Electrónica básica: diodos

Después de haber conocido varios componentes, centrémonos en otro componente importante en el campo de la electrónica, conocido como Diode. Un diodo semiconductor es un componente electrónico de dos terminales con una unión PN. Esto también se llama comoRectifier.

los anode Cuál es el positive terminal de un diodo se representa con A y el cathode, Cuál es el negative terminal se representa con K. Para conocer el ánodo y el cátodo de un diodo práctico, se traza una línea fina en el diodo que significa cátodo, mientras que el otro extremo representa ánodo.

Como ya habíamos discutido acerca de los semiconductores tipo P y tipo N, y el comportamiento de sus portadores, intentemos ahora unir estos materiales para ver qué sucede.

Formación de un diodo

Si un material tipo P y uno tipo N se acercan, ambos se unen para formar una unión, como se muestra en la figura siguiente.

Un material tipo P tiene holes como el majority carriers y un material tipo N tiene electrons como el majority carriers. A medida que se atraen cargas opuestas, pocos agujeros en el tipo P tienden a ir al lado n, mientras que pocos electrones en el tipo N tienden a ir al lado P.

A medida que ambos viajan hacia la unión, los huecos y los electrones se recombinan entre sí para neutralizar y formar iones. Ahora, en esta unión, existe una región donde se forman los iones positivos y negativos, llamada unión PN o barrera de unión como se muestra en la figura.

La formación de iones negativos en el lado P e iones positivos en el lado N da como resultado la formación de una región cargada estrecha a cada lado de la unión PN. Esta región ahora está libre de portadores de carga móviles. Los iones presentes aquí han sido estacionarios y mantienen una región de espacio entre ellos sin ningún portador de carga.

Como esta región actúa como una barrera entre los materiales de tipo P y N, esto también se denomina como Barrier junction. Este tiene otro nombre llamadoDepletion regionlo que significa que agota ambas regiones. Se produce una diferencia de potencial VD debido a la formación de iones, a través de la unión denominada comoPotential Barrier ya que evita un mayor movimiento de huecos y electrones a través de la unión.

Sesgo de un diodo

Cuando un diodo o cualquier componente de dos terminales está conectado en un circuito, tiene dos condiciones polarizadas con el suministro dado. SonForward biased condición y Reverse biasedcondición. Háznoslo saber en detalle.

Condición sesgada hacia adelante

Cuando un diodo está conectado en un circuito, con su anode to the positive terminal y cathode to the negative terminal del suministro, entonces se dice que dicha conexión es forward biasedcondición. Este tipo de conexión hace que el circuito esté cada vez más polarizado hacia adelante y ayuda en una mayor conducción. Un diodo conduce bien en condición de polarización directa.

Condición de sesgo inverso

Cuando un diodo está conectado en un circuito, con su anode to the negative terminal y cathode to the positive terminal del suministro, entonces se dice que dicha conexión es Reverse biasedcondición. Este tipo de conexión hace que el circuito tenga una polarización cada vez más inversa y ayuda a minimizar y prevenir la conducción. Un diodo no puede conducir en condición de polarización inversa.

Tratemos ahora de saber qué sucede si un diodo está conectado en condiciones de polarización directa y inversa.

Trabajando con sesgo hacia adelante

Cuando se aplica un voltaje externo a un diodo que cancela la barrera de potencial y permite el flujo de corriente se denomina forward bias. Cuando el ánodo y el cátodo están conectados a terminales positivos y negativos respectivamente, los agujeros en el tipo P y los electrones en el tipo N tienden a moverse a través de la unión, rompiendo la barrera. Existe un flujo libre de corriente con esto, casi eliminando la barrera.

Con la fuerza repulsiva proporcionada por el terminal positivo a los huecos y por el terminal negativo a los electrones, la recombinación tiene lugar en la unión. El voltaje de suministro debe ser tan alto que fuerce el movimiento de electrones y agujeros a través de la barrera y a cruzarla para proporcionarforward current.

