Ultima edición el 16 septiembre, 2021 por JORGE CABRERA BERRÍOS
Indice de contenidos
Unión PN polarizada hacia adelante
Se dice que una unión PN está polarizada hacia adelante cuando la región de tipo p de una unión está conectada al terminal positivo de una fuente de voltaje y la región de tipo n está conectada al terminal negativo de la fuente de voltaje.
En esta condición de polarización directa, debido a la atracción del terminal positivo de la fuente, los electrones que participaron en la creación de enlaces covalentes en el material de tipo p serán atraídos hacia el terminal.
Como resultado, el número de enlaces covalentes se rompe y los electrones se desplazan hacia el terminal positivo. Esto da como resultado que la concentración de electrones en el cristal más cercano al terminal aumente, y estos electrones se recombinan con huecos aquí.
De esta forma, el número de orificios aumenta en la parte de la región de tipo p alejada de la unión, y se reduce en la parte de la región de tipo p más cercana al terminal a medida que dichos orificios se desplazan del terminal a la unión.
Debido a la mayor concentración de huecos adyacentes a la capa de iones de impurezas negativas, los electrones de iones negativos salen y se recombinan con esos huecos y crean nuevos huecos en la capa. En consecuencia, el ancho de esta capa de iones negativos se reduce y, finalmente, esta capa desaparece.
De manera similar, debido al terminal negativo de la fuente, los electrones libres en la región de tipo n se derogarán hacia la unión donde encontrarán la capa de iones de impurezas positivos y comenzarán a recombinarse con estos iones y generarán electrones libres dentro de la capa. En consecuencia, el ancho de los iones de impureza positivos se reduce y, finalmente, desaparece.
De esta manera, ambas capas de iones desaparecen y no habrá más capa de agotamiento. Después de que desapareció la capa de agotamiento, los electrones libres de la región de tipo n pueden derivar fácilmente a la región de tipo py los huecos de la región de tipo p a la región de tipo n en el cristal.
Por lo tanto, idealmente, no habrá obstrucción del flujo de corriente y la unión PN se comportará como un cortocircuito.
Unión PN con polarización inversa
Cuando el terminal positivo de una fuente de voltaje está conectado a la región de tipo ny el terminal negativo de la fuente está conectado a la región de tipo p. Se dice que la unión PN está en condición de polarización inversa.
Cuando no se aplica voltaje a través de la unión pn, el potencial desarrollado a través de la unión es de 0.3 voltios a 25 o C para el germanio en la unión y 0.7 voltios a 25 o C para la unión pn de silicio.
La polaridad de esta barrera de potencial es la misma que la polaridad de la fuente de voltaje aplicada durante la condición de polarización inversa. Si aumenta el voltaje polarizado inverso a través de la unión PN, también aumenta el potencial de barrera desarrollado a través de la unión PN. Por tanto, la unión PN se ensancha.
Cuando el terminal positivo de la fuente está conectado a la región de tipo n, los electrones libres de esa región se atraen hacia el terminal positivo de la fuente debido a que se crean más iones de impureza positivos en la capa de agotamiento, lo que hace que la capa de impureza positiva. iones más gruesos.
Al mismo tiempo, dado que el terminal negativo de la fuente está conectado a la región de tipo p de la unión, se inyectan electrones en esta región.
Debido al potencial positivo de la región de tipo n, los electrones se desvían hacia la unión y se combinan con los huecos adyacentes a la capa de iones de impurezas positivos y crean más iones de impurezas positivos en la capa. Por tanto, aumenta el grosor de la capa. 
De esta manera, el ancho total de la capa de agotamiento aumenta junto con su potencial de barrera. Este incremento del ancho de la capa de agotamiento continuará hasta que el potencial de barrera alcance el voltaje polarizado inverso aplicado.
Aunque este incremento de potencial de barrera continuará hasta el voltaje polarizado inverso aplicado, si el voltaje polarizado inverso aplicado es suficientemente alto, entonces la capa de agotamiento desaparecerá debido a la ruptura de Zener y las fallas de avalancha .
También debe tenerse en cuenta que después de completar la capa de agotamiento polarizada inversamente, no hay más deriva de los portadores de carga (electrones y huecos) a través de la unión, ya que la barrera de potencial se opone al voltaje aplicado que tiene el mismo valor que la barrera de potencial.
Aunque una pequeña corriente fluye desde la región de tipo n a la región de tipo p debido a los portadores minoritarios que son electrones generados térmicamente en un semiconductor de tipo p y huecos en un semiconductor de tipo n .
Corriente directa en la unión PN
Cuando el voltaje de la batería se aplica a través de la unión de polarización directa, una corriente fluirá continuamente a través de esta unión. 
I S es la corriente de saturación ( 10-9 a 10-18 A)
V T es la temperatura equivalente a voltios (= 26 mV a temperatura ambiente)
n es el coeficiente de emisión (1 ≤ n ≤ 2 para CI de Si)
En realidad, esta expresión es aproximado.
