Transcript Condiciones de polarización presentacion fisica 4

Condiciones de polarización
El diodo
 El diodo ideal es un componente discreto que permite
la circulación de corriente entre sus terminales en un
determinado sentido, mientras que la bloquea en el
sentido contrario
¿Cómo se forma?
 El diodo semiconductor se forma con solo unir un material
tipo P con un tipo n construido de la misma base que
puede ser de Ge o Si utilizando técnicas especiales.
 En el momento en que son unidos los dos materiales, los
electrones y los huecos en la región de unión se combinan,
dando como resultado una falta de portadores en la región
cercana a la unión.
 A esta región de iones positivos y negativos descubiertos
se llama región de agotamiento debido a la disminución de
portadores en ella.
Región de agotamiento
Aplicando voltaje
 La aplicación de un voltaje a través de sus terminales
permite tres posibilidades:
 a) Sin polarización (Vd.=0v)
 b) Polarización directa (Vd.>0v)
 c) Polarización inversa (Vd.<0v)
Sin polarización
 Cuando los materiales semiconductores del tipo N y del
tipo P se juntan, ocurre un fenómeno muy importante en la
unión debido al exceso de huecos en el material y
electrones en el otro lado, una interacción se lleva a cabo
entre los dos tipos de materiales.
 Algunos electrones se difunden a través de la unión y
similarmente pasa por los huecos del material tipo P, esta
iteración o difusión lleva al equilibrio formando un campo
eléctrico e donde la corriente total es cero.
Curvas intensidad-tensión para
diodos semiconductores
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”. 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
 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
zona N
barrera interna de
potencial
Sin polarización
Iones negativos que han
"recuperado" sus huecos
Región
agotada
<--->
Iones positivos que han
"recuperado" sus electrones
+ o--
--o -
zona P
zona N
barrera interna de
potencial
Polarización directa débil, región agotada
reducida, pero no eliminada
 Al aumentar la polarización directa, la zona agotada
y su barrera de potencial interna asociada han sido
neutralizadas
+ o--
--o -
zona P
zona N
 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 atraídos 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.
Polarizar directamente es como se
muestra en la figura
 Puede observarse que la polarización directa provocó
una disminución del ancho de la barrera de potencial
de la zona de agotamiento. El lado p tiene una
diferencia de potencial positiva respecto al lado n. Los
electrones y huecos tienen ahora mayor facilidad para
cruzar la barrera. La corriente de difusión aumenta y
la de deriva disminuye, teniendo así una corriente
neta en el diodo que circula desde el lado p hacia el
lado n
Polarización inversa
El polo negativo de la
batería se conecta a la
zona p y el polo positivo
a la zona n, lo que hace
aumentar la zona de
carga espacial, y la
tensión en dicha zona
hasta que se alcanza el
valor de la tensión de la
batería.
POLO POSITIVO DE
LA BATERIA
Los cuales
salen del
cristal “n”
Atraen electrones
libres de la zona
“n”
A medida que
abandonan la
zona “n”
Los átomos
pentavalentes antes
llamados neutros
Se introducen en
el conductor
Se desplazan hasta
llegar a la batería
Se convierte en
iones positivos
de +Tienen 8
electrones de valencia
en una carga neta 1
Al desprenderse de
su electrón en orbital de
conducción adquieren
estabilidad
POLO NEGATIVO
DE LA BATERIA
Se convierten en
iones negativos
Tiene una carga
eléctrica neta de -1
Cede electrones libres
en los átomos
trivalentes de la zona
“p”
Cuenta con 8
electrones en su
orbita de valencia
Solo tienen 3
electrones de valencia
Caen dentro de estos
Al formar los enlaces
covalentes con los
átomos de silicio
Tienen solamente 7
electrones de valencia
“huecos” los cuales los
átomos trivalentes
adquieren estabilidad
Siendo el electrón
que falta el
denominado “hueco”
Cuando los electrones
libres cedidos entran a
la zona “p”
Este proceso se repite una y otra vez hasta
que la zona de carga espacial adquiere el
mismo potencial eléctrico que la batería.
P
R
O
C
E
S
O
S
El diodo NO debería conducir la corriente; sin
embargo, debido al efecto de la temperatura se
formarán pares electrón-hueco.
En ambos lados de la unión produciendo una
pequeña corriente se denomina corriente inversa de
saturación.
Corriente superficial de fugas: conduce una pequeña corriente
por la superficie del diodo; porque, los átomos de silicio NO
están rodeados de suficientes átomos para realizar los 4
enlaces covalentes necesarios para obtener estabilidad.
Fenómeno de ruptura por
multiplicación o avalancha
 Fenómeno que ocurre con tensiones inversas
elevadas en una unión p-n, los electrones libres se
aceleran a velocidades tan altas que son capaces
de desalojar a los electrones de valencia. Cuando
se produce esta situación, los electrones de
valencia se convierten en electrones libres que
desalojan a otros electrones de valencia.
Ruptura Zener
 Se basa en la aplicación de tensiones inversas, debido
a su característica constituimos fuertes campos
eléctricos que causan la ruptura de enlaces entre los
átomos dejando así electrones libres capaces de
establecer su conducción.
Diodo Zener
 Hemos visto que un diodo semiconductor normal puede
estar polarizado tanto en directa como inversamente.
 En directa se comporta como una pequeña resistencia.
 En inversa se comporta como una gran resistencia.
 Veremos ahora un diodo de especiales características que
recibe el nombre de diodo zener
 El diodo zener trabaja exclusivamente en la zona de
característica inversa y, en particular, en la zona del punto
de ruptura de su característica inversa
 Esta tensión de ruptura depende de las características de
construcción del diodo, se fabrican desde 2 a 200 voltios.
Polarizado en directa actúa como un diodo normal y por
tanto no se utiliza en dicho estado
 El símbolo del diodo zener es:
y su polarización es siempre en inversa, es decir
 Cuando un diodo normal se polariza inversamente, circula
a través de el la corriente inversa de saturación, cuyo valor
es prácticamente constante.
 Sin embargo, cuando la tensión inversa aplicada aumenta y
alcanza cierto valor, la curva del diodo presenta un cambio
brusco y entra en la zona de ruptura, produciéndose un
aumento de la corriente.
 En la zona de ruptura se dan simultáneamente grandes
valores de tensión y corriente, lo cual origina unas
potencias de valor elevado que aumentan la temperatura
de la unión pn.