La corriente directa es la corriente producida por el diodo cuando funciona en condición de polarización directa y está indicada por I_f.

Trabajando bajo sesgo inverso

Cuando se aplica un voltaje externo a un diodo de manera que aumenta la barrera de potencial y restringe el flujo de corriente se denomina como Reverse bias. Cuando el ánodo y el cátodo están conectados a terminales negativo y positivo respectivamente, los electrones son atraídos hacia el terminal positivo y los agujeros son atraídos hacia el terminal negativo. Por lo tanto, ambos estarán lejos de la barrera potencial.increasing the junction resistance y evitar que cualquier electrón cruce la unión.

La siguiente figura explica esto. También se dibuja el gráfico de conducción cuando no se aplica ningún campo y cuando se aplica algún campo externo.

Con el sesgo inverso creciente, la unión tiene pocas portadoras minoritarias para cruzar la unión. Esta corriente es normalmente insignificante. Esta corriente inversa es casi constante cuando la temperatura es constante. Pero cuando este voltaje inverso aumenta más, entonces un punto llamadoreverse breakdown occurs, donde una avalancha de corriente fluye a través del cruce. Esta alta corriente inversa daña el dispositivo.

Reverse current es la corriente producida por el diodo cuando opera en condición de polarización inversa y está indicada por I_r. Por lo tanto, un diodo proporciona una ruta de alta resistencia en condición de polarización inversa y no conduce, donde proporciona una ruta de baja resistencia en condición de polarización directa y conduce. Por lo tanto, podemos concluir que un diodo es un dispositivo unidireccional que conduce en polarización directa y actúa como aislante en polarización inversa. Este comportamiento lo hace funcionar como un rectificador, que convierte CA en CC.

Voltaje pico inverso

El voltaje inverso pico se denomina brevemente como PIV. Indica el voltaje máximo aplicado en polarización inversa. El voltaje inverso máximo se puede definir como "The maximum reverse voltage that a diode can withstand without being destroyed”. Por lo tanto, este voltaje se considera durante la condición de polarización inversa. Denota cómo un diodo se puede operar de forma segura en polarización inversa.

Propósito de un diodo

Se utiliza un diodo para bloquear el flujo de corriente eléctrica en una dirección, es decir, en la dirección de avance y para bloquear en la dirección inversa. Este principio de diodo lo hace funcionar como unRectifier.

Para que un circuito permita que la corriente fluya en una dirección pero se detenga en la otra dirección, el diodo rectificador es la mejor opción. Por lo tanto, laoutput estarán DCquitar los componentes de CA. Los circuitos como los rectificadores de media onda y onda completa se fabrican mediante diodos, que se pueden estudiar enElectronic Circuits tutoriales.

Un diodo también se utiliza como Switch. Ayuda a un ENCENDIDO y APAGADO más rápido para la salida que debería ocurrir a un ritmo rápido.

V - I Características de un diodo

En la siguiente figura se muestra una disposición práctica de circuito para un diodo de unión PN. Un amperímetro se conecta en serie y un voltímetro en paralelo, mientras que el suministro se controla a través de una resistencia variable.

Durante la operación, cuando el diodo está en condición de polarización directa, a un voltaje particular, se elimina la barrera de potencial. Tal voltaje se llama comoCut-off Voltage o Knee Voltage. Si la tensión directa supera el límite, la corriente directa aumenta exponencialmente y, si se hace más, el dispositivo se daña debido al sobrecalentamiento.

El siguiente gráfico muestra el estado de conducción del diodo en condiciones de polarización directa e inversa.

Durante el sesgo inverso, la corriente producida a través de portadores minoritarios existe conocida como "Reverse current”. A medida que aumenta el voltaje inverso, esta corriente inversa aumenta y de repente se rompe en un punto, lo que resulta en la destrucción permanente de la unión.