Diodos

DIODOS

El diodo es un elemento semiconductor que solo permite el paso de la corriente en un sentido.

[pic 1]

Antes de continuar veremos los materiales con los que están fabricados. Existen ciertos materiales como el selenio, germanio o silicio, que en condiciones normales se comportan como aislantes, pero haciendo modificaciones en su estructura molecular se pueden convertir en conductores. Una forma de modificar la estructura de los semiconductores es dopar(agregar impurezas) con una pequeña cantidad de otros materiales para cambiar sus propiedades dieléctricas, estos pueden ser de tipo P(exceso de cargas positivas) o tipo N(exceso de cargas Negativas). Entonces podemos decir que un diodo es la combinación de dos materiales dopados tipo P y tipo N.

[pic 2]

Ahora veamos como se forman esos cristales con el caso mas típico del silicio.

Si consideramos el Si puro, cada átomo de Si esta rodeado por otros 4 atomos de Si, cada átomo buscara formar el octeto electrónico, es decir buscara obtener ocho electrones de valencia, pero los átomos de silicio solo poseen 4 electrones por lo que compartirán un electron con los otros cuatro átomos formando un enlace covalente volviéndolo así un material aislante.

[pic 3]

Ahora añadimos un material TIPO N como el fosforo que posee 5 electrones de valencia, los átomos de P tomaran el lugar de algunos de los átomos de silicio, estos producirán enlaces covalentes incompletos ya que uno de los electrones quedara libre, como la carga que queda libre es un electron por tanto las cargas libres serán negativa, esto se conoce como silicio tipo N.

[pic 4]

Silicio tipo P: Para formar el silicio de tipo P se procede de la misma forma, solo que ahora agregaremos impurezas que contengan 3 electrones de valencia, como por ejemplo el Aluminio. De la misma forma el enlace covalente será incompleto, ya que el átomo de Al al tener 3 electrones, no llega a rellenar todos los huecos, ya que solo satisface la necesidad de 3 de los 4 atomos de Si, por lo tanto se necesita un electrón mas para llenar ese hueco, estos huecos representan una falta de electrones y confieren una naturaleza positiva al cristal que en es te caso denomina silicio tipo P.

[pic 5]

Diodo de unión

Este se forma al juntar dos cristales tipo P y tipo N.

[pic 6]

La unión entre los dos cristales se conoce como región de agotamiento, en esta región los electrones del cristal tipo N se moverán para ocupar los huecos del cristal tipo P, los electrones tienen carga negativa mientras que los huecos se consideran con carga positiva, por tanto se crea una región con una ligera carga positiva y otra con una ligera carga negativa, esto crea un campo eléctrico que evita que se muevan mas electrones.

[pic 7]     [pic 8]

La diferencia de potencial en esta región es de 0,7V en diodos típicos.

Si conectamos el diodo a una batería de tal forma que el polo positivo coincida con el material tipo P y el negativo coincida con el material tipo N esto creara una polarización directa y permitirá que los electrones se muevan de N a P, por tanto aparece una corriente  a través del diodo, vemos que la fuente de voltaje(batería) debe ser mayor que la barrera de 0,7V de lo contrario los electrones no darán el salto.[pic 9]

[pic 10]

Si ahora invertimos la batería, es decir el positivo se conecta al material N y el negativo se conecta al material tipo P. En este caso los electrones libres de N se sienten atraídos por la polaridad positiva de la batería y los huecos por el polo negativo, por lo que se crea una especie de vacío en la unión AB lo que impide el paso de la corriente. A esta configuración se le conoce como Polarización inversa

[pic 11]

A pesar de esto siempre existe una pequeña corriente de fuga llamada corriente inversa del diodo .[pic 12]

Características en polarización directa de un diodo

Obtener las características de polarización de un diodo significa obtener la relación entre los valores de tensión de polarización  y la corriente directa , para esto se debe hacer el siguiente circuito[pic 13][pic 14]

[pic 15]

La curva característica de  en función de  tiene forma exponencial en las proximidades del cero y se acerca al valor de la intensidad de corriente máxima admisible a medida que aumenta la tensión, esto indica que la resistencia del diodo es de muy bajo valor y disminuye con la tensión. Cuando se polariza directamente un diodo, este no comenzara a conducir de forma apreciable hasta que lleguemos a la tensión umbral, esta es de 0,2V en germanio y 0,7V en silicio[pic 16][pic 17]

...