Apunte_Semiconductores_y_diodos_2016 - Gustavo Rivas

Vista previa del material en texto

SEMICONDUCTORES - DIODOS
1. SEMICONDUCTOR 
1.1. CONDUCTOR Y AISLADOR:
1.1.1. Conductor
En un conductor, en todos sus átomos, a temperatura ambiente y con su
interior libre de campo eléctrico, los electrones de la última capa denominados
“electrones de valencia” se mueven con bastante libertad y saltan a la capa más
externa denominada “capa de conducción”, estos electrones también se denominan
“electrones libres”, ejemplo de material conductor: cobre, aluminio, plata, hierro,
etc.
Un campo eléctrico muy pequeño en el interior de una sustancia conductora
produce el desplazamiento de los electrones libres, en mayor cantidad y velocidad
cuanto más intenso es el campo eléctrico y así resulta la corriente eléctrica que fluye
en su interior. 
La corriente de electrones Ie, que tienen carga negativa, se desplaza en
sentido contrario al campo eléctrico E en cambio la corriente convencional (definición
internacional) IC que se supone de cargas positivas, tiene el mismo sentido del campo
eléctrico.
La fuerza F que mueve las cargas q es directamente proporcional al valor de
dichas cargas y al campo eléctrico E. 
A su vez el campo eléctrico E dentro de un cuerpo es directamente
proporcional a la tensión aplicada Vab [V] en un tramo de sustancia e inversamente
proporcional a la distancia l [m] que separa los puntos a y b.
1.1.2. Aislador
En una sustancia “aisladora” o “dieléctrica” en sus átomos a temperatura
ambiente y aunque haya un campo eléctrico moderado, los electrones de su capa de
valencia están fijos, es decir que no saltan a la capa de conducción, estos materiales
son por ejemplo: el vidrio, la ebonita, los plásticos, etc.
En los aisladores, bajo el efecto de un campo eléctrico moderado no es posible
el desplazamiento de electrones hacia la capa de conducción, pero a partir de cierta
intensidad de campo muy elevada, los electrones son arrancados de sus átomos y
entonces se produce una corriente eléctrica denominada “descarga disruptiva” que
destruye al material aislador.
1.2. SEMICONDUCTOR
Los semiconductores son sustancias que tienen propiedades intermedias
entre los conductores y los aisladores.
En condiciones normales se comportan como dieléctricos, pero su propiedad
conductora se puede modificar con cierta facilidad mejorando su capacidad de
conducir corriente eléctrica en forma prodigiosa, ya sea por medio de pequeños
cambios en su composición molecular debido al agregado de sustancias
Departamento Ing. Eléctrica - Electrónica I 2016 1
http://es.wikipedia.org/wiki/Diel%C3%A9ctrico
SEMICONDUCTORES - DIODOS
contaminantes, o sometiéndolos a temperaturas elevadas, campos eléctricos intensos
o a intensa iluminación.
Los semiconductores más usados son: el Silicio (Si), el germanio (Ge) y el
Selenio (Se).
1.3. ENLACE COVALENTE
Un “enlace covalente” se produce cuando dos átomos comparten electrones
en una posición denominada “orbita molecular” y forman así una molécula.
En un enlace covalente, los electrones de enlace son compartidos por ambos
átomos, es decir que esos átomos se unen a través de electrones de sus órbitas
periféricas. 
Entre dos átomos con enlace covalente ambos átomos pueden compartir uno,
dos o tres electrones, lo cual da lugar a la formación de un enlace simple, doble o
triple. 
El enlace covalente entre un átomo de hidrógeno y otro de carbono que origina
metano es así:
En un enlace covalente las orbitas de ambos electrones se solapan de tal
manera que es imposible distinguir a qué átomo pertenece cada electrón.
1.4. ESTRUCTURA CRISTALINA DEL SILICIO
Los átomos de una estructura cristalina, por ejemplo en un cristal de silicio
(Si) que es un semiconductor muy usado en electrónica y tiene cuatro electrones en la
banda de valencia, al solidificarse formando un cristal, su átomos se ubican en los
vértices de un octaedro (cuerpo de ocho caras iguales que son triángulos equiláteros)
donde cada uno de los cuatro electrones de valencia, por ejemplo del átomo B, se
enlazan con un electrón de los átomos vecinos de los vértices equidistantes C, E, A, F
todos ellos de las bandas de valencia, formando así cuatro enlaces covalentes. 
