Este documento presenta información sobre el diodo semiconductor. En menos de 3 oraciones: 1) Explica la historia y el descubrimiento del diodo semiconductor y de tubo de vacío. 2) Detalla los materiales semiconductores tipo P y N, y 3) Resume el funcionamiento del diodo ideal y la polarización directa e inversa.

1. EXPRESIÓN ORAL Y ESCRITA 2013
UNIVERSIDAD NACIONAL DE LOJA
ÁREA DE LA ENERGÍA LAS INDUSTRIAS Y LOS RECURSOS NATURALES NO
RENOVABLES
CARRERA DE INGENIERÍA EN SISTEMAS
ELECTRÓNICA BÁSICA
Nombre: Kevin Luis Atiencia Pogo
Paralelo: A
Fecha: 25/11/2013
Docente:
Ing.Henry Cueva
ENSAYO Nº 2
1. Temas:
•
Historia del Diodo Semiconductor.
•
Materiales semiconductores Tipo P y N.
•
Diodo Ideal.
•
Zona de polarización Directa e Inversa.
2. Antecedentes:
En electrónica, un diodo es un componente electrónico de dos terminales con una
característica asimétrica de transferencia, con baja resistencia al flujo de corriente
en una dirección, y una alta resistencia en la otra. Un diodo semiconductor, el tipo
más común hoy en día, es una pieza de material semiconductor cristalino con una
unión pn conectado a dos terminales eléctricos.
La función más común de un diodo es permitir que una corriente eléctrica que
pase en una dirección, mientras que el bloqueo de corriente en la dirección
opuesta. Por lo tanto, el diodo puede ser visto como una versión electrónica de
una válvula de retención. Este comportamiento unidireccional
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2. EXPRESIÓN ORAL Y ESCRITA 2013
se llama rectificación, y se utiliza para convertir la corriente alterna en corriente
continua.
Diodos semiconductores comienzan la conducción de electricidad sólo si una
determinada tensión de umbral o de corte en el voltaje está presente en la
dirección de avance. La caída de voltaje a través de un diodo de polarización varía
sólo un poco con la corriente, y es una función de la temperatura; este efecto
puede ser utilizado como un sensor de temperatura o voltaje de referencia.
No lineal característica de corriente-voltaje de los diodos semiconductores 'puede
ser adaptado mediante la variación de los materiales semiconductores y el dopaje,
la introducción de impurezas en los materiales. Estos son explotados en los diodos
de propósito especial que realizan muchas funciones diferentes. Por ejemplo, los
diodos se utilizan para regular el voltaje, para proteger los circuitos de alta tensión
de sobretensiones, para sintonizar electrónicamente receptores de radio y
televisión, para generar oscilaciones de frecuencia de radio, y para producir luz.
Diodos fueron los primeros dispositivos electrónicos semiconductores. El
descubrimiento de las capacidades de rectificación cristales "fue hecha por el
físico alemán Ferdinand Braun en 1874 - Los primeros diodos semiconductores,
llamados diodos bigotes de gato, desarrolladas en torno a 1906, fueron hechas de
cristales minerales como la galena. Hoy en día la mayoría de los diodos están
hechas de silicio, pero otros semiconductores como el germanio se utilizan a
veces.
3. Descripción:
Historia
En el año 1900, como detectores de receptor de radio, hasta que los diodos de tubo de
vacío 1950 se han utilizado con más frecuencia en las radios porque las alternativas
semiconductores fueron menos estables, y porque la mayoría de los conjuntos que
reciben tendrían tubos de vacío para la amplificación que podría fácilmente tener diodos
incluidos en el tubo, y rectificadores de tubo de vacío y rectificadores llenos de gas
manejados algunas tareas de alta tensión/alta corriente de rectificación más allá de las
capacidades de los diodos semiconductores disponibles en el momento.
DESCUBRIMIENTO DE LOS DIODOS DE TUBO DE VACÍO
En 1873, Frederick Guthrie descubrió el principio básico de funcionamiento de diodos
termoiónicos. Guthrie descubrió que un electroscopio cargado positivamente podría ser
dado de alta por traer un pedazo de tierra de metal al rojo vivo cerca de ella. La misma no
se aplicaba a un electroscopio cargado negativamente, lo que indica que el flujo de
corriente sólo era posible en una dirección.
