Conexão PN com polarização direta e reversa

Modo de operação do diodo com polarização reversa no nível do semicondutor

Com sua capacidade de controlar o fluxo de corrente, os diodos semicondutores são componentes fundamentais da eletrônica moderna. O diodo de junção PN é um componente importante entre os vários diodos. É formado pela combinação de material semicondutor tipo P rico em espreguiçadeiras positivas e material semicondutor tipo rico em eletrodos carregados negativamente. Compreender o comportamento do diodo de junção PN sob diferentes condições de polarização é crucial para explorar suas propriedades únicas e permitir uma ampla gama de aplicações eletrônicas.

Técnicas de polarização para diodos de junção PN

A diferença de potencial através de uma junção PN pode ser aplicada de duas maneiras. Eles são
  1. Viés direto
  2. Polarização inversa

Junção PN polarizada diretamente

Quando uma tensão externa aplicada às junções PN está em uma direção que interrompe a barreira de potencial e, assim, permite o fluxo da corrente, isso é chamado de polarização direta.
1_thumb25255b525255d-8759099 Conexão PN com polarização direta e reversa
  • Para aplicar o conceito de tensão direta, conecte o terminal positivo da bateria ao terminal negativo do tipo N conforme mostrado na figura.
  • O potencial direto aplicado cria um campo elétrico que atua próximo à superfície devido à barreira de potencial.
  • O fluxo de eletricidade pode ser explicado de duas maneiras:
    • Uma vez conectada a bateria, o terminal positivo da bateria repele os buracos e os elétrons são repelidos do terminal negativo, fazendo com que tanto os elétrons quanto os buracos sejam direcionados para a junção onde se reconectam.
    Isso faz com que o número de elétrons se desloque para a esquerda e o número de lacunas também seja eliminado, resultando em um grande desvio de corrente através do semicondutor.
    • Outra maneira de explicar o fluxo de corrente é no sentido direto. Pode-se dizer que devido à tensão externa aplicada, o potencial de barreira é reduzido, o que agora permite que mais corrente flua através da junção, como mostra a Fig.
    Aliás, vale a pena notar que a espessura da camada de depleção é reduzida pela polarização direta, como mostrado na Fig. Conexão PN com polarização direta e reversa
    W' < W Conexão PN com polarização direta e reversa Ao polarizar diretamente na conexão PN, os seguintes pontos devem ser observados:
    1. A barreira de potencial diminui e também é cancelada em uma determinada tensão direta (0,1 V a 0,3 V).
    2. O recurso fornece baixa resistência direta, RF, ao fluxo de eletricidade.
    3. Devido à formação de uma liberdade condicional com baixa resistência, a corrente flui no circuito. A força da corrente depende da tensão direta aplicada.

    Junção PN ReverAnotherased

    Quando uma tensão externa aplicada à conexão é dividida em três de forma que a barreira de potencial seja aumentada, é chamada de tensão reversa. Quando as conexões da bateria são feitas ao semicondutor e ao condutor conforme mostrado na figura, diz-se que ela está na condição de polarização reversa. 6_thumb25255b525255d-6381248Conexão PN com polarização direta e reversa
    • Neste caso, os buracos são conectados ao terminal negativo da bateria e os elétrons são conectados ao terminal positivo, então tanto os buracos quanto os elétrons se afastam da conexão e se afastam um do outro, pois não há conexão de elétrons e buracos, nenhuma corrente flui e a conexão une oferece alta resistência.
    • Outra forma de analisar o método é que, neste caso, a tensão aplicada aumenta o potencial da barreira, bloqueando o movimento da maioria dos portadores, conforme mostrado na figura.
    • Deve-se notar também que a largura da camada de barreira aumenta sob condições de tensão reversa porque a maioria dos portadores de carga são afastados da conexão. Isto também aumenta a barreira de potencial, como mostrado na FFig. mostrando.
    Conexão PN com polarização direta e reversa Conexão PN com polarização direta e reversaConexão PN com polarização direta e reversa Ao utilizar uma tensão reversa para junção PN, os seguintes pontos devem ser levados em consideração:
    1. A barreira potencial é aumentada.
    2. A conexão oferece uma resistência de bloqueio muito alta, RF, ao fluxo de eletricidade.
    3. Nenhuma corrente flui no circuito criando um caminho de alta resistência.

