Funcionamiento y Aplicaciones de Diodos: Zener, Varicap y Schottky

Diodos Zener

El diodo Zener funciona en polarización inversa utilizando la zona de ruptura inversa. Para una tensión inversa dada, llamada tensión Zener, ésta se mantiene constante, aunque la corriente varíe. En polarización directa funciona como un diodo normal. La ruptura inversa de por sí no es destructiva. Sin embargo, no se ha de superar el límite especificado de corriente inversa máxima. En la zona de ruptura se comporta como una fuente de tensión (Tensión Zener).

Aplicaciones en Pequeñas Fuentes y Referencias de Tensión

Zona de Ruptura Inversa

Se debe a una fuerte generación de portadores en la zona de carga espacial debido a alguna de estas dos causas:

• Multiplicación por avalancha (tensiones de ruptura ≥ 7V)
• Efecto Zener o efecto túnel (tensiones de ruptura ≤ 5V)

En la práctica, los términos “diodo Zener” y “diodo de avalancha” se confunden, empleándose de manera indiscriminada para ambos diodos de ruptura.

Multiplicación por Avalancha

• Se produce con tensiones de ruptura inversas mayores de alrededor de 7 V.
• Los portadores minoritarios que cruzan la zona de carga espacial bajo la influencia del campo eléctrico adquieren suficiente energía cinética como para poder romper enlaces covalentes de los átomos con los que colisionan ocasionando pares electrón‐hueco.
• Reacción en cadena: los portadores liberados por este proceso pueden a su vez tener una energía suficientemente grande para liberar otros portadores en otros procesos de colisión ionizante.
• Los electrones generados son barridos por el campo eléctrico hacia la cara N y los huecos hacia la cara P constituyendo una corriente inversa a través de la unión.
• El dopado de la zona ligeramente dopada permite controlar la tensión de ruptura.

Efecto Zener

• Para tensiones por debajo de 5 V.
• El campo eléctrico es suficientemente intenso como para romper directamente los enlaces covalentes de los átomos en la zona de agotamiento.
• Ambos semiconductores están altamente dopados con lo que, a pesar de la polarización inversa, la zona de agotamiento es estrecha.

Efecto de la Temperatura en el Diodo Zener

• Para tensiones de ruptura por encima de 8V (ruptura por avalancha) el coeficiente de temperatura es positivo. La tensión de ruptura aumenta con la temperatura.
• Para tensiones de ruptura entre 5 y 8V, ambos mecanismos (ruptura por avalancha y Zener) operan conjuntamente, dando lugar a un coeficiente de temperatura cercano a cero.

Diodo Varicap o Varactor

• Los diodos Varicap o Varactores son diodos que se utilizan como condensadores variables controlados por tensión.
• Se basan en la capacidad de la zona de agotamiento de una unión PN polarizada inversamente.
• Se utilizan frecuentemente en electrónica de comunicaciones para realizar moduladores de frecuencia, osciladores controlados por tensión, control automático de sintonía, etc.

Diodo Schottky

• Basado en una unión metal–semiconductor.
• Solo si el semiconductor tipo n está ligeramente dopado, la unión se comporta como un diodo (si no es un contacto óhmico).
• Se polariza directamente con tensión positiva entre el metal – ánodo‐ y el semiconductor tipo n –cátodo‐.
• Existe zona de agotamiento sólo en el lado semiconductor.
• El flujo de corriente se debe a los portadores mayoritarios en ambos lados (electrones).
• No hay almacenamiento de carga debida a portadores minoritarios inyectados en polarización directa (C_difusión=0).
• Caídas directas de tensión más bajas (0,3‐ 0,5). Las capacidades asociadas son tan bajas que es posible rectificar señales alternas del orden de los GHz.
• Aplicaciones en Electrónica Digital y en Electrónica de Potencia. Menor tensión de ruptura. Corriente de fuga significativamente mayor.