Dispositivo Básico de Cuatro Capas y sus variaciones

Introducción
Dispositivo Básico de Cuatro Capas
Familias de Tiristores
Referencias
Dispositivo Básico de Cuatro Capas y sus
variaciones
J. Armando Lara R.
Ingenierı́a Electrónica
Instituto Tecnológico de Lázaro Cárdenas
Otoño 2011
Armando Lara
Fı́sica de Semiconductores
Introducción
Dispositivo Básico de Cuatro Capas
Familias de Tiristores
Referencias
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1
Introducción
Descripción, Historia y Aplicaciones
Caracterı́sticas
2
Dispositivo Básico de Cuatro Capas
Bloqueo en Polarización Inversa
Bloqueo en Polarización Directa
Voltaje de Ruptura en Polarización Directa
Conducción en Polarización Directa
3
Familias de Tiristores
SCR
DIAC
TRIAC
4
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Caracterı́sticas
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Bloqueo en Polarización Inversa
Bloqueo en Polarización Directa
Voltaje de Ruptura en Polarización Directa
Conducción en Polarización Directa
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SCR
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Bloqueo en Polarización Directa
Voltaje de Ruptura en Polarización Directa
Conducción en Polarización Directa
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Caracterı́sticas
Clasificación de dispositivos electrónicos
Dispositivos Electrónicos
Conmutadores ⇐ Tiristores
Aplificadores
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Caracterı́sticas
Clasificación de dispositivos electrónicos
Dispositivos Electrónicos
Conmutadores ⇐ Tiristores
Aplificadores
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Caracterı́sticas
Clasificación de dispositivos electrónicos
Dispositivos Electrónicos
Conmutadores ⇐ Tiristores
Aplificadores
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Descripción, Historia y Aplicaciones
Caracterı́sticas
El Tiristor
El término se aplica a dispositivos biestables.
Sus estados son apagado o desactivado (alta impedancia,
bajo flujo de corriente).
Y encendido o activado (baja impedancia, alto flujo de
corriente)
Como en el transistor, electrones y huecos interactuan para
el proceso de transporte.
Armando Lara
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Caracterı́sticas
El Tiristor
El término se aplica a dispositivos biestables.
Sus estados son apagado o desactivado (alta impedancia,
bajo flujo de corriente).
Y encendido o activado (baja impedancia, alto flujo de
corriente)
Como en el transistor, electrones y huecos interactuan para
el proceso de transporte.
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Descripción, Historia y Aplicaciones
Caracterı́sticas
El Tiristor
El término se aplica a dispositivos biestables.
Sus estados son apagado o desactivado (alta impedancia,
bajo flujo de corriente).
Y encendido o activado (baja impedancia, alto flujo de
corriente)
Como en el transistor, electrones y huecos interactuan para
el proceso de transporte.
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Descripción, Historia y Aplicaciones
Caracterı́sticas
El Tiristor
El término se aplica a dispositivos biestables.
Sus estados son apagado o desactivado (alta impedancia,
bajo flujo de corriente).
Y encendido o activado (baja impedancia, alto flujo de
corriente)
Como en el transistor, electrones y huecos interactuan para
el proceso de transporte.
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Caracterı́sticas
El Tiristor
Tiristor deriva de la palabra de origen latı́n “thyratron”, ya que
sus caracterı́sticas eléctricas son similares en muchos aspectos
con el tubo de vacı́o de gas thyratron.
Un poco de historia
1950 Ebers Une dos transistores (pnpn).
1956 Moll Explica detalladamente lo que Ebers hizo.
1958 Mackintosh, Aldrich y Holonyak Adhieren una tercer
terminal de control.
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Caracterı́sticas
El Tiristor
Tiristor deriva de la palabra de origen latı́n “thyratron”, ya que
sus caracterı́sticas eléctricas son similares en muchos aspectos
con el tubo de vacı́o de gas thyratron.
Un poco de historia
1950 Ebers Une dos transistores (pnpn).
1956 Moll Explica detalladamente lo que Ebers hizo.
1958 Mackintosh, Aldrich y Holonyak Adhieren una tercer
terminal de control.
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Caracterı́sticas
El Tiristor
Tiristor deriva de la palabra de origen latı́n “thyratron”, ya que
sus caracterı́sticas eléctricas son similares en muchos aspectos
con el tubo de vacı́o de gas thyratron.
Un poco de historia
1950 Ebers Une dos transistores (pnpn).
1956 Moll Explica detalladamente lo que Ebers hizo.
1958 Mackintosh, Aldrich y Holonyak Adhieren una tercer
terminal de control.
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Descripción, Historia y Aplicaciones
Caracterı́sticas
El Tiristor
Tiristor deriva de la palabra de origen latı́n “thyratron”, ya que
sus caracterı́sticas eléctricas son similares en muchos aspectos
con el tubo de vacı́o de gas thyratron.
Un poco de historia
1950 Ebers Une dos transistores (pnpn).
1956 Moll Explica detalladamente lo que Ebers hizo.
1958 Mackintosh, Aldrich y Holonyak Adhieren una tercer
terminal de control.
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Descripción, Historia y Aplicaciones
Caracterı́sticas
El Tiristor
Tiristor deriva de la palabra de origen latı́n “thyratron”, ya que
sus caracterı́sticas eléctricas son similares en muchos aspectos
con el tubo de vacı́o de gas thyratron.
Un poco de historia
1950 Ebers Une dos transistores (pnpn).
1956 Moll Explica detalladamente lo que Ebers hizo.
1958 Mackintosh, Aldrich y Holonyak Adhieren una tercer
terminal de control.
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Familias de Tiristores
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Descripción, Historia y Aplicaciones
Caracterı́sticas
El Tiristor
Entre sus aplicaciones están:
Control de velocidad de aparatos.
Cambio y conversión de energı́a en alta tensión.
Ahora están adapatados para operar en corrientes de entre
pocos mA y más de 5kA a más 10kV .
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Familias de Tiristores
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Descripción, Historia y Aplicaciones
Caracterı́sticas
El Tiristor
Entre sus aplicaciones están:
Control de velocidad de aparatos.
Cambio y conversión de energı́a en alta tensión.
Ahora están adapatados para operar en corrientes de entre
pocos mA y más de 5kA a más 10kV .
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Familias de Tiristores
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Descripción, Historia y Aplicaciones
Caracterı́sticas
El Tiristor
Entre sus aplicaciones están:
Control de velocidad de aparatos.
Cambio y conversión de energı́a en alta tensión.
Ahora están adapatados para operar en corrientes de entre
pocos mA y más de 5kA a más 10kV .
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Familias de Tiristores
Referencias
Descripción, Historia y Aplicaciones
Caracterı́sticas
El Tiristor
Entre sus aplicaciones están:
Control de velocidad de aparatos.
Cambio y conversión de energı́a en alta tensión.
Ahora están adapatados para operar en corrientes de entre
pocos mA y más de 5kA a más 10kV .
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Descripción, Historia y Aplicaciones
Caracterı́sticas
Estructura de Cuatro Capas
Tres terminales ⇒ SCR
Dos terminales ⇒ Diodo Schockley
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Caracterı́sticas
Estructura de Cuatro Capas
Tres terminales ⇒ SCR
Dos terminales ⇒ Diodo Schockley
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Descripción, Historia y Aplicaciones
Caracterı́sticas
Estructura de Cuatro Capas
Tres terminales ⇒ SCR
Dos terminales ⇒ Diodo Schockley
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Caracterı́sticas
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Bloqueo en Polarización Inversa
Bloqueo en Polarización Directa
Voltaje de Ruptura en Polarización Directa
Conducción en Polarización Directa
3
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SCR
DIAC
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Caracterı́sticas
Caracterı́sticas I-V
0 − 1 ⇒ Bloqueado, Desactivado en polarización directa
(alta impedancia).
1 ⇒ Ruptura o Conmutación dVdiAK
= 0, se define VBF
A
(Voltaje de ruptura) y Is (Corriente de activación).
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Descripción, Historia y Aplicaciones
Caracterı́sticas
Caracterı́sticas I-V
0 − 1 ⇒ Bloqueado, Desactivado en polarización directa
(alta impedancia).
