ELT009 - Aula 3 - Diodo de junção

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Eletrônica Analógica I 
ELT009 
DIODO DE JUNÇÃO 
Aula 3 
2 ELT009 - Eletrônica Analógica I Aula 3 - Diodo de Junção 
Diodo Semicondutor 
 Foram mostrados os materiais dos tipos N e P 
 Diodo 
 Formado pela simples união desses materiais 
(construídos a partir da mesma base – Si ou Ge) 
 Criando a famosa Junção PN 
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Representação esquemática de um diodo 
semicondutor 
 Nomenclatura 
 Lado P → Anodo 
 Lado N → Catodo 
 O símbolo do diodo se parece 
com uma seta 
 Aponta do lado P para o lado N (do 
anodo para o catodo) 
 A seta lembra que a corrente 
convencional circula facilmente 
do lado P para o lado N 
 
 
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Anodo 
Catodo 
Efeitos na Junção PN 
 Contato direto entre um cristal N e um cristal P. 
 Formação da Região de Depleção 
 Quando os materiais são ‘unidos’, os elétrons e as lacunas da 
região de junção se combinam, resultando na ausência de 
portadores livres na região próxima à junção 
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Região de Depleção 
 Ao cruzarem a junção, os portadores majoritários deixam atrás íons 
 Positivos no cristal N; e 
 Negativos no cristal P. 
 Cada par de íons representa um dipolo elétrico; 
 O campo elétrico associado aos dipolos contraria a difusão dos 
portadores majoritários. 
 
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A região próxima a junção fica 
vazia de portadores 
majoritários. Essa região vazia 
é chamada de camada de 
depleção 
Cristal P
Cristal N
Lacunas
Elétrons
E [V/m]
+
+
+
+
-
-
-
-
W
Região de Depleção 
Região de Depleção 
 A região de depleção atua como uma barreira à difusão de elétrons; 
 Se um elétron tiver energia suficiente ele pode romper a barreira 
potencial e entrar na região P. 
 A barreira de potencial (VT) a 25
oC é de aproximadamente 0,7 V para 
o diodo de Silício (0,3 para o diodo de Germânio) 
 
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O valor de VT depende do 
tipo de material 
semicondutor, dos níveis de 
dopagem e da temperatura. 
 
O valor de VT tem um 
coeficiente térmico negativo  
 -2 [mV/oC] para o Si 
 
Cristal P
Cristal N
Lacunas
Elétrons
E [V/m]
+
+
+
+
-
-
-
-
W
Junção PN 
Exercício 
 Qual é a barreira de potencial de um diodo de silício 
quando a temperatura da junção for de 100oC? 
 
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Se a temperatura na junção aumentar para 100oC, a barreira diminui de 
 
(100 – 25)·2mV = 150 mV = 0,15 V 
 
e a barreira de potencial passa a ser 
 
VT = 0,7 V – 0,15 V = 0,55 V 
POLARIZAÇÕES DA JUNÇÃO PN 
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Polarizações da Junção PN 
 Por ser um dispositivo de dois terminais permite três possibilidades 
de polarização: 
 Sem polarização (VD = 0V) 
 Polarização reversa (VD < 0V) 
 Polarização direta (VD > 0V) 
 
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VD 
SEM POLARIZAÇÃO 
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Sem Polarização (VD = 0V) 
 Na ausência de uma tensão de polarização, o fluxo de carga em 
qualquer sentido em um diodo é zero 
 Por exemplo, para que um portador majoritário do cristal tipo N 
(elétrons) possam migrar para se combinar com as lacunas do cristal 
P ele deve superar duas forças: 
 Atração dos íons positivos no material do tipo N 
 Repulsão dos íons negativos no material tipo P 
 
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Sem Polarização (VD = 0V) 
 Resumindo, para VD = 0V 
 Corrente em qualquer direção é zero 
 ID = 0mA 
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POLARIZAÇÃO REVERSA 
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Polarização Reversa (VD < 0V) 
 Quando: 
 Terminal positivo está conectado ao material tipo N 
 Terminal negativo está conectado ao material tipo P 
 Os portadores majoritários são atraídos nos sentidos dos terminais 
(para longe da junção) aumentando assim a camada de depleção e 
dificultando ainda mais a passagens de elétrons na junção 
 
