Fundamentos de Semiconductores: Unión PN, Diodos y Fuentes de Alimentación

Fundamentos de Semiconductores

Tipo N

Sustituimos átomos de silicio por un átomo de 5 electrones en su capa exterior. Este 5º electrón tiene más energía que los otros 4.

Tipo P

Dopamos con átomos de 3 electrones. El hueco que queda libre tiene un valor energético superior a la banda de valencia; los electrones podrán moverse a los huecos.

Unión PN

Esta unión ha permitido el invento de diodos, transistores y circuitos integrados. Los electrones del lado N tienden a difundirse a través de la unión PN. Cuando esto ocurre, se recombinan con un hueco. Cada vez que un electrón se difunde a través de la unión PN, crea un par de iones, llamado dipolo.

Diodos: Funcionamiento y Polarización

Un semiconductor formado por silicio, tiene un lado negativo (cátodo) y un lado positivo (ánodo), permitiendo el paso de la corriente en un solo sentido. Tiene dos maneras de funcionar:

• Polarización directa: Los electrones tienden a pasar por el lado P con más facilidad. Los huecos del lado P son repelidos por el positivo y la unión PN se estrecha. Pasada la barrera de potencial, el diodo conduce la corriente.
• Polarización inversa: Los electrones de la parte N son atraídos por el positivo y los huecos por el negativo. Así aumenta su barrera de potencial y se reduce el paso de corriente.

Tipos de Diodos

• Rectificador: Los más utilizados son los de silicio y germanio. Se utilizan para rectificar la corriente alterna (alterna → continua).
• LED: En polarización directa emiten luz con tensiones en torno a los 2V e intensidades bajas. Hay que poner una resistencia para que no se estropee.
• Zener: En polarización directa funciona de forma normal; en polarización inversa actúa como estabilizador de tensión.

Fuentes de Alimentación: Transformación de Alterna en Continua

El proceso consta de las siguientes etapas:

1. Transformación de la tensión de red: Un transformador es un dispositivo que permite manipular la tensión en un circuito de corriente alterna por medio de un campo magnético. Cambia los valores de tensión sin alterar la frecuencia. Está formado por dos bobinados: primario y secundario.
2. Rectificación: Se realiza con el puente de Graetz. La corriente alterna se convierte en una corriente unidireccional. El puente está formado por 4 diodos conectados, donde unos están en polarización directa y otros en inversa.
3. Filtrado: Con un condensador conectado en paralelo, se reduce el rizado de la onda. En esta etapa, el condensador se carga y descarga, proporcionando una onda casi constante.
4. Regulación: Si colocamos un Zener en polarización inversa después del filtro, se proporciona una tensión de salida casi constante. Para conseguir una tensión continua precisa, se utilizan los reguladores de tensión.