1 ⇒ Ruptura o Conmutación dVdiAK
= 0, se define VBF
A
(Voltaje de ruptura) y Is (Corriente de activación).
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Caracterı́sticas
Caracterı́sticas I-V
1 − 2 ⇒ Resistencia Negativa.
2 − 3 ⇒ Conducción, Activado en polarización directa.
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Caracterı́sticas
Caracterı́sticas I-V
1 − 2 ⇒ Resistencia Negativa.
2 − 3 ⇒ Conducción, Activado en polarización directa.
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Caracterı́sticas
Caracterı́sticas I-V
= 0. Corriente de Retención Ih y Voltaje de
2 ⇒ dVdiAK
A
Retención Vh .
0 − 4 ⇒ Bloqueo en polarización inversa.
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Caracterı́sticas
Caracterı́sticas I-V
= 0. Corriente de Retención Ih y Voltaje de
2 ⇒ dVdiAK
A
Retención Vh .
0 − 4 ⇒ Bloqueo en polarización inversa.
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Descripción, Historia y Aplicaciones
Caracterı́sticas
Caracterı́sticas I-V
4 − 5 ⇒ Región de ruptura en polarización inversa.
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Caracterı́sticas
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Bloqueo en Polarización Inversa
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Voltaje de Ruptura en Polarización Directa
Conducción en Polarización Directa
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SCR
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Bloqueo en Polarización Inversa
Bloqueo en Polarización Directa
Voltaje de Ruptura en Polarización Directa
Conducción en Polarización Directa
Bloqueo en Polarización Inversa
Factores que limitan el voltaje de ruptura en polarización
inversa (directa)
Ruptura de Avalancha
Penetración en la Zona de Agotamiento
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Bloqueo en Polarización Inversa
Bloqueo en Polarización Directa
Voltaje de Ruptura en Polarización Directa
Conducción en Polarización Directa
Bloqueo en Polarización Inversa
Factores que limitan el voltaje de ruptura en polarización
inversa (directa)
Ruptura de Avalancha
Penetración en la Zona de Agotamiento
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Bloqueo en Polarización Inversa
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Voltaje de Ruptura en Polarización Directa
Conducción en Polarización Directa
Bloqueo en Polarización Inversa
Factores que limitan el voltaje de ruptura en polarización
inversa (directa)
Ruptura de Avalancha
Penetración en la Zona de Agotamiento
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Bloqueo en Polarización Inversa
Bloqueo en Polarización Directa
Voltaje de Ruptura en Polarización Directa
Conducción en Polarización Directa
Bloqueo en Polarización Inversa
J1, J2 y J3 se polarizan
Por la Figura de la derecha: La mayorı́a de los voltajes
aplicados en polarización inversa caerán a través de J1.
¿Por qué?
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Bloqueo en Polarización Inversa
Bloqueo en Polarización Directa
Voltaje de Ruptura en Polarización Directa
Conducción en Polarización Directa
Bloqueo en Polarización Inversa
J1, J2 y J3 se polarizan
Por la Figura de la derecha: La mayorı́a de los voltajes
aplicados en polarización inversa caerán a través de J1.
¿Por qué?
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Bloqueo en Polarización Inversa
Bloqueo en Polarización Directa
Voltaje de Ruptura en Polarización Directa
Conducción en Polarización Directa
Bloqueo en Polarización Inversa
Respuesta:
La unión compuesta tiene un voltaje de ruptura siempre más
grande que una unión abrupta con la misma curvatura y con el
mismo dopado.
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Bloqueo en Polarización Inversa
Bloqueo en Polarización Directa
Voltaje de Ruptura en Polarización Directa
Conducción en Polarización Directa
Bloqueo en Polarización Inversa
Respuesta:
La unión compuesta tiene un voltaje de ruptura siempre más
grande que una unión abrupta con la misma curvatura y con el
mismo dopado.
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Bloqueo en Polarización Inversa
Bloqueo en Polarización Directa
Voltaje de Ruptura en Polarización Directa
Conducción en Polarización Directa
Bloqueo en Polarización Inversa
Dependencia sobre Wn1 (ancho de n1)
Zona de Agotamiento < Wn1 ⇒ Multiplicación Avalancha
Zona de Agotamiento > Wn1 ⇒ Penetración
(Punch-Through). A este punto J1 es reducido a J2.
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Bloqueo en Polarización Inversa
Bloqueo en Polarización Directa
Voltaje de Ruptura en Polarización Directa
Conducción en Polarización Directa
Bloqueo en Polarización Inversa
Dependencia sobre Wn1 (ancho de n1)
Zona de Agotamiento < Wn1 ⇒ Multiplicación Avalancha
Zona de Agotamiento > Wn1 ⇒ Penetración
(Punch-Through). A este punto J1 es reducido a J2.
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Voltaje de Ruptura en Polarización Directa
Conducción en Polarización Directa
Bloqueo en Polarización Inversa
Dependencia sobre Wn1 (ancho de n1)
Zona de Agotamiento < Wn1 ⇒ Multiplicación Avalancha
Zona de Agotamiento > Wn1 ⇒ Penetración
(Punch-Through). A este punto J1 es reducido a J2.
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Bloqueo en Polarización Inversa
Bloqueo en Polarización Directa
Voltaje de Ruptura en Polarización Directa
Conducción en Polarización Directa
Bloqueo en Polarización Inversa
Para una unión abrupta de un solo lado de silicio p+ − n con
alto dopaje en la región p1, el voltaje avalancha en temperatura
ambiente está dado por
Voltaje Avalancha
VB ≈ 6.0 × 1013 (Nn1 )−0.75
Donde Nn1 es la concentración de dopaje de la región n1 en
cm−3 .
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Bloqueo en Polarización Inversa
Bloqueo en Polarización Directa
Voltaje de Ruptura en Polarización Directa
Conducción en Polarización Directa
Bloqueo en Polarización Inversa
Para una unión abrupta de un solo lado de silicio p+ − n con
alto dopaje en la región p1, el voltaje avalancha en temperatura
ambiente está dado por
Voltaje Avalancha
VB ≈ 6.0 × 1013 (Nn1 )−0.75
Donde Nn1 es la concentración de dopaje de la región n1 en
cm−3 .
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Bloqueo en Polarización Inversa
Bloqueo en Polarización Directa
Voltaje de Ruptura en Polarización Directa
Conducción en Polarización Directa
Bloqueo en Polarización Inversa
Para una unión abrupta de un solo lado de silicio p+ − n con
alto dopaje en la región p1, el voltaje avalancha en temperatura
ambiente está dado por
Voltaje Avalancha
VB ≈ 6.0 × 1013 (Nn1 )−0.75
Donde Nn1 es la concentración de dopaje de la región n1 en
cm−3 .
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Bloqueo en Polarización Inversa
Bloqueo en Polarización Directa
Voltaje de Ruptura en Polarización Directa
Conducción en Polarización Directa
Bloqueo en Polarización Inversa
El voltaje de penetración para uniones abruptas de un solo lado
está dado por
Voltaje de Penetración
VP T =
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2
qNn1 Wn1
2εs
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Bloqueo en Polarización Inversa
Bloqueo en Polarización Directa
Voltaje de Ruptura en Polarización Directa
Conducción en Polarización Directa
Bloqueo en Polarización Inversa
El voltaje de penetración para uniones abruptas de un solo lado
está dado por
Voltaje de Penetración
VP T =
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2
qNn1 Wn1
2εs
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Bloqueo en Polarización Inversa
Bloqueo en Polarización Directa
Voltaje de Ruptura en Polarización Directa
Conducción en Polarización Directa
Bloqueo en Polarización Inversa
El voltaje de penetración para uniones abruptas de un solo lado
está dado por
Voltaje de Penetración
VP T =
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2
qNn1 Wn1
2εs
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Bloqueo en Polarización Inversa
Bloqueo en Polarización Directa
Voltaje de Ruptura en Polarización Directa
Conducción en Polarización Directa
Bloqueo en Polarización Inversa
Lı́mite de la capacidad del bloque para polarización inversa en
tiristores de silicio.
