POLARIZAÇÕES DUMA JUNÇÃO PN

Já sabemos que um Díodo semicondutor é formado por uma junção PN.
Esta junção tem a propriedade de apresentar uma fraca resistência eléc-
trica num sentido e uma forte resistência no outro, consoante a sua polariza-
ção. Polarizar uma junção significa aplicar-lhe uma tensão exterior. Uma
junção PN que não esteja polarizada não permite a passagem de corrente,
embora contenha dois fluxos de corrente, ambos de intensidade muito dé-
bil e de sentidos opostos. Uma das correntes que flui em direcção à união
consiste na passagem casual de algumas lacunas e de alguns electrões en-
tre os dois materiais, e isto devido à proximidade da união. Devido à rotura
de enlaces covalentes, por agitação térmica, as lacunas e os electrões que
se libertam, próximo da união, espaIham-se através desta, dando lugar a
outra corrente, de direcção oposta à do caso anterior. Ao fluxo de corrente
resultante do que atrás se expôs, chama-se corrente de saturação inversa.

POLARIZAÇÃO INVERSA DE UMA JUNÇÃO PN

Se aplicarmos uma tensão constante aos terminais de um Díodo de junção, 
de forma a que o polo negativo da fonte fique ligado ao ânodo (região de tipo "P")
e o positivo fique ligado ao cátodo (região de tipo "N"), teremos aquele componente po-
larizado inversamente (ver fig. A).

Qualitativamente, verifica-se que as lacunas da região de tipo "P" são
atraídas na direcção do terminal negativo da fonte de alimentação, enquan-
to que os electrões livres da região de tipo "N" são atraídos na direcção do
terminal positivo (ver Fig. B). Resulta do exposto que muito poucos portado-
res de carga atravessam a união PN.

Fig. A — Esquema exemplificativo da polarização inversa duma junção PN {!). Circuito eléctrico corres-
pondente, representativo da polarização inversa dum Díodo (II). Símbolo eléctrico normalizado de um Dío-
do Junção (III).

Fig. B — Afastamento dos portadores de car-
ga da zona de contacto da junção PN.

Admitamos que toda a tensão aplicada aos terminais do Díodo, aparece na zona de contacto. Logo, a tensão aplicada vai reforçar o valor da Barreira de potencial, adicionando-se-lhe.
Como o potencial é agora mais elevado, os portadores maioritários vão ter mais dificuldade em se difundir para as zonas onde estão em minoria, pelo que é de esperar que a corrente seja nula. Na realidade, a corrente não é nula, embora seja muito pequena e insignificante quando comparada com a corrente obtida pela polarização directa. Esta corrente inversa é provocada pelo aumento da intensidade do campo eléctrico, motivado pela elevação da Barreira de Potencial, que consegue extrair alguns electrões e lacunas das zonas minoritárias para as zonas maioritárias. Estas correntes são da ordem dos micro-amperes.

POLARIZAÇÃO DIRECTA DE UMA JUNÇÃO PN

Neste caso, a extremidade correspondente à região de tipo "P" é ligada ao terminal + da fonte de alimentação, ligando-se a outra extremidade (região tipo "N") ao terminal
 — (ver fig.C). 

Fig. C— Esquema exemplificativo da polari-
zação directa de uma junção PN (I). Circuito
eléctrico correspondente (II). Movimento dos
portadores de carga provocada pela polarização
directa (III).

Para segurança da junção PN, coloca-se uma resistência limitadora em série com o circuito da fonte de alimentação e a junção. Nesta situação, o polo positivo da fonte de alimentação repele as lacunas da região de tipo "P", orientando-as na direcção da
zona de contacto. Por seu turno, o polo negativo da fonte repele, igualmente, os electrões da região de tipo N, orientando-os também em direcção à zona  de contacto. Devido à energia adquirida, alguns dos electrões penetram na Barreira de Potencial e combinam-se.
Isto vai a incrementar a passagem de uma corrente eléctrica ao longo da junção.

De uma maneira mais explícita, vamos continuar a admitir que toda a tensão aplicada aos terminais do Díodo aparece somente definida na zona de contacto. Consideremos dois casos:

— No primeiro, a tensão aplicada exteriormente é inferior ao valor — VO — da Barreira de Potencial. Logo, vai haver uma subtracção entre o valor destas duas tensões, pelo que a
altura da Barreira de Potencial na zona de contacto diminui. Portanto, vai haver menor oposição à difusão dos portadores maioritários de cada zona que assim se começam a difundir. Este processo designa-se como injecção de portadores minoritários, visto que
aqueles portadores vão para uma zona onde estão em minoria. À medida que
aumentamos a tensão aplicada, mais se está a favorecer tal injecção. 

Fig.  D — (I) Gráfico da diminuição da altura
da Barreira de potencial pela aplicação de uma
tensão^ directa externa de valor absoluto infe-
rior. (II) Eliminação da Barreira de potencial pela
aplicação de uma tensão directa de valor abso-
luto superior.

— No segundo caso, a tensão aplicada é, em valor absoluto, superior à tensão da Barreira de Potencial, peio que esta desaparece. Deixa de existir qualquer oposição à difusão dos por-
tadores maioritários, originando-se ainda as correntes de deriva dos portadores de carga. Aqui, o Díodo está francamente a conduzir. Se se aumentar indefinidamente a tensão de polarização directa, a passagem da corrente no elemento não aumenta sem limite,
já que é limitada pela resistência interna do cristal e pela resistência dos contactos óhmicos. 

Fig. F — (I) Característica tensão-corrente de
um Díodo de Sicílio. (II) Características tensão-
-corrente de um Díodo de Germânio.

Está, deste modo, esclarecida a razão pela qual os Díodos só começam a conduzir a partir de um determinado valor positivo da tensão directa que lhes é aplicada. Essa tensão, normal-
mente designada por tensão de limiar tem como valores típicos para os Dío-
dos de Silício e Germânio, respectivamente, 0,6 e 0,2 Volts (ver fig. F).

CARACTERÍSTICA TENSÃO-COR-RENTE DE UM DÍODO

É normal exemplificar-se o funcionamento de um Díodo através de um gráfico, onde são relacionados os correspondentes valores de tensão e corrente.

Nos gráficos da fig. F estão patentes as duas zonas de funcionamento de um Díodo: A zona de polarização directa corresponde à região onde os valores da corrente eléctrica rapidamen-
te aumentam com a elevação da tensão positiva que lhe é aplicada. Na zona de polarização inversa não se regista qualquer valor de corrente para uma dada gama de tensões negativas.

Nestes gráficos há ainda dois aspectos que convém salientar:

— Repare que a única diferença que distingue as características do Díodo de Silício do de Germânio é de que no primeiro a polarização directa inicia-se perto dos 0,6 V enquanto que no segundo começa nos 0,2 V, pelas razões já apontadas. 


— Na zona da polarização inversa, a partir de um dado valor negativo da tensão — VZ —, a correspondente corrente inversa toma valores extremamente elevados. Isso é devido a certos mecanismos próprios dos Díodos, como a multiplicação por avalanche e o eleito de Zener, que serão devidamente abordados no estudo dos Díodos com este nome. Convém que desde já fique com a noção de que para um determinado valor da tensão inversa, a corrente correspondente pode ser bastante significativa e levar mesmo à destruição do componente.

Em conclusão, podemos dizer que:

Uma Junção PN com polarização directa conduz. Se entretanto lhe for aplicada uma polarização inversa, deixa de conduzir.