DIODOS

LOS DIODOS

 

Antes de empezar veamos esta definición:

 

El término conductor se aplica a cualquier material que permite un flujo generoso de carga cuando una fuente de voltaje de magnitud limitada se aplica a través de sus terminales

Un aislante o dieléctrico es un material que presenta un nivel muy inferior de conductividad cuando se encuentra bajo la presión de una fuente de voltaje aplicada

Un semiconductor por lo tanto, es un material que posee un nivel de conductividad que se localiza entre los extremos de un dieléctrico y un conductor.

Vimos resumidamente como se produce la electricidad y que los mejores conductores son los metales, y de este grupo lo que tienen ciertas características son lo que realmente se usan.

Ahora bien, la electrónica nació de la búsqueda de hacer que un conductor condujese la electricidad en ciertos momentos, pero resulta que el cobre y otros metales siempre conducen, independiente de la polaridad que se aplica a los extremos del conductor, y los aislantes simplemente no conducen. El problema se resolvió cuando científicos vieron que en la naturaleza existían materiales muy abundantes como son el Germanio, el Silicio y el selenio que podían funcionar como aislantes o conductores mediante técnicas artificiales. El silicio se extrae de la Arena mediante unos procesos especiales. Ahora bien, el Silicio es el que más atención ha ocupado y con el cual se fabrican la mayoría de semiconductores. (Si les suena SILICOM VALLEY ya saben porque es)

 Pero primero lo primero. El silicio, por ejemplo, tiene en su capa de valencia solo 4 electrones, pero por si solo no conduce electricidad pues al fin y al cabo, no tiene “electrones libres”, pues si analizamos su estructura atómica esta completo. Ahora bien ¿Cómo hacer para que quede con carga positiva (menos electrones) o carga negativa (mas electrones)?. La respuesta  es: AÑADIENDO electrones o “DOPANDOLOS” como se conoce en la industria, es decir al Silicio se le añaden algunas impurezas. Es importante saber lo siguiente:

 -Sus átomos tienen un patrón periódico y que se repite continuamente

-Este patrón se denomina CRISTAL y a su arreglo periódico se denomina RED

-por su periodicidad del mismo material se denomina MONOCRISTAL.

-La estructura monocristal tiene forma de Diamante.

-Los cuatro electrones de valencia se encuentran enlazados con otros cuatro electrones de valencia de los átomos adyacentes, formado lo que se llama ENLACE COVALENTE

-El material semiconductor es llamado INTRINSECO cuando esta refinado a tal punto que sus impurezas se han eliminado y este queda con cierta cantidad de portadores libres  “naturales”.

-Un material semiconductor puede conducir mejor cuando aumenta la temperatura, pues aumenta el número de electrones libres.

 Teniendo estos conceptos básicos, ahora si podemos ver de dónde nació algo maravilloso llamado DIODO.

Un material semiconductor EXTRINSECO es aquel que fue dopado con impurezas, es decir se “mezclo” con otros materiales como el antimonio, el arsénico y el fosforo, los cuales son átomos pentavalentes, es decir tienen cinco electrones de valencia. El efecto de esta impureza, es que “ese electrón sobrante” es el que puede escapar del material. En este tipo de dopaje el material recibe el nombre de TIPO N (aunque para que no se les olvide asocien la N con negativo, es decir que los portadores mayoritarios son de carga negativa)

 Ahora cuando el dopaje se lleva a cabo usando átomos con tres electrones libres o trivalentes, como el boro, el galio y el indio, al silicio le “quedan haciendo falta electrones libres”, quedando con carga positiva. A este material semiconductor se le llama TIPO P (aunque para que no se les olvide asocien la P con positivo, es decir que los portadores mayoritarios son de carga positiva)

El material TIPO N cuenta con átomos “donores” y el TIPO P con átomos “aceptores”. Es importante aclarar que ambos materiales aunque en apariencia quedan cargados positiva o negativamente, siguen siendo NEUTRALES, debido a que el número de protones en el núcleo del átomo sigue siendo igual al número de electrones libres con carga negativa en la estructura.

