Diodo de unión PN polarizado

La unión p-n está polarizada directamente cuando a la región p se le aplica

un potencial mayor que a la región n. Para ello, tal y como se ve, se debe

conectar el polo positivo de la batería al ánodo del diodo (zona p) y el polo

negativo al cátodo (zona n).

En estas condiciones podemos observar los siguientes efectos:

Los huecos de la región p y los electrones de la región n son

empujados hacia la unión por el campo eléctrico Epol a que da lugar

la polarización. Por lo tanto, se reduce la anchura de la zona de

transición.

El campo eléctrico de la polarización Epol se opone al de la unión

Eu. Así, se reduce el campo eléctrico de la unión y,

consecuentemente, la barrera de potencial. Recordar que, como

vimos en el Tema 4, la barrera de potencial sin polarización es

VJ=Vo. Con la polarización directa de la unión p-n se reduce en la

forma VJ=Vo-V, siendo V la tensión directa aplicada a dicha unión.

La ley de Shockley

Un diodo Shockley es un dispositivo de dos terminales que tiene dos

estados estables: OFF o de alta impedancia y ON o baja impedancia. No

se debe confundir con el diodo de barrera Schottky.

Está formado por cuatro capas de semiconductor tipo n y p, dispuestas

alternadamente. Es un tipo de tiristor.

La característica V-I se muestra en la figura. La región I es la región de

alta impedancia (OFF) y la III, la región de baja impedancia. Para pasar

del estado OFF al ON, se aumenta la tensión en el diodo hasta alcanzar

Vs, tensión de conmutación. La impedancia del diodo desciende

bruscamente, haciendo que la corriente que lo atraviese se incremente y

disminuya la tensión, hasta alcanzar un nuevo equilibrio en la región III

(Punto B). Para volver al estado OFF, se disminuye la corriente hasta Ih,

corriente de mantenimiento. Ahora el diodo aumenta su impedancia,

reduciendo, todavía más la corriente, mientras aumenta la tensión en sus

terminales, cruzando la región II, hasta que alcanza el nuevo equilibrio

en la región I (Punto A).

Conmutación del diodo

En este applet se simula la conmutación de un diodo, pudiendo

cambiar la tensión aplicada en sus bornas de positiva a negativa y

viceversa. Para ello se dispone del esquema de un circuito con dos

fuentes de tensión (una positiva y otra negativa) y un conmutador,

un circuito de polarización (que incluye una resistencia) y un diodo

de unión.

Este esquema se situa en la parte superior derecha del applet y se

puede conmutar entre tensiones haciendo "click" con el ratón en la

zona entre las dos fuentes de tensión. Al iniciar la aplicación

aparecerá un mensaje y una flecha que señala la mencionada zona

sensible.

El usuario puede modificar todos los parámetros del circuito presionando el botón del panel superior con el texto "Parámetros ciscuito". Al presionarlo aparecerá una ventana con tres campos editables donde se pueden introducir los valores numéricos deseados para la tensión directa (VF), la tensión inversa (VR) y la resistencia de polarización (R). Tras introducir los nuevos valores es necesario pulsar el botón "Aceptar" de la ventana de los parámetros del circuito para que tengan efecto los cambios.

Debajo del circuito aparecen cuatro gráficas que varían en el tiempo y donde se representan los parámetros más importantes que controlan el comportamiento del diodo.

La primera gráfica representa la tensión seleccionada en el circuito; la segunda la corriente que circula por el diodo; la tercera la carga acumulada en las zonas neutras del diodo (aplicando la aproximación de diodo asimétrico) y la última gráfica es la tensión que cae en bornas del diodo. Estas cuatro gráficas se van actualizando en el tiempo y se irán desplazando hacia la derecha conforme avance el tiempo.

En la parte superior de la derecha del programa aparecen las ecuaciones que rigen el comportamiento del diodo en el experimento que se simula. Se muestran las ecuaciones literales para la carga del diodo, la tensión en bornas del diodo y para los perfiles de los minoritarios en el ánodo y al cátodo. Justo debajo de cada una de estas ecuaciones se muestran las mismas pero sustituyendo cada variable por al valor actual que tiene en la simulación. Algunos de los parámetros son constantes en el tiempo (hasta que se modifican por parte del usuario), pero otros se modifican instantáneamente conforme evoluciona el tiempo. También, a la derecha de las gráficas, se muestran los valores instantáneos para estas funciones temporales.