DIODO DE UNION PN POLARIZADOPara comprender la conducción de corrientes en los semiconductores, debemos entender primero como funciona la unión P-N, es decir la unión de un semiconductor tipo P donde hay huecos libres y un semiconductor tipo N donde hay electrones libres. 

Diodo

La unión P-N la conocemos en los diodos, cuando aplicamos un voltaje a la unión P-N los electrones y los huecos se mueven respectivamente hacia la unión de los dos materiales porque polaridades del mismo signo se repelen, el voltaje positivo que se aplica al material tipo P repele los huecos y estos cruzan la unión hacia el material tipo N, y así cada hueco encuentra un electrón y de esta forma las cargas se neutralizan, por otro lado los electrones cruzan la unión hacia el material tipo P y sucede lo mismo, los electrones y huecos que se neutralizan son remplazados por mas electrones y huecos que entran en la unión P-N. Entonces si se aplica el voltaje positivo al material tipo P y el voltaje negativo al tipo N la corriente fluye y es lo que nosotros llamamos polarización directa. Cuando invertimos este voltaje los huecos y electrones son atraídos a cada terminal y se alejan de la unión, lo que hace que las partículas cargadas no puedan pasar la unión y de esta forma el flujo de corriente se anula, esto es lo que conocemos como polarización inversa. Esta propiedad de dejar pasar o bloquear la corriente en un semiconductor de unión P-N no solo se usa en los diodos sino también en los transistores.

Polarización

En esta explicación resumida me basare en el Applet.

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.

 

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. Esta cuatro gráficas se van actualizando en el tiempo y serian 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.