Superponer y agregar algo nuevo
¿Alguna vez pintó una pared y, después de la primera capa, se dio cuenta de que la pared se vería mejor con una segunda capa de pintura o unos toques artísticos de color? Los científicos de materiales hacen esto todo el tiempo agregando capas a un dispositivo existente para intentar crear algo nuevo o mejor. A veces sus esfuerzos no funcionan, pero otras veces, los resultados son un nuevo dispositivo como el diodo PIN .
¿Qué es un diodo PIN?
Un cristal puro de silicio o germanio se llama intrínseco y no deja pasar muy bien la corriente eléctrica. Usaremos la letra »I» para intrínseco. Los científicos cambian las propiedades de un material intrínseco agregando átomos de otros elementos como boro y fósforo. Los materiales de tipo N tienen un exceso de portadores de carga negativa (la «N» significa negativa). Los de tipo P tienen un exceso de portadores de carga positiva (»P» de positivo). El material intrínseco por sí mismo no es un buen conductor de electricidad. Un elemento como el cobre es naturalmente un buen conductor. En algún punto intermedio está el semiconductor., que es material intrínseco con impurezas añadidas intencionalmente. La organización de un material de tipo P con un material de tipo N crea una unión PN. Si los cables están conectados, tenemos un diodo PN.
 |
Pero, ¿y si el científico intenta hacer capas? Introduzca el diodo PIN. Este diodo tiene una capa de material intrínseco entre un semiconductor de tipo P y un semiconductor de tipo N. Intrínseco es el »I» en PIN. De ahí el nombre »PIN».
 |
¿Para qué se puede utilizar el diodo PIN?
A bajas frecuencias (normalmente, menos de 1 Mhz), el diodo PIN se comporta como un diodo PN común. Por lo general, un diodo PN conduce corriente cuando el voltaje de unión es de al menos 0,7 V. Esto es cuando se acumula una carga a cada lado de la unión que separa las porciones P y N. A voltajes más bajos, las cargas se reinician y el diodo PN es como un circuito abierto, que pasa casi cero corriente. Si invertimos el voltaje lo suficiente, el diodo entra en su región de ruptura. Todo esto es cierto para el diodo PIN, pero a bajas frecuencias. A altas frecuencias (por encima de 1 MHz), no hay tiempo para que los portadores de carga se restablezcan a través de la región intrínseca relativamente grande. A estas frecuencias, la relación entre el voltaje y la corriente es casi lineal, y efectivamente tenemos una resistencia donde solía estar el diodo. Esta resistencia entre los lados P y N depende de la corriente que circula por el diodo. En un circuito real, esta corriente está controlada por un voltaje de polarización de CC. Por lo tanto, tenemos una resistencia controlable por voltaje. La resistencia del diodo PIN puede oscilar entre 0,1 Ω y 10 kΩ. Otra palabra para un dispositivo que resiste el flujo de corriente como una resistencia es un atenuador . También podemos utilizar el diodo PIN como interruptor . Un interruptor normalmente tiene dos estados:
- Encendido: hay un cortocircuito entre dos puntos del interruptor y circula corriente
- Apagado: el interruptor es un circuito abierto y no fluye corriente
 |
Los componentes etiquetados como »C» son condensadores. En este circuito, bloquean la entrada o salida de cualquier corriente continua (CC). Entonces, la corriente continua que fluye a través del diodo PIN se debe completamente al voltaje de polarización de CC. Los componentes etiquetados como »L» son inductores. El inductor es un cortocircuito para corriente continua. Por lo tanto, el inductor no tiene impacto en la corriente continua que fluye a través del diodo. A altas frecuencias, el inductor es un circuito abierto. Por lo tanto, la señal IN de alta frecuencia es bloqueada por los inductores. Esto permite que la señal IN fluya a través del diodo y aparezca en OUT. Y esto es exactamente lo que sucede cuando el voltaje de polarización de CC produce una corriente continua relativamente alta como 100 mA. La resistencia del diodo PIN es entonces muy baja (0,1Ω) y el diodo actúa como un cortocircuito.
Ejemplos y aplicaciones de teorías de desarrollo profesional: lección
 |
Si el voltaje de polarización de CC produce una corriente pequeña como 10 μA, la resistencia del diodo PIN será muy grande. Esta gran resistencia actúa como un circuito abierto para la señal IN.
 |
¿Dónde usaríamos este tipo de interruptor? En un transceptor, tenemos tanto un transmisor como un receptor. Un transmisor genera una señal y la envía a una antena. Un receptor también está conectado a una antena, pero el propósito es recibir una señal. En un transceptor, el transmisor y el receptor suelen utilizar la misma antena. Los receptores pueden detectar señales muy pequeñas. Un receptor se dañaría si se conectara directamente al transmisor. Lo que se necesita es un interruptor que desconecte el receptor cuando el transmisor esté enviando una señal. Esta es una aplicación de conmutación para el diodo PIN. Otra aplicación del diodo PIN es la detección de luz. Cuando la luz brilla en una unión PN, la corriente fluirá a través del diodo. De esta forma, un diodo puede detectar la presencia de luz. Este tipo de dispositivos que detectan la luz se denominan fotodetectores . Los diodos PIN con sus uniones más grandes son muy buenos fotodetectores.
Resumen de la lección
Un material puro se conoce como intrínseco . Un semiconductor es un material intrínseco con átomos de algunos otros elementos agregados. Un exceso de portadores de carga negativa da como resultado un semiconductor de tipo N. Un exceso de portadores de carga positiva caracteriza a un semiconductor de tipo P. Los diodos PIN , como su nombre indica, tienen una capa de material intrínseco entre los materiales de tipo P y tipo N. Los diodos PIN se utilizan a altas frecuencias como atenuadores e interruptores . Una aplicación común es la conmutación de antena en un transceptor de alta frecuencia. Debido a la unión más ancha, otro uso del diodo PIN es como fotodetector .
Explora más sobre este tema
Selecciona un tema y sigue aprendiendo...