 
En la figura de la izquierda se representan los enlaces covalentes como en
realidad, es decir una distribución volumétrica y a la derecha se representan en un
plano para facilitar la comprensión.
Departamento Ing. Eléctrica - Electrónica I 2016 2
http://es.wikipedia.org/wiki/Silicio
http://es.wikipedia.org/wiki/Orbital_at%C3%B3mico
http://es.wikipedia.org/wiki/Metano
http://es.wikipedia.org/wiki/Carbono
http://es.wikipedia.org/wiki/Hidr%C3%B3geno
http://es.wikipedia.org/wiki/Orbital_molecular
http://es.wikipedia.org/wiki/Electrones
http://es.wikipedia.org/wiki/Archivo:Covalent.es.svg
SEMICONDUCTORES - DIODOS
1.5. CORRIENTE ELECTRICA EN UN SEMICONDUCTOR
Para que sea posible una corriente eléctrica en el interior de la sustancia, es
necesario que dentro de ella haya un campo eléctrico y ésta tenga electrones libres,
es decir que no estén ligados con otros átomos vecinos por enlaces covalentes y por
tanto sean capaces de desplazarse por el cristal. 
Los átomos de los metales tienen en su banda de conducción electrones libres,
los átomos de los aislantes carecen de electrones libres y es necesario un campo
eléctrico muy pero muy intenso para que puedan ser arrancados hacia la banda de
conducción (pero eso ocurre con destrucción de la sustancia) y en los
semiconductores, el campo eléctrico necesario para arrancar electrones hacia la
banda de conducción es más moderado y no destructivo, seis veces menor que en los
aislantes, por eso polarizándolos con tensión para crear dentro de ellos un campo
eléctrico, pueden conducir corriente eléctrica.
Además, en los semiconductores su conductividad se puede regular
modificando el valor de la polarización (campo eléctrico) para que sea diferente el
número de electrones que pueden ser arrancados hacia la banda de conducción. 
Cuando un cristal semiconductor se encuentra a temperatura ambiente y en
ausencia de campo eléctrico, algunos electrones saltan a la banda de conducción
dejando el correspondiente hueco en la banda de valencia. 
Obviamente que el proceso inverso también se produce, de modo que
electrones de la banda de conducción también caen a un hueco de la banda de
valencia. Este proceso de ida y vuelta es aleatorio y equilibrado.
Sucede que las velocidades de creación y recombinaciones de pares
“electrones libres-huecos” se igualan, de modo que la concentración de electrones y
huecos permanece constante. 
Estando el cristal a temperatura ambiente si se lo somete a una diferencia de
potencial (tensión), es decir se crea en su interior un campo eléctrico E se inducen dos
corrientes eléctricas: 
 Una corriente opuesta al sentido positivo del campo eléctrico E, debida
al movimiento de los electrones libres (cargas negativas) de la banda de
conducción, atraídos por efecto de la fuerza f que el campo eléctrico E
ejerce sobre esos electrones.
 Otra corriente en el mismo sentido del campo eléctrico E, es debida al
“desplazamiento aparente” de los huecos que dejan los electrones
cuando saltan a la banda de conducción.
 Ne Ef 
La corriente eléctrica debida al flujo de electrones Ie, es la suma de los
electrones que están libres en la banda de conducción, más los electrones que rompen
su enlace covalente y saltan a la banda de conducción, y se desplazan en sentido
contrario al del campo eléctrico E, cruzando una sección transversal de la sustancia en
un lapso dado.
En cambio la corriente aparente debida a huecos, es de magnitud inferior
porque solo se debe al efecto que producen los huecos que dejanlos electrones que
rompen el enlace covalente, saltan a la banda de valencia y se desplazan, y no al de
los huecos que ya están libres y por lo tanto aparentemente fijos con respecto al
Departamento Ing. Eléctrica - Electrónica I 2016 3
http://es.wikipedia.org/wiki/Hueco_de_electr%C3%B3n
SEMICONDUCTORES - DIODOS
desplazamiento aparente de los otros huecos que se producen cuando se rompen los
enlaces covalentes.
