presentación acerca del funcionamiento físico de un diodo

1. Tema 1
Unión P-N

2. Comportamiento del Semiconductor Tipo N

3. El semiconductor tipo N en reposo tiene las siguientes
características:
• Posee resistencia baja.
• Tiene un número muy limitado de electrones hueco debido
al efecto térmico provocado al momento de combinar el
material intrínseco con el material de dopamiento
(pentavalente).

4. Al momento de aplicar un diferencial de voltaje a este
semiconductor

5. Los electrones libres se desplazarán hacia el borne positivo, mientras
que los electrones provenientes del borne negativo ocuparán los
huecos que el semiconductor tenía en la etapa de reposo.

6. Cuando los electrones huecos se llenan de los electrones
provenientes de borne negativo, este semiconductor se comportará
como un perfecto aislante.

7. Comportamiento del Semiconductor Tipo P

8. El semiconductor tipo P en reposo tiene las siguientes
características:
• Posee resistencia baja.
• Tiene “n” número de electrones hueco debido a la
combinación del material intrínseco con el material de
dopamiento (trivalente).
• También posee un número muy limitado de electrones libres
debido al efecto térmico provocado al instante de combinar
el material intrínseco con el material de dopamiento
(trivalente).

9. Al momento de aplicar un diferencial de voltaje a este
semiconductor

10. Los electrones provenientes del borne negativo se desplazarán hacia
el borne positivo saltando de electrón hueco en electrón hueco,
comportándose dicho semiconductor como un perfecto conductor.

11. Por lo tanto, al momento de aplicar un diferencial de voltaje a
cada tipo de semiconductor obtendremos:
Semiconductor Tipo N Semiconductor Tipo P
• Alta resistencia. • Baja resistencia
• Se comporta como material
aislante.
• Se comporta como material
conductor

12. Al momento de juntar o fusionar el material tipo P con uno de
material Tipo N, obtendremos lo que se denomina como:
Línea de unión

13. Los electrones libres se mueven libremente dentro del material tipo
N:

14. Cuando los electrones libres traspasan la línea de unión, a dichos
electrones se les denominará como portadores minoritarios:

15. Estos portadores minoritarios tendrán una corta vida como
electrones libres, debido a que serán atraídos por los electrones
huecos y así combinarse para formar los electrones de valencia.
Estos pares que se han formado, se irán desplazando paulatinamente
para formar una zona dentro de las proximidades de la línea de
unión, la cual recibirá el nombre de Zona de Deplexión.
A los lados de dicha zona se formará lo que se conoce como Zona de
Agotamiento o Empobrecimiento.

16. Estos portadores minoritarios tendrán una corta vida como
electrones libres, debido a que serán atraídos por los electrones
huecos y así combinarse para formar los electrones de valencia.
Estos pares que se han formado, se irán desplazando paulatinamente
para formar una zona dentro de las proximidades de la línea de
unión, la cual recibirá el nombre de Zona de Deplexión.
A los lados de dicha zona se formará lo que se conoce como Zona de
Agotamiento o Empobrecimiento.

18. Si realizamos un acercamiento, obtendremos:

19. Cuando se llega al equilibrio, se formará una diferencia de potencial

20. A esa diferencia de potencial se le llamará:

21. Que significa esto:
Si los electrones del lado derecho (material tipo N) desean
traspasar la Zona de Deplexión e irse al lado izquierdo
(material tipo P), deberán tener una Diferencia de Potencial
capaz de contrarrestar el Potencial de Barrera de la unión
P-N.

22. El voltaje que se registra en el Potencial de Barrera de la unión P-N
dependerá básicamente de tres características:
1. Dependerá de la cantidad de dopamiento contenida tanto en el
material tipo N como del material tipo P.
2. Dependerá de la temperatura a que se encuentre expuesta este
material P-N.
3. Dependerán del tipo de material intrínseco contenido en el
material tipo P y en el material tipo N.

23. Los fabricantes manejan los siguientes valores de Potencial de
Barrera, a una temperatura ambiente de 25°C:
- Para el Silicio (Si), un voltaje de 0.7 V.
- Para el Germanio, un voltaje de 0.3 V.

