Explique como acontece a polarização direta de um diodo?

Passo 1

O enunciado pede que a gente entenda o que acontece em uma junção PN quando aplicamos uma tensão de polarização direta. Para isso, vamos precisar dos conceitos de região de depleção, potencial de barreira interna e como a tensão externa afeta a difusão de portadores.

Passo 2

Em equilíbrio (sem tensão externa), na junção PN formam-se íons fixos (cargas positivas no lado N e negativas no lado P) e um potencial de barreira \,V_{bi}. Essa barreira impede que elétrons do N e lacunas (holes) do P se difundam livremente. A região de depleção resultante tem largura \,W_0 e age como um isolamento interno.

Passo 3

Ao aplicar uma tensão direta \,V_D (ânodo/P mais positivo que cátodo/N), essa tensão se soma de modo a reduzir o potencial de barreira efetivo:
V_{\text{barreira,eff}} = V_{bi} - V_D.
Quando \,V_D cresce, a largura da depleção diminui e fica mais fácil para os portadores majoritários (elétrons no N e holes no P) atravessarem a junção.

Passo 4

Com a barreira reduzida, a difusão de elétrons do N para o P e de holes do P para o N aumenta muito. O resultado é uma corrente de difusão I_D que cresce de forma exponencial com a tensão:
I_D = I_S\Bigl(e^{\frac{V_D}{V_T}} - 1\Bigr),
onde \,I_S é a corrente de saturação e \,V_T = \tfrac{kT}{q} é a tensão térmica (aprox. 25\text{ mV} a 300\text{ K}). Em silício, costuma-se considerar que a partir de V_D\approx0,7\text{ V} o diodo “liga” de vez.

Resposta

Na polarização direta, aplica-se tensão positiva no P e negativa no N, o que reduz a barreira interna e estreita a região de depleção. Isso permite que elétrons e holes se difundam em grande quantidade, gerando uma corrente que segue a lei exponencial \,I_D = I_S(e^{V_D/V_T}-1).

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