1.5.1. Dopaje de un semiconductor 
Si a un semiconductor como el descrito se le añade un pequeño porcentaje de
impurezas, es decir sustancia con la misma estructura atómica pero con tres o cinco
electrones en la banda de valencia, en lugar de cuatro que tiene el semiconductor, se
dice que el semiconductor está “dopado”.
Las impurezas no pueden ser cualesquieras sino que deben encajar
perfectamente en la estructura cristalina del semiconductor base, donde cada átomo
de impureza sustituye a un átomo del cristal base.
1.5.2. Semiconductor tipo N
Un semiconductor tipo n (n de negativo por exceso de electrones) se obtiene
dopando al semiconductor base con átomos que tienen la misma estructura del
semiconductor base, pero con cinco átomos en la banda de valencia, en lugar de
cuatro que tiene el semiconductor base. 
En estado normal, temperatura ambiente y ausencia de campo eléctrico, los
átomos de silicio tienen cuatro electrones de valencia y cada electrón forma cuatro
enlaces covalentes con electrones de átomos adyacentes. 
Si el dopante es un átomo con cinco electrones de valencia, tales como el
fósforo (P), arsénico (As) o antimonio (Sb), estos se incorporan a la red cristalina
ocupando el lugar de un átomo de silicio y entonces ese átomo tendrá cuatro enlaces
covalentes con sus adyacentes de Si y un electrón le quedará sin posibilidad de enlace
covalente. 
Este electrón sin enlace covalente está en la banda de valencia débilmente
vinculado a su átomo y puede ser fácilmente sacado (excitado) hacia la banda de
conducción. 
A temperatura ambiente muchos de estos electrones provenientes del donante
ya están en la banda de conducción, pero nunca lejos de su átomo que quedó con
carga positiva (protón excedente). 
Sin excitación, estos electrones se mantienen atrapados en la estructura del
cristal por la fuerza atractiva que le ejerce el correspondiente protón (carga positiva)
del núcleo.
A pesar de que hay electrones libres en la banda de conducción, el
semiconductor dopado tipo n tiene carga eléctrica nula, pues hay dentro de él la
misma cantidad de electrones sin enlace covalente que de protones o huecos.
En el semiconductor dopado n a temperatura ambiente, además de la
formación de pares de electrones libes y huecos del semiconductor base, también
están los electrones libres de los átomos donantes, donde la energía necesaria para
soltarlos de sus átomos es muchísimo menor que la necesaria para romper los enlaces
covalentes en el semiconductor base.
Departamento Ing. Eléctrica - Electrónica I 2016 4
http://es.wikipedia.org/wiki/Carga_el%C3%A9ctrica
http://es.wikipedia.org/wiki/Banda_de_conducci%C3%B3n
http://es.wikipedia.org/wiki/Antimonio
http://es.wikipedia.org/wiki/Ars%C3%A9nico
http://es.wikipedia.org/wiki/F%C3%B3sforo_(elemento)
http://es.wikipedia.org/wiki/Enlace_covalente
http://es.wikipedia.org/wiki/Valencia_at%C3%B3mica
http://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Dopado&action=edit
SEMICONDUCTORES - DIODOS
En lo que respecta a la conductividad del semiconductor dopado, ésta
aumenta enormemente con el dopaje, por ejemplo introduciendo un átomo donador
por cada 1000 átomos de silicio, la conductividad del semiconductor resulta 24.100
veces mayor que la del silicio puro.
1.5.3. Semiconductor tipo P:
Un semiconductor tipo p (p de positivo por exceso de huecos o sea defecto de
electrones) se obtiene dopando al semiconductor base de Si con átomos que poseen
la misma estructura del semiconductor base, pero con tres átomos en la banda de
valencia en lugar de cuatro, de esta manera se aumenta el número de huecos a través
del cuarto electrón de los átomos de Si que quedan sin posibilidad de enlace
covalente. 
Si el dopante es un átomo con tres electrones de valencia, tales como el
Aluminio (Al), Galio (Ga), Indio (In), Boro (B), estos se incorporan a la red cristalina
ocupando el lugar de un átomo de silicio y entonces ese átomo dopante solo dará tres
enlaces covalentes y dejará un electrón sin enlace covalente en el átomo de Si y un
hueco en el átomo dopante.
El hueco en el átomo dopante puede ser fácilmente ocupado por un electrón
libre producto de la rotura de un enlace covalente en el Si y que por supuesto dejará
un hueco en él, no obstante el cristal se mantiene neutro de cargas. 
