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DCEos4Diodo Rectificador C
DCEos4Diodo Rectificador C
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DIODOS
1 Fundamentos de Semiconductores
1.1 El átomo
Los electrones giran en órbitas casi elípticas formando capas, en cada una de las capas y
según su proximidad al núcleo sólo pueden existir un número máximo de electrones. Así,
en la 1ª capa de orbitas más cercana al núcleo, llamada K, caben como máximo dos
electrones; en la 2ª capa L caben 8; en la 3ª, 18; en la 4ª, 32...
Los átomos de los elementos simples, cuando están completos son neutros, puesto que
contienen igual cantidad de electrones que de protones; pero dado que los electrones de
la última órbita son los más alejados del núcleo y perciben menos su fuerza de atracción,
pueden salirse de dicha órbita, denominada «periférica» o de «valencia».
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A los átomos que han perdido algún electrón o han capturado algún electrón en su última
órbita, se les denomina iones, y pueden ser iones positivos o iones negativos como se
muestra en la figura 1.2.
Así mismo atendiendo al número de electrones que poseen en la capa de órbita periférica
los átomos se clasifican en estables e inestables. Son estables aquellos átomos que tiene
completa de electrones su última órbita o al menos dispone en ella de 8 electrones.
Los átomos «inestables», son los que no tienen llena su capa periférica ni tampoco 8
electrones en ella, y tienden a hacerse estables, ya sea desprendiéndose de los
electrones de valencia o bien absorbiendo del exterior electrones libres hasta completar la
última órbita; (en todo caso realizarán lo que menos energía suponga).
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Los cuerpos conductores son aquellos cuyos átomos permiten fácilmente el paso de
electrones a su través. En general los metales son los mejores conductores de la corriente
eléctrica pero entre ellos algunos son los mejores y serán los mejores aquellos que solo
tienen un electrón en su periferia y cuanto mas alejado estén estos del núcleo. El átomo
de cobre, que posee 29 electrones y 29 protones figura 1.5, disponiendo de un solo
electrón en su 4ª órbita, N, será por tanto un átomo inestable y tendrá una gran tendencia
a desprenderse del electrón de la última órbita.
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Por ejemplo, supongamos que el cable posea sólo 4 átomos, según se muestra en la
figura siguiente.
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Son los que no permiten el paso e intercambio de electrones periféricos, siendo sus
átomos normalmente estables. Entre los elementos naturales los mejores cuerpos
aislantes vienen a ser los gases inertes, pero la aplicación de éstos como aislantes es
muy limitado por ello se emplean materiales resultantes de mezclas y combinaciones.
Mientras que los cuerpos buenos conductores ofrecen baja resistencia al paso de los
electrones y los aislantes la ofrecen alta, los cuerpos semiconductores presentan una
resistencia intermedia.
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Con esta estructura el átomo es inestable, para hacerse estable se presenta un dilema:
«Le cuesta lo mismo desprender los 4 electrones periféricos y quedarse sin una órbita,
que absorber otros 4 electrones para hacerse estable al tener la órbita de valencia 8
electrones». En estas especiales circunstancias, ciertos elementos como el Silicio y el
Germanio agrupan sus átomos de modo muy particular, formando una estructura reticular
en la que cada átomo queda rodeado por otros 4, como se observa en la figura 1.8.
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Esta estructura cristalina permite al átomo estar rodeado por otros 4 iguales, propiciando
la formación de los llamados «enlaces covalentes», que de una forma simple consisten en
la participación de cada electrón en dos átomos contiguos, algo así como si cada electrón
periférico de cada átomo sirviese no sólo al que pertenece, sino también al contiguo, de
esta forma el átomo se comporta como un estable, pues ya tiene 8 electrones periféricos.
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A medida que se eleva la temperatura aumenta la agitación térmica, con lo que algunos
electrones periféricos salen de su órbita rompiendo el enlace covalente como se puede
observar en la siguiente figura 1.9.
