apunte semiconductores - diodos - transistores (1)

7/26/2019 Apunte Semiconductores - Diodos - Transistores (1)

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2. SEMICONDUCTORES

2.1. Conductores, aislantes y semiconductoresDependiendo de su comportamiento ante la corriente elctrica, los materiales pueden clasificarse en doscategoras:1) Conductores. Son materiales que permiten el libre flujo de cargas elctricas en su interior; por ejemplo, elcobre, la plata, el aluminio , en general, todos los metales.!) "islantes. Son materiales que bloquean por completo el paso de la corriente elctrica; por ejemplo, los

pl#sticos, la madera, el papel, la cer#mica o el $idrio.Si obser$a el cable que alimenta a cualquier aparato elctrico, encontrar# que en este sencillo cord%n secombinan ambos tipos de materiales, puesto que se utili&a cobre como conductor un aislante pl#stico comoprotector contra descargas.Sin embargo, e'isten otros materiales situaciones donde la frontera entre conductor aislante no est#claramente definida. (or ejemplo, aunque el papel es un buen aislante, cuando se quema con$ierte en carb%npasa a ser un conductor aceptable; o bien, cuando se maneja un aparato con las manos mojadas puedesufrirse una descarga, al contrario de lo que sucede cuando se maneja con las manos secas, pues la piel $arasus propiedades conductoras segn la *umedad.

+n qu se diferencia un conductor de unaislante- (or nuestros estudios b#sicossabemos que los materiales cumplen unapropiedad llamada resistencia elctrica,

cua magnitud medida en o*ms define elgrado de oposici%n que presenta cadamaterial al flujo de la corriente./enricamente, podemos decir que unconductor0 es todo material que posee unaresistencia elctrica menor a .1 o*mspor centmetro, mientras que un aislante0 estodo material cua resistencia es superior alos 11 o*ms por centmetro. Sin embargo,

como se deduce f#cilmente, e'iste una &ona intermedia mu amplia entre ambas magnitudes, en la que no sepuede *ablar ni de conductores ni de aislantes 2figura !).Despus de la Segunda /uerra 3undial, los cientficosse interesaron por el estudio de esa franja de

indefinici%n, encontrando algunos elementos qumicosque, en determinadas circunstancias, se comportabancomo conductores en otras como aislantes.4ustamente, debido a esa propiedad tan peculiar, adic*os elementos se les llam% semiconductores. 5 enellos descansa a*ora el monumental edificio de laelectr%nica moderna. 6os elementos semiconductoresm#s conocidos son el germanio el silicio 2figura 7),materiales que en estado de pure&a no conducenelectricidad; sin embargo, cuando se les a8ade ciertacantidad de partculas de otros elementos queconstituen impure&as, se modifican sus propiedades,

pasando a un estado de conducci%n parcial.Dependiendo de la cantidad del tipo de impure&asa8adidas, el material se puede con$ertir en una fuente oen un absorbente de electrones. Cuando el material seencuentra con un e'ceso de cargas negati$as se ledenomina tipo 9 cuando se encuentra con une'ceso de cargas positi$as se le llama tipo ( 2figura). 9o ofreceremos e'plicaciones desde el punto de$ista at%mico sobre la ra&%n de este comportamiento,puesto que tendramos que e'poner di$ersasconsideraciones te%ricas que alargaran el tema;

simplemente, aceptaremos esta conducta de losmateriales como un postulado.

6a tecnologa requerida en la producci%n desemiconductores es de mu alto ni$el, a que para garanti&ar las propiedades %ptimas de estos materiales, a


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un elemento de e'traordinaria pure&a debe me&cl#rsele una cantidad cuidadosamente medida controlada deimpure&as. n efecto, para la fabricaci%n de los modernos materiales semiconductores se emplea sobre todo elsilicio, con una pure&a de alrededor del . < 2en una comparaci%n simple, esto equi$aldra a un tr#ilerlleno de a&car con apenas una cuc*arada de sal me&clada en ese $olumen, semejando a las impure&as. =na$e& obtenido el silicio de alta pure&a, a es posible fabricar los distintos componentes que resultan cla$es en latecnologa electr%nica, como el diodo, el transistor, los tiristores, los circuitos integrados, etc., con los que a su$e& se construe pr#cticamente todo aparato o instrumento electr%nico, desde un radio *asta unacomputadora, a8adiendo simplemente algunos elementos adicionales.

=n semiconductor es una sustancia que se comporta comoconductor o como aislante dependiendo de la temperatura delambiente en el que se encuentre. 6os elementos qumicossemiconductores de la tabla peri%dica se indican en la tablasiguiente.

l elemento semiconductor m#s usado es el silicio, aunque idnticocomportamiento presentan las combinaciones de elementos de losgrupos >> >>> con los de los grupos ?> ? respecti$amente 2"s/a,(>n, "s/a"l, @eCd, SeCd SCd). De un tiempo a esta parte se *acomen&ado a emplear tambin el a&ufre.6a caracterstica comn atodos ellos es que son tetra$alentes, teniendo el silicio una configuraci%n electr%nicasApA.

Conductividad elctrica del cristal

(ara que la conducci%n de la electricidadsea posible es necesario que *aa electrones que no estn ligados aun enlace determinado 2banda de $alencia), sino que sean capaces de despla&arse por el cristal 2banda deconducci%n). 6a separaci%n entre la banda de $alencia la de conducci%n se llama banda prohibida, porqueen ella no puede *aber portadores de corriente. "s podemos considerar tres situaciones:

6os metales, en los que ambas bandas de energa se superponen, son conductores.

