PARA Diodo de junção P-N é formado por dopagem de um lado de um pedaço de silício com um dopante do tipo P (Boran) e o outro lado com um dopante do tipo N (fósforo). O ge pode ser usado em vez do silício. O diodo de junção P-N é um dispositivo de dois terminais. Esta é a construção básica do diodo de junção P-N. É um dos dispositivos semicondutores mais simples, pois permite que a corrente flua em apenas uma direção. O diodo não se comporta linearmente em relação à tensão aplicada e tem uma relação exponencial V-I.

O que é um diodo de junção P-N?

Um diodo de junção P-N é uma peça de silício que possui dois terminais. Um dos terminais é dopado com material tipo P e o outro com material tipo N. A junção P-N é o elemento básico para diodos semicondutores. Um diodo semicondutor facilita o fluxo de elétrons completamente em apenas uma direção - que é a função principal do diodo semicondutor. Também pode ser usado como retificador.

Junção P-N

Teoria do Diodo de Junção PN

Existem duas regiões de operação: tipo P e tipo N. E com base na tensão aplicada, existem três condições de 'polarização' possíveis para o Diodo de Junção P-N, que são as seguintes:

Zero Bias - Nenhuma tensão externa é aplicada ao diodo de junção PN.
Polarização para frente - O potencial de tensão é conectado positivamente ao terminal tipo P e negativamente ao terminal tipo N do diodo.
Polarização inversa - O potencial de tensão é conectado negativamente ao terminal tipo P e positivamente ao terminal tipo N do diodo.

Condição de polarização zero

Nesse caso, nenhuma tensão externa é aplicada ao diodo de junção P-N e, portanto, os elétrons se difundem para o lado P e, simultaneamente, os orifícios se difundem em direção ao lado N através da junção e, em seguida, combinam-se uns com os outros. Devido a isso, um campo elétrico é gerado por esses portadores de carga. O campo elétrico se opõe à difusão posterior de portadores carregados, de modo que não há movimento na região intermediária. Esta região é conhecida como largura de depleção ou carga espacial.

Condição imparcial

Polarização para frente

Na condição de polarização direta, o terminal negativo da bateria é conectado ao material tipo N e o terminal positivo de a bateria está conectado ao material P-Type. Esta conexão também é chamada de voltagem positiva. Elétrons da região N cruzam a junção e entram na região P. Devido à força atrativa que é gerada na região P, os elétrons são atraídos e se movem em direção ao terminal positivo. Simultaneamente, os orifícios são atraídos para o terminal negativo da bateria. Pelo movimento dos elétrons e dos buracos, a corrente flui. Nessa condição, a largura da região de depleção diminui devido à redução do número de íons positivos e negativos.

Condição de polarização direta

Características V-I

Ao fornecer voltagem positiva, os elétrons obtêm energia suficiente para superar a barreira de potencial (camada de depleção) e cruzar a junção e o mesmo acontece com os buracos. A quantidade de energia exigida pelos elétrons e buracos para cruzar a junção é igual ao potencial de barreira 0,3 V para Ge e 0,7 V para Si, 1,2 V para GaAs. Isso também é conhecido como queda de tensão. A queda de tensão no diodo ocorre devido à resistência interna. Isso pode ser observado no gráfico a seguir.

Característica V-I de polarização direta

Características V-I de polarização direta

Polarização inversa

Na condição de polarização direta, o terminal negativo da bateria é conectado ao material tipo N e o terminal positivo da bateria é conectado ao material tipo P. Essa conexão também é conhecida como fornecimento de tensão positiva. Portanto, o campo elétrico devido à tensão e à camada de depleção está na mesma direção. Isso torna o campo elétrico mais forte do que antes. Devido a este forte campo elétrico, elétrons e buracos querem que mais energia atravesse a junção, de modo que não podem se difundir para a região oposta. Portanto, não há fluxo de corrente devido à falta de movimento dos elétrons e lacunas.

Camada de depleção em condição de polarização reversa

Os elétrons do semicondutor tipo N são atraídos para o terminal positivo e os buracos do semicondutor tipo P são atraídos para o terminal negativo. Isso leva à redução do número de elétrons no tipo N e lacunas no tipo P. Além disso, íons positivos são criados na região do tipo N e íons negativos são criados na região do tipo P.

Diagrama de circuito para polarização reversa

Portanto, a largura da camada de depleção é aumentada devido ao aumento do número de íons positivos e negativos.

Características V-I

Devido à energia térmica em cristal, portadores minoritários são produzidos. Portadores minoritários significam um buraco no material do tipo N e elétrons no material do tipo P. Esses portadores minoritários são os elétrons e buracos empurrados para a junção P-N pelo terminal negativo e terminal positivo, respectivamente. Devido ao movimento das portadoras minoritárias, flui muito pouca corrente, que está na faixa dos nano Ampères (para o silício). Esta corrente é chamada de corrente de saturação reversa. Saturação significa que, após atingir seu valor máximo, um estado estacionário é alcançado, em que o valor da corrente permanece o mesmo com o aumento da tensão.

A magnitude da corrente reversa é da ordem de nanoamperes para dispositivos de silício. Quando a tensão reversa aumenta além do limite, a corrente reversa aumenta drasticamente. Essa tensão específica que causa a mudança drástica na corrente reversa é chamada de tensão reversa de ruptura. A quebra do diodo ocorre por dois mecanismos: quebra da avalanche e quebra do Zener.

I = IS [exp (qV / kT) -1]
K - Constante de Boltzmann
T - Temperatura de junção (K)
(kT / q) Temperatura ambiente = 0,026V

Normalmente IS é uma corrente muito pequena aproximadamente em 10-17 ... 10-13A

Portanto, pode ser escrito como

I = IS [exp (V / 0,026) -1]

Gráfico de características V-I para polarização reversa

Aplicações do diodo de junção PN

O diodo de junção P-N tem muitas aplicações.

O diodo de junção P-N na configuração de polarização reversa é sensível à luz de uma faixa entre 400nm e 1000nm, que inclui luz VISÍVEL. Portanto, ele pode ser usado como um fotodiodo.
Também pode ser usado como célula solar.
A condição de polarização direta da junção P-N é usada em todos Aplicações de iluminação LED .
A tensão através da junção P-N polarizada é usada para criar Sensores de Temperatura e tensões de referência.
É usado em muitos circuitos ' retificadores , varactores para osciladores controlados por tensão .

Características V-I do diodo de junção P-N

O gráfico será alterado para diferentes materiais semicondutores usado na construção de um diodo de junção P-N. O diagrama abaixo descreve as mudanças.

Comparação com silício, germânio e arsineto de gálio

Comparação com silício, germânio e arseneto de gálio

“Retificador de ponte 12v ac a 12v dc ”

Isso é tudo sobre Teoria do diodo de junção P-N , princípio de funcionamento e suas aplicações. Acreditamos que as informações fornecidas neste artigo são úteis para uma melhor compreensão deste conceito. Além disso, para qualquer dúvida sobre este artigo ou qualquer ajuda na implementação projetos elétricos e eletrônicos, você pode nos abordar comentando na seção de comentários abaixo. Aqui está uma pergunta para você - Qual é a principal aplicação do diodo de junção P-N?

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