 A camada de depleção irá 
aumentar até que sua diferença de 
potencial se iguale à tensão reversa 
aplicada 
 
 
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Polarização Reversa (VD < 0V) 
 Existe um número de portadores minoritários que penetram na 
região de depleção 
 Eles geram uma pequena corrente 
 Esta corrente existente sob condições de polarização reversa é 
chamada de corrente de saturação reversa e é representada por 
 IS [μA] 
 Saturação porque ela alcança seu valor 
máximo rapidamente 
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Resumo da polarização reversa 
 EEXT acelera portadores majoritários em 
direção oposta à região de depleção; 
 Ionização e consequente alargamento 
da região de depleção; 
 Favorecimento de circulação de uma 
corrente reversa (corrente de deriva, 
de pequeno valor) constituída de 
portadores minoritários; 
 Corrente de Saturação Reversa (IS) 
depende da temperatura. 
 Dobra a cada aumento de 10oC; 
 
 
 
 
 
 
 Polarização Reversa 
 Chave aberta 
 
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Cristal P N+P+ Cristal N
W
R
W
R
 > W
O
V
R
+-
E
EXT
Anodo Catodo
I
R
 = I
S
I
R
 = I
S
POLARIZAÇÃO DIRETA 
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Polarização Direta (VD > 0V) 
 Quando: 
 Terminal positivo está conectado ao material tipo P 
 Terminal negativo está conectado ao material tipo N 
 Potencial direto “força”: 
 Elétrons do material do tipo N a se recombinarem com as lacunas no material 
tipo P; 
 Lacunas do material do tipo P a se recombinarem com os elétrons no material 
tipo N; 
 Reduz a largura da região de depleção 
 
 
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Lembre-se que o 
sentido convencional 
da corrente é contrário 
ao movimento dos 
elétrons!!! 
Polarização Direta (VD > 0V) 
 O fluxo de portadores minoritários não muda de 
intensidade 
 Condução é controlada pelo número limitado de impurezas no 
material 
 Porém, o fluxo de portadores majoritários aumenta 
intensamente através da junção 
 
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Polarização Direta (VD > 0V) 
 Conforme VD aumenta a região de depleção diminui em 
largura e ID (corrente direta) aumenta exponencialmente Onde: 
 ID → corrente direta 
 IS →corrente de saturação reversa 
 k → constante: 11600/η 
 η = 1 para Ge 
 η = 2 para Si 
 Ou η = 1 para ambos em correntes 
muito altas 
 Tk → TC + 273
o 
 
 
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







 1e.II
DV.
SD
kT
k
Equação de 
Shockley 
Resumo da polarização direta 
 EEXT acelera portadores majoritários 
em direção à região de depleção; 
 Desionização e consequente 
diminuição da região de depleção 
até sua extinção; 
 Favorecimento de circulação de 
uma corrente direta (corrente de 
difusão) constituída de portadores 
majoritários; 
 Potencial necessário para desionizar 
a região de depleção será de 0,7V 
para o silício (0,3V  Ge); 
 
 
 
 
 
 
 
 Polarização Direta 
 Anodo → para onde 
caminham os elétrons; 
 Catodo → para onde 
caminham as lacunas 
 Chave fechada 
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Cristal P N+P+ Cristal N
W
D
W
D
 < W
O
V
D
+ -
E
EXT
Anodo Catodo
I
D
I
D
A FAMOSA CURVA DO DIODO 
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Equação 
 Expandindo a equação temos: 
 
 
 
 
 
 
1. VD 
2. ID aumenta exponencialmente, de acordo com o primeiro 
termo da equação de modo que IS pode ser desconsiderada 
3. ID diminui de forma que o segundo termo da equação, IS, será 
o valor final de ID 
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







