«AÑO DE LA INVERSIÓN PARA EL

DESARROLLO RURAL Y LA SEGURIDAD

ALIMENTARIA»

Ingeniería De sistemas

CURSO : Física electrónica

TEMA : UNION P-N

DOCENTE: ROJAS REATEGUI Raúl

ALUMNO : CARDENASACUÑA, JHON

RICHARD

CICLO : IV

AÑO 2013

Polarización directa de la unión P - N

En este caso, la batería disminuye la barrera de potencial de la zona de carga espacial, permitiendo el paso de la corriente de electrones a través de la unión; es decir, el diodo polarizado directamente conduce la electricidad.

Se produce cuando se conecta el polo positivo de la pila a la parte P de la unión P - N y la negativa a la N. En estas condiciones podemos observar que:

El polo negativo de la batería repele los electrones libres del cristal n, con lo que estos electrones se dirigen hacia la unión p-n.

El polo positivo de la batería atrae a los electrones de valencia del cristal p, esto es equivalente a decir que empuja a los huecos hacia la unión p-n.

Cuando la diferencia de potencial entre los bornes de la batería es mayor que la diferencia de potencial en la zona de carga espacial, los electrones libres del cristal n, adquieren la energía suficiente para saltar a los huecos del cristal p, los cuales previamente se han desplazado hacia la unión p-n.

Una vez que un electrón libre de la zona n salta a la zona p atravesando la zona de carga espacial, cae en uno de los múltiples huecos de la zona p convirtiéndose en electrón de valencia. Una vez ocurrido esto el electrón es atraído por el polo positivo de la batería y se desplaza de átomo en átomo hasta llegar al final del cristal p, desde el cual se introduce en el hilo conductor y llega hasta la batería.

De este modo, con la batería cediendo electrones libres a la zona n y atrayendo electrones de valencia de la zona p, aparece a través del diodo una corriente eléctrica constante hasta el final.

Polarización directa del diodo p-n.

Polarización inversa de la unión P - N

En este caso, el polo negativo de la batería se conecta a la zona p y el polo positivo a la zona n, lo que hace aumentar la zona de carga espacial, y la tensión en dicha zona hasta que se alcanza el valor de la tensión de la batería, tal y como se explica a continuación:

El polo positivo de la batería atrae a los electrones libres de la zona n, los cuales salen del cristal n y se introducen en el conductor dentro del cual se desplazan hasta llegar a la batería. A medida que los electrones libres abandonan la zona n, los átomos pentavalentes que antes eran neutros, al verse desprendidos de su electrón en el orbital de conducción, adquieren estabilidad (8 electrones en la capa de valencia, versemiconductor y átomo) y una carga eléctrica neta de +1, con lo que se convierten en iones positivos.

El polo negativo de la batería cede electrones libres a los átomos trivalentes de la zona p. Recordemos que estos átomos sólo tienen 3 electrones de valencia, con lo que una vez que han formado los enlaces covalentes con los átomos de silicio, tienen solamente 7 electrones de valencia, siendo el electrón que falta el denominado hueco. El caso es que cuando los electrones libres cedidos por la batería entran en la zona p, caen dentro de estos huecos con lo que los átomos trivalentes adquieren estabilidad (8 electrones en su orbital de valencia) y una carga eléctrica neta de -1, convirtiéndose así en iones negativos.

Este proceso se repite una y otra vez hasta que la zona de carga espacial adquiere el mismo potencial eléctrico que la batería.

Polarización inversa del diodo pn.

Diodo Shockley

Un diodo Shockley es un dispositivo de dos terminales que tiene dos estados estables:

uno de bloqueo o de alta impedancia y de conducción o baja impedancia. No se debe

confundir con el diodo de barrera Schottky.

Está formado por cuatro capas de semiconductor de tipo N y P, dispuestas

alternadamente. Es un tipo de tiristor.

