En nuestra última sesión, discutimos los elementos pasivos más comunes utilizados en los circuitos electrónicos. En este artículo, veremos los semiconductores y los elementos activos importantes hechos de ellos (diodos, transistores, FET).
Facultad de Ingeniería: Elementos Pasivos
Introducción a los circuitos electrónicos – Parte 1
En nuestra última sesión, discutimos los elementos pasivos más comunes utilizados en los circuitos electrónicos. En este artículo, veremos los semiconductores y los elementos activos importantes hechos de ellos (diodos, transistores, FET).
Un semiconductor entre un conductor y un aislante.
Los semiconductores son intermedios entre los conductores y los aisladores. Son materiales como el silicio (Si) y el germanio (Ge), que son más tolerantes a la corriente que metales como la plata y el aluminio, pero menos que aislantes como el cuarzo y la cerámica.
La resistividad de un material depende de la densidad de electrones libres que pueden moverse fácilmente cuando se aplica un voltaje. En general, esta densidad se puede diseñar a cualquier valor agregando impurezas adecuadas al material homogéneo. Esto hace posible crear semiconductores que proporcionen el nivel óptimo de conductividad para el propósito en cuestión.
Los semiconductores son de tipo N o de tipo P, dependiendo de cómo fluya la corriente.
Cómo fluye la corriente a través de los semiconductores
(1) semiconductor tipo N
La Figura 1 muestra una estructura típica de un semiconductor de tipo N. Este semiconductor consiste en cristales de silicio dopados con átomos de fósforo (P). Un átomo de fósforo tiene cinco electrones de valencia, cuatro de los cuales forman fuertes enlaces covalentes con los átomos de silicio vecinos, mientras que el quinto permanece libre. A temperatura ambiente, los electrones libres a menudo cambian de lugar con los electrones de enlace cercanos. En otras palabras, un electrón dado puede estar ligado o libre. Como resultado, siempre hay un suministro de electrones móviles libres disponibles para transportar corriente. Este tipo de semiconductor se denomina “tipo N” porque utiliza principalmente sus electrones (cargados negativamente) para transportar corriente. Por otro lado, el átomo donante (dopante) que dona electrones a este proceso adquiere una carga positiva.
(2) Semiconductor tipo P
La Figura 2 muestra la estructura de un semiconductor tipo P. En este caso, el cristal de silicio está dopado con átomos de boro (B). Nuevamente, cada átomo de silicio tiene cuatro electrones de valencia. Sin embargo, solo hay tres átomos de boro, lo cual es “deficiente”. Solo se requiere una pequeña cantidad de energía cinética para liberar un electrón de un átomo de silicio vecino. Este electrón es inmediatamente “aceptado” por el átomo de boro. Sin embargo, todavía hay “agujeros” en el átomo de silicio que pronto atraerán electrones de otro átomo de silicio cercano. A medida que continúa el proceso, el agujero se “mueve” y se genera una corriente eléctrica. Este tipo de semiconductor se llama “tipo P” porque la mayor parte de su corriente es transportada por agujeros. Los átomos dopantes que han recibido electrones en este proceso se cargan negativamente.
Diodo: unidireccional
Un diodo semiconductor consta de un semiconductor de tipo P en un lado y un semiconductor de tipo N en el otro lado. Los operadores de ambos lados se distribuyen por la región central (unión PN) y se emparejan, creando una región central libre de operadores. Las impurezas cargadas en esta región forman un límite eléctrico que detiene la difusión y el emparejamiento. Esta región límite libre de portadores se denomina capa de agotamiento.
Cuando se aplica un voltaje positivo al terminal del lado P del diodo y un voltaje negativo al terminal del lado N, este voltaje “directo” expulsa más portadores (agujeros del lado P, electrones en el lado de tipo N). ) ingresan a la capa de agotamiento, la capa de agotamiento se estrecha y más portadores se difunden a través del límite, se emparejan y aniquilan. Mientras tanto, el voltaje aplicado crea una corriente que continúa suministrando más portadores, por lo que la corriente puede continuar fluyendo.
Sin embargo, cuando se aplica un voltaje de polarización inversa (negativo en el lado P y positivo en el lado tipo N), este voltaje aleja a los portadores del centro hacia sus respectivos terminales, ensanchando la capa de agotamiento y bloqueando el flujo de corriente.
Como resultado, el diodo solo permite que la corriente pase en una dirección (hacia adelante) y bloquea la corriente para que no viaje en la dirección inversa (reversa). Un diodo usado de esta manera, también llamado rectificador, es un componente que permite que la corriente fluya en una sola dirección.