6. union p-n
- 1. Diodo de unión PN polarizado La unión p-n está polarizada directamente cuando a la región p se le aplica un potencial mayor que a la región n. Para ello, tal y como se ve, se debe conectar el polo positivo de la batería al ánodo del diodo (zona p) y el polo negativo al cátodo (zona n).
- 2. Aquí tenemos un voltaje de polarización Vp= + 0.7V vemos que: la Barrera de Energía Potencial en la UNION, es ínfima o no existe, la Carga Espacial es MINIMA, el Campo Eléctrico es prácticamente NULO, la conducción de Portadores es por ARRASTRE y es MAXIMA, la conducción de Portadores por Difusión es MINIMA. En estas condiciones podemos observar los siguientes efectos: Los huecos de la región p y los electrones de la región n son empujados hacia la unión por el campo eléctrico Epol a que da lugar la polarización. Por lo tanto, se reduce la anchura de la zona de transición. El campo eléctrico de la polarización Epol se opone al de la unión Eu. Así, se reduce el campo eléctrico de la unión y, consecuentemente, la barrera de potencial. Recordar que, como vimos en el Tema 4, la barrera de potencial sin polarización es VJ=Vo.
- 3. Con la polarización directa de la unión p-n se reduce en la forma VJ=Vo-V, siendo V la tensión directa aplicada a dicha unión. La ley de Shockley
- 4. Aquí tenemos un voltaje de polarización Vp= - 0.4V vemos que: la Barrera de Energía Potencial en la UNION, es MAYOR, hay un FLUJO de ambos PORTADORES de uno hacia el otro la CONCENTRACION de PORTADORES MINORITARIOS es MINIMA; AZUL = electrones y ROJO = huecos, la conducción de Portadores es mayormente por Difusión, las CORRIENTES NEGATIVAS exponenciales son por tramos y según corresponda, en la UNION misma, las corrientes negativas son constantes y similares.
- 5. Un diodo Shockley es un dispositivo de dos terminales que tiene dos estados estables: OFF o de alta impedancia y ON o baja impedancia. No se debe confundir con el diodo de barrera Schottky. Está formado por cuatro capas de semiconductor tipo n y p, dispuestas alternadamente. Es un tipo de tiristor.
- 6. La característica V-I se muestra en la figura. La región I es la región de alta impedancia (OFF) y la III, la región de baja impedancia. Para pasar del estado OFF al ON, se aumenta la tensión en el diodo hasta alcanzar Vs, tensión de conmutación. La impedancia del diodo desciende bruscamente, haciendo que la corriente que lo atraviese se incremente y disminuya la tensión, hasta alcanzar un nuevo equilibrio en la región III (Punto B). Para volver al estado OFF, se disminuye la corriente hasta Ih, corriente de mantenimiento. Ahora el diodo aumenta su impedancia, reduciendo ,todavía más la corriente, mientras aumenta la tensión en sus terminales ,cruzando la región II, hasta que alcanza el nuevo equilibrio en la región I(Punto A).
- 7. Conmutación del diodo En este applet se simula la conmutación de un diodo, pudiendo cambiar la tensión aplicada en sus bornas de positiva a negativa y viceversa. Para ello se dispone del esquema de un circuito con dos fuentes de tensión (una positiva y otra negativa) y un conmutador, un circuito de polarización (que incluye una resistencia) y un diodo de unión. Este esquema se sitúa en la parte superior derecha del applet y se puede conmutar entre tensiones haciendo "click" con el ratón en la zona entre las dos fuentes de tensión. Al iniciar la aplicación aparecerá un mensaje y una flecha que señala la mencionada zona sensible.
- 8. El usuario puede modificar todos los parámetros del circuito presionando el botón del panel superior con el texto "Parámetros circuito". Al presionarlo aparecerá una ventana con tres campos editables donde se pueden introducir los valores numéricos deseados para la tensión directa (VF), la tensión inversa (VR) y la resistencia de polarización (R). Tras introducir los nuevos valores es necesario pulsar el botón "Aceptar" de la ventana de los parámetros del circuito para que tengan efecto los cambios. Debajo del circuito aparecen cuatro gráficas que varían en el tiempo y donde se presentan los parámetros más importantes que controlan el comportamiento del diodo. La primera gráfica representa la tensión seleccionada en el circuito; la segunda la corriente que circula por el diodo; la tercera la carga acumulada en las zonas neutras del diodo (aplicando la aproximación de diodo asimétrico) y la última gráfica es la tensión que cae en bornas del diodo. Esta cuatro gráficas se van actualizando en el tiempo y se irán desplazando hacia la derecha conforme avance el tiempo .En la parte superior de la derecha del programa aparecen las ecuaciones que rigen el comportamiento del diodo en el experimento que se simula. Se muestran las ecuaciones literales para la carga del diodo, la tensión en bornas del diodo y para los perfiles de los minoritarios en el ánodo y al cátodo. Justo debajo de cada una de estas ecuaciones se muestran las mismas pero sustituyendo cada variable por al valor actual que tiene en la simulación. Algunos de los parámetros son constantes en el tiempo (hasta que se modifican por parte del usuario), pero otros se modifican instantáneamente conforme evoluciona el tiempo. También, a la derecha de las gráficas, se muestran los valores instantáneos para estas funciones temporales.