Para efectos prácticos el material tipo N tiene PORTADORES y el tipo P tiene HUECOS. Los portadores tienden a ocupar los HUECOS ante la presencia de una diferencia de potencial

Para formar UN DIODO se unen los materiales TIPO P y TIPO N (ver figura). La frontera de los dos materiales se conoce como Region de Agotamiento y es porque allí se agotan los portadores mayoritarios tanto positivos como negativos, pues se acumulan allí los iones donores y aceptores atrayendo a los portadores minoritarios de cada material.

 

En ausencia de una diferencia de potencial de polarización el flujo neto de carga en cualquier dirección es CERO.

 Ahora si aplicamos una diferencia de potencial o Voltaje a las terminales de cada material tipo N y tipo P ocurre un flujo de corriente, pero solo  EN UN SENTIDO y eso es lo que hace especial al diodo, SOLO CONDUCE EN UNA SOLA DIRECCION.

¿Y porque sucede esto?, Veamos, que pasa si aplicamos un voltaje V con su borne positivo al terminal tipo N y el borne negativo al termina tipo P. Básicamente sucede que la región tipo N tiene portadores mayoritarios negativos y estos se sentirán atraídos por el potencial positivo de la Batería, al suceder esto los iones positivos se acumulan en la región de agotamiento, los mismo sucede con los portadores mayoritarios positivos de la región tipo P que se sentirán atraídos por el potencial negativo de la batería aumentado los iones negativos en la región de agotamiento. Con esta acumulación de iones en la región de agotamiento solo unos cuantos portadores pueden pasar generando una corriente insignificante que en la práctica se reduce a CERO.

 Cuando se aplica un voltaje V con su borne positivo conectado a la región tipo P y con el borne negativo a la región tipo N, sucede un “flujo” de electrones debido a las diferencias de potencial y las fuerzas de atracción entre las cargas, disminuyendo iones en la región de agotamiento y por ende la barrera es fácil de sortear. Esto se debe a que el potencial “presiona” a los electrones a recombinarse con  los iones cercanos a la región de agotamiento. Al disminuir la región de agotamiento los electrones del material tipo N viajaran a la terminal positiva de la batería y así se genera un flujo de corriente.

Podemos así decir que en polarización directa el diodo se comporta como un conductor debido a que presenta una baja resistencia a la corriente y en polarización inversa presenta una alta resistencia a la corriente.

 Ahora bien, los fabricantes de cada DIODO exponen en sus hojas técnicas una seria de curvas. La que más nos interesa saber es el VOLTAJE al cual el diodo empieza a conducir corriente. Revisemos un datasheet de un diodo de uso común y veremos una grafica exponencial donde vemos que a 0.7 voltios el incremento de corriente aumenta significativamente, logrando la conducción, pero a voltajes negativos (polarización inversa) la corriente si apenas aumenta unos microamperios, aunque esto llega a un punto en el que a un determinado voltaje de polarización inversa el diodo conduce, a lo que se conoce como región ZENER. El voltaje de conducción para diodos de silicio es de 0.6 a 0.7 voltios y de 0.3 V para diodos de Germanio.

 

Las hojas técnicas también nos proporcionan información valiosa acerca del diodo como el voltaje directo máximo, la corriente directa máxima, la corriente de saturación inversa, nivel de voltaje inverso o PIV, niveles de capacitancia, etc todo para ciertos niveles de temperatura.

BASICAMENTE ASI ES QUE FUNCIONA UN DIODO, y nunca se te olvide que un diodo normalmente solo conduce la corriente en una sola dirección y su símbolo  es

Sus terminales son conocidas con CATODO (lado tipo N) y ANODO (lado tipo P),

 

TIPOS DE DIODO

En el mercado se pueden conseguir varios tipos de diodos como son los diodos rectificadores, los diodos led, los fotodiodos, el diodo Zener, el diodo SRC, el varicap, el diodo Schottlky, el diodo túnel, etc. Es común que en un solo encapsulado existan varios diodos, por ejemplo en un display de 8 segmentos tenemos 8 diodos leds o en un rectificador de voltaje, 4 diodos conectados. Otros diodos especiales son el Triac y el Diac