Diversos tipos de dispositivos de estado sólido híbridos estão disponíveis atualmente.
Muitos deles foram projetados para operar sob condições específicas e realizar operações específicas.
Oito dos semicondutores especializados mais comuns são o JFET, o MOSFET, o tiristor, o diodo zener, o diodo emissor de luz, o fotodiodo, o LASCR e o LCD.
O transistor de junção de efeito de campo (JFET) é bastante parecido com um transistor de junção; contudo, o JFET é considerado sensível à tensão, enquanto o transistor de junção é sensível à corrente.
A Figura seguinte mostra o símbolo de um JFET.
As conexões de um JFET são a porta, que é o fio de controle, e o dreno e a fonte, que são os fios sendo controlados.
Se a tensão aplicada entre a porta e a fonte aumenta, o fluxo de corrente entre o dreno e a fonte aumenta também.
Essa relação está ilustrada na Figura abaixo.
O JFET é usado em circuitos nos quais a entrada de tensão deve controlar a saída de corrente.
Um circuito desse tipo é usado em osciloscópios e voltímetros digitais.
Outra vantagem do JFET é que ele produz um nível baixíssimo de ruído, tornando-o ideal para amplificadores com sinais de entrada fracos.
A principal desvantagem de um JFET é que ele é menos sensível a mudanças de tensão do que um transistor de junção.
O transistor de efeito de campo metal-óxido semicondutor (MOSFET) tem fonte, porta e dreno, semelhante às conexões de um JFET.
A principal diferença é que a porta é isolada do canal de corrente do dreno e da fonte.
A estrutura e o símbolo esquemático de um MOSFET estão ilustrados na Figura abaixo.
A principal vantagem de um MOSFET é que uma tensão positiva ou negativa pode ser aplicada à porta para produzir uma corrente de fluxo dreno-fonte.
Um tiristor é um semicondutor usado para fins de comutação.
Um tiristor contém quatro camadas de material semicondutor e as junções n-p como mostrado na Figura abaixo.
Em muitos casos, um tiristor pode substituir um solenoide ou relé para o controle de corrente de carga para motores.
A vantagem da comutação de carga elétrica com tiristores é que não há partes móveis, eliminando os problemas com desgaste, corrosão e arqueamento.
Existem dois tipos comuns de tiristor, o retificador controlado de silício (SCR) e o semicondutor CA de triodo (triac).
O símbolo do SCR se encontra na Figura abaixo a, enquanto o símbolo do triac é mostrado na Figura b.
O SCR ou o triac permitirão que a corrente flua após um determinado nível de sinal da porta ser alcançado.
Se o sinal da porta é removido, a corrente continua a flui através do circuito ânodo-cátodo até esse sinal ser interrompido.
Os tiristores também são chamados de dispositivo enganchados, pois depois que o semicondutor é ativado, ele permanece ligado ou “enganchado” até o restabelecimento.
Essa característica de um tiristor o torna ideal para a comutação de circuitos de aviso em aeronaves.
Por exemplo, se uma temperatura excessiva é alcançada em uma turbina por uma fração de segundo e então diminui, a luz de aviso do motor se ilumina.
A luz continua a brilhar até o piloto interromper o circuito da luz e desligar o tiristor, apagando a luz.
O tiristor possibilitou que o piloto recebesse uma indicação contínua de uma condição de aviso que existiu apenas por um breve instante.
Os tiristores também são usados para controlar grandes quantidades de fluxo de corrente para motores, aquecedores ou circuitos de iluminação.
O diodo zener também é um dispositivo popular nas aeronaves modernas.
O diodo zener, como ilustrado na Figura abaixo, conduz eletricidade apenas sob determinadas condições de tensão; assim, ele é ideal para uso em circuitos reguladores de tensão.
O diodo zener é projetado para operar na tensão de ruptura ou acima dela.
A tensão de ruptura é aquela na qual o diodo zener é condutor; abaixo dela, o zener não conduz.
O efeito avalanche é causado quando um zener alcança sua tensão de ruptura em um modo de polarização reversa.
Se o valor correto da tensão reversa (ânodo negativo, cátodo positivo) é aplicada ao zener, ele atua como uma resistência fraquíssima.
Abaixo dessa tensão, o zener oferece uma resistência alta.
O fenômeno é conhecido como efeito avalanche porque o zener oferece uma resistência quase infinita até a tensão de ruptura ser alcançada.
Nesse ponto, a resistência cai drasticamente, a quase zero (uma avalanche).
Assim como nos diodos convencionais, se a polaridade é revertida, o diodo zener não é condutor.
Diodos zener bidirecionais também aparecem em diversas aeronaves.
Esses diodos muitas vezes são conectados em paralelo com a bobina magnética de um relé ou solenoide (Figura abaixo).
Os diodos zener bidirecionais são usados para eliminar picos de tensão (transientes) criados durante a expansão ou contração do campo magnético da bobina de relés (solenoide).
