teoría de diodos

7/24/2019 Teora de diodos

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Universidad nacionalPedro Ruz Gallo

Facultad de Ciencias Fsicas yMatemticasEscuela profesional de n!eniera

Electr"nica

Teora de Diodo de Unin y data

sheet

Curso: Circuitos Electr"nicos

Profesor:Ing. #uis Mostacero $rra!ui

Alumno:

%iaz Collantes &usep' $ndersson()*+,-&

.eciosup /era 0scar 1illiam()*+,,FRamrez Gram2er &e3rey &avier()*+*+4

Mesones %iaz Francisco $ntonio

()5+66%

Ciclo Acadmico:

)+(7 8


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#am2aye9ue: Marzo )( del )+(5;


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ntroducci"n

Para poder comprender cmo funcionanlos diodos, los transistores y los circuitosintegrados es necesario estudiar primerolos semiconductores: materiales que noson ni conductores ni aislantes. Lossemiconductores contienen algunoselectrones libres, pero lo que les haceespeciales es la presencia de huecos. Aqu

se estudiaran los semiconductores, loshuecos y ms. As como tambin laimportancia del diodo, sus funciones y susrespectias apro!imaciones.


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"b#etios:

$escribir la estructura de un cristal de silicio. %numerar los dos tipos de portadores y

nombrar el tipo de impure&a que hace quesean portadores mayoritarios.

%!plicar las condiciones de una unin pn de

un diodo no polari&ado, un diodo polari&ado

en directa y un diodo polari&ado en inersa. $escribir los tres tipos de corriente de

disrupcin causadas por la aplicacin de unatensin inersa e!cesia de un diodo.

$ibu#ar la cura caracterstica del diodo,

describiendo todas las partes y puntos mssignificatios.

$escribe el diodo ideal. %!plicar la segunda apro!imacin. %!plicar la tercera apro!imacin. %!plicar las caractersticas de un $A'A

()%%'.

(emiconductores


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Los me#ores conductores *plata, cobre y oro+ tienen un electrn de alencia, mientras quelos me#ores aislantes poseen ocho electrones de alencia. n semiconductor es un elementocon propiedades elctricas entre las de un conductor y las de un aislante. -omo cabraesperar, los me#ores semiconductores tienen cuatro electrones de alencia.

(on e#emplos de dispositios semiconductores: Los transistores, los diodos de unin, losdiodos ener, los diodos de t/nel, los circuitos integrados y los rectificadores metlicos.

Germanio:

%l germanio es un e#emplo de semiconductor. 'iene cuatro electrones en su orbital dealencia. )ace unos a0os el germanio era el /nico material adecuado para la fabricacin dedispositios de semiconductores. (in embargo, estos dispositios de germanio tenan ungrae inconeniente, que no pudo ser resuelto por los ingenieros: su e!cesia corrienteinersa. 1s tarde, otro semiconductor, elsilicio, se hi&o ms prctico de#ando obsoleto algermanio en la mayora de las aplicaciones electrnicas.

Silicio:

$espus del o!geno, el silicio es el elemento msabundante de la tierra. (in embargo, e!istieronalgunos problemas que impidieron su uso en losprimeros das de los semiconductores. na e&resueltos, las enta#as del silicio lo conirtieroninmediatamente en el semiconductor a elegir. (in l,la electrnica moderna, las comunicaciones y los

ordenadores seran imposibles.

n tomo de silicio aislado tiene 23 protones y 23electrones. %n la 4igura a+ el primer orbital contiene 5electrones y el segundo 6. Los 3 electrones restantes seencuentran en el orbital de alencia. %n la 4igura a+, laparte interna tiene una carga resultante de 73 porquecontiene 23 protones en el n/cleo y 28 electrones en losdos primeros orbitales.

La 4igura b+ muestra la parte interna de un tomo desilicio. Los 3 electrones de alencia nos indican que elsilicio es un semiconductor.

Cristales de Silicio:


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-uando los tomos de silicio se combinan para formar un slido,lo hacen en una estructura ordenada llamada cristal. -ada tomode silicio comparte sus electrones de alencia con los tomos desilicio ecinos, de tal manera que tiene 6 electrones en el orbitalde alencia. Por e#emplo, la 4igura a+ muestra un tomo central

con 3 ecinos. Los crculos sombreados representan los cincon/cleos de silicio. Aunque el tomo central tena originalmente 3electrones en su orbital de alencia, ahora posee 6.

