Diodo de uni贸n pn y su principio de funcionamiento

<p>Un diodo de uni贸n pn es un dispositivo semiconductor monocristalino de dos terminales cuyo lado est谩 dopado con aceptores y el otro lado con donantes. dopaje con el aceptor crea un semiconductor de tipo p, mientras que el dopaje con donantes produce un tipo n. Por lo tanto, se forma una uni贸n pn en diodo.

La formaci贸n de la uni贸n pn en un solo cristal debido al dopaje con material de tipo p y tipo n se muestra en la figura a continuaci贸n.

diodo de uni贸n pn

En la figura anterior, el lado izquierdo del cristal es de tipo p mientras que el lado derecho es de tipo n. Los iones donantes cargados positivamente en el tipo n se muestran con un signo m谩s dentro de un c铆rculo, mientras que los iones aceptores de carga negativa se muestran con un signo menos dentro de un c铆rculo. El s铆mbolo del circuito del diodo de uni贸n pn se muestra a continuaci贸n.

S铆mbolo de circuito del diodo de uni贸n pn

Índice de contenidos

Principio de funcionamiento del diodo de uni贸n pn

El principio de funcionamiento de un diodo de uni贸n pn puede entenderse ampliamente en tres categor铆as: uni贸n pn sin polarizaci贸n, uni贸n pn con polarizaci贸n directa y uni贸n pn con polarizaci贸n inversa. Hablaremos de cada uno de ellos uno por uno.

Diodo de uni贸n pn imparcial

Sin polarizaci贸n significa que no hay fuente de voltaje conectada a trav茅s de los terminales del diodo de uni贸n pn. Investiguemos los fen贸menos que ocurren dentro de la uni贸n.

Dado que el lado p y el lado n tienen huecos y electrones como portador mayoritario, la concentraci贸n de huecos est谩 m谩s en el lado p mientras que la concentraci贸n de electrones est谩 m谩s en el lado n. Debido a esta diferencia de concentraci贸n, los huecos comenzar谩n a difundirse hacia el lado n y los electrones comenzar谩n a difundirse hacia el lado p. En este proceso, los huecos y los electrones se recombinar谩n y, por lo tanto, se neutralizar谩n. Como resultado, los iones aceptores cerca del lado p y los iones donantes cerca del lado n quedan sin neutralizar. Este ion no neutralizado cerca de la uni贸n pn se denomina carga descubierta. La carga descubierta positiva y negativa produce un campo el茅ctrico a trav茅s de la uni贸n pn. La direcci贸n de este campo el茅ctrico es del lado n al lado p. Este campo el茅ctrico creado por las cargas descubiertas en el diodo de uni贸n pn se denomina campo de barrera. Este campo de barrera se opone a la difusi贸n de huecos y electrones y se alcanza el equilibrio cuando la intensidad de este campo de barrera es suficiente para detener una mayor difusi贸n de huecos y electrones a trav茅s de la uni贸n pn. Despu茅s de esto, no habr谩 m谩s difusi贸n de portadores mayoritarios. Por lo tanto, la vecindad de la uni贸n est谩 desprovista de cargas libres y, por lo tanto, esta regi贸n de la uni贸n pn se denomina Region de agotamiento. Los t茅rminos agotamiento en s铆 mismo significa que hay un agotamiento de las cargas libres en la regi贸n, es decir, uni贸n pn.

La diferencia de potencial entre la uni贸n pn se llama Potencial de barrera. La principal raz贸n para la generaci贸n de potencial de barrera es la separaci贸n de carga debido al proceso de difusi贸n. Esto conduce a la producci贸n de un campo de barrera y, por lo tanto, al potencial de barrera asociado. El valor de esta barrera de potencial depende del semiconductor, el dopaje y el ancho de la regi贸n de agotamiento. Cuanto mayor sea el ancho de la regi贸n de agotamiento, mayor ser谩 el potencial de barrera.

Debido a esta barrera de potencial, es necesario trabajar para llevar un agujero del lado p al lado n. Similar es el caso del electr贸n. Si se supone que el potencial de barrera es VB, entonces el trabajo necesario para llevar un agujero del lado p al lado n ser谩 igual a eVB. Por lo tanto, observamos que existe una barrera de potencial a trav茅s de la uni贸n pn del diodo. Entonces, 驴debemos poder medir esto usando un volt铆metro? Si alguna vez intenta medir este voltaje conectando el cable del volt铆metro a trav茅s de las terminales del diodo, obtendr谩 una lectura cero. 驴No es una contradicci贸n? Es cierto que existe una barrera de potencial, pero al mismo tiempo tambi茅n es cierto que existe una ca铆da de tensi贸n de contacto entre el semiconductor y el contacto met谩lico. El potencial de barrera se equilibra exactamente con el potencial de contacto en los contactos metal-semiconductor en los extremos de los terminales del diodo. Esta es la raz贸n por la que el volt铆metro no puede medir el potencial de barrera del diodo.

