Diodo Semiconductor
Fundamentos
Polarización
se refiere a la operación de un dispositivo tras la aplicación de un voltaje externo a través de las dos terminales de este para extraer una respuesta en función de sobrepasar o no, el voltaje de la barrera.
Se dispone de tres Opciones
Sin Polarización: Vd=0
Polarización inversa: VD < 0V
se produce una corriente muy pequeña por los portadores minoritarios que se llama corriente de saturación en inversa y está representada por Is. En un diodo polarizado en inversa, la corriente ID es aproximadamente cero.
Polarización Directa: VD > 0V
es la condición que permite la circulación de corriente a través de la unión p-n. La condición de polarización en directa o “encendido” se establece conectando el terminal positivo de fuente al material tipo p y el terminal negativo al material tipo n.
Juntura P-N
Si se toma un bloque de silicio y se dopa
una parte de él con una impureza trivalente y la otra con una impureza pentavalente, se forma un límite llamado unión p-n entre las partes tipo p y tipo n resultantes y se crea un diodo básico. En el momento en que los dos materiales se “unen”, los electrones y los huecos en la región de la unión se combinan y provocan una carencia de portadores libres en la región próxima a la unión.
Con el fin de aumentar la conductividad de los semiconductores denominados extrínsecos, se puede dopar para tener un exceso de electrones libres o un exceso de huecos; por tanto, se les añaden impurezas. Se clasifican en dos tipos de semiconductores dopados: Tipo N o P.
Tipo P: se forma dopando un cristal de germanio o silicio puro con átomos de impureza que tienen tres electrones de valencia (trivalentes).
Tipo N: se crea introduciendo a un cristal de germanio o silicio puro elementos de impureza que contienen cinco electrones de valencia (pentavalentes), como el antimonio, el arsénico y el fósforo
Conceptos Basicos
En función de sus propiedades eléctricas, los materiales se clasifican en tres grupos: conductores, semiconductores y aislantes.
Semiconductores: es un material a medio camino entre
los conductores y los aislantes, en lo que a su capacidad de conducir corriente eléctrica respecta.
Conductores:es un material que no
conduce corriente eléctrica en
condiciones normales.
Aislantes: es un material que no
conduce corriente eléctrica en
condiciones normales.
Que es
Es el primer dispositivo electrónico. Su papel vital en los sistemas electrónicos es que su característica es que se asemeja a las de un sencillo interruptor.
Caracteristicas
Circuitos equivalentes DC y AC
Circuito equivalente AC del Diodo
Modelo de pequeña señal a baja frecuencia
A bajas frecuencias y a niveles relativamente bajos de capacitancia, la reactancia de un capacitor, determinada por XC = 1/2pfC en general es tan alta que se le puede considerar de magnitud infinita, representada por un circuito abierto e ignorada.
Modelo de pequeña señal a alta frecuencia
Todo dispositivo electrónico o eléctrico es sensible a la
frecuencia. En el diodo los niveles de capacitancia parásita son los que tienen un mayor efecto.
Modelo Lineal por segmentos
El circuito equivalente DC de la tercera aproximación del diodo, modelo lineal por segmentos o modelo completo es el más preciso que se hace del diodo. Incluye el potencial de barrera, la pequeña resistencia dinámica de polarización en directa (RD) y la gran resistencia interna de polarización en inversa (Rr). La tensión total en el diodo es igual a: VD = 0,7 V + ID RD.
Modelo Simplificado del Diodo
Resistencia del Diodo
A medida que el punto de operación de un diodo se mueve de una región a otra, su resistencia también cambia debido a la forma no lineal de la curva de características.
Diodo Ideal
es un dispositivo no lineal porque la gráfica de la corriente en función de la tensión no es una línea recta. La razón es la barrera de potencial: cuando la tensión del diodo es menor que la barrera de potencial, la corriente
del diodo es pequeña; si la tensión del diodo supera esta barrera de potencial, la corriente del diodo aumenta rápidamente. Porque el terminal positivo de la batería está conectado al terminal positivo del diodo (ánodo) del diodo a través de una resistencia, y el terminal negativo está conectado al terminal negativo (cátodo).
Curva Caracteristica de salida ID vs VD
Cuando el diodo conduce, la temperatura de la unión es mayor que la temperatura ambiente debido al calor producido por la recombinación. s. La barrera de potencial de un diodo de silicio varía de 2 mV a 2.5 mV por cada grado centígrado de incremento de la temperatura.
El máximo potencial de polarización en inversa que se puede aplicar antes de entrar a la región ruptura se llama voltaje inverso pico (conocido como valor PIV) o voltaje de reversa pico (denotado como valor PRV).
El voltaje de ruptura para un diodo depende del nivel de dopado, establecido por el fabricante, según el tipo de diodo.
Cada una contribuye a un voltaje adicional con el mismo nivel de corriente, como lo determina la ley de Ohm. La dirección definida de la corriente convencional en la región de voltaje positivo corresponde a la punta de flecha del símbolo de diodo. La corriente máxima en
directa es uno de los valores que se especifican en una hoja de características. Esta corriente puede aparecer como Imáx, IF (máx), IO, etc., dependiendo del fabricante.
Para tensiones mayores que la tensión umbral (o barrera de potencial), la corriente
del diodo crece rápidamente, lo que quiere decir que aumentos pequeños en la
tensión del diodo originarán grandes incrementos en su corriente.
representa el comportamiento en el flujo de electrones
(corriente) que ocurre al ser sometido el diodo a una tensión que polarice al mismo directa o inversamente.