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La constitución de los enlaces covalentes en los átomos de silicio y germanio hacen que
estos se comporten como átomos estables de 8 electrones periféricos, no obstante estos
enlaces se debilitan y pierden electrones en función de la temperatura, y al aplicar una
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Este tipo de semiconductor se forma añadiendo impurezas trivalentes (Al, Ga, In) al
semiconductor intrínseco. Al entrar estas impurezas a formar parte de la estructura
cristalina, quedan rodeados por 4 átomos de Si o Ge formando con 3 de ellos enlaces
covalentes y dejando uno sin formarlo a falta de un electrón, quedando un hueco como
se muestra en la figura 1.10.
Por cada átomo de impureza trivalente que se añade al semiconductor intrínseco aparece
en la estructura un hueco, como en este semiconductor hay mayor número de cargas
positivas o huecos se les llama «portadores mayoritarios» siendo los electrones los
«portadores minoritarios».
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El átomo de Sb después de cumplir con los 4 enlaces covalentes le sobra un electrón que
tiende a salirse de su órbita para que el átomo quede estable. Por cada átomo de
impurezas añadido aparece un electrón libre en la estructura.
Al encontrarse un electrón con un hueco desaparece el electrón libre, que pasa a ocupar
el lugar del hueco y por lo tanto también desaparece este último, formándose en dicha
zona de unión una estructura estable y neutra.
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La zona N que en un principio era neutra y al unirlo a la zona P pierde electrones, cada
vez va siendo más positiva, mientras que la zona P al perder huecos, se hace cada vez
más negativa.
Como consecuencia entre las zonas P y N aparece una diferencia de potencial separada
por la zona de unión que es neutra, a la cual se le llama «barrera de potencial», esta
barrera de potencial se opone a la ley de la difusión ya que el potencial positivo creado
en la zona N repele a los huecos que se acercan de P y el potencial negativo de la zona
P repele a los electrones de la zona N.
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Una unión P-N o N-P está polarizada en directo cuando al aplicar un potencial negativo a
la zona N y positivo a la zona P, la tensión de la fuente crea un campo eléctrico en el
sentido de la corriente del más al menos oponiéndose al campo interno (barrera de
potencial), reduciendo el potencial existente en la barrera. Si la tensión de la fuente sigue
aumentando, llegará el momento en que superará al potencial existente en la unión y se
iniciará una circulación de electrones de la zona N a la zona P, ofreciendo una baja
resistencia al paso de corriente.
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Si se invierte la polaridad de la batería, el campo eléctrico creado será del mismo sentido
que el del campo interno y refuerza su acción. La barrera de potencial es más importante,
el espacio de la zona neutra aumenta.
Los electrones libres de la región N no pueden pasar a la región P, la unión no deja pasar
prácticamente corriente alguna presentando una gran resistencia al paso de ella.
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2 Diodos Semiconductores
2.1 Concepto
Son componentes electrónicos formado por la unión de un material semiconductor del tipo
P con otro del tipo N y que tienen como característica el de ofrecer una baja resistencia al
paso de la corriente en un sentido y una alta resistencia al paso de la misma en el sentido
contrario.
Los diodos semiconductores tienen gran aplicación en los circuitos electrónicos de los
más simples a los más sofisticados. Existen diversos tipos de diodos que se mencionan a
continuación entre los cuales en este capítulo estudiaremos algunos de ellos
considerando los más importantes o los que tienen mayor aplicación:
Diodo Rectificador.
Diodo Zener.
Diodo Tunel.
Diodo Varicap.
Fotodiodo.
Diodo Schockley.
Diodo Schottky.
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2.3.1 Concepto
Símbolo:
El diodo rectificador como todos los diodos tiene características directas e inversas que
pueden graficarse en el primer y tercer cuadrante de un plano cartesiano como se indica
en la figura 2.1 en ella se indica la intensidad de la corriente que circula por el diodo
(IF)en función de la tensión aplicada a sus terminales (U AK), cuando se aumenta la tensión
directa aumenta rápidamente la intensidad de la corriente directa. No obstante la corriente
no debe sobrepasar una determinada intensidad, pues caso contrario el diodo se
deteriora.
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Figura 2.2 Prueba del Diodo Rectificador en DIRECTO con multímetro análogo
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Figura 2.3 Prueba del Diodo Rectificador en INVERSO con multímetro análogo
Figura 2.4 Prueba del Diodo Rectificador en DIRECTO con multímetro digital
Figura 2.5 Prueba del Diodo Rectificador en INVERSO con multímetro digital
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