Laboratorio de electromagnetismo
Díodos semiconductores


Fundamento de los díodos semiconductores

Dentro de los semiconductores se distinguen los de tipo p y los de tipo n. En los primeros, la conducción eléctrica se debe a “huecos”, vacantes de electrones. Si un electron débilmente ligado al núcleo ocupa la vacante, deja tras de sí un nuevo agujero. Esto constituye ese movimiento de los huecos. Por el contrario, los materiales de tipo n son los que conducen gracias a las impurezas, es decir, un exceso de electrones provoca que algunos de ellos queden libres y se puedan desplazar por el material.
Depositando sobre una superfície muy limpia de material tipo p  otro material del tipo n se puede construir un díodo p-n. Integrado en un circuito, al serle aplicada una corriente, aparece una diferencia de potencial entre los lados p y n (naturalmente Vp>Vn) y esto provoca que los huecos de carga del lado p pasen al n y los electrones de n al lado p, tal como mandan las leyes del campo eléctrico. En caso de que invertir la dirección de la corriente (y aquí viene la importancia del díodo) los huecos de n tendrían que pasar a p y los electrones de p tendrían que moverse hacia n, pero son tan pocos los huecos en n y los electrones en p que el díodo se comporta prácticamente como un aislante. El díodo es pues, un rectificador de corriente: solamente la deja pasar en una dirección.

Característica I(V)
En un díodo, la relación entre V e I viene dada por

I0 corriente de saturación del díodo en conexión inversa
q carga del electrón
T Temperatura absoluta
n factor de idealidad (depende de cada díodo y típicamente 1<n<2)
k constante de Boltzmann
Si la tensión es suficientemente alta (>0.1V) se puede aceptar esta aproximación 

Otros tipos de díodo
Díodo de vacío: Consta de un filamento que, al ser atravesado por una corriente, se calienta, de manera que emite electrones. Una placa cargada positivamente los atrae y se continúa así el circuito eléctrico. El efecto rectificador consiste en que los electrones no pueden saltar de la placa al filamento si la corriente se invirtiese.
Díodo Schottky: Formado por una union de semiconductor y metal, que actúa como zona n, se caracteriza por conducir a tensiones más bajas que el p-n.
Díodo Zener: Se comporta prácticamente igual que un díodo p-n, sólo que en corriente inversa, y a partir de una cierta tensión (tensión de disrupción) conduce, manteniendo la diferencia de potencial constante sea cual sea la corriente. Se usa por ello como limitador de tensión y protector contra cambios repentinos de ésta, además de cómo detector de corriente.

Procedimiento experimental para obtener la característica I(V) de un díodo
Se obtendrán parejas de valores (V,I) según el siguiente circuito

En el caso de la conducción inversa, el montaje ha de ser ligeramente diferente, ya que al no conducir el díodo, es como si tuviésemos una alta resistencia, usamos por ello el montaje de voltímetros y amperímetros más conveniente para altas impedancias (el anterior es para impedancias moderadas):

Del estudio de las gráficas podemos obtener los lindares de conducción de los tres diodos y el del Zener en inversa (tensión de disrupción). También podremos determinar el factor de idealidad del p-n.

Gráficas cualitativas de la característica I(V) de los díodos p-n, Zener y Schottky
 

Cuestiones
1. Describir el efecto rectificador del díodo
 En corriente alterna, el uso de un díodo permitirá la aparición de una tensión pulsada en una sola dirección.

2.¿Qué ventajas tiene  el díodo p-n sobre el díodo de vacío?
Por todo lo que hemos vistosabemos que ocupa menos espacio, es más fácil de fabricar y consume menos energía (recordemos que en el díodo de vacío el circuito se cierra a causa de los electrones que se emiten al disiparse potencia).

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