Semiconductores tipo P y N: unión P-N y diodos semiconductores

Semiconductores Tipo P y N

Al agregar un átomo con 3 o 5 electrones de valencia a un semiconductor, este se transforma en un semiconductor impuro. Los átomos que contaminan se llaman impurezas y pueden ser donadores o aceptores.

Donadores

Se agrega una impureza de 5 electrones de valencia, lo que resulta en un electrón libre. Los materiales tipo N poseen un exceso de electrones libres.

Aceptores

Se agrega una impureza de valencia 3, lo que forma un hueco. Los materiales tipo P poseen un exceso de huecos.

Unión P-N

Al colocar un material tipo P cerca de uno tipo N, las cargas libres (huecos del lado P y electrones del lado N) que están próximos se atraen y recombinan para anularse.

Diodo Semiconductor

Cuando a una unión P-N se le ponen contactos óhmicos en sus dos extremos, se forma un diodo semiconductor. Al terminal P se le llama ánodo y al N cátodo.

Diodo Polarizado Directo

Al diodo se le aplica una tensión positiva en el ánodo respecto al cátodo. El polo positivo de la fuente repele a los huecos y estos pasan a la parte N. Los electrones libres son repelidos por la parte negativa de la fuente, y un electrón pasa a través de la juntura.

Diodo Polarizado Inverso

Se le aplica una tensión negativa en el ánodo respecto al cátodo. Las cargas libres (huecos del lado P y electrones del lado N) son atraídas a los terminales del diodo, alejándose de la juntura. Esto origina una carga espacial muy grande que no permite que los electrones crucen la juntura.

Corriente Inversa

Los electrones libres y huecos originan una pequeña corriente cuando el diodo está polarizado inversamente, y se denomina corriente inversa.

Carga Espacial

La diferencia de tensión que se produce en la juntura cuando el diodo está polarizado inversamente se denomina Vf, es constante y depende del material:

• Vf: 0.3V para el germanio
• Vf: 0.7V para el silicio

Por esto, hasta que no se supera esta tensión, el diodo no comienza a conducir.

Gráfico

El arranque comienza en 0.7V, aumentando poco a poco hasta 1.1V, donde se estabiliza la corriente en el caso del 1N4007.

Hueco

Un hueco se produce cuando un enlace queda incompleto. Aparece un hueco y le resulta muy fácil al electrón vecino llenar este hueco, pero a su vez deja otro hueco de donde vino.

Tipos de Diodos

El diodo 1N4148, también llamado "bigote de gato", tiene una conexión interna a un material tipo P que está unido a un material tipo N. La raya negra indica el cátodo y la otra patita el ánodo. La intensidad de Forward es de 100 mA y 200 mV de tensión de reversa, direccionando corrientes pequeñas.

Ejemplos:

• Diodo 1N4007
• Diodo 1N5408 (usado en plaquetas)

Diodos Rectificadores Trifásicos

Estos diodos se utilizan en los alternadores de los autos para transformar la corriente alterna (CA) en corriente continua (CC). Tienen una base enmallada y un terminal superior con forma de gancho. Se fabrican así porque el alternador tiene una placa de aluminio que sirve de disipador y conductor, donde encaja el diodo. Tienen cátodo y ánodo, son de 15A y de polarización directa. Hay de 25A y 15A.

Diodos de Media y Alta Potencia

Llegan hasta 4000A y suelen conectarse con contactos a presión. Están encapsulados en una cápsula de aluminio con cañitos entre medio donde circula agua para enfriarlos más rápido. Son diodos PN.

Otros Diodos

El ánodo puede ser el tornillo. Arriba hay una porcelana de color celeste que aísla el contacto, que es flexible. Estos se utilizan en las máquinas de soldar de CC. Son de 25 a 50A. (Un diodo partido era de 80A). Es cobre estañado.

Diodo Puente Rectificador

Es un circuito usado en la conversión de CA a CC. Consiste en 4 diodos que convierten una señal con partes positivas y negativas en una señal únicamente positiva.