Apuntes de electrónica

El diodo no polarizado

Los semiconductores tipo p y tipo n separados no tienen mucha utilidad, pero si un cristal se dopa de tal forma que una mitad sea tipo n y la otra mitad de tipo p, esa unión pn tiene unas propiedades muy útiles y entre otras cosas forman los "Diodos".
El átomo pentavalente en un cristal de silicio (Si) produce un electrón libre y se puede representar como un signo "+" encerrado en un circulo y con un punto relleno (que sería el electrón) al lado.

El átomo trivalente sería un signo "-" encerrado en un circulo y con un punto sin rellenar al lado (que simbolizaría un hueco).

Entonces la representación de un SC tipo n sería:

Y la de un SC tipo p:

La unión de las regiones p y n será:

Al juntar las regiones tipo p y tipo n se crea un "Diodo de unión" o "Unión pn".
Zona de deplexión
Al haber una repulsión mutua, los electrones libres en el lado n se dispersan en cualquier dirección. Algunos electrones libres se difunden y atraviesan la unión, cuando un electrón libre entra en la región p se convierte en un portador minoritario y el electrón cae en un hueco, el hueco desaparece y el electrón libre se convierte en electrón de valencia. Cuando un electrón se difunde a través de la unión crea un par de iones, en el lado n con carga positiva y en el p con carga negativa.
Las parejas de iones positivo y negativo se llaman dipolos, al aumentar los dipolos la región cerca de la unión se vacía de portadores y se crea la llamada "Zona de deplexión".

Barrera de potencial
Los dipolos tienen un campo eléctrico entre los iones positivo y negativo, y al entrar los electrones libres en la zona de deplexión, el campo eléctrico trata de devolverlos a la zona n. La intensidad del campo eléctrico aumenta con cada electrón que cruza hasta llegar al equilibrio.
El campo eléctrico entre los iones es equivalente a una diferencia de potencial llamada "Barrera de Potencial" que a 25 ºC vale:

• 0.3 V para diodos de Ge.
• 0.7 V para diodos de Si.

Polarizar: Poner una pila.
No polarizado: No tiene pila, circuito abierto o en vacío.
z.c.e.: Zona de Carga Espacial o zona de deplexión (W).

http://www.sc.ehu.es/sbweb/electronica/elec_basica/tema2/TEMA2.htm

El átomo pentavalente en un cristal de silicio (Si) produce un electrón libre y se puede representar como un signo "+" encerrado en un circulo y con un punto relleno (que sería el electrón) al lado.

El átomo trivalente sería un signo "-" encerrado en un circulo y con un punto sin rellenar al lado (que simbolizaría un hueco).

Entonces la representación de un SC tipo n sería:

Y la de un SC tipo p:

La unión de las regiones p y n será:

Al juntar las regiones tipo p y tipo n se crea un "Diodo de unión" o "Unión pn".

a)    Zona de deplexión

Al haber una repulsión mutua, los electrones libres en el lado n se dispersan en cualquier dirección. Algunos electrones libres se difunden y atraviesan la unión, cuando un electrón libre entra en la región p se convierte en un portador minoritario y el electrón cae en un hueco, el hueco desaparece y el electrón libre se convierte en electrón de valencia. Cuando un electrón se difunde a través de la unión crea un par de iones, en el lado n con carga positiva y en el p con carga negativa.

Las parejas de iones positivo y negativo se llaman dipolos, al aumentar los dipolos la región cerca de la unión se vacía de portadores y se crea la llamada "Zona de deplexión".

b)    Barrera de potencial

Los dipolos tienen un campo eléctrico entre los iones positivo y negativo, y al entrar los electrones libres en la zona de deplexión, el campo eléctrico trata de devolverlos a la zona n. La intensidad del campo eléctrico aumenta con cada electrón que cruza hasta llegar al equilibrio.

El campo eléctrico entre los iones es equivalente a una diferencia de potencial llamada "Barrera de Potencial" que a 25 ºC vale:

0.3 V para diodos de Ge.

0.7 V para diodos de Si.

Polarizar: Poner una pila.
No polarizado: No tiene pila, circuito abierto o en vacío.
z.c.e.: Zona de Carga Espacial o zona de deplexión (W).

Polarización directa

Si el terminal positivo de la fuente está conectado al material tipo p y el terminal negativo de la fuente está conectado al material tipo n, diremos que estamos en "Polarización Directa".