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Referencias
Bloqueo en Polarización Inversa
Bloqueo en Polarización Directa
Voltaje de Ruptura en Polarización Directa
Conducción en Polarización Directa
Bloqueo en Polarización Inversa
Ejemplo
Para Wn1 = 160µm el voltaje máximo de quiebre es limitado a
≈ 1kV , el cual ocurre en Nn1 ≈ 8 × 1013 cm−3 .
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Bloqueo en Polarización Inversa
Bloqueo en Polarización Directa
Voltaje de Ruptura en Polarización Directa
Conducción en Polarización Directa
Bloqueo en Polarización Inversa
Premisas para encontrar VBR
El voltaje de bloqueo en polarización inversa limitado por
Avalancha debe caer debajo del dado por una unión pn
simple.
Esto debido a la ganancia de corriente de un transistor
bipolar pnp.
La condición VBR corresponde a una configuración emisor
común.
M = 1/α1 donde M es el factor de multiplicación
avalancha y α1 la ganancia de la unión pnp de base común.
Armando Lara
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Dispositivo Básico de Cuatro Capas
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Referencias
Bloqueo en Polarización Inversa
Bloqueo en Polarización Directa
Voltaje de Ruptura en Polarización Directa
Conducción en Polarización Directa
Bloqueo en Polarización Inversa
Premisas para encontrar VBR
El voltaje de bloqueo en polarización inversa limitado por
Avalancha debe caer debajo del dado por una unión pn
simple.
Esto debido a la ganancia de corriente de un transistor
bipolar pnp.
La condición VBR corresponde a una configuración emisor
común.
M = 1/α1 donde M es el factor de multiplicación
avalancha y α1 la ganancia de la unión pnp de base común.
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Premisas para encontrar VBR
El voltaje de bloqueo en polarización inversa limitado por
Avalancha debe caer debajo del dado por una unión pn
simple.
Esto debido a la ganancia de corriente de un transistor
bipolar pnp.
La condición VBR corresponde a una configuración emisor
común.
M = 1/α1 donde M es el factor de multiplicación
avalancha y α1 la ganancia de la unión pnp de base común.
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El voltaje de bloqueo en polarización inversa limitado por
Avalancha debe caer debajo del dado por una unión pn
simple.
Esto debido a la ganancia de corriente de un transistor
bipolar pnp.
La condición VBR corresponde a una configuración emisor
común.
M = 1/α1 donde M es el factor de multiplicación
avalancha y α1 la ganancia de la unión pnp de base común.
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Premisas para encontrar VBR
El voltaje de bloqueo en polarización inversa limitado por
Avalancha debe caer debajo del dado por una unión pn
simple.
Esto debido a la ganancia de corriente de un transistor
bipolar pnp.
La condición VBR corresponde a una configuración emisor
común.
M = 1/α1 donde M es el factor de multiplicación
avalancha y α1 la ganancia de la unión pnp de base común.
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Bloqueo en Polarización Inversa
Voltaje de Ruptura en polarización inversa
VBR = VB (1 − α1 )1/n
Donde VB es el voltaje de quiebre para el efecto avalancha de la
unión J1, y la n una constante (≈ 6 para diodos de silicio
p+ − n). Ya que (1 − α1 )1/n es menor a la unidad, el voltaje de
quiebre de el tiristor será menor que VB .
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VBR = VB (1 − α1 )1/n
Donde VB es el voltaje de quiebre para el efecto avalancha de la
unión J1, y la n una constante (≈ 6 para diodos de silicio
p+ − n). Ya que (1 − α1 )1/n es menor a la unidad, el voltaje de
quiebre de el tiristor será menor que VB .
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VBR = VB (1 − α1 )1/n
Donde VB es el voltaje de quiebre para el efecto avalancha de la
unión J1, y la n una constante (≈ 6 para diodos de silicio
p+ − n). Ya que (1 − α1 )1/n es menor a la unidad, el voltaje de
quiebre de el tiristor será menor que VB .
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Descripción, Historia y Aplicaciones
Caracterı́sticas
2
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SCR
DIAC
TRIAC
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Conducción en Polarización Directa
Bloqueo en Polarización Directa
J1, J2 y J3 se polarizan. Ahora solo J2 es polarizada
directamente
La mayorı́a de los voltajes aplicados caen a través de J2.
VAK ≈ V2 .
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J1, J2 y J3 se polarizan. Ahora solo J2 es polarizada
directamente
La mayorı́a de los voltajes aplicados caen a través de J2.
VAK ≈ V2 .
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J1, J2 y J3 se polarizan. Ahora solo J2 es polarizada
directamente
La mayorı́a de los voltajes aplicados caen a través de J2.
VAK ≈ V2 .
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Bloqueo en Polarización Directa
El tiristor puede ser considerado como dos transistores pnp
y npn conectados con el colector de un transistor conectado
a la base del otro, y viceversa.
El centro de la unión J2 actúa como colector de huecos de
J1 y de electrones de J3.
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El tiristor puede ser considerado como dos transistores pnp
y npn conectados con el colector de un transistor conectado
a la base del otro, y viceversa.
El centro de la unión J2 actúa como colector de huecos de
J1 y de electrones de J3.
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Bloqueo en Polarización Directa
La relación entre corrientes del emisor, colector y base (IE , IC y
IB , respectivamente) y de la ganancia de corriente de base
común α para un transistor pnp está dada por:
Relaciones entre IE , IC y IB
IC = αIE + ICO ,
IE = IC + IB ,
Donde ICO es la corriente de saturación en polarización inversa
de la unión base colector.
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La relación entre corrientes del emisor, colector y base (IE , IC y
IB , respectivamente) y de la ganancia de corriente de base
común α para un transistor pnp está dada por:
Relaciones entre IE , IC y IB
IC = αIE + ICO ,
IE = IC + IB ,
Donde ICO es la corriente de saturación en polarización inversa
de la unión base colector.
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De la figura es evidente que la corriente de colector del
transistor npn provee control para la base de el transistor pnp.
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También la corriente de colector de el transistor pnp a lo largo
con la corriente de compuerta Ig suministra control a la base
del transistor npn.
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Por lo tanto una situación de regeneración resulta cuando la
ganancia del lazo total es la unidad.
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Corriente de base para el transistor pnp
IB1 = (1 − α1 )IA − ICO1
La cual es suministrada por el colector del transistor npn.
Ganancia de corriente de colector α2 para el
transistor npn
IC2 = α2 IK + ICO2
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Corriente de base para el transistor pnp
IB1 = (1 − α1 )IA − ICO1
La cual es suministrada por el colector del transistor npn.
Ganancia de corriente de colector α2 para el
transistor npn
IC2 = α2 IK + ICO2
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Corriente de base para el transistor pnp
IB1 = (1 − α1 )IA − ICO1
La cual es suministrada por el colector del transistor npn.
Ganancia de corriente de colector α2 para el
transistor npn
IC2 = α2 IK + ICO2
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Corriente de base para el transistor pnp
IB1 = (1 − α1 )IA − ICO1
La cual es suministrada por el colector del transistor npn.
Ganancia de corriente de colector α2 para el
transistor npn
IC2 = α2 IK + ICO2
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Corriente de base para el transistor pnp
IB1 = (1 − α1 )IA − ICO1
La cual es suministrada por el colector del transistor npn.
Ganancia de corriente de colector α2 para el
transistor npn
IC2 = α2 IK + ICO2
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Bloqueo en Polarización Directa
Relacionando IB1 y IC2 y teniendo IK = IA + Ig , obtenemos
Corriente de ánodo IA
IA =
α2 Ig + ICO1 + ICO2
1 − (α1 + α2 )
(α1 + α2 ) < 1.
Note que todos los componentes corrientes en el numerador
de la ecuación son pequeños.
Por lo que IA es pequeña a no ser que (α1 + α2 ) se acerque
a la unidad.
A ese punto el denominador de la ecuacioón se aproxima a
cero y el quiebre de polarización positiva o la conmutación
ocurrirá.
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Bloqueo en Polarización Directa
Relacionando IB1 y IC2 y teniendo IK = IA + Ig , obtenemos
Corriente de ánodo IA
IA =
α2 Ig + ICO1 + ICO2
1 − (α1 + α2 )
(α1 + α2 ) < 1.
Note que todos los componentes corrientes en el numerador
de la ecuación son pequeños.
