CONDICIONES DE POLARIZACIÓN EN DIRECTA $V_{O}>0$

La condición de polarización en directa o “encendido” se establece aplicando el potencial positivo al material tipo $p$ y el potencial negativo al tipo $n$ como se muestra en la figura.

La aplicación de un potencial de polarización en directa $V_{D}$ “presionará” a los electrones en el

material tipo $n$ y a los huecos en el material tipo $p$ para que se recombinen con los iones próximos al límite y reducirá el ancho de la región de empobrecimiento. El flujo de portadores minoritarios de electrones resultante del material tipo $p$ al material tipo $n$ (y de huecos del material tipo $n$ al tipo $p$) no cambia de magnitud (puesto que el nivel de conducción es controlado principalmente por el número limitado de impurezas en el material), aunque la reducción del ancho de la región de empobrecimiento produjo un intenso flujo de portadores mayoritarios a través de la unión. Un electrón del material tipo $p$ ahora “ve” una barrera reducida en la unión debido a la región de empobrecimiento reducida y a una fuerte atracción del potencial positivo aplicado al material tipo $p$. En cuanto se incrementa la magnitud de la polarización aplicada, el ancho de la región de empobrecimiento continuará reduciéndose hasta que un flujo de electrones pueda atravesar la unión, lo que produce un crecimiento exponencial de la corriente como se muestra en la región de polarización en directa de las características de la gráfica de abajo.

Observe que la escala vertical de la figura está en miliamperes (aunque algunos diodos semiconductores tienen una escala vertical medida en amperes) y la escala horizontal en la región

de polarización en directa tiene un máximo de $1V$. Por consiguiente, en general el voltaje a través de un diodo polarizado en directa será menor de $1V$. Observe también cuan rápido se eleva

la corriente después de la rodilla de la curva.

Se puede demostrar por medio de la física de estado sólido que las características generales de un diodo semiconductor se pueden definir mediante la siguiente ecuación, conocida como ecuación de Shockley, para las regiones de polarización en directa y en inversa:
$$I_{D}=I_{S}(e^{\frac{V_{D}}{nV_{T}}}-1)$$  

donde $I_{S}$ es la corriente de saturación en inversa.

           $V_{D}$ Es el voltaje de polarización en directa aplicado a través del diodo

           $n$ es un factor de idealidad, el cual es una función de las condiciones de operación y su                            construcción física; varia entre $1$ y $2$ segun diversos factores. 

                   (se supondrá siempre $n=1$ a no ser que se diga lo contrario). 

El voltaje $V_{T}$ en la ecuación se le llama voltaje térmico y esta determinado por:
$$V_{T}=\frac{kT}{q}V$$
donde: $k$ es la constante de Boltzmann = $1.38\times10^{-23}J/K$
            $T$ es la temperatura en grados Kelvin$=273$+ la temperatura en $°C$
            $Q$ es la magnitud del electron $e=1.6\times10^{-19}C$

Inicialmente, la ecuación de la corriemte con todas sus cantidades definidas puede parecer un tanto
complicada. Sin embargo, no se utilizará mucho en el análisis siguiente. Lo importante en este
momento es entender el origen de las características del diodo y qué factores afectan su forma.
En la figura de arriba aparece una curva de la ecuación de la corriente del diodo, la línea punteada, con $I_{S}=10pA$. Si la expandimos a la forma siguiente, el componente contribuyente en cada región de la figura de la curva se describe con mayor claridad:

$$I_{D}=I_{s}e^{\frac{V_{D}}{nV_{T}}}-I_{s}$$

Con valores positivos de $V_{D}$ el primer término de la ecuación anterior crecerá con rapidez y anulará por completo el efecto del segundo término. El resultado es la siguiente ecuación, la cual sólo tiene valores positivos y adopta la forma exponencial $e^{x}$ que aparece en la gráfica de abajo:

$$I_{D}=I_{s}e^{\frac{V_{D}}{nV_{T}}}$$  

La curva exponencial de la figura se incrementa muy rápido con los valores crecientes de $x$. Con $x=0$, $e^{0}=1$, en tanto que con $x=5$ salta a más de $148$. Si continuamos $x =10$, la curva salta a más de $22,000$. Es evidente, por consiguiente, que a medida que se incrementa el valor de $x$, la curva se vuelve casi vertical, una conclusión importante que se habrá de recordar cuando examinemos el cambio de la corriente con valores crecientes del voltaje aplicado.  

Con valores negativos de $V_{D}$ el término exponencial se reduce con rapidez por debajo del nivel de $I$ y la ecuación resultante para $I_{D}$ es:

$$I_{D}\simeq-Is$$

Observe que en la grafica del diodo que con valores negativos de $V_{D}$ la corriente en esencia es horizontal al nivel de $-I_{s}$

Con $V=0$ la ecuacion se vuelve:

$$I_{D}=I_{S}(e^{0}-1)=I_{s}(1-1)=0mA$$

El cambio abrupto de dirección de la curva en $V_{D}=0V$ se debe al cambio de las escalas de corriente de arriba hacia abajo del eje. Observe que arriba del eje la escala está en miliamperes ($mA$), en tanto que debajo del eje está en picoamperes ($pA$).

Teóricamente, con todo perfecto, las características de un diodo de silicio deben ser como las muestra la línea punteada de la gráfica del diodo. Sin embargo, los diodos de silicio comerciales se desvían de la condición ideal por varias razones, entre ellas la resistencia de “cuerpo” interna y la resistencia de “contacto” externa de un diodo. Cada una contribuye a un voltaje adicional con el mismo nivel de corriente, como lo determina la ley de Ohm, lo que provoca el desplazamiento hacia la derecha que se muestra en la misma grafica. 

El cambio de las escalas de corriente entre las regiones superior e inferior de la gráfica se observó antes. Para el voltaje $V_{D}$ también hay un cambio mensurable de escala entre la región derecha de la gráfica y la izquierda. Con valores positivos de $V_{D}$ la escala está en décimas de volts, y en la región negativa está en decenas de volts.