La conexión en polarización directa tendría esta forma:

En este caso tenemos una corriente que circula con facilidad, debido a que la fuente obliga a que los electrones libres y huecos fluyan hacia la unión. Al moverse los electrones libres hacia la unión, se crean iones positivos en el extremo derecho de la unión que atraerán a los electrones hacia el cristal desde el circuito externo.

Así los electrones libres pueden abandonar el terminal negativo de la fuente y fluir hacia el extremo derecho del cristal. El sentido de la corriente lo tomaremos siempre contrario al del electrón.

Lo que le sucede al electrón: Tras abandonar el terminal negativo de la fuente entra por el extremo derecho del cristal. Se desplaza a través de la zona n como electrón libre.

En la unión se recombina con un hueco y se convierte en electrón de valencia. Se desplaza a través de la zona p como electrón de valencia. Tras abandonar el extremo izquierdo del cristal fluye al terminal positivo de la fuente.

Polarización inversa

Se invierte la polaridad de la fuente de continua, el diodo se polariza en inversa, el terminal negativo de la batería conectado al lado p y el positivo al  n, esta conexión se denomina "Polarización Inversa".

En la siguiente figura se muestra una conexión en inversa:

El terminal negativo de la batería atrae a los huecos y el terminal positivo atrae a los electrones libres, así los huecos y los electrones libres se alejan de la unión y la z.c.e. se ensancha.

A mayor anchura de la z.c.e. mayor diferencia de potencial, la zona de deplexión deja de aumentar cuando su diferencia de potencial es igual a la tensión inversa aplicada (V), entonces los electrones y huecos dejan de alejarse de la unión.

A mayor la tensión inversa aplicada mayor será la z.c.e.

Existe una pequeña corriente en polarización inversa, porque la energía térmica crea continuamente pares electrón-hueco, lo que hace que halla pequeñas concentraciones de portadores minoritarios a ambos lados, la mayor parte se recombina con los mayoritarios pero los que están en la z.c.e. pueden vivir lo suficiente para cruzar la unión y tenemos así una pequeña corriente.

La zona de deplexión empuja a los electrones hacia la derecha y el hueco a la izquierda, se crea así una la "Corriente Inversa de Saturación"(IS) que depende de la temperatura.

Además hay otra corriente "Corriente Superficial de Fugas" causada por las impurezas del cristal y las imperfecciones en su estructura interna. Esta corriente depende de la tensión de la pila (V ó VP).

Entonces la corriente en inversa (I ó IR) será la suma de esas dos corrientes:

http://www.mailxmail.com/curso-electronica-basica-1-simbolos-componentes-niveles-bandas-energia/diodo-no-polarizado

Diodo polarizado directamente Los diodos semiconductores, al igual que ocurría con las antiguas válvulas termoiónicas, actúan de forma similar al funcionamiento de una válvula hidráulica del tipo antirretorno.

Válvula antirretorno. La flecha estampada en su cuerpo metálico. indica el único sentido en que puede circular el fluido cuando se. conecta a un circuito hidráulico. Arriba la flecha azul identificada. como “A” señala el sentido de circulación permitido. Abajo la.flecha   roja  identificada  como  “B”  muestra  que  si  el  fluido.  hidráulico una vez que ha pasado a la parte izquierda de la válvula. intenta ir hacia atrás por el mismo camino, no podrá hacerlo porque. en ese sentido contrario al normal se encontrará bloqueada la. entrada de la válvula.

Cuando se instala una válvula antirretorno en un circuito hidráulico, el fluido sólo puede circular en un sentido, porque se bloquea en sentido inverso, ya que en ese caso su mecanismo interno se cierra automáticamente. De forma similar, para que la corriente eléctrica pueda fluir a través de un diodo, es necesario polarizarlo “directamente”. Para ello el polo negativo (–) de la batería o fuente de fuerza electromotriz se conecta al cátodo “K” o parte negativa (N) del diodo, mientras que el polo positivo (+) de la propia batería se conecta al ánodo “A” o parte positiva (P) del propio diodo.

En la parte superior de esta figura se representa el esquema de un. diodo energizado en “polarización directa”. Como se puede. observar, el polo negativo (–) de la batería se encuentra conectado. al cátodo “K” y el polo positivo (+) al ánodo “A” del diodo. Esta. conexión permite que la corriente de electrones que suministra la.batería  o  fuente  de  fuerza  electromotriz  pueda  circular  en  el.sentido que indican las flechas. En la parte de abajo  de  la  figura,.se  muestra  un  símil  hidráulico,  que  emplea  una  “válvula. antirretorno” con el paso abierto para que el fluido hidráulico pueda. así circular. Se puede observar que el fluido (representado por las.flechas de color rojo) atraviesa la válvula circulando  en  el  sentido. en el que la bola que sirve de compuerta a la válvula se abre. Así,. una vez que la presión del propio fluido hidráulico vence la fuerza. que ejerce el muelle sobre la bola, ésta cede y el líquido puede fluir. libremente. De forma similar en el circuito eléctrico de un diodo.polarizado de  forma  directa,  la  corriente  también  puede  fluir  a. través de mismo en un solo sentido.

