Explique, justificando, como se comporta a corrente através de uma junção PN reversamente polarizada mediante: (a) uma variação da da tensão reversa (com valor absoluto inferior ao da tensão de ruptura); (b) uma variação de temperatura.
Passo 1
Beleza, vamos traduzir o exercício. A questão é sobre uma junção PN (tipo diodo) que está polarizada ao contrário (isto é, o lado P ligado ao negativo, o N ao positivo). Ela pergunta como a corrente que passa por essa junção se comporta em duas situações:
a) quando eu mexo na tensão reversa, mas sem chegar ao ponto de “quebrar” o diodo (ou seja, abaixo da tensão de ruptura);
b) quando eu mudo a temperatura.
a) quando eu mexo na tensão reversa, mas sem chegar ao ponto de “quebrar” o diodo (ou seja, abaixo da tensão de ruptura);
b) quando eu mudo a temperatura.
Conteúdo envolvido: característica I–V de um diodo (corrente direta e reversa), conceito de corrente de saturação inversa
e dependência disso tudo com a temperatura.
Para resolver vamos usar:
- A equação do diodo ideal
, que mostra a corrente em função de tensão; - A expressão que diz como
depende da temperatura:
onde
é a energia de gap do semicondutor,
a constante de Boltzmann,
a carga do elétron e
uma constante.
Passo 2
(a) Variação da tensão reversa (abaixo da ruptura)
Quando a gente aplica uma tensão negativa (reversa) ao diodo, o termo fica muito pequeno (porque
é negativo e grande em módulo). Então da equação
Quando a gente aplica uma tensão negativa (reversa) ao diodo, o termo
a parte
≃ 0 e sobra
Ou seja, a corrente é praticamente constante e igual à corrente de saturação inversa
, que vem dos portadores minoritários gerados termicamente na região de depleção. Se você aumenta a tensão reversa (sempre abaixo da ruptura), essa corrente continua quase a mesma — muda pouquinho por causa de geração extra de pares na região de depleção, mas não muda na faixa “normal”.
Passo 3
(b) Variação de temperatura
A corrente de saturação inversa cresce muito com a temperatura, porque a geração térmica de portadores aumenta. A expressão que mostra isso é:
A corrente de saturação inversa
Repara que conforme
sobe:
- Fator
faz crescer a corrente; - Exponencial
também muda, diminuindo o efeito do gap e permitindo muito mais geração de elétron-buraco.
No fim das contas, quando você esquenta o diodo,
cresce exponencialmente. Logo, a corrente reversa (que é
) aumenta bastante conforme a temperatura sobe.
Resposta
a) Para tensões reversas abaixo da ruptura, a corrente fica quase constante e igual a
.
b) Com o aumento de temperatura, cresce (segundo
), então a corrente reversa aumenta muito.
b) Com o aumento de temperatura,