Enlaces covalentes:

-ada tomo ecino comparte un electrn con el tomo central. $e esta forma, el tomocentral parece tener 3 electrones adicionales, sumando un total de 6 electrones en su orbitalde alencia. %n realidad, los electrones de#an de pertenecer a un solo tomo, ya que cadatomo central y sus ecinos comparten electrones. La misma idea es lida para todos los

dems tomos de silicio. %n resumen, cada tomo dentro de un cristal de silicio tiene cuatroecinos.

%n la 4igura a+, cada n/cleo presenta una carga 73. "bsrese la parte interna central y laque est a su derecha. %stas dos partes mantienen el par de electrones entre ellasatrayndolos con fuer&as iguales y opuestas. %ste equilibrio entre las fuer&as es el quemantiene unidos a los tomos de silicio. La idea es similar a la del #uego de tirar de lacuerda. 1ientras los equipos tiren con fuer&as iguales y opuestas, permanecern unidos.

-omo cada uno de los electrones compartidos en la 4igura a+est siendo atrado en direcciones opuestas, el electrnconstituye un enlace entre los n/cleos opuestos. A este tipo deenlace qumico se le da el nombre de enlace coalente. La4igura b+ es una forma simple de mostrar el concepto deenlaces coalentes. %n un cristal de silicio hay miles demillones de tomos de silicio, cada uno con 6 electrones dealencia. %stos electrones de alencia son los enlacescoalentes que mantienen unido el cristal, dndole solide&.


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Saturacin de valencia:

-ada tomo en un cristal de silicio tiene 6 electrones en su orbital de alencia. %stos 6electrones producen una estabilidad qumica que da como resultado un cuerpo compacto dematerial de silicio. 9adie est seguro por qu el orbital e!terior de todos los elementos tiene

una predisposicin a tener ocho electrones. -uando no e!isten ocho electrones de formanatural en un elemento, ste tiende a combinarse y a compartir electrones con otros tomospara obtener ocho electrones en el orbital e!terior.

)ay ecuaciones matemticas complicadas que e!plican parcialmente por qu ochoelectrones producen estabilidad qumica en diferentes materiales, pero no se sabe la ra&nintrnseca por la cual el n/mero ocho es tan especial. (e trata de una ley e!perimental,como la ley de la graedad, la de -oulomb y otras leyes que obseramos pero no podemose!plicar completamente %stablecindolo como una ley tenemos:

(aturacin de alencia: n6

$icho de otro modo, el orbital de alencia no puede soportar ms de ocho electrones.Adems, los ocho electrones de alencia se llaman electrones ligados por encontrarsefuertemente unidos a los tomos. $ebido a estos electrones ligados, un cristal de silicio escasi un aislante perfecto a temperatura ambiente *apro!imadamente 5;?


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%n un cristal de silicio puro se crean igual n/mero deelectrones libres que de huecos debido a la energa trmica*calor+. Los electrones libres se mueen de forma aleatoriaa tras del cristal. %n ocasiones, un electrn libre seapro!imar a un hueco, ser atrado y caer hacia l. %sta

unin de un electrn libre y de un hueco se llamarecombinacin *4igura b++.

%l tiempo que transcurre entre la creacin y la desaparicinde un electrn libre recibe el nombre de tiempo de ida,que ara desde unos cuantos nanosegundos a ariosmicrosegundos, seg/n la perfeccin del cristal y otrosfactores.

Ideas principales

%n todo instante, lo que est sucediendo dentro de un cristal de silicio se puede resumir enlos siguientes puntos:

2.= (e estn creando electrones libres y huecos por la accin de la energa trmica.

5.= "tros electrones libres y huecos se estn recombinando.

?.= Algunos electrones libres y huecos e!isten temporalmente esperando unarecombinacin.

'ipos de semiconductores:


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Semiconductores intrnsecos:

(e les llama as a los semiconductores puros. n cristal de silicio intrnseco *puro+ a

temperatura ambiente tiene energa calorfica *trmica+ suficiente para que algunoselectrones de alencia salten la banda prohibida desde la banda de alencia hasta labanda de conduccin, conirtindoseas en electrones libres, que tambinse conocen como electrones deconduccin.