Para resumir, no hay flujo de corriente en un diodo de uni贸n pj no polarizado. Es solo un dispositivo bajo esta condici贸n.

Diodo de uni贸n pn con polarizaci贸n directa

Se dice que un diodo de uni贸n pn tiene polarizaci贸n directa si la placa positiva de la bater铆a est谩 conectada al lado p y la placa negativa al lado n. En la siguiente figura se muestra un diodo con polarizaci贸n directa.

Diodo de uni贸n pn con polarizaci贸n directa

Dado que los lados p y n est谩n conectados a la placa positiva y negativa de la bater铆a respectivamente, la placa positiva forzar谩 los agujeros en el lado p hacia el lado n y atraer谩 los electrones en el lado n hacia el lado p. De manera similar, la placa negativa empujar谩 los electrones en el lado n y atraer谩 los huecos en el lado p. As铆, tanto la placa positiva como la negativa ejercen una fuerza para el flujo de huecos y electrones. Si el voltaje de la bater铆a es mayor que el potencial de barrera, los huecos y los electrones tendr谩n suficiente energ铆a para cruzar la uni贸n pn. Posteriormente, el flujo de corriente comenzar谩 a trav茅s del diodo de uni贸n pn. Tambi茅n se debe tener en cuenta que el ancho de la regi贸n de agotamiento disminuir谩 en condiciones de polarizaci贸n directa. Por lo tanto, en el diodo con polarizaci贸n directa, la corriente fluye del 谩nodo al c谩todo o del lado p al lado n, como se muestra en la figura anterior.

Para resumir, un diodo con polarizaci贸n directa act煤a como un interruptor cerrado siempre que el voltaje de polarizaci贸n directa sea mayor que el potencial de barrera. Si el voltaje de polarizaci贸n directa es menor que la barrera de potencial, la energ铆a impartida por la bater铆a a los electrones y los huecos no ser谩 suficiente para cruzar la uni贸n pn. Por lo tanto, bloquear谩 el flujo de corriente. As铆 observamos que un diodo no es un dispositivo bilateral. Tenga en cuenta que el dispositivo bilateral es una vez que permite el flujo de corriente en ambas direcciones.

Diodo de uni贸n pn con polarizaci贸n inversa

Se dice que un diodo de uni贸n pn tiene polarizaci贸n inversa si la placa positiva de la bater铆a est谩 conectada al lado n y la placa negativa al lado p. En la siguiente figura se muestra un diodo con polarizaci贸n inversa.

Diodo de uni贸n pn con polarizaci贸n inversa

En condiciones de polarizaci贸n inversa, el ancho de la regi贸n de agotamiento aumenta a medida que el voltaje de la bater铆a aleja los agujeros en el lado p y los electrones en el lado n de la uni贸n. Por lo tanto, no habr谩 ning煤n flujo de huecos y electrones a trav茅s de la uni贸n. Posteriormente, no habr谩 ning煤n flujo de corriente a trav茅s del diodo de uni贸n pn.

Pero el flujo de portadores minoritarios, es decir, electrones en el lado p y huecos en el lado n, no se ven afectados. Cabe se帽alar que la concentraci贸n de portador minoritario depende de la temperatura. Estos son portadores minoritarios generados t茅rmicamente en los lados p y n. Debido al flujo del portador minoritario a trav茅s de la uni贸n, una peque帽a corriente fluye del c谩todo al 谩nodo. Esta corriente se llama corriente de saturaci贸n inversa. El valor de la corriente de saturaci贸n inversa es independiente del voltaje de polarizaci贸n inversa pero depende de la temperatura de la uni贸n. Su valor aumenta con el aumento de la temperatura de uni贸n. El flujo de corriente de saturaci贸n inversa Is se muestra en la figura anterior.

Un diodo de uni贸n pn con polarizaci贸n inversa act煤a como un interruptor abierto y bloquea el flujo de corriente del 谩nodo al c谩todo.

Puntos para recordar

  • Un diodo de uni贸n pn con polarizaci贸n directa act煤a como un interruptor cerrado siempre que el voltaje de polarizaci贸n directa sea mayor que su potencial de barrera.
  • El ancho de la regi贸n de agotamiento disminuye con el aumento de la polarizaci贸n directa.
  • Un diodo con polarizaci贸n inversa no conduce y, por lo tanto, act煤a como un interruptor abierto.
  • El ancho de la regi贸n de agotamiento aumenta con el aumento del voltaje de polarizaci贸n inversa.
  • Una peque帽a corriente inversa fluye del lado n al lado p en un diodo de uni贸n pn con polarizaci贸n inversa o simplemente un diodo. Esta corriente se llama corriente de saturaci贸n inversa.
  • El valor de la corriente de saturaci贸n inversa es independiente del voltaje de polarizaci贸n inversa. Su valor depende de la temperatura de uni贸n. Cuanto mayor sea la temperatura de la uni贸n, mayor ser谩 el valor de la corriente de saturaci贸n inversa.

Dejar un comentario