Diodo

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Diodo

  1. 1. ContenidoIntroducción ......................................................................................................................................... 2Diodo ................................................................................................................................................... 3 Historia ............................................................................................................................................. 3 Diodos termoiónicos y de estado gaseoso ....................................................................................... 4 Diodo semiconductor ........................................................................................................................ 5 Polarización directa de un diodo ....................................................................................................... 6 Polarización inversa de un diodo ...................................................................................................... 7 Curva característica del diodo .......................................................................................................... 8 Tipos de diodo semiconductor ........................................................................................................ 10Diodo Zener ....................................................................................................................................... 13 Características ............................................................................................................................... 13Transistor de unión bipolar................................................................................................................. 13 Estructura ....................................................................................................................................... 14 Control de tensión, carga y corriente .............................................................................................. 16 El Alfa y Beta del transistor ............................................................................................................ 16Tipos de Transistor de Unión Bipolar ................................................................................................. 17 NPN ............................................................................................................................................... 17 PNP................................................................................................................................................ 17Transistor de efecto campo ................................................................................................................ 17 Tipo de transistores de efecto campo ............................................................................................. 19Transistores MOSFET ....................................................................................................................... 20Conclusiones ..................................................................................................................................... 22Bibliografía: ........................................................................................................................................ 23 1
  2. 2. IntroducciónUn diodo es un componente electrónico de dos terminales que permite la circulación de la corrienteeléctrica a través de él en un sentido. Es necesario entender y comprender la aplicación de los diodosen las telecomunicaciones, lo cual nos ayudara a realizar mejores aplicaciones de estos en nuestraárea de trabajo, en las paginas siguientes se encuentras detalladas las características principales, suutilización y sus distintas aplicaciones, lo cual debemos de tener en claro para lograr un mejorrendimiento.Se encontraran los distintos tipos de diodos y transistores, su historia, y características de cada unode ellos. Es un tema en el cual se debe de poner interés porque para cada una de las aplicacionesque podamos llegar a realiza podemos darnos cuenta cual sería el más adecuado para utilizar. 2
  3. 3. Diodo Tipo Semiconductor Principio de funcionamiento Efecto Edison Fecha de invención John Ambrose Fleming (1904) Símbolo electrónico ConfiguraciónDiodo en primer plano. Nótese la forma cuadrada del Ánodo y Cátodocristal semiconductor (objeto negro de la izquierda).Un diodo es un componente electrónico de dos terminales que permite la circulación de la corrienteeléctrica a través de él en un sentido. Este término generalmente se usa para referirse al diodosemiconductor, el más común en la actualidad; consta de una pieza decristal semiconductor conectada a dos terminales eléctricos. El diodo de vacío (que actualmente yano se usa, excepto para tecnologías de alta potencia) es un tubo de vacío con doselectrodos: unalámina como ánodo, y un cátodo.De forma simplificada, la curva característica de un diodo (I-V) consta de dos regiones: por debajo decierta diferencia de potencial, se comporta como un circuito abierto (no conduce), y por encima de ellacomo un circuito cerrado con una resistencia eléctrica muy pequeña.Debido a este comportamiento,se les suele denominar rectificadores, ya que son dispositivos capaces de suprimir la parte negativade cualquier señal, como paso inicial para convertir una corriente alterna en corriente continua. Suprincipio de funcionamiento está basado en los experimentos de Lee De Forest.Los primeros diodos eran válvulas o tubos de vacío, también llamados válvulastermoiónicas constituidos por dos electrodos rodeados de vacío en un tubo de cristal, con un aspectosimilar al de las lámparas incandescentes. El invento fue desarrollado en 1904 por John AmbroseFleming, empleado de la empresa Marconi, basándose en observaciones realizadas por Thomas AlvaEdison.Historia Diodo de vacío, usado comúnmente hasta la invención del diodo semiconductor, este último también llamado diodo sólido. Aunque el diodo semiconductor de estado sólido se popularizó antes del diodo termoiónico, ambos se desarrollaron al mismo tiempo. En 1873 Frederick Guthrie descubrió el principio de operación de los diodos térmicos. Guhtrie descubrió que un electroscopio cargado positivamente podría descargarse al acercarse una pieza de metal caliente, sin necesidad de que éste lo tocara. No sucedía lo mismo con un electroscopio cargadonegativamente, reflejando esto que el flujo de corriente era posible solamente en una dirección. 3