24. Tema 2
El Diodo

25. Un diodo es un dispositivo que conduce corriente en sólo una
dirección. La unión PN es la característica que permite funcionar a
diodos, ciertos transistores y otros dispositivos.
Sabemos que cuando se encuentra en equilibrio la unión PN ningún
electrón se mueve.
En general el término polarización se refiere al uso de un voltaje de
CC para establecer ciertas condiciones de operación para un
dispositivo electrónico.

26. Para un diodo existen dos condiciones de polarización:
- Polarizado en directa
- Polarizado en inversa

27. - Polarizado en directa
Para polarizar un diodo con polarización en directa se conecta el
borne positivo con la región P del diodo, mientras que el borne
negativo se conecta con la región N del diodo.
Para limitar la corriente que pasa a través del diodo y evitar que se
dañe, conectaremos una resistencia.
Para que exista transferencia de electrones en el diodo, el voltaje de
alimentación deberá ser mayor a 0.7 V (Si) y 0. 3 (Ge) y se expresa
como VPOLARIZACIÓN.

28. Diodo polarizado en directa

29. - Polarizado en directa
Recordemos que el flujo de electrones va en dirección negativa-
positiva, conocido como Dirección de Flujo de Electrones.
La dirección de la corriente va en sentido positivo-negativo y se le
conoce como Dirección Convencional de la Corriente.

31. Cuando se aplica un voltaje de
polarización en directa a través de
un diodo se produce una
corriente. A esta corriente se le
llama corriente de polarización en
directa y se expresa como IF .
Característica V-I en condición de polarización en directa

32. Característica V-I en condición de polarización en directa

33. Resistencia dinámica
A diferencia de la resistencia lineal, la resistencia del diodo polarizado
en directa no es constante a lo largo de toda la curva. Como la
resistencia cambia al ir recorriendo la curva V-I, se le llama resistencia
dinámica o de ca.
La resistencia dinámica de un diodo se expresa como r’d.

34. - Polarizado en inversa
Es la condición que en esencia evita la circulación de corriente a
través del diodo.
Ente caso se conecta el borne positivo con la región N del diodo,
mientras que el borne negativo se conecta con la región P del mismo
diodo.
A medida que los electrones fluyen hacia el lado positivo de la fuente
de voltaje, se crean iones positivos adicionales, ocasionando el
ensanchamiento del Potencial de Barrera.

35. - Polarizado en inversa
A medida que más regiones N y P se quedan sin portadores
mayoritarios, la intensidad del campo eléctrico entre los iones
positivos y negativos se incrementa hasta que el potencial a través
del Potencial de Barrera sea igual al voltaje de polarización,
VPOLARIZACIÓN. En ese momento, la corriente de transición en esencia
cesa.

36. Diodo polarizado en inversa

37. - Polarizado en inversa
El flujo inicial de portadores de carga es transitorio y subsiste sólo
durante un lapso muy poco después de que se aplica el voltaje de
polarización en inversa.
Conforme se incrementa el voltaje de alimentación el potencial de
barrera se incrementará, así mismo la corriente transitoria
permanecerá casi constante, pero llegará un momento en que dicha
barrera no se incrementará más, ocasionando que los electrones
procedentes de la fuente de alimentación traspasen dicha barrera y
exista un flujo de corriente dentro del semiconductor P-N (efecto de
energía cinética). A este efecto se le conoce como Efecto Avalancha.

38. Diodo polarizado en inversa
Mientras que el potencial de
barrera se Incrementa, la
corriente de transición
permanecerá prácticamente
constante (nA).

39. - Polarizado en inversa
Al punto donde ocurre el Efecto Avalancha se le conoce como Voltaje
de ruptura (VR o VBR); mientras que al corriente que se presenta a
partir de dicho punto se le conoce como Corriente en Inversa (IR).

40. Diodo polarizado en inversa
Corriente en inversa

41. Cuando se aplica un voltaje de
polarización en inversa a través de
un diodo se produce una corriente
de transición. Conforme se
incrementa dicho voltaje ocurrirá
un punto de inflexión, llamado
voltaje de ruptura (VBR o VR);
mientras que a la corriente que se
registra a partir de dicho punto se
le conoce como corriente en
inversa (IR).
Característica V-I en condición de polarización en inversa

42. Curva de característica V-I de un diodo

43. Efectos de la temperatura sobre un diodo