Tristes tópicos: Junção PN - Analogia ônibus & Aplicações

Analogia do ônibus

Catraca - A área de depleção da Junção PN, só permite um sentido, deve ser ultrapassada pelos passageiros para atravessar gerando um resultado (emissão de fóton no caso do LED e passagem de bit alto ou baixo no caso de Processamento de Dados.

Cobrador - Monitora e registra a passagem dos elétron (joga o fóton para cima ou registra a informação).

Passagem - Pode ser só uma carga ínfima de informação (0 e 1) ou energia para resultar na emissão de fótons no
Passageiro - Elétron se deslocando da frente do ônibus para a parte traseira

Parte Frontal do ônibus - Lugar com passageiros “querendo” passar para o fundo, com as lacunas, é o material dopado com elétrons (Material N).
Parte Traseira do Ônibus - Lugares vazios, é o material dopado com lacunas para os elétrons (Material P)
Bancos da parte traseira do ônibus - lacunas, lugares vazios que seriam equilibrados com a presença de um passageiro/elétron, que depois vão descendo para o fundo do ônibus.

Explicação da analogia

Cada elétron/passageiro que vai passar para o fundo precisa dar a passagem ao cobrador (que pode ser uma emissão de fóton, informar 1/0), que só permite a passagem da frente para trás.

A catraca representa a junção PN. Ela só permite a passagem de pessoas em um sentido (direito). Se alguém tentar passar no sentido contrário, a catraca trava.

O passageiro com a passagem representa o elétron (a carga elétrica). No contexto digital, pode ser o bit ligado (1) representando a presença de corrente.

Sentido permitido (tensão direta): os passageiros (elétrons) atravessam a catraca quando a tensão é aplicada do ânodo para o cátodo. A corrente flui.

Sentido bloqueado (tensão reversa): os passageiros tentam passar no sentido oposto, mas a catraca trava. A corrente não flui (apenas uma fuga mínima).

A catraca não permite a volta.

O que a Junção PN fez na nossa vida?

Essa Junção PN, na prática, permite utilizar essa passagem controlada de energia elétrica para transmitir informação em velocidades altíssimas, que permitiram o vídeo, a internet e os videogames.

Também permitiu a produção de luz forte sem o calor das lâmpadas antigas e de maneira portátil, como no caso das iluminações por LED.

Aplicação com exemplo do Diodo de Comutação Rápida

Analogia da catraca de ônibus para o diodo de comutação rápida

Na catraca comum, o fiscal anota a passagem dos passageiros em um caderno. Escrever à mão é lento. Se muitos passageiros tentarem passar rapidamente, o fiscal não consegue acompanhar e a fila trava.

O diodo de comutação rápida é como se fosse uma catraca equipada com um leitor eletrônico de cartões ou até de reconhecimento facial pois é muito rápido. Esse leitor registra cada passagem em milissegundos ou até menos. Não há atraso entre uma passagem e outra. Assim, a catraca pode operar em alta velocidade, permitindo que centenas de passageiros passem por segundo sem fila.

Em circuitos eletrônicos, o diodo comum demora um pouco para mudar do estado ligado (conduzindo) para desligado (bloqueado).

Essa demora é o tempo de recuperação reversa. O diodo de comutação rápida tem esse tempo muito curto, na ordem de nanossegundos. Ele é usado em fontes chaveadas, inversores e circuitos de alta frequência, onde a corrente precisa ligar e desligar milhões de vezes por segundo. O registro rápido da passagem (comutação) permite que todo o sistema funcione em alta velocidade sem travamentos.

Aplicação: Junção PN para o processamento de dados.

o Intel 4004 é um dos primeiros microcontroladores comerciais que existem (Justificativa: sendo uma tecnologia legado, tem muita informação disponível e a gente consegue fazer a produção do conteúdo usando material real)

O Intel 4004 é um chip de 4 bits, com apenas 2300 transistores, suporta 46 instruções e realiza cerca de 60 mil operações por segundo.

Aí faria uma animação com a ideia de ir e voltar nas escalas de espaço, a ideia seria sair de uma imagem da placa e ir entrando até chegar na junção PN (Placa do Computador, Chip, Die, circuito integrado visível, área de memória, matrix de transistors, transistor, Junção PN).

Fonte: https://sempreupdate.com.br/linux-no-intel-4004-primeiro-microprocessador-comercial/

Fonte: Autor, com a CPU com o 4004 sendo utilizado como Central de Processamento destacada em vermelho (Original: https://sempreupdate.com.br/linux-no-intel-4004-primeiro-microprocessador-comercial/)