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Mis palabras
B1 · Diodos

I-V del diodo: una válvula que fluye en un solo sentido

¿Cómo cambia el flujo al poner un voltaje externo sobre una unión pn? Barre tú mismo el voltaje de inverso a directo y observa la asimetría que se dispara solo en un sentido.

Barre el voltaje y traza la curva

Usa el deslizador para cambiar el voltaje sobre el diodo. El punto de operación se mueve por la curva: casi plano en inverso, y luego sube con fuerza pasado cierto punto en directo.

Voltaje aplicado VV = -0.30 V
Corriente del punto de operación I
I ≈ -Is (≈ 0)
La barrera es aún más alta. Salvo una diminuta corriente de saturación -Is, casi nada fluye.
Inverso · bloqueado

Un voltaje externo mueve la barrera

En A4 la unión construyó su propia barrera interna. Ahora añadimos un voltaje externo encima. Pon positivo en el lado p y negativo en el n (directo) y el voltaje externo rebaja la barrera interna; al revés (inverso) la barrera crece. Lo que fija el flujo es, al final, la altura de la barrera que los portadores deben subir.

Directo: la corriente sube exponencialmente

El número de portadores que superan la barrera depende exponencialmente de su altura (la misma forma que el factor de Boltzmann de A1). Por eso, una pequeña caída de la barrera por un voltaje directo hace crecer la corriente de forma explosiva. En un diodo de silicio la curva se dobla como un codo en torno a 0,7 V y se dispara. Este es el término exp(V/VT) de la ecuación de Shockley.

ObservaI = Is (exp(V/VT) - 1)
La ecuación de Shockley contiene toda la corriente del diodo.
EligeVT = ? (≈ 26 mV)
El voltaje térmico es kT/q, unos 26 mV a temperatura ambiente.
CompletaV << 0 → I ≈ ?
En inverso profundo el término exponencial desaparece y queda -Is.
Por tu cuentaV >> VT → I ≈ ?
En directo el término exponencial domina y se dispara.

Inverso y rectificación

En inverso la barrera crece, así que los portadores mayoritarios apenas cruzan y solo fluye una corriente de saturación -Is muy pequeña. El diodo es así una válvula de un solo sentido: gran corriente en directo, casi cero en inverso. Aplica un voltaje alterno y deja pasar solo los semiciclos positivos, convirtiendo CA en CC pulsante. Esto es la rectificación, la primera etapa de todo adaptador de corriente.

De vuelta a la primera pantalla

Con el deslizador en inverso la curva estaba plana, y al empujarlo a directo subió con fuerza pasado un codo. El mismo dispositivo, y un solo sentido del voltaje cambia por completo el flujo. La raíz de esa asimetría es la barrera de A4. El voltaje externo solo rebaja o eleva la barrera, y como el número de portadores que la superan responde exponencialmente, la curva se dispara en un solo sentido. Esta válvula de un sentido es el núcleo de la rectificación, que convierte CA en CC.

Un diodo es una válvula de un sentido: una unión pn con un voltaje externo. La polarización directa baja la barrera interna y la corriente se dispara exponencialmente; la inversa la sube y solo fluye una diminuta corriente de saturación -Is. Esta asimetría de un sentido convierte CA en CC pulsante: la rectificación. Ecuación de Shockley I = Is (exp(V/VT) - 1), voltaje térmico VT = kT/q.

Lo que sigue

Ahora tienes una válvula de un sentido. La siguiente unidad da forma a señales con ella: el recorte (clipping), que corta la parte que supera cierto voltaje, y la fijación (clamping), que desplaza la línea base de toda la onda. El encendido y apagado de un mismo diodo se vuelve una herramienta para procesar señales.