-uando un electrn salta a la bandade conduccin, de#a un espacio acoen la banda de alencia dentro del

cristal. %ste espacio aco se llamahueco. Por cada electrn eleado a labanda de conduccin por medio deenerga e!terna queda un hueco en labanda de alencia y se crea lo que seconoce como par electrn-hueco;ocurre una recombinacin cuando unelectrn de banda de conduccinpierde energa y regresa a un hueco enla banda de alencia.

%n un semiconductor intrnseco tiene el mismo n/mero de electrones libres que dehuecos. %sto se debe a que la energa trmica crea los electrones libres y los huecos


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por pares. La tensin aplicada for&ar a los electrones libres a moerse hacia lai&quierda y a los huecos hacia la derecha. -uando los electrones libres llegan ale!tremo i&quierdo del cristal, entran en el cable e!terno y fluyen hacia el terminalpositio de la batera. -omo se er, los electrones libres y los huecos se mueen endirecciones opuestas. %s por esto que se dan dos tipos de flu#os:

%l flu#o de los electrones libres en una direccin. %l flu#o de huecos en la direccin opuesta.

Semiconductor Extrnseco:

(e les denomina as a los semiconductores dopados. %l dopa#e consiste en a0adirtomos de impure&as a un cristal intrnseco con el fin de alterar su conductiidadelctrica. -ontienen impure&as.

Para estar dopados correctamente con el silicio o el germanio, recordemos quetienen cuatro electrones de alencia, necesitan impure&as o bien pentaalentes o

trialentes. %s por eso que e!isten dos tipos de semiconductores e!trnsecos:

(emiconductor tipo n:

(e le denomina de esta manera al semiconductor cuyas impure&as son tomospentaalentes *arsnico, antimonio o fsforo+ que dan como consecuencia, elaumento del n/mero de electrones libres. (on llamados tambin a estas impure&ascomo donadoras.(e le pone tipo @n para hacer referencia a iones negatios *electrones libres+.$ado que la cantidad de electrones libres superan a los huecos en este tipo desemiconductor, los electrones libres son los portadores mayoritarios y loshuecos, portadores minoritarios.

La siguiente imagen muestra un e#emplo de semiconductor tipo n:


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(emiconductor tipop:

(e le denomina de esta manera al semiconductor cuyas impure&as son tomos trialentes*aluminio, boro, galio+ que a su causa originan un aumento del n/mero de huecos. (onllamados a estos dopadores como impurezas aceptoras.(on llamados de tipo @p para hacer referencia a positio. $ado que la cantidad de huecose!cede al n/mero de electrones libres, (e les denomina portadores mayoritariosa loshuecos y portadores minoritariosa los electrones libres.

La siguiente imagen muestra un e#emplo de semiconductor tipo p:

%#ercicio:


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%n un semiconductor dopado tiene 28 888 millones de tomos de silicioy se le a0aden ; millones de tomos trialentes. )allar el n/mero dehuecos que habr en su interior del semiconductor.

Besolucin:

%n un semiconductor dopado hay un aumento de huecos*impure&as aceptoras+ o de electrones libres *impure&asdonadoras+.

-ada tomo trialente contribuyen con un hueco.

%lectrones libres escasos, producido por efecto trmico.

Por tal motio habrn apro!imadamente 5 millones el nmero dehuecos.


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%l $iodo 9o Polari&ado:Por s mismo, un cristal semiconductor tipo ntiene la misma utilidad que una resistenciade carbnC lo que tambin se puede decir de un semiconductor tipo p.Pero ocurre algonueo cuando un fabricante dopa un cristal de tal manera que una mitad sea tipo py la otramitad sea tipo n.

La separacin o frontera fsica entre un semiconductor tipo ny uno tipop se llamaunin pn. La unin pn tiene propiedades tan /tiles que ha propiciado toda clase deinentos, entre los que se encuentran los diodos, los transistores y los circuitos integrados.-omprender la unin pn permite entender toda clase de dispositios fabricados consemiconductores.

El diodo no polarizado

-omo se ha e!puesto en la seccin anterior, cada tomo trialente en un cristal de silicio

produce un hueco. Por esta ra&n puede representarse un cristal de semiconductor tipo pcomo se aprecia en el lado i&quierdo de la 4igura 5=22. -ada signo menos *=+ encerrado enun crculo representa un tomo trialente y cada signo ms *7+ es un hueco en su orbital dealencia.