 1e.II
DV.
SD
kT
k
S
V.
SD Ie.II
D
 kT
k
Perguntas: 
1. Qual o termo variável mais importante na equação? 
2. O que acontece quando este termo é positivo e 
aumenta? 
3. O que acontece quando este termo é negativo e diminui? 
Graficamente 
 Lembrando 
 Sem polarização (VD = 0) 
 Polarização Reversa (VD < 0) 
 Polarização Direta (VD > 0) 
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S
V.
SD Ie.II
D
 kT
k
v v v 
Graficamente 
 Lembrando 
 Sem polarização (VD = 0) 
 Polarização Reversa (VD < 0) 
 Polarização Direta (VD > 0) 
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S
V.
SD Ie.II
D
 kT
k
v v v 
Graficamente 
 Lembrando 
 Sem polarização (VD = 0) 
 Polarização Reversa (VD < 0) 
 Polarização Direta (VD > 0) 
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S
V.
SD Ie.II
D
 kT
k
v v v 
Graficamente 
 Lembrando 
 Sem polarização (VD = 0) 
 Polarização Reversa (VD < 0) 
 Polarização Direta (VD > 0) 
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S
V.
SD Ie.II
D
 kT
k
v v v 
Graficamente 
 Lembrando 
 Sem polarização (VD = 0) 
 Polarização Reversa (VD < 0) 
 Polarização Direta (VD > 0) 
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S
V.
SD Ie.II
D
 kT
k
v 
Graficamente 
 Lembrando 
 Sem polarização (VD = 0) 
 Polarização Reversa (VD < 0) 
 Polarização Direta (VD > 0) 
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S
V.
SD Ie.II
D
 kT
k
v 
Graficamente 
 Lembrando 
 Sem polarização (VD = 0) 
 Polarização Reversa (VD < 0) 
 Polarização Direta (VD > 0) 
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S
V.
SD Ie.II
D
 kT
k
Até vencer a Barreira de 
Potencial (VT) da região de 
depleção! 
Para o Silício VT  0,7 [V] @ 
25oC. 
Graficamente 
 Lembrando 
 Sem polarização (VD = 0) 
 Polarização Reversa (VD < 0) 
 Polarização Direta (VD > 0) 
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S
V.
SD Ie.II
D
 kT
k
Graficamente 
 Lembrando 
 Sem polarização (VD = 0) 
 Polarização Reversa (VD < 0) 
 Polarização Direta (VD > 0) 
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S
V.
SD Ie.II
D
 kT
k
Graficamente 
 Lembrando 
 Sem polarização (VD = 0) 
 Polarização Reversa (VD < 0) 
 Polarização Direta (VD > 0) 
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S
V.
SD Ie.II
D
 kT
k
Graficamente 
 Lembrando 
 Sem polarização (VD = 0) 
 Polarização Reversa (VD < 0) 
 Polarização Direta (VD > 0) 
 
 
 
 
 
 Observe as escalas 
 Concluindo 
 ID = f(VD); 
 
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S
V.
SD Ie.II
D
 kT
k
REGIÃO ZENER 
 
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Região Zener 
 Uma tensão reversa muito alta pode produzir um efeito de 
avalanche ou Zener 
 Há um ponto em que a aplicação de uma tensão suficientemente 
negativa resulta em uma mudança brusca na curva característica 
 A corrente aumenta a uma taxa muito rápida no sentido oposto ao 
da região de tensão positiva 
 
 Alta corrente de avalanche → 
Ruptura por avalanche 
 
 
 
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Região Zener 
 Aumentando-se a dopagem das regiões P e N a tensão de ruptura 
diminui em módulo: 
 Diodo especial → Diodo Zener (*aula futura) 
 O potencial máximo de polarização reversa que pode ser aplicado 
antes que a junção PN entre na região Zener (ruptura) é chamado de 
tensão de pico inversa ou tensão de pico reversa 
 Sigla 
 PIV – peak inverse voltage 
 PRV - peak reverse voltage 
 