6os aislantes2oinsuladores), en los que la diferencia e'istente entre las bandas de energa, del orden

de B e? impide, en condiciones normales el salto de los electrones.

6os semiconductores, en los que el salto de energa es peque8o, del orden de 1 e?, por lo que

suministrando energa pueden conducir la electricidad; pero adem#s, su conducti$idad puederegularse, puesto que bastar# disminuir la energa aportada para que sea menor el nmero deelectrones que salte a la banda de conducci%n; cosa que no puede *acerse con los metales, cuaconducti$idad es constante, o m#s propiamente, poco $ariable con la temperatura.

Tipos de semiconductores

Semiconductores intrnsecos

=n cristal de silicioforma una estructura tetradrica similara la del carbono mediante enlaces co$alentes entre sus#tomos, en la figura representados en el plano por

simplicidad. Cuando el cristal se encuentra a temperaturaambiente, algunoselectrones pueden,absorbiendo la energanecesaria, saltar a labanda de conducci%n,dejando elcorrespondiente huecoen la banda de $alencia21). 6as energasrequeridas, atemperatura ambienteson de 1,1! ,B e?

para el silicio elgermaniorespecti$amente.

Elemento GrupoElectrones enla ltima capa

Cd >> " ! e

"l,/a,E,>n >>> " 7 e

Si,/e >? " e

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Se, @e, 2S) ?> " B e
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Gb$iamente el proceso in$erso tambin se produce, de modo que los electrones pueden caerdesde el estadoenergtico correspondiente a la banda de conducci%n, a un *ueco en la banda de $alencia liberando energa. "este fen%meno, se le denomina recombinaci%n. Sucede que, a una determinada temperatura, las $elocidadesde creaci%n de pares e*, de recombinaci%n se igualan, de modo que la concentraci%n global de electrones *uecos permanece in$ariable. Siendo n la concentraci%n de electrones 2cargas negati$as) p la concentraci%nde *uecos 2cargas positi$as), se cumple que:

niH n H p

siendo nila concentracin intrnsecadel semiconductor, funci%n e'clusi$a de la temperatura. Si se somete elcristal a una diferencia de tensi%n, se producen dos corrientes elctricas. (or un lado la debida al mo$imientode los electrones libres de la banda de conducci%n, por otro, la debida al despla&amiento de los electrones enlabanda de $alencia, que tender#n a saltara los *uecos pr%'imos 2!), originando una corriente de huecosenla direcci%n contraria al campo elctrico cua $elocidad magnitud es mu inferior a la de la banda deconducci%n.

Semiconductores extrnsecos

Si a un semiconductor intrnseco, como el anterior, se le a8ade un peque8o porcentaje de impurezas, es decir,elementos tri$alentes o penta$alentes, el semiconductor se denomina e'trnseco, se dice que est# dopado.$identemente, las impure&as deber#n formar parte de la estructura cristalina sustituendo al correspondiente

#tomo de silicio.

Semiconductor tipo N

=n Semiconductor tipo N se obtiene lle$ando a cabo un proceso de dopadoa8adiendo un cierto tipo de#tomos al semiconductor para poder aumentar el nmero de portadores de carga libres 2en este caso,negati$as).

Cuando el material dopante es a8adido, ste aporta sus electrones m#s dbilmente $inculados a los #tomosdel semiconductor. ste tipo de agente dopante es tambin conocido como material donantea que da algunosde sus electrones.

l prop%sito del dopaje tipo n es el de producir abundancia de electrones portadores en el material. (araaudar a entender como se produce el dopaje tipo n considrese el caso del silicio2Si). 6os #tomos del siliciotienen una$alencia at%micade cuatro, por lo que se forma un enlace co$alentecon cada uno de los #tomos desilicio adacentes. Si un #tomo con cinco electrones de $alencia, tales como los del grupo ?" de la tablaperi%dica 2ej. f%sforo 2(), arsnico2"s) o antimonio2Sb)), se incorpora a la red cristalina en el lugar de un#tomo de silicio, entonces ese #tomo tendr# cuatro enlaces co$alentes un electr%n no enla&ado. ste electr%ne'tra da como resultado la formaci%n de Ielectrones libresI, el nmero de electrones en el material superaampliamente el nmero de *uecos, en ese caso los electrones son los portadores mayoritarios los *uecosson losportadores minoritarios." causa de que los #tomos con cinco electrones de $alencia tienen un electr%ne'tra que IdarI, son llamados #tomos donadores. 9%tese que cada electr%n libre en el semiconductor nuncaest# lejos de un ion dopante positi$o inm%$il, el material dopado tipo 9 generalmente tiene una carga elctricaneta final de cero....

Semiconductor tipo P

=n Semiconductor tipo Pse obtiene lle$ando a cabo un proceso de dopado, a8adiendo un cierto tipo de#tomos al semiconductor para poder aumentar el nmero de portadores de carga libres 2en este caso positi$oso huecos).

