Los dispositivos de estado sólido

Los dispositivos de estado sólido, tales como los diodos de juntura y los transistores se fabrican de materiales semiconductores. Estos materiales tienen propiedades eléctricas que se localizan entre la de los conductores y la de los aislantes. Los principales semiconductores utilizados son el germanio y el silicio, que adquieren la forma cristalina al encontrarse puros y tienen cuatro electrones de valencia (órbita externa).

Para lograr un dispositivo semiconductor útil, se le agrega al cristal semiconductor puro una pequeña cantidad de otro elemento denominado impureza; a ésta técnica se le llama “dopado”. Los átomos de la impureza tienen 5 o 3 electrones de valencia.

Al dopar el cristal, se forman uniones covalentes entre los impuros y los puros en los cuales sobrará un electrón de valencia (átomos de 5 electrones) o un hueco (átomos de 3 electrones) en la vecindad del átomo de impureza. Las impurezas que contribuyen con electrones se llaman “donadoras” y al cristal así formado se le denomina tipo N. Los que contribuyen con huecos se les llama “aceptadores” y al cristal formado se le denomina tipo P.

Si un material tipo P y otro de tipo N se juntan mecánicamente para formar un único cristal, esa juntura se llama juntura PN o diodo de juntura.

Durante la difusión, se produce un campo eléctrico debido a los iones negativos y positivos recientemente creados en las caras opuestas de los materiales. En esta zona se crea una diferencia de potencial que se llama “barrera de potencial” y que es igual a 0,3 voltios para el germanio y 0,7 V para el silicio a temperatura ambiente.

Al aplicarse un voltaje que anule la zona de transición, se polariza directamente el diodo (positivo a P y negativo a N) se crean dos corrientes, una de electrones y otra de huecos mayoritarios creando una corriente directa If, como se indica en la figura. Al polarizarse inversamente se aumenta la zona de transición y solo fluye una pequeña corriente llamada corriente inversa Ir debido a portadores minoritarios. La región P se conoce como ánado y la región N como cátodo.

CURVAS CARACTERÍSTICAS

La corriente de saturación o fuga crece abruptamente con la temperatura. Aproximadamente dobla su magnitud cada 10ºC de aumento de la temperatura. Para los diodos de germanio esta proporción aumenta, de ahí que para altas temperaturas se prefiera el diodo de silicio. Ver la siguiente figura:

Nótese en la figura que la conducción del diodo de germanio comienza cuando se supera el voltaje VF=0.3V y para el diodo de silicio con VF=0.7V. Para consideraciones prácticas la corriente de conducción (polarización directa) es del orden de los miliamperios y la corriente inversa es del orden de los microamperios (no conducción), esto quiere de cir que la resistencia de un diodo en directo Rf es muy pequeña y la resistencia en inverso es muy alta Rr.

SÍMBOLO Y REPRESENTACIÓN

El diodo en directo se representa como un resistencia de valor Rf en serie con el voltaje de conducción Vf (0.3V si es de germanio y 0.7V si es de silicio) y el diodo en inverso con una resistencia de valor Rr.

Recta de carga del diodo

La recta de carga es una herramienta que se emplea para hallar el valor de la corriente y la tensión del diodo. Las rectas de carga son especialmente útiles para los transistores, por lo que más adelante se dará una explicación más detallada acerca de ellas.

Estas son las distintas formas de analizar los circuitos con diodos:

 EXACTA POR TANTEO: Ecuación del diodo exponencial y ecuación de la malla.

 MODELOS EQUIVALENTES APROXIMADOS: 1ª aproximación, 2ª aproximación y 3ª aproximación.

 DE FORMA GRÁFICA: Recta de carga.

Hasta ahora hemos visto las 2 primeras, la tercera forma de analizarlos

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