PRÁTICA COM QUESTÕES OFICIAIS
Questão 21 (2º dia · Grupo 1) da 2ª etapa da UFG 2006
Diodos são componentes eletrônicos, comumente representados, nos circuitos elétricos, pelo símbolo
permitindo o fluxo de elétrons apenas no sentido oposto ao indicado pela seta. Eles são construídos pela justaposição de dois semicondutores, um do tipo N, outro do tipo P. Um dispositivo semicondutor é, em geral, uma camada de silício “dopado” com átomos de outro elemento químico, que o deixa com excesso ou deficiência de cargas negativas (semicondutor tipo N ou tipo P, respectivamente), como representado a seguir:
a) Explique por que o fósforo produz um semicondutor tipo N e o boro, tipo P. (2,5 pontos)
b) Explique por que diodos conduzem corrente elétrica em um único sentido. (2,5 pontos)
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Resolução comentada
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a) O silício está no grupo 14, tem 4 elétrons de valência e faz 4 ligações covalentes com os vizinhos na rede. Isso deixa a rede eletricamente neutra, sem elétrons sobrando e sem ligações incompletas.
O fósforo está no grupo 15 e tem 5 elétrons de valência. Quatro deles formam ligações com átomos de Si. O quinto não é necessário para a ligação e fica fracamente preso ao átomo, como mostra a carga negativa na figura. Ele se move pela rede com facilidade. Há então excesso de portadores de carga negativa, e o semicondutor é do tipo N.
O boro está no grupo 13 e tem só 3 elétrons de valência. Ele faz 3 ligações com o Si, e a quarta ligação fica incompleta, com um orbital vazio. Esse orbital vazio é uma "lacuna" (buraco), que se comporta como carga positiva. Ela aceita elétrons de ligações vizinhas, e a lacuna se desloca pela rede. Há então deficiência de cargas negativas, e o semicondutor é do tipo P.
Resposta: o P tem um elétron a mais que o necessário para as ligações com o Si (tipo N). O B tem um elétron a menos e deixa uma lacuna (tipo P).
b) O diodo é a junção P–N. O lado N tem elétrons livres e o lado P tem lacunas.
Polarização direta: o lado N é ligado ao polo negativo da fonte e o lado P ao positivo. Os elétrons do N são empurrados para a junção e atravessam até o lado P, onde preenchem lacunas. A fonte repõe elétrons no N e retira elétrons do P, criando novas lacunas. Assim há portadores chegando continuamente à junção, e a corrente circula. Os elétrons vão do lado N para o lado P, que é o sentido oposto ao da seta do símbolo.
Polarização inversa: o lado N é ligado ao polo positivo e o P ao negativo. Os elétrons do N são atraídos para longe da junção, e as lacunas do P também. Forma-se uma região sem portadores de carga na junção, que fica mais larga e funciona como isolante. Praticamente não passa corrente.
Resposta: os elétrons circulam apenas do lado N para o lado P, porque só nesse sentido eles encontram lacunas na junção. No sentido contrário os portadores se afastam da junção e a corrente é bloqueada.
Assuntos: Ligação covalente e estruturas de Lewis, Estrutura do átomo, íons e isótopos.
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Fonte: UFG 2ª etapa 2006 · 2º dia · Grupo 1. Prova oficial ↗
Nos cadernos: Grupo 1, questão 21Grupo 2, questão 9