Corriente inversa en la unión PN
Cuando una unión pn está conectada a través de una batería de tal manera que su región de tipo n está conectada a la potencia positiva de la batería y la región de tipo p está conectada a la potencia negativa de la batería, se dice que la unión pn es en condición de polarización inversa. Idealmente, no hay corriente fluyendo a través de la unión. Pero prácticamente habrá una pequeña corriente de polarización inversa i D que se expresa como.
i D cae al valor cero o al valor mínimo. i D se puede escribir como i 0 . 
I S es la corriente de saturación ( 10-9 a 10-18 A)
V T es la temperatura equivalente a voltios (= 26 mV a temperatura ambiente)
n es el coeficiente de emisión (1 ≤ n ≤ 2 para CI de Si)
En realidad, esta expresión es aproximada.
Especificación general de la unión PN
Una unión pn se especifica de cuatro maneras.
- Caída de tensión directa (V F ): es la tensión de nivel de unión de polarización directa (0,3 V para germanio y 0,7 V para diodo de silicio)
- Corriente directa promedio (I F ): Es la corriente polarizada hacia adelante debido al flujo de electrones de deriva o la mayoría de los portadores. Si la corriente directa promedio excede su valor, el diodo se sobrecalienta y puede dañarse.
- Voltaje inverso máximo (V R ): El voltaje inverso máximo a través del diodo en su condición de polarización inversa. Este diodo de voltaje inverso se descompondrá debido a sus portadores minoritarios.
- Máxima disipación de energía (P): es el producto de la corriente directa y la tensión directa.
VI Características de una unión PN
En el sesgo directo, la región operativa está en el primer cuadrante. El voltaje de umbral para el germanio es de 0,3 V y para el silicio es de 0,7 V. Más allá de este voltaje de umbral, el gráfico va hacia arriba de una manera no lineal. Este gráfico es para la resistencia dinámica de la unión en la polarización directa.
En la polarización inversa, el voltaje aumenta en la dirección inversa a través de la unión pn, pero no hay corriente debido a la mayoría de los portadores, solo fluye una mínima corriente de fuga. Pero a un cierto voltaje inverso, la unión pn se interrumpe en la conducción.
Solo se debe a los portadores minoritarios. Esta cantidad de voltaje es suficiente para que estos portadores minoritarios rompan la región de agotamiento. En esta situación, una corriente fuerte fluirá a través de esta unión. Esta ruptura de voltaje es de dos tipos.
- Desglose por avalancha : no es un gráfico nítido, sino un gráfico lineal inclinado, es decir, después de la rotura, un pequeño aumento en el voltaje inverso provoca una corriente más nítida gradualmente.
- Desglose Zener : este desglose es agudo y no es necesario aumentar el voltaje de polarización inversa para obtener más corriente, porque la corriente fluye bruscamente.
Resistencias de empalme pn
Resistencia dinámica de la unión pn
A partir de las características de VI de una unión pn, está claro que el gráfico no es lineal. La resistencia de la unión pn polarizada hacia adelante es r d ohm; se llama resistencia CA o resistencia dinámica. Es equivalente a la pendiente de voltaje-corriente de la unión PN .
Resistencia AC promedio de la unión pn
La resistencia de CA promedio está determinada por la línea recta trazada que une la intersección de los valores mínimo y máximo de la tensión de entrada externa . 
Algunos términos importantes relacionados con pn Junction
Capacitancia de transición de la unión PN
Cuando existe la región de agotamiento en la unión común alrededor, el diodo actúa como un condensador. Aquí, la región de agotamiento es el dieléctrico y dos regiones (tipo py tipo n) en ambos extremos actúan como las placas cargadas de un condensador . A medida que la capa de agotamiento disminuye, el valor de capacitancia disminuye.
Capacitancia de difusión de la unión PN
Es la capacitancia del diodo en la condición de polarización directa y se define como la relación entre la carga en tránsito creada y el cambio diferencial de voltaje .
Cuando la corriente a través de la unión aumenta, la capacitancia de difusión también aumenta. Junto con este aumento en la corriente, la resistencia polarizada hacia adelante también disminuye. Esta capacitancia de difusión es algo mayor que la capacitancia de transición.
Tiempo de almacenamiento de la unión PN
Es el tiempo que tardan los electrones en moverse desde la región de tipo n a la región de tipo p y la región de tipo p a la región de tipo n aplicando simultáneamente voltaje de polarización directa e inversa durante la conmutación.
Tiempo de transición de la unión PN
Es el tiempo que tarda la corriente en disminuir para invertir la corriente de fuga. Este tiempo de transición se puede determinar mediante la geometría de la unión PN y la concentración del nivel de dopaje.
Tiempo de recuperación inverso de la unión PN
Es la suma del tiempo de almacenamiento y el tiempo de transición. Es el momento para que un diodo aumente la corriente aplicada para obtener el 10% del valor de estado constante de la corriente de fuga inversa.
