Descrever o funcionamento de um diodo polarizado diretamente.

Passo 1

O enunciado pede para descrever como um diodo se comporta quando está polarizado diretamente, ou seja, quando a tensão aplicada faz o ânodo positivo em relação ao cátodo. O conteúdo envolvido é semicondutor do tipo PN, formação de região de depleção, potencial de barreira e equação característica do diodo. Para resolver, vamos ver como a tensão aplicada altera o potencial interno, permite a injeção de portadores e gera corrente exponencial.

Passo 2

Num semicondutor do tipo PN em equilíbrio, elétrons do lado N e lacunas do lado P difundem-se para o lado oposto, criando cargas imobilizadas junto à junção e formando a região de depleção com um potencial de barreira V_b ( \approx 0,7 V em silício). Essa barreira impede o fluxo espontâneo de portadores entre as regiões.

Passo 3

Ao aplicar polarização direta, colocamos uma tensão V_D positiva no anodo (lado P) e negativa no cátodo (lado N). Isso reduz o potencial de barreira efetivo:
V_{barreira} = V_b - V_D.
Quando V_D aumenta, a largura da região de depleção diminui e o obstáculo para portadores cruzarem a junção fica menor.

Passo 4

Com a barreira reduzida, elétrons do lado N e lacunas do lado P ganham energia suficiente para atravessar a junção e recombinar-se na região oposta. Esse fluxo de portadores gera uma corrente direta I_D. Inicialmente pequena para V_D\ll V_b, ela cresce muito rápido à medida que V_D se aproxima de V_b.

Passo 5

A corrente direta segue a equação de Shockley:
I_D = I_S\bigl(e^{\,V_D/(nV_T)} - 1\bigr),
onde I_S é a corrente de saturação inversa, n o fator de idealidade ( \approx 1–2) e V_T = kT/q a tensão térmica ( \approx 25 mV a 300 K). Para V_D > 3V_T o “–1” fica desprezível e I_D cresce exponencialmente.

Passo 6

Na prática, em silício a partir de cerca de \,0{,}6 \,0{,}7,V o diodo entra em condução forte, comportando-se como um condutor de baixa resistência interna. Acima desse limite, um pequeno aumento em V_D gera grande aumento em I_D. Em regime estacionário, a queda de tensão no diodo fica quase fixa em \,0{,}7,V, enquanto a corrente varia conforme a carga no circuito.

Resposta

Em polarização direta, a tensão aplicada reduz a barreira de potencial da junção PN, estreita a região de depleção e permite que elétrons e lacunas sejam injetados e recombinem-se do outro lado, gerando corrente. Essa corrente segue a lei exponencial de Shockley
I_D = I_S\bigl(e^{\,V_D/(nV_T)} - 1\bigr),
e, em silício, o diodo conduz fortemente a partir de aproximadamente \,0{,}7,V, passando a comportar-se como um elemento de baixa resistência.

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