$e manera similar, los tomos pentaalentes y los huecos en un semiconductor tipo nse pueden representar como se aprecia en el lado derecho de la 4igura 5=22. -ada signoms encerrado en un crculo representa un tomo pentaalente y cada signo menos es elelectrn libre con que contribuye al semiconductor. "bsrese que cada cristal de materialsemiconductor es elctricamente neutro porque el n/mero de signos menos y ms es igual.

a

zona de deple!in


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$ebido a su repulsin mutua, los electrones libres en el lado nde la 4igura 5=25 tienden adispersarse en cualquier direccin. Algunos electrones libres se difunden atraesando launin. -uando un electrn libre entra en la regin p se conierte en un portadorminoritario. -on tantos huecos a su alrededor, este electrn tiene un tiempo de ida muycorto. Poco despus de entrar en la regin p,el electrn libre cae en un hueco. -uando esto

sucede, el hueco desaparece y el electrn libre se conierte en un electrn de alencia.-ada ocasin en la que un electrn se difunde a tras de la unin, crea un par de iones.-uando un electrn abandona el lado n,de#a un tomo pentaalente al que le hace falta unacarga negatiaC este tomo se conierte en in positio. na e& que el electrn cae en unhueco en el ladop,el tomo trialente que lo ha capturado se conierte en ion negatio.

%n la 4igura 5=2?a se muestran estos iones a cada lado de la unin. Los signos ms *7+encerrados en crculos representan los iones positios, mientras que los signos menos *=+encerrados en crculos representan los iones negatios. Los iones se encuentran fi#os en laestructura del cristal debido a los enlaces coalentes y no pueden moerse de un lado aotro como los electrones libres y los huecos.

-ada pare#a de iones positio y negatio en la unin se llama dipolo. La creacin de undipolo hace que desapare&can un electrn libre y un hueco. A medida que aumenta eln/mero de dipolos, la regin cercana a la unin se aca de portadores. A esta zona sinportadoresse la conoce como &ona de deple!in *4ig. 5=2?D+.

"arrera de potencial

-ada dipolo posee un campo elctrico entre los iones positio y negatio que lo formanCpor tanto, si entran electrones libres adicionales en la &ona de deple!in, el campo elctricotrata de deoler estos electrones hacia la &ona n.La intensidad del campo elctricoaumenta con cada electrn que cru&a hasta que se alcan&a el equilibrio. %n una primera

apro!imacin, esto significa que el campo acabar por detener la difusin de electrones atras de la unin. C


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%n la

4igura 5=2? el campo elctrico entre los iones es equivalente a una diferencia de potencialllamada barrera de potencial. A 5; E para diodos de silicio.

#$%RI&%CI'( )IREC*%%n la 4igura 5=23 se e una fuente de corriente continua conectada a un diodo. %l terminalnegatio de la fuente est conectado al material tipo n,y el terminal positio al materialtipop.%sta cone!in se llama polari&acin directa

+lu,o de electrones libres

%n la 4igura 5=23 la batera empu#a huecos y electrones libres hacia la unin. (i la tensinde la batera es menor que la barrera de potencial, los electrones libres no tienen suficienteenerga para atraesar la &ona de deple!in. -uando entran en esta &ona, los iones se enempu#ados de regreso a la &ona n.A causa de esto no circula corriente a tras del diodo.


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-uando la fuente de tensin continua es mayor que la barrera de potencial, la bateraempu#a de nueo huecos y electrones libres hacia la unin. %sta e& los electrones librestienen suficiente energa para pasar a tras de la &ona de deple!in y recombinarse conlos huecos. Para hacerse una idea bsica, imaginemos todos los huecos en la &ona pmoindose hacia la derecha y todos los electrones libres despla&ndose hacia la i&quierda.

%n alg/n lugar pr!imo a la unin estas cargas opuestas se recombinan. -omo loselectrones libres entran continuamente por el e!tremo derecho del diodo y continuamentese crean huecos en el e!tremo i&quierdo, e!iste una corriente continua a tras del diodo.

< El lu,o de un electrn

(igamos a un /nico electrn a lo largo del circuito completo. $espus deque el electrn libre abandona el terminal negatio de la batera entra en el e!tremoderecho del diodo. Eia#a a tras de la regin nhasta que alcan&a la unin. -uando latensin de la batera es mayor que 8,> E, el electrn libre tiene energasuficientepara atraesar la &ona de deple!in. Poco despusde entrar en la regin pse recombina

con un hueco.

