APUNTE  DE  APOYO  PARA  EL  ALUMNO.

ASIGNATURA:

“ELECTRÓNICA DISCRETA  E  INTEGRADA”.

PROFESOR:

Alejandro  INDA  RODRÍGUEZ.

2012

DIODOS SEMICONDUCTORES

Carácterística general del diodo semiconductor    

En la carácterística general del diodo de silicio, mostrada en la Figura 1, se observa que la escala vertical (I) está en miliamperes (aunque en algunos puede estar en amperes) y la escala horizontal en la regíón de polarización directa (V) tiene un máximo de 1 volt.  Por lo tanto en general el voltaje a través de un diodo polarizado en forma directa será menos de 1 volt.  Observe también la rapidez con que se incrementa la corriente después del punto de inflexión de la curva de repuesta.

        Empleando la física de estado sólido, se puede demostrar que las carácterísticas generales de un diodo semiconductor se pueden definir mediante la ecuación 1, para las regiones de polarización directa e inversa.

Fig 1: Curva Diodo Real

Donde:

 I_S= corriente de saturación  inversa

 K = 11.600 / h ;   con h  = 1  para  Ge  yh = 2  para  el  Si

 T_K  =  T_C  +  273^º  temperatura en grados Kelvin

Terminales de los diodos

La simbología que más suele utilizarse para diodos semiconductores se presenta en la Figura 2. Para la mayor parte de los diodos, cualquier marca, punto, banda o símbolo, aparece indicando el extremo del cátodo.  La terminología ánodo y cátodo es una herencia de la notación de las válvulas. El ánodo se refiere a un potencial mayor o positivo y el cátodo se refiere a un terminal con potencial más bajo o negativo.  Estas combinaciones de niveles de polarización dará por resultado una condición de polarización directa o “encendido” para el diodo. 

Si el diodo semiconductor está polarizado directo la resistencia entre sus terminales será baja, sin embargo si el diodo se polariza en forma inversa su resistencia será muy alta

TIPOS DE DIODOS

Existen varios dispositivos de dos terminales que tienen una sola uníón p-n pertenecientes a la familia de los diodos y que tienen diferentes modos de operación, carácterísticas y áreas de aplicación.  Estos dispositivos serán presentados a continuación:

Diodos Zener

El potencial zener (V_Z) de 1000 V para los diodos semiconductores de Si y de 400 V para los diodos semiconductores de Ge, puede acercarse al eje vertical (I_D), al incrementar los niveles de dopado en los materiales tipo n y tipo p. 

Este incremento produce un aumento en el número de impurezas agregadas, logrando así que disminuya el potencial zener (V_Z) a niveles muy bajos, como por ejemplo un voltaje de –5 V.  Los diodos que utilizan esta porción única de la carácterística de polarización inversa de la uníón p-n son los diodos zener, ( Figura 4)

Aspecto físico del diodo zener

        El diodo zener es un diodo que bajo condiciones normales, es decir polarizado directamente, se comporta de manera similar a un diodo rectificador normal.  Pero cuando se polariza de forma inversa, tiene la propiedad de regular o limitar a un valor determinado, el voltaje que cae entre sus terminales.  Por esta razón es muy utilizado en fuentes de voltaje como referencia o en circuitos que requieren estabilizar algún nivel de tensión, logrando así mantener constante dicha tensión en algún punto del circuito.  El voltaje específico de cada diodo lo determina el fabricante; por lo tanto, en el mercado se pueden conseguir desde  1,8 V hasta 200 V, con rangos depotencia desde ¼ watts hasta 50 watts, su aspecto físico se aprecia  en  la Figura 5.

Para el diodo zener, la dirección de la conducción de corriente es opuesta a la flecha del símbolo (ver Figura 6).    La identificación de los terminales del diodo zener es similar a lo indicado  anteriormente, pues estos también tienen una marca, punto, banda o símbolo que indica el extremo del cátodo

Diodo Emisor de Luz (LED):

Como su nombre lo indica, el diodo emisor de luz (LED) es un diodo que emite luz visible cuando se energiza.  En cualquier uníón p-n con polarización directa existe, dentro de la estructura y en forma primaria cerca de la uníón, una recombinación de huecos y electrones.  Esta recombinación requiere que la energía que posee un electrón libre se transfiera a otro estado.  En todas las uniones p-n de semiconductor, parte de esta energía se emite como calor y otra parte en forma de fotones.  Como en el silicio y el germanio el mayor porcentaje se genera en forma de calor y la luz emitida es insignificante, los diodos leds se fabrican de fosfuro arseniuro de galio (GaAsP) o fosfuro de galio (GaP), donde el número de fotones de energía de luz emitida es suficiente para crear una fuente de luz visible.

Como se muestra en la figura 7a (Proceso de electroluminiscencia y símbolo gráfico del led), la superficie conductora conectada al material p es mucho más pequeña, con el objeto de permitir que la emisión de un número máximo de fotones de energía lumínica pueda salir al exterior.

Observe que la recombinación de los portadores inyectados debido a la uníón con polarización directa genera luz, que se emite en el lugar en que se da la recombinación.  Puede haber, desde luego, alguna absorción de los paquetes de energía de los fotones en la superficie misma, pero un gran porcentaje se encuentra disponible para salir, según se muestra en la Figura 7 (a).

Aspecto físico del diodo LED

        El diodo LED es un dispositivo semiconductor de dos terminales llamados ánodo (A) y cátodo (C), que como ya se indicó, emite una luz visible cuando se polariza en forma directa, es decir cuando el ánodo es positivo con respecto al cátodo. La luz emitida por un LED puede ser roja, amarilla, verde o azul dependiendo de su construcción interna. También se dispone de LEDs que emiten luz infrarroja y láser. La apariencia de un LED de estado sólido se ve en la Figura 8.

Hoy en día, los LEDs se usan también agrupados en displays de visualización disponibles en muchos tamaños y formas diferentes.  La regíón de emisión de luz está disponible en longitudes desde 0,1 a 1 pulgada.  Los números pueden crearse por segmentos  como se muestra en el display de siete segmentos de la Figura 9.

Al aplicar una polarización directa al segmento apropiado del material tipo p, se puede desplegar cualquier número del 0 al 9. Existen dos tipos de display, uno de ánodo común, donde el terminal ánodo de todos los diodos es común y otro de cátodo común, donde el terminal cátodo de todos los diodos es común.

Para el primer tipo es decir ánodo común una polarización inversa se aplica al segmento apropiado del material n (cátodo), para desplegar los números. Para el segundo tipo es decir cátodo común una polarización directa se aplica al segmento apropiado del material p (ánodo) para desplegar los números.

ALGUNOSTIPOS DE DIODOS