Cuando cada hueco del dopante es ocupado por un electrón del semiconductor
base, su protón que queda libre en breve es equilibrado por otro electrón que habrá
atraído. 
Por esta razón los huecos de los dopantes p se comportan como si fuesen
portadores de carga positiva que se desplazan en sentido contrario al movimiento de
los electrones.
Los electrones que saltarán a estos huecos dejando huecos en la banda de
valencia en los átomos del semiconductor base, lo hacen en mayor número que,
electrones libres que ya están en la banda de conducción, de modo que ahora son los
huecos los portadores de corriente mayoritarios. 
2. DIODO
Se denomina así al conjunto formado por dos semiconductores con dopaje de
signo diferente, unidos fisicamente en una junta, con dos terminales, uno en cada
semiconductor y que tienen la propiedad de conducir corriente eléctrica en un solo
sentido, impidiéndola (casi) en el sentido contrario.
El diodo permite el paso de corriente convencional Ic desde un terminal
llamado ánodo ubicado en el semiconductor p, hacia el otro terminal llamado cátodo
ubicado en el semiconductor n, y para poder conducir, el ánodo debe estar a mayor
potencial que el cátodo de manera de crear en el interior de ambos cristales, un
campo eléctrico E con sentido desde el ánodo + hacia el cátodo -. 
Departamento Ing. Eléctrica - Electrónica I 2016 5
http://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Dopado&action=edit
SEMICONDUCTORES - DIODOS
La corriente de electrones Ie atraída por el campo eléctrico, se desplaza en
sentido contrario al de la corriente convencional Ic, es decir desde el cátodo hacia el
ánodo como se indica en el dibujo que sigue:
La corriente nominal de un diodo de ánodo a cátodo es del orden de decenas
de mA hasta centenares de mA, incluso amperes, pero en sentido contrario, de cátodo
a ánodo, apenas conduce algunos µA, (µ significa la millonésima parte de un A) es
decir, casi nada. 
2.1. SU COMPOSICIÓN:
Los diodos están compuestos por la unión de dos semiconductores dopados,
cada semiconductor está formado por un cristal básico contaminado con impurezas.
Un semiconductor debe ser del tipo p y el otro tipo n.
Como ya se estudió cada semiconductor dopado individualmente carece de
carga eléctrica neta, pues dentro de la estructura del cristal, tanto los átomos de la
sustancia básica como los átomos contaminantes tienen el mismo número de
electrones que protones y la distribución volumétrica de átomos base y átomos
dopantes es bastante regular.
A pesar de que en cada semiconductor hay neutralidad de cargas eléctricas
(en un balance de electrones y protones), en el semiconductor tipo n existe exceso de
electrones que carece de enlace covalente y en el tipo p exceso de huecos que carece
de electrón para el enlace covalente.
Al unir dos semiconductores, n con p, en la superficie de contacto “junta” se
produce una difusiónnatural de electrones libres del semiconductor n que tiene
exceso de ellos, hacia el semiconductor p que tiene exceso de huecos capaces de
alojarlos.
Esta difusión natural crea en la superficie de contacto del semiconductor p una
finísima capa volumétrica con carga negativa, debido a los electrones atrapados en
sus huecos y consecuentemente se crea en el semiconductor n otra finísima capa
volumétrica, también en la superficie de contacto, con carga positiva (huecos) por la
ausencia de los electrones que se difundieron hacia el semiconductor p.
Obviamente que estas dos acumulaciones de carga eléctrica opuestas, a
medida que se origina va creando en la junta un campo eléctrico EJ, cuyo sentido es
como siempre, desde las cargas positivas en el semiconductor n hacia las cargas
negativas en el semiconductor p.
Ante cierta acumulación de electrones en p y huecos en n el campo eléctrico
EJ ejerce tal fuerza sobre los electrones (fuerza de atracción) que detiene la difusión
natural y de este modo la junta queda estable.
Departamento Ing. Eléctrica - Electrónica I 2016 6
http://es.wikipedia.org/wiki/Electr%C3%B3n
http://es.wikipedia.org/wiki/Semiconductor
SEMICONDUCTORES - DIODOS
El campo eléctrico EJ en la junta produce una caída tensión VJNP desde el borde
de la zona n con cargas acumuladas positivas (+) hasta el borde de la zona p con
cargas acumuladas negativas (-), que para el semiconductor silicio Si es de 0,7 V y
para el semiconductor germanio Ge es de 0,2 V.
