Este documento describe la simulación del comportamiento de un diodo de unión P-N polarizado. Presenta el esquema del circuito de simulación que incluye dos fuentes de tensión, un conmutador y un diodo. Describe las gráficas que muestran parámetros como tensión, corriente y carga del diodo en función del tiempo. Explica cómo modificar los parámetros del circuito y del diodo y controlar la velocidad de simulación.

1. DIODO DE UNIÓN P-N POLARIZADO
Victor Cheng
PRIMERA SIMULACIÓN
Se simula la conmutación de un diodo, pudiendo cambiar la tensión aplicada en sus bornas de
positiva anegativa 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 sitúa 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.
En la parte superior hay parámetros para poder activar y desactivar con el texto "Parámetros
circuito". 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.

2. 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. Estas cuatro
gráficas se van actualizando en el tiempo y se irán 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 del las gráficas, se muestran los valores instantáneos para estas
funciones temporales.
Para modificar los parámetros del diodo se debe presionar el botón del panel superior
"Parámetros Diodo". Cuando se hace se despliega una nueva ventana donde se podrán
modificar los parámetros: las concentraciones de impurezas del ánodo y el cátodo, los tiempos
medios de vida de los minoritarios, las contantes de difusión de los huecos y electrones, el área
de la unión, la tensión de disrupción y la capacidad media equivalente de la unión para inversa.
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 de las ecuaciones apare una imagen donde se representa, instantáneamente, los
perfiles de minoritarios que hay en el ánodo y en el cátodo, así como la anchura de la zona
espacial de carga. El valor de los perfiles para x=0 (junto a la zona dipolar) se muestra también,
así como el valor de los que penetra la zona dipolar en las zonas N y P del diodo. Debajo, para
todo momento, aparece el estado en que se encuentra el diodo (Directa, Inversa o Disrupción).
En el panel inferior aparecen ocho botones que permiten configurar la apariencia de la zona de
las funciones temporales y la simulación temporal del applet. Los cuatro botones de la izquierda
permiten ocultar o mostrar cada una de las gráficas de las funciones. Así se podrá ocultar
alguna de ellas si no se está interesado en ella en algún momento para centrarse en la

3. evolución y características de otras. Los cuatro botones de la derecha permiten variar la
velocidad de simulación. Con dos de ellos se puede acelerar o frenar la simulación y con los
otras dos se puede detener y avanzar paso a paso. El botón de siguiente paso sólo estará
activo cuando la simulación esté pausada.
Por defecto aparecerá un nuevo valor en las funciones cada microsegundo. Este parámetro no
podrá ser modificado por el usuario.

4. LA LEY DE SHOCKLEY
SEGUNDA SIMULACIÓN
El modelo matemático más empleado en el estudio del diodo es el de Shockley (en honor a
William Bradford Shockley) que permite aproximar el comportamiento del diodo en la mayoría
de las aplicaciones. La ecuación que liga la intensidad de corriente y la diferencia de
potenciales:
Donde:
 I es la intensidad de la corriente que atraviesa el diodo y VD la diferencia de tensión
entre sus extremos.
 IS es la corriente de saturación (aproximadamente )
 q es la carga del electrón
 T es la temperatura absoluta de la unión
 k es la constante de Boltzmann
 n es el coeficiente de emisión, dependiente del proceso de fabricación del diodo y que
suele adoptar valores entre 1 (para el germanio) y del orden de 2 (para el silicio).
 El término VD = kT/q = T/11600 es la tensión debida a la temperatura, del orden de 26
mV a temperatura ambiente (300 K ó 27 °C).

5. A MAYOR
VOLTAJE
DE
ENTRADASEOBSERVA LO SIGUIENTE
Disminuye la región de agotamiento permitiendo el incremento dela difusión así como la
recombinación de los electrones y huecos, modificando la curva característica del diodo .
A MENOR VOLTAJE DE ENTRADA SE OBSERVA LO SIGUIENTE
Aumenta la región de agotamiento ocasionando la disminución dela difusión y la recombinación
de los electrones y huecos modificando la curva característica del diodo.

6. CONMUTACIÓN DEL DIODO
TERCERA SIMULACIÓN
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 sitúa en la parte superior derecha .
Se tiene los

7. parámetros del circuito que aparece en 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 depolarización (R) según el gráfico.
Se muestran las siguientes gráficas con sus respectivos parámetros, se nota la existencia de
cuatro gráficas.
En la parte superior de la derecha del programa aparecen ecuaciones para la carga del diodo,
la tensión del diodo y perfiles
en el ánodo y al cátodo.

8. Para modificar los parámetros del diodo se debe presionar el botón del panel superior
"Parámetros Diodo .
Debajo de las ecuaciones apare una imagen donde se representa, instantáneamente, los
perfiles del ánodo y cátodo .
En el panel inferior aparecen ocho botones que permiten configurar la apariencia de la zona de
las funciones temporales y la simulación temporal del applet .Los cuatro botones de la izquierda
permiten ocultar o mostrar cada una de las gráficas de las funciones. Los cuatro botones de la
derecha permiten variar la velocidad de simulación. Con dos de ellos se puede acelerar o frenar
la simulación y con los otros dos se puede detener y avanzar paso a paso.