Un diodo semiconductor tiene una unión entre una región de semiconductores (hoy siempre silicio pero en el “viejo” germanio) que está “dopada” con un elemento que contiene solo tres electrones de la capa externa, llamada tipo P, y una región dopada con un elemento que contiene cinco electrones de la capa externa, llamado tipo N. Los átomos de silicio tienen cuatro electrones de capa externa y cuatro enlaces entre cada átomo y sus cuatro vecinos, en la misma estructura cristalina que un diamante, pero estos electrones solo pueden conducir corriente si están excitados a través de una brecha de energía para poder moverse entre átomos (eso es lo que significa “semi” en “semiconductor”).
Estas dos regiones son parte de un solo cristal de silicio, pero los átomos “dopantes” se difunden como un gas de baja presión en el vacío en sus áreas respectivas de la estructura cristalina. Los dopantes de tipo N (fósforo o arsénico) agregan más electrones de los que pueden caber en los cuatro enlaces por átomo, por lo que siempre están disponibles para la conducción. Los dopantes de tipo P (aluminio o galio) tienen muy pocos electrones para cuatro enlaces por átomo, por lo que dejan “agujeros” en el cristal. Y así como las brechas en una línea de automóviles que esperan en una luz se “mueven” hacia atrás a medida que los automóviles avanzan cuando la luz cambia, estos “agujeros” pueden tratarse matemáticamente como cargas positivas que se mueven hacia el extremo negativo del circuito como electrones. pasar de una posición llena a un agujero. Por lo tanto, los agujeros también están siempre disponibles para conducir la corriente.
Pero en la unión entre las regiones de tipo P y tipo N, sin voltaje aplicado a través de la unión, los agujeros cerca de la unión están llenos de electrones que se desplazan a través de la unión. Esto le da al lado P del límite una carga negativa y al lado N una carga positiva. Esto repele los electrones adicionales desde el lado N más profundo, y los agujeros desde el lado P más profundo, al acercarse a la unión, después de alcanzar un voltaje de equilibrio de aproximadamente 0.7 voltios (0.2 para germanio).
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Si se aplica un voltaje para que el lado P sea más positivo que el lado N, esto empuja más agujeros hacia la unión, y el lado N empuja más electrones hacia la unión, donde los electrones pueden caer en los agujeros y aniquilar cada uno. otro, permitiendo que más agujeros de un extremo y más electrones del otro entren al cristal, que se llama “diodo” después del diodo del tubo de vacío anterior que reemplazó, y se puede conducir la corriente. Casi no se conduce corriente hasta que se alcanza el voltaje de “barrera” incorporado (0.7 o 0.2 voltios), pero después de eso, el diodo se convierte en un cortocircuito. Esto se denomina diodo “polarizado hacia adelante” y permite que la corriente fluya.
Pero si los voltajes se invierten, la carga positiva aleja los electrones del lado N de la unión, y la carga negativa aleja los agujeros del lado P, de modo que la ANCHURA del espacio se expande, cuanto más Se aplica voltaje de “polarización inversa”. El diodo se convierte casi en un aislante (hasta que se alcanza un MUCHO mayor voltaje de “ruptura”). Por lo tanto, la aplicación de un voltaje alterno a través de un diodo en serie con una carga permite que la corriente fluya a través de la carga solo en los semiciclos positivos, no en los semiciclos negativos. Y ese es el uso PRIMARIO de un diodo. Pero hay otros, ¡y aquí es donde entra el efecto “varicap” (FINALMENTE)!
Si aplicamos una BIAS INVERSA CONSTANTE a través del diodo, se convierte en un circuito abierto (virtualmente) para CC y no fluye corriente. Pero si, al mismo tiempo, le ponemos un voltaje de CA mucho más pequeño (para ser precisos, variamos un poco el voltaje de CC, manteniendo una polarización inversa pero variando de acuerdo con una señal de CA), el diodo actúa como CAPACITOR, porque la barrera entre dos regiones del semiconductor que, por separado, puede conducir corriente, actúa como el dieléctrico (aislante) entre dos placas de un condensador. Si luego, más lentamente pero en un rango más amplio, ajustamos el voltaje de polarización inversa de CC, el ancho de esa barrera varía, haciendo que el valor de ese condensador también varíe. Esto hace un CAPACITOR VARIABLE cuya capacitancia no varía por un ajuste mecánico (placas giratorias o distancia entre placas) sino por una señal ELÉCTRICA. Un posible uso sería como un modulador de FM. Otra sería “sintonizar” la frecuencia de un circuito con una señal de otro circuito.
Por lo tanto, un diodo se VENDRÍA COMO un diodo de capacitancia variable, o “varicap”, si el área de la sección transversal del lado P y el lado N en la unión, y la cantidad de dopaje para variar el ancho de la barrera, se optimizan usar el diodo para este propósito, en lugar de rectificar AC. Pero un diodo rectificador regular PODRÍA usarse como un varicap, y un varicap PODRÍA usarse como un rectificador. Es solo que cada uno es MEJOR en un trabajo u otro.