La característica Tensión-Corriente (V-I) se muestra en la figura. La región I es la región

de alta impedancia y la III, la región de baja impedancia. Para pasar del estado apagado

al de conducción, se aumenta la tensión en el diodo hasta alcanzar la tensión de

conmutación, denominada Vs. La impedancia del diodo desciende bruscamente,

haciendo que la corriente que lo atraviesa se incremente y disminuya la tensión, hasta

alcanzar un nuevo equilibrio en la región III (Punto B). Para volver al estado apagado,

se disminuye la corriente hasta la corriente de mantenimiento, denominada Ih. En ese

instante el diodo aumenta su impedancia, reduciendo, todavía más la corriente,

mientras aumenta la tensión en sus terminales, cruzando la región II, hasta que alcanza

el nuevo equilibrio en la región I (Punto A). La tensión inversa de avalancha es

denominada Vrb.

Este dispositivo fue desarrollado por William Bradford Shockley tras abandonar

los Laboratorios Bell y fundar Shockley Semiconductor. Fueron fabricados por Clevite-

Shockley.

Símbolo del diodo Shockley.

Gráfica V-I del diodo Shockley

La conmutación de diodos

Los circuitos de ayuda a la conmutación de diodos, o snubbers, son esenciales para los diodos usados en circuitos de conmutación. Estos pueden proteger a un diodo de sobretensiones, las cuales pueden ocurrir durante el proceso de recuperación inversa. Un circuito snubber común para un diodo de potencia consiste de una capacitancia y una resistencia conectadas en paralelo con el diodo.

Figura.1 a) Circuito de un convertidor reductor con inductancia parasita y red de ayuda a la conmutación para el diodo de libre circulación. b) Corriente de recuperación inversa del diodo.

Cuando la corriente de recuperación inversa disminuye, la capacitancia mantendrá su voltaje por un tiempo, el cual es aproximadamente el mismo del diodo. La resistencia por otra parte, disipará parte de la energía almacenada en la inductancia parásita Lσ. El cambio de voltaje se puede calcular de la siguiente manera

donde Vs es el voltaje aplicado al diodo. El cambio de voltaje dv/dt usualmente es dado por el fabricante. Al conocer el cambio de voltaje y Rs, uno puede escoger el valor de la capacitancia Cs. La resistencia Rs se puede calcular por medio de la corriente de recuperación inversa del diodo:

El cambio de voltaje dv/dt diseñado siempre debe ser igual o menor al cambio de voltaje encontrado en la hoja de datos del fabricante.

Circuitos de ayuda a la conmutación de tiristores

Las corrientes de recuperación inversas generadoras en los tiristores cuando están en polarización inversa pueden generar sobretensiones de magnitud inaceptable debido a la inductancia de serie si no se usan redes de ayuda a la conmutación. En la Figura.2a observamos un convertidor trifásico de tiristores de frecuencia de línea, el cual puede funcionar como red de ayuda a la conmutación como en el caso del convertidor reductor para el diodo. Las inductancias del lado de C.A. se deben a las reactancias de línea más cualquier inductancia de dispersión del transformador. El lado C.D. se representa por una fuente de corriente donde se supone que id fluye en forma continua.

Se supone que los tiristores 1 y 2 conducen y que el 3 está conectado con un ángulo de retraso α como se muestra en la Figura.2b. La corriente id se conmutara desde el tiristor 1 (conectado a la fase a) al tiristor 3 (conectado a la fase b). El voltaje Vba es responsable de la conmutación de la corriente. El sub circuito que consiste en 1 y 3 se muestra en la Figura.2b con 3 encendido y 1 apagado, así como en su recuperación inversa en ωt1, con iσ = Irr. Se supone que la fuente de tensión en el circuito de la Figura.2b es una constante de voltaje con un valor Vba en ωt1, debido a la variación

lenta de voltajes de 60 Hz en comparación con los transitorios rápidos de tensión y corrientes en este circuito.

Figura.2 Circuito de ayuda a la conmutación de apagado de tiristores en el circuito de un convertidor trifásico de frecuencia de línea: a) Convertidor trifásico de frecuencia de línea. b) Circuito equivalente. c) Tiempos de disparo.