    Fatos sobre conexão PN com polarização direta

    Fluxo de corrente

    Sob tensão direta, uma junção PN permite o fluxo de uma corrente direta significativa. A maioria dos portadores (buracos no lado P e elétrons no lado N) cruzam facilmente a junção, resultando em condução de corrente significativa.

    queda de voltagem

    A polarização direta cria uma pequena queda de tensão no diodo de junção PN, que normalmente fica em torno de 0,7 volts para diodos de silício. Uma vez excedido o limite de tensão direta, o diodo conduz uma corrente maior enquanto mantém uma queda de tensão constante.

    Área de esgotamento

    A polarização direta reduz a largura da região de depleção na junção PN. Esta redução ocorre porque o potencial positivo aplicado ao lado P repele os portadores majoritários, minimizando assim a barreira ao fluxo de corrente.

    Baixa resistência

    A junção PN polarizada diretamente tem baixa resistência, permitindo uma condução eficiente de energia. O diodo atua como um condutor ou chave fechada quando polarizado diretamente.

    Relação corrente-tensão exponencial

    As características tensão-corrente de um diodo de junção PN polarizado diretamente seguem uma relação exponencial. Pequenas mudanças na tensão podem resultar em mudanças significativas na corrente direta.

    Fatos sobre junções PN com polarização reversa

    Bloqueio atual

    Uma polarização reversa aumenta a barreira potencial na junção PN e impede o fluxo de portadores majoritários através da junção. Isso resulta em uma corrente de fuga reversa mínima, normalmente na faixa de microamperes.

    Ampla faixa de esgotamento

    A polarização reversa expande a zona de depleção na junção PN. O aumento da diferença de potencial afasta a maioria dos portadores de carga da junção, resultando em uma área maior sem tarifas de roaming.

    Alta resistencia

    A junção PN com polarização reversa possui alta resistência, tornando-a um isolante eficaz ou uma chave aberta quando polarizada reversamente. Ele resiste ao fluxo de corrente, exceto em caso de baixa corrente de fuga.

    Quebre a tensão

    Quando a tensão reversa excede um valor crítico, a chamada tensão de ruptura, ocorre um aumento repentino na corrente na junção PN devido a uma avalanche ou quebra do zener. Esta avaria, se não for controlada, pode resultar num fluxo de corrente significativo e em potenciais danos.

    Bloqueio de tensão

    A polarização reversa permite que o diodo de junção PN atue como um bloqueador de tensão, evitando o fluxo de corrente em uma direção e protegendo contra condições de tensão reversa.

    Compreender esses fatores e características das junções PN polarizadas direta e reversamente é fundamental para projetar circuitos, selecionar diodos para aplicações específicas e garantir uma operação confiável e eficiente de semicondutores. O comportamento do diodo de junção PN sob várias condições de polarização fornece aos engenheiros e projetistas uma ferramenta versátil para controlar o fluxo de corrente e alcançar as funções desejadas do circuito.

    Conclusão

    O comportamento de um diodo de junção PN sob condições de polarização direta e reversa determina sua funcionalidade e versatilidade em aplicações eletrônicas. Ao aplicar técnicas de polarização apropriadas, os engenheiros podem manipular as propriedades do diodo, incluindo fluxo de corrente, queda de tensão e características de condução, para atender aos requisitos específicos do circuito. Este artigo tem como objetivo fornecer uma compreensão abrangente do diodo de junção PN com polarização direta e reversa e esclarecer seu comportamento, aplicações e implicações práticas. Com esse conhecimento, engenheiros e entusiastas podem aproveitar as propriedades exclusivas dos diodos de junção PN e aplicar suas habilidades em diversos dispositivos e sistemas eletrônicos.

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