%n otras palabras, el electrn libre se conierte en un electrn de alencia. -omo talcontin/a su ia#e hacia la i&quierda, pasando de un hueco al siguiente hasta que alcan&a ele!tremo i&quierdo del diodo. -uando de#a este /ltimo, aparece un nueo hueco y elproceso comien&a otra e&. -omo hay miles de millones de electrones haciendo el mismoia#e, tenemos una corriente continua a tras del diodo.

< Recordatorio

La corriente circula fcilmente en un diodo de silicio polari&ado en directa. -uando latensin aplicada sea mayor que la barrera de potencial habr una gran corriente continua enel circuito. %n otras palabras, si la fuente de tensin es mayor que 8,> E, un diodo de silicioproduce una corriente continua en la direccin directa.

#$%RI&%CI'( I(.ERS%

(i se inierte la polaridad de la fuente de continua, entonces el diodo quedar polari&adoen inersa, como se e en la 4igura 5=2;. %n este caso, el terminal negatio de la batera seencuentra conectado al ladopy el terminal positio lo est al lado n.%sta cone!in sedenomina polari&acin inersa.

Ensanchamiento de la zona de deple!in

%l terminal negatio de la batera atrae los huecos y el terminal positio los electroneslibresC por ello, los huecos y electrones libres se ale#an de la uninC como resultado, la &onade deple!in se ensancha.


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D-unto aumenta la anchura de la &ona de deple!in en la 4igura 5=2FaG -uando loshuecos y los electrones se ale#an de la unin, los iones recin creados hacen que aumente ladiferencia de potencial a tras de la &ona de deple!in. A mayor anchura de dicha &onacorresponde mayor diferencia de potencial. La &ona de deple!in de#a de aumentar en elmomento en que su diferencia de potencial es igual a la tensin inersa aplicada. -uandoesto sucede los electrones y los huecos no se ale#an de la unin.

%n ocasiones, la &ona de deple!in se muestra como una &ona sombreada como la de la4igura 5=2F. La anchura de esta &ona sombreada es proporcional a la tensin inersa. Amedida que la tensin inersa crece, aumenta tambin la &ona de deple!in.

Corriente de portadores minoritarios

D%!iste alguna corriente despus de haberse estabili&ado la &ona de deple!inG (. Hnclusocon polari&acin inersa hay una peque0a comente. Becurdese que la energa trmica creacontinuamente pares de electrones libres y huecos, lo que significa que a ambos lados de launin e!isten peque0as concentraciones de portadores minoritarios. La mayor parte destos se recombinan con los portadores mayoritarios, pero los que se hallan dentro de la&ona de deple!in pueden iir lo suficiente para cru&ar la unin. -uando esto sucede, porel circuito e!terno circula una peque0a corriente.


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%n la 4igura 5=2> se ilustra esta idea. (upngase que la energa trmica ha creado unelectrn libre y un hueco cerca de la unin. La &ona de deple!in empu#a al electrn librehacia la derecha, proocando que un electrn de#e el e!tremo derecho del cristal. %l huecoen la &ona de deple!in es empu#ado hacia la i&quierda. %ste hueco e!tra en el lado pocasiona que un electrn entre por el e!tremo i&quierdo del cristal y se recombine con unhueco. -omo la energa trmica est creando constantemente pares electrn=hueco dentrode la &ona de deple!in, se producir continuamente una peque0a corriente en el circuitoe!terno.

La corriente inversa originada por los portadores minoritarios producidos trmicamentese llama corriente inersa de saturacin. %n las ecuaciones esta corriente se simboli&a porIs.%l nombre representa el hecho de que no se puede obtener una corriente de portadoresminoritarios mayor que la producida por energa trmicaC es decir, aumentar la tensininersa no har que cre&ca el n/mero de portadores minoritarios creados trmicamente.

Corriente supericial de u/as

Adems de la corriente de portadores minoritarios producidos trmicamente, De!istealguna otra corriente en el diodo polari&ado en inersaG (, una pequea corriente circulasobre la superficie del cristal.%sta corriente se denomina corriente superficial de fugas,que es causada por impurezas en la superficie del cristal e imperfecciones en su estructurainterna.

Recordatorio

La corriente inersa total en un diodo es una corriente de portadores minoritarios muypeque0a y dependiente de la temperatura y una corriente de fugas superficial muy peque0ay directamente proporcional a la tensin aplicada. %n muchas aplicaciones la corrienteinersa de un diodo de silicio es tan peque0a que pasa inadertida. La principal idea arecordar es que la corriente es aproximadamente cero en un diodo de silicio polarizado eninversa.


