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 em silício). Essa barreira impede o fluxo espontâneo de portadores entre as regiões.
Passo 3
Ao aplicar polarização direta, colocamos uma tensão
positiva no anodo (lado P) e negativa no cátodo (lado N). Isso reduz o potencial de barreira efetivo:
Quando
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
. Inicialmente pequena para
, ela cresce muito rápido à medida que
se aproxima de
.
Passo 5
A corrente direta segue a equação de Shockley:
onde
é a corrente de saturação inversa,
o fator de idealidade (
–2) e
a tensão térmica (
mV a 300 K). Para
o “–1” fica desprezível e
cresce exponencialmente.
Passo 6
Na prática, em silício a partir de cerca de
–
,V o diodo entra em condução forte, comportando-se como um condutor de baixa resistência interna. Acima desse limite, um pequeno aumento em
gera grande aumento em
. Em regime estacionário, a queda de tensão no diodo fica quase fixa em
,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
e, em silício, o diodo conduz fortemente a partir de aproximadamente
,V, passando a comportar-se como um elemento de baixa resistência.