Cuando el material dopante es a8adido, ste libera los electrones m#s dbilmente $inculados de los #tomos delsemiconductor. ste agente dopante es tambin conocido como material aceptor los #tomos delsemiconductor que *an perdido un electr%n son conocidos como huecos.

l prop%sito del dopae tipo Pes el de crear abundancia de *uecos. n el caso del silicio, un #tomo tri$alente2tpicamente del grupo >>>" de la tabla peri%dica) de los #tomos $ecinos se le une completando as sus cuatro

enlaces. "s los dopantes crean los I*uecosI. Cada *ueco est# asociado con un ion cercano cargadonegati$amente, por lo que el semiconductor se mantiene elctricamente neutro en general. 9o obstante,cuando cada *ueco se *a despla&ado por la red, un prot%n del #tomo situado en la posici%n del *ueco se $eIe'puestoI en bre$e se $e equilibrado por un electr%n. (or esta ra&%n un *ueco se comporta como una ciertacarga positi$a. Cuando un nmero suficiente de aceptores son a8adidos, los *uecos superan ampliamente la
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e'citaci%n trmica de los electrones. "s, los *uecos son los portadores mayoritarios, mientras que loselectrones son los portadores minoritarios en los materiales tipo (. 6os diamantes a&ules 2tipo >>b), quecontienen impure&as de boro 2E), son un ejemplo de un semiconductor tipo ( que se produce de maneranatural.

Contaminacin o dopae

6os semiconductores en s no presentan propiedades pr#cticas, por esto se los contamina para darles alguna

propiedad especial, como alterar la probabilidad de ocupaci%n de las bandas de energa, crear centros derecombinaci%n, otros.

(or ejemplo, en un cristal de silicio o de germanio, dopado con elementos penta$alentes 2"s, ( oSb); al tenerstos elementos F electrones en la ltima capa, resultar# que al formarse la estructura cristalina, el quintoelectr%n no estar# ligado en ningn enlace co$alente, encontr#ndose, an sin estar libre, en un ni$el energticosuperior a los cuatro restantes. Si consideramos el efecto de la temperatura, obser$aremos que a*ora, adem#sde la formaci%n de pares e*, se liberar#n tambin los electrones no enla&ados, a que la energa necesariapara liberar el electr%n e'cedente es del orden de la centsima parte de la correspondiente a los electrones delos enlaces co$alentes 2en torno a ,1 e?).

"s, en el semiconductor aparecer#una maor cantidad de electronesque de *uecos; por ello se dice quelos electrones son los portadoresmaoritarios de la energa elctrica puesto que este excedente deelectrones procede de lasimpure&as penta$alentes, a stasse las llama donadoras. "nsiendo maor n que p, la le demasas se sigue cumpliendo, dado

que aunque aparentemente s%lo se aumente el nmero de electrones libres, al *acerlo, se incrementa la

probabilidad de recombinaci%n, lo que resulta en un disminuci%n del nmero de *uecos p, es decir: :n J niH p iJ p, tal que: nKp H niA (or lo que respecta a la conducti$idad del material, sta aumenta enormemente, as, porejemplo, introduciendo s%lo un #tomo donador por cada 1 #tomos de silicio, la conducti$idad es !1$eces maor que la del silicio puro.

n cambio si se *a dopado con elementos tri$alentes 2"l, E,/ao>n), las impure&as aportan una vacante, porlo que se las denomina aceptoras2de electrones, se entiende). "*orabien, el espacio $acante no es unhuecocomo el formado antes con elsalto de un electr%n, si no que tieneun ni$el energtico ligeramentesuperior al de la banda de $alencia

2del orden de ,1 e?).

n este caso, los electrones saltar#na las $acantes con facilidad dejando *uecos en la banda de $alencia en maor nmero que electrones en labanda de conducci%n, de modo que a*ora son los *uecos los portadores maoritarios. "l igual que en el casoanterior, el incremento del nmero de *uecos se $e compensado en cierta medida por la maor probabilidad derecombinaci%n, de modo que la le de masas tambin se cumple en este caso:

!niones P " N

Cuando se unen dos pastillas demateriales semiconductores, una @ipo 9 otra @ipo (, tal como se muestra en laLigura Siguiente, se produce un fen%meno
http://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Portadores_mayoritarios&action=edithttp://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Portadores_mayoritarios&action=edithttp://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Portadores_minoritarios&action=edithttp://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Portadores_minoritarios&action=edithttp://es.wikipedia.org/wiki/Diamantehttp://es.wikipedia.org/wiki/Borohttp://es.wikipedia.org/wiki/Ars%C3%A9nicohttp://es.wikipedia.org/wiki/F%C3%B3sforo_(elemento)http://es.wikipedia.org/wiki/Antimoniohttp://es.wikipedia.org/wiki/Ley_de_masashttp://es.wikipedia.org/wiki/Ley_de_masashttp://es.wikipedia.org/wiki/Aluminiohttp://es.wikipedia.org/wiki/Borohttp://es.wikipedia.org/wiki/Galiohttp://es.wikipedia.org/wiki/Indio_(elemento)http://es.wikipedia.org/wiki/Imagen:Semiconductor_tipo_p.pnghttp://es.wikipedia.org/wiki/Imagen:Semiconductor_tipo_n.pnghttp://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Portadores_mayoritarios&action=edithttp://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Portadores_minoritarios&action=edithttp://es.wikipedia.org/wiki/Diamantehttp://es.wikipedia.org/wiki/Borohttp://es.wikipedia.org/wiki/Ars%C3%A9nicohttp://es.wikipedia.org/wiki/F%C3%B3sforo_(elemento)http://es.wikipedia.org/wiki/Antimoniohttp://es.wikipedia.org/wiki/Ley_de_masashttp://es.wikipedia.org/wiki/Ley_de_masashttp://es.wikipedia.org/wiki/Ley_de_masashttp://es.wikipedia.org/wiki/Ley_de_masashttp://es.wikipedia.org/wiki/Aluminiohttp://es.wikipedia.org/wiki/Borohttp://es.wikipedia.org/wiki/Galiohttp://es.wikipedia.org/wiki/Indio_(elemento)


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singular pero mu importante en la &ona en la que se ponen en contacto los dos materiales, denominadaI=ni%n (9I.