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$isrupcin%!iste un lmite para la tensin m!ima en inersa con que se puede polari&ar un diodo sincorrer el riesgo de destruirloC esta tensin se denomina tensin de disrupcin, generalmente

la tensin de disrupcin es de ;8.na e& alcan&ada la tensin de disrupcin, en la &ona de deple!in aparece de repente unagran cantidad de portadores minoritarios y el diodo conduce fuertemente. %sta cantidad seproduce por el efecto aalancha.

%!ceder la tensin de disrupcin de un diodo no necesariamente significa que se destruya eldiodo. 1ientras que el producto de la tensin inersa por la corriente inersa no e!ceda lapotencia m!ima del diodo, ste podr recuperarse.

#$%RI&%CI'( )IREC*%:


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#$%RI&%CI$( I(.ERS%:

9HE%L%( $% %9%BIJA:

na buena manera de relacionar la energa total de un electrn es con el tama0o de suorbital. %ntonces podemos pensar en cada uno de sus radios.

-omo el equialente a cada uno de los nieles de energa mostrados:


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$ado que el electrnes atrado por eln/cleo, se requiereenerga adicional parallearlo a un orbital

de mayor energa.-uando un electrnsalta del primerorbital al segundo,gana energapotencial con respectoal n/cleo. Algunosagentes que puedenhacer que un electrn

pase a nieles demayor energa son: elcalor, la lu& y la

tensin.

Luego que un electrn se encuentra en un orbital superior, puede oler a caer en un nielde energa inferior, si esto ocurre entonces el electrn perder energa que podr serliberada en forma de calor, lu& u otras radiaciones.

KA9$A( $% %9%BIJA: cuando un tomo de silicio est aislado, el orbital de un electrnsolo est influenciado por las cargas de dicho tomo aislado. (in embargo cuando los

tomos de silicio se encuentran en un cristal, el orbital de cada electrn es influenciado porlas cargas de los otros tomos. $ebido a esto el orbital de cada electrn es distinto, entoncesel niel de energa de cada electrn es distinto.

Adems se ha dicho que la energa trmica produce unos pocos electrones libres y huecos.Los huecos permanecen en la banda de alencia, pero los electrones libres saltan de labanda de energa inmediatamente superior denominada banda de conduccin.

"anda de ener/0a de tipo n:%n esta banda los portadores mayoritarios son los electrones libres dela banda de conduccin y los portadores minoritarios son los huecos en la banda de alencia.

"anda de ener/0a de tipo p:%sta banda se puede entender como lo contrario a la otra, esdecirC los portadores mayoritarios son los huecos en la banda de alencia y los portadoresminoritarios los electrones libres de la banda de conduccin.


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EL DIODO

Ideas !sicas:

na resistencia ordinaria es un dispositio lineal porque la gr!fica de su corriente enfunci"n de su tensi"n es una lnea recta.n diodo es diferente.

%s un dispositio no lineal porque la grfica de la corriente en funcin de la tensin no esuna lnea recta. La ra&n es la barrera de potencial: cuando la tensin del diodo es menorque la barrera de potencial, la corriente del diodo es peque0aC si la tensin del diodo superaesta barrera de potencial, la corriente del diodo se incrementa rpidamente.

El s0mbolo el1ctricoLa 4igura ?=la representa el smbolo elctrico de un diodo. %l ladopse llama nodo y ellado nes el ctodo. %l smbolo del diodo es una flecha que apunta del ladopal lado n,esdecir, del nodo al ctodo

%n la 4igura ?=2 bse muestra un circuito con un diodo. %n este circuitoel diodo est polari&ado en directa. D-mo lo sabemosG Porque el

terminal positio de la batera est conectado al ladopdel diodo a trasde una resistencia, y el terminal negatio est conectado al lado n.-onesta cone!in, el circuito est tratando de empu#ar huecos y electroneslibres hacia la unin.

%n circuitos ms complicados puede ser ms difcil decir si el diodoest o no polari&ado en directa. Para hacerlo nos podemos serir de lasiguiente reglaC preguntmonos lo siguiente: Dest el circuito e!ternotratando de empu#ar los electrones libres en la direccin de circulacinsencillaG %n caso afirmatio, el diodo est polari&ado en directa.