Cuando polarizamos un diodo de forma directa, el polo positivo de la batería rechaza los huecos o agujeros contenidos en la región "P" (ánodo del diodo), y los obliga a dirigirse al empalme "p-n". En esas condiciones, la “zona de deplexión” se reduce por completo, por lo que los electrones en exceso en el material negativo o cátodo adquieren la suficiente energía como para poder atravesar la barrera de potencial existente en el empalme "p-n". De esa forma los electrones penetran en la región "P" de la parte positiva del diodo para combinarse ahí con los huecos o agujeros. Al mismo tiempo la atracción que ejerce el polo positivo de la batería sobre los electrones (negativos) provoca que estos salten o se desplacen de hueco en hueco a través de esa mitad del diodo y recorran toda la región semiconductora "P". Así, los electrones que cede la batería o fuente de energía eléctrica a partir de su polo negativo (–), retornan a su polo positivo (+) después de atravesar el diodo. De esa manera se restablece el equilibrio electrónico interno de la propia batería, el cual se ve continuamente alterado durante todo el tiempo que se encuentre conectada al circuito cediendo electrones a la región “N” del diodo.

En la ilustración “A” se puede ver un circuito electrónico formado por un diodo de silicio (1), una pila o.batería (2), una lámpara LED en función de consumidor (3), un interruptor (4) y un miliamperímetro (5).. Como todavía el circuito se encuentra abierto (no se ha accionado el interruptor), la corriente eléctrica no.circula. En la ilustración "B" se ha accionado el interruptor y, de acuerdo con polaridad de la batería, el. diodo se polariza de forma directa permitiendo el paso de la corriente a través del circuito, por lo que la.lámpara LED se enciende y la aguja del miliamperímetro se mueve indicando que la corriente eléctrica. está circulando. En la ilustración “C” se ha cambiado la conexión de la batería en el  circuito, por  tanto. la polaridad también queda invertida. En esta ocasión, aunque el interruptor se accione, se puede.observar que la lámpara LED no se enciende y la aguja del miliamperímetro no muestra circulación de.corriente eléctrica alguna (se mantiene indicando “0” mA), pues al haberse cambiado la polaridad de la. batería el diodo se polariza de forma inversa impidiendo que la corriente eléctrica circule por el circuito.. El efecto que se obtiene es el mismo que si no se hubiera accionado el interruptor.

En resumen, el movimiento de los electrones desplazándose desde la parte negativa del diodo para recombinarse con los huecos en la parte positiva después de atravesar el empalme "p-n" o barrera de potencial, permite que la corriente electrónica fluya a través del mismo, siempre y cuando se encuentre polarizado directamente. Si bajo esas condiciones conectamos un miliamperímetro y un consumidor al circuito del diodo, se podrá apreciar que el instrumento de medición registra la circulación de corriente eléctrica. Diodo polarizado inversamente

En la parte de arriba de esta figura se  representa  el  esquema  de. un diodo energizado en “polarización inversa”. Como se puede. observar, el polo positivo de la batería se encuentra conectado al. cátodo “K” y el polo negativo al ánodo “A”. Esta conexión impide que la corriente de electrones que suministra. la batería u otra fuente de fuerza electromotriz pueda circular en el.sentido que indican las flechas y atravesar el diodo, por lo  que  no.. se puede completar el circuito eléctrico. En la parte de abajo de la ilustración se muestra el esquema de.una  “válvula  hidráulica  antirretorno”  cerrada.  Aquí  se  puede.observar que el  fluido  hidráulico  (representado  por  la  flecha  de.color  rojo)  no  puede  atravesar  la  válvula  si  intenta  circular en.sentido  inverso,  debido a la presión que ejerce  el  muelle  sobre la.

bola y la propia presión que ejerce también el fluido hidráulico sobre ésta, lo que provoca el cierre. completo de la abertura de entrada. De forma similar un diodo polarizado de forma inversa impide que la. corriente eléctrica pueda fluir en sentido contrario, por lo que no puede atravesarlo, ni completarse. tampoco la circulación de corriente a través del circuito. http://www.asifunciona.com/fisica/af_diodos/af_diodos_3.htm