Por lo que IA es pequeña a no ser que (α1 + α2 ) se acerque
a la unidad.
A ese punto el denominador de la ecuacioón se aproxima a
cero y el quiebre de polarización positiva o la conmutación
ocurrirá.
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Relacionando IB1 y IC2 y teniendo IK = IA + Ig , obtenemos
Corriente de ánodo IA
IA =
α2 Ig + ICO1 + ICO2
1 − (α1 + α2 )
(α1 + α2 ) < 1.
Note que todos los componentes corrientes en el numerador
de la ecuación son pequeños.
Por lo que IA es pequeña a no ser que (α1 + α2 ) se acerque
a la unidad.
A ese punto el denominador de la ecuacioón se aproxima a
cero y el quiebre de polarización positiva o la conmutación
ocurrirá.
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Relacionando IB1 y IC2 y teniendo IK = IA + Ig , obtenemos
Corriente de ánodo IA
IA =
α2 Ig + ICO1 + ICO2
1 − (α1 + α2 )
(α1 + α2 ) < 1.
Note que todos los componentes corrientes en el numerador
de la ecuación son pequeños.
Por lo que IA es pequeña a no ser que (α1 + α2 ) se acerque
a la unidad.
A ese punto el denominador de la ecuacioón se aproxima a
cero y el quiebre de polarización positiva o la conmutación
ocurrirá.
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Bloqueo en Polarización Directa
Relacionando IB1 y IC2 y teniendo IK = IA + Ig , obtenemos
Corriente de ánodo IA
IA =
α2 Ig + ICO1 + ICO2
1 − (α1 + α2 )
(α1 + α2 ) < 1.
Note que todos los componentes corrientes en el numerador
de la ecuación son pequeños.
Por lo que IA es pequeña a no ser que (α1 + α2 ) se acerque
a la unidad.
A ese punto el denominador de la ecuacioón se aproxima a
cero y el quiebre de polarización positiva o la conmutación
ocurrirá.
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Voltaje de Ruptura en Polarización Directa
Conducción en Polarización Directa
Voltaje de Ruptura en Polarización Directa
En la ecuación de IA , se define una corriente constante
independiente de VAK .
Si VAK continúa incrementando, α1 y α2 se incrementarán
hacia la condición (α1 + α2 = 1).
El alto campo eléctrico también inicializa una multipliación
de portadores.
La interacción de ganancia y multiplicación decidirá la
condición de conmutación y el voltaje de ruptura VBR .
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Voltaje de Ruptura en Polarización Directa
En la ecuación de IA , se define una corriente constante
independiente de VAK .
Si VAK continúa incrementando, α1 y α2 se incrementarán
hacia la condición (α1 + α2 = 1).
El alto campo eléctrico también inicializa una multipliación
de portadores.
La interacción de ganancia y multiplicación decidirá la
condición de conmutación y el voltaje de ruptura VBR .
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Voltaje de Ruptura en Polarización Directa
En la ecuación de IA , se define una corriente constante
independiente de VAK .
Si VAK continúa incrementando, α1 y α2 se incrementarán
hacia la condición (α1 + α2 = 1).
El alto campo eléctrico también inicializa una multipliación
de portadores.
La interacción de ganancia y multiplicación decidirá la
condición de conmutación y el voltaje de ruptura VBR .
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Voltaje de Ruptura en Polarización Directa
En la ecuación de IA , se define una corriente constante
independiente de VAK .
Si VAK continúa incrementando, α1 y α2 se incrementarán
hacia la condición (α1 + α2 = 1).
El alto campo eléctrico también inicializa una multipliación
de portadores.
La interacción de ganancia y multiplicación decidirá la
condición de conmutación y el voltaje de ruptura VBR .
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Voltaje de Ruptura en Polarización Directa
En la ecuación de IA , se define una corriente constante
independiente de VAK .
Si VAK continúa incrementando, α1 y α2 se incrementarán
hacia la condición (α1 + α2 = 1).
El alto campo eléctrico también inicializa una multipliación
de portadores.
La interacción de ganancia y multiplicación decidirá la
condición de conmutación y el voltaje de ruptura VBR .
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Obteniendo VBR
Asumamos que el voltaje de caı́da V2 atraviesa la unión es
suficiente para producir la multiplicación por avalancha de
portadores.
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Obteniendo VBR
Denotamos el factor de multiplicación para electrones como Mn
y para huecos Mp ; ambos son funciones de V2 .
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Voltaje de Ruptura en Polarización Directa
Conducción en Polarización Directa
Obteniendo VBR
Debido a la multiplicación, una corriente estable de huecos
Ip (x1 ) entrando a la zona de agotamiento en x1 se convierte en
Mp Ip (x1 ).
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Voltaje de Ruptura en Polarización Directa
Conducción en Polarización Directa
Obteniendo VBR
Un resultado similar será obtenido para la corriente de
electrones In (x2 ) entrando a la xona de agotamiento en x2 .
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Obteniendo VBR
Corriente total I cruzando J2
I = Mp Ip (x1 ) + Mn In (x2 ).
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Voltaje de Ruptura en Polarización Directa
Conducción en Polarización Directa
Voltaje de Ruptura en Polarización Directa
Ya que Ip (x1 ) es actualmente la corriente de colector de el
transistor pnp, podemos expresar Ip (x1 ) como:
Corriente Ip (x1 )
Ip (x1 ) = α1 (IA )IA + ICO1 .
Similarmente, podemos expresar la corriente primaria del
electrón In (x2 ) como:
Corriente In (x2 )
In (x2 ) = α2 (IK )IK + ICO2 .
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Voltaje de Ruptura en Polarización Directa
Conducción en Polarización Directa
Voltaje de Ruptura en Polarización Directa
Ya que Ip (x1 ) es actualmente la corriente de colector de el
transistor pnp, podemos expresar Ip (x1 ) como:
Corriente Ip (x1 )
Ip (x1 ) = α1 (IA )IA + ICO1 .
Similarmente, podemos expresar la corriente primaria del
electrón In (x2 ) como:
Corriente In (x2 )
In (x2 ) = α2 (IK )IK + ICO2 .
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Voltaje de Ruptura en Polarización Directa
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Voltaje de Ruptura en Polarización Directa
Ya que Ip (x1 ) es actualmente la corriente de colector de el
transistor pnp, podemos expresar Ip (x1 ) como:
Corriente Ip (x1 )
Ip (x1 ) = α1 (IA )IA + ICO1 .
Similarmente, podemos expresar la corriente primaria del
electrón In (x2 ) como:
Corriente In (x2 )
In (x2 ) = α2 (IK )IK + ICO2 .
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Voltaje de Ruptura en Polarización Directa
Conducción en Polarización Directa
Voltaje de Ruptura en Polarización Directa
Ya que Ip (x1 ) es actualmente la corriente de colector de el
transistor pnp, podemos expresar Ip (x1 ) como:
Corriente Ip (x1 )
Ip (x1 ) = α1 (IA )IA + ICO1 .
Similarmente, podemos expresar la corriente primaria del
electrón In (x2 ) como:
Corriente In (x2 )
In (x2 ) = α2 (IK )IK + ICO2 .
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Conducción en Polarización Directa
Voltaje de Ruptura en Polarización Directa
Sustituyendo las ecuaciónes
Ip (x1 ) y In (x2 )
Ip (x1 ) = α1 (IA )IA + ICO1 ,
In (x2 ) = α2 (IK )IK + ICO2 .
en la ecuación
Corriente total I cruzando J2
I = Mp Ip (x1 ) + Mn In (x2 ).
Obtenemos
I
I = Mp [α1 (IA )IA + ICO1 ] + Mn [α2 (IK )IK + ICO2 ]
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Voltaje de Ruptura en Polarización Directa
Sustituyendo las ecuaciónes
Ip (x1 ) y In (x2 )
Ip (x1 ) = α1 (IA )IA + ICO1 ,
In (x2 ) = α2 (IK )IK + ICO2 .
en la ecuación
Corriente total I cruzando J2
I = Mp Ip (x1 ) + Mn In (x2 ).
