Diodos

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UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA

ELECTRÓNICA ANALÓGICA I
PRIMERA UNIDAD: EL DIODO
Felipe Isaac Paz Campos

2,010

AVENIDA

UNIVERSITARIA

CAPÍTULO 1 EL DIODO 1.1 Introducción Es el más sencillo de los dispositivos semiconductores1, pero desempeña un papel muy importante en los sistemas electrónicos. Con las características muy similar a las de un interruptor eléctrico simple. Lossemiconductores utilizados en la fabricación de los diodos son el germanio (Ge) y silicio (Si). En la actualidad los diodos se construyen a base de Silicio debido a su relativa estabilidad a las variaciones de temperatura comparado con el germanio. 1.2 Unión PN Actualmente los diodos se fabrican a partir de la unión de dos materiales semiconductores de características opuestas, es decir, uno detipo N y otro de tipo P. A esta estructura se le añaden dos terminales metálicas para la conexión con el resto del circuito. Esto se muestra en la figura 1.1

Zona P > átomos del grupo III (Boro). Zona N > átomos del grupo V (Fósforo). 1.3 Mecanismo de difusión Consiste en llevar partículas de donde hay más a donde hay menos. El efecto es que los electrones y los huecos cercanos a la unión de lasdos zonas la cruzan y se instalan en la zona contraria, es decir: Electrones de la zona N pasan a la zona P. Huecos de la zona P pasan a la zona N. Este movimiento de portadores de carga tiene un doble efecto: en la región de la zona P cercana a la unión: El electrón que pasa la unión se recombina con un hueco. Aparece una carga negativa Al pasar el hueco de la zona P a la zona N, provoca undefecto de carga positiva en la zona P, con lo que también aparece una carga negativa. El mismo razonamiento, aunque con signos opuestos puede realizarse para la zona N.

Figura 1.1

1.2.1 Formación de la unión PN Se trata de un monocristal de silicio puro, dividido en dos zonas con una frontera nítida, definida por un plano. Una zona se dopa con impurezas de tipo P y la otra de tipo N, figura 1.2.(Campo eléctrico)

Figura 1.3 Formación de la unión PN

(Huecos)

(Electrones)

Figura 1.2 Impurificación del Silicio para obtener la Unión PN
1

Electrónica: Teoría de circuitos, Sexta edición, Robert L. Boylestad, capitulo 1.

En la figura 1.3 se muestra como a ambos lados de la unión se va creando una zona de carga, positiva en la zona N y negativa en la zona P. Aparece uncampo eléctrico (E) desde la zona N a la zona P que se opone al movimiento de portadores según la difusión, y va creciendo conforme pasan más cargas a la zona opuesta. Al final la fuerza de la difusión y la del campo eléctrico se equilibran y cesa el trasiego de portadores. En ese momento está ya 2

formado el diodo de unión PN, y como resultado del proceso se ha obtenido: Zona P, semiconductora,con una resistencia RP. Zona N, semiconductora, con una resistencia RN. Zona de agotamiento (deplexión): No conductora, puesto que no posee portadores de carga libres. En ella actúa un campo eléctrico, o bien entre los extremos actúa una barrera de potencial. 1.4 Polarización del diodo. Existen dos formas básicas de polarizar al diodo, polarización directa y polarización inversa. 1.4.1 Polarizacióndirecta: Se conecta una batería con la terminal negativa al lado del material tipo N y la terminal positiva al lado el material tipo P, figura 1.4.
+ -

-

Polarización inversa
Figura 1.5 Unión PN en conducción barrera de potencial igual acero.

1.4.2 Polarización Inversa Se aplica tensión positiva a la zona N y negativa a la zona P, figura 1.6. Entonces se retiran portadores mayoritariospróximos a la unión, aumenta la anchura de la zona de deplexión. Como en ambas zonas existen portadores minoritarios, su movimiento hacia la unión crea una corriente, aunque muy pequeña.
- V +

Figura 1.6 Polarización Inversa del diodo
Barrera de potencial (Vγ ≈ 0.7V)

Figura 1.4 Polarización directa del diodo

En la figura 1.4, para vencer la barrera de potencial se necesita aplicar un...
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