Explicar o que acontece quando o diodo atinge a tensão de limiar estando polarizado de modo direto.
Passo 1
O enunciado pede para entendermos o que ocorre num diodo de junção quando ele está polarizado em direto e atinge sua tensão de limiar. O conteúdo aqui é a física de semicondutores aplicada ao diodo PN, e vamos precisar do conceito de barreira de potencial e da equação característica exponencial do diodo.
Passo 2
Num diodo PN em equilíbrio (sem polarização externa), forma-se uma região de depleção onde há uma barreira de potencial interno
que impede o fluxo de portadores. Essa barreira vale tipicamente cerca de
em silício ou
em germânio.
Passo 3
Ao aplicarmos uma polarização direta, ou seja, tornamos o lado P mais positivo que o lado N, a tensão externa
se opõe à barreira interna e a reduz. Para
ainda há pouca condução, pois a barreira não ficou baixa o suficiente para permitir a injeção massiva de elétrons e lacunas.
Passo 4
Quando
atinge aproximadamente o valor de limiar
, a redução da barreira é suficiente para que comece a fluir um número significativo de portadores através da junção. A partir desse ponto, uma pequena variação em
provoca uma grande variação na corrente de diodo.
O comportamento exato da corrente em função da tensão segue a equação de Shockley
O comportamento exato da corrente em função da tensão segue a equação de Shockley
onde
é a corrente de saturação reversa,
o fator de idealidade (entre 1 e 2) e
a tensão térmica. No ponto de limiar, o termo exponencial começa a crescer rapidamente, caracterizando o “joelho” da curva
versus
.
Passo 5
Acima da tensão de limiar, o diodo passa a ter uma resistência dinâmica muito baixa, de modo que o aumento de corrente provoca pouco aumento adicional de tensão. É por isso que, em circuitos práticos, costumamos modelar o diodo direto como uma fonte de tensão fixa de aproximadamente
mais uma pequena resistência série.
Resposta
Quando um diodo polarizado em direto atinge sua tensão de limiar, a barreira de potencial interna cai o suficiente para que a corrente passe a crescer exponencialmente. A partir desse ponto, o diodo entra em regime de condução forte, com tensão quase constante (cerca de
no silício) e corrente controlada pela parte externa do circuito.