Semiconductores

SEMICONDUCTORES: DIODOS Y TRANSISTORES

DIODOS Y TRANSISTORES

1 SEMICONDUCTORES

Son dispositivos fabricados en materiales semiconductores como el silicio y el germanio. Lo semiconductores no permiten el flujo de corriente con tanta facilidad como lo hacen los conductores. Son materiales con características divididas de materiales conductores y semiconductores.

El silicio es un material muy usado en la fabricación de semiconductores como diodos, transistores y circuitos integrados, elementos que hacen posible la electrónica moderna.

1.2 DIODOS

Son componentes electrónicos que permite el paso de la corriente en un solo sentido. Los diodos más empleados en los circuitos electrónicos actuales son los diodos fabricados con material semiconductor. El más sencillo, el diodo con punto de contacto de germanio, se creó en los primeros días de la radio. En los diodos de germanio (o de silicio) modernos, el cable y una minúscula placa de cristal van montados dentro de un pequeño tubo de vidrio y conectados a dos cables que se sueldan a los extremos del tubo.

Los diodos de potencia juegan un papel importante en los circuitos electrónicos de potencia, para la conversión de la energía eléctrica.

Un diodo opera como un interruptor que realiza múltiples funciones, como por ejemplo, inversión de carga de capacitador y transferencia de energía entre componentes, aislamiento de voltaje, regreso de energía, de la carga a la fuente de alimentación, y recuperación de la energía atrapa

1.3 TIPOS DE DIODOS

El diodo semiconductor se forma uniendo los materiales tipo N y tipo P, los cuales deben estar construidos a partir del mismo material base, el cual puede ser Ge o Si. En el momento en que dos materiales son unidos (uno tipo N y el otro tipo P), los electrones y los huecos que están en, o cerca de, la región de "unión", se combinan y esto da como resultado una carencia de portadores (tanto como mayoritarios como minoritarios) en la región cercana a la unión. Esta región de iones negativos y positivos descubiertos recibe el nombre de Región de Agotamiento por la ausencia de portadores.

Existen tres posibilidades al aplicar un voltaje a través de las terminales del diodo:

• No hay polarización (Vd = 0 V).

• Polarización directa (Vd > 0 V).

• Polarización inversa (Vd < 0 V).

Vd = 0 V. En condiciones sin polarización, los portadores minoritarios (huecos) en el material tipo N que se encuentran dentro de la región de agotamiento pasarán directamente al material tipo P y viceversa. En ausencia de un voltaje de polarización aplicado, el flujo neto de carga (corriente) en cualquier dirección es cero para un diodo semiconductor.

La aplicación de un voltaje positivo "presionará" a los electrones en el material tipo N y a los huecos en el material tipo P para recombinar con los iones de la frontera y reducir la anchura de la región de agotamiento hasta desaparecerla cuando VD ³ 0.7 V para diodos de Silicio.

Id = I mayoritarios - Is

Condición de Polarización Inversa (Vd < 0 V). Bajo esta condición el número de iones positivos descubiertos en la región de agotamiento del material tipo N aumentará debido al mayor número de electrones libres arrastrados hacia el potencial positivo del voltaje aplicado. El número de iones negativos descubiertos en el material tipo P también aumentará debido a los electrones inyectados por la terminal negativa, las cuales ocuparán los huecos.

El fenómeno explicado anteriormente, en ambos tipos de material N y P, provocará que la región de agotamiento se ensanche o crezca hasta establecer una barrera tan grande que los portadores mayoritarios no podrán superar, esto significa que la corriente Id del diodo será cero. Sin embargo, el número de portadores minoritarios que estarán entrando a la región de agotamiento no cambiará, creando por lo tanto la corrienteIs. La corriente que existe bajo condiciones de polarización inversa se denomina corriente de saturación inversa.

El término "saturación" proviene del hecho que alcanza su máximo nivel (se satura) en forma rápida y no cambia significativamente con el incremento en el potencial de polarización inversa, hasta que al valor Vz o VPI, voltaje pico inverso.

El máximo potencial de polarización inversa que puede aplicarse antes de entrar en la región Zener se denomina Voltaje Pico Inverso o VPI nominal.

Los diodos de silicio tienen generalmente valores nominales de VPI y de corriente más altos e intervalos de temperatura más amplios que los diodos de germanio.

El general, el funcionamiento de este diodo, a grandes rasgos es la siguiente: En la zona directa se puede considerar como un generador de tensión continua, tensión de codo (0.5-0.7 V para el silicio y 0.2-0.4 V para el germanio). Cuando se polariza en inversa se puede considerar como un circuito abierto. Cuando se alcanza la tensión inversa de disyunción (zona Inversa) se produce un aumento drástico de la corriente que puede llegar a destruir al dispositivo. Este diodo tiene un amplio margen de aplicaciones: circuitos rectificadores, limitadores, fijadores de nivel, protección contra cortocircuitos, demoduladores, mezcladores, osciladores, bloqueo y bypass en instalaciones fotovolcaicas, etc.

Cuando usamos un diodo en un circuito se deben tener en cuenta las siguientes consideraciones (a partir de las hojas de características suministradas por el fabricante):

• La tensión inversa máxima aplicable al componente, repetitiva o no (VRRR máx o VR máx, respectivamente) ha de ser mayor (del orden de tres veces) que la máxima que este va a soportar.

• La corriente máxima en sentido directo que puede atravesar al componente, repetitiva o no (IFRM máx e IF máx respectivamente), ha de ser mayor (del orden del doble) que la máxima que este va a soportar.

• La potencia máxima que puede soportar el diodo (potencia nominal) ha de ser mayor (del orden del doble) que la máxima que este va a soportar.

En la figura N°01, podemos observar la representación gráfica o símbolo para este tipo de diodo.

Figura N°1

Curva Diodo Real

Uno de los parámetros importantes para el diodo es la resistencia en el punto o región de operación. Si consideramos la región definida por la dirección de Id y la polaridad de Vd, encontraremos que el valor de la resistencia directa RF, de acuerdo a como se define con la ley de Ohm es:

Donde VF es el voltaje de polarización directo a través del diodo e IF es la corriente

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