 
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Silício Vs. Germânio 
 
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EFEITOS DA TEMPERATURA 
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Efeitos da Temperatura 
 Corrente de saturação reversa dobra a cada 10oC 
 100oC → IS = 0,1 mA 
 Com esse nível de corrente, já se pode contestar a condição de 
não condução na polarização reversa. 
 Contudo, no que se refere à condução 
 Quanto maior a temperatura, mais próximo 
do diodo ideal 
 Mas ainda devemos considerar potencia 
máxima 
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Efeitos da Temperatura 
 Uma temperatura muito alta pode acelerar o processo de 
ruptura 
 Ruptura pode ocorrer em duas condições 
 Tensão reversa muito alta (Zener) 
 Temperatura muito alta (Corrente de deriva 
aumenta) 
 As condições pode coexistir 
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Diodo Ideal 
 Chave fechada → Polarização Direta 
 
 
 
 
 
 
 Chave aberta → PolarizaçãoReversa 
 
 
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EXERCÍCIOS RESOLVIDOS 
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Exercício 1 
 Um diodo de silício tem uma corrente de saturação de 10 nA na 
temperatura de 25oC. Se ele opera numa faixa de temperatura de 0oC 
a 75oC, quais são os valores máximo e mínimo da corrente de 
saturação? 
 
ELT009 - Eletrônica Analógica I Aula 3 - Diodo de Junção 45 
Exercício 1 
 Um diodo de silício tem uma corrente de saturação de 10 nA na 
temperatura de 25oC. Se ele opera numa faixa de temperatura de 0oC 
a 75oC, quais são os valores máximo e mínimo da corrente de 
saturação? 
 
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IS = 10 nA @ 25
oC e que cada 10oC IS dobra 
Exercício 1 
 Um diodo de silício tem uma corrente de saturação de 10 nA na 
temperatura de 25oC. Se ele opera numa faixa de temperatura de 0oC 
a 75oC, quais são os valores máximo e mínimo da corrente de 
saturação? 
 
ELT009 - Eletrônica Analógica I Aula 3 - Diodo de Junção 47 
IS = 10 nA @ 25
oC e que cada 
10oC IS dobra, logo: 
IS = 20 nA @ 35
oC 
IS = 40 nA @ 45
oC 
IS = 80 nA @ 55
oC 
IS = 160 nA @ 65
oC 
IS = 320 nA @ 75
oC = 0,32µA 
IS = 10 nA @ 25
oC e que cada 
10oC IS dobra, logo: 
IS = 5 nA @ 15
oC 
IS = 2,5 nA @ 5
oC 
IS = 1,875 nA @ 0
oC 
Pode-se efetuar os cálculos considerando 
também que a corrente de saturação 
aumenta 7% para cada grau aumentado 
Exercício 2 
 Usando a equação de Shockley determine a corrente de 
diodo a 20oC para um diodo de silício com IS = 50nA e uma 
polarização direta aplicada de 0,6V. 
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ID = 7,2mA 
Exercício 3 
 Usando a equação de Shockley determine a corrente de 
diodo a 100oC para um diodo de silício com IS = 5µA e uma 
polarização direta aplicada de 0,6V. 
ELT009 - Eletrônica Analógica I Aula 3 - Diodo de Junção 49 
ID = 56,3 mA 
Exercício 4 
 Suponha V = 5V e que a tensão através do diodo 
seja 5V. O diodo está aberto ou em curto? 
 
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EXERCÍCIOS PROPOSTOS 
ELT009 - Eletrônica Analógica I Aula 3 - Diodo de Junção 51 
Exercícios Propostos 
 Aula3-Exercício01: (a) Usando a equação de Shockley determine a 
corrente no diodo a 20oC para um diodo de silício com IS = 0,1µA em 
um potencial de polarização reversa de -10V. (b) O resultado é o 
esperado? Por quê? 
 
 Aula3-Exercício02: (a) Usando a equação de Shockley determine a 
corrente de diodo a 20oC para um diodo de silício com IS = 50nA e 
uma polarização direta aplicada de 1V. (b) O resultado é o esperado? 
Por quê? 
 
ELT009 - Eletrônica Analógica I Aula 3 - Diodo de Junção 52