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3. EXPRESIÓN ORAL Y ESCRITA 2013
Thomas Edison independiente redescubrió el principio el 13 de febrero de 1880. En ese
momento, Edison estaba investigando por qué los filamentos de sus bombillas de
filamento de carbón casi siempre se queman en el extremo positivo conectado. Tenía una
bombilla especial hecho con una placa de metal sellado en el sobre de cristal. El uso de
este dispositivo, se confirmó que una corriente invisible fluyó desde el filamento
incandescente a través del vacío a la placa metálica, pero sólo cuando la placa se
conecta a la alimentación positiva.
Edison ideó un circuito donde su foco modificado sustituye efectivamente la resistencia en
un voltímetro de CC. Edison obtuvo la patente de este invento en 1884. Como no había
ningún uso práctico evidente para un dispositivo en el momento de la solicitud de patente
fue probablemente simplemente una precaución en caso de que alguien se encontró un
uso para el llamado efecto Edison.
Cerca de 20 años más tarde, John Ambrose Fleming se dio cuenta de que el efecto
Edison podría ser utilizado como un detector de radio precisión. Fleming patentó el primer
verdadero diodo de tubo, la válvula de Fleming, en el Reino Unido el 16 de noviembre de
1904.
DIODOS DE ESTADO SÓLIDO
En 1874 el científico alemán Karl Ferdinand Braun descubrió la "conducción unilateral" de
los cristales. Braun patentó el rectificador de cristal en 1899. Rectificadores de óxido de
cobre y selenio fueron desarrollados para aplicaciones de potencia en la década de 1930.
Científico indio Jagadish Chandra Bose fue la primera en usar un cristal para la detección
de las ondas de radio en 1894. El detector de cristal se convirtió en un dispositivo práctico
para la telegrafía sin hilos por Greenleaf Whittier Pickard, que inventó un detector de
cristal de silicio en 1903 y recibió una patente para que el 20 de noviembre de 1906. Otros
experimentadores trataron una variedad de otras sustancias, de los cuales el más
ampliamente utilizado fue la galena mineral. Otras sustancias que ofrecen un mejor
rendimiento, pero galena fue más utilizado porque tenía la ventaja de ser barato y fácil de
obtener. El detector de cristal en estos aparatos de radio de cristal primeros consistía en
un alambre ajustable punto de contacto, que podría ser movido manualmente sobre la
cara del cristal con el fin de obtener óptima de la señal. Este dispositivo problemático fue
reemplazado por diodos termoiónicos por la década de 1920, pero después de los
materiales semiconductores de alta pureza llegó a estar disponible, el detector de cristal
vuelto a uso dominante con el advenimiento de bajo costo diodos-germanio fija en la
década de 1950.
ETIMOLOGÍA
En el momento de su invención, tales dispositivos se conocen como rectificadores. En
1919, se inventaron los tetrodos años, William Henry Eccles acuñó el término diodo de las
raíces griegas di, que significa "dos", y la oda, "camino", es decir. .
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A pesar de todos los diodos de rectificación, el término rectificador está reservado
normalmente para corrientes y voltajes más altos que los que normalmente se encuentran
en la rectificación de las señales de baja potencia.
MATERIALES SEMICONDUCTORES TIPO P Y N
Configuración Electrónica de los elementos Semiconductores:
Enlace covalente: En este tipo de enlace los electrones se comparten, pero no se
transfieren. Un enlace covalente consiste en un par de electrones (de valencia)
compartidos por dos átomos.
El método más sencillo para liberar los electrones de valencia ligados consiste en calentar
e cristal. Los átomos efectúan oscilaciones cada vez más intensas que tienden a romper
los enlaces y liberar así los electrones. Cuanto mayor sea la temperatura de un
semiconductor, mejor podrá conducir.
