Este documento explica el funcionamiento de los diodos PN a través de varias imágenes y gráficas. Describe cómo se produce la unión PN y cómo el diodo conduce electricidad bajo polarización directa pero no bajo polarización inversa. También muestra simulaciones del flujo de electrones y huecos en cada caso.

1. 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.
Del lado
izquierdoesde
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 recuadroAzul esel dopadode
tipo N.
Así como se ve la imagen, no
existe intercambio de cargas
entre ambos bandos.
Habría que añadirle energía
externa(batería),paraque haya
circulaciónentre ambas cargas.

2. En la imagende abajotenemosotromodode representarloque hemosvistohasta ahora.
Se ha subidode voltaje al applet,miralo que se ve,la primerabarra del diodose han comprimido,
estosignificaque se haconectadoa una fuente de energíaylascargas estánpasandoentre ambos
bandos.
En segunda barra se puede apreciar con claridad lo dicho, están muy cerca y se puede ver que los
electrones(TipoN, de azul) están llenandoloshuecos del otro bando(TipoP, 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.
Se puede apreciarque si unimosN-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.
NP
Viendodesde 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.

3. 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.
Donde:
Nd= Donadores
Xp= el ancho de la unión
Na= Aceptadores.
Unión P-N con polarización externa Inversa:
Se ha cambiado de suministro de energía al
diodo, explicando con nuestro ejemplo anterior,
se puede decirque hemoscambiadode posición
a la batería.Entoncesel diodoestaráala inversa,
no dejará pasar corriente.
¿Peroqué sucede enel diodo?Tal comose
apreciaenla gráfica enla zonade uniónse ha
alejado,yobviamentecasi nohabrá suficiente
intercambioentre ambosbandos.
Tambiénse observaque sucede al contrario,las
cargas de cada portadorse alejande lazona de
agotamientoypor lotanto se comportacomo
un aislante de energíaeléctrica.
En el grafico
experimental, se puede
apreciar que no hay
fluido eléctrico.

4. 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.
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,eneste caso:
+0.4 voltios

5. En la siguiente figura se ha suministrado energía negativa al diodo, se puede
apreciar con claridad, que hay polarización inversa.
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 dificultaelpasode electrones
y huecos.
Resulta, que los portadores
minoritariossonatraídosalazona
de agotamiento, la unión de
ambos crean cargas eléctricas,
como ya se ha visto en la
polarización directa. Pero en la
polarizacióninversa, porserestos
pocos, no generan suficiente
carga, para producir corriente
eléctrica.

6. 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.
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.

7. Señaladolasopcionesde esteAppletyconalgunasconfiguraciones,se hapuestoenvoltajepositivo.
Seleccionado
ladopositiva
+
-
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

8. FUENTES BIBLIOGRÁFICAS
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_equili
brio_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/DiodoConmut
aApplet.html