Descreva o comportamento da corrente em um diodo polarizado diretamente;

Passo 1

O enunciado pede para descrever como se comporta a corrente quando um diodo de junção PN está polarizado diretamente. O conteúdo que vamos usar é a teoria do diodo semicondutor e a chamada equação característica do diodo.

Passo 2

Em polarização direta, aplicamos à junção PN uma tensão V_D de modo que o lado P fique positivo e o lado N negativo. Isso reduz a barreira de potencial da junção, permitindo que portadores (elétrons e lacunas) se difundam através dela. Para tensões V_D abaixo de certo valor de “threshold” ou “tensão de condução” (tipicamente cerca de 0,6 a 0,7,V em silício), a corrente permanece muito pequena e próxima da corrente de saturação reversa.
A relação exata entre corrente I_D e tensão V_D em polarização direta é dada pela equação do diodo:
I_D = I_S\Bigl(e^{\displaystyle \frac{V_D}{nV_T}} - 1\Bigr),
onde I_S é a corrente de saturação inversa, n é o fator de idealidade (geralmente entre 1 e 2), V_T = \dfrac{kT}{q} é a tensão térmica ( \approx 25,mV a 300,K).

Passo 3

Dessa expressão nota-se que:
  1. Para V_D \ll nV_T, o termo exponencial é próximo de 1, então
I_D \approx I_S\bigl(e^{V_D/(nV_T)} - 1\bigr)\approx I_S\,(1-1)=0,
ou seja, corrente muito pequena.
2. Para V_D\gtrsim 3\,V_T (por ex. V_D\approx0,075,V se n=1), o termo -1 fica desprezível e
I_D\approx I_S\,e^{\displaystyle \frac{V_D}{nV_T}},
logo uma pequena variação em V_D gera uma grande variação em I_D: comportamento exponencial.
Na prática, em silício, fala-se em “tensão de condução” de cerca de 0,6 0,7,V. A partir desse ponto, a corrente aumenta rapidamente (exponencialmente) com a tensão. Esse salto brusco é chamado de “joelho” da característica I,×, V.

Resposta

Em polarização direta, a corrente em um diodo é praticamente nula até a tensão aplicada se aproximar da barreira ( \approx0,6 0,7,V em silício) e, a partir daí, cresce de forma exponencial segundo
I_D = I_S\bigl(e^{V_D/(nV_T)} - 1\bigr),
fazendo com que um pequeno aumento em V_D resulte em grande aumento em I_D.

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