2.2. CORRIENTE EN UN DIODO:
2.2.1. Polarización inversa
El diodo tiene carga eléctrica total equilibrada entre protones y electrones,
aunque en la zona de la junta, la distribución de cargas no es uniforme y hay
concentración de electrones y huecos.
Si se polariza el diodo en forma “inversa” con una fuente de tensión externa
VIN, aplicando el positivo (+) de la fuente en el semiconductor n y el negativo en el
semiconductor p, el campo eléctrico de origen externo (fuente) EF tendrá el mismo
sentido que el campo eléctrico de la junta EJ es decir desde el semiconductor n hacia
el semiconductor p y ampliará la barrera de potencial con un campo eléctrico
resultante mayor ER = EJ +EF.
A esta forma de dar tensión a un diodo V IN se la denomina “polarización
inversa”.
Si la tensión inversa VIN que se aplica con la fuente externa no es muy grande,
solo se producirá una pequeñísima corriente eléctrica de fuga del orden de los nA.
En esta situación, el diodo no conduce corriente, sin embargo debido al efecto
de la temperatura se formarán pares electrón-hueco a ambos lados de la unión
produciendo una pequeñísima corriente del orden de nA denominada “corriente
inversa de saturación”.
Además existe también una denominada “corriente superficial de fugas”
que como su nombre lo indica, se conduce por la superficie del diodo ya que en ella
los átomos de silicio no están rodeados de suficientes átomos para realizar los cuatro
enlaces covalentes necesarios para obtener la estabilidad. 
Esto hace que esos átomos de la superficie del diodo tanto de la zona N como
de la P tengan huecos en su orbital de valencia con lo que los electrones circulan sin
dificultad a través de ellos pero, al igual que la corriente inversa de saturación, la
corriente superficial de fuga es despreciable.
Pero si la tensión inversa VIN es suficientemente grande, la intensidad del
campo eléctrico arrancará electrones de valencia y los acelerará de tal maneta, que
por choques sucesivos producirá una avalancha progresiva de electrones (descarga
disruptiva no regenerativa) que destruirá al diodo.
2.2.2. Polarización directa
En cambio si polarizamos el diodo al revés, es decir con una tensión externa
VDI aplicando el positivo (+) de una fuente en el semiconductor p y el negativo en el
semiconductor n, con un valor tal que supere la tensión de la junta que es 0,7 V para
Departamento Ing. Eléctrica - Electrónica I 2016 7
http://es.wikipedia.org/wiki/Voltio
SEMICONDUCTORES - DIODOS
el Si y 0,2 V para el Ge, se anula el campo de la junta EJ porque producimos un campo
eléctrico opuesto mayor.
En este caso los electrones de la barrera de potencial y los electrones libres de
enlaces covalentes del semiconductor dopado n son atraídos por el campo eléctrico
resultante ER, pasando del semiconductor n hacia el semiconductor p, siguiendo viaje
hasta el ánodo del diodo y de ahí cerrando el circuito a través de los conductores de
conexión con la fuente de tensión externa y regresando al cátodo del diodo.
Es decir, se crearía un flujo de electrones que daría origen a una corriente
eléctrica Ie (de electrones) a través del diodo, desde el cátodo hacia el ánodo. 
Tener presenta que la corriente convencional IC (que se define
internacionalmente como un flujo de cargas positivas) recorre el circuito al revés,
empujada por el polo (+) de la batería y atraída por el polo (-), entrando siempre por
el semiconductor p que es el ánodo y saliendo por el semiconductor n que es el
cátodo. 
A esta forma de dar tensión a un diodo VDI se la denomina “polarización
directa”.
En el dibujo Ic es la corriente convencional y RL es una resistencia que regula
la corriente que produce la fuente externa.
Lo notable de un diodo es su extremadamente baja resistencia interna, pues la
caída de tensión que presenta ante el paso de corriente directa, si la corriente se
mantiene por debajo del valor nominal que especifica el fabricante, hace que la caída
de tensión siga siendo aproximadamente 0,6 V á 0,7 V para el Si y algo menos de 0,2
V para el Ge. 
