Electromagnetismo – estado sólido

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5to A - Ingeniería en Sistemas
Electromagnetismo – Estado Sólido II

Trabajo Final 5º año

EL DIODO
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1.1 INTRODUCCION

El diodo ideal es un componente discreto que permite la circulación de corriente entre sus terminales en un determinado sentido, mientras que la bloquea en el sentido contrario.
En la Figura 1.1 se muestran el símbolo y la curva característicatensión-intensidad del funcionamiento del diodo ideal. El sentido permitido para la corriente es de A a K.

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Figura 1.1: Símbolo y curva característica tensión-corriente del diodo ideal.

El funcionamiento del diodo ideal es el de un componente que presenta resistencia nula al paso de la corriente en un determinado sentido, y resistencia infinita en el sentido opuesto. La punta de laflecha del símbolo circuital, representada en la figura 1.1, indica el sentido permitido de la corriente.
• [pic]presenta resistencia nula.
• [pic]presenta resistencia infinita.
Mediante el siguiente ejemplo se pretende mostrar el funcionamiento ideal de un diodo en circuito sencillo.
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Figura 1.2: Ejemplo de funcionamiento del diodo ideal.
Según está colocada lafuente, la corriente debe circular en sentido horario.
En el circuito de la izquierda, el diodo permite dicha circulación, ya que la corriente entra por el ánodo, y éste se comporta como un interruptor cerrado. Debido a esto, se produce una caída de tensión de 10V en la resistencia, y se obtiene una corriente de 5mA.
En el circuito de la derecha, el diodo impide el paso de corriente, comportándosecomo un interruptor abierto, y la caída de tensión en la resistencia es nula: los 10V se aplican al diodo.

1.2 DIODO DE UNION PN

Actualmente los diodos se fabrican a partir de la unión de dos materiales semiconductores de características opuestas, es decir, uno de tipo N y otro de tipo P. A esta estructura se le añaden dos terminales metálicos para la conexión con el resto del circuito. Enla Figura 1.3: se presenta el esquema de los dos tipos de diodos que se fabrican actualmente, el diodo vertical y el plano.

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Figura 1.3: Esquemas de diodos de unión PN
El hecho de que los diodos se fabriquen con estos materiales conlleva algunas desviaciones de comportamiento con respecto al diodo ideal.
En este apartado se presenta en primer lugar el proceso de formaciónde los diodos de semiconductores para pasar después a exponer el comportamiento eléctrico y las desviaciones con respecto al comportamiento ideal.

1.2.1 Formación de la unión PN

Supongamos que se dispone 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 1.4). La zona Ptiene un exceso de huecos, y se obtiene introduciendo átomos del grupo III en la red cristalina (por ejemplo, boro). La zona N dispone de electrones en exceso, procedentes de átomos del grupo V (fósforo). En ambos casos se tienen también portadores de signo contrario, aunque en una concentración varios órdenes de magnitud inferior (portadores minoritarios).
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Figura 1.4:Impurificación del silicio para la obtención de diodos PN
En cada zona la carga total es neutra: por cada electrón hay un ion positivo, y por cada hueco un ion negativo, es decir, no existen distribuciones de carga neta, ni campos eléctricos internos. En el momento mismo de crear dos zonas de diferente concentración de portadores, entra en juego el mecanismo de la difusión. Como se recordará, estefenómeno tiende a llevar partículas de donde hay más a donde hay menos. El efecto es que los electrones y los huecos cercanos a la unión de las dos 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. Centrémonos en la región de la...