Cuando se forma una uni%n (9, algunos de los electrones libres del material @ipo 9 se difunden a tra$s de launi%n *acia el material @ipo (, combin#ndose con las lagunas de este material. stos electrones al abandonarel material 9 dejan *uecos o lagunas en l, de modo que si obser$amos en la figura: IEI, se podra interpretar

que los electrones se mue$en del material 9 al ( las lagunas del ( al 9.6a energa trmica es la que produce esta llamada ICorriente de Difusi%nI. Como resultado del proceso dedifusi%n, se produce una Diferencia de (otencial a tra$s de la Megi%n de Carga spacial. sta diferencia depotencial puede representarse, tal como se muestra en la Lig. 1, como una batera imaginaria conectada atra$s de la juntura (9.

l smbolo de batera se utili&a simplemente para ilustrar los efectos elctricosinternos de la juntura. sta diferencia de potencial forma una barreradenominada IEarrera de nergaI la cual impide que se sigan difundiendoelectrones a tra$s de juntura. n efecto, los electrones del material @ipo 9 quetienden a seguir difundindose a tra$s de la juntura son repelidos por la carganegati$a inducida en el material @ipo (, mientras que las lagunas del material@ipo ( son repelidas por la carga positi$a inducida en el material @ipo 9. sta

diferencia de potencial o barrera de energa impide por lo tanto una interacci%ntotal entre los dos tipos de materiales, preser$ando as las diferencias en sus caractersticas.

Circulacin de corriente a travs de una unin P"N

Cuando se conecta una batera a una juntura (9, la intensidad de corriente que circular# por la juntura ser#dependiente del ni$el de tensi%n aplicada de la polaridad con que se conecte la batera a la uni%n.

n el circuito elctrico representado en lafigura I"I el @erminal (ositi$o de labatera e'terna *a sido conectado alSemiconductor 9 el @erminal 9egati$o

al Semiconductor (. Con esta disposici%nde polari&aci%n de la uni%n (9, loselectrones libres del materialsemiconductor @ipo 9 son atrados por ellectrodo (ositi$o de la batera,alej#ndose de la uni%n. "l mismo tiempo,las lagunas del material semiconductor@ipo ( son atradas por el lectrodo9egati$o de la batera, alej#ndosetambin de la juntura. Como resultado de las condiciones descriptas en el p#rrafo anterior, la regi%n de cargaespacial en la juntura se ensanc*a la diferencia de potencial que representa llega casi al ni$el de la tensi%nde la batera e'terna. 6a circulaci%n de corriente a tra$s de la uni%n es e'tremadamente peque8a, si seproduce. I=na uni%n (9, alimentada por una fuente de Corriente Continua de esta manera, se dice que est#

(olari&ada >n$ersamenteI.

n el circuito elctrico representado en lafigura IEI, se *an in$ertido las cone'ionesde la batera e'terna, estando a*ora sulectrodo (ositi$o conectado alsemiconductor @ipo ( su lectrodo9egati$o al semiconductor @ipo 9. Con estadisposici%n de polari&aci%n de la uni%n (9,los electrones del material @ipo ( cercanosal lectrodo (ositi$o de la batera rompensus ligaduras co$alentes entran a labatera, creando en el material nue$as

lagunas.

"l mismo tiempo los electrones libres delmaterial @ipo 9 son repelidos por ellectrodo 9egati$o de la batera


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mo$indose *acia la juntura, al despla&arse $an creando nue$os espacios o lagunas que son ocupados pornue$os electrones que ingresan al material desde el lectrodo 9egati$o de la batera. @oda esta acci%n dacomo resultado un estrec*amiento de la carga espacial de modo que los electrones comien&an a difundirser#pidamente a tra$s de la juntura dirigindose *acia el electrodo positi$o de la batera, al combinarse con laslagunas del material (. sta circulaci%n electr%nica continuar# mientras se mantenga conectada la fuente dealimentaci%n e'terna. I=na uni%n (9 alimentada por una batera e'terna tal como se muestra en la figura IEI,se dice que est# (olari&ada DirectamenteI.

n esta figura se *a representado una cur$a generali&ada para una 4untura (9 de la tensi%n de polari&aci%nde la juntura ?s. la intensidad de corriente circulante por la misma, obser$e que se *an contemplado los casosde polari&aci%n directa e in$ersa.

n la regi%n de polari&aci%n directa 2cuadrante superior derec*o), se puede $er que la intensidad de corrientecirculante por la juntura, aumenta inicialmente lentamente a medida que aumenta la tensi%n aplicada a lajuntura, es decir, partiendo desde tensi%n cero pr#cticamente *asta llegar a los F m? a B m?, cada$ariaci%n de 1 m? producen un aumento en la intensidad de corriente de unos pocos m", cru&ando el umbralde la Earrera de nerga o de (otencial que impone la juntura 2alrededor de Bm?), la intensidad de corrienteaumenta r#pidamente de modo que para $ariaciones de la tensi%n de polari&aci%n de unos pocos m? laintensidad de corriente aumenta en forma importante.

n la regi%n de polari&aci%n in$ersa 2cuadrante inferior i&quierdo), obser$e que para $ariaciones de $arios $oltsde la tensi%n aplicada la intensidad de corriente sufre escasas $ariaciones est# dentro del orden de losmicro"mpar 2m"). l ni$el de dic*a tensi%n podr# ser siendo aumentada 2dependiendo del diodo utili&ado)*asta un cierto ni$el, despus del cual se producir# un efecto de a$alanc*a en la uni%n que producir# un bruscoaumento de la intensidad de corriente in$ersa que si no es limitada producir# la destrucci%n instant#nea de launi%n. Dic*o ni$el de tensi%n es denominado @ensi%n de Muptura por a$alanc*a.

