Descrever o que vem a ser efeito avalanche em um diodo zener?
Passo 1
O exercício pede para a gente descrever o que é o efeito avalanche num diodo Zener.
Conteúdo: semicondutores (junção PN), polarização reversa e fenômenos de quebra (breakdown).
O que vamos precisar:
Conteúdo: semicondutores (junção PN), polarização reversa e fenômenos de quebra (breakdown).
O que vamos precisar:
- Entender o que acontece num diodo quando está invertido (polarização reversa).
- Saber como o campo elétrico dentro da junção pode gerar novos pares elétron–lacuna.
- Conhecer o conceito de ionização por impacto (multiplicação de portadores).
Passo 2
Antes de tudo, lembra como funciona a junção PN em polarização reversa?
Quando aplicamos uma tensão negativa no anodo (e positiva no catodo) de um diodo Zener, a região de depleção fica mais larga e cria um campo elétrico muito forte. Nesse regime não circula quase corrente, só uma microcorrente de fuga .
Quando aplicamos uma tensão negativa no anodo (e positiva no catodo) de um diodo Zener, a região de depleção fica mais larga e cria um campo elétrico muito forte. Nesse regime não circula quase corrente, só uma microcorrente de fuga
Passo 3
Agora vamos ao efeito avalanche propriamente dito:
- Se aumentarmos a tensão reversa até um ponto crítico
, o campo elétrico na região de depleção fica tão intenso que os elétrons livres são acelerados com grande energia. - Esses elétrons “voam” na região e colidem com átomos de silício, liberando novos elétrons e lacunas (ionização por impacto).
- Cada elétron liberado colide de novo, gerando ainda mais pares elétron–lacuna, e assim por diante: é uma reação em cadeia, ou avalanche.
Em termos de corrente, isso aparece como uma multiplicação abrupta:
onde
é o fator de multiplicação, que cresce forte quando
ultrapassa
.
Passo 4
Por que isso é útil no diodo Zener?
Um diodo Zener é projetado para operar exatamente nessa região de avalanche controlada.
Assim que a tensão reversa atinge aproximadamente seu valor de Zener , o diodo “entra em avalanche” e mantém a tensão quase constante, mesmo que a corrente varie. Isso permite usar o Zener como regulador de tensão.
Um diodo Zener é projetado para operar exatamente nessa região de avalanche controlada.
Assim que a tensão reversa atinge aproximadamente seu valor de Zener
Passo 5
Para resumir o conteúdo teórico:
- Junção PN em reverso → campo elétrico intenso.
- Eletrons acelerados → ionização por impacto → multiplicação de portadores.
- Corrente cresce exponencialmente acima da tensão de avalanche
. - No diodo Zener essa avalanche é usada pra estabilizar tensão de saída.
Resposta
O efeito avalanche em um diodo Zener é o fenômeno de ionização por impacto que ocorre quando a tensão reversa aplicada à junção PN ultrapassa seu valor de ruptura (
). O forte campo elétrico acelera elétrons livres, que colidem com átomos do cristal, gerando novos elétrons e lacunas. Esse processo em cadeia multiplica drasticamente a corrente, permitindo que o Zener mantenha uma tensão reversa quase constante (o “tensão Zener”) mesmo com variações de corrente.