Semelhante aos diodos zener, o zener bidirecional conduz corrente acima de um determinado nível de tensão.
Contudo, o zener bidirecional conduz corrente em ambas as direções ou polaridades.
O diodo emissor de luz (LED) é amplamente utilizado em instrumentos aeronáuticos e equipamentos de teste.
Os LEDs são usados como luzes indicadoras.
Um sistema de LEDs, como aquele na Figura abaixo, é utilizado para mostrar letras e números.
Os LEDs precisam de 1,5 a 2,5 V e 10 a 20 mA para produzir iluminação adequada para a maioria das aplicações.
Para que um LED seja condutor, a tensão aplicada deve ser conectada na condições de polarização direta.
A luz de um LED vem da energia emitida quando o diodo tem polarização direta.
Nesse momento, os elétrons livres viajam de um alto nível de energia para um baixo e produzem luz e calor.
Os diodos que não emitem luz gastam toda sua energia “extra” com o calor.
Os LEDs gastam quase toda a sua energia extra na luz.
As diversas cores disponíveis para LEDs são determinadas por seus elementos ativos, como gálio, fósforo e arsênico.
Atualmente, existem LEDs que produzem luz vermelha, verde, amarela, azul, laranja e infravermelha.
Os fotodiodos são semicondutores que respondem à luz.
Os diodos fotovoltaicos, ou células solares, como costumam ser chamados, produzem uma tensão CC quando expostos à luz.
Uma quantidade relativamente pequena de potência é produzida pelas células fotovoltaicas, mas com o uso da eletrônica moderna, diversas calculadoras e outros dispositivos de baixa energia podem operar usando a corrente produzida pelas células fotovoltaicas.
Fora da atmosfera terrestre, os raios do sol são muito mais fortes e ajudam a criar uma maior quantidade de energia elétrica através dos fotodiodos.
Diversos satélites modernos operam exclusivamente com a energia elétrica gerada por células fotovoltaicas.
Um SCR ativado por luz (LASCR) é um dispositivo ativado por raios de luz.
Nesse dispositivo, quando a luz é forte o suficiente, os elétrons de valência da porta se tornam elétrons livres e permitem que a corrente flua do cátodo para o ânodo.
A Figura abaixo mostra o símbolo de um LASCR.
As setas indicam a luz necessária para acionar o LASCR.
Assim como os SCRs, os LASCRs continuam a conduzir após a fonte da ativação ser removida.
Em outras palavras, depois que a fonte de luz diminuiu, o LASCR continua a oferecer baixíssima resistência (um circuito fechado).
Os termistores são dispositivos sensíveis ao calor usados em algumas aeronaves para monitorar a temperatura de determinados equipamentos elétricos.
Por exemplo, os sensores de baterias de níquel-cádmio podem usar termistores para monitorar a temperatura da bateria.
Como sugere o nome, termistor vem das palavras térmico e resistor.
Os termistores são dispositivos semicondutores que mudam a resistência à medida que sua temperatura muda.
Os termistores são formados de óxidos de metal e cobertos com um material de epóxi, vidro ou assemelhado.
Existem diversos estilos de termistores, como hastes, discos e arruelas, que são montados dentro de uma sonda de temperatura.
Os displays de cristal líquido (LCDs) são usados em diversos instrumentos de alta tecnologia em aeronaves.
Os displays podem ser configurados para formar padrões de letras e números ou até mesmo uma imagem completa.
Um LCD básico é cinza, mas muitos displays modernos empregam filtros de cor para criar imagens coloridas completas.
Os LCDs coloridos substituíram os instrumentos tradicionais na maioria das aeronaves modernas.
Os LCDs são o display preferencial nesses projetos devido a suas economias de peso e eficiências elétricas.
Os displays de cristal líquido recebem seu nome por causa do cristal líquido usado para organizar os padrões de luz dentro da unidade.
Os cristais líquidos são materiais fluídos que contêm moléculas organizadas em formas cristalinas.
As moléculas normalmente são torcidas e, logo, “dobram” a luz que passa através do cristal (ver Figura abaixo a).
Se uma tensão é aplicada ao cristal líquido, as moléculas se alinhas e a luz passa “reta” através do material (ver Figura abaixo b).
Os LCDs usam esse fenômeno para alinhar as ondas de luz com filtros polarizados.
Os filtros polarizados bloqueiam ou deixam passar a luz para formar padrões específicos no display.
A Figura abaixo mostra um exemplo típico de display de cristal líquido de 7 segmentos.
Nele, a tensão é aplicada aos segmentos individuais para formar o número 5.
Os segmentos aos quais a tensão não é aplicada são cinza-claros.
As ondas de luz passam através desses segmentos e são refletidas por um espelho montado atrás do polarizador traseiro.
Os segmentos que formam o número 5 são cinza-escuros, pois refletem a luz.
Os cristais líquidos desses displays são alinhados por uma tensão aplicada.