2.2. Diodos

6os diodos son dispositi$os semiconductores de estados%lido, generalmente fabricados con silicio, al que se le

agregan impure&as para lograr sus caractersticas.

(oseen dos terminales, llamados #nodo c#todo.

E#sicamente un diodo se utili&a para rectificar la corrienteelctrica. Su caracterstica principal es que permite lacirculaci%n de corriente en un solo sentido. (or suconstrucci%n, el diodo de silicio posee en polari&aci%n directa2circulaci%n de corriente de #nodo *acia c#todo) una cadade tensi%n del orden de los ,B a , $oltios, en in$ersa2bloqueo) tiene una corriente de fuga pr#cticamentedespreciable.

Na diodos de uso especial, como los Oener, los Sc*ottP,de Se8al, etc. ?amos a describirlos a continuaci%n.

Tipos de diodos#

Diodos de uso general: stos se utili&an principalmente como rectificadores, ocomo protecci%n en aparatos a bateras, pre$iniendo su deterioro al conectarloscon polaridad in$ersa a la utili&ada. /eneralmente no se los utili&a en alterna parafrecuencias superiores a los 1 ciclos 21 Nert&).

ste problema se llama Itiempo de recuperaci%nI, es el tiempo que tarda el diodoen absorber el cambio de polaridad para bloquear la circulaci%n de corriente. Si se

*ace trabajar un diodo a una frecuencia m#s alta que la estimada por el fabricante,el diodo comen&ar# a recalentarse *asta producirse un embalamiento trmico, conla consecuente quema del mismo.


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Diodos Oener: stos diodos en directa se comportan como un diodo comn, pero en in$ersa poseen lo que sedenomina Itensi%n de OenerI. 6legando a una determinada tensi%n in$ersa, el diodo comien&a a conducir, sise sigue aumentando la tensi%n, el Oener la mantendr# a un $alor constante, que es su tensi%n de in$ersa.(asando un lmite, el diodo se destrue.

Diodos Sc*ottP: stos diodos est#n dise8ados para cumplir la misma funci%n que los de uso general, pero aaltas frecuencias. Se utili&an, por ejemplo, en fuentes de alimentaci%n de computadoras, donde la frecuenciade la corriente alterna puede llegar a los 1QN& 21 ciclos por segundo).

Diodos de Se8al: Son diodos para utili&ar en alta frecuencia, pero generalmente de poca potencia.

Diodos 6D: Son un tipo de diodos denominados IDiodo misor de 6u&I 26D por sus siglas en >ngles). @ienela propiedad de emitir lu& cuando se le aplica una corriente en directa. 'isten de muc*os tipos, colores, eincluso destellantes de $arios colores.

Diodos de potencia: Son diodos de encapsulado met#lico, generalmente

de grandes dimensiones. Se utili&an, por ejemplo, en cargadores debateras alternadores de automotores.

Circuitos de eemplo#

a) Mectificador de media onda: n este circuito, el diodo conduce durantela mitad del ciclo de corriente alterna. De este modo, solamenteun semiciclo pasa al otro lado del circuito.

b) Mectificador de onda completa: n este circuito los diodos

est#n configurados en puente, para *acer que ambos semiciclosde la corriente alterna pasen al positi$o del circuito.

c) Megulador de tensi%n con diodo Oener: n este circuito, eldiodo &ener forma un regulador de tensi%n, que protege alcircuito de las $ariaciones de tensi%n pro$enientes de la fuentede alimentaci%n.

d) Mecortador de se8al: n este circuito, un par de diodos enuna salida de preamplificador produce un recorte simtrico dela se8al de audio.

$iodo %ener

=n diodo %ener, es un diodode silicio que se *a construidopara que funcione en las &onas de rupturas. 6lamados a $ecesdiodos de a$alanc*a o de ruptura, el diodo &ener es la parte esencial de los reguladores de tensi%n casiconstantes con independencia de que se presenten grandes $ariaciones de la tensi%n de red, de la resistenciade carga temperatura.

fecto &ener

l efecto &ener se basa en la aplicaci%n detensiones in$ersas que originan, debido a lacaracterstica constituci%n de los mismos, fuertes

campos elctricos que causan la rotura de losenlaces entre los #tomos dejando as electroneslibres capaces de establecer la conducci%n. Sucaracterstica es tal que una vez alcanzado elvalor de su tensin inversa nominal &
http://es.wikipedia.org/wiki/Diodohttp://es.wikipedia.org/wiki/Siliciohttp://es.wikipedia.org/wiki/Regulador_de_tensi%C3%B3nhttp://es.wikipedia.org/wiki/Resistencia_el%C3%A9ctricahttp://es.wikipedia.org/wiki/Temperaturahttp://es.wikipedia.org/wiki/Diodohttp://es.wikipedia.org/wiki/Siliciohttp://es.wikipedia.org/wiki/Regulador_de_tensi%C3%B3nhttp://es.wikipedia.org/wiki/Resistencia_el%C3%A9ctricahttp://es.wikipedia.org/wiki/Temperatura


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superando la corriente a su travs un determinado valor mnimo' la tensin en bornas del diodo semantiene constantee independiente de la corriente que circula por l.