Material Intrínseco
Cristal de Silicio
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Material Intrínseco Tipo N
Cristal de Silicio "dopado" con átomos de Arsénico. Átomos "Donadores"
Las impurezas difundidas con cinco electrones de valencia se denominan átomos
donadores.
Los materiales tipo N se crean añadiendo elementos de impureza (átomos) que tengan
cinco electrones de valencia, "Pentavalentes".
Material Extrínseco Tipo P
Cristal de Silicio "Dopado" con átomos o impurezas de Galio. Átomos "Aceptores"
Las impurezas difundidas con tres electrones de valencia se denominan átomos
aceptores.
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6. EXPRESIÓN ORAL Y ESCRITA 2013
Los materiales tipo P se crean añadiendo elementos de impurezas (átomos) que
tengan tres electrones de valencia.
Por las razones antes expuestas, en un material tipo N el electrón se denomina
portador mayoritario y el hueco, portador minoritario.
Cuando el quinto electrón (electrón sobrante) de un átomo donador abandona al
átomo padre, el átomo que permanece adquiere una carga positiva neta: a éste se
le conoce como Ion donador y se representa con un circulo encerrando un signo
positivo. Por razones similares, el signo negativo aparece en el Ion
aceptor.portador mayoritario y el hueco, portador minoritario.
Cuando el quinto electrón (electrón sobrante) de un átomo donador abandona al
átomo padre, el átomo que permanece adquiere una carga positiva neta: a éste se
le conoce como Ion donador y se representa con un circulo encerrando un signo
positivo. Por razones similares, el signo negativo aparece en el Ion aceptor.
Tipo N:
A Iones Donadores (Átomos de impurezas con 5 electrones).
- Portadores Mayoritarios.
+ Portador Minoritarios.
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7. EXPRESIÓN ORAL Y ESCRITA 2013
(Huecos generados cuando algunos electrones de átomos de silicio adquieren
suficiente energía para romper el enlace covalente y convertirse en electrones
libres y / o portadores Mayoritarios).
Tipo P:
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8. EXPRESIÓN ORAL Y ESCRITA 2013
q Iones Aceptores (Átomos de impurezas con 3 electrones).
+ Portadores Mayoritarios.
- Portadores minoritarios.
(electrones libres generados cuando estos adquieren suficiente energía para
romper el enlace covalente, el hueco que dejan se convierte en portado
mayoritario).
DIODO IDEAL
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9. EXPRESIÓN ORAL Y ESCRITA 2013
El diodo ideal es un componente discreto que permite la circulación de corriente
entre sus terminales en un determinado sentido, mientras que la bloquea en el
sentido contrario.
En la Figura 1 se muestran el símbolo y la curva característica tensión-intensidad
del funcionamiento del diodo ideal. El sentido permitido para la corriente es de A a
K.
Figura 1: Símbolo y curva característica tensión-corriente del diodo ideal.
El funcionamiento del diodo ideal es el de un componente que presenta resistencia
nula al paso de la corriente en un determinado sentido, y resistencia infinita en el
sentido opuesto. La punta de la flecha del símbolo circuital, representada en la
figura 1, indica el sentido permitido de la corriente.
-> presenta resistencia nula.
->presenta resistencia Infinita.
POLARIZACIÓN DIRECTA DE UN DIODO
En este caso, la batería disminuye la barrera de potencial de la zona de carga
espacial, permitiendo el paso de la corriente de electrones a través de la unión; es
decir, el diodo polarizado directamente conduce la electricidad.
Para que un diodo esté polarizado directamente, se debe conectar el polo positivo
de la batería al ánodo del diodo y el polo negativo al cátodo. En estas condiciones
podemos observar que:
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10. EXPRESIÓN ORAL Y ESCRITA 2013
•El polo negativo de la batería repele los electrones libres del cristal n, con lo que
estos electrones se dirigen hacia la unión p-n.
•El polo positivo de la batería atrae a los electrones de valencia del cristal p, esto
es equivalente a decir que empuja a los huecos hacia la unión p-n.
