La unión P-N con sesgo hacia adelante
Cuando conectamos la región tipo p de una unión con el terminal positivo de un fuente de tensión y la región de tipo n con el terminal negativo de la fuente de voltaje, entonces se dice que la unión está sesgada hacia adelante. En esta condición, debido a la atracción del terminal positivo de la fuente, los electrones que participaron en la creación de enlaces covalentes en material de tipo p, serán atraídos hacia el terminal. Como resultado, se rompen los enlaces covalentes y los electrones se desplazan hacia el terminal positivo. Como resultado, la concentración de electrones en el cristal más cercano al terminal aumenta y estos electrones se recombinan con agujeros aquí. De esta manera, el número de agujeros aumenta en la porción de la región tipo p alejada de la unión, y se reduce en la porción de la región tipo p más cercana al terminal. A medida que estos agujeros se desplazan de la terminal a la unión.
Debido a la mayor concentración de agujeros adyacentes a la capa de iones de impurezas negativas, los electrones de los iones negativos salen y se recombinan con esos agujeros y crean nuevos agujeros en la capa. En consecuencia, el ancho de esta capa de iones negativos se reduce y finalmente esta capa desaparece.
De manera similar, debido al terminal negativo de la fuente, los electrones libres de la región de tipo n se desplazarán hacia la unión donde encontrarán la capa de iones positivos de impureza y comenzarán a recombinarse con estos iones y a generar electrones libres dentro de la capa. En consecuencia, el ancho de los iones de impureza positiva se reduce, y finalmente, desaparece.
De esta manera, ambas capas de iones desaparecen, y no habrá más capa de agotamiento. Después de que la capa de agotamiento desaparezca, los electrones libres de la región de tipo n pueden derivar fácilmente a la región de tipo p y los agujeros de la región de tipo p a la región de tipo n en el cristal. Por lo tanto, idealmente no habrá obstrucción del flujo actual y la unión pn se comporta como un cortocircuito.
La unión PN con polarización inversa
Cuando el terminal positivo de una fuente de voltaje se conecta a la región de tipo n y el terminal negativo de la fuente se conecta a la región de tipo p, entonces se dice que la unión pn está en condición de polarización inversa. Cuando no hay voltaje aplicado a través de la unión p n, el potencial desarrollado a través de la unión es de 0,3 voltios a 25oC para la unión de pn de germanio y 0,7 voltios a 25oC para la unión de p n de silicio.
La polaridad de esta barrera potencial es la misma que la polaridad de fuente de tensión aplicado durante la condición de sesgo inverso. Ahora, si el voltaje de polarización inversa a través de la unión pn se incrementa, el potencial de barrera desarrollado a través de la unión pn también se incrementa. Por lo tanto, la unión pn se amplía. Cuando el terminal positivo de la fuente se conecta a la región de tipo n, los electrones libres de esa región son atraídos hacia el terminal positivo de la fuente debido a que se crean más iones de impureza positivos en la capa de agotamiento, lo que hace que la capa de iones de impureza positivos sea más gruesa. Al mismo tiempo, como el terminal negativo de la fuente está conectado a la región de tipo p de la unión, los electrones se inyectan en esta región. Debido al potencial positivo de la región de tipo n, los electrones se desvían hacia la unión y se combinan con los agujeros adyacentes a la capa de iones de impureza positiva y crean más iones de impureza positiva en la capa. Por lo tanto, el grosor de la capa aumenta.
De esta manera, en todo el ancho de la capa de agotamiento aumenta junto con su potencial de barrera. Este incremento del ancho de la capa de agotamiento continuará hasta que el potencial de barrera alcance el voltaje de polarización inversa aplicado. Aunque este incremento del potencial de la barrera continuará hasta el voltaje de polarización inversa aplicado, pero si el voltaje de polarización inversa aplicado es suficientemente alto, entonces la capa de agotamiento desaparecerá debido a desglose de zener y averías de avalanchas.
También cabe señalar que una vez completada la capa de agotamiento con polarización inversa ya no hay deriva de los portadores de carga (electrones y agujeros) a través de la unión, ya que la barrera potencial se opone a la aplicada voltaje que tiene el mismo valor que la barrera potencial. Aunque la corriente diminuta fluye de la región de tipo n a la región de tipo p debido a portadores minoritarios que son electrones generados térmicamente en semiconductor tipo p y agujeros en semiconductor tipo n.
Corriente de avance en la unión PN
Cuando batería se aplica un voltaje a través de la unión en el sesgo hacia adelante, un actual fluirá continuamente a través de esta unión.
IS es la corriente de saturación (10-9 a 10-18 A)
VT es la temperatura equivalente en voltios (= 26 mV a temperatura ambiente)
n es Coeficiente de emisión (1 n 2 para los CI de Si)
En realidad esta expresión es aproximada.
