Noções sobre Mecanismos de Condução

O mecanismo de condução da junção pn é a base para compreensão da operação de outros dispositivos. O enfoque dado à descrição de tal mecanismo será superficial, mas suficiente para entender a operação dos diversos componentes.

Resistor

Considere um resistor de valor R. Ao aplicar uma tensão DC V com a polaridade indicada na Figura 2.2 o fluxo de eletrons (portadores negativos) provoca uma corrente I=V/R. Ao inverter a polaridade da fonte de tensão V, a corrente passa a ser  I=-V/R como está ilustrado na figura 2.2.
 

Figura 2.2

Assim sendo a característica volt-ampère do resistor é a mostrada na figura 2.3.
 

Figura 2.3
 

Junção pn

Antes de considerar a operação de uma junção pn convém relembrar os tipos de materiais usados em componentes eletrônicos:

  • Condutor - Qualquer material que suporta um fluxo de corrente “razoável” ao aplicar em seus terminais uma determinada tensão de amplitude limitada. Por exemplo, o material do resistor.
  • Isolador - É um material que apresenta baixíssimo nível de condutividade, corrente praticamente nula.
  • Semicondutor - Apresenta um nível de condutividade entre o isolador e o condutor.Os materiais semicondutores que interessam ao presente curso são os do tipo p e do tipo n.
    •      Junção pn - Diodo de Junção

    Ao fabricar um diodo de junção os dois tipos de semicondutores (n e p) são “fundidos” formando uma junção pn, como mostrado na figura que se segue:
     

     Figura 2.6

    Quando os materiais são “fundidos” alguns  eletrons (-) e  buracos ou lacunas (+) se recombinam resultando em uma região próxima à junção livre de portadores. Esta região de íons positivos e negativos “descobertos” é denominada Região de Depleção.

    Na ausência de tensão  nos terminais do diodo o fluxo total de portadores é nulo, não existindo portanto corrente.
     

        Diodo de junção com polarização reversa, VD<0 :

    Ao aplicar uma tensão com a polaridade, indicada na figura 2.7, a junção pn ou diodo de junção passa a ter uma outra distribuição de cargas.
     

    Figura 2.7

    Neste caso, o número de íons descobertos na região de depleção aumenta pois os eletrons e lacunas são atraidos, respectivamente, para os terminais (+) e (-) da fonte VD. Isto implica em aumento da largura da região de depleção, impedindo o fluxo de portadores através da junção (condição “off” ou cortado).

    O único fluxo de portadores através da junção. e portanto de corrente, que existste é o de portadores minoritários, dando origem à Corrente Reversa de Saturação, IS que tipicamente é da ordem de hA, ou seja  ID»0.
     

        Diodo de junção com polarização direta, VD³0 :

    Nas circunstâncias, a região de depleção é reduzida. Existe um fluxo apreciável de portadores majoritários (eletrons do lado n / buracos do lado p) atraidos pelos terminais (+) e (-) da fonte VD (condição ‘on” ou conduzindo).
     

    Figura 2.8
     

    Equação do diodo:

    O par de equações (2.1) a seguir traduz, matematicamente, a operação elétrica do diodo real:
     
    (2.1)

    onde, VT = tensão térmica»25mV à temperatura ambiente de 25°C.
               h é um parâmetro que depende do diodo mas, normalmente, é assumido igual a 1

    Tal par de equações corresponde à curva volt-ampère iD x vD mostrada na figura 2.9:
     

    Figura 2.9

    Convém observar que a região com polarização reversa não está em escala pois  IS é da ordem de hA.