En el mercado podemos encontrar muchos tipos de
diodos que nos sirven para distintas aplicaciones. Ahora vamos a ver las
características principales de algunos de ellos.
Diodos PIN
El diodo PIN es un diodo que presenta una región P fuertemente dopada y otra
región N también fuertemente dopada, separadas por una región de material que
es casi intrínseco. Este tipo de diodos se utiliza en frecuencias de microondas,
es decir, frecuencias que exceden de 1 GHz, puesto que incluso en estas frecuencias
el diodo tiene una impedancia muy alta cuando está inversamente polarizado y
muy baja cuando esta polarizado en sentido directo. Además, las tensiones de
ruptura están comprendidas en el margen de 100 a 1000 V.
En virtud de las características del diodo PIN se le puede utilizar como interruptor
o como modulador de amplitud en frecuencias de microondas ya que para todos
los propósitos se le puede presentar como un cortocircuito en sentido directo
y como un circuito abierto en sentido inverso. También se le puede utilizar
para conmutar corrientes muy intensas y/o tensiones muy grandes.
El diodo se forma partiendo de silicio tipo P de alta resistividad. La capa
P de baja resistividad representada, está esta formada por difusión de átomos
de boro en un bloque de silicio tipo P y la capa N muy delgada está formada
difundiendo grandes cantidades de fósforo. La región intrínseca i es realmente
una región P de alta resistividad y se suele denominar región p. Cuando el circuito
está abierto, los electrones fluyen desde la región i(p) hasta la región P para
recombinarse con los huecos en exceso, y los huecos fluyen desde la región i
para recombinarse con los electrones de la región N. Si el material i(p) fuese
verdaderamente intrínseco, la caída de tensión en la región i sería nula, puesto
que la emigración de huecos sería igual a la emigración de electrones. Si embargo,
como el material es en verdad p (P de alta resistividad), hay mas huecos disponibles
que electrones.
Cuando se aplica una polarización inversa al diodo los electrones y los huecos
del material p son barridos (swept free). Un posterior aumento de la tensión
inversa simplemente incrementa las distribuciones de tensiones P-I e I-N. En
el diodo PIN la longitud de la región de transición L es aproximadamente igual
a la región i y aproximadamente independiente de la tensión inversa. Por lo
tanto, a diferencia de los diodos PN o Schottky, el diodo PIN tiene una capacidad
inversa que es aproximadamente constante, independiente de la polarización.
Una variación típica de la capacidad podría ser desde 0,15 hasta 0,14 pF en
una variación de la polarización inversa de, por ejemplo, 100 V. En virtud de
que es igual a la longitud de la región i, la longitud de la región de transición
es aproximadamente constante y considerablemente mayor que la de otros diodos
y, por lo tanto, la capacidad CR, que es proporcional a 1/L es significativamente
menor que la de otros diodos, por lo que el diodo PIN es apropiado para aplicaciones
de microondas. Los valores normales de CR varían desde 0,1 pF hasta 4 pF en
los diodos PIN, comercialmente asequibles.
Cuando el diodo está polarizado en sentido directo, los huecos del material
P se difunden el la región p, creando una capa P de baja resistividad. La corriente
es debida al flujo de los electrones y de los huecos cuyas concentraciones son
aproximadamente iguales en la región i. En la condición de polarización directa
la caída de tensión en la región i es muy pequeña. Además, al igual que el diodo
PN, cuando aumenta la corriente, también disminuye la resistencia. En consecuencia
el diodo PIN es un dispositivo con su resistencia o conductancia modulada. En
una primera aproximación, la resistencia rd en pequeña señal es inversamente
proporcional a la corriente IDQ con polarización directa, lo mismo que en el
diodo PN.
En frecuencias de microondas se representa de maneras mas sencillas por una
capacidad CR en serie con la resistencia directa rd. Con tensiones directas,
CR es aproximadamente infinita, mientras que en polarización inversa, rd es
aproximadamente nula. La capacidad CS es la capacidad parásita paralelo que
se produce soldando el diodo a la cápsula y LS es la inductancia serie debida
a los hilos de conexión desde el diodo hasta la cápsula.
