miércoles, 30 de septiembre de 2009

SEMICONDUCTORES

Algunos átomos de materiales como el silicio y el germanio, tienen 4 electrones girando en su última capa. Esto cuatro electrones se pueden combinar con los electrones de otros elementos como el fosforo, arsénico, antimonio, que tienen cinco electrones en su última capa o también se pueden combinar con elementos como el boro, galio o indio, que tienen tres electrones en su última capa. Estos elementos son llamados impurezas.
Si combinamos Silicio o Germanio con un elemento que tiene cinco electrones girando en su última capa, los átomos forman enlaces covalentes. Al combinar los cinco electrones de la impureza con los cuatro electrones del Germanio o Silicio, queda sobrando un electrón ya que el máximo número de ellos en la última capa son ocho. Como resultado queda un electrón libre. Sumando todos estos electrones libres nos resulta una gran cantidad capaz de establecer una corriente eléctrica. A este material con exceso de electrones, se le llama material tipo N. Si en vez de elementos con cinco electrones en su última capa, agregamos al Silicio o Germanio elementos con tres electrones, la combinación da como resultado 7 electrones en su última capa, dejando un hueco por cada átomo. Este hueco actúa igual que un electrón pero con carga positiva. A este material se la llama tipo N. Esto se muestra en la siguiente figura:




Conociendo estas características, pasemos al estudio de los diodos y transistores:
DIODOS: Si tomamos un material tipo N y otro tipo P, los unimos con un contacto eléctrico entre ellos de tal forma que puedan conducir una corriente eléctrica, tenemos como resultado el dispositivo semiconductor tan importante llamado diodo, como lo muestra la siguiente figura:




Si conectamos una batería al diodo de la forma como se muestra en la figura anterior, el terminal negativo de la misma, repele los electrones del material tipo N, estos electrones cruzan la unión PN hacia la región tipo P y de ahí al terminal positivo de la batería. Lo mismo sucede con los huecos de la zona tipo P, son repelidos por el terminal positivo de la batería hacia la zona N y atraídos por el terminal negativo de la batería. De esta forma se establece una corriente eléctrica.
Ahora invirtamos las conexiones como en la siguiente figura:


Conectado de esta forma, el terminal positivo de la batería atrae los electrones de la zona tipo N, lo mismo sucede con los huecos, son atraídos por el terminal negativo de la batería. Los electrones no alcanzan a pasar la juntura por lo que no se establece un flujo de corriente.
El comportamiento del diodo conectado con voltaje directo como en el primer caso, o con voltaje inverso como en el segundo caso, hace que sea ideal en la rectificación de la corriente alterna.

Rectificación quiere decir convertir la corriente alterna en corriente continua.
Supongamos que tenemos una fuente de corriente alterna conectada a un diodo con las señales ilustradas gráficas como en la siguiente figura:


Como la corriente alterna cambia de polaridad en cada medio ciclo, cuando el terminal superior es positivo (medio ciclo positivo), el diodo está polarizado directamente y conduce corriente. El voltaje aparece a través del resistor como se indica en el primer medio ciclo positivo de la onda de salida. Cuando el terminal superior de la fuente de corriente alterna es negativo, el diodo está polarizado en forma inversa por lo que no conduce corriente. En el resistor no aparece voltaje alguno, esto está indicado en la onda de salida. El resultado es una corriente circulando en una sola dirección. Como la corriente es senoidal se llama corriente continua pulsante. Las pulsaciones se eliminan agregando otros componentes como capacitores, bobinas, es decir filtros, cuyo estudio está fuera del alcance de este manual. En la próxima entrega veremos los transistores.