En la imagen tenemos la unión (parte azul), en la que hay contacto, por ende está en equilibrio (voltaje 0), pero puede darse el caso que haya intercambio de cargas, al que se denomina Polarización directa (intercambio de energía), o también podemos darle Polarización inversa (Separación de cargas).

Diodo de Unión P-N Polarizado

Se da cuando cuándo unimos dos semiconductores dopados del tipo N y del tipo P. En la que da origen a un dispositivo denominado diodo.

Unión P-N con Polarización externa Directa:

En esta explicación resumida me basare en el Applet. La dirección web del applet está al final de la presentación.

En la imagen de abajo tenemos otro modo de representar lo que hemos visto hasta ahora.

Del lado izquierdo es de

tipo P, se ha añadido el

Boro.

Del lado derecho es de tipo N, se ha añadido el Fósforo.

En las flechas de arriba y abajo, es el voltaje modificable de la batería. (Por defecto está a o).

El recuadro rojo es el dopado del tipo P.

El recuadro Azul es el dopado de tipo N.

Así como se ve la imagen, no existe intercambio de cargas entre ambos bandos.

Habría que añadirle energía externa (batería), para que haya circulación entre ambas cargas.

NP

Se ha subido de voltaje al applet, mira lo que se ve, la primera barra del diodo se han comprimido, esto significa que se ha conectado a una fuente de energía y las cargas están pasando entre ambos bandos.

En segunda barra se puede apreciar con claridad lo dicho, están muy cerca y se puede ver que los electrones (Tipo N, de azul) están llenando los huecos del otro bando (Tipo P, de rojo), y lo mismo pasa con los huecos (color rojo) están uniéndose con los electrones del bando azul.

Con este esquema podemos decir que hay una polarización externa directa, lo que significa que fluye energía y pasa por el diodo, que permite el paso de corriente eléctrica.

El applet, también muestra la representación de su carga espacial y su campo eléctrico, las fórmulas que se ven son para hallar, por ejemplo, si queremos hallar el cálculo de electrones donadores, es la fórmula de arriba y para hallar el cálculo de aceptadores es la fórmula de abajo.

Se puede apreciar que si unimos N-P ambos ocuparan lo lugares que le corresponden. Los del tipo N, ocuparán los huecos del Tipo P. Mientras que los del Tipo P, ocuparán los electrones del tipo N.

Viendo desde una perspectiva real, se ha conectado a una pila y se ha

utilizado un foco, para comprobar la teoría. El foco se enciende, es porque

las cargas están fluyendo respectivamente.

Donde:

Nd= Donadores

Xp= el ancho de la unión

Na= Aceptadores.

Unión P-N con polarización externa Inversa:

En esta otra gráfica extraída del Applet siguiente, también muestra el funcionamiento atómico de un semiconductor dopado tipo P y del Tipo N, en una polarización directa.

Se ha cambiado de suministro de energía al diodo, explicando con nuestro ejemplo anterior, se puede decir que hemos cambiado de posición a la batería. Entonces el diodo estará a la inversa, no dejará pasar corriente.

¿Pero qué sucede en el diodo? Tal como se aprecia en la gráfica en la zona de unión se ha alejado, y obviamente casi no habrá suficiente intercambio entre ambos bandos.

También se observa que sucede al contrario, las cargas de cada portador se alejan de la zona de agotamiento y por lo tanto se comporta como un aislante de energía eléctrica.

En el grafico experimental, se puede

apreciar que no hay fluido eléctrico.

Entendemos por polarización cuando se unen dos semiconductores dopados tipo P y N. Eso mismo sucede en la gráfica, al agregarle energía externa. La línea de unión (conductora), se acerca más y más, por lo tanto esta compresión facilita el paso de los átomos, en este caso: Las energías negativas (electrones), rellenan los huecos del otro lado convirtiéndose en cargas negativas. Asimismo los huecos del lado P (positivos), pasan al lugar del tipo N, para convertirse en cargas positivas.

También se observa la concentración minoritaria de electrones y huecos. Que son los que se encuentran libremente en ambos portadores. Sucede cuando en la polarización directa, los portadores mayoritarios terminan convirtiéndose en cargas, pero quedará portadores minoritarios (en pequeña cantidad) en ambos lados, aumentarán conforme se agoten los portadores mayoritarios.

Los cuadros de color azul representan a los semiconductores dopados del tipo N (electrones negativos).

