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ID
323386
Banca
CESPE / CEBRASPE
Órgão
STM
Ano
2011
Provas
Disciplina
Engenharia Eletrônica
Assuntos

A energia elétrica pode ser condicionada e transferida como
corrente contínua (CC) ou alternada (CA). A conversão de uma
forma em outra é feita por meio de equipamentos conversores que
utilizam dispositivos semicondutores de chaveamento. Acerca desse
tema, julgue os itens subsequentes.

Nos conversores, quando se realiza o chaveamento de cargas indutivas em alta frequência, é necessário o uso de diodos com alto tempo de recuperação reversa nos circuitos típicos.

Alternativas
Comentários
  • Em alta frequência, necessita-se de diodos com baixo tempo de recuperação reversa
  • Resumo da coisa:
    Os diodos, quando estão diretamente polarizados, armazenam uma carga na região próxima à junção. Quando se inverte a polarização do diodo, essa carga tem que sair dali, o que implica uma grande corrente inversa no diodo (ele fica conduzindo por um tempo a corrente no sentido contrário mesmo, até conseguir entrar em bloqueio). Quanto maior esse tempo (que é o tempo de recuperação reversa), menor a frequência em que tu pode chavear o diodo. É como uma capacitância parasita do diodo.
  • Explicação mais completa detalhando o funcionamento do diodo desde o início:
    O diodo mais básico é constituido dois semicondutores emendados, um tipo P e um tipo N. Tu pega o silício intrínseco (puro), que tem igual quantidade de portadores positivos e negativos (portadores são cargas elétricas livres), e dopa ele, colocando fósforo (elétron livre - vira tipo N) ou boro (elétron faltando, ou lacuna livre - vira tipo P). Tu pode usar outros materiais também pro semicondutor ou pra dopagem, e pode até fazer um diodo sem usar uma junção de semicondutores.
    Continuando, tu vai ter um material que permanece com carga elétrica nula, só que possui quantidade desequilibrada de carga elétrica LIVRE. Os portadores majoritários são os presentes em maior quantidade (para o tipo N, é o elétron; para o tipo P, é a lacuna). Os portadores minoritários existem em função da temperatura, que fica excitando os átomos e gerando pares elétron-lacuna.
    Quando tu gruda um semicondutor P e um semicondutor N um no outro, na junção entre os dois vai ocorrer um fluxo dos portadores majoritários. Os elétrons livres do lado N vão se espalhar pro lado P, e as lacunas do lado P vão se difundir pro lado N. Esses elétrons e lacunas se recombinam na junção, desaparecendo. Daí, na região da junção, ficam um monte de íons sem suas cargas elétricas livres, pois elas, por difusão, se mandaram pro outro lado onde a concentração daquele tipo de carga era muito pequena.
    Esses íons (positivos do lado N e negativos do lado P) geram um campo elétrico que contrapõe o processo de difusão (os elétrons livres no lado N querem, por difusão, se espalhar pro lado P, mas são puxados de volta pelo campo elétrico gerado pelos íons da região da junção). Quando o efeito da difusão se iguala ao efeito do campo elétrico, diz-se que se atingiu o equilíbrio térmico.
    Quando tu aplica uma tensão direta - positivo no lado P (ânodo) e negativo no lado N (cátodo) -, o campo externo vai forçar os portadores majoritários a irem em direção à junção. Isso vai devolver a alguns íons lá de perto da junção as suas cargas livres. Se esse campo externo for maior que o campo da junção, a corrente passa a fluir.
    Quando tu aplica uma tensão inversa, o campo externo vai "puxar" os portadores majoritários pra longe da junção, aumentando-se a quantidade de íons por lá, e, portanto, aumentando-se junto o campo elétrico interno. A corrente não flui.
    Apesar de eu dizer que, perto da junção, fica uma região sem cargas elétricas livres, só com íons (a camada de depleção), na real tem ainda uma pá de portadores lá ainda, só que muito menos que no resto do semicondutor. Os portadores majoritários a gente já viu como funcionam pras polarizações direta e inversa, vamos agora dar uma pensada nos portadores minoritários.
  • Para a polarização direta, um elétron que surgir longe da junção no semicondutor tipo P vai ser atraído pelo campo externo, puxando pra mais longe ainda da junção. Um elétron que surgir ainda no semicondutor tipo P, mas dentro da região de depleção, vai ser puxado pelo campo externo para longe da junção, mas, em contrapartida, vai ser empurrado para perto da junção pelo campo gerado pelos íons da própria junção. O campo elétrico gerado pelos íons da junção é nulo fora da camada de depleção, e máximo na junção propriamente dita. Assim, quanto mais perto da junção surgir o portador minoritário, mais força o campo elétrico gerado pela camada de depleção provocará nesse portador. Percebe-se, então, que, na polarização direta, existe uma distribuição de portadores minoritários que vai aumentando quando tu te aproxima da junção, pois a força líquida que puxa eles para longe dali vai diminuindo.
    Para a polarização inversa, um portador minoritário - pensemos em um elétron gerado no semicondutor tipo P - vai ser, em função do campo externo, empurrado para a junção (ligamos o negativo da bateria no P, ou ânodo, do diodo). Se esse elétron surgir dentro da camada de depleção, além de ser empurrado pelo campo externo em direção à junção, ele vai ser empurrado ainda no MESMO SENTIDO pelo campo gerado pelos íons da camada de depleção. Isso quer dizer que, para a polarização inversa, os portadores minoritários são mandados embora mais rapidamente quando surgem mais próximos da junção. O resultado é uma distribuição de portadores minoritários inversa àquela presente na polarização direta, com menor quantidade ao se aproximar da junção.
    O fluxo dos portadores minoritários corresponde a uma corrente de perdas. Chama-se corrente reversa ou corrente reversa de saturação. Mesmo com o diodo em bloqueio, existe esse fluxo de portadores minoritários. Quando maior a densidade de elétrons livres do semicondutor intrínseco (que é aquele sem dopagem, ou seja, "quanto maior a quantidade de portadores minoritários"), maior essa corrente reversa de saturação. Obviamente, ela aumenta com a temperatura, pois a agitação térmica é que fica gerando pares elétron-lacuna.
    Quando um diodo está operando em polarização direta, e é invertida a alimentação externa, tem uma porrada de portador minoritário perto da junção, e esse monte de portador minoritário vai sair dali voando porque agora existe um puta campo atuando sobre ele no sentido de jogar pro outro lado da junção. Esse processo corresponde a uma grande corrente inversa no diodo. O diodo, quando tu passa ele da polarização direta para a inversa, fica um tempo conduzindo uma corrente inversa grande, até que os portadores minoritários armazenados próximos a junção saiam dali. O tempo que isso leva para acontecer se chama "tempo de recuperação reversa". Quanto maior esse tempo, menor a frequência de chaveamento que pode ser aplicada a um diodo.