Magnitudes que intervienen y sus unidades:
Semiconductores intrínsecos:
Los semiconductores presentan resistividad intermedia entre los metales y los aislantes.
Los más usados son silicio (Si) y germanio (Ge).
A cualquier temperatura por encima de 0 K la agitación térmica provoca que algunos electrones rompan sus fuerzas de ligadura con los átomos y viajen por el interior del cristal. El fenómeno produce, simultáneamente, un hueco electrónico, que puede asimilarse a una carga positiva de idéntica magnitud que el electrón.Se puede suponer que tanto los electrones(-), como los huecos(+) son portadores libres con valores específicos de concentración (que aumenta con la temperatura) y movilidad.
Si se aplica un campo eléctrico (E) entre los extremos de un semiconductor, los electrones(-) se desplazarán en sentido opuesto al campo y los huecos(+) en el sentido del campo, pero ambos portadores contribuyen a una corriente eléctrica del mismo sentido (por convenio el de los huecos)
como la agitación térmica produce igual número de electrones que de huecos (n=p=ni) se obtiene la conductividad intrínseca (que sólo depende de la temperatura):
Semiconductores extrínsecos o dopados:
Si sustituimos en un semiconductor unos pocos átomos de Si (tetravalente), por ejemplo 10-6, por un elemento(dador) con 5 electrones de valencia (P, Sb, As) se puede aumentar el número de electrones libres, obteniéndose un semiconductor tipo N.
La sustitución de unos pocos átomos de Si por un elemento(aceptor) con 3 electrones de valencia (B,Al) origina un hueco por cada átomo sustituido, obteniéndose un semiconductor tipo P.
Semiconductores intrínsecos:
Los semiconductores presentan resistividad intermedia entre los metales y los aislantes.
Los más usados son silicio (Si) y germanio (Ge).
A cualquier temperatura por encima de 0 K la agitación térmica provoca que algunos electrones rompan sus fuerzas de ligadura con los átomos y viajen por el interior del cristal. El fenómeno produce, simultáneamente, un hueco electrónico, que puede asimilarse a una carga positiva de idéntica magnitud que el electrón.Se puede suponer que tanto los electrones(-), como los huecos(+) son portadores libres con valores específicos de concentración (que aumenta con la temperatura) y movilidad.
Si se aplica un campo eléctrico (E) entre los extremos de un semiconductor, los electrones(-) se desplazarán en sentido opuesto al campo y los huecos(+) en el sentido del campo, pero ambos portadores contribuyen a una corriente eléctrica del mismo sentido (por convenio el de los huecos)
como la agitación térmica produce igual número de electrones que de huecos (n=p=ni) se obtiene la conductividad intrínseca (que sólo depende de la temperatura):
Semiconductores extrínsecos o dopados:
Si sustituimos en un semiconductor unos pocos átomos de Si (tetravalente), por ejemplo 10-6, por un elemento(dador) con 5 electrones de valencia (P, Sb, As) se puede aumentar el número de electrones libres, obteniéndose un semiconductor tipo N.
La sustitución de unos pocos átomos de Si por un elemento(aceptor) con 3 electrones de valencia (B,Al) origina un hueco por cada átomo sustituido, obteniéndose un semiconductor tipo P.
Ejemplo DI1
Una zona de silicio intrínseco en un circuito integrado utilizada como resistencia tiene forma de barra de 4 mm de longitud y una sección rectangular de 1250x20000 micras. Calcular su resistencia a 300 K, teniendo en cuenta los siguientes datos:
Una zona de silicio intrínseco en un circuito integrado utilizada como resistencia tiene forma de barra de 4 mm de longitud y una sección rectangular de 1250x20000 micras. Calcular su resistencia a 300 K, teniendo en cuenta los siguientes datos:
Diodo de unión PN:
Si un semiconductor se dopa en un extremo con impurezas tipo P y en el otro con tipo N se originan unas corrientes de difusión de huecos (en el sentido P --> N) y de electrones (en el sentido N --> P) que debido a sus diferentes cargas originan una corriente de difusión neta de P --> N. Las corrientes de difusión empobrecen en portadores la zona de unión PN, originándose una diferencia de potencial (potencial de unión) de 0.1-0.2 V, siendo la zona de potencial positivo la más próxima a N.