2.3. EVOLUCIÓN I-V EN UN DIODO
La evolución de la corriente IC a través de un diodo en función de la tensión de
polarización directa e inversa se muestra en el dibujo que sigue, donde las escalas
están fuera de proporción para poner en evidencia lo que ocurre.
En el primer cuadrante se muestra la polarización directa, donde el diodo
conduce al principio con una buena caída de tensión y luego lo hace con una muy
pequeña y casi constante caída de tensión, y con polarización inversa en el tercer
cuadrante, conduce una ínfima corriente del orden de los µA y a partir de una
determinada tensión inversa, el diodo entra en avalancha de corriente y colapsa
térmicamente.
Con polarización directa y tensión menor que la denominada “tensión de
barrera” que es 0,7 V para el Si y 0,2 V para el Ge, la corriente directa ID es muy
pequeña, del orden del 1% de la máxima corriente directa (nominal) especificada por
el fabricante y el diodo de Si presenta una resistencia de aproximadamente 680 Ω.
Superada la tensión de barrera el diodo entra en plena conducción, la
resistencia disminuye abruptamente y la caída de tensión directa se mantiene casi
Departamento Ing. Eléctrica - Electrónica I 2016 8
SEMICONDUCTORES - DIODOS
constante porque el diodo presenta una resistencia interna muy baja del orden de 0,3
Ω.
A efecto de sustituir el diodo en una rama de un circuito eléctrico cuando
opera en la zona donde conduce plenamente, se comporta como una fuente cuya
f.e.m. es de 0,7 V en serie con una resistencia interna de 0,3 Ω.
Con polarización inversa, a partir un determinado valor denominado “tensión
de ruptura”, se produce una avalancha porque de el campo eléctrico acelera los
electrones de tal forma que al chocar con los átomos del cristal arranca electrones de
valencia, quienes a su vez son acelerados de igual manera y por choques sucesivos
con átomos del cristal, siguen arrancando electrones y así sucesivamente hasta
producir una avalancha y destruir térmicamente al diodo.2.4. RESISTENCIA INTERNA DEL DIODO:
Cuando el diodo conduce con polarización directa al superar la tensión de
barrera, presenta una pequeña resistencia interna rD (del orden de algunas décimas
de ohm) que agrega una pequeña caída de tensión a la tensión de barrera y a medida
que pasa más corriente, rD es prácticamente se mantiene constante.
En base a la gráfica de la evolución de la corriente y tensión del primer
cuadrante, se puede calcular el valor de la resistencia directa suponiendo que en lugar
de esa ligera curva se trata de una recta.
 


12
12
D II
VV
r
La resistencia directa rD del diodo se debe a las resistencias de los cuerpos de
los semiconductores p y n que lo componen y por lo tanto dependen del dopaje y de la
forma de ambos cuerpos semiconductores.
  NPD rrr
La resistencia eléctrica del diodo de Si en el sentido directo, al inicio de la
conducción y antes de llegar a la tensión de barrera, es más o menos 680  y en
sentido inverso hasta la tensión de ruptura, es del orden de los 900 M es decir casi
infinito.
En base a lo dicho, al controlar un diodo con un téster, si presenta el mismo
valor de resistencia interna para los dos sentidos de corriente, es porque está en
cortocircuito y si el valor es infinito para los dos sentidos de corriente, es porque está
cortado. 
El valor 680 Ω se debe a la barrera de potencial que todavía es inversa al
campo creado por la tensión directa que se aplica desde una fuente externa y no por
caída de tensión en las resistencias de ambos semiconductores.
Departamento Ing. Eléctrica - Electrónica I 2016 9
SEMICONDUCTORES - DIODOS
Para hacer cálculos en ramas donde hay diodos, si no es necesario una gran
exactitud, se los representa con dos modelos: una “simplificación” y una
“aproximación”, ambos muy efectivos y simples.
2.4.1. Simplificación:
Se desprecia el pequeño incremento de caída de tensión debido a la baja
resistencia interna rD y se considera que presenta solo una caída de tensión constante
de 0,7 V en Si y 0,2 V en Ge.
Una simplificación mayor consiste en suponer que el diodo no tiene barrera de
tensión y rD=0.
2.4.2. Aproximación:
Se tiene en cuenta el pequeño incremento de caída de tensión además de
tensión de barrera 0,7 V en Si y 0,2 V en Ge. La resistencia interna rD para el Si se
puede considerar constante y del orden de 0,30 .
