando o ânodo está em um potencial maior do que o cátodo. Isto é conhecido como polarização direta.

Polarização direta

Na polarização direta, uma tensão positiva é aplicada ao material tipo p e uma tensão negativa ao material tipo n, fazendo com que a corrente flua através da junção. Nesse caso, a barreira potencial diminui, permitindo que elétrons e lacunas atravessem a junção.

Tipo NTipo Ppolarização direta+V0V

Polarização reversa

Na polarização reversa, uma tensão negativa é aplicada ao material tipo p e uma tensão positiva ao material tipo n. A região de depleção se alarga e a barreira potencial aumenta, efetivamente bloqueando o fluxo de corrente.

Tipo NTipo PPolarização reversa0V-v

Características do diodo

Um diodo possui uma curva característica conhecida como característica I-V (corrente-tensão). Na região de polarização direta, o diodo conduz corrente exponencialmente após cruzar a tensão de limiar. Na região de polarização reversa, apenas uma pequena corrente de fuga flui até a ruptura.

V_d > 0 → I ≈ I_s * (e^(V_d/nV_t) - 1)

Aqui, I_s é a corrente de saturação, V_d é a tensão do diodo, n é o fator de idealidade e V_t é a tensão térmica.

Aplicações do diodo

Diodos são usados em uma ampla gama de aplicações:

  • Retificadores: Usados para converter AC em DC.
  • Clipes e grampeadores: Usados para moldar sinais de forma de onda.
  • Multiplicador de tensão: Usado para gerar maior tensão.
  • Células solares: Usam o efeito fotovoltaico combinado com as propriedades do diodo.

Diodo Zener: Um tipo especial de diodo

O diodo Zener é projetado para permitir o fluxo de corrente na direção reversa quando a tensão excede um determinado valor conhecido como tensão de ruptura Zener. É comumente usado como regulador de tensão.

Ruptura Zener

Na condição de polarização reversa, em uma certa tensão reversa, o diodo Zener permite uma corrente significativa sem danos. Este fenômeno é conhecido como ruptura Zener.

I_z = (V_z-V_l)/R_z

Aqui, I_z é a corrente que flui através do diodo Zener, V_z é a tensão Zener, V_l é a tensão de carga, e R_z é o resistor limitador.

Diodo emissor de luz (LED)

LEDs são diodos especiais que emitem luz quando a corrente passa por eles. O comprimento de onda (e, portanto, a cor) da luz depende do material semicondutor usado.

Operação e aplicação de LED

Quando o LED é inclinado para frente, os elétrons se recombinam com as lacunas, liberando energia como luz. Os LEDs são eficientes em termos de energia e são usados em sistemas de exibição, indicadores e iluminação.

Conclusão

Compreender junções pn e diodos é muito importante no estudo da eletrônica. Os diodos desempenham funções chave em circuitos, desde controlar a direção do fluxo de corrente até regular a tensão. À medida que a tecnologia se desenvolve, as aplicações de semicondutores e diodos estão aumentando, tornando-os ainda mais importantes nos dispositivos eletrônicos de hoje.

Nesta discussão, cobrimos os fundamentos das junções pn, exploramos o funcionamento e as aplicações dos diodos e abordamos alguns tipos especiais como diodos Zener e LEDs. Cada um desses componentes desempenha um papel vital no funcionamento de circuitos eletrônicos, abrindo caminho para o avanço da tecnologia.


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junção pn e diodo

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