CONDUCTORES ELECTRICOS

Los semiconductores 

Un semiconductor es un material aislante que, cuando se le añaden ciertas sustancias o en un determinado contexto, se vuelve conductor. Esto quiere decir que, de acuerdo a determinados factores, el semiconductor actúa a modo de aislante o como conductor.

Un semiconductor es un material aislante que, cuando se le añaden ciertas sustancias o en un determinado contexto, se vuelve conductor. Esto quiere decir que, de acuerdo a determinados factores, el semiconductor actúa a modo de aislante o como conductor.

Los semiconductores pueden ser intrínsecos o extrínsecos.

Los semiconductores intrínsecos (que también se conocen como semiconductores extremadamente puros) son cristales que, a través de enlaces covalentes entre los átomos, desarrollan una estructura de tipo tetraédrico A temperatura de ambiente, estos cristales tienen electrones que absorben la energía que necesitan para pasar a la banda de conducción, quedando un hueco de electrón en la banda de valencia.

Los semiconductores extrínsecos, por su parte, son semiconductores intrínsecos a los que les agregan impurezas para lograr su dopaje (así se conoce el resultado del proceso que se lleva a cabo para modificar las propiedades eléctricas de un semiconductor).

SEMICONDUCTORES MAS COMUNES

Los más conocidos y utilizados son el germanio (Ge) y el silicio (Si), los materiales que estén fabricados con Ge o Si darán 50 veces más resistencia que los conductores, pero a su vez y más aislantes que los que no son conductores.

DIODO

Cristal N: Introduciendo unos átomos de Arsenio sobre la estructura atómica del germanio, lo cual se llama dopado, la estructura resultante queda del modo que el átomo de Arsenio se integra dentro de la unión covalente de los átomos de germanio, pero el electrón sobrante ahora no tiene cabida en el sistema, de modo que queda como electrón libre. Si ahora aplicamos a uno y otro extremo del material, se establecerá una vía de paso de los electrones desde el polo negativo al positivo, de modo que el cristal se hace conductor. A este tipo de cristal se le denomina conductor N, y al cristal que lo forma cristal N o de tipo N.

Cristal P: Si dopamos el material con Indio, por ejemplo, y éste entra a formar parte de la estructura del cristal, habrá un átomo que tendrá su órbita exterior compartida solamente 7 electrones y ello provocará la inestabilidad del conjunto, pero en vez de quedarse con un electrón más, queda con alguna parte del cristal hay un hueco que algún electrón ha de llenar. Ocurre que por la naturaleza de los átomos, el átomo que tiene el hueco suele quedarse con el electrón más próximo que quede a su alcance, y que en ese caso el otro átomo se quede sin electrón y a consecuencia de que esta situación se efectúa a gran velocidad, se podría hablar de un hueco que está constantemente desplazándose por todo el cristal. De esta manera el cristal resulta positivo (de tipo P) porque si le aplicamos una fuente de alimentación, se establecerá una circulación de huecos del polo positivo al negativo, es decir, los electrones habrán encontrado la vía de los huecos para atravesar todo el cristal.

Cuando unimos un cristal P con un cristal N, estamos creado un elemento de enorme importancia en la electrónica: el Diodo

El extremo opuesto de esta pieza se dopa con Arsenio de modo que se crea un exceso de electrones, así se forma la parte de cristal P y la parte de cristal N. En la parte central se mantiene el material prácticamente puro, de modo que se forme una zona que los electrónicos llaman zona de resistencia y también zona agotada (zona Z). Aquí, en las inmediaciones de las zonas P y N los huecos del germanio P han sido ocupados por los electrones libres del germanio N, por lo que no existe en esta parte elementos portadores de carga. La zona Z, por lo tanto, ofrece una elevada resistencia específica, manteniendo el diodo en reposo.

TRANSISTORES

Debido a que las dos secciones centrales poseen el mismo dopado, se confunden entre sí, de modo que nos queda una unión real que equivale, en el primer caso, a P-N-P y en el segundo a N-P-N.