Obtenemos
I
I = Mp [α1 (IA )IA + ICO1 ] + Mn [α2 (IK )IK + ICO2 ]
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Voltaje de Ruptura en Polarización Directa
Sustituyendo las ecuaciónes
Ip (x1 ) y In (x2 )
Ip (x1 ) = α1 (IA )IA + ICO1 ,
In (x2 ) = α2 (IK )IK + ICO2 .
en la ecuación
Corriente total I cruzando J2
I = Mp Ip (x1 ) + Mn In (x2 ).
Obtenemos
I
I = Mp [α1 (IA )IA + ICO1 ] + Mn [α2 (IK )IK + ICO2 ]
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Referencias
Bloqueo en Polarización Inversa
Bloqueo en Polarización Directa
Voltaje de Ruptura en Polarización Directa
Conducción en Polarización Directa
Voltaje de Ruptura en Polarización Directa
Sustituyendo las ecuaciónes
Ip (x1 ) y In (x2 )
Ip (x1 ) = α1 (IA )IA + ICO1 ,
In (x2 ) = α2 (IK )IK + ICO2 .
en la ecuación
Corriente total I cruzando J2
I = Mp Ip (x1 ) + Mn In (x2 ).
Obtenemos
I
I = Mp [α1 (IA )IA + ICO1 ] + Mn [α2 (IK )IK + ICO2 ]
Armando Lara
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Voltaje de Ruptura en Polarización Directa
Conducción en Polarización Directa
Voltaje de Ruptura en Polarización Directa
Si asumimos que Mp = Mn = M la cual es una función de V2 , la
ecuación
I
I = Mp [α1 (IA )IA + ICO1 ] + Mn [α2 (IK )IK + ICO2 ]
Se reduce a
I
I = M (V2 )[α1 (IA )IA + α2 (IK )IK + I0 ]
donde I0 = ICO1 + ICO2 . Para una condición especı́fica de
Ig = 0, tenemos I = IA = IK , y la ecuación anterior se reduce a
I
I = M (V2 )[α1 (I)I + α2 (I)I + I0 ].
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Voltaje de Ruptura en Polarización Directa
Conducción en Polarización Directa
Voltaje de Ruptura en Polarización Directa
Si asumimos que Mp = Mn = M la cual es una función de V2 , la
ecuación
I
I = Mp [α1 (IA )IA + ICO1 ] + Mn [α2 (IK )IK + ICO2 ]
Se reduce a
I
I = M (V2 )[α1 (IA )IA + α2 (IK )IK + I0 ]
donde I0 = ICO1 + ICO2 . Para una condición especı́fica de
Ig = 0, tenemos I = IA = IK , y la ecuación anterior se reduce a
I
I = M (V2 )[α1 (I)I + α2 (I)I + I0 ].
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Voltaje de Ruptura en Polarización Directa
Conducción en Polarización Directa
Voltaje de Ruptura en Polarización Directa
Si asumimos que Mp = Mn = M la cual es una función de V2 , la
ecuación
I
I = Mp [α1 (IA )IA + ICO1 ] + Mn [α2 (IK )IK + ICO2 ]
Se reduce a
I
I = M (V2 )[α1 (IA )IA + α2 (IK )IK + I0 ]
donde I0 = ICO1 + ICO2 . Para una condición especı́fica de
Ig = 0, tenemos I = IA = IK , y la ecuación anterior se reduce a
I
I = M (V2 )[α1 (I)I + α2 (I)I + I0 ].
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Voltaje de Ruptura en Polarización Directa
Si asumimos que Mp = Mn = M la cual es una función de V2 , la
ecuación
I
I = Mp [α1 (IA )IA + ICO1 ] + Mn [α2 (IK )IK + ICO2 ]
Se reduce a
I
I = M (V2 )[α1 (IA )IA + α2 (IK )IK + I0 ]
donde I0 = ICO1 + ICO2 . Para una condición especı́fica de
Ig = 0, tenemos I = IA = IK , y la ecuación anterior se reduce a
I
I = M (V2 )[α1 (I)I + α2 (I)I + I0 ].
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Bloqueo en Polarización Directa
Voltaje de Ruptura en Polarización Directa
Conducción en Polarización Directa
Voltaje de Ruptura en Polarización Directa
Cuando I >> I0 , se reduce aún mán a la forma familiar
Podemos cancelar I
M (V2 ) =
1
α1 + α2
El factor de multiplicación M puede generalmente relacionarse
empı́ricamente con el voltaje de quiebre VB como
M (V2 )
M (V2 ) =
1
1 − (V2 /VB )n
y n es constante.
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Conducción en Polarización Directa
Voltaje de Ruptura en Polarización Directa
Cuando I >> I0 , se reduce aún mán a la forma familiar
Podemos cancelar I
M (V2 ) =
1
α1 + α2
El factor de multiplicación M puede generalmente relacionarse
empı́ricamente con el voltaje de quiebre VB como
M (V2 )
M (V2 ) =
1
1 − (V2 /VB )n
y n es constante.
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Voltaje de Ruptura en Polarización Directa
Cuando I >> I0 , se reduce aún mán a la forma familiar
Podemos cancelar I
M (V2 ) =
1
α1 + α2
El factor de multiplicación M puede generalmente relacionarse
empı́ricamente con el voltaje de quiebre VB como
M (V2 )
M (V2 ) =
1
1 − (V2 /VB )n
y n es constante.
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Voltaje de Ruptura en Polarización Directa
Conducción en Polarización Directa
Voltaje de Ruptura en Polarización Directa
Cuando I >> I0 , se reduce aún mán a la forma familiar
Podemos cancelar I
M (V2 ) =
1
α1 + α2
El factor de multiplicación M puede generalmente relacionarse
empı́ricamente con el voltaje de quiebre VB como
M (V2 )
M (V2 ) =
1
1 − (V2 /VB )n
y n es constante.
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Voltaje de Ruptura en Polarización Directa
Conducción en Polarización Directa
Voltaje de Ruptura en Polarización Directa
El voltaje de ruptura en polarización directa ahora puede ser
obtenido de las ecuaciones anteriores
M (V2 )
1
,
α1 + α2
1
M (V2 ) =
.
1 − (V2 /VB )n
M (V2 ) =
Considerando VAK ≈ V2 ;
VBF
VBF = VB (1 − α1 − α2 )1/n
Armando Lara
(α1 + α2 ) < 1.
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Bloqueo en Polarización Directa
Voltaje de Ruptura en Polarización Directa
Conducción en Polarización Directa
Voltaje de Ruptura en Polarización Directa
El voltaje de ruptura en polarización directa ahora puede ser
obtenido de las ecuaciones anteriores
M (V2 )
1
,
α1 + α2
1
M (V2 ) =
.
1 − (V2 /VB )n
M (V2 ) =
Considerando VAK ≈ V2 ;
VBF
VBF = VB (1 − α1 − α2 )1/n
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(α1 + α2 ) < 1.
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Voltaje de Ruptura en Polarización Directa
Conducción en Polarización Directa
Voltaje de Ruptura en Polarización Directa
El voltaje de ruptura en polarización directa ahora puede ser
obtenido de las ecuaciones anteriores
M (V2 )
1
,
α1 + α2
1
M (V2 ) =
.
1 − (V2 /VB )n
M (V2 ) =
Considerando VAK ≈ V2 ;
VBF
VBF = VB (1 − α1 − α2 )1/n
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(α1 + α2 ) < 1.
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Conducción en Polarización Directa
Voltaje de Ruptura en Polarización Directa
El voltaje de ruptura en polarización directa ahora puede ser
obtenido de las ecuaciones anteriores
M (V2 )
1
,
α1 + α2
1
M (V2 ) =
.
1 − (V2 /VB )n
M (V2 ) =
Considerando VAK ≈ V2 ;
VBF
VBF = VB (1 − α1 − α2 )1/n
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(α1 + α2 ) < 1.
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Voltaje de Ruptura en Polarización Directa
VBF
VBF = VB (1 − α1 − α2 )1/n
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(α1 + α2 ) < 1.
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Voltaje de Ruptura en Polarización Directa
VBF
VBF = VB (1 − α1 − α2 )1/n
(α1 + α2 ) < 1.
A comparación con el voltaje de ruptura en polarización inversa
[VBR = VB (1 − α1 )1/n ] muestra que VBF es siempre menor que
VBR .