En ambos casos la caída de tensión fija de 0,7 V se toma como una fuente de
tensión en oposición con la fuente principal.
Se debe advertir que con una fuente de tensión de 1,5 V en serie con una
resistencia limitadora de 150  el error entre simplificación y aproximación con el
diodo a máxima corriente apenas llega a 1,0 % y esto dice que solo se justifica usar la
aproximación en circuitos con resistencias clase 0,5% ó 1% y excitados con bajas
tensiones.
2.5. SELECCION DE UN DIODO
2.5.1. Principales características comerciales
A la hora de elegir un diodo para una aplicación concreta se debe cuidar que
tenga características apropiadas para dicha aplicación, por lo tanto se debe examinar
cuidadosamente la hoja de especificaciones que el fabricante provee, cuales son: 
1. Corriente máxima directa, IFmax o IFM es la corriente continua máxima
que puede atravesar el diodo en directa sin que sufra ningún daño, pues
una corriente más alta provocará un calentamiento excesivo por efecto
Joule. Los fabricantes suelen distinguir tres límites para esta corriente: 
 Corriente máxima continua (IFM) 
 Corriente de pico transitoria en la que también se especifica el tiempo que
dura el pico 
Departamento Ing. Eléctrica - Electrónica I 2016
10
SEMICONDUCTORES - DIODOS
 Corriente de pico repetitivo en la que se especifica la frecuencia máxima
del pico 
2. Tensión de ruptura (en polarización inversa), es la tensión a la que se
produce el fenómeno de ruptura por avalancha. 
3. Tensión máxima de trabajo en inversa, es la tensión que el fabricante
recomienda no sobrepasar para una operación en inversa segura. 
4. Corriente en inversa, IR es habitual que se exprese para diferentes
valores de la tensión inversa 
5. Caída de tensión (barrera de tensión), VF se ha señalado 0.7 V como
valor típico, pero en muchas ocasiones los fabricantes aportan datos
detallados de esta caída de tensión mediante la gráfica I-V del dispositivo. 
Además es frecuente que los fabricantes suministren datos adicionales a cerca
del comportamiento del dispositivo para otras temperaturas diferentes a la nominal. 
2.5.2. Tabla del diodo 1N4000
A continuación se da una tabla con los diodos comerciales de Silicio (Si) de la
serie 1N4000.
Los diodos de esta serie están diseñados para soportar una corriente nominal
de 1 A y una tensión directa en vacío y de pico inversa hasta el valor especificado en
la tabla.
Diodo
V pico
inversa
Vef.
recomenda
da
1N4001 50 25
1N4002 100 50
1N4003 200 100
1N4004 400 200
1N4005 600 300
1N4006 800 400
1N4007 1000 500
2.6. DISTINTOS TIPOS DE DIODOS:
Diodo Rectificador
Los diodos rectificadores son aquellos que solo conducen en polarización
directa y en polarización inversa no conducen. La frecuencia de trabajo es 50hz.
Alta corriente directa y alta tensión inversa máx.
Diodo de Señal o de Contacto Puntual:
Se caracterizan por poseer una unión muy pequeña. Esto le permite operar a
muy altas frecuencias y con señales pequeñas. 
Se emplea por ejemplo, en receptores de radio y televisión.
Diodo Zener
Un diodo zener es un semiconductor que se distingue por su capacidad de
mantener un voltaje constante en sus terminales cuando se encuentran polarizados
inversamente.
Departamento Ing. Eléctrica - Electrónica I 2016
11
SEMICONDUCTORES - DIODOS
Diodo Varicap
Trabaja polarizado inversamente y actúa como condensador variables
controlados por tensión.
Diodo Led
Es un diodo que entrega luz al circular por él una determinada corriente.
Diodo Láser
Son Leds. También conocidos como láseres de inyección o ILD’s. Son LED’s que
emiten una luz monocromática coherente. 
Diodo Túnel 
Se caracterizan por tener en su curva una región de resistencia negativa
donde la corriente disminuye a medida que aumenta el voltaje. De aplicaciones en
alta frecuencia.
DIODO SCHOTTKY
También llamados diodos de recuperación rápida, se caracterizan por poseer
una caída de voltaje directa muy pequeña, del orden de 0.25 V o menos, y ser muy
rápidos. Se emplean en fuentes de potencia, sistemas digitales y equipos de alta
frecuencia.
