Diodo Shockley
Símbolo del diodo Shockley.
Gráfica V-I del diodo Shockley Un diodo Shockley es un dispositivo de dos terminales que tiene dos estados estables: uno de bloqueo o de alta impedancia y de conducción o baja impedancia. No se debe confundir con el diodo de barrera Schottky Schottky.. Está formado por cuatro capas de semiconductor de tipo N y P, dispuestas alternadamente. Es un tipo de tiristor tiristor.. La característica Tensión-Corriente (V-I) se muestra en la figura. La región I es la región de alta impedancia y la III, la región de baja impedancia. Para pasar del estado apagado al de conducción, se aumenta la tensión en el diodo hasta alcanzar la tensión de conmutación, denominada Vs. La impedancia del diodo desciende bruscamente, haciendo que la corriente que lo atraviesa se incremente y disminuya la tensión, hasta alcanzar un nuevo equilibrio en la región III (Punto B). Para volver al estado apagado, se disminuye la corriente hasta la corriente de mantenimiento, denominada Ih. En ese instante el diodo aumenta su impedancia, reduciendo, todavía más la corriente, mientras aumenta la tensión en sus terminales, cruzando la re gión II, hasta que alcanza el nuevo equilibrio en la región I (Punto A). La t ensión inversa de deavalancha es denominada V rb. Este dispositivo fue desarrollado por William Bradford Shockley tras abandonar los Laboratorios Bell y fundar Shockley Semiconductor. Semiconductor . Fueron fabricados por Clevite-Shockley.
1. Diodo Shockley Mauricio romero 2. El diodo Shockley es un tiristor con dos terminales: ánodo y cátodo. Está constituido por cuatro capas semiconductoras que forman una estructura pnpn. Actúa como un interruptor: está abierto hasta que la tensión directa aplicada alcanza un cierto valor, entonces se cierra y permite la conducción. La conducción continúa hasta que la corriente se reduce por debajo de un valor específico 3. CARACTERISTICA TENSION-INTENSIDAD Para valores negativos del voltaje aplicado, como en un diodo, sólo habrá una corriente muy pequeña hasta que se alcance la tensión de ruptura ( V RB ). En polarización positiva, se impide el paso de corriente hasta que se alcanza un valor de tensión V B0 . Una vez alcanzado este punto, el diodo entra en conducción, su tensión disminuye hasta menos de un voltio y la corriente que pasa es limitada, en la práctica, por los componentes externos. La conducción continuará hasta que de algún modo la corriente se reduzca por debajo de la corriente de mantenimiento I H . L a corriente que puede atravesar el dispositivo en polarización directa tiene un límite impuesto por el propio componente ( I MAX ), que si se supera llevará a la destrucción del mismo. Por esta razón, será necesario diseñar el circuito en el que se instale este componente de tal modo que no se supere este valor de corriente. Otro parámetro que al superarse puede provocar la ruptura del dispositivo es V RB , ya que provocaría un fenómeno de avalancha similar al de un diodo convencional. 4. 5. simbolos 6. El diodo de 4 capas o diodo Shockley maneja aplicaciones como: Osciladores y Dispositivos de Disparo a SCR . Aplicaciones Practicas del Diodo Shockley: Uso descontinuado en la actualidad Tiristores Bidireccionales Bidireccional: Conducen en ambos sentidos
DIODO SHOCKLEYEl estudio de los tiristores comienza con un dispositivo semiconductor llamado diodo de cuatro capas,también conocido como diodo PNPN, o diodo Shockley en honor a su inventor, William Shockley. Unailustración simple de la estructura del diodo Shockley que se puede encontrar comúnmente en los librosde texto, es la que consiste en cuatro capas de materiales semiconductores en configuración P-N-P-N,la cual se ilustra en la siguiente figura. Figura 1. Estructura del Diodo Shockley Desafortunadamente esta figura no ayuda mucho a comprender el cómo y porque se comporta de lamanera en que lo hace. Por lo cual para fines didácticos se analizará una estructura que guardaequivalencia con su estructura original. Figura 2. Circuito Equivalente a transistores Mostrado de esta manera, se asemeja a un par de transistores bipolares interconectados, uno del tipo PNy o t r o d e l t i p o N P N . D i b u j a d o u t i l i z a n d o s i m b o l o g í a e s q u e m á t i c a s t a n d a r d , y r e s p e t a n d o l a s concentraciones del dopaje de los materiales semiconductores, no ilustradas en la figura 2, el diodoShockley puede ilustrarse en la siguiente figura. Figura 3. estructura Cristalina, Circuito Equivalente y símbolo