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Voltaje de Ruptura en Polarización Directa
VBF
VBF = VB (1 − α1 − α2 )1/n
(α1 + α2 ) < 1.
Para valores menores de (α1 + α2 ), VBF estará escencialmente
igual como el voltaje de ruptura en polarización inversa como se
muestra en la figura:
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Outline
1
Introducción
Descripción, Historia y Aplicaciones
Caracterı́sticas
2
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Bloqueo en Polarización Inversa
Bloqueo en Polarización Directa
Voltaje de Ruptura en Polarización Directa
Conducción en Polarización Directa
3
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SCR
DIAC
TRIAC
4
Referencias
Introducción
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Referencias
Bloqueo en Polarización Inversa
Bloqueo en Polarización Directa
Voltaje de Ruptura en Polarización Directa
Conducción en Polarización Directa
Equilibrio Térmico
En equilibrio, hay para cada unión una zona de agotamiento
con un voltaje built-in que es determinado por el perfil de
dopaje de impurezas. Cuando un voltaje positivo es aplicado al
ánodo, la unión J2 tenderá a volverse inversamente polarizada,
mientras J1 y J3 serán polarizadas directamente. La caı́da del
voltaje de ánodo a cátodo es igual a la suma algebraica de las
caı́das de voltajes:
Voltaje ánodo-cátodo
VAK = V1 + V2 + V3 .
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Bloqueo en Polarización Inversa
Bloqueo en Polarización Directa
Voltaje de Ruptura en Polarización Directa
Conducción en Polarización Directa
Equilibrio Térmico
En equilibrio, hay para cada unión una zona de agotamiento
con un voltaje built-in que es determinado por el perfil de
dopaje de impurezas. Cuando un voltaje positivo es aplicado al
ánodo, la unión J2 tenderá a volverse inversamente polarizada,
mientras J1 y J3 serán polarizadas directamente. La caı́da del
voltaje de ánodo a cátodo es igual a la suma algebraica de las
caı́das de voltajes:
Voltaje ánodo-cátodo
VAK = V1 + V2 + V3 .
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Bloqueo en Polarización Directa
Voltaje de Ruptura en Polarización Directa
Conducción en Polarización Directa
Estado Desactivado o Apagado
Sobre la conmutación, la corriente a través el dispositivo debe
ser limitada por una resistencia de carga externa; de otra forma,
el dispositivo se autodestruirı́a si la fuente de voltaje fuera
suficientemente alta. En el estado on, J2 es cambiado ya que se
polariza de indirectamente, a directamente, como se muestra en
la figura:
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Estado Desactivado o Apagado
Caı́da de Voltaje Neto
V1 − |V2 | + V3
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Bloqueo en Polarización Directa
Voltaje de Ruptura en Polarización Directa
Conducción en Polarización Directa
Estado Activado o Encendido
Cuando un tiristor está en estado on, las tres uniones están
polarizadas correctamente. Huecos son injectados de la región
p1 y electrones de la región n2. Los portadores alimentan las
regiones n1 y p2 las cuales son relativamente ligeramente
dopadas. Por lo tanto, el dispositivo se comporta como un
diodo p+ − i − n+ (p1 − i − n2)
diodo p+ − i − n+
Un diodo p+ − i − n+ es una unión pn con una capa intrı́seca
(región i) entre dos capas p y n
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Voltaje de Ruptura en Polarización Directa
Conducción en Polarización Directa
Estado Activado o Encendido
Cuando un tiristor está en estado on, las tres uniones están
polarizadas correctamente. Huecos son injectados de la región
p1 y electrones de la región n2. Los portadores alimentan las
regiones n1 y p2 las cuales son relativamente ligeramente
dopadas. Por lo tanto, el dispositivo se comporta como un
diodo p+ − i − n+ (p1 − i − n2)
diodo p+ − i − n+
Un diodo p+ − i − n+ es una unión pn con una capa intrı́seca
(región i) entre dos capas p y n
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Conducción en Polarización Directa
Estado Activado o Encendido
diodo p+ − i − n+
Un diodo p+ − i − n+ es una unión pn con una capa intrı́seca
(región i) entre dos capas p y n
Algunas caracterı́sticas son
Capa intrı́nseca ancha
Baja capacitancia
Alto voltaje de ruptura en polarización inversa. (caso
actual)
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Voltaje de Ruptura en Polarización Directa
Conducción en Polarización Directa
Estado Activado o Encendido
Para un diodo p+ − i − n+ con ancho de región i, Wi , la
densidad de corriente en polarización directa está afectada por
la taza a la cual los huecos y electrones se recombinan en la
región Wi .
Densidad de corriente
Z
J =q
Wi
Rdx
0
donde R es la taza de recombinación que puede ser expresada
como
Taza de recombinación
R = Ar (n2 p + p2 n) +
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np − n2i
τpo (n + ni ) + τno (p + ni )
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Conducción en Polarización Directa
Estado Activado o Encendido
Para un diodo p+ − i − n+ con ancho de región i, Wi , la
densidad de corriente en polarización directa está afectada por
la taza a la cual los huecos y electrones se recombinan en la
región Wi .
Densidad de corriente
Z
J =q
Wi
Rdx
0
donde R es la taza de recombinación que puede ser expresada
como
Taza de recombinación
R = Ar (n2 p + p2 n) +
Armando Lara
np − n2i
τpo (n + ni ) + τno (p + ni )
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Conducción en Polarización Directa
Estado Activado o Encendido
Para un diodo p+ − i − n+ con ancho de región i, Wi , la
densidad de corriente en polarización directa está afectada por
la taza a la cual los huecos y electrones se recombinan en la
región Wi .
Densidad de corriente
Z
J =q
Wi
Rdx
0
donde R es la taza de recombinación que puede ser expresada
como
Taza de recombinación
R = Ar (n2 p + p2 n) +
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np − n2i
τpo (n + ni ) + τno (p + ni )
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Estado Activado o Encendido
Para un diodo p+ − i − n+ con ancho de región i, Wi , la
densidad de corriente en polarización directa está afectada por
la taza a la cual los huecos y electrones se recombinan en la
región Wi .
Densidad de corriente
Z
J =q
Wi
Rdx
0
donde R es la taza de recombinación que puede ser expresada
como
Taza de recombinación
R = Ar (n2 p + p2 n) +
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np − n2i
τpo (n + ni ) + τno (p + ni )
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Estado Activado o Encendido
Taza de recombinación
R = Ar (n2 p + p2 n) +
np − n2i
τpo (n + ni ) + τno (p + ni )
El primer término es debido al proceso de Auger y el coeficiente
Auger Ar es 1 − 2 × 10−31 cm6 /s para el silicio. El segundo
término es debido a las trampas de recombinación midgap, y τpo
y τno son los tiempos de vida de los huecos y los electrones
respectivamente.
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Taza de recombinación
R = Ar (n2 p + p2 n) +
np − n2i
τpo (n + ni ) + τno (p + ni )
El primer término es debido al proceso de Auger y el coeficiente
Auger Ar es 1 − 2 × 10−31 cm6 /s para el silicio. El segundo
término es debido a las trampas de recombinación midgap, y τpo
y τno son los tiempos de vida de los huecos y los electrones
respectivamente.
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Taza de recombinación
R = Ar (n2 p + p2 n) +
np − n2i
τpo (n + ni ) + τno (p + ni )
El primer término es debido al proceso de Auger y el coeficiente
Auger Ar es 1 − 2 × 10−31 cm6 /s para el silicio. El segundo
término es debido a las trampas de recombinación midgap, y τpo
y τno son los tiempos de vida de los huecos y los electrones
respectivamente.
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Conducción en Polarización Directa
Estado Activado o Encendido
Bajo un alto nivel de inyección, n = p >> ni , La ecuación
Taza de recombinación
R = Ar (n2 p + p2 n) +
np − n2i
τpo (n + ni ) + τno (p + ni )
se reduce a
Taza de recombinación para altas inyecciones
1
2
R = n 2Ar n +
.
τpo + τno
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Bajo un alto nivel de inyección, n = p >> ni , La ecuación
Taza de recombinación
R = Ar (n2 p + p2 n) +
np − n2i
τpo (n + ni ) + τno (p + ni )
se reduce a
Taza de recombinación para altas inyecciones
1
2
R = n 2Ar n +
.
