11.2 : Diodo: polarización directa

En los dispositivos semiconductores, los diodos desempeñan un papel crucial en la dirección del flujo de corriente y su funcionamiento se clasifica principalmente en polarización directa y polarización inversa. Se dice que un diodo tiene polarización directa cuando su región tipo p está conectada al terminal positivo de una batería y su región tipo n está conectada al terminal negativo. Esta configuración reduce la barrera de potencial dentro del diodo, permitiendo que la corriente fluya fácilmente desde la región de tipo p a la región de tipo n.

El comportamiento de un diodo en polarización directa se rige por sus características I-V, que están influenciadas por el material, la temperatura y las dimensiones físicas del diodo. Cuando está polarizado en directa, la corriente (I_D) de un diodo se puede describir mediante la ecuación del diodo:

donde I_S es la corriente de saturación, q es la carga del electrón, V_D es el voltaje aplicado a través del diodo, n es el coeficiente de emisión, k es la constante de Boltzmann y T es la temperatura de la unión. El voltaje térmico V_T (kT/q) mide la energía requerida para mover los portadores de carga a través del diodo y su valor a temperatura ambiente es de aproximadamente 26 mV.

El diodo muestra una corriente insignificante para voltajes inferiores al voltaje de corte, normalmente 0,7 V para diodos de silicio. En polarización directa, por cada década de cambio en la corriente directa, el voltaje del diodo cambia aproximadamente 60 mV. La corriente de saturación (I_S) varía con la temperatura y el área de la sección transversal del diodo y se duplica por cada aumento de 10°C. Debido a la dependencia de la temperatura de I_S y V_T, la caída de voltaje de un diodo disminuye aproximadamente 2 mV por cada aumento de 1°C en la temperatura a una corriente constante, una propiedad aprovechada en los circuitos de detección de temperatura como los termómetros electrónicos. Comprender estas propiedades es crucial para la electrónica donde los diodos son componentes centrales, como rectificadores, mezcladores de señales y reguladores de voltaje.