Diodos Varactores (Varicap)
Los diodos varactores [llamados también varicap (diodo con capacitancia-voltaje
variable) o sintonizadores] son semiconductores dependientes del voltaje, capacitores
variables. Su modo de operación depende de la capacitancia que existe en la
unión P-N cuando el elemento está polarizado inversamente. En condiciones de
polarización inversa, se estableció que hay una región sin carga en cualquiera
de los lados de la unión que en conjunto forman la región de agotamiento y definen
su ancho Wd. La capacitancia de transición (CT) establecida por la región sin
carga se determina mediante:
CT = E (A/Wd)
donde E es la permitibilidad de los materiales semiconductores, A es el área
de la unión P-N y Wd el ancho de la región de agotamiento.
Conforme aumenta el potencial de polarización inversa, se incrementa el ancho
de la región de agotamiento, lo que a su vez reduce la capacitancia de transición.
El pico inicial declina en CT con el aumento de la polarización inversa. El
intervalo normal de VR para diodos varicap se limita aproximadamente 20V. En
términos de la polarización inversa aplicada, la capacitancia de transición
se determina en forma aproximada mediante:
CT = K / (VT + VR)n
donde:
K = constante determinada por el material semiconductor y la técnica de construcción.
VT = potencial en la curva según se definió en la sección
VR = magnitud del potencial de polarización inversa aplicado
n = 1/2 para uniones de aleación y 1/3 para uniones de difusión
El diodo túnel
En 1958, el físico japonés Esaki, descubrió que los diodos semiconductores
obtenidos con un grado de contaminación del material básico mucho mas elevado
que lo habitual exhiben una característica tensión-corriente muy particular.
La corriente comienza por aumentar de modo casi proporcional a la tensión aplicada
hasta alcanzar un valor máximo, denominado corriente de cresta. A partir de
este punto, si se sigue aumentando la tensión aplicada, la corriente comienza
a disminuir y lo siga haciendo hasta alcanzar un mínimo, llamado corriente de
valle, desde el cual de nuevo aumenta. El nuevo crecimiento de la corriente
es al principio lento, pero luego se hace cada vez mas rápido hasta llegar a
destruir el diodo si no se lo limita de alguna manera. Este comportamiento particular
de los diodos muy contaminados se debe a lo que los físicos denominan efecto
túnel, del que no nos ocuparemos aquí debido a su complejidad. Para las aplicaciones
prácticas del diodo túnel, la parte mas interesante de su curva característica
es la comprendida entre la cresta y el valle. En esta parte de la curva a un
aumento de la tensión aplicada corresponde una disminución de la corriente;
en otros términos, la relación entre un incremento de la tensión y el incremento
resultante de la corriente es negativa y se dice entonces que esta parte de
la curva representa una "resistencia incremental negativa". Una resistencia
negativa puede compensar total o parcialmente una resistencia positiva. Así,
por ejemplo, las pérdidas que se producen en un circuito resonante a causa de
la presencia siempre inevitable de cierta resistencia en el, se compensa asociando
al circuito una resistencia negativa de valor numérico conveniente y realizada
por ejemplo, mediante un diodo túnel. En tal caso el circuito oscilante se transforma
en un oscilador. Los ejemplo de circuito que se describen a continuación muestra
como puede aprovecharse este fenómeno en la práctica.
Diodo de contacto puntual
El rectificador de contacto puntual consiste en un semiconductor sobre el que
descansa la punta de un alambre delgado.
La curva de corriente versus voltaje es cualitativamente similar a la del diodo
de unión. Sin embargo, para un voltaje positivo dado, el diodo de contacto puntual
conduce algo mas de corriente. Más aún, conforme el voltaje negativo aumenta,
la corriente inversa tiende a aumentar mas bien que permanecer aproximadamente
constante. La marca inflexión en la curva del diodo de unión en -V» no ocurre
en los diodos de contacto puntual, dado que el calentamiento de tal punto ocurre
a voltajes mucho mas bajos y produce un aumento gradual de la conductancia en
la dirección negativa. |
