POLARIZACIÓN DE UN DIODO

JUNTURA PN

Es posible tener unidos entre sí cristales tipo N y P, esto se logra de diferentes formas: Por crecimiento, empalme justo, difusión, fusión etc.  Esta unión queda con propiedades de conducción específica.

Cualesquiera que sea la forma de cimentación, siempre entre los cristales se crea un potencial de barrera que impide que haya una recombinación total entre el material tipo N y el material tipo P. La unión de un semiconductor tipo N con otro tipo P, forma el diodo PN cuyo símbolo y estructura física es la siguiente:

diodo semiconductor
Figura 1. Diodo semiconductor en su estructura física y su símbolo.

Un diodo semiconductor está elaborado de cristales semiconductores como el silicio con impurezas en él para crear una región que contiene portadores de carga negativos (electrones), llamado semiconductor de tipo N, y una región en el otro lado que contiene acarreadores de carga positiva (Huecos) llamado semiconductor tipo P.

Los terminales del diodo se unen a cada región interna que el posee. El fin dentro del cristal de éstas dos regiones llamado una unión PN, es donde la categoría del diodo toma su lugar.

 El cristal transporta una corriente de electrones del lado n (Cátodo), pero no en la dirección opuesta; es decir, cuando una corriente convencional fluye del ánodo al cátodo opuesto al flujo de los electrones.

Al unir ambos cristales se manifiesta una difusión de electrones del cristal N al P, al establecerse una corriente de difusión, estas corrientes aparecen cargas fijas en una zona a ambos lados de la unión zona que recibe el nombre de región de agotamiento.

A medida que evoluciona el proceso de difusión, la región de agotamiento va ensanchándose  profundizando en los cristales a ambos lados de la unión.  Sin embargo, el acaparamiento de iones positivos en la zona N y de iones negativos en la zona P, crea un campo eléctrico (E) que actuará sobre los electrones libres de la zona N con una determinada fuerza de desplazamiento, que se opondrá a la corriente de electrones y terminará deteniéndolos.

Este campo eléctrico es equivalente a decir que aparece una diferencia de tensión entre las zonas P y N. Esta diferencia de potencial (VD) es de 0.7V en el caso del silicio y 0.3V para los cristales de germanio.

El ensanchamiento de la región de agotamiento una vez alcanzado el equilibrio, suele ser del orden de 0,5 micras pero cuando uno de los cristales está mucho más dopado que el otro, la zona de carga especial es mucho mayor.

Cuando se somete al diodo a una diferencia de tensión externa, se dice que el diodo está polarizado pudiendo ser la polarización directa o inversa.

composición interna de un diodo
Figura 2. Composición interna de un Diodo

 

diodo
Figura 4. Formación de la región de agotamiento de un diodo común.

POLARIZACIÓN DIRECTA.

La batería reduce la barrera de potencial de la zona de carga espacial, permitiendo de esta forma el paso de la corriente a través de la unión; es decir el diodo polarizado directamente conduce.

Para que el diodo esté polarizado directamente, usted debe conectar el polo positivo de la batería al ánodo del diodo y el polo negativo al cátodo. En estas condiciones se puede analizar lo siguiente:

El terminal negativo de la batería repulsa los electrones libres de cristal N, con lo que estos electrones se desplazan hacia la unión PN

El terminal positivo de la batería atrae a los electrones de valencia del cristal P, esto es equivalente a decir que empuja a los huecos hacia la unión P-N.

Cuando el voltaje entre los terminales de la batería es mayor que el voltaje en la zona de carga espacial, los electrones libres del cristal N, obtienen la energía suficiente para saltar a los huecos del cristal P, los cuales previamente se han lanzado hacia la unión P-N.

Una vez que un electrón libre de la zona N salta a la zona P atravesando la zona de carga espacial, cae en uno de los múltiples huecos de la zona P se convierte en un electrón de valencia. Cuando esto ocurre, el electrón es atraído por el terminal positivo de la batería y se traslada de partícula en partícula hasta llegar al final del cristal P, desde el cual se introduce en el hilo conductor y llega hasta la batería.

De esta manera, con la batería concediendo electrones libres a la zona N y atrayendo electrones de valencia de la zona P, aparece a través del diodo una corriente eléctrica de directa hasta el final. 

polarización directa de un diodo
Figura 5. Polarización directa de un diodo semiconductor.

POLARIZACIÓN INVERSA DE UN DIODO

Para este caso, el terminal positivo de la batería se conecta a la zona P y el terminal negativo de la batería se conecta a la zona N lo que hace incrementar la zona de carga espacial y el voltaje en la mencionada zona hasta que alcanza el valor del voltaje de la batería.

Internamente en el diodo ocurre lo siguiente:

El terminal positivo de la fuente de voltaje o la batería atrae electrones libres que están ubicados en la zona N, las partículas o átomos pentavalentes que antes eran neutros, al verse separados de su electrón orbital de conducción obtienen estabilidad.

El terminal negativo de la fuente de voltaje o batería agrega electrones libres a los átomos de la zona P que son trivalentes, estos átomos poseen 3 electrones de valencia con lo que una vez que han formado enlaces covalentes con los átomos de silicio, tiene solamente 7 electrones de valencia siendo el electrón que falta, considerado un hueco.

Este proceso se repite hasta que la zona de carga especial adquiere el voltaje de la fuente o batería.

polarización inversa de un diodo semiconductor
Figura 6. Polarización inversa de un diodo semiconductor.

 

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