Departamento Ing. Eléctrica - Electrónica I 2016
12
SEMICONDUCTORES - DIODOS
2.7. DIODO EN CORRIENTE ALTERNA: 
Cuando a un diodo se le aplica una tensión sinusoidal de corriente alterna la
respuesta es una corriente unidireccional pulsante, donde el diodo conduce solo en la
alternancia positiva de la onda en el supuesto que esa alternancia es una tensión
directa (curvas en trazo lleno) pero la alternancia negativa se bloquea (curvas en línea
de trazos) porque para el diodo es una tensión inversa:
Tener presente que en la alternancia negativa, como el diodo no conduce, hay
que evitar que la tensión de la fuente quede aplicada sobre el diodo como tensión
inversa y supere su capacidad de diseño. 
Para un diodo en función rectificador, la forma de evitar que la tensión inversa
de la onda de corriente alterna supere el valor prescripto es protegiéndolo con un
diodo zener (ver más adelante) conectado en serie como se indica a continuación, así
se recorta la onda de tensión al valor VZ del zener: 
Un diodo conectado en corriente alterna, como deja pasar solo una alternancia
en cada ciclo, hace que sobre la carga solo haya 50 % de potencia.
Para hacer pasar por la carga los dos semiciclos, una solución es que en cada
semiciclo haya dos diodos en directa y dos en inversa como muestran las figuras quesiguen:
 
Este circuito puede armarse como sigue:
Departamento Ing. Eléctrica - Electrónica I 2016
13
SEMICONDUCTORES - DIODOS
La onda de tensión pulsante completa es como sigue:
Esta forma de conectar los diodos se denomina “puente GRAETZ” y el
transformador es necesario si la tensión de salida en corriente continua no concuerda
con el valor de la tensión de corriente alterna. 
Si la tensión secundaria máxima del transformador es V0 entonces la tensión
máxima pulsante VCC en la carga será VCC = V0 – 1,4. El valor 1,4 V corresponde a la
caída de tensión en los dos diodos de Si conectados en serie en cada rama de
conducción.
Otra forma de conseguir una onda pulsante continua es usando un
transformador que tenga una toma en el medio del bobinado secundario, de manera
de tener tres terminales como se indica en la figura que sigue:
En este caso el uso del transformador siempre es necesario, aunque haya
concordancia entre las tensiones de alterna y continua. Se necesita por la toma
central.
El medio ciclo donde la tensión secundaria es positiva de f hacia n conduce el
diodo D2 y bloquea el diodo D1 y en el medio ciclo donde la tensión secundaria es
positiva de n hacia f conduce el diodo D1 y bloquea el diodo D2.
Si la tensión secundaria máxima desde la fase al punto medio es V0 la tensión
máxima pulsante VCC en la carga será VCC = V0 – 0,7. en este caso el valor 0,7 V
corresponde a la caída de tensión en un solo diodo de Si que es el que conduce.
Vista de como se representa un diodo en un esquema eléctrico y como es de
verdad con el ánodo donde está el signo + y el cátodo donde está el signo -:
Departamento Ing. Eléctrica - Electrónica I 2016
14
http://www.neoteo.com/Portals/0/imagenes/cache/816x1024y768.jpg
	1. SEMICONDUCTOR
	1.1. Conductor y aislador:
	1.1.1. Conductor
	1.1.2. Aislador
	1.2. Semiconductor
	1.3. Enlace covalente
	1.4. Estructura cristalina del silicio
	1.5. Corriente electrica en un semiconductor
	1.5.1. Dopaje de un semiconductor
	1.5.2. Semiconductor tipo N
	1.5.3. Semiconductor tipo P:
	2. DIODO
	2.1. Su composición:
	2.2. Corriente en un diodo:
	2.2.1. Polarización inversa
	2.2.2. Polarización directa
	2.3. Evolución I-V en un diodo
	2.4. Resistencia interna del diodo:
	2.4.1. Simplificación:
	2.4.2. Aproximación:
	2.5. Seleccion de un diodo
	2.5.1. Principales características comerciales
	2.5.2. Tabla del diodo 1N4000
	2.6. DISTINTOS TIPOS DE DIODOS:
	2.7. Diodo en corriente alterna: