Fundamentos de Semiconductores: Tipos, Diodos, Transistores y Efecto Hall

Clasificación de Semiconductores

Semiconductores Intrínsecos

Es el material que está formado por un único componente (por ejemplo, el silicio). Los semiconductores intrínsecos tienen una resistividad cercana a la de los materiales aislantes y, por lo tanto, son malos conductores.

Semiconductores Extrínsecos

Según la cantidad de impurezas que introduzcamos (proceso conocido como dopaje), el semiconductor extrínseco conducirá mejor o peor la electricidad. Puede llegar a estados de conducción cercanos a los de los conductores, permitiendo fabricar el semiconductor que mejor se ajuste a la aplicación requerida.

Tipos de Dopaje (Semiconductores Extrínsecos)

Semiconductores Tipo N

Es un semiconductor extrínseco dopado con impurezas que aportan cinco electrones en su capa externa. El desplazamiento de las cargas eléctricas lo realizan los electrones (cargas negativas), por eso se denomina Tipo N.

Semiconductores Tipo P

Es un semiconductor extrínseco dopado con impurezas de un elemento con tres electrones en su capa externa. Se les denomina Tipo P porque en ellos el desplazamiento de las cargas se produce por huecos (cargas positivas).

El Diodo y sus Variantes

El Diodo (Unión PN)

Es la unión de dos semiconductores: uno tipo P y otro tipo N. Para que la unión permita el paso de la corriente, es necesario polarizarla adecuadamente.

Polarización del Diodo

• Polarización Directa: Ocurre cuando la zona P tiene una tensión mayor que la zona N. Cuando ese valor es mayor que 0.6 V (para diodos de silicio), el diodo conduce.
• Polarización Inversa: Caso contrario. El diodo se comporta como un circuito abierto y no conduce.

Diodo LED (Light Emitting Diode)

Al polarizarse en directo, conduce y emite luz, que puede ser de diferentes colores. Trabajan con tensiones típicas de 2 V y con intensidades del orden de miliamperios (mA).

Diodo Zener

Trabaja principalmente en polarización inversa. Conduce si el voltaje que lo alimenta sobrepasa un valor determinado, conocido como tensión de ruptura o tensión Zener.

El Transistor

Definición y Composición

Componente electrónico que está constituido por la unión de dos diodos con la zona central común.

Composición y Tipos

Presenta tres zonas en las que se encuentran semiconductores extrínsecos, dando lugar a dos tipos:

• PNP
• NPN

Tendremos también tres conexiones exteriores:

• Base
• Colector
• Emisor

El sentido de la flecha en el símbolo nos indica la dirección en la que circula la intensidad por su interior.

Transistor como Interruptor (Comparación con Relé)

Mientras que en un relé se permite el paso de la intensidad a través de los contactos 30 y 87 siempre que tengamos corriente entre 85 y 86, en un transistor se permite el paso de intensidad (entre Colector y Emisor) siempre que tengamos corriente entre la Base y el Emisor.

El Tiristor (SCR)

Composición y Funcionamiento

Componente eléctrico constituido por la unión de cuatro zonas de semiconductores extrínsecos (P-N-P-N).

Conexiones

Tiene tres conexiones:

• Ánodo
• Cátodo
• Compuerta (Gate)

Funcionamiento

Se comporta como un diodo: no conduce cuando está polarizado inversamente. Para que conduzca en polarización directa, debemos aplicarle una intensidad a través de la Compuerta. Una vez activado, el tiristor sigue conduciendo (estado de enganche) aunque desaparezca la intensidad de la Compuerta.

Ventajas

Permiten manejar mayores tensiones e intensidades que otros componentes de conmutación.

Efecto Hall

Cuando por un semiconductor circula una corriente que es sometida a los efectos de un campo magnético, se genera en sus extremos una diferencia de potencial (tensión Hall) con un valor proporcional al campo magnético.

La velocidad a la que se interrumpe la intensidad generada es la que nos indica la velocidad del elemento que está girando (aplicación común en sensores de velocidad).