Corriente inversa en la unión PN
Cuando una unión p-n se conecta a través de una batería de tal manera que su región de tipo n está conectada a la potencia positiva de la batería y la región de tipo p está conectada a la potencia negativa de la batería, se dice que la unión p n está en condición de sesgo inverso e idealmente no hay corriente que fluya a través de la unión. Pero prácticamente habrá una pequeña corriente de polarización inversa iD que se expresa como.
iD cae a un valor cero o a un valor muy pequeño. iD puede ser escrito como yo0.
IS es la corriente de saturación (10-9 a 10-18 A)
VT es la temperatura equivalente en voltios (= 26 mV a temperatura ambiente)
n es Coeficiente de emisión (1 n 2 para los CI de Si)
En realidad esta expresión es aproximada.
Especificaciones generales de la unión PN
Una unión p-n se especifica de cuatro maneras.
- Caída de tensión en avance (VF): ¿Es el voltaje de nivel de unión de polarización hacia adelante (0,3V para el germanio y 0,7V para el diodo de silicio)
- Promedio de la corriente de avance (IF): Es la corriente sesgada hacia adelante debido al flujo de electrones a la deriva o a los portadores mayoritarios. Si la corriente media hacia adelante excede su valor, el diodo se sobrecalienta y puede dañarse.
- Pico de tensión inversa (VR): Es el máximo voltaje inverso a través de la diodo …en su condición de sesgo inverso. Sobre este diodo de voltaje inverso se romperá debido a sus portadores minoritarios.
- Máxima disipación de energía (P): Es el producto de la corriente y el voltaje de avance.
Características V-I de una unión PN
En el sesgo hacia adelante, la región operativa está en el primer cuadrante. El voltaje umbral para el Germanio es de 0,3 V y para el Silicio es de 0,7 V. Más allá de este voltaje umbral el gráfico sube de manera no lineal. Este gráfico es para la resistencia dinámica de la unión en el sesgo hacia adelante.
En el sesgo inverso, el voltaje aumenta en la dirección inversa a través de la unión p-n, pero no actual debido a la mayoría de los portadores, sólo fluye una corriente de fuga muy pequeña. Pero a un cierto voltaje inverso, la unión p-n se rompe en la conducción. Sólo se debe a los portadores minoritarios. Esta cantidad de voltaje es suficiente para que estos portadores minoritarios rompan la región de agotamiento. En esta situación, la corriente aguda fluirá a través de esta unión. Esta ruptura de voltaje es de dos tipos.
- Desglose de Avalanchas: no es propiamente agudo, más bien un gráfico lineal inclinado, es decir, después de la ruptura un pequeño aumento en el voltaje inverso causa más corriente agudo gradualmente.
- Falla de Zener: Esta ruptura es brusca y no hay necesidad de aumentar el voltaje de polarización inversa para obtener más corriente, porque la corriente fluye bruscamente.
Resistencias de la unión p-n
Resistencia dinámica de la unión p-n
Por las características V-I de una unión p-n, está claro que el gráfico no es lineal. El unión p-n sesgada hacia adelanteresistencia es rd ohm, se llama resistencia AC o resistencia dinámica. Es equivalente a la pendiente del voltaje-corriente de la La unión PN.
Resistencia promedio de la AC de la unión p-n
La resistencia media de la CA está determinada por la línea recta que se dibuja uniendo la intersección de los valores mínimo y máximo de la entrada externa voltaje.
Algunos términos importantes relacionados con la unión p-n
Capacidad de transición de la unión PN
Cuando existe una región de agotamiento en la unión común alrededor, el diodo actúa como un condensador. Aquí la región de agotamiento es el dieléctrico y dos regiones (tipo p y tipo n) en ambos extremos actúan como las placas cargadas de un condensador. A medida que la capa de agotamiento disminuye la capacitancia el valor baja.
Capacidad de difusión de la unión PN
Es la capacitancia del diodo en condición de polarización hacia adelante y se define como la relación entre la carga de tránsito creada y el cambio diferencial en voltaje. Cuando el actual a través de la unión aumenta la capacidad de difusión también aumenta. Junto con este aumento de la corriente, la resistencia sesgada hacia adelante también disminuye. Esta capacitancia de difusión es algo mayor que la capacitancia de transición.
Tiempo de almacenamiento de la unión PN
Es el tiempo que tardan los electrones en pasar de la región de tipo n a la región de tipo p y de la región de tipo p a la región de tipo n aplicando simultáneamente voltaje de polarización hacia adelante y hacia atrás durante la conmutación.
Tiempo de transición de la unión PN
Es el tiempo que tarda la corriente en disminuir para invertir la corriente de fuga. Este tiempo de transición puede ser determinado por la geometría de la unión P-N y la concentración del nivel de dopaje.
Tiempo de recuperación inversa de la unión P-N
Es la suma del tiempo de almacenamiento y el tiempo de transición. Es el tiempo para diodo para aumentar la corriente aplicada para obtener el 10% del valor de estado constante de la corriente de fuga inversa.