τpo + τno
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Conducción en Polarización Directa
Estado Activado o Encendido
Bajo un alto nivel de inyección, n = p >> ni , La ecuación
Taza de recombinación
R = Ar (n2 p + p2 n) +
np − n2i
τpo (n + ni ) + τno (p + ni )
se reduce a
Taza de recombinación para altas inyecciones
1
2
R = n 2Ar n +
.
τpo + τno
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Voltaje de Ruptura en Polarización Directa
Conducción en Polarización Directa
Estado Activado o Encendido
La concentración de carga es aproximadamente constante a lo
largo de la región Wi , la densidad de corriente puede ser escrita
como
Densidad de Corriente
J=
qnWi
,
τef f
donde el tiempo de vida efectivo es
Tiempo de vida efectivo
−1
n
1
2
τef f =
= 2Ar n +
R
τpo + τno
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La concentración de carga es aproximadamente constante a lo
largo de la región Wi , la densidad de corriente puede ser escrita
como
Densidad de Corriente
J=
qnWi
,
τef f
donde el tiempo de vida efectivo es
Tiempo de vida efectivo
−1
n
1
2
τef f =
= 2Ar n +
R
τpo + τno
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La concentración de carga es aproximadamente constante a lo
largo de la región Wi , la densidad de corriente puede ser escrita
como
Densidad de Corriente
J=
qnWi
,
τef f
donde el tiempo de vida efectivo es
Tiempo de vida efectivo
−1
n
1
2
τef f =
= 2Ar n +
R
τpo + τno
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Estado Activado o Encendido
Ahora examinaremos la dependencia de voltaje para dar las
cargacterı́sticas. Primero tenemos que mirar la caı́da de voltaje
interna Vi a través de la región Wi . Tratando el problema como
un proceso de drift, podemos interpretar la corriente como
Corriente drift
J = q(µn + µp )nξ¯
donde ξ¯ es el campo eléctrico promedio.
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Ahora examinaremos la dependencia de voltaje para dar las
cargacterı́sticas. Primero tenemos que mirar la caı́da de voltaje
interna Vi a través de la región Wi . Tratando el problema como
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Corriente drift
J = q(µn + µp )nξ¯
donde ξ¯ es el campo eléctrico promedio.
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cargacterı́sticas. Primero tenemos que mirar la caı́da de voltaje
interna Vi a través de la región Wi . Tratando el problema como
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Corriente drift
J = q(µn + µp )nξ¯
donde ξ¯ es el campo eléctrico promedio.
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Bloqueo en Polarización Directa
Voltaje de Ruptura en Polarización Directa
Conducción en Polarización Directa
Estado Activado o Encendido
¯ de las ecuaciones
Ya que Vi = Wi ξ,
Ecuaciones de Corrientes
J=
qnWi
,
τef f
J = q(µn + µp )nξ¯
podemos encontrar
Caı́da de Voltaje Interna
Vi =
Wi2
.
(µn + µp )τef f
Armando Lara
Fı́sica de Semiconductores
Introducción
Dispositivo Básico de Cuatro Capas
Familias de Tiristores
Referencias
Bloqueo en Polarización Inversa
Bloqueo en Polarización Directa
Voltaje de Ruptura en Polarización Directa
Conducción en Polarización Directa
Estado Activado o Encendido
¯ de las ecuaciones
Ya que Vi = Wi ξ,
Ecuaciones de Corrientes
J=
qnWi
,
τef f
J = q(µn + µp )nξ¯
podemos encontrar
Caı́da de Voltaje Interna
Vi =
Wi2
.
(µn + µp )τef f
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Bloqueo en Polarización Directa
Voltaje de Ruptura en Polarización Directa
Conducción en Polarización Directa
Estado Activado o Encendido
¯ de las ecuaciones
Ya que Vi = Wi ξ,
Ecuaciones de Corrientes
J=
qnWi
,
τef f
J = q(µn + µp )nξ¯
podemos encontrar
Caı́da de Voltaje Interna
Vi =
Wi2
.
(µn + µp )τef f
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Bloqueo en Polarización Inversa
Bloqueo en Polarización Directa
Voltaje de Ruptura en Polarización Directa
Conducción en Polarización Directa
Estado Activado o Encendido
Caı́da de Voltaje Interna
Vi =
Wi2
.
(µn + µp )τef f
Debido a que Vi es inversamente proporcional al tiempo de vida
efectivo, grandes τef f son deseados. Valores calculados de τef f
son mostrados en la figura como función de la concentración de
inyección:
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Bloqueo en Polarización Inversa
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Voltaje de Ruptura en Polarización Directa
Conducción en Polarización Directa
Estado Activado o Encendido
Caı́da de Voltaje Interna
Vi =
Wi2
.
(µn + µp )τef f
Debido a que Vi es inversamente proporcional al tiempo de vida
efectivo, grandes τef f son deseados. Valores calculados de τef f
son mostrados en la figura como función de la concentración de
inyección:
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Bloqueo en Polarización Inversa
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Voltaje de Ruptura en Polarización Directa
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Estado Activado o Encendido
Caı́da de Voltaje Interna
Vi =
Wi2
.
(µn + µp )τef f
Debido a que Vi es inversamente proporcional al tiempo de vida
efectivo, grandes τef f son deseados. Valores calculados de τef f
son mostrados en la figura como función de la concentración de
inyección:
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Referencias
Bloqueo en Polarización Inversa
Bloqueo en Polarización Directa
Voltaje de Ruptura en Polarización Directa
Conducción en Polarización Directa
Estado Activado o Encendido
También a altas concentraciones, el efecto de dispersión de
portador-portador también comienza debido a la fuerte
interación entre los portadores libres. Este efecto es
interpretado a través de un parámetro llamado coeficiente de
difusión ambipolar, dado por
Coeficiente de Difusión Ambipolar
n+p
.
Da =
n/Dp + p/Dn
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Bloqueo en Polarización Inversa
Bloqueo en Polarización Directa
Voltaje de Ruptura en Polarización Directa
Conducción en Polarización Directa
Estado Activado o Encendido
También a altas concentraciones, el efecto de dispersión de
portador-portador también comienza debido a la fuerte
interación entre los portadores libres. Este efecto es
interpretado a través de un parámetro llamado coeficiente de
difusión ambipolar, dado por
Coeficiente de Difusión Ambipolar
n+p
.
Da =
n/Dp + p/Dn
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Bloqueo en Polarización Inversa
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Voltaje de Ruptura en Polarización Directa
Conducción en Polarización Directa
Estado Activado o Encendido
También a altas concentraciones, el efecto de dispersión de
portador-portador también comienza debido a la fuerte
interación entre los portadores libres. Este efecto es
interpretado a través de un parámetro llamado coeficiente de
difusión ambipolar, dado por
Coeficiente de Difusión Ambipolar
n+p
.
Da =
n/Dp + p/Dn
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Coeficiente de Difusión Ambipolar
n+p
Da =
.
n/Dp + p/Dn
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Voltaje de Ruptura en Polarización Directa
Conducción en Polarización Directa
Estado Activado o Encendido
La ecuación
Caı́da de Voltaje Interna
Vi =
Wi2
.
(µn + µp )τef f
puede ser escrita
Caı́da de Voltaje Interna
Vi =
2kT bWi2
q(1 + b)2 Da τef f
donde b es la razón µn /µp = Dn /Dp .
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Bloqueo en Polarización Inversa
Bloqueo en Polarización Directa
Voltaje de Ruptura en Polarización Directa
Conducción en Polarización Directa
Estado Activado o Encendido
La ecuación
Caı́da de Voltaje Interna
Vi =
Wi2
.
(µn + µp )τef f
puede ser escrita
Caı́da de Voltaje Interna
Vi =
2kT bWi2
q(1 + b)2 Da τef f
donde b es la razón µn /µp = Dn /Dp .
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Familias de Tiristores
Referencias
Bloqueo en Polarización Inversa
Bloqueo en Polarización Directa
Voltaje de Ruptura en Polarización Directa
Conducción en Polarización Directa
Estado Activado o Encendido
A bajas concentraciones n y p, (n1 y p2)
Coeficiente de Difusión Ambipolar
Da =
2Dn Dp
,
Dn + Dp
y es intependiente de la concentración de portadores.
