Еl estudio de algunos circuitos electrónicos

I - Amplificadores Monoetapa - Polarización

11

CAPITULO I - Amplificadores Monoetapa - Polarización

I.1. - INTRODUCCIÓN:

El objeto del presente trabajo es el estudio de algunos circuitos electrónicos. Para tal fin se suponen

conocidos los fenómenos físicos que tienen lugar en los elementos componentes de circuito, sobre todo en aquellos

activos, restando ahora el aprender a utilizarlos combinando a dichos componentes, tanto activos como pasivos así

como a los generadores independientes, es decir, formando circuitos electrónicos, por lo menos aquellos de uso mas

común en la especialidad.

I.1.1. - Características de un Diodo Semiconductor - Valores Estáticos:

Un ejemplo, el más elemental, de circuito electrónico que incorpora un elemento semiconductor, se presenta

en la figura I.1., el que consideramos con la finalidad de llevar a cabo experiencias simples que nos permitan, a la

par de rever conceptos básicos de la teoría del diodo semiconductor, ir formando nuestro propio vocabulario técnico

inicial. Dicho circuito se basa en la conexión serie de cuatro elementos; un Generador Independiente de Tensión

Continua representado mediante el símbolo de la pila o batería con polaridad y magnitud de tensión V, un resistor

variable que presenta una resistencia R al paso de la corriente eléctrica, una unión P-N o Diodo Semiconductor D y

una llave interruptora LL.

Con LL abierta, en el diodo D, una vez ejecutado el contacto o unión de dos superficies semiconductoras,

una de material tipo P y la otra de tipo N, tiene lugar un proceso de reacomodamiento de portadores mayoritarios

(electrones de la zona N pasan a la zona P convirtiéndose en minoritarios y huecos de la zona P que se pasan a la

zona N), produciéndose a ambos lados de la unión metalúrgica unas zonas con carga volumétrica no nula: en el lado

P, los aceptores ionizados no están ahora compensados por los huecos, y en el lado N lo mismo ocurre con los

donadores. Se forma así un dipolo de carga fija que crea un campo eléctrico que se opone al proceso de difusión a

través de la unión, llegándose al equilibrio. La unión P-N en su conjunto es neutra ya que la carga espacial a ambos

lados de la zona de transición se halla compensada por la simultánea difusión original de los portadores

mayoritarios.

En un modelo de estructura de bandas de energía, al alcanzarse el equilibrio, los electrones encuentran un

potencial de contacto o barrera de potencial Vu , que crea una barrera de energía (q .Vu) para poder pasar al lado P, y

lo mismo ocurre con los huecos del lado P para pasar al N. Veamos ahora la situación cuando cerramos la llave

I - Amplificadores Monoetapa - Polarización

12

LL y estamos aplicando a la unión P-N una polarización directa (el negativo de la batería se ha conectado a la región

N de la unión). El nivel energético de la barrera decrecerá en una magnitud proporcional a la diferencia de potencial

VD aplicada a la unión y ahora habrá mayor número de portadores mayoritarios (electrones en la región N y huecos

en la P) que pasan a la región opuesta produciéndose el efecto conocido como “inyección”, estableciéndose una

corriente eléctrica ID en el circuito.

Un análisis físico matemático de los fenómenos que tienen lugar en la juntura nos permite establecer que

para pequeños valores de corriente ID la misma puede ser expresada aproximadamente por la llamada “ley del

diodo”:

qVD/nkT VD /nVT

ID = IS . (e - 1) = IS . (e - 1) (I.1)

en donde:

VT = kT/q es la llamada Tensión Térmica, k la constante de Boltzman (1,38 . 10-23 Joule/ºK),

q la carga del electrón (1,6 . 10-19 Coulomb) y T la temperatura absoluta expresada en

ºK. Para T = 25 ºC = 300 ºK, resulta VT = 25 mV.

IS corriente de saturación inversa, del orden de los 10-9 A (nA) para el caso del Silicio.

n es un coeficiente de ajuste de la ley matemática cuyo valor es cercano a la unidad.

En la medida en que la tensión de polarización directa del diodo VD alcance el valor característico de la

barrera de potencial o también llamada tensión de umbral del diodo Vu , la corriente en el mismo aumenta mucho

más rápidamente, siguiendo una ley aproximadamente lineal, tal como se observa en la gráfica de la figura I.2.

Los diferentes pares de valores ID y VD pueden reproducirse en el circuito de la figura I.1. modificando el

valor de resistencia en el resistor variable y tomando nota de la lectura de dichas variables para cada valor de

resistencia. Debido a que para cada valor de R los correspondientes a ID y a VD permanecen invariables en el tiempo,

a dichas corrientes y tensiones se las suele reconocer como COMPONENTES ESTÁTICAS y a la representación

gráfica de la figura I.2. como CARACTERÍSTICA DIRECTA DEL DIODO.

Si posteriormente se invierte la polaridad del generador independiente de modo que el diodo sea polarizado

en forma

...