  4. 4. Independientemente, el 13 de febrero de 1880 Thomas Edison re-descubre el principio. A su vez,Edison investigaba por qué los filamentos de carbón de las bombillas se quemaban al final delterminal positivo. Él había construido una bombilla con un filamento adicional y una con una láminametálica dentro de la lámpara, eléctricamente aislada del filamento. Cuando usó este dispositivo, élconfirmó que una corriente fluia del filamento incandescente a través del vació a la lámina metálica,pero esto sólo sucedía cuando la lámina estaba conectada positivamente.Edison diseñó un circuito que reemplaza la bombilla por un resistor con un voltímetro de DC. Edisonobtuvo una patente para este invento en 1884. Aparentemente no tenía uso práctico para esa época.Por lo cual, la patente era probablemente para precaución, en caso de que alguien encontrara un usoal llamado Efecto Edison.Aproximadamente 20 años después, John Ambrose Fleming (científico asesor de Marconi Company yantiguo empleado de Edison) se dio cuenta que el efecto Edison podría usarse como un radiodetector de precisión. Fleming patentó el primer diodo termoiónico en Britain el 16 de noviembre de1904.En 1874 el científico alemán Karl Ferdinand Braun descubrió la naturaleza de conducir por una soladirección de los cristales semiconductores. Braun patentó el rectificador de cristal en 1899.Los rectificadores de óxido de cobre y selenio fueron desarrollados para aplicaciones de alta potenciaen la década de los 1930.El científico indio Jagdish Chandra Bose fue el primero en usar un cristal semiconductor para detectarondas de radio en 1894. El detector de cristal semiconductor fue desarrollado en un dispositivopráctico para la recepción de señales inalámbricas por Greenleaf Whittier Pickard, quién inventó undetector de cristal de silicio en 1903 y recibió una patente de ello el 20 de noviembre de 1906. Otrosexperimentos probaron con gran variedad de sustancias, de las cuales se usó ampliamente elmineral galena. Otras sustancias ofrecieron un rendimiento ligeramente mayor, pero el galena fue elque más se usó porque tenía la ventaja de ser barato y fácil de obtener. Al principio de la era delradio, el detector de cristal semiconductor consistía de un cable ajustable (el muy nombrado bigote degato) el cual se podía mover manualmente a través del cristal para así obtener una señal óptima. Estedispositivo problemático fue rápidamente superado por los diodos termoiónicos, aunque el detector decristal semiconductor volvió a usarse frecuentemente con la llegada de los económicos diodos degermanio en la década de 1950.En la época de su invención, estos dispositivos fueron conocidos como rectificadores. En1919, William Henry Eccles acuñó el término diodo del griego dia, que significa separado, y ode (deὅ δος), que significa camino.Diodos termoiónicos y de estado gaseoso Símbolo de un diodo de vacío o gaseoso. De arriba a abajo, sus componentes son, el ánodo, el cátodo, y el filamento. Los diodos termoiónicos son dispositivos de válvula termoiónica (también conocida como tubo de vacío), que consisten en un arreglo de electrodos empacados en un vidrio al vacío. Los primeros modelos eran muy parecidos a la lámpara incandescente.En los diodos de válvula termoiónica, una corriente a través del filamento que se va a calentar 4
  5. 5. calienta indirectamente el cátodo, otro electrodo interno tratado con una mezcla de Bario y óxido deestroncio, los cuales son óxidos alcalinotérreos; se eligen estas substancias porque tienen unapequeña función de trabajo (algunas válvulas usan calentamiento directo, donde un filamento detungsteno actúa como calentador y como cátodo). El calentamiento causa emisión termoiónica deelectrones en el vacío. En polarización directa, el ánodo estaba cargado positivamente por lo cualatraía electrones. Sin embargo, los electrones no eran fácilmente transportados de la superficie delánodo que no estaba caliente cuando la válvula termoiónica estaba en polarización inversa. Además,cualquier corriente en este caso es insignificante.Diodo semiconductor Formación de la región de agotamiento, en la gráfica z.c.e.Un diodo semiconductor moderno está hecho decristal semiconductor como el silicio conimpurezas en él para crear una región quecontiene portadores de carga negativos(electrones), llamado semiconductor de tipo n, yuna región en el otro lado que contieneportadores de carga positiva (huecos), llamadosemiconductor tipo p. Las terminales del diodo seunen a cada región. El límite dentro del cristal deestas dos regiones, llamado una unión PN, esdonde la importancia del diodo toma su lugar. Elcristal conduce una corriente de electrones dellado n (llamado cátodo), pero no en la direcciónopuesta; es decir, cuando una corriente convencional fluye del ánodo al cátodo (opuesto al flujo delos electrones).Al unir ambos cristales, se manifiesta una difusión de electrones del cristal n al p (Je). Al establecerseuna corriente de difusión, estas corrientes aparecen cargas fijas en una zona a ambos lados de launión, zona que recibe el nombre de región de agotamiento.A medida que progresa el proceso de difusión, la región de agotamiento va incrementando suanchura profundizando en los cristales a ambos lados de la unión. Sin embargo, la acumulación deiones positivos en la zona n y de iones negativos en la zona p, crea un campo eléctrico (E) queactuará sobre los electrones libres de la zona n con una determinada fuerza de desplazamiento, quese 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 yn. Esta diferencia de potencial (VD) es de 0,7 V en el caso del silicio y 0,3 V para los cristalesde germanio. 5
