UNIÓN P-N Y EL DIODO RECTIFICADOR

    Continuamos nuestro post a partir  del anterior MATERIALES SEMICONDUCTORES: INTRÍNSECOS y EXTRÍNSECOS (TIPO P Y TIPO N) 

    EL DIODO RECTIFICADOR (Historia)

    Indagando un poco en la historia, en los comienzos de la electrónica, allá por finales del sXIX y principios del s.XX, se desarrollaron unos dispositivos similares a lámparas incandescentes en su conformación, pero con una función totalmente distinta, la de lograr que corriente eléctrica circule en un solo sentido. 

    Justamente, esa curiosa propiedad fue descubierta en uno de los tantos ensayos de Edison que se realizaban para mejorar el funcionamiento de las lámparas incandescentes.  

    Se creaba así la primer válvula Termo-electrónica que también fue llamado Diodo. Ese diodo primitivo se encontraba formado por un filamento, que se calentaba cuando circulaba una corriente a través de él, y una placa metálica que estaba conectada al terminal positivo. Debemos recordar que Edison era partidario de la corriente continua y sus ensayos se realizaron usando este tipo de corriente.  La idea original de Edison era que esa placa atraiga las partículas de carbón que se desprendían del primitivo filamento de la lámpara y que oscurecían el vidrio protector. 

   

     En un principio, este efecto no pudo ser explicado hasta 1910 en donde se estableció que el filamento al calentarse no solo emitía partículas de carbón si no que también emitía electrones que eran atraídos por la placa de metal conectado al terminal positivo.  (Recordemos que los electrones están cargados negativamente). Justamente la explicación de este fenómeno que  fue  fue llamado Efecto Edison, se considera el inicio de la electrónica como una rama separada de la electricidad. 

   

     Las válvulas o diodos fueron evolucionando a partir de esa idea primitiva, manteniendo la estructura básica, hasta la gran revolución que supuso el descubrimiento de las propiedades de los materiales semiconductores.

    

      EL DIODO RECTIFICADOR (La revolución de los semiconductores)    

    Como vimos anteriormente, para mejorar las propiedades de un semiconductor puro, se agregan impurezas de forma controlada dando lugar a dos tipos de semiconductor, el tipo P  y el tipo N. El estudio y desarrollo de materiales semiconductores  y su uso práctico se dio prácticamente a la par del desarrollo de las válvulas, desde finales del s. XIX.

    De hecho, incluso primitivos dispositivos de semiconductores se usaban antes de las válvulas para lograr el mismo efecto deseado, las válvulas se popularizaron por ser mas prácticas para luego volver a ser deslazadas por los semiconductores al mejorarse notablemente sus capacidades a mediados del s.XX.

  EL DIODO DE UNIÓN P-N

    Justamente, la gran revolución llegó cuando se pudo darle un uso práctico a los materiales semiconductores. Y es ahí cuando nace el diodo de unión formado por una parte de material P y otra de material N.  Dadas las características de cada tipo de semiconductor, al ser unidos se da origen a un nuevo comportamiento.

    Comportamiento 

    Al unirse ambos materiales, podríamos llegar a pensar que las cargas negativas de la región tipo N se anularán con la con los huecos de la región P. Eso sucede hasta cierto punto, ya que efectivamente los electrones libres de la región N que alcanzan la banda de conducción y se mueven a la región P rellenando los huecos, eso sucede hasta que en la región P se han rellenado tantos huecos que ahora ha aparecido un sector con gran cantidad de iones negativos,a su vez, en la región N han aparecido iones positivos. 

    Debemos recordar que tanto en el material P y el material N los átomos son eléctricamente neutros  ya que solo se ha favorecido, con el dopado, a que existan mayor cantidad de portadores en uno y otro material.

    La formación de esos iones negativos y positivos se detiene en un punto en el cual hay tal cantidad que crean una región de agotamiento (también llamada zona de depleción o barrera de potencial) en dónde la carga de los iones positivos repele la carga de los electrones impidiendo que estos se puedan mover de la zona N a la zona P.

    POLARIZACIÓN DIRECTA

    Como se ha mencionado mas arriba, no hay forma de que los electrones atraviesen por si mismos la zona de depleción o barrera de potencial si no es con ayuda de una polarización directa.  Veamos:

    Según los esquemas eléctricos se conecta el terminal negativo de la batería en la región N y el terminal positivo en la región P (la resistencia  en uno de los esquemas puede ser opcional para limitar la corriente que circule).

    Los electrones comenzarán a circular desde el polo negativo a la región N y de ahí hacia la región P venciendo la barrera de potencial, alojándose momentáneamente en los huecos, ya que van moviéndose de hueco en hueco hasta alcanzar el polo positivo completando el circuito. 

    Desde otro punto de vista podemos decir que los huecos se mueven desde el polo positivo hasta la zona de depleción favoreciendo la disponibilidad de huecos para que capten electrones que vienen desde la zona N.    

    Por eso podemos ver que las bibliografías hablan de corriente de electrones y corriente de huecos.  

    La famosa barrera de potencial recibe ese nombre debido a que el dispositivo debe ser conectado a una fuente que tenga un tensión superior a 0,2 V para el diodo de Germanio y superior a 0,6 V para el diodo de Silicio. Es decir es una diferencia de potencial que debe superarse.

    

    

Esquema del encapsulado mas común y su comparación con su símbolo

Encapsulado de vidrio

Diferentes tipos de encapsulados en que vienen los diodos rectificadores  a continuación

Fuentes

• Nave, C., 2021. HyperPhysics. [online] Hyperphysics.phy-astr.gsu.edu. Available at: <http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbasees/hframe.html> [Accessed 24 September 2021]
•  Rela, A., 2010. Electricidad y Electrónica. 1st ed. Buenos Aires: Ministerio de Educación. INET, pp.126 a 150.
• San Miguel, P., 2014. Electrónica. 2nd ed. Madrid: Paraninfo, pp.100,101,102,103.