?oltaje &ener: el diodo est# polari&ado en forma in$ersa, obsr$ese que la corriente tiene un $alor casi nulomientras que el $oltaje se incrementa r#pidamente, en este ejemplo fue con 1 $oltios.

(esistencia %ener=n diodo &ener, como cualquier diodo, tiene cierta resistencia interna en sus &onas ( 9;

al circular una corriente a tra$s de ste se produce una peque8a cada de tensi%n de ruptura.

n otras palabras: si un diodo &ener est# funcionando en la &ona &ener, un aumento en la corriente producir#un ligero aumento en la tensi%n. l incremento es mu peque8o, generalmente de una dcima de $oltio.

6os diodos %enermantienen la tensi%n entre sus terminales pr#cticamente constante en un amplio rango deintensidad temperatura, cuando est#n polari&ados in$ersamente, por ello, este tipo de diodos se emplean encircuitos estabili&adores o reguladores de la tensi%n tal como el mostrado en la figura.

ligiendo la resistenciaM las caractersticas del diodo, se puede lograr que la tensi%n en la carga 2M 6)permane&ca pr#cticamente constante dentro del rango de $ariaci%n de la tensi%n de entrada ? S.

(ara elegir la resistencia limitadora M adecuada *a que calcular primero cu#l puede ser su $alor m#'imo mnimo, despus elegiremos una resistencia M que se adecue a nuestros c#lculos.

Donde:

1. Rmines el $alor mnimo de la resistencia limitadora.!. Rmaxes el $alor m#'imo de la resistencia limitadora.7. Vsmaxes el $alor m#'imo de la tensi%n de entrada.. Vsmines el $alor mnimo de la tensi%n de entrada.F. Vzes la tensi%n Oener.B. ILmines la mnima intensidad que puede circular por la carga, en ocasiones, si la carga es

desconectable, >6min suele tomar el $alor .

. ILmaxes la m#'ima intensidad que soporta la carga.R. Izmaxes la m#'ima intensidad que soporta el diodo Oener.. Izmines la mnima intensidad que necesita el diodo &ener para mantenerse dentro de su &ona &ener o

conducci%n en in$ersa 21m").

6a resistencia que elijamos, debe estar comprendida entre los dos resultados que *emos obtenido.

6a resistencia de carga del circuito 2M6) debe cumplir la siguiente formula:

$iodo P)N
http://es.wikipedia.org/wiki/Voltiohttp://es.wikipedia.org/wiki/Intensidad_de_corriente_el%C3%A9ctricahttp://es.wikipedia.org/wiki/Temperaturahttp://es.wikipedia.org/wiki/Voltajehttp://es.wikipedia.org/wiki/Resistencia_el%C3%A9ctricahttp://es.wikipedia.org/wiki/Imagen:Circuito_estabilizador_Zener.pnghttp://es.wikipedia.org/wiki/Voltiohttp://es.wikipedia.org/wiki/Intensidad_de_corriente_el%C3%A9ctricahttp://es.wikipedia.org/wiki/Temperaturahttp://es.wikipedia.org/wiki/Voltajehttp://es.wikipedia.org/wiki/Resistencia_el%C3%A9ctrica


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Se llama diodo P)N a una estructura de tres capas, siendo la intermedia semiconductor intrnseco, lase'ternas, una de tipo ( la otratipo 92estructura (>9 que da nombre al diodo). Sin embargo, en la pr#ctica,la capa intrnseca se sustitue bien por una capa tipo ( de alta resisti$idad2) o bien por una capa n de altaresisti$idad 2).

l diodo (>9 puede ejercer, entre otras cosas, como:

conmutador de ML

resistencia $ariable protector de sobretensiones

fotodetector

*otodiodo P)N

l fotodiodo (>9 es uno de los fotodetectores m#s comunes, debido a que la capa intrnseca se puedemodificar para optimi&ar su eficiencia cu#ntica margen de frecuencia.

l diodo (>9 se puede utili&ar como conmutador de microondas. @iene capacidad para manejar alta potencia.

$iodo tnel

l $iodo tneles un diodosemiconductorque tiene una uni%npn, en la cual se produce el efecto tnel que daorigen a una conductanciadiferencial negati$a en un cierto inter$alo de la caracterstica corrientetensi%n.

6a presencia del tramo de resistencia negati$a permite su utili&aci%n como componenteacti$o 2amplificadoroscilador).

@ambin se conocen como diodos Esa+i, en *onor del *ombre que descubri% que una fuertecontaminaci%n con impure&as poda causar un efecto de tuneli&aci%n de los portadores decarga a lo largo de la &ona de agotamiento en la uni%n. =na caracterstica importante deldiodo tnel es su resistencia negati$a en un determinado inter$alo de $oltajes de polari&aci%n

directa. Cuando la resistencia es negati$a, la corriente disminue al aumentar el $oltaje. n consecuencia, eldiodo tnel puede funcionar como amplificador, como oscilador o como biestable. sencialmente, este diodo es

un dispositi$o de baja potencia para aplicaciones que in$olucran microondas que est#n relati$amente libresde los efectos de la radiaci%n.