  6. 6. La anchura de la región de agotamiento una vez alcanzado el equilibrio, suele ser del orden de0,5 micras pero cuando uno de los cristales está mucho más dopado que el otro, la zona de cargaespacial 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.Polarización directa de un diodo Polarización directa del diodo pn.En este caso, la batería disminuye la barrera de potencial de la zona de carga espacial, permitiendoel paso de la corriente de electrones a través de la unión; es decir, el diodo polarizado directamenteconduce la electricidad.Para que un diodo esté polarizado directamente, se debe conectar el polo positivo de la batería alánodo del diodo y el polo negativo al cátodo. En estas condiciones podemos observar que:  El polo negativo de la batería repele los electrones libres del cristal n, con lo que estos electrones se dirigen hacia la unión p-n.  El polo 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 la diferencia de potencial entre los bornes de la batería es mayor que la diferencia de potencial en la zona de carga espacial, los electrones libres del cristal n, adquieren la energía suficiente para saltar a los huecos del cristal p, los cuales previamente se han desplazado 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 convirtiéndose en electrón de valencia. Una vez ocurrido esto el electrón es atraído por el polo positivo de la batería y se desplaza de átomo en átomo hasta llegar al final del cristal p, desde el cual se introduce en el hilo conductor y llega hasta la batería. 6
  7. 7. De este modo, con la batería cediendo electrones libres a la zona n y atrayendo electrones devalencia de la zona p, aparece a través del diodo una corriente eléctrica constante hasta el final.Polarización inversa de un diodo Polarización inversa del diodo pn. En este caso, el polo negativo de la batería se conecta a la zona p y el polo positivo a la zona n, lo que hace aumentar la zona de carga espacial, y la tensión en dicha zona hasta que se alcanza el valor de la tensión de la batería, tal y como se explica a continuación:  El polo positivo de la batería atrae a los electrones libres de la zona n, los cuales salen del cristal n y se introducen en el conductor dentro del cual se desplazan hasta llegar a la batería. A medida que los electrones libres abandonan la zona n, los átomos pentavalentes que antes eran neutros, al verse desprendidos de su electrón en el orbital de conducción, adquieren estabilidad (8 electrones en la capa de valencia, ver semiconductor y átomo) y una carga eléctrica neta de +1, con lo que se convierten en iones positivos.  El polo negativo de la batería cede electrones libres a los átomos trivalentes de la zona p. Recordemos que estos átomos sólo tienen 3 electrones de valencia, con lo que una vez que han formado los enlaces covalentes con los átomos de silicio, tienen solamente 7 electrones de valencia, siendo el electrón que falta el denominado hueco. El caso es que cuando los electrones libres cedidos por la batería entran en la zona p, caen dentro de estos huecos con lo que los átomos trivalentes adquieren estabilidad (8 electrones en su orbital de valencia) y una carga eléctrica neta de -1, convirtiéndose así en iones negativos.  Este proceso se repite una y otra vez hasta que la zona de carga espacial adquiere el mismo potencial eléctrico que la batería.En esta situación, el diodo no debería conducir la corriente; sin embargo, debido al efecto dela temperatura se formarán pares electrón-hueco (ver semiconductor) a ambos lados de la uniónproduciendo una pequeña corriente (del orden de 1 μA) denominada corriente inversa desaturación. Además, existe también una denominada corriente superficial de fugas la cual, comosu propio nombre indica, conduce una pequeña corriente por la superficie del diodo; ya que en lasuperficie, los átomos de silicio no están rodeados de suficientes átomos para realizar los cuatroenlaces covalentes necesarios para obtener estabilidad. Esto hace que los átomos de la superficie deldiodo, tanto de la zona n como de la p, tengan huecos en su orbital de valencia con lo que loselectrones circulan sin dificultad a través de ellos. No obstante, al igual que la corriente inversa desaturación, la corriente superficial de fuga es despreciable. 7
  8. 8. Curva característica del diodoCurva característica del diodo.  Tensión umbral, de codo o de partida (Vγ ). La tensión umbral (también llamada barrera de potencial) de polarización directa coincide en valor con la tensión de la zona de carga espacial del diodo no polarizado. Al polarizar directamente el diodo, la barrera de potencial inicial se va reduciendo, incrementando la corriente ligeramente, alrededor del 1% de la nominal. Sin embargo, cuando la tensión externa supera la tensión umbral, la barrera de potencial desaparece, de forma que para pequeños incrementos de tensión se producen grandes variaciones de la intensidad de corriente.  Corriente máxima (Imax ). Es la intensidad de corriente máxima que puede conducir el diodo sin fundirse por el efecto Joule. Dado que es función de la cantidad de calor que puede disipar el diodo, depende sobre todo del diseño del mismo.  Corriente inversa de saturación (Is ). Es la pequeña corriente que se establece al polarizar inversamente el diodo por la formación de pares electrón-hueco debido a la temperatura, admitiéndose que se duplica por cada incremento de 10º en la temperatura.  Corriente superficial de fugas. Es la pequeña corriente que circula por la superficie del diodo (ver polarización inversa), esta corriente es función de la tensión aplicada al diodo, con lo que al aumentar la tensión, aumenta la corriente superficial de fugas.  Tensión de ruptura (Vr ). Es la tensión inversa máxima que el diodo puede soportar antes de darse el efecto avalancha.Teóricamente, al polarizar inversamente el diodo, este conducirá la corriente inversa de saturación;en la realidad, a partir de un determinado valor de la tensión, en el diodo normal o de unión abrupta laruptura se debe al efecto avalancha; no obstante hay otro tipo de diodos, como los Zener, en los quela ruptura puede deberse a dos efectos:  Efecto avalancha (diodos poco dopados). En polarización inversa se generan pares electrón- hueco que provocan la corriente inversa de saturación; si la tensión inversa es elevada los electrones se aceleran incrementando su energía cinética de forma que al chocar con electrones de valencia pueden provocar su salto a la banda de conducción. Estos electrones liberados, a su vez, se aceleran por efecto de la tensión, chocando con más electrones de valencia y liberándolos a su vez. El resultado es una avalancha de electrones que provoca una corriente grande. Este fenómeno se produce para valores de la tensión superiores a 6 V.  Efecto Zener (diodos muy dopados). Cuanto más dopado está el material, menor es la anchura de la zona de carga. Puesto que el campo eléctrico E puede expresarse como cociente de la tensión V entre la distancia d; cuando el diodo esté muy dopado, y por tanto d 8