Para analizar el comportamiento del diodo Shockley, debemos conectarlo a una fuente de alimentacióny colocarle una resistencia de carga. Lo cual se ilustra a continuación. Figura 4. Circuito para analizar c omportamiento Sin voltaje aplicado, es obvio que no existe circulación de corriente. Conforme el voltaje de la fuente seincrementa gradualmente, aún así todavía no habrácirculación de corriente debido a que ninguno de lostransistores está en posibilidad de conducir corriente, ambos se encuentran en circuito abierto. Paraent en de r es ta situación recuerde que para llevar un transistor bipolar a su estado de conducción senecesita una corriente circulando a través de la unión base-emisor. Como puede observarse en la figura4, la corriente de base del transistor inferior es controlada por el transistor superior y la cor riente debase del transistor superior es controlada por e l transistor inferior. En otras palabras, ninguno de lostransistores puede entrar en conducción hasta que el otro entre en conducción.En condiciones ideales este estado de no conducción debería de conservarse debido a que ninguno delos transistores puede
entrar en conducción sin importar el nivel de voltaje aplicado.En condiciones reales sin embargo , los transistores tienen un valor máximo de voltaje entre colector-emisor que pueden soportar antes de que se produzca la conducción de corriente, a este voltaje se leconoce como voltaje de ruptura. Una vez que uno de los transistores entra en conducción ocasiona queel ot ro tr an si st or también entre en conducción alcanzando ambos la saturación por el efecto de laretroalimentación positiva y se mantienen en este estado de conducción mientras no se desconecte lafuente de alimentación.Entonces puede deducirse que podemos hacer que un diodo Shockley entre en conducción aplicándoleun nivel de voltaje adecuado entre sus term inales , lo cual ocasi onará que uno de los tran sisto res internos entre en conducción y ocasionará que el otro transistor entre en conducción y se mantienen enese estado indefinidamente.Para hacer que el diodo deje de conducir, debemos disminuir el voltaje aplicado entre sus terminales,sin embargo se observa que aún reduciendo dicho voltaje por debajo del valor que fue necesario parahacerlo entrar en conducción el diodo sigue en estado de conducción. La solución a esta situación esbajar el voltaje a un nivel donde la cor riente que fluya ya no es la suficiente para mantener el efecto deconducción, en este punto, uno de las transistores dejara de conducir y ocasionará que el otro transistortambién deje de conducir. Este fenómeno se conoce como Histéresis.
Si dibujamos la secuencia de eventos descritos y graficamos el comportamiento de la s se ña le s de Corriente y Voltaje, el efecto de Histéresis es evidente. En la figura 5, se observa el circuito con unaseñal de cero voltios aplicados. Figura 5. Cero Voltaje = Cero Corriente Después empezamos a incrementar gradualmente el voltaje aplicado, la corriente en el circuito e sp r á c t i c a m e n t e c e r o d e b i d o a q u e n o s e h a a l c a n z a d o e l v o l t a j e d e r u p t u r a p a r a n i n g u n o d e l o s transistores, como se aprecia en la figura 6. Figura 6. Voltaje aplicado, sin corriente Cuando el voltaje de ruptura de un t ransistor es alcanzado, este comenzará a conducir sin importar queno exista corriente de base que lo ocasione. Normalmente este tipo de operación destruiría el transistor,pero las uniones de cristales que conforman un diodo Shockley son diseñadas para soportar este tipo deabuso, de manera similar a la forma en que un diodo zener es construido para soportar un voltaje deruptura inverso sin sufrir daño físico. Figura 7. Más voltaje, conducción.