•Cuando la diferencia de potencial entre los bornes de la batería es mayor que la
diferencia de potencial en la zona de carga espacial, los electrones libres del
cristal n, adquieren la energía suficiente para saltar a los huecos del cristal p, los
cuales previamente se han desplazado hacia la unión p-n.
Una vez que un electrón libre de la zona n salta a la zona p atravesando la zona
de carga espacial, cae en uno de los múltiples huecos de la zona p convirtiéndose
en electrón de valencia. Una vez ocurrido esto el electrón es atraído por el polo
positivo de la batería y se desplaza de átomo en átomo hasta llegar al final del
cristal p, desde el cual se introduce en el hilo conductor y llega hasta la batería.
De este modo, con la batería cediendo electrones libres a la zona n y atrayendo
electrones de valencia de la zona p, aparece a través del diodo una corriente
eléctrica constante hasta el final.
POLARIZAC
IÓN INVERSA DE UN DIODO
En este caso, el polo negativo de la bateria se conecta a la zona p y el polo
positivo a la zona n, lo que hace aumentar la zona de carga espacial, y la tensión
en dicha zona hasta que se alcanza el valor de la tensión de la batería, tal y como
se explica a continuación:
•El polo positivo de la batería atrae a los electroneslibres de la zona n, los cuales
salen del cristal n y se introducen en el conductor dentro del cual se desplazan
hasta llegar a la batería. A medida que los electrones libres abandonan la zona n,
los átomos pentavalentes que antes eran neutros, al verse desprendidos de su
electrón en el orbital de conducción, adquieren estabilidad y una carga eléctrica
neta de +1, con lo que se convierten en iones positivos.
•El polo negativo de la batería cede electrones libres a los átomos trivalentes de la
zona p. Recordemos que estos átomos sólo tienen 3 electrones de valencia, con lo
que una vez que han formado los enlaces covalentes con los átomos de silicio,
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11. EXPRESIÓN ORAL Y ESCRITA 2013
tienen solamente 7 electrones de valencia, siendo el electrón que falta el
denominado hueco. El caso es que cuando los electrones libres cedidos por la
batería entran en la zona p, caen dentro de estos huecos con lo que los átomos
trivalentes adquieren estabilidad (8 electrones en su orbital de valencia) y una
carga eléctrica neta de -1, convirtiéndose así en iones negativos.
•Este proceso se repite una y otra vez hasta que la zona de carga espacial
adquiere el mismo potencial eléctricoque la batería.
4.Conclusiones:
•
En realidad el que construyó el primer diodo no fue Fleming
sino Tomas Alva Edison, solo que no supo reconocer su
utilidad y simplemente anotó en sus cuadernos de bitácora
que había construido una lámpara incandescente. La
colocación de una pequeña plaquita metálica en su interior
conectada al positivo de la batería solucionaba el problema
y como Edison solucionó su problema simplemente anotó la
solución y se olvidó. Fleming se encontró con ese cuaderno
años mas tarde, sintió curiosidad y repitió la experiencia que
resultó totalmente cierta.
•
El estudio de este hecho olvidado por Edison y la astucia de
Fleming que lo aplicó a los receptores de radio, fue uno de
los grandes pasos de la ciencia electrónica.
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12. EXPRESIÓN ORAL Y ESCRITA 2013
•
El diodo semiconductor es un dispositivo que funciona como un
interruptor, al colocarlo a la inversa de la señal se comporta como un
circuito abierto y si se conecta en el sentido de la señal se comporta
como un circuito cerrado.
•
Tiene una resistencia pequeña y es el primer paso a la conversión de
corriente alterna en directa.
5.Bibliografía:
- Disponible en la red: http://centrodeartigos.com/articulosutiles/article_106347.html
- Disponible en la red: http://www.kumbaya.name/ci1210/leccion%205.%20se
%C3%B1ales%20y%20compuertas/Materiales%20semiconductores%20tipo%20N
%20y%20tipo%20P/2%20Materiales%20semiconductores%20tipo%20N%20y
%20tipo%20P.html
-Disponible en la red:http://es.wikipedia.org/wiki/Diodo
-Disponible en la red:http://www.profesormolina.com.ar/tutoriales/diodo.htm
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