Fisica General Burbano

718 ELECTRÓNICA
Fig. XXIX-52.– a) Polarización directa
del diodo. b) Efecto de la polarización
directa sobre el potencial.
Las consecuencias son que la barrera de potencial queda rebajada respecto de su altura en la
situación de equilibrio (Fig. XXIX-52-b), disminuye la anchura de la zona de transición y, a través
de la unión, se obtiene una corriente de portadores mayoritarios en ambos sentidos que crece rápidamente
para incrementos pequeños de la tensión externa. El voltaje de polarización tiene un
valor límite por encima del cual la intensidad de corriente calienta excesivamente la unión y el semiconductor
queda dañado de forma permanente.
En la POLARIZACIÓN INVERSA el lado P está a potencial negativo respecto al N (Fig. XXIX-53-a).
El campo externo aplicado se opone a la difusión de portadores mayoritarios, éstos son alejados
de la unión con lo que la anchura de la zona de transición aumenta y crece el valor de la barrera
de potencial (Fig. XXIX-53-b). Aumentando la tensión externa a partir de cero, es suficiente un valor
muy pequeño para que el campo resultante en el semiconductor anule completamente la difusión
de portadores mayoritarios a través de la unión.
Existe, sin embargo, una pequeña corriente de portadores minoritarios (indicada con flechas
en la Fig. XXIX-53-a), mantenida por la producción de pares electrón-hueco en todo el cristal, que
es prácticamente independiente de la tensión inversa. Los valores típicos de la corriente inversa
están, a temperatura ambiente, en la rango de los microamperios.
Una característica importante de la unión PN en polarización inversa es su capacidad. Con este
tipo de polarización la zona de transición está vacía de portadores móviles y flanqueada por dos
zonas con cargas de distinto signo, por lo cual, se comporta como un condensador, cuya capacidad
además puede ser considerable ya que la constante dialéctica, ε r
es 16 para el germanio y 12
para el silicio. Por otra parte, una disminución del voltaje de polarización produce una reducción
de la zona vacía de portadores; de la misma forma, un aumento de esa tensión ocasiona un ensanchamiento
de dicha zona. Como la capacidad de un condensador depende de la distancia entre
armaduras, la unión PN puede emplearse como condensador variable controlado por una tensión,
denominándose VARICAP al diodo semiconductor construido con esa finalidad.
XXII – 32. El diodo de unión como rectificador. Curva característica
Como acabamos de ver, el diodo de unión, cuyo símbolo en circuitos es el de la Fig. XXIX-54,
muestra un comportamiento asimétrico en lo que respecta al paso de corriente, que recuerda al de
la válvula diodo. En efecto, en polarización directa permite el paso de corriente presentando una
resistencia baja y en polarización inversa su resistencia es muy elevada y la intensidad de corriente
muy pequeña.
Este comportamiento se refleja en la curva experimental tensión-intensidad de las Fig. XXIX-54
y XXIX-55, en la primera de las cuales hay que advertir las distintas escalas empleadas para polarización
directa e inversa. Las curvas experimentales responden muy aproximadamente a la ecuación
V-I del diodo ideal, que incluimos sin demostrar:
d
eV kT
I = I S e − 1
en la que I s
se denomina corriente de saturación del diodo de unión y e es la base de los logaritmos
neperianos.
Esta ecuación no da cuenta del aumento brusco de intensidad que se produce en polarización
inversa, cuando se alcanza la tensión ruptura. El efecto se debe al fenómeno de MULTIPLICACIÓN EN
AVALANCHA, que tiene la siguiente explicación: el campo eléctrico en la zona de transición aumenta
al aumentar la tensión inversa; si la intensidad de campo alcanza valores del orden de 10 7 V/m, los
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Fig. XXIX-53.– a) Polarización inversa
del diodo. b) Efecto de la polarización
inversa sobre el potencial.
Fig. XXIX-54.– Símbolo del diodo de unión y curva
característica de un diodo rectificador, comparada con
la de un diodo de vacío (en línea discontinua).
Fig. XXIX-55.– Zona de polarización
directa de la curva anterior con escala
ampliada.