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 V_\text{bi} que impede o fluxo de portadores. Essa barreira vale tipicamente cerca de \,0{,}7\text{ V} em silício ou \,0{,}3\text{ V} em germânio.

Passo 3

Ao aplicarmos uma polarização direta, ou seja, tornamos o lado P mais positivo que o lado N, a tensão externa V_D se opõe à barreira interna e a reduz. Para V_D<V_{\rm limiar} ainda há pouca condução, pois a barreira não ficou baixa o suficiente para permitir a injeção massiva de elétrons e lacunas.

Passo 4

Quando V_D atinge aproximadamente o valor de limiar V_{\rm 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 V_D provoca uma grande variação na corrente de diodo.
O comportamento exato da corrente em função da tensão 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 reversa, n o fator de idealidade (entre 1 e 2) e V_T\approx 25{,}8\text{ mV} a tensão térmica. No ponto de limiar, o termo exponencial começa a crescer rapidamente, caracterizando o “joelho” da curva I_D versus V_D.

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 V_{\rm limiar} 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 0{,}7\text{ V} no silício) e corrente controlada pela parte externa do circuito.

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