D-ul es la direccin de circulacin sencillaG (i se est usandocorriente conencional, la direccin sencilla es la misma que indica la

flecha del diodo. (i se prefiere el flu#o de electrones, la direccinsencilla es en el otro sentido.

a zona directa


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La 4igura ?=Hb es un circuito que puede montarse en ellaboratorio. 'ras conectarlo,=es posible medir la tensinen el diodo y la corriente que lo atraiesa. 'ambin sepuede inertir la polaridad de la fuente de tensincontinua y medir la corriente y la tensin del diodo

polari&ado en inersa. (i se representa la corriente atras del diodo en funcin de la tensin del diodo, seobtendr una grfica parecida a la de la 4igura ?=5.

ste es un resumen isual de las ideas e!puestas enel captulo anterior. Por e#emplo, cuando el diodo estpolari&ado en directa no hay una corriente significatiahasta que la tensin en el diodo sea superior a la barrerade potencial. Por otro lado, cuando el diodo estpolari&ado en inersa, casi no hay corriente inersahasta que la tensin del diodo alcan&a la tensin deruptura. %ntonces, la aalancha produce una grantensin inersa, destruyendo el diodo.

M *ensin umbral%n la &ona directa la tensi"n a partir de la cual la corriente empieza a incrementarser!pidamentese denomina tensin umbral del diodo, que es igual a la barrera de potencial.Los anlisis de circuitos con diodos se dirigen normalmente a determinar si la tensin deldiodo es mayor o menor que la tensin umbral. (i es mayor, el diodo conduce fcilmenteCsi es menor, lo hace con pobre&a. $efinimos la tensin umbral de un diodo de silicio de lasiguiente forma:


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Aunque los diodos de germanio raramente son utili&ados en dise0os nueos, se puedenencontrar todaa diodos de este elemento en circuitos especiales o en equipos msantiguos. Por esta ra&n, coniene recordar que la tensin umbral de un diodo de germanioes apro!imadamente 8,? E. %sta tensin umbral ms peque0a es una enta#a y obliga aconsiderar el uso de un diodo de estas caractersticas en ciertas aplicaciones.

< Besistencia interna

Para tensiones mayores que la tensin umbral, la corriente del diodo crece rpidamente, loque quiere decir que aumentos peque0os en la tensin del diodo originarn grandesincrementos en su corriente. La causa es la siguiente: despus de superada la barrera depotencial, lo /nico que se opone a la corriente es la resistencia de las &onaspy n. %n otraspalabras, si las &onaspy nfueran dos pie&as separadas de semiconductor, cada una tendrauna resistencia que se podra medir con un hmetro, igual que una resistencia ordinaria.

# la suma de estas resistencias "$micasse le llama resistencia interna del diodo, y sedefine mediante la siguiente frmula:

%l alor de la resistencia interna es funcin del niel de dopado y del tama0o de las &onas p% n.9ormalmente, la resistencia interna de los diodos es menor que 2 N.

23!ima corriente continua con polarizacin directa

(i la corriente en un diodo es demasiado grande, el calor e!cesio destruir el diodoC poresta ra&n, la ho#a de caractersticas que proporcionan los fabricantes especifica lacorriente m!ima que un diodo puede soportar sin peligro de acortar su ida o degradar suspropiedades.La corriente m!ima con polari&acin directa es una de las limitaciones dadas en una ho#ade caractersticas. %sta corriente puede aparecer como $&m!+. Am!+. Oo, etc., dependiendodel fabricante. Por e#emplo, /n 293;F tiene una corriente m!ima de 2?; mA. %ste datosignifica que puede conducir con seguridad una corriente continua con polari&acin directaigual a 2?; mA.

M )isipacin de potencia

(e puede calcular la disipacin de potencia de un diodo de la misma forma que se hacepara una resistencia. %s igual al producto de la tensin del diodo y lacorriente. %!presndolo matemticamente:

'a limitaci"n de potencia indica cunta potencia puede disipar el diodo sin peligro deacortar su ida ni degradar sus propiedades.Expresada medianteuna f"rmula, la definici"n es:

donde Em!es la tensin correspondiente a >m!. Por e#emplo, si un diodo tiene una tensiny corriente m!imas de 2 E y 5 A, su limitacin de potencia es 5 .


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El (iodo Ideal:

$ependiendo del dopa#e y del tama0o fsico del diodo, se obtendrn diodos condiferentes alores *-orriente, potencia, etc.. +

.La mayora de eces no es necesaria la solucin e!acta, por eso es necesario hacerapro!imaciones.