$iodo Schott+&

l diodo Schott+&o diodo de barrera Schott+&, llamado as en *onor del fsico alem#n Talter N.Sc*ottP,es un dispositi$o semiconductorque proporciona conmutaciones mu r#pidas entre losestados de conducci%n directa e in$ersa 2menos de 1ns en dipositi$os peque8os de F mm de

di#metro) mu bajas tensiones umbral 2tambin conocidas como tensiones de codo, aunque en ingls serefieren a ella como IPneeI, o sea, de rodilla). 6a tensi%n de codo es la diferencia de potencial mnimanecesaria para que el diodo acte como conductor en lugar de circuito abierto; esto, claro, dejando de lado la

regi%n Oener, que es cuando m#s bien e'iste una diferencia de potencial lo suficientemente negati$a para quea pesar de estar polari&ado en contra del flujo de corriente ste opere de igual forma como lo *araregularmente.

*uncionamiento

" frecuencias bajas un diodonormal puede conmutar f#cilmente cuando la polari&aci%n cambia de directa ain$ersa, pero a medida que aumenta la frecuencia el tiempo de conmutaci%n puede llegar a ser mu alto,poniendo en peligro el dispositi$o.

l diodo Sc*ottP est# constituido por una uni%n metalsemiconductor 2barrera Sc*ottP), en lugar de la uni%ncon$encional semiconductor ( semiconductor 9 utili&ada por los diodos normales.

"s se dice que el diodo Sc*ottP es un dispositi$o semiconductor Iportador mayoritarioI. sto significa que, siel cuerpo semiconductor est# dopado con impure&as tipo 9, solamente los portadores tipo 9 2electronesm%$iles) jugaran un papel significati$o en la operaci%n del diodo no se reali&ar# la recombinaci%n aleatoria
http://es.wikipedia.org/wiki/Semiconductor#Semiconductores_intr.C3.ADnsecoshttp://es.wikipedia.org/wiki/Semiconductor#Semiconductor_tipo_Phttp://es.wikipedia.org/wiki/Semiconductor#Semiconductor_tipo_Nhttp://es.wikipedia.org/wiki/Resistividadhttp://es.wikipedia.org/wiki/Conmutadorhttp://es.wikipedia.org/wiki/RFhttp://es.wikipedia.org/wiki/Resistencia_el%C3%A9ctricahttp://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Fotodetector&action=edithttp://es.wikipedia.org/wiki/Fotodiodohttp://es.wikipedia.org/wiki/Microondashttp://es.wikipedia.org/wiki/Diodohttp://es.wikipedia.org/wiki/Semiconductorhttp://es.wikipedia.org/wiki/Uni%C3%B3n_PNhttp://es.wikipedia.org/wiki/Uni%C3%B3n_PNhttp://es.wikipedia.org/wiki/Conductancia_el%C3%A9ctricahttp://es.wikipedia.org/wiki/Intensidad_de_corriente_el%C3%A9ctricahttp://es.wikipedia.org/wiki/Voltajehttp://es.wikipedia.org/wiki/Resistencia_el%C3%A9ctricahttp://es.wikipedia.org/wiki/Amplificadorhttp://es.wikipedia.org/wiki/Osciladorhttp://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Walter_H._Schottky&action=edithttp://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Walter_H._Schottky&action=edithttp://es.wikipedia.org/wiki/Semiconductorhttp://es.wikipedia.org/wiki/Nano_(prefijo)http://es.wikipedia.org/wiki/Diodohttp://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Barrera_Schottky&action=edithttp://es.wikipedia.org/wiki/Semiconductor_tipo_Phttp://es.wikipedia.org/wiki/Semiconductor_tipo_Nhttp://es.wikipedia.org/wiki/Semiconductor_tipo_Nhttp://es.wikipedia.org/wiki/Semiconductor_tipo_Nhttp://es.wikipedia.org/wiki/Imagen:Schottky_diode_symbol.pnghttp://es.wikipedia.org/wiki/Imagen:Tunnel_diode.pnghttp://es.wikipedia.org/wiki/Semiconductor#Semiconductores_intr.C3.ADnsecoshttp://es.wikipedia.org/wiki/Semiconductor#Semiconductor_tipo_Phttp://es.wikipedia.org/wiki/Semiconductor#Semiconductor_tipo_Nhttp://es.wikipedia.org/wiki/Resistividadhttp://es.wikipedia.org/wiki/Conmutadorhttp://es.wikipedia.org/wiki/RFhttp://es.wikipedia.org/wiki/Resistencia_el%C3%A9ctricahttp://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Fotodetector&action=edithttp://es.wikipedia.org/wiki/Fotodiodohttp://es.wikipedia.org/wiki/Microondashttp://es.wikipedia.org/wiki/Diodohttp://es.wikipedia.org/wiki/Semiconductorhttp://es.wikipedia.org/wiki/Uni%C3%B3n_PNhttp://es.wikipedia.org/wiki/Conductancia_el%C3%A9ctricahttp://es.wikipedia.org/wiki/Intensidad_de_corriente_el%C3%A9ctricahttp://es.wikipedia.org/wiki/Voltajehttp://es.wikipedia.org/wiki/Resistencia_el%C3%A9ctricahttp://es.wikipedia.org/wiki/Amplificadorhttp://es.wikipedia.org/wiki/Osciladorhttp://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Walter_H._Schottky&action=edithttp://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Walter_H._Schottky&action=edithttp://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Walter_H._Schottky&action=edithttp://es.wikipedia.org/wiki/Semiconductorhttp://es.wikipedia.org/wiki/Nano_(prefijo)http://es.wikipedia.org/wiki/Diodohttp://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Barrera_Schottky&action=edithttp://es.wikipedia.org/wiki/Semiconductor_tipo_Phttp://es.wikipedia.org/wiki/Semiconductor_tipo_Nhttp://es.wikipedia.org/wiki/Semiconductor_tipo_Nhttp://es.wikipedia.org/wiki/Semiconductor_tipo_N


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lenta de portadores tipo 9 ( que tiene lugar en los diodos rectificadores normales, con lo que la operaci%n deldispositi$o ser# muc*o m#s r#pida.

