En este tutorial, aprenderemos sobre los diodos Shockley. Aunque no está disponible comercialmente (su producción cesó en la década de 1950) y no es particularmente útil, las técnicas de modelado de diodos de Shockley pueden usarse para crear otros tipos de tiristores como SCR, DIAC y TRIAC.
Fue el primer miembro de la familia de dispositivos de tiristores y lleva el nombre de su inventor William Bradford Shockley. Una vez que comprenda el funcionamiento básico de este diodo, podrá comprender fácilmente los siguientes conceptos cubiertos en tiristores. Dígame cómo funcionan los diodos Shockley y para qué se utilizan.
Tabla de contenido
Introducción al diodo Shockley
Un diodo Shockley o diodo PNPN es un dispositivo de conmutación semiconductor de cuatro capas (PNPN) y dos terminales (es decir, ánodo y cátodo). También llamado diodo de cuatro capas. Actúa como un diodo normal sin una entrada de disparo, no conduce corriente en la condición de polarización inversa y conduce corriente cuando el voltaje a través de él excede el voltaje de ruptura en la condición de polarización directa.
Estos diodos tienen sólo dos estados: encendido o apagado, por lo que se clasifican como tiristores. La estructura básica de un diodo Shockley, la similitud de los dos transistores y el símbolo se muestran en el siguiente diagrama.
La estructura de este diodo es simple y consta de cuatro capas unidas para formar una unión PNPN. El circuito equivalente de este diodo que utiliza dos transistores se muestra en la figura anterior, donde el colector del transistor T1 está conectado a la base de T2.
La unión J1 se forma en la unión emisor-base de T1, J2 se forma en la unión base-colector comúnmente conectada entre T1 y T2, y J3 se forma en la unión base-emisor de T2. Por lo tanto, para operación lineal, J1 y J3 deben tener polarización directa como uniones base-emisor y J2 debe tener polarización inversa como unión colector-base.
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trabajar
Como se explicó anteriormente, estos diodos constan de tres uniones J1, J2 y J3. Cuando se aplica un voltaje a este diodo de modo que el ánodo sea positivo con respecto al cátodo, las uniones J1 y J3 se polarizan en directa y J2 se polarizan en inversa.
Hasta que el voltaje a través del diodo cae por debajo del voltaje de ruptura, el diodo exhibe una resistencia muy alta como un interruptor abierto y no fluye corriente. Una vez que se alcanza el voltaje de ruptura (a medida que aumenta el voltaje directo), la ruptura de la unión J2 presenta una resistencia muy baja.
Por lo tanto, se comporta como un cortocircuito y la corriente fluye a través de él hasta alcanzar el nivel de corriente de mantenimiento del diodo. Esta corriente directa a través del diodo depende del voltaje aplicado y de la resistencia de la carga externa. La siguiente figura muestra las características VI de los estados conductor y no conductor de un diodo Shockley, donde la corriente fluye solo cuando el voltaje es mayor o igual al voltaje de ruptura, VBO.
Cuando el ánodo se vuelve negativo con respecto al cátodo, las uniones J1 y J3 se polarizan en inversa y la unión J2 se polariza en directa. A medida que aumenta el voltaje de polarización inversa (más allá del voltaje de ruptura del diodo Shockley), J1 y J3 se polarizan inversamente y la corriente inversa fluye a través del diodo como se muestra en el diagrama anterior.
Esta corriente inversa genera calor y puede dañar aún más todo el diodo. Por lo tanto, un diodo Shockley nunca debe operarse en una condición de polarización inversa con un voltaje igual al voltaje de ruptura inversa.
Cuando se enciende un diodo Shockley, se comporta como un interruptor cerrado y ofrece muy baja resistencia al flujo de corriente. Para apagar el diodo (o hacerlo actuar como un interruptor abierto), el voltaje aplicado debe reducirse a un valor tal que la corriente a través del diodo sea menor que la corriente de mantenimiento del diodo, IH. En este estado, la unión J2 se recupera de la condición de ruptura inversa y recupera su alto valor de resistencia.
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Aplicaciones del diodo Shockley
Los diodos Shockley se utilizan principalmente en aplicaciones de conmutación. A continuación se analizan dos aplicaciones importantes de los diodos Shockley como osciladores de relajación e interruptores de disparo.
Como oscilador de relajación
La siguiente figura muestra un circuito oscilador de relajación que utiliza un diodo Shockley. En este caso, el diodo está conectado a través de la fuente de alimentación del condensador con la batería de alimentación.
Cuando se aplica voltaje de la batería al circuito, el capacitor se carga a través de la resistencia R. Cuando el voltaje aplicado o el voltaje a través del capacitor excede el voltaje de ruptura del diodo Shockley, el capacitor se enciende y actúa como un interruptor.
Esto hace que el condensador se descargue rápidamente a través del diodo. Y cuando la corriente a través del diodo es menor que la corriente de mantenimiento del diodo, el diodo se apaga y el capacitor se carga nuevamente. El voltaje a través del capacitor se muestra en el siguiente diagrama y el voltaje de referencia está por encima de cero voltios porque el capacitor no está completamente descargado.
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como interruptor de gatillo
El uso más común de los diodos Shockley es cambiar circuitos para encender SCR. En el circuito siguiente, el SCR se activa mediante un diodo Shockley. Una red RC de resistencias y condensadores recibe alimentación de CC para accionar un diodo Shockley.
Cuando se aplica VCC, Shockley se polariza directamente y el condensador también comienza a cargarse a través de la resistencia. Cuando el voltaje de carga del capacitor alcanza el voltaje de ruptura del diodo, el diodo comienza a conducir y el capacitor comienza a descargarse a través del diodo.
Esta conducción del diodo Shockley enciende el SCR y hace que suene el timbre. Una vez que el SCR se enciende, permanece bloqueado o encendido hasta que se corta la energía o se aplica una técnica de conmutación al SCR. Por lo tanto, no hay ningún efecto de que la puerta o el circuito del diodo Shockley apaguen el SCR. Sin embargo, el tiempo de activación del SCR se controla eligiendo los valores adecuados de condensadores y resistencias.
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