Dispositivos semicondutores - polarização de junção
O termo polarização refere-se à aplicação de tensão DC para configurar certas condições operacionais. Ou quando uma fonte externa de energia é aplicada a uma junção PN, é chamada de tensão de polarização ou simplesmente polarização. Este método aumenta ou diminui o potencial de barreira da junção. Como resultado, a redução do potencial de barreira faz com que os atuais portadores retornem à região de depleção. A seguir, duas condições de polarização são aplicadas nas junções PN.
Forward Biasing - Uma tensão externa de mesma polaridade é adicionada ao potencial de barreira, o que provoca um aumento na largura da região de depleção.
Reverse Biasing - Uma junção PN é polarizada de tal forma que a aplicação da ação de tensão externa evita que os portadores de corrente entrem na região de depleção.
Polarização para frente
A figura a seguir mostra um diodo de junção PN polarizado direto com tensão externa aplicada. Você pode ver que o terminal positivo da bateria está conectado ao material P e o terminal negativo da bateria está conectado ao material N.
A seguir estão as observações -
Esta tensão de polarização repele a maioria das portadoras de corrente de cada tipo de material P e N. Como resultado, um grande número de buracos e elétrons começam a aparecer na junção.
No lado N da junção, os elétrons se movem para neutralizar os íons positivos na região de depleção.
No material do lado P, os elétrons são arrastados dos íons negativos, o que os torna neutros novamente. Isso significa que a polarização direta colapsa a região de depleção e, portanto, o potencial de barreira também. Isso significa que quando a junção PN é polarizada para frente, ela permitirá um fluxo de corrente contínuo.
A figura a seguir mostra o fluxo de portadores de corrente de um diodo polarizado direto. Um suprimento constante de elétrons está disponível devido a uma fonte de tensão externa conectada ao diodo. O fluxo e a direção da corrente são mostrados por grandes setas fora do diodo no diagrama. Observe que o fluxo de elétrons e o fluxo de corrente referem-se à mesma coisa.
A seguir estão as observações -
Suponha que os elétrons fluam através de um fio do terminal negativo da bateria para o material N. Ao entrar neste material, eles fluem imediatamente para o entroncamento.
Da mesma forma, do outro lado, um número igual de elétrons é puxado do lado P e retornado ao terminal positivo da bateria. Esta ação cria novos orifícios e faz com que eles se movam em direção à junção.
Quando esses buracos e elétrons alcançam a junção, eles se unem e efetivamente desaparecem. Como resultado, novos buracos e elétrons emergem nas extremidades externas do diodo. Essas operadoras majoritárias são criadas continuamente. Esta ação continua enquanto a fonte de tensão externa for aplicada.
Quando o diodo é polarizado diretamente, pode-se notar que os elétrons fluem por toda a estrutura do diodo. Isso é comum no material do tipo N, enquanto no material P os buracos são os portadores de corrente móvel. Observe que o movimento do buraco em uma direção deve começar pelo movimento do elétron na direção oposta. Portanto, o fluxo total de corrente é a adição de orifícios e o fluxo de elétrons através de um diodo.
Polarização reversa
A figura a seguir mostra o diodo de junção PN polarizado reverso com tensão externa aplicada. Você pode ver que o terminal positivo da bateria está conectado ao material N e o terminal negativo da bateria está conectado ao material P. Observe que, em tal arranjo, a polaridade da bateria deve se opor à polaridade do material do diodo para que cargas diferentes sejam atraídas. Conseqüentemente, os portadores de carga majoritários de cada material são arrastados para longe da junção. A polarização reversa torna o diodo não condutor.
A figura a seguir mostra o arranjo das portadoras de corrente majoritária em um diodo com polarização reversa.
A seguir estão as observações -
Devido à ação do circuito, elétrons do material N são puxados em direção ao terminal positivo da bateria.
Cada elétron que se move ou se afasta do diodo faz com que um íon positivo surja em seu lugar. Como resultado, isso causa um aumento equivalente na largura da região de depleção no lado N da junção.
O lado P do diodo tem um efeito semelhante ao lado N. Nesta ação, vários elétrons deixam o terminal negativo da bateria e entram no material tipo P.
Esses elétrons então se movem imediatamente e preenchem várias lacunas. Cada buraco ocupado então se torna um íon negativo. Esses íons, por sua vez, são repelidos pelo terminal negativo da bateria e direcionados para a junção. Devido a isso, há um aumento na largura da região de depleção do lado P da junção.
A largura total da região de depleção depende diretamente de uma fonte de tensão externa de um diodo com polarização reversa. Neste caso, o diodo não pode suportar eficientemente o fluxo de corrente através da ampla região de depleção. Como resultado, a carga potencial começa a se desenvolver através da junção e aumenta até que o potencial de barreira se iguale à tensão de polarização externa. Depois disso, o diodo se comporta como um não condutor.