Caractersticas

6a alta $elocidad de conmutaci%n permite rectificar se8ales de mu altas frecuencias eliminar e'cesos decorriente en circuitos de alta intensidad.

" diferencia de los diodos con$encionales de silicio,que tienen una tensi%n umbral U$alor de la tensi%n endirecta a partir de la cual el diodo conduceU de , ?, los diodos Sc*ottP tienen una tensi%n umbral deapro'imadamente ,! ? a , ? emple#ndose, por ejemplo, como protecci%n de descarga de clulas solarescon bateras de plomo #cido.

6a limitaci%n m#s e$idente del diodo de Sc*ottP es la dificultad de conseguir resistencias in$ersasrelati$amente ele$adas cuando se trabaja con altos $oltajes in$ersos pero el diodo Sc*ottP encuentra una gran$ariedad de aplicaciones en circuitos de alta $elocidad para computadoras donde senecesiten grandes $elocidades de conmutaci%n mediante su poca cada de $oltaje endirecto permite poco gasto de energa, otra utili&aci%n del diodo Sc*ottP es en$ariadores de alta gama para que la corriente que $uel$e desde el motor al $ariador nopase por el transistor del freno este no pierda sus facultades.

2.3. Transistores

l transistor es un dispositi$o semiconductor cua principal funci%n consiste enamplificar se8ales; o sea, es capa& de entregar en su salida la misma se8al de entradapero con maor amplitud o potencia, fen%meno que puede ser apro$ec*ado enmltiples aplicaciones electr%nicas. Como tal, el transistor se basa en los mismosprincipios de operaci%n de los elementos semiconductores; es decir, se fundamenta en el peculiarcomportamiento manifestado por la uni%n de dos materiales semiconductores tipo ( 9, respecti$amente, en

el efecto de a$alanc*a aplicado en la construcci%n de un diodo&ener.

l transistor es un elemento de tres terminales, que tiene la

propiedad de $ariar la corriente que circula a tra$s de el medianteuna polari&aci%n mu peque8a. s decir, se pueden manejargrandes corrientes mediante la inecci%n apropiada de unacorriente de control mu peque8a. ste es el principio por el cuallos transistores son mu utili&ados como elementos amplificadoresde potencia.

El transistor bipolar de unturan la figura ! se muestra el diagrama simplificado de laconstrucci%n de un transistor tpico. Gbser$e que no son m#s quetres capas de material semiconductor: dos de material tipo 9 2unam#s gruesa que otra) una mu delgada de material tipo (. staconfiguraci%n tan especial resulta indispensable para el

funcionamiento del dispositi$o, segn e'plicaremos acontinuaci%n. 6a operaci%n del transistor se basa en los fen%menos de la conducci%n de uni%n (9 cuando espolari&ada en directa, en el principio de a$alanc*a apro$ec*ado en los diodos &ener. Supongamos que a untransistor tpico se le conectan sendas fuentes de $oltaje como las que se muestran en la figura 7; ad$ierta quese *a colocado un $oltaje positi$o entre la capa ( intermedia lacapa 9 inferior, as como otra fuente de $oltaje positi$o entre lacapa 9 superior la capa 9 inferior.Si pudiera obser$arse el interior del dispositi$o para anali&ar elcomportamiento de los electrones de las cargas positi$as,$eramos que, debido al $oltaje positi$o entre la capa ( intermedia la 9 inferior, en esta uni%n se produce un flujo de corriente2podemos $er esta uni%n (9 como un diodo conectado a unafuente en directa); mas a causa de que el $oltaje aplicado a dic*auni%n es mu peque8o, la corriente que circula tambin esreducida; sin embargo, esta tensi%n es suficiente para e'citar a loselectrones de la capa 9 superior; dado que entre ambascapas 9 efecti$amente e'iste un $oltaje relati$amente alto, seproduce el efecto de a$alanc*a, el cual a su $e& es IcontroladoI
http://es.wikipedia.org/wiki/Semiconductor_tipo_Nhttp://es.wikipedia.org/wiki/Semiconductor_tipo_Phttp://es.wikipedia.org/wiki/Siliciohttp://es.wikipedia.org/wiki/Semiconductor_tipo_Nhttp://es.wikipedia.org/wiki/Semiconductor_tipo_Phttp://es.wikipedia.org/wiki/Silicio


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por la corriente que circula en la capa ( intermedia. n otras palabras, cuando se alimenta a un transistor en laforma indicada en la figura 7, entre sus terminales 9 superior e inferior circula una corriente que, en unaproporci%n que depende de la construcci%n interna del dispositi$o, resulta de maor magnitud que la que circulapor la capa ( intermedia. " esta ganancia de corriente se le *an dado las siglas de Nfe o E 2beta). Como puedeapreciar, el transistor es un dispositi$o de tres terminales, las cuales reciben el nombre de IcolectorI 2capa 9superior), IbaseI 2capa ( intermedia) IemisorI 2capa 9 inferior). Su smbolo encapsulados m#s comunes semuestran en la figura . +(ara qu sir$e un dispositi$o con estas caractersticas- 6a respuesta es mu f#cil: untransistor puede ser$ir como amplificador simple, fuente de corriente constante o interruptor sencillo.

apunte semiconductores - diodos - transistores (1)

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