3.1. Conceptos básicos sobre semiconductores ¾ ¾ ¾ ¾
Estructura interna de los dispositivos electrónicos La mayoría de los sistemas electrónicos se basan en dispositivos semiconductores Resistencia: R=ρL/S Materiales sólidos: Conductores:
10-4 < ρ
Ωmm2/m
• Tienen una nube de electrones libres (electrones de valencia)
Aislantes:
ρ > 104 Ωmm2/m
• Electrones de vvalencia ligados firmemente al núcleo de los átomos
Semiconductores:
10-4 < ρ < 104 Ωmm2/m
• A muy bajas temperaturas aislante. A temperaturas normales = conductor pobre
¾ En electrónica sólo importa el orbital exterior: orbital de valencia
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3.1. Conceptos básicos sobre semiconductores
¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾
Mejores conductores (Ag, Cu, Au): 1 electrón de valencia Mejores aislantes: 8 electrones de valencia Mejores semiconductores: 4 electrones de valencia Germanio (Ge), Silicio (Si), Arseniuro de Galio Enlace covalente. Cristales de silicio Los átomos de un cristal vibran a temperaturas mayores al 0 absoluto A más altas temperaturas aparecen electrones y huecos Recombinación: Electrón y hueco se unen Tiempo de vida: Entre creación y desaparición de un electrón libre
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¾ Semiconductor intrínseco: Semiconductor puro ¾ Dos tipos de flujo: Flujo de electrones Flujo de huecos
+
-
+
-
+
-
+
-
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¾ Dopado o Dopaje: Añadir deliberadamente átomos de impurezas a un cristal intrínseco para modificar su conductividad eléctrica ¾ Un semiconductor dopado se llama semiconductor extrínseco ¾ Hay dos tipos de semiconductores extrínsecos: Tipo n: se le añaden impurezas donadoras (electrones), p.ejem., P(5 e- valencia) al Si • Los electrones (portadores mayoritarios) superan a los huecos (portadores minoritarios) • Todos los átomos de aceptador ionizados (-)
Tipo p: se le añaden impurezas receptoras (huecos), p.ejm., B (3evalencia) al Si • Los huecos (mayoritarios) superan a los electrones (minoritarios) • Todos los átomos de donador ionizados (+)
¾ Conductividad extrínseca: Estos semiconductores dopados presentan algo más de conductividad Electrónica - Francisco J. Ortiz
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3.2. La unión pn. Polarización directa e inversa ¾ Por sí mismo un semiconductor tipo n tiene la misma utilidad que una resistencia de carbón. ¾ Pero ocurre algo distingo cuando se dopa un cristal mitad n y mitad p ¾ Representación: Signo + con círculo: átomo pentavalente Signo - electrón con el que contribuye
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3.2. La unión pn. Polarización directa e inversa
¾ Zona de deplexión y barrera de potencial
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3.2. La unión pn. Polarización directa e inversa
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3.2. La unión pn. Polarización directa e inversa
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3.2. La unión pn. Polarización directa e inversa
¾ Polarización directa Flujo de electrones libres
¾ Polarización inversa Ensanchamiento de la zona de deplexión Corriente de portadores minoritarios. La producción térmica de electrones libres y huecos en la zona de deplexión produce una corriente inversa de saturación minoritaria Corriente superficial de fugas. Producida por impurezas en la superficie del cristal e imperfecciones en su estructura interna
¾ Ruptura Si se aumenta la tensión inversa se producirá la ruptura del diodo (aprox. 50 V) Efecto avalancha. Los minoritarios chocan y hacen saltar electrones de valencia
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3.3. Características del diodo de unión
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3.3.1. Símbolo, curvas y modelos equivalentes
¾ Tipos básicos de diodos semiconductores: Diodos rectificadores • Rectificación de CA/CC
Diodos de tratamiento de señal (RF) • Etapas moduladoras, demoduladoras, mezcla y limitación de señales
Diodos de capacidad variable (varicap) • Sintonización de equipos de emisión/recepción
Diodos Zener • Fuentes de alimentación, reguladores, limitadores y recortadores de tensión
Fotodiodos • Sensores, comunicaciones, aislamiento de señal
¾ Por ejemplo, para un diodo nos encontramos, entre otros:
Voltaje máximo repetitivo inverso (Maximum Peak Repetitive Reverse Voltage) Voltaje eficaz máximo de alimentación (Maximum RMS Input supply voltage) Corriente máxima directa media (Maximum Average Forward Current) Corriente máxima de pico no repetitiva (Maximum Peak Surge Forward Current)
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3.4. ¿Cómo leer una hoja de características?
¾ Buena parte de esa información se utiliza sólo en diseños avanzados de circuitos ¾ La información explicada en este tema se puede encontrar en los parámetros
Tensión inversa de ruptura (Peak repetitive reverse voltage) Corriente máxima de polarización directa (Average rectified current) Caída de tensión en polarización directa (Maximum forward voltage) Corriente inversa máxima (Maximum reverse current)
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3.5. Diodos Zéner Diodo Zener
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3.5. Diodos Zéner
I total = I zener + I load Fuente Fuente de de tensión tensión continua continua regulada regulada con con Zener Zener
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Rizado = 0 Pero menor rendimiento
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3.5. Diodos Zéner
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Hoja de características
Tensión zener e impedancia zener. Corriente zener de test. Impedancia zener y corriente zener en la zona del codo. Tensión y corriente zener en la zona inversa.
Electrónica - Francisco J. Ortiz Sobrecorriente máxima.
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3.6. Otros tipos de diodos ¾ La rectificación y estabilización de tenisón no es la única aplicación de los diodos ¾ Otras aplicaciones: Indicadores, señalizadores (diodos LED) Aislamiento de señales de entrada (optoacopladores) Comunicaciones por fibra óptica