Componentes Electrónicos Fundamentales: Diodos, Transistores y Tiristores

Dispositivos Electrónicos Semiconductores

El Diodo

El diodo permite el paso de corriente en un solo sentido. Presenta tres posibilidades al polarizar el diodo:

1. Polarización Nula: $V_{AK}=0$. Flujo de cargas neto igual a cero.
2. Polarización Inversa: $V_{AK} < 0$. El número de iones en P crece y los portadores mayoritarios no pueden pasar. Esto ocurre hasta alcanzar la región Zener, donde se produce un aumento drástico de corriente que puede dañar el diodo.
3. Polarización Directa: $V_{AK} > 0$. La región de agotamiento se reduce por la combinación en la frontera hasta desaparecer el $V_{AK}$.

Al emplear un diodo, se deben conocer sus parámetros clave: tensión máxima inversa, corriente máxima en sentido directo, potencia máxima de disipación y velocidad de respuesta.

Diodo Emisor de Luz (LED)

La Optoelectrónica combina la óptica con la electrónica. El LED es un diodo que emite luz visible o invisible al estar polarizado. Es muy usado como piloto, mandos de TV, etc.

Los electrones atraviesan la unión y caen en los huecos, liberando energía al cambiar de nivel energético. El color de la luz depende del material con el que está hecho.

Diodo Zener

La corriente en la región Zener es opuesta a la polarización directa. Es un elemento que, cuando se alcanza la tensión Zener, se comporta como un cortocircuito.

Diodo de Potencia

Soportan alta intensidad con pequeña caída de tensión. En inversa soportan alta tensión y una pequeña corriente de fugas. Sus parámetros importantes incluyen:

• Intensidad media nominal
• Intensidad de pico repetitivo
• Intensidad directa de pico
• Intensidad directa

Para cálculos normales, utilizamos el modelo estático.

Fotodiodo

En polarización inversa, se observa el flujo de portadores minoritarios. Si la luz bombardea una unión PN, puede desligar electrones de valencia; cuantos más fotones inciden, más electrones se liberan.

Transistores

Los transistores tienen tres zonas de dopado: emisor, base y colector. Se forman dos uniones con un potencial de 0.7V a 25ºC. La corriente que recorre este transistor correctamente polarizado responde a la ecuación $I_E = I_C + I_B$. La conexión en emisor común forma dos mallas consideradas caídas fijas.

Tipos de Polarización de Transistores Bipolares

1. Base Común: Poco empleado. Ganancia en corriente menor que la unidad. Impedancia de entrada pequeña y muy alta de salida.
2. Colector Común: Alta ganancia en corriente (menor que la unidad en tensión). Impedancia de entrada muy alta y baja de salida.

Transistor PNP: Las zonas dopadas son opuestas al NPN. Los huecos son portadores mayoritarios en el emisor en vez de los electrones ($e^-$).

Transistores de Efecto Campo (FET)

Se fundamentan en un único tipo de carga (transistor unipolar).

FET de Unión (JFET)

• Tipo N: Canal entre zonas de depleción hecho con semiconductor tipo N.
• Posee dos diodos internos: Puerta-Fuente y Puerta-Drenador.
• Se fundamenta en la inducción de cargas más que en la circulación directa.
• La intensidad en la puerta se puede considerar nula (la impedancia cambia respecto a la tensión y no a la corriente).

MOSFET de Empobrecimiento

• La puerta está eléctricamente aislada del canal.
• Presenta una resistencia altísima en la puerta.
• Puede trabajar con tensión de puerta positiva (+) o negativa (-).

MOSFET de Enriquecimiento

Muy empleado en electrónica digital:

• Se puede cortar con tensión de puerta $0V$.
• Se activa con tensión en puerta positiva (+).
• Actúa como fuente de corriente o como resistencia.
• Los de potencia se usan para el control de motores paso a paso.

Tiristores

Dispositivo de 4 capas PNPN que permiten el paso de altas corrientes. Su uso normal es permitir el paso de corriente o el corte total. Dentro de la familia encontramos:

• Shockley: Actúa como interruptor simple.
• SCR (Rectificador Controlado de Silicio): Se le añade una puerta que permite decidir el momento del disparo.
• GCS (Gate Controlled Switch): Puede interrumpir el paso de corriente con una señal en el terminal de G (Gate).
• SCS (Silicon Controlled Switch): Tiene dos terminales de puertas: uno para conducción y otro para corte. Tienen rangos de potencia no muy grandes y mayor capacidad de respuesta que los SCR.