A Lei de Ohm (V = IR) assume resistência constante independente de tensão, corrente e tempo. Dispositivos semicondutores violam toda suposição. Este artigo detalha as não-linearidades, regimes onde Lei de Ohm ainda aproxima, e modelos que a substituem.
Violações Fundamentais
| Suposição Lei de Ohm | Realidade Semicondutor |
|---|
| V-I Linear | Exponencial (diodo), Lei quadrática (MOSFET), Por partes (BJT) |
| R Constante | Resistência dinâmica rd = dV/dI varia com polarização |
| Invariante no Tempo | Capacitâncias (Cgs, Cgd, Cj) → impedância dependente de frequência |
| Independente de Temperatura | Forte dependência T: ni² ∝ T³ e^(−Eg/kT), μ ∝ T−1,5 |
| Bilateral | Unilateral (diodo, transistor) — condução assimétrica |
Formatos V-I Específicos por Dispositivo
- Diodo PN: I = IS[e^(V/VT) − 1] — exponencial.
- BJT: IC = IS e^(VBE/VT) (ativo) — exponencial; saturação: VCE ≈ 0,2 V.
- MOSFET: Lei quadrática (canal longo) → linear (vel-sat) → sublimiar (exponencial).
- JFET: Lei quadrática (saturação) → ôhmico (triodo).
- Tiristor/Triac: Região resistência negativa (curva-S) — travamento.
Onde Lei de Ohm Se Aplica (Aproximadamente)
- Região Ôhmica MOSFET/JFET: VDS ≪ VGS − Vth → canal age como resistor controlado por tensão RDS(on).
- Análise Pequeno Sinal: Linearize ao redor do ponto-Q: v = i × rd. Válido para ΔV < 10–20 mV.
- Regiões Fortemente Dopadas: Contatos, difusões source/drain, silicieto — comportam como resistores.
- Resistências Parasitas em Série: RS, RD, RG em modelos — parasitas ôhmicos.
Modelos que Substituem Lei de Ohm
- Modelos SPICE: BSIM-CMG (FinFET), BSIM4 (MOSFET planar), HICUM (BJT), VBIC — baseados em física, 100+ parâmetros.
- Comportamentais/Verilog-A: Baseados em equações para simulação rápida.
- Linearização por Partes (PWL): Segmentos aproximam curvas — usados em simuladores chaveamento (SIMPLIS).
- EKV / ACM: Modelos unificados controle de carga válidos de inversão fraca a forte.
Regra Prática de Projeto
Nunca escreva "R = V/I" para terminal de semicondutor em esquemático. Use símbolo correto (diodo, MOSFET, BJT) e deixe simulador aplicar modelo não-linear correto. Reserve "R" para resistores e parasitas ôhmicos apenas.