Diodo de unión PN polarizado:
- Polarización directa (conducción), por encima de unos 0.6 V, un diodo de Si equivale a una pila de 0.6 V con una resistencia en serie muy pequeña (en la práctica para tensiones superiores a 10 V es equivalente a un cortocircuito)
- Polarización inversa (corte), el diodo se comporta como una fuente de intensidad (-Is) dependiente de la temperatura (para el Si Is se duplica cada 10ºC), en muchos casos puede asimilarse a un circuito abierto.
Ejemplo DI2
Un diodo de tensión umbral 0.7V y resistencia interna 100 ohmios se conecta a una fuente de tensión de 15 V a través de una resistencia de 900 ohmios. Calcule la corriente que circula por el diodo si éste se haya polarizado directamente.
Ejemplo DI3
Se dispone de una resistencia R1=1 kohmio en paralelo con un diodo D, este conjunto se pone en serie con otra resistencia R2=1 kohmio y todo ello se conecta a una red eléctrica de 110 Vef/60 Hz. a) ¿Cuál es el valor máximo de corriente que
circula por R1?, b) ¿y por R2?. Uumbral=0 ,rd=0
Un diodo de tensión umbral 0.7V y resistencia interna 100 ohmios se conecta a una fuente de tensión de 15 V a través de una resistencia de 900 ohmios. Calcule la corriente que circula por el diodo si éste se haya polarizado directamente.
Ejemplo DI3
Se dispone de una resistencia R1=1 kohmio en paralelo con un diodo D, este conjunto se pone en serie con otra resistencia R2=1 kohmio y todo ello se conecta a una red eléctrica de 110 Vef/60 Hz. a) ¿Cuál es el valor máximo de corriente que
circula por R1?, b) ¿y por R2?. Uumbral=0 ,rd=0
Diodo zener:
La curba característica presenta una zona casi vertical en la polarización inversa (que es la que se usa habitualmente en estos diodos), en estas condiciones el circuito equivalente es una pila (Uz) con una pequeña resistencia en serie (rz).
En polarización directa es equivalente a un diodo normal ( Ud= 1V para el Si). El diodo zener es usa en estabilizadores y limitadores de tensión.Ejemplo DI4
La curba característica presenta una zona casi vertical en la polarización inversa (que es la que se usa habitualmente en estos diodos), en estas condiciones el circuito equivalente es una pila (Uz) con una pequeña resistencia en serie (rz).
En polarización directa es equivalente a un diodo normal ( Ud= 1V para el Si). El diodo zener es usa en estabilizadores y limitadores de tensión.Ejemplo DI4
Ejemplo DI4
La zona de tipo N de un diodo zener se conecta al terminal positivo de una fuente de tensión de 15 V a través de una resistencia serie de 1000 ohmios. La zona P de ese diodo se conecta al terminal negativo de dicha fuente. Sabiendo que este diodo se caracteriza por UZ=5.6 V rz=100ohmios, UD=0.7 VD=10 V. ¿Cuál es la corriente que circula por el diodo?.
La zona de tipo N de un diodo zener se conecta al terminal positivo de una fuente de tensión de 15 V a través de una resistencia serie de 1000 ohmios. La zona P de ese diodo se conecta al terminal negativo de dicha fuente. Sabiendo que este diodo se caracteriza por UZ=5.6 V rz=100ohmios, UD=0.7 VD=10 V. ¿Cuál es la corriente que circula por el diodo?.
Diodo fotoemisor:
En diodos fabricados con PGa o PAsGa la energía procedente de la recombinación electrón-hueco se emite en forma de fotones. La caída de tensión en conducción (2.5 V) es superior a la de los diodos normales , la tensión inversa máxima permitida es muy baja (5 V).
En diodos fabricados con PGa o PAsGa la energía procedente de la recombinación electrón-hueco se emite en forma de fotones. La caída de tensión en conducción (2.5 V) es superior a la de los diodos normales , la tensión inversa máxima permitida es muy baja (5 V).
Ejemplo DI5
La potencia radiante de un diodo emisor de luz (LED) en función de la corriente que circula por el diodo viene dada por la gráfica de la figura. Determinar cuál es la potencia radiante del LED si la caída de tensión a través del diodo es de 1 V.
La potencia radiante de un diodo emisor de luz (LED) en función de la corriente que circula por el diodo viene dada por la gráfica de la figura. Determinar cuál es la potencia radiante del LED si la caída de tensión a través del diodo es de 1 V.