  9. 9. sea pequeño, el campo eléctrico será grande, del orden de 3·105 V/cm. En estas condiciones, el propio campo puede ser capaz de arrancar electrones de valencia incrementándose la corriente. Este efecto se produce para tensiones de 4 V o menores.Para tensiones inversas entre 4 y 6 V la ruptura de estos diodos especiales, como los Zener, sepuede producir por ambos efectos.[editar]Modelos matemáticosEl modelo matemático más empleado es el de Shockley (en honor a William Bradford Shockley) quepermite aproximar el comportamiento del diodo en la mayoría de las aplicaciones. La ecuación queliga la intensidad de corriente y la diferencia de potencial es:Donde:  I es la intensidad de la corriente que atraviesa el diodo  VD es la diferencia de tensión entre sus extremos.  IS es la corriente de saturación (aproximadamente 10 − 12A)  n es el coeficiente de emisión, dependiente del proceso de fabricación del diodo y que suele adoptar valores entre 1 (para el germanio) y del orden de 2 (para el silicio).El Voltaje térmico VT es aproximadamente 25.85mV en 300K, una temperatura cercana a latemperatura ambiente, muy usada en los programas de simulación de circuitos. Para cadatemperatura existe una constante conocida definida por:Donde k es la constante de Boltzmann, T es la temperatura absoluta de la unión pn, y q es lamagnitud de la carga de un electrón (la carga elemental).La ecuación de diodo ideal de Schockley o la ley de diodo se deriva de asumir que solo los procesosque le dan corriente al diodo son por el flujo (debido al campo eléctrico), difusión, y la recombinacióntérmica. También asume que la corriente de recombinación en la región de agotamiento esinsignificante. Esto significa que la ecuación de Schockley no tiene en cuenta los procesosrelacionados con la región de ruptura e inducción por fotones. Adicionalmente, no describe laestabilización de la curva I-V en polarización activa debido a la resistencia interna.Bajo voltajes negativos, la exponencial en la ecuación del diodo es insignificante. y la corriente es unaconstante negativa del valor de Is. La región de ruptura no esta modelada en la ecuación de diodo deSchockley.Para voltajes pequeños en la región de polarización directa, se puede eliminar el 1 de la ecuación,quedando como resultado: 9
  10. 10. Con objeto de evitar el uso de exponenciales, en ocasiones se emplean modelos más simples aún,que modelan las zonas de funcionamiento del diodo por tramos rectos; son los llamados modelos decontinua o de Ram-señal. El más simple de todos es el diodo ideal.Tipos de diodo semiconductor Varios diodos semiconductores. Abajo: Un puente rectificador. En la mayoría de los diodos, el terminal cátodose indica pintando una franja blanca o negra. Existen varios tipos de diodos, que pueden diferir en su aspecto físico, impurezas, uso de electrodos, que tienen características eléctricas particulares usados para una aplicación especial en un circuito. El funcionamiento de estos diodos es fundamentado por principios de la mecánica cuántica y teoría de bandas. Los diodos normales, los cuales operan como se describía más arriba, se hacen generalmente de silicio dopado o germanio. Antes del desarrollo de estos diodos rectificadores de silicio, se usaba el óxido cuproso y el selenio: su baja eficiencia le dio una caída de tensión muy alta (desde 1,4 a 1,7V) y requerían de una gran disipación de calor mucho más grande que un diodo de silicio. La gran mayoría de los diodos pn se encuentran en circuitos integrados CMOS, que incluyen dos diodos por pin y muchos otros diodos internos.  Diodo avalancha: Diodos que conducen en dirección contraria cuando el voltaje en inverso supera el voltaje de ruptura. Electricámente son similares a los diodos Zener, pero funciona bajo otro fenómeno, el efecto avalancha. Esto sucede cuando el campo eléctrico inverso que atraviesa la unión p-n produce una onda de ionización, similar a una avalancha, produciendo una corriente. Los diodos avalancha están diseñados para operar en un voltaje inverso definido sin que se destruya. La diferencia entre el diodo avalancha (el cual tiene un voltaje de reversa de aproximadamente 6.2V) y el diodo zener es que el ancho del canal del primero excede la "libre asociación" de los electrones, por lo que se producen colisiones entre ellos en el camino. La única diferencia práctica es que los dos tienen coeficientes de temperatura de polaridades opuestas.  Diodo de Silicio: Suelen tener un tamaño milimétrico y, alineados, constituyen detectores multicanal que permiten obtener espectros en milisegundos. Son menos sensibles que los fotomultiplicadores. Es un semiconductor de tipo p (con huecos) en contacto con un semiconductor de tipo n (electrones). La radiación comunica la energía para liberar los electrones que se desplazan hacia los huecos, estableciendo una corriente eléctrica proporcional a la potencia radiante.  Diodo de cristal: Es un tipo de diodo de contacto. El diodo cristal consiste de un cable de metal afilado presionado contra un cristal semiconductor, generalmente galena o de una parte de carbón. El cable forma el ánodo y el cristal forma el cátodo. Los diodos de cristal tienen una 10
  11. 11. gran aplicación en losradio a galena. Los diodos de cristal están obsoletos, pero puede conseguirse todavía de algunos fabricantes. Diodo de corriente constante: Realmente es un JFET, con su compuerta conectada a la fuente, y funciona como un limitador de corriente de dos terminales análogo al diodo Zener, el cual limita el voltaje. Ellos permiten una corriente a través de ellos para alcanzar un valor adecuado y así estabilizarse en un valor específico. También suele llamarse CLDs (por sus siglas en inglés) o diodo regulador de corriente. Diodo túnel o Esaki: Tienen una región de operación que produce una resistencia negativa debido al efecto túnel, permitiendo amplificar señales y circuitos muy simples que poseen dos estados. Debido a la alta concentración de carga, los diodos túnel son muy rápidos, pueden usarse en temperaturas muy bajas, campos magnéticos de gran magnitud y en entornos con radiación alta. Por estas propiedades, suelen usarse en viajes espaciales. Diodo Gunn: Similar al diodo túnel son construidos de materiales como GaAs o InP que produce una resistencia negativa. Bajo condiciones apropiadas, las formas de dominio del dipolo y propagación a través del diodo, permitiendo osciladores de ondas microondas de alta frecuencia. Diodo emisor de luz: En un diodo formado de un semiconductor con huecos en su banda de energía, tal como arseniuro de galio, los portadores de carga que cruzan la unión emiten fotones cuando se recombinan con los portadores mayoritarios en el otro lado. Dependiendo del material, la longitud de onda que se pueden producir varía desde el infrarrojo hasta longitudes de onda cercanas al ultravioleta. El potencial que admiten estos diodos dependen de la longitud de onda que ellos emiten: 2.1V corresponde al rojo, 4.0V al violeta. Los primeros LEDs fueron rojos y amarillos. Los LEDs blancos son en realidad combinaciones de tres LEDs de diferente color o un LED azul revestido con un centelleador amarillo. Los LEDs también pueden usarse como fotodiodos de baja eficiencia en aplicaciones de señales. Un LED puede usarse con un fotodiodo o fototransistor para formar un optoacoplador. Diodo láser: Cuando la estructura de un LED se introduce en una cavidad resonante formada al pulir las caras de los extremos, se puede formar un láser. Los diodos láser se usan frecuentemente en dispositivos de almacenamiento ópticos y para la comunicación óptica de alta velocidad. Diodo térmico: Este término también se usa para los diodos convencionales usados para monitorear la temperatura a la variación de voltaje con la temperatura, y para refrigeradores termoeléctricos para la refrigeración termoeléctrica. Los refrigeradores termoeléctricos se hacen de semiconductores, aunque ellos no tienen ninguna unión de rectificación, aprovechan el comportamiento distinto de portadores de carga de los semiconductores tipo P y N para transportar el calor. Fotodiodos: Todos los semiconductores están sujetos a portadores de carga ópticos. Generalmente es un efecto no deseado, por lo que muchos de los semiconductores están empacados en materiales que bloquean el paso de la luz. Los fotodiodos tienen la función de ser sensibles a la luz (fotocelda), por lo que están empacados en materiales que permiten el 11
  12. 12. paso de la luz y son por lo general PIN (tipo de diodo más sensible a la luz). Un fotodiodo puede usarse en celdas solares, en fotometría o en comunicación óptica. Varios fotodiodos pueden empacarse en un dispositivo como un arreglo lineal o como un arreglo de dos dimensiones. Estos arreglos no deben confundirse con los dispositivos de carga acoplada. Diodo con puntas de contacto: Funcionan igual que los diodos semiconductores de unión mencionados anteriormente aunque su construcción es más simple. Se fabrica una sección de semiconductor tipo n, y se hace un conductor de punta aguda con un metal del grupo 3 de manera que haga contacto con el semiconductor. Algo del metal migra hacia el semiconductor para hacer una pequeña región de tipo p cerca del contacto. El muy usado 1N34 (de fabricación alemana) aún se usa en receptores de radio como un detector y ocasionalmente en dispositivos analógicos especializados. Diodo PIN: Un diodo PIN tiene una sección central sin doparse o en otras palabras una capa intrínseca formando una estructura p-intrinseca-n. Son usados como interruptores de alta frecuencia y atenuadores. También son usados como detectores de radiación ionizante de gran volumen y como fotodetectores. Los diodos PIN también se usan en la electrónica de potencia y su capa central puede soportar altos voltajes. Además, la estructura del PIN puede encontrarse en dispositivos semiconductores de potencia, tales como IGBTs, MOSFETs de potencia y tiristores. Diodo Schottky: El diodo Schottky están construidos de un metal a un contacto de semiconductor. Tiene una tensión de ruptura mucho menor que los diodos pn. Su tensión de ruptura en corrientes de 1mA está en el rango de 0.15V a 0.45V, lo cual los hace útiles en aplicaciones de fijación y prevención de saturación en un transistor. También se pueden usar como rectificadores con bajas pérdidas aunque su corriente de fuga es mucho más alta que la de otros diodos. Los diodos Schottky son portadores de carga mayoritarios por lo que no sufren de problemas de almacenamiento de los portadores de carga minoritarios que ralentizan la mayoría de los demás diodos (por lo que este tipo de diodos tiene una recuperación inversa más rápida que los diodos de unión pn. Tienden a tener una capacitancia de unión mucho más baja que los diodos pn que funcionan como interruptores veloces y se usan para circuitos de alta velocidad como fuentes conmutadas, mezclador de frecuencias y detectores. Stabistor: El stabistor (también llamado Diodo de Referencia en Directa) es un tipo especial de diodo de silicio cuyas características de tensión en directa son extremadamente estables. Estos dispositivos están diseñados especialmente para aplicaciones de estabilización en bajas tensiones donde se requiera mantener la tensión muy estable dentro de un amplio rango de corriente y temperatura. 12