Teoría del Transistor

A vista de esa prueba realizada este dispositivo ha de tener tres electrodos o bornes, uno por cada uno de los cristales de que se compone. Al cristal que recibe la corriente, el primero de los tres, se distingue con el nombre de emisor; el cristal del centro como base, y al cristal de salida de la corriente, colector. Entonces, en un transistor de tipo NPN, la primera N será el emisor, P será la base, y la otra N, el colector. Estos nombres se suelen abreviar con las letras E, B y C respectivamente.

Para comprender bien el funcionamiento del transistor debemos recordar la teoría atómica, donde el cristal N es un cristal que tiene exceso de electrones, y el cristal PT Transistor NPN, es un cristal con exceso de huecos. Por ejemplo un transistor de tipo NPN, siguiendo la imagen en la que una fuente de alimentación (B) provee de corriente al emisor, conectado al polo negativo en el cristal N, negativo también. En estas condiciones se forman como unas barreras Z1 y Z2 en las uniones con el cristal P de base, que impiden el paso de la corriente. La base está llena de huecos que pasan a ser ocupados por los electrones más próximos de los cristales contiguos, formándose estas barreras de átomos en equilibrio que impide el paso de la corriente (salvo una muy débil corriente de fuga de escasísimo valor).

Pero si se polariza la fuente del mismo signo que ella, es decir, con una tensión positiva respecto al emisor, lo que se llama en sentido contrario, la barrera Z1 desaparece porque el potencial positivo aplicado a la base repele los huecos hacia los cristales N y penetran en la zona de resistencia. Los electrones libres del emisor la atraviesan siendo atraídos por los potenciales positivos de la base y del colector. Dado que el potencial positivo del colector es mucho más elevado que el de la base, los electrones se sentirán más atraídos por el primero, por lo que se obtendrá una elevada corriente del colector (que abreviaremos IC) y una pequeña corriente de base (IB). La corriente del emisor (IE) será por tanto igual a la suma de la corriente de colector y la corriente de base, tal como se deduce de las leyes de Kirchhoff. Es decir:

IE = IC + IB          

De esto se deduce que la corriente que sale Circuito elemental de un transistor. Por el colector no va incrementada con la corriente de base. De hecho, la corriente que pasa por emisor y que se designa IE se compone de la corriente de la base y del colector que luego circularán en diferente sentido. En la imagen vemos un esquema de circuito elemental de un transistor en el que se designa también el nombre de las tensiones (V). Así tenemos que VBE es la tensión base-emisor, VCE es la tensión colector-emisor. Como puede verse, en el emisor las corrientes de base colector se suman, tal como dice la ley de Kirchhoff.

TIRISTORES

Nos queda como un transistor al que se le ha añadido un cristal más de igual polaridad al de la base. Pero también podríamos interpretar este elemento como dos diodos, colocados uno a continuación del otro; sin embargo, la presencia de una conexión de base en el cristal P daría unas cualidades muy particulares a esta nueva unión de materiales semiconductores. Vamos a llamar ánodo (A) al lugar que corresponde a la entrada de la corriente; cátodo (K) al lugar de salida y electrodo de gobierno o puerta (G) a la entrada de esta corriente de base que proporciona especiales características a nuestro nuevo elemento.

Desde el punto de vista electrónico vemos que este elemento se comporta como un diodo rectificador pero con especiales condiciones. Por ejemplo, si le aplicamos una pequeña tensión de ánodo a cátodo, la corriente no circula ni siquiera como normalmente lo haría un diodo; si le invertimos la polaridad se bloquea también y la corriente no pasa. Pero si aumentamos la tensión por medio, por ejemplo, de una resistencia variable potencio métrica, al alcanzar una determinada tensión este elemento se hace conductor en su sentido de paso, y se convierte en no conductor de nuevo si la tensión baja de determinados y muy precisos límites. Esta característica hace que pueda interpretarse como un interruptor que se conecta a si mismo cuando la tensión aplicada en sentido de paso alcanza cierto valor. Esta característica va a ser muy importante y va a dar a este elemento muchas posibilidades de utilización en electrónica.

A este tipo de unión, se le da el nombre de diodo rectificador controlado de silicio, y se presenta a veces en los esquemas con las letras SCR (silicon controlled rectifier), pero resulta más corriente denominarle tiristor.

vídeo para saber mas de los semiconductores: https://youtu.be/fFVU7-kfPe8