Los cuadros de color rojo representan los semiconductores dopados del tipo P (huecos positivos).

Al lado izquierdo muestra el tipo de energía suministrada, en este caso: +0.4 voltios

En la siguiente figura se ha suministrado energía negativa al diodo, se puede apreciar con claridad, que hay polarización inversa.

En la siguiente Applet, lo cual ha sido extraído en imágenes. También se puede apreciar La polarización directa e inversa de un diodo, cuando se conecta a una fuente de energía. Lo que se diferencia de los anteriores es que tiene la opción de modificar los parámetros del diodo y del circuito ampliamente con una vista más completa.

Al aplicarse energía negativa a la Zona P, suelen atraerse y sus portadores mayoritarios suelen desplazarse hacia ese lugar.

Lo mismo sucede al aplicarse energía positiva al lado N, sus portadores mayoritarios se desplazan hacia ese lugar.

Asimismo la zona de unión o de agotamiento, se ha separado, lo cual dificulta el paso de electrones y huecos.

Resulta, que los portadores minoritarios son atraídos a la zona de agotamiento, la unión de ambos crean cargas eléctricas, como ya se ha visto en la polarización directa. Pero en la polarización inversa, por ser estos pocos, no generan suficiente carga, para producir corriente eléctrica.

Señalado las opciones de este Applet y con algunas configuraciones, se ha puesto en voltaje positivo.

Muestra el circuito para conmutar el diodo.

La ecuación se actualiza según la simulación del diodo, se muestra la ecuación para: la carga del diodo, la tensión en bornas del diodo y los perfiles para los mayoritarios de ánodo y el cátodo.

Esta gráfica es una simulación. Cuando se da el caso de la polarización directa se acercarán, pero al darle polarización inversa, se producirá la separación de cargas.

Configuración del circuito y el diodo.

El siguiente recuadro muestra lo siguiente: El primero la tensión seleccionado sea + o -. La segunda es la corriente que pasa por el diodo. La tercera la carga acumulada en las zonas neutras del diodo y la cuarta la tensión que cae en bornas del diodo.

Configuración del diodo, por ejemplo tenemos la cantidad de huecos, electrones; Cantidad de aceptadores y donadores. Para que los cambios surjan efectos clic en aceptar.

Configuración del circuito, para la tensión directa e inversa y las resistencias. Para que los cambios surjan efectos clic en aceptar.

FUENTES BIBLIOGRÁFICAS

Seleccionado lado positiva

+ -

En la gráfica se observa que se suministra energía positiva, que pasa por la resistencia y que llega al Ánodo del diodo. Obviamente está en polarización directa, conduce corriente eléctrica.

Adicionalmente el grafico de color rojo con azul, muestra el seguimiento del funcionamiento del diodo, se ha comprimido por la conducción de portadores entre ambos bandos.

Al lado izquierdo están los valores numéricos que poseen la función de la tensión, cargas, la zona neutral y las bornas del diodo.

Al final algunos botones para detener y mostrar los gráficos.

Ahora se puesto en energía negativa, obviamente dará una polarización inversa.

La energía negativa pasa por la resistencia que llega hasta el ánodo del diodo. No conduce corriente eléctrica porque sus portadores mayoritarios se van separar y sólo los portadores minoritarios estarán en el lugar de la polarización y por lo tanto no será suficiente para la conducción de corriente.

En la gráfica se ve claramente que hay una separación de portadores, la simulación clara respecto a lo que sucede en el diodo.

Al igual en la parte izquierda nos muestra los valores de tensión, cargas, tensión de la zona neutral y las bornas del diodo

Selección negativa

+ -

Ánodo

Cátodo

http://www.profesormolina.com.ar/tutoriales/diodo.htm

http://www.info-ab.uclm.es/labelec/Solar/Componentes/Diodo_I/otrosdiodos.htm

http://www.asifunciona.com/fisica/af_diodos/af_diodos_3.htm

http://www.asifunciona.com/fisica/af_diodos/af_diodos_1.htm

APPLETS:

http://webpersonal.uma.es/~ECASILARI/Docencia/Applets/ 3.Union_PN_en_equilibrio_y_polarizada/Applet3.html

http://webpersonal.uma.es/~ECASILARI/Docencia/Applets/ 4.La_ley_de_Shockley/Applet4.html

http://webpersonal.uma.es/~ECASILARI/Docencia/Applets/Applet3/ DiodoConmutaApplet.html