  13. 13. Diodo ZenerDiodo Zener Tipo Semiconductor Símbolo electrónico ConfiguraciónPequeño diodo Zener Ánodo y Cátodo (se polariza inversamente, con respecto al diodo convencional)El diodo Zener es un diodo de silicio que se ha construido para que funcione en las zonas derupturas, recibe ese nombre por su inventor, el Dr.Clarence Melvin Zener. El diodo zener es la parteesencial de los reguladores de tensión casi constantes con independencia de que se presentengrandes variaciones de la tensión de red, de la resistencia de carga y temperatura.Son mal llamados a veces diodos de avalancha, pues presentan comportamientos similares a estos,pero los mecanismos involucrados son diferentes.CaracterísticasSi a un diodo Zener se le aplica una corriente eléctrica de Ánodo al Cátodo toma las característicasde un diodo rectificador básico. Pero si se le suministra una corriente inversa, el diodo solo dejarapasar un voltaje constante. En conclusión: el diodo Zener debe ser polarizado al revés para queadopte su característica de regulador de tensión. Su simbolo es como el de un diodo normal perotiene 2 terminales a los lados. Este diodo se comporta como un diodo convencional en condiciones dealta corriente, porque cuando recibe demasiada corriente este se quema.Transistor de unión bipolarTransistor de unión bipolar. El transistor de unión bipolar (del inglés Bipolar Junction Transistor, o sus siglas BJT) es un dispositivo electrónico de estado sólido consistente en dos uniones PNmuy cercanas entre sí, que permite controlar el paso de la corriente a través de sus terminales. La denominación de bipolar se debe a que la conducción tiene lugar gracias al desplazamiento deportadores de dos polaridades (huecos positivos y electrones negativos), y son de gran utilidad engran número de aplicaciones; pero tienen ciertos inconvenientes, entre ellos su impedancia deentrada bastante baja. 13
  14. 14. Los transistores bipolares son los transistores más conocidos y se usan generalmente en electrónicaanalógica aunque también en algunas aplicaciones de electrónica digital, como la tecnología TTL oBICMOS.Un transistor de unión bipolar está formado por dos Uniones PN en un solo cristal semiconductor,separados por una región muy estrecha. De esta manera quedan formadas tres regiones:  Emisor, que se diferencia de las otras dos por estar fuertemente dopada, comportándose como un metal. Su nombre se debe a que esta terminal funciona como emisor de portadores de carga.  Base, la intermedia, muy estrecha, que separa el emisor del colector.  Colector, de extensión mucho mayor.La técnica de fabricación más común es la deposición epitaxial. En su funcionamiento normal, launión base-emisor está polarizada en directa, mientras que la base-colector en inversa. Losportadores de carga emitidos por el emisor atraviesan la base, porque es muy angosta, hay pocarecombinación de portadores, y la mayoría pasa al colector. El transistor posee tres estados deoperación: estado de corte, estado de saturación y estado de actividad.Estructura Un transistor de unión bipolar consiste en tres regiones semiconductoras dopadas: la región del emisor, la región de la base y la región del colector. Estas regiones son, respectivamente, tipo P, tipo N y tipo P en un PNP, y tipo N, tipo P, y tipo N en un transistor NPN. Cada región del semiconductor está conectada a un terminal, denominado emisor (E), base (B) o colector (C), según corresponda .Corte transversal simplificado de un transistor de unión bipolar NPN. Donde se puede apreciar como la unión base-colector es mucho más amplia que la base-emisor.La base está físicamente localizada entre el emisor y el colector y está compuesta de materialsemiconductor ligeramente dopado y de alta resistividad. El colector rodea la región del emisor,haciendo casi imposible para los electrones inyectados en la región de la base escapar de sercolectados, lo que hace que el valor resultante de α se acerque mucho hacia la unidad, y por eso,otorgarle al transistor un gran β.El transistor de unión bipolar, a diferencia de otros transistores, no es usualmente un dispositivosimétrico. Esto significa que intercambiando el colector y el emisor hacen que el transistor deje de 14
  15. 15. funcionar en modo activo y comience a funcionar en modo inverso. Debido a que la estructura internadel transistor está usualmente optimizada para funcionar en modo activo, intercambiar el colector conel emisor hacen que los valores de α y β en modo inverso sean mucho más pequeños que los que sepodrían obtener en modo activo; muchas veces el valor de α en modo inverso es menor a 0.5. La faltade simetría es principalmente debido a las tasas de dopaje entre el emisor y el colector. El emisorestá altamente dopado, mientras que el colector está ligeramente dopado, permitiendo que pueda seraplicada una gran tensión de reversa en la unión colector-base antes de que esta colapse. La unióncolector-base está polarizada en inversa durante la operación normal. La razón por la cual el emisorestá altamente dopado es para aumentar la eficiencia de inyección de portadores del emisor: la tasade portadores inyectados por el emisor en relación con aquellos inyectados por la base. Para unagran ganancia de corriente, la mayoría de los portadores inyectados en la unión base-emisor debenprovenir del emisor.El bajo desempeño de los transistores bipolares laterales muchas veces utilizados enprocesos CMOS es debido a que son diseñados simétricamente, lo que significa que no haydiferencia alguna entre la operación en modo activo y modo inverso.Pequeños cambios en la tensión aplicada entre los terminales base-emisor genera que la corrienteque circula entre el emisor y el colector cambie significativamente. Este efecto puede ser utilizadopara amplificar la tensión o corriente de entrada. Los BJT pueden ser pensados como fuentes decorriente controladas por tensión, pero son caracterizados más simplemente como fuentes decorriente controladas por corriente, o por amplificadores de corriente, debido a la baja impedancia dela base.Los primeros transistores fueron fabricados de germanio, pero la mayoría de los BJT modernos estáncompuestos de silicio. Actualmente, una pequeña parte de éstos (los transistores bipolares deheterojuntura) están hechos de arseniuro de galio, especialmente utilizados en aplicaciones de altavelocidad.FuncionamientoCaracterística idealizada de un transistor bipolar. En una configuración normal, la unión emisor-base se polariza en directa y la unión base-colector en inversa. Debido a la agitación térmica los portadores de carga del emisor pueden atravesar la barrera de potencial emisor-base y llegar a la base. A su vez, prácticamente todos los portadores que llegaron son impulsados por el campo eléctrico que existe entre la base y el colector. Un transistor NPN puede ser considerado como dos diodos con la región del ánodo compartida. En una operación típica, la unión base-emisor está polarizada en directa y la unión base-colector está polarizada en inversa. En un transistorNPN, por ejemplo, cuando una tensión positiva es aplicada en la unión base-emisor, el equilibrio entrelos portadores generados térmicamente y el campo eléctrico repelente de la región agotada sedesbalancea, permitiendo a los electrones excitados térmicamente inyectarse en la región de la base. 15
