Pois vamos tentar mostrar as verdades e os mitos sobre esses dois componentes, dando seguimento ao tópico " diodo 1N914 de germânio ". Iniciando pelos diodos semicondutores, a relação entre corrente e tensão em um diodo IDEAL é dada pela seguinte equação ( Millman, vol 1, pág 55 ):
I = Io x ( -1 + e ^ ( V / Vt )) (1)
Onde Io é a corrente de saturação reversa, V é a tensão aplicada sobre o diodo e Vt é a tensão termodinâmica k x T / q = 26 mV a 25ºC e que pode ser calculada por Vt = T / 11600 com T em Kelvin.
A corrente de saturação reversa é dada pelos parâmetros físicos do diodo, dependendo da área da junção, das concentrações dos dopantes, das constantes de difusão e comprimento de difusão dos portadores no material semicondutor.
Para valores negativos de V ( polarização reversa ) a corrente através do diodo resulta aproximadamente igual a Io e independente da tensão reversa aplicada, visto que o termo exponencial tende a zero rapidamente.
Para valores positivos, o termo exponencial cresce rapidamente, fazendo com que a corrente direta seja fortemente dependente da tensão direta aplicada.
Os diodos reais operam de forma aproximada em relação à equação ( 1 ). Primeiramente, é necessário considerar os efeitos da geração e recombinação de portadores na região de depleção, atribuindo-se um fator n que multiplica Vt, onde n se situa entre 1,0 ( germânio ) a 2,0 ( silício ). Ainda mais, passa a existir uma resistência ohmica em série com a junção PN, causada pelas junções metal-semicondutor entre os terminais externos e a pastilha semicondutora. Considerando-se esses dois efeitos, pode-se escrever uma equação inversa a ( 1 ), relacionando a tensão que aparece entre os terminais de um diodo com a corrente circulante ( Gray, pág 152 ) :
V = Rs x I + n x Vt x ln ( 1 + I / Io ) (2)
Onde Rs representa a resistência ôhmica série.
É interessante observar que, em nenhum momento, existe uma tensão de limiar explícita nas equações (1) ou (2). Vejamos o que o livro ( Gray ) diz a respeito ( págs 151 e 152 ) :
" Uma vez que os contatos metal-semicondutor em um diodo de junção são fabricados de forma que sejam ôhmicos, a tensão V nos terminais do diodo pode diferir da tensão aplicada à junção [ Vj no original ] na medida em que existam quedas de potencial nas regiões semicondutoras neutras. Essas quedas podem advir como o resultado do fluxo de corrente através dessas regiões, as quais possuem uma resistividade elétrica significativa. Sob condições de baixa injeção [ correntes pequenas ] tais que as concentrações de portadores majoritários e, assim, a resistividade [ do material semicondutor ] sejam afetadas de forma insignificante pelos portadores injetados, a queda de potencial eletrostático [ tensão ] nas regiões neutras são ôhmicas ( i.e. são proporcionais à corrente de junção I ) e podem ser representadas por meio de uma resistência série Rs. Assim, a tensão total entre os terminais [ do diodo ] V pode ser escrita como em (2). "
Mais abaixo, o texto segue :
" A curva da fig 4.20a [ a curva I x V do diodo ] está plotada em escalas que mostram a corrente reversa de saturação. Se as escalas são mudadas de forma que as correntes diretas típicas possam ser mostradas, a corrente reversa geralmente não pode ser vista ( fig 4.20b ). Ainda mais, o pequeno valor da corrente de saturação [se] comparada com os valores típicos da corrente direta, associado com a forte dependência com a tensão implícita na equação exponencial do diodo, conduz a uma aparente tensão de limiar abaixo da qual existe pouca corrente direta e acima da qual a corrente direta aumenta fortemente com a tensão [direta aplicada]. Esta tensão característica comumente fica na faixa de cerca de 0,2 V para o germânio a 0,7 V para o silício "
Observe-se que a tensão de limiar é " aparente ". Ela não existe na verdade, a não ser pela interpretação da curva I x V do diodo ao utilizar uma escala gráfica onde a corrente de saturação reversa se torna desprezível. O texto finaliza com uma declaração importante :
" À medida que a corrente direta do diodo aumenta, a parcela ôhmica em (2) finalmente aumenta mais rapidamente do que o termo logarítmico e a tensão entre os terminais do diodo é dominada pela queda resistiva nas regiões neutras. Nessa região, a curva característica do diodo resulta aproximadamente linear. "
Isso pode ser reconhecido em diodos de potência. como o 1N4007, onde a queda de tensão pode chegar a 1,1 V a 25ºC e 1,0 A de corrente direta ( datasheet ).
Em resumo :
a) a tensão de limiar não "existe" , fisicamente, no dispositivo;
b) a tensão de limiar é um valor extraído graficamente;
c) acima da tensão de limiar a corrente aumenta rapidamente à medida que a tensão direta aumenta;
d) abaixo da tensão de limiar existe corrente direta para uma polarização direta, embora ela seja pequena.
Pois eu plotei as curvas ideais para germânio e silício, usando valores reais de Io a 25º C ( 1,3 uA para Ge; 25 nA para Si ). Os resultados podem ser vistos abaixo :
As curvas são bem semelhantes às publicadas nos manuais. Em azul, a curva para Ge; em magenta, a curva para o Si. As linhas em preto esboçam o comportamento que o diodo teria se a resistência série fosse levada em conta. Pode-se ver que, aparentemente, existe uma tensão acima da qual a corrente começa a fluir. Essa tensão é cerca de 280 mV para o Ge e 700 mV para o Si. Entretanto, ao se detalhar as curvas para valores pequenos de corrente, verifica-se que esses valores não existem :
Ora, agora os valores da tensão de limiar caíram para " zero " ( Ge ) e 0,08 V ( Si ) ! E isso para correntes de cerca de 5 uA ! ( segue )
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