1.10: Desviado inverso/Desglose

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Antes de dejar los diodos, valdría la pena explorar algunos otros modos de operación, así como algunas aplicaciones específicas que serán de interés. Dijimos que cuando el diodo estaba polarizado de manera inversa (región p negativa con respecto a la región n) esa única corriente que fluye es la corriente de saturación inversa, resultante de las pocas portadoras minoritarias generadas térmicamente que pueden caer abajo (o arriba) de la barrera (Figura\(\PageIndex{1}\)).

Corriente de saturación inversa en un diodo, que empuja los electrones en el lado de mayor energía hacia el lado de menor energía y eleva los agujeros de electrones en el lado de menor energía al lado de mayor energía. — Figura\(\PageIndex{1}\): Corriente de saturación inversa

Si hacemos que el sesgo inverso sea aún mayor, la misma corriente fluye, pero los portadores captan más energía a medida que caen por el potencial de unión (ahora más grande). Al hacer esto, es posible que capten tanta energía, que cuando chocan con un sitio de celosía, crean un par electrón-agujero adicional a través de un proceso llamado ionización de impacto (Figura\(\PageIndex{2}\)). Cuando esto ocurre, ahora tenemos corriente que consiste en dos electrones y un agujero. Estos portadores adicionales también pueden colisionar y generar pares de agujeros de electrones adicionales. La corriente ahora consta de cinco electrones y dos agujeros. Este proceso se denomina multiplicación de avalanchas (Figura\(\PageIndex{3}\)), porque comenzamos con un portador, y a través de una sucesión de impactos creamos cada vez más corriente. De hecho, este proceso puede huir, al igual que una avalancha en una ladera nevada de montaña, en un proceso llamado desglose de avalancha.

Ionización de impacto: a medida que un electrón cae por el potencial de unión ahora más grande, choca con un sitio de celosía y crea un par electrón-agujero adicional. — Figura\(\PageIndex{2}\): Ionización de impacto

La multiplicación de avalancha como el electrón y el agujero creados a partir de la ionización de impacto que se muestra sobre cada uno impactan un sitio de celosía y crean un nuevo par electrón-y-agujero.

El efecto neto es cambiar algo las características inversas del diodo. Si incluimos el efecto de ruptura en la curva I-V para el diodo, veríamos algo así en la Figura\(\PageIndex{4}\).

Curva I-V para un diodo que muestra tanto las características directas como la avería inversa. El gráfico se acerca a 0 para una sección larga de voltajes negativos y una sección más corta de voltaje positivo. La corriente disminuye exponencialmente a voltajes negativos fuera de este rango, y aumenta exponencialmente a voltajes positivos fuera de este rango. — Figura\(\PageIndex{4}\): Curva I-V de diodo que muestra tanto las características directas como la avería inversa

Ahora hay un inicio repentino de corriente después de que se haya superado el voltaje de ruptura de avalancha. No se confunda pensando que esta “avería” significa que el diodo ha sido dañado. El proceso de avalancha en sí mismo no es destructivo. Pero como puede ver en la Figura\(\PageIndex{4}\), la corriente del diodo aumenta muy rápidamente una vez que se ha superado el umbral de ruptura. Así, si no hay algo en serie con el diodo para limitar la corriente máxima a través del mismo, podría dañarse por sobrecalentamiento. Los diodos en ruptura se utilizan como referencias de voltaje (el voltaje a través de ellos es más o menos independiente de la corriente que corre a través de ellos) pero siempre encontrará una resistencia limitadora de corriente en serie utilizada junto con ellos. Dichos diodos se llaman Zener Diodes (que llevan el nombre del abuelo de George Zener de Rice, quien se graduó hace unos años... es decir, George lo hizo, no su abuelo) pero el nombre es una especie de nombre inexacto. El Efecto Zener también es un fenómeno de ruptura inversa, pero proviene de la generación de campo directo de portadores adicionales, más que como resultado de la ionización por impacto. En verdad, no se puede distinguir el un efecto del otro mirando la curva I-V del diodo, y así todos los diodos utilizados en la ruptura inversa se llaman Diodos Zener. Un circuito que usa un diodo Zener como referencia de voltaje se muestra en la Figura\(\PageIndex{5}\).

Un circuito regulador de voltaje en el que se aplica un voltaje V_in a una resistencia de resistencia R_drop en serie con dos componentes en paralelo: un diodo Zener y una resistencia de carga con un voltaje V_out a través de él. — Figura\(\PageIndex{5}\): Circuito regulador de voltaje