Un diodo avalancha es similar a un diodo Zener y este diodo opera dentro de la región de polarización inversa. El símbolo de este diodo es el mismo que el de un Zener porque es un tipo de diodo de unión PN.
En este artículo hablaremos sobre su definición, construcción y el funcionamiento de un diodo avalancha.
Contenido
¿Qué es un Diodo Avalancha?
El diodo avalancha es un tipo especial de dispositivo semiconductor diseñado para funcionar en la región de ruptura inversa. Los diodos de avalancha se utilizan como válvulas de descarga (un tipo de válvula utilizado para controlar la presión en un sistema) para proteger los sistemas eléctricos de los excesos de tensión.
Símbolo del Diodo Avalancha
El símbolo del diodo avalancha y del diodo zener es el mismo. El diodo avalancha consta de dos terminales: ánodo y cátodo, y el símbolo se muestra en la siguiente figura.
El símbolo del diodo avalancha es similar al del diodo normal pero con los bordes doblados en la barra vertical.
Construcción
Los diodos avalancha se fabrican generalmente con silicio u otros materiales semiconductores. La construcción del diodo de avalancha es similar a la del Diodo Zener, pero el nivel de dopaje en el diodo de avalancha difiere del diodo zener.
Los diodos zener están muy dopados. Por lo tanto, la anchura de la región de agotamiento en el diodo zener es muy fina. Debido a esta fina capa o región de agotamiento, la ruptura inversa se produce a tensiones más bajas en el diodo zener.
Por otro lado, los diodos avalancha están ligeramente dopados. Por lo tanto, la anchura de la capa de agotamiento en el diodo de avalancha es muy amplia en comparación con el diodo zener. Debido a esta amplia región de agotamiento, la ruptura inversa se produce a voltajes más altos en el diodo Avalancha. La tensión de ruptura del diodo avalancha se establece cuidadosamente controlando el nivel de dopaje durante la fabricación.
Funcionamiento
Un diodo de unión p-n normal sólo permite la corriente eléctrica en dirección directa, mientras que un diodo avalancha permite la corriente eléctrica en dirección directa e inversa. Sin embargo, el diodo avalancha está diseñado específicamente para funcionar en condiciones de polarización inversa.
El diodo avalancha permite la corriente eléctrica en dirección inversa cuando la tensión de polarización inversa supera la tensión de ruptura. El punto o la tensión a la que la corriente eléctrica aumenta repentinamente se denomina tensión de ruptura.
Cuando la tensión de polarización inversa aplicada al diodo avalancha supera la tensión de ruptura, se produce una ruptura de unión. Esta ruptura de unión se denomina ruptura por avalancha.
Cuando se aplica una tensión de polarización directa al diodo avalancha, éste funciona como un diodo de unión p-n normal, permitiendo que la corriente eléctrica lo atraviese.
Cuando se aplica una tensión de polarización inversa al diodo avalancha, los electrones libres (portadores mayoritarios) del semiconductor de tipo n y los huecos (portadores mayoritarios) del semiconductor de tipo p se alejan de la unión. Como resultado, la anchura de la región de agotamiento aumenta. Por lo tanto, los portadores mayoritarios no transportarán corriente eléctrica. Sin embargo, los portadores minoritarios (electrones libres en el tipo p y huecos en el tipo n) experimentan una fuerza de repulsión de la tensión externa.
Como resultado, los portadores minoritarios fluyen del tipo p al tipo n y del tipo n al tipo p transportando la corriente eléctrica. Sin embargo, la corriente eléctrica transportada por los portadores minoritarios es muy pequeña. Esta pequeña corriente eléctrica transportada por los portadores minoritarios se denomina corriente de fuga inversa.
Si la tensión de polarización inversa aplicada al diodo avalancha se incrementa aún más, los portadores minoritarios (electrones libres o huecos) ganarán gran cantidad de energía y se acelerarán a mayores velocidades.
Los electrones libres que se mueven a gran velocidad chocarán con los átomos y transferirán su energía a los electrones de valencia.
Los electrones de valencia que ganan suficiente energía de los electrones de alta velocidad se desprenden del átomo padre y se convierten en electrones libres. Estos electrones libres vuelven a ser acelerados. Cuando estos electrones libres vuelven a colisionar con otros átomos, desprenden más electrones.
Debido a esta colisión continua con los átomos, se genera un gran número de portadores minoritarios (electrones libres o huecos). Este gran número de electrones libres transporta un exceso de corriente en el diodo.
Cuando la tensión inversa aplicada al diodo avalancha aumenta continuamente, llega un momento en que se produce la ruptura de unión o ruptura por avalancha. En este punto, un pequeño aumento de la tensión aumentará repentinamente la corriente eléctrica. Este aumento repentino de la corriente eléctrica puede destruir permanentemente el diodo de unión p-n normal. Sin embargo, los diodos avalancha no pueden ser destruidos porque están cuidadosamente diseñados para operar en la región de ruptura por avalancha.
La tensión de ruptura del diodo de avalancha depende de la densidad de dopaje. El aumento de la densidad de dopaje disminuye la tensión de ruptura del diodo de avalancha.
Aplicaciones
Las aplicaciones de un diodo avalancha son las siguientes:
- Se utiliza para proteger el circuito contra el exceso de corriente o tensión.
- El diodo funciona sin problemas y sin dañarse a alta temperatura.
- Este diodo se utiliza como generador de ruido blanco y también genera ruido de RF. Por lo tanto, se utiliza en los equipos de radio como fuente de ruido.
- Permite el flujo de corriente en polarización inversa sin dañarse si la tensión en polarización inversa es alta en comparación con la tensión de ruptura inversa.
- Este diodo se utiliza cuando el dispositivo necesita una corriente elevada porque incluye una alta capacidad de multiplicación.
- Este diodo genera un ruido relajante y tranquilo.
- El diodo de avalancha se utiliza en la detección de frecuencias de microondas, ya que actúa como un dispositivo de resistencia negativa.