  16. 16. Estos electrones "vagan" a través de la base, desde la región de alta concentración cercana al emisorhasta la región de baja concentración cercana al colector. Estos electrones en la base son llamadosportadores minoritarios debido a que la base está dopada con material P, los cuales generan"huecos" como portadores mayoritarios en la base.La región de la base en un transistor debe ser constructivamente delgada, para que los portadorespuedan difundirse a través de esta en mucho menos tiempo que la vida útil del portador minoritariodel semiconductor, para minimizar el porcentaje de portadores que se recombinan antes de alcanzarla unión base-colector. El espesor de la base debe ser menor al ancho de difusión de los electrones.Control de tensión, carga y corrienteLa corriente colector-emisor puede ser vista como controlada por la corriente base-emisor (control decorriente), o por la tensión base-emisor (control de voltaje). Esto es debido a la relación tensión-corriente de la unión base-emisor, la cual es la curva tensión-corriente exponencial usual de unaunión PN (es decir, un diodo).En el diseño de circuitos analógicos, el control de corriente es utilizado debido a que esaproximadamente lineal. Esto significa que la corriente de colector es aproximadamente β veces lacorriente de la base. Algunos circuitos pueden ser diseñados asumiendo que la tensión base-emisores aproximadamente constante, y que la corriente de colector es β veces la corriente de la base. Noobstante, para diseñar circuitos utilizando BJT con precisión y confiabilidad, se requiere el uso demodelos matemáticos del transistor como el modelo Ebers-Moll.El Alfa y Beta del transistorUna forma de medir la eficiencia del BJT es a través de la proporción de electrones capaces decruzar la base y alcanzar el colector. El alto dopaje de la región del emisor y el bajo dopaje de laregión de la base pueden causar que muchos más electrones sean inyectados desde el emisor haciala base que huecos desde la base hacia el emisor. La ganancia de corriente emisor común estárepresentada por o por hfe. Esto es aproximadamente la tasa de corriente continua de colector ala corriente continua de la base en la región activa directa y es típicamente mayor a 100. Otroparámetro importante es la ganancia de corriente base común, . La ganancia de corriente basecomún es aproximadamente la ganancia de corriente desde emisor a colector en la región activadirecta. Esta tasa usualmente tiene un valor cercano a la unidad; que oscila entre 0.98 y 0.998. El Alfay Beta están más precisamente determinados por las siguientes relaciones (para un transistor NPN): 16
  17. 17. Tipos de Transistor de Unión BipolarNPNEl símbolo de un transistor NPN. NPN es uno de los dos tipos de transistores bipolares, en los cuales las letras "N" y "P" se refieren a los portadores de carga mayoritarios dentro de las diferentes regiones del transistor. La mayoría de los transistores bipolares usados hoy en día son NPN, debido a que la movilidad del electrón es mayor que la movilidad de los "huecos" en los semiconductores, permitiendo mayores corrientes y velocidades de operación. Los transistores NPN consisten en una capa de material semiconductor dopado P (la "base") entre dos capas de material dopado N. Una pequeña corriente ingresando a la base en configuración emisor-comúnes amplificada en la salida del colector.La flecha en el símbolo del transistor NPN está en la terminal del emisor y apunta en la dirección en laque la corriente convencional circula cuando el dispositivo está en funcionamiento activo.PNPEl otro tipo de transistor de unión bipolar es el PNP con las letras "P" y "N"refiriéndose a las cargas mayoritarias dentro de las diferentes regiones deltransistor. Pocos transistores usados hoy en día son PNP, debido a que el NPNbrinda mucho mejor desempeño en la mayoría de las circunstancias.El símbolo de un transistor PNP.Los transistores PNP consisten en una capa de material semiconductor dopado Nentre dos capas de material dopado P. Los transistores PNP son comúnmente operados con elcolector a masa y el emisor conectado al terminal positivo de la fuente de alimentación a través deuna carga eléctrica externa. Una pequeña corriente circulando desde la base permite que unacorriente mucho mayor circule desde el emisor hacia el colector.La flecha en el transistor PNP está en el terminal del emisor y apunta en la dirección en la que lacorriente convencional circula cuando el dispositivo está en funcionamiento activo.Transistor de efecto campo P-channel 17
  18. 18. N-channel El transistor de efecto campo (Field-Effect Transistor o FET, en inglés) es en realidad unaSímbolos esquemáticos para los JFETs canal-n y canal- familia de transistores que se basan en el campop. G=Puerta(Gate), D=Drenador(Drain) y eléctrico para controlar la conductividad de unS=Fuente(Source). "canal" en un material semiconductor. Los FET pueden plantearse como resistencias controladaspordiferencia de potencial.La mayoria de los FET están hechos usando las técnicas de procesado desemiconductores habituales, empleando la oblea monocristalina semiconductora como la regiónactiva o canal. La región activa de los TFT (thin-film transistor, o transistores de película fina) es unapelícula que sedeposita sobre un sustrato (usualmente vidrio, puesto que la principal aplicación de losTFT es como pantallas de cristal líquido o LCD).Los transistores de efecto de campo o FET más conocidos son los JFET (Junction Field EffectTransistor), MOSFET (Metal-Oxide-Semiconductor FET) y MISFET (Metal-Insulator-SemiconductorFET).Tienen tres terminales, denominadas puerta (gate), drenador (drain) y fuente (source). La puerta es laterminal equivalente a la base