Armando Lara
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Introducción
Dispositivo Básico de Cuatro Capas
Familias de Tiristores
Referencias
Bloqueo en Polarización Inversa
Bloqueo en Polarización Directa
Voltaje de Ruptura en Polarización Directa
Conducción en Polarización Directa
Estado Activado o Encendido
A bajas concentraciones n y p, (n1 y p2)
Coeficiente de Difusión Ambipolar
Da =
2Dn Dp
,
Dn + Dp
y es intependiente de la concentración de portadores.
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Familias de Tiristores
Referencias
Bloqueo en Polarización Inversa
Bloqueo en Polarización Directa
Voltaje de Ruptura en Polarización Directa
Conducción en Polarización Directa
Estado Activado o Encendido
A bajas concentraciones n y p, (n1 y p2)
Coeficiente de Difusión Ambipolar
Da =
2Dn Dp
,
Dn + Dp
y es intependiente de la concentración de portadores.
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Referencias
Bloqueo en Polarización Inversa
Bloqueo en Polarización Directa
Voltaje de Ruptura en Polarización Directa
Conducción en Polarización Directa
Estado Activado o Encendido
La caı́da de voltaje total en la terminal debe también incluir las
regiones de los extremos y sus eficiencias de inyección. Con
estos efectos, la relación final I − V quedarı́a
J
4qni Da FL
exp
J=
Wi
qVAK
2kT
.
El factor de 2 en el exponente del exponencial es la
caracterı́stica de el proceso de recombinación. El proceso de FL
es una función de Wi /La donde La es la longitud de difusión
ambipolar La = (Da τa )1/2 .
Armando Lara
Fı́sica de Semiconductores
Introducción
Dispositivo Básico de Cuatro Capas
Familias de Tiristores
Referencias
Bloqueo en Polarización Inversa
Bloqueo en Polarización Directa
Voltaje de Ruptura en Polarización Directa
Conducción en Polarización Directa
Estado Activado o Encendido
La caı́da de voltaje total en la terminal debe también incluir las
regiones de los extremos y sus eficiencias de inyección. Con
estos efectos, la relación final I − V quedarı́a
J
4qni Da FL
exp
J=
Wi
qVAK
2kT
.
El factor de 2 en el exponente del exponencial es la
caracterı́stica de el proceso de recombinación. El proceso de FL
es una función de Wi /La donde La es la longitud de difusión
ambipolar La = (Da τa )1/2 .
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Introducción
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Familias de Tiristores
Referencias
Bloqueo en Polarización Inversa
Bloqueo en Polarización Directa
Voltaje de Ruptura en Polarización Directa
Conducción en Polarización Directa
Estado Activado o Encendido
La caı́da de voltaje total en la terminal debe también incluir las
regiones de los extremos y sus eficiencias de inyección. Con
estos efectos, la relación final I − V quedarı́a
J
4qni Da FL
exp
J=
Wi
qVAK
2kT
.
El factor de 2 en el exponente del exponencial es la
caracterı́stica de el proceso de recombinación. El proceso de FL
es una función de Wi /La donde La es la longitud de difusión
ambipolar La = (Da τa )1/2 .
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Fı́sica de Semiconductores
Outline
1
Introducción
Descripción, Historia y Aplicaciones
Caracterı́sticas
2
Dispositivo Básico de Cuatro Capas
Bloqueo en Polarización Inversa
Bloqueo en Polarización Directa
Voltaje de Ruptura en Polarización Directa
Conducción en Polarización Directa
3
Familias de Tiristores
SCR
DIAC
TRIAC
4
Referencias
Introducción
Dispositivo Básico de Cuatro Capas
Familias de Tiristores
Referencias
SCR
DIAC
TRIAC
Caracterı́sticas del Silicon-Controlled Rectifier
VBF es máximo cuando IG = 0. Cuando la corriente de
compuerta incremente, el VBF decrementa.
Ih es el valor incrementa con el decrecimiento de el valor IG
y es máximo cuando IG = 0.
Armando Lara
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Introducción
Dispositivo Básico de Cuatro Capas
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Referencias
SCR
DIAC
TRIAC
Caracterı́sticas del Silicon-Controlled Rectifier
VBF es máximo cuando IG = 0. Cuando la corriente de
compuerta incremente, el VBF decrementa.
Ih es el valor incrementa con el decrecimiento de el valor IG
y es máximo cuando IG = 0.
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Outline
1
Introducción
Descripción, Historia y Aplicaciones
Caracterı́sticas
2
Dispositivo Básico de Cuatro Capas
Bloqueo en Polarización Inversa
Bloqueo en Polarización Directa
Voltaje de Ruptura en Polarización Directa
Conducción en Polarización Directa
3
Familias de Tiristores
SCR
DIAC
TRIAC
4
Referencias
Introducción
Dispositivo Básico de Cuatro Capas
Familias de Tiristores
Referencias
SCR
DIAC
TRIAC
DIAC
El DIAC diodo ac switch, es un tiristor bidirecional. Tiene
estado on y off para voltajes de terminales positivas o
negativas.
El quiebre ocurre en VBCB0 (1 − α)1/n , donde VBCB0 es el
voltaje de quiebre de avalancha de una unión pn, α es la
ganancia de corriente en configuración base común.
Armando Lara
Fı́sica de Semiconductores
Introducción
Dispositivo Básico de Cuatro Capas
Familias de Tiristores
Referencias
SCR
DIAC
TRIAC
DIAC
El DIAC diodo ac switch, es un tiristor bidirecional. Tiene
estado on y off para voltajes de terminales positivas o
negativas.
El quiebre ocurre en VBCB0 (1 − α)1/n , donde VBCB0 es el
voltaje de quiebre de avalancha de una unión pn, α es la
ganancia de corriente en configuración base común.
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1
Introducción
Descripción, Historia y Aplicaciones
Caracterı́sticas
2
Dispositivo Básico de Cuatro Capas
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Bloqueo en Polarización Directa
Voltaje de Ruptura en Polarización Directa
Conducción en Polarización Directa
3
Familias de Tiristores
SCR
DIAC
TRIAC
4
Referencias
Introducción
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Familias de Tiristores
Referencias
SCR
DIAC
TRIAC
TRIAC
El TRIAC triode ac switch, es un tiristor bidirecional.
Tiene estado on y off para voltajes de terminales positivas
o negativas.
Tiene la misma estructura que el DIAC, más un electrodo
de compuerta.
Armando Lara
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Referencias
SCR
DIAC
TRIAC
TRIAC
El TRIAC triode ac switch, es un tiristor bidirecional.
Tiene estado on y off para voltajes de terminales positivas
o negativas.
Tiene la misma estructura que el DIAC, más un electrodo
de compuerta.
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Referencias
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DIAC
TRIAC
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Familias de Tiristores
Referencias
En memoria de...
Robert Norton Noyce (Diciembre 12, 1927 Junio 3, 1990),
llamado “The Mayor of Silicon Valley”.
Fundador de Fairchild Semiconductor.
Fundador de Integrated Electronics Corporation (Intel).
Junto con Jack Kilby inventó el Circuito Integrado.
Tuvo 15 patentes.
Armando Lara
Fı́sica de Semiconductores
Introducción
Dispositivo Básico de Cuatro Capas
Familias de Tiristores
Referencias
Thomas L. Floyd. “Electronic Devices”. Seventh Edition.
Prentice Hall Editorial. 2005. ISBN:0-13-127827-4
B. Jayant Baliga. “Fundamentals of Power Semiconductor
Devices”. Springer Science Editorial. 2008.
ISBN:978-0-387-47313-0
Ben G. Streetman, Sanjay Kumbar Banerjee.“Solid State Electronic Devices”. Sixth Edition,
Prentice-Hall, ISBN:978-81-203-3020-7.
Power Electronic-EE. Indian Institute of Technology
Kharagpur. Version 2.
S. M. Sze and Kwok K. Ng. “Physics of Semiconductor
Devices, 3rd Edition. John Wiley and Sons, Inc. 2007
Armando Lara
Fı́sica de Semiconductores