Diodos Y Transistores

MATERIA: ELECTRÓNICA DE POTENCIA

Diodos y Transistores

Contenido

1. El DIODO 4

1.1 Historia del Diodo 4

1.2 El Diodo Rectificador 6

1.2.1 Principio de Operación 7

1.2.2 Región de empobrecimiento 7

1.2.3 La unión P-N polarizada en directa 8

1.2.4 La unión P-N polarizada inversamente 8

1.3 El Diodo Zener 9

1.3.1 Características del Diodo Zener 10

1.4 El Diodo PIN 10

1.4.1 Fotodiodo PIN 12

1.5 Diodo Schottky 12

1.5.1 Funcionamiento 13

1.5.2 Características 13

1.5.3 Aplicaciones 14

1.6 Diodo LED 14

1.6.1 Funcionamiento del LED 15

1.7 Diodo Varactor o Varicap 15

2. TRANSISTORES 17

2.1 Historia de los Transistores 17

2.2 Transistor de unión bipolar (BJT) 19

2.2.1 Zonas de operación del BJT 20

2.3 Transistor de efecto de Campo (de unión FET) 22

2.3.1 Explicación de la combinación de portadores 24

2.3.2 Explicación de sus elementos o terminales 25

2.3.3 Fundamento de transistores de efecto de campo 26

2.3.4 Zonas de funcionamiento del transistor de efecto de campo (FET) 26

2.3.5 Zona de Corte 27

2.4 Transistor de Efecto de Campo, de Metal-Óxido-Semiconductor (MOSFET) 27

2.4.1 Funcionamiento 29

2.4.2 Estructura MOSFET y formación del canal 30

2.4.3 Modos de operación 32

2.5 Fototransistor 35

3. Ejercicios resueltos 37

1. El DIODO

1.1 Historia del Diodo

Un diodo es un componente electrónico de dos terminales que permite la circulación de la corriente eléctrica a través de él en un solo sentido. Este término generalmente se usa para referirse al diodo semiconductor, el más común en la actualidad; consta de una pieza de cristal semiconductor conectada a dos terminales eléctricos. El diodo de vacío (que actualmente ya no se usa, excepto para tecnologías de alta potencia) es un tubo de vacío con dos electrodos: una lámina como ánodo, y un cátodo.

De forma simplificada, la curva característica de un diodo (I-V) consta de dos regiones: por debajo de cierta diferencia de potencial, se comporta como un circuito abierto (no conduce), y por encima de ella como un circuito cerrado con una resistencia eléctrica muy pequeña. Debido a este comportamiento, se les suele denominar rectificadores, ya que son dispositivos capaces de suprimir la parte negativa de cualquier señal, como paso inicial para convertir una corriente alterna en corriente continua. Su principio de funcionamiento está basado en los experimentos de Lee De Forest.

Los primeros diodos eran válvulas o tubos de vacío, también llamados válvulas termoiónicas estaban constituidos por dos electrodos rodeados de vacío en un tubo de cristal, con un aspecto similar al de las lámparas incandescentes. El invento fue desarrollado en 1904 por John Ambrose Fleming, empleado de la empresa Marconi, basándose en observaciones realizadas por Thomas Alva Edison.

Al igual que las lámparas incandescentes, los tubos de vacío tienen un filamento (el cátodo) a través del cual circula la corriente, calentándolo por efecto Joule. El filamento está tratado con óxido de bario, de modo que al calentarse emite electrones al vacío circundante los cuales son conducidos electrostáticamente hacia una placa, curvada por un muelle doble, cargada positivamente (elánodo), produciéndose así la conducción. Evidentemente, si el cátodo no se calienta, no podrá ceder electrones. Por esa razón, los circuitos que utilizaban válvulas de vacío requerían un tiempo para que las válvulas se calentaran antes de poder funcionar y las válvulas se quemaban con mucha facilidad.

Aunque el diodo semiconductor de estado sólido se popularizó antes del diodo termoiónico, ambos se desarrollaron al mismo tiempo.

En 1873 Frederick Guthrie descubrió el principio de operación de los diodos térmicos. Guhtrie descubrió que un electroscopio cargado positivamente podría descargarse al acercarse una pieza de metal caliente, sin necesidad de que éste lo tocara. No sucedía lo mismo con un electroscopio cargado negativamente, reflejando esto que el flujo de corriente era posible solamente en una dirección.

Independientemente, el 13 de febrero de 1880 Thomas Edison re-descubre el principio. A su vez, Edison investigaba por qué los filamentos de carbón de las bombillas se quemaban al final del terminal positivo. Él había construido una bombilla con un filamento adicional y una con una lámina metálica dentro de la lámpara, eléctricamente aislada del filamento. Cuando usó este dispositivo, él confirmó que una corriente fluia del filamento incandescente a través del vació a la lámina metálica, pero esto sólo sucedía cuando la lámina estaba conectada positivamente.

Edison diseñó un circuito que reemplaza la bombilla por un resistor con un voltímetro de DC. Edison obtuvo una patente para este invento en 1884. Aparentemente no tenía uso práctico para esa época. Por lo cual, la patente era probablemente para precaución, en caso de que alguien encontrara un uso al llamado Efecto Edison.

Aproximadamente 20 años después, John Ambrose Fleming (científico asesor de Marconi Company y antiguo empleado de Edison) se dio cuenta que el efecto Edison podría usarse como un radio detector de precisión. Fleming patentó el primer diodo termoiónico en Gran Bretaña el 16 de noviembre de 1904.

En 1874 el científico alemán Karl Ferdinand Braun descubrió la naturaleza de conducir por una

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