del BJT. El transistor de efecto de campo se comporta como uninterruptor controlado por tensión, donde el voltaje aplicado a la puerta permite hacer que fluya o nocorriente entre drenador y fuente.El funcionamiento del transistor de efecto de campo es distinto al del BJT. En los MOSFET, la puertano absorbe corriente en absoluto, frente a los BJT, donde la corriente que atraviesa la base, pese aser pequeña en comparación con la que circula por las otras terminales, no siempre puede serdespreciada. Los MOSFET, además, presentan un comportamiento capacitivo muy acusado que hayque tener en cuenta para el análisis y diseño de circuitos.Así como los transistores bipolares se dividen en NPN y PNP, los de efecto de campo o FET sontambién de dos tipos: canal n y canal p, dependiendo de si la aplicación de una tensión positiva en lapuerta pone al transistor en estado de conducción o no conducción, respectivamente. Los transistoresde efecto de campo MOS son usados extensísimamente en electrónica digital, y son el componentefundamental de los circuitos integrados o chips digitales. 18
  19. 19. Tipo de transistores de efecto campo Comparativa de las gráficas de funcionamiento (curva de entrada o característica I-V y curva de salida) de los diferentes tipos de transistores de efecto de campo El canal de un FET es dopado para producir tanto un semiconductor tipo N o uno tipo P. El drenador y la fuente deben estar dopados de manera contraria al canal en el caso de FETs de modo mejorado, o dopados de manera similar al canal en el caso de FETs en modo agotamiento. Los transistores de efecto de campo también son distinguidos por el método de aislamiento entre el canal y la puerta. Podemos clasificar los transistores de efecto campo según el método de aislamiento entre el canal y la puerta:  El MOSFET (Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor) usa un aislante (normalmente SiO2).  El JFET (Junction Field-Effect Transistor) usa una unión p-n  El MESFET (Metal-Semiconductor Field Effect Transistor) substituye la unión PN del JFET con una barrera Schottky.  En el HEMT (High Electron Mobility Transistor), también denominado HFET (heterostructure FET), la banda de material dopada con "huecos" forma el aislante entre la puerta y el cuerpo del transistor.  Los MODFET (Modulation-Doped Field Effect Transistor)  Los IGBT (Insulated-gate bipolar transistor) es un dispositivo para control de potencia. Son comunmente usados cuando el rango de voltaje drenaje-fuente está entre los 200 a 3000V. Aun así los Power MOSFET todavía son los dispositivos más utilizados en el rango de tensiones drenaje-fuente de 1 a 200V.  Los FREDFET es un FET especializado diseñado para otorgar una recuperación ultra rápida del transistor. 19
  20. 20.  Los DNAFET es un tipo especializado de FET que actúa como biosensor, usando una puerta fabricada de moléculas de ADN de una cadena para detectar cadenas de ADN iguales. La característica de los TFT que los distingue, es que hacen uso del silicio amorfo o del siliciopolicristalino.Características  Tiene una resistencia de entrada extremadamente alta (casi 100MΩ).  No tiene un voltaje de unión cuando se utiliza como conmutador (interruptor).  Hasta cierto punto es inmune a la radiación.  Es menos ruidoso.  Puede operarse para proporcionar una mayor estabilidad térmica.Transistores MOSFETLos transistores MOSFET o Metal-Oxido-Semiconductor (MOS) sondispositivos de efecto decampo que utilizan un campo eléctrico para crear una canal de conducción.Son dispositivos más importantes que los JFET ya que la mayor parte de loscircuitosintegrados digitales se construyen con la tecnología MOS.Existen dos tipos de transistores MOS: MOSFET de canal N o NMOS yMOSFET de canal P o PMOS.A su vez, estos transistores pueden ser de acumulación (enhancement) o deplexion (deplexion); en laactualidad los segundos están prácticamente en desuso y aquí únicamente serán descritos los MOSde acumulación también conocidos como de enriquecimiento. La figura 1.14 indica los diferentes símbolos utilizados para describir los transistores MOS. En la figura 1.15 se describe la estructura física de un MOSFET de canal N con sus cuatro terminales: puerta, drenador fuente y substrato; 20
  21. 21. normalmente el sustrato se encuentra conectado a la fuente.La puerta, cuya dimensión es W·L, está separado del substrato por un dieléctrico (Si02) formando unaestructura similar a las placas de un condensador.Al aplicar una tensión positiva en la puerta se induce cargas negativas (capa de inversión) en lasuperficie del substrato y se crea un camino de conducción entre los terminales drenador y fuente.La tensión mínima para crear ese capa de inversión se denomina tensión umbral o tensión dethreshold (VT) y es un parámetro característico del transistor. Si la VGS<VT, la corriente de drenador-fuente es nula; valores típicos de esta tensión son de de 0.5 V a 3 V. 21
  22. 22. ConclusionesEl desarrollo de esta investigación fue muy interesante y productivo ya que me permitió, mejorar misconocimientos sobre este componente electrónico que es muy útil, el comportamiento a diferentestemperaturas, el por que este componente es afectado al cambio del calor, y también aprendí lasfunciones que tiene el diodo rectificador que por mas sencillo que parece es algo complicado deentender, ya que varia sus funciones con pequeños cambios ya sean de voltaje o de calor. Tambiénse aprendió que existe diferencias con otros diodos hay otro diodos que tienen la misma función, perotrabajan con diferente voltaje como el de germanio, se explico el modo en que se checa los diodoscon un multimetro ya sea analógico o digital. Los diodos poseen mucha versatilidad y ayudan a resolver distintos problemas, debido a su comportamiento y cada tipo puede servir en aplicaciones especificas: Rectificadores Protector (energía solo en una dirección). Descarga. 22
  23. 23. Bibliografía:http://es.wikipedia.org/wiki/Transistor_de_efecto_campohttp://es.wikipedia.org/wiki/Transistor_de_uni%C3%B3n_bipolarhttp://www.unicrom.com/Tut_transistores_MOSFET.asphttp://www.icmm.csic.es/fis/gente/josemaria_albella/electronica/8%20Transistores%20de%20Efecto%20Campo.pdf 23

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