Apuntes de electrónica

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.

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

POLARIZACIÓN DIRECTA

Si ahora aplicamos a dicha unión una tensión exterior de signo contrario a la barrera de potencial interna, ésta irá disminuyendo en anchura. A mayor tensión aplicada externamente corresponderá una barrera interna menor y podremos llegar a conseguir que dicha barrera desaparezca totalmente.

En este momento los electrones (portadores mayoritarios) de la zona N están en disposición de pasar a la zona P. Exactamente igual están los huecos de la zona P que quieren "pasar" a la zona N.

<------------> Región agotada

o----

----o

zona P

barrera interna de potencial

zona N

a)Sin polarización

Iones negativos que han "recuperado" sus huecos

Región agotada <--->

Iones positivos que han "recuperado" sus electrones

+  o--

--o -

zona P

barrera interna de potencial

zona N

b) Polarización directa débil, región agotada
reducida, pero no eliminada

+  o--

--o -

zona P

zona N

c) Al aumentar la polarización directa, la zona agotada
y su barrera de potencial interna asociada han sido neutralizadas

* En la práctica, un diodo se fabrica a base de una única pieza de siliceo, introduciendo tipos diferentes de impurezas por los dos casos de ella, unas que creen material tipo P y otros que creen tipo N. Este proceso se realiza a grandes temperaturas.

A la tensión externa que anula la barrera de potencial de la unión y la deja preparada para el paso de los respectivos portadores mayoritarios, se le denomina tensión Umbral. Se la representa po Vu y sus valores prácticos son:

Para el Silicio  Vu = 0,4 - 0,5 voltios

Para el Germanio Vu =  0,05 - 0,06 voltios

En esta situación, al aplicar un aumento en la tensión exterior, los electrones se sentirán atraidos por el polo positivo de la pila y los huecos por el negativo de la misma. No hay dificultad para atravesar la unión y por tanto aparecerá una corriente de mayoritarios a través del circuito. A partir de aqui, cualquier aumento de tensión provoca un aumento de la corriente.

Al conjunto de tensiones que crean corriente proporcional en el diodo se les llama tensiones de polarización directa o de funcionamiento. Sus valores típicos son:

Para el Silicio 0,5 - 0,8 voltios

Para el Germanio 0,06 - 0,15 voltios

Flujo de corriente en un diodo polarizado en directo

Parece lógico pensar que llegará un momento en que el proceso, aumento de tensión exterior, aumento de corriente en la unión, tendrá que parar. Y esto es así, porque a partir de un determinado valor de la tensiñon exterior aplicada, los electrones se neutralizan en mayor número con los huecos en el interior del diodo y son pocos los que pueden salir al circuito exterior. Es decir que el aumento es absorbido por el mismo diodo. A esta tensión a partir de la cual la corriente a través del diodo se mantiene constante, (en la práctica aumenta ligeramente) se le denomina tensión de saturación.

Sus valore típicos son:

Para el Silicio Vsat  0,8 - 0,9 voltios

Para el Germanio  Vsat  0,15 - 0,2 voltios

Cualquier intento de provocar un aumento de corriente puede originar a partir de este momento la destrucción del diodo.

POLARIZACION DIRECTA DEL 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:

• 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.

= 

http://electronica-es-facil.blogspot.com.es/p/polarizacion-directa-del-diodo.html

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"(I_S) 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 V_P).

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

El diodo se polariza directa e inversamente

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. Esta conexión se muestra en la Fig.1

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 zona de carga epacial se ensancha.

A mayor anchura de la zona de carga espacial 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 tensión inversa aplicada mayor será la zona de caraga espacial. 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 zona de carga espacial 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 a los huecos hacia la izquierda, se crea así una corriente la corriente inversa de saturación (Is)que depende de la temperatura. Fig.2

Movimiento de los electrones minoritarios y sentido de la corriente inversa. 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 fuente. Entonces la corriente con polarización inversa (I ó IR) será la suma de esas dos corrientes:

Ruptura

Los diodos admiten unos valores máximos en las tensiones que se les aplican, existe un límite para la tensión máxima en inversa con que se puede polarizar un diodo sin correr el riesgo de destruirlo.

Tabla variación de la corriente inversa total con la tensión aplicada

A la tensión en la que la IR aumenta de repente, se le llama, tensión de ruptura (VRuptura). A partir de este valor IR es muy grande y el diodo se estropea. En el diodo ha ocurrido el efecto] avalancha o ruptura por avalancha.

Efecto avalancha

En polarización inversa se generan pares electrón-hueco que provocan la corriente inversa de saturación; si la tensión inversa es elevada los electrones se aceleran incrementando su energía cinética de forma que al chocar con electrones de alencia pueden provocar su salto a la banda de conducción. Estos electrones liberados, a su vez, se aceleran por efecto de la tensión, chocando con más electrones de valencia y liberándolos a su vez. El resultado es una avalancha de electrones que provoca una corriente grande. Este fenómeno se produce para valores de la tensión superiores a 6V.

Efecto Zener

Cuanto más dopado está el material, menor es la anchura de la zona de carga. Puesto que el campo eléctrico E puede expresarse como cociente de la tensión V entre la distancia d; cuando el diodo esté muy dopado, y por tanto d sea pequeño, el campo eléctrico será grande, del orden de 3·105 V/cm. En estas condiciones, el propio campo puede ser capaz de arrancar electrones de valencia incrementándose la corriente. Este efecto se produce para tensiones de 4 V o menores. Para tensiones inversas entre 4 y 6 V la ruptura de estos diodos especiales, como los Zener, se puede producir por ambos efectos.

https://www.ecured.cu/Diodo_inversamente_polarizado