Materiales Semiconductores

Semiconductores Presentan resistencia eléctrica intermedia entre los conductores y los aislantes Por efectos de temperatura hay electrones que se desligan de sus átomos quedando un electrón y un hueco transformándose en portadores de carga, el movimiento de estos portadores cuando se aplican voltajes constituye una corriente eléctrica. Es un material conductor intrínseco.

Semiconductores A mayor temperatura existen más portadores de carga, las corrientes son mayores, por tanto la resistencia es menor, se usan como elementos para medir temperaturas (termistores).

Semiconductores Los semiconductores más usados son el Silicio y el Germanio. Cuando al semiconductor intrínseco se adicionan átomos de otros elementos (impurezas) por cada átomo adicionado se forma un portador de carga.

Semiconductores Al agregar materiales del grupo III de la tabla periódica se forman huecos quedando un semiconductor con más huecos (portadores mayoritarios) y se obtiene un semiconductor extrínseco tipo P (positivo)

Semiconductores Al usar impurezas del grupo V quedan electrones libres y el material va a tener electrones como portadores mayoritarios y portadores minoritarios huecos formando un material semiconductor extrínseco tipo N (Negativo).

Semiconductores El proceso de dopado se hace en hornos de vacío a alta temperatura

Diodo

Diodo (del griego: dos caminos) Es la unión de dos zonas de material semiconductor, una de tipo N (cátodo: K) y la otra de tipo P (ánodo: A).

Diodo Entre las dos capas se forma una zona llamada de agotamiento (Z. A.) donde es mínima o nula la presencia de portadores de carga. Tanto en la zona P como en la zona N existen portadores de carga minoritarios del signo contrario.

Diodo: Polarización 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.

Diodo: Polarización El voltaje positivo aplicado al ánodo “empuja” los huecos hacia la zona de agotamiento, lo mismo hace el voltaje negativo sobre los electrones del cátodo. Cuando el voltaje es pequeño y va aumentando la zona de agotamiento se va estrechando al llegar a un valor llamado voltaje de umbral.

Diodo: Polarización Al ser alcanzado el voltaje de umbral, la zona de agotamiento desaparece y los huecos y electrones se recombinan y el circuito externo empieza a aportar huecos a la zona P y electrones a la zona N apareciendo una corriente eléctrica a través del diodo, se dice que el diodo está en conducción.

Diodo: Polarización Polarización Directa electrón Z. A.

Diodo: Polarización Por otro lado, cuando un voltaje negativo es aplicado al ánodo atrae los huecos y el voltaje positivo aplicado al cátodo atrae los electrones por lo que la zona de agotamiento se ensancha.

Diodo: Polarización Sobre los portadores minoritarios ocurre el fenómeno contrario, éstos hacen recombinación y forman una corriente muy pequeña (nA a µA) que en el caso práctico se considera nula. Se dice entonces que el diodo se comporta como un interruptor abierto.

Diodo: Polarización Polarización inversa Z. A.

Diodo: Polarización Polarización Directa Polarización Inversa

Diodo: Características La gráfica muestra la variación de la corriente en función del voltaje aplicado al diodo indicando el comportamiento tanto en polarización directa como en inversa.

Diodo: Características El voltaje en el diodo será el que el circuito aplique y puede llegar a cualquier valor, en la práctica cientos de voltios para diodos rectificadores. Cuando el voltaje inverso aplicado llega a cierto valor la atracción entre huecos y electrones crece tanto que rompen la resistencia de la estructura del semiconductor.

Diodo: Características Al romperse la resistencia de la estructura del semiconductor, los huecos y electrones viajan a gran velocidad recombinándose y formando una corriente que crece rápidamente.

Diodo: Características A este comportamiento se le llama fenómeno de avalancha y a ese voltaje se llama Zener o de avalancha. En diodos rectificadores este voltaje es de cientos de voltios y si el diodo llega a ese voltaje normalmente se daña por una elevación muy rápida de temperatura.

Diodo Emisor de Luz Light Emitter Diode

Diodo LED El Diodo Emisor de Luz (Light Emitter Diode), trabaja como un diodo que conduce en directo y no conduce en inverso, la diferencia es que en estado de conducción emite luz.

Diodo LED Un LED se usa siempre con una resistencia en serie, ésta determina la cantidad de corriente que pasa por el led. En la práctica esta corriente se fija en un valor entre 5 mA y 30 mA

Diodo LED El voltaje en conducción no es 0.7v, es de mayor valor, normalmente se consiguen diodos LED de 1v, 3v y 9v.

Display de 7 segmentos Es un dispositivo que contiene 8 leds, de forma y posición especial que sirven para visualizar números o caracteres, se indican con las letras a a la g y el punto decimal. Internamente vienen conectados en dos formas ánodo común y cátodo común.

Diodo Zener

Se caracteriza por trabajar en la región inversa del diodo Son utilizados en reguladores de tensión (voltaje) Actúa como dispositivo de voltaje constante

Diodo Zener

Es un diodo que tiene un voltaje de avalancha relativamente bajo, menor de 100v. Aunque puede funcionar como rectificador la mayoría de aplicaciones se basan en hacerlo funcionar en la zona de avalancha, allí el diodo conduce y mantiene un voltaje entre sus terminales que es el voltaje Zener (V Z ) o de avalancha.

Diodo Zener Algunas aplicaciones típicas son: – como elemento de protección. – como circuito recortador. – como regulador de voltaje (AC-DC).

Diodo Zener como elemento de protección Se coloca el diodo Zener en paralelo con el circuito a proteger. Si el voltaje de fuente crece por encima de V Z el diodo conduce y no deja que el voltaje que llega al circuito sea mayor a V Z. No se debe usar cuando V F > V Z por largos periodos de tiempo pues en ese caso se daña el diodo.

Diodo Zener como elemento de protección Se aplica acompañado de lámparas de neón o de descargadores de gas para proteger circuitos de descargas eléctricas por rayos.

Diodo Zener como circuito recortador Se usa con fuentes AC o para recortar señales variables que vienen de elementos de medición (sensores). Cuando V X tiende a hacerse mayor que V Z el diodo entra en conducción y mantiene el circuito con un voltaje igual a V Z

Diodo Zener como circuito recortador Conexión antiparalelo. Se usa para recortar en dos niveles, uno positivo y el otro negativo. Si el circuito tiene una resistencia equivalente R C la corriente en el diodo es:

Diodo Zener como regulador de voltaje Se llama voltaje no regulado aquel que disminuye cuando el circuito conectado a él consume más corriente, esto ocurre en las fuentes DC construidas con solo el rectificador y el condensador de filtro, en los adaptadores AC-DC y en las baterías.

Diodo Zener como regulador de voltaje La condición de funcionamiento correcto es que V F en ningún momento sea menor a V Z. El voltaje regulado sobre el circuito es V Z. El cálculo del circuito consiste en conocer el valor adecuado de R, como dato se requiere el valor de V F, se selecciona una corriente para el Zener (I Z ) menor que su corriente máxima, se calcula o mide la corriente que consume el circuito (I C ) cuando se le aplica V Z, y se calcula: