Diodos semiconductores

El diodo es un componente semiconductor coincidente con una unión P-N. Se presenta encapsulado en un recinto estanco del que parten dos terminales referenciados como ánodo (positivo) y cátodo (negativo).

Mientras que en una resistencia la caída de tensión en sus extremos es proporcional en todo momento a la intensidad que la atraviesa, no sucede lo mismo en el diodo. El motivo es la exigencia de una tensión mínima -la tensión de umbral- entre ánodo y cátodo para que se inicie la conducción.

– En los diodos de germanio la tensión de umbral es de aproximadamente 0,2 Voltios.
– En los diodos de silicio la tensión de umbral se sitúa alrededor de los 0,6 Voltios.

Curva característica de un diodo

La curva característica de un diodo es la representación gráfica de la intensidad que lo atraviesa en función de la diferencia de potencial aplicada en sus extremos: I = f(VD)

Curva característica de un diodo

En base a procedimientos teóricos se puede obtener la curva del diodo. No obstante, dicha curva teórica no posee una plena validez práctica. Para observar la diferencia entre las representa ciones características teórica y real se obtendrán a continuación ambas gráficas.

* Característica teórica de un diodo
Se obtiene a partir de la expresión de la intensidad que atraviesa un diodo semiconductor.

En polarización inversa, la intensidad es constante y de valor I = – Is, mientras que en polarización directa la intensidad adopta un crecimiento exponencialmente proporcional a la tensión VD.

La primera diferencia respecto a la curva teórica se manifiesta en el hecho de que el diodo no conduce a partir de una polarización directa inmediatamente superior a 0 V, sino que inicia su actividad a partir de la denominada tensión de umbral.

Tensión de ruptura de un diodo

– Se define la tensión de umbral (Vv) como la tensión para la cual la corriente de circulación es el 1 por 100 de la intensidad máxima que puede circular a través del
diodo.

La segunda diferencia aparece en que la intensidad inversa de saturación (Is) está afectada por la corriente superficial de fugas (If) cuya naturaleza se estudiará más adelante.

Por último, la característica inversa no es lineal, sino que existe una tensión de ruptura (Vb) para la cual la intensidad inversa de saturación Is se dispara.

Resistencia de un diodo semiconductor

En un diodo semiconductor se definen tres magnitudes resistivas:
* Resistencia estática: mide la oposición que presenta el diodo al paso de la corriente continua (CC).

A partir de la ley de Ohm, la resistencia estática de un diodo se expresa en la forma siguiente:
Restática = V/I
Dentro del concepto de resistencia estática cabe aún una diferenciación atendiendo a los dos posibles estados de polarización del diodo.

Resistencia directa: Rf,
La resistencia en polarización directa es de magnitud reducida y puede evaluarse
directamente sobre la curva característica del diodo.

Resistencia inversa: Rr
La resistencia es de magnitud muy elevada, salvo en el caso de superar el nivel de ruptura.

Polarización directa y polarización inversa

Polarización directa y polarización inversa

Un diodo será de mayor calidad a medida que sus resistencias estáticas directa e inversa se aproximen a las de un diodo ideal:
Diodo ideal
Rf = 0
Rr = ¥

* Resistencia dinámica se define como la oposición que presenta el diodo al paso de una señal alterna o variable en el tiempo.

De nuevo, se distingue entre resistencia dinámica directa e inversa.

Resistencia directa: rf
La resistencia dinámica directa es muy reducida puesto que a un incremento mínimo de tensión, corresponde un incremento elevado de intensidad.

Resistencia inversa: rr
Será muy elevada debido a la constancia y reducida magnitud de la intensidad inversa de saturación -Is.

La resistencia dinámica de un diodo ideal adopta las siguienes magnitudes:

Diodo ideal
rf = 0
rr =
* La resistencia de fugas Rs está originada por la corriente superficial que circula por el semiconductor. Para minimizarla en lo posible se limpia la superficie del diodo, se pule y se introduce en un encapsulado.

Para representar físicamente su efecto se coloca una resistencia de magnitud Rs en paralelo con el diodo.

Resistencia de fugas en polarización inversa.
Es despreciable y habitualmente no se tiene en cuenta.

Resistencia de fugas en polarización inversa.
En algunas ocasiones toma un valor importante, ya que la intensidad de fugas (If) puede superar en magnitud a la corriente inversa de saturación (Is).

Capacidades de la unión P-N

En la unión P-N que constituye el diodo semiconductor se definen dos magnitudes capacitivas:

Capacidad de transición

Capacidad de transición

* Capacidad de transición (Ct) equivale al cociente entre la variación de carga en la zona de transición respecto a la variación de potencial que la origina.

En la figura se observa que al aumentar la tensión de polarización directa, la anchura de Zt disminuye y, en consecuencia, disminuye también la carga. Este efecto se manifiesta en sentido inverso al alterar la polaridad de la alimentación.

Cabe concluir, pues, que la capacidad de transición se manifiesta en polarización directa e inversa. Si bien, en polarización directa no suele considerarse Ct debido a que la capacidad de difusión es muy superior frente a la magnitud irrelevante de Ct.

* Capacidad de difusión (Co): se define como el cociente entre la variación de la carga móvil inyectada de una zona a otra del semiconductor respecto a la variación de la tensión de polarización.

En polarización directa la capacidad de difusión es elevada, mientras que en polarización inversa no existe como tal.

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