Diodo de cuatro capas

El diodo de cuatro capas o diodo Shockley es un dispositivo compuesto por cuatro capas semiconductoras npnp, cuya estructura y símbolo se describen en la figuras

Esencialmente es un dispositivo interruptor.

Al aplicar un tensión positiva entre ánodo y cátodo se puede observar que la unión J1 y J3 está polarizada en directa, y la unión J2 polarizada en inversa.

En estas condiciones únicamente circula una corriente muy baja (despreciable) y el dispositivo se encuentra cortado.

Aumentando esta tensión positiva se llega a una tensión VBO de ruptura o avalancha donde la corriente crece de forma abrupta y la caída de tensión decrece de la misma manera.

En este momento, el diodo ha conmutado desde el estado de bloqueo a conducción.

Una manera sencilla de entender el funcionamiento de este diodo consiste en separar su estructura física en dos mitades (figura 12.2.c).

La mitad izquierda es un transistor NPN y la mitad derecha PNP, resultando el circuito mostrado en la figura 12.3.d que normalmente es referido como candado.

Las características eléctricas de un diodo de cuatro capas se muestran en la gráfica de la figura 12.3. En esta gráfica, se pueden identificar dos zonas y cuatro regiones de operación:

 

Si dibujamos la secuencia de eventos descritos y graficamos el comportamiento de las señales de Corriente y Voltaje, el efecto de Histéresis es evidente. En la figura 5, se observa el circuito con una señal de cero voltios aplicados.

Después empezamos a incrementar gradualmente el voltaje aplicado, la corriente en el circuito espráct icamente  cero  deb ido  a  que  no  se  ha  a lcanzado  e l  vo l ta je  de   ruptura  para  n inguno  de   los transistores, como se aprecia en la figura 6.

Cuando el voltaje de ruptura de un transistor es alcanzado, este comenzará a conducir sin importar que no 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 de abuso, de manera similar a la forma en que un diodo tener es construido para soportar un voltaje de ruptura inverso sin sufrir daño físico.

Figura 7. Más voltaje, conducción.

 

Al entrar en conducción el dispositivo se mantiene en este estado.

Figura 8. Transistores en Conducción plena

La retroalimentación positiva mencionada con anterioridad en este documento es claramente evidente. Cuando un transistor conduce, permite el flujo de corriente a través del dispositivo. Esta corriente puede ser  vista como la señal de salida del dispositivo. Una vez que una corriente de salida see s t a b l e c e ,   e s t a   c o r r i e n t e   m a n t i e n e   a m b o s   t r a n s i s t o r e s  e n   s a t u r a c i ó n   d e b i d o   a l   e f e c t o   d e   l a retroalimentación positiva. Con ambos transistores en saturación debido a la presencia de una corriente de base, cada uno de elloss e g u i r á   e n   c o n d u c c i ó n   a ú n   s i   e l   v o l t a j e   a p l i c a d o   e s  r e d u c i d o   d e   m a n e r a   s i g n i f i c a t i v a .   L a retroalimentación positiva mantiene a ambos transistores en saturación aún ante la pérdida del alto voltaje de entrada que la ocasionó.

Figura 9. La corriente se mantiene al reducir el voltaje

Si el voltaje aplicado es disminuido a un nivel donde el efecto de la retroalimentación positiva no es suficiente para mantener el dispositivo en conducción, la corriente desaparece.

Figura 10. Al bajar el voltaje, corriente desaparece

 

La curva del dispositivo es claramente una curva de histéresis típica.

Figura 11. Curva de Histéresis

Como conclusión se puede observar que el diodo Shockley es un dispositivo que funciona como Interruptor, activado por un voltaje de ruptura, solo tiene dos estados de operación, Abierto o Cerrado, sin estados Intermedios o Lineales, Funcionamiento típico de todos los tiristores

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