A menudo se da la analoga con un interruptor metlico.

4uncionamiento del diodo ideal:

-onduce bien en polari&acin directa.

-onduce mal en polari&acin inersa.


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%iferencias en la curva del diodo ideal vs el diodo real=


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%#ercicio)allar la corriente que pasa por la fuente de olta#e.Besoler, anali&ando como diodo ideal.

Besolucion

'omar a los diodos como interruptores mecnicos.


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-omo emos B? y B3 estarn en paralelo, dando como equialente >8, lego estaequialencia estar en serie con B5, lo cual equiale a 268y finalmente, este resultadoestar en paralelo con B2, dando como equialencia final Q8. R por ley de "hm tenemos:

I=15

90

H 2FFmA

Segunda aproximaci"n:

La apro!imacin ideal es siempre correcta o cierta en la mayora de las situaciones dedeteccin de aeras, pero no siempre estamos detectando aeras. Algunas eces queremosun alor ms e!acto para la corriente y la tensin en la carga. %s entonces cuando tiene

sentido la segunda apro!imacin.Para que un diodo de silicio condu&ca realmente bien es necesario que haya por lo menos8.> E. -uando la fuente de olta#e es grande, 8.> E es una cantidad muy peque0a como paratener alg/n efecto. Pero si la fuente de olta#e no es tan grande, entonces hay que tomar encuenta los 8.> E.

La 4igura a+ presenta el grfico de la corriente en funcin de latensin para la segunda apro!imacin. %l dibu#o indica que nohay corriente hasta que aparecen 8,>E en el diodo. %n estepunto el diodo se actia. $e ah en adelante slo aparecern

8,>E en el diodo, independientemente del alor de la corriente.

La 4igura b+ muestra el circuito equialente para la segundaapro!imacin de un diodo de silicio. %l diodo se aseme#a a un interruptor en serie con unabarrera de potencial de 8,>E. (i la tensin de 'henin de la fuente es, por lo menos, de8,>E, el interruptor se cerrar. -uando conduce, la tensin en el dispositio ser de 8,>Epara cualquier corriente directa. Por otro lado, cuando la tensin de 'henin es menor que8,>E, el interruptor se abrir. %n este caso, no hay corriente a tras del diodo.


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%#emplos:

2.= -alcular la potencia que disipa el diodo de la figura, sabiendoque se trata de un diodo de silicio.

9"'A: use la segunda apro!imacin.

Besolucin:

-alculamos el equialente de 'heenin.

Aplicamos la 5da Ley de Sirchhoff:


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5.= )allar la corriente que pasa por el cable 19 usando la segunda apro!imacin.

9ota: =$2 es un diodo de silicio.

=$5 es un diodo de germanio.

Besolucin:

tili&amos en este caso el mtodo de las mallas.


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?58i2=558i5=288i?78i3 2;=558i27?>8i578i?78i3 = 8.>=288i278i57568i?=268i3 = 8.?8i278i5=268i?755>i3 8TTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTT

i225?,3mA.i5>2,;mA.i?6>,>mA.i3FQ,;mA.

>i19i5=i3>2,;=FQ,;5mA.


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)ercera #proximaci"n:

En esta apro?imaci"n se incluye la resistencia interna del diodo 9ue la

denominaremos R@; #a si!uiente A!ura muestra el efecto 9ue tiene esta

resistencia so2re la curva del diodo;

El circuito e9uivalente para la tercera apro?imaci"n es un interruptor en serie

con una 2arrera de potencial de +:- / y una resistencia R@; Cuando la tenci"n

aplicada es mayor a +:- /: el diodo conduce: entonces una forma matemtica

sera=

VD=0.7V+I

DR

B

Generalmente: la resistencia interna es menor 9ue (B: por lo 9ue podemos

i!norarla en los clculos podramos !uiarnos de la si!uiente re!la=

Ignorar la resistencia interna cuando: RB


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EDercicios=

(;8El diodo (.5++- tiene una resistencia interna de +:)7B; Cul es la tensi"n y

la corriente en la car!a y la potencia del diodo

);8si en la si!uiente A!ura se invierte la polaridad del diodo: Cul ser la

corriente por el diodo la tensi"n del diodo

$m2os eDercicios sern e?plicados en la e?posici"n;


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(ata s$eet de un diodo:


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teoría de diodos

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