El diodo de cuatro capas.

     La estructura básica del diodo pnpn, llamado también diodo de cuatro capas  es, básicamente, la que se aprecia en la Figura 1.

                                                                                                                 

             Figura 1: Estructura básica del diodo pnpn.

     Esencialmente es un dispositivo interruptor. Al aplicar una tensión positiva entre ánodo y cátodo se puede observar que la unión J1 y J3 esta polarizada en directa, y la unión J2 polarizada en inversa. En estas condiciones únicamente circula una corriente muy baja (despreciable) y el dispositivo se encuentra cortado. Aumentando la tensión positiva se llega a una tensión Vb0 donde la corriente crece en forma abrupta y la caída de tensión decrece de la misma manera. En este momento, el diodo ha conmutado desde el estado de bloqueo a conducción.

     Una manera sencilla de entender el funcionamiento de este diodo consiste en separar su estructura física en dos mitades (Figura 2a). La mitad izquierda es un transistor NPN y la mitad derecha un PNP, resultando el circuito mostrado en la Figura 2b.

                                     Figura 2 :  a) Estructura equivalente.                                                      b) Modelo de conducción.  

     Respecto al transistor pnp con ganancia en corriente α1 se puede escribir:

        IB1 =  IE1 - IC1  , donde IC1 = α1IE1 + IC01

    Reemplazando IC1 en IB1 se obtiene: 

         IB1= IE1(1-α1) - IC01

    Con respecto al transistor npn, de ganancia en corriente α2 se puede escribir para su corriente de colector:

        IC2 = α2IE2 + IC02 , donde IC01 e IC02 son pequeñas  corrientes de saturación inversa en los respectivos colectores cuando se esta en corte.

    Obsérvese que la corriente de base del transistor pnp es suministrada por el colector del transistor npn. Igualando IB1 a IC2, se obtiene:

        IE1(1-α1) - IC01 =  α2IE2 + IC02  ; donde  IE1 =  IE2 = I

    Entonces:         I(1-α1) - IC01 =  α2I + IC02  Þ

              

    Las ganancias en corriente aumentan con la corriente I. Para bajo nivel de corriente I ambas ganancias α1 y α2 son mucho menores que la unidad y la corriente I sólo está formada por las pequeñas corrientes de pérdidas IC01 e IC02. Tal y como la tensión aplicada aumenta lo hará I y las ganancias α1 y α2. Habrá un momento en el cual (α1 + α2) se aproxime a la unidad haciendo aumentar I bruscamente, es el momento en que el dispositivo está en estado de conducción.

    La característica corriente-tensión de un diodo pnpn se muestra en el Applet. Aparecen cinco regiones bien diferenciadas:

Región 0-a: el dispositivo está en su región de alta impedancia o estado de bloqueo directo. Comprende toda la región 0-a hasta el punto llamado de encendido con tensión Vb0 y corriente Is de saturación, a partir del cual cambia de estado.

Región a-b: el dispositivo manifiesta un comportamiento de resistencia negativa, es decir, la corriente aumenta al disminuir la tensión.

Región b-c: el dispositivo está en su zona de conducción o de baja impedancia. Se define el punto (Vh, Ih) como tensión y corriente de mantenimiento.

Región 0-d: el dispositivo está en su estado de bloqueo inverso.

Región d-e: el dispositivo está en su región de ruptura.

      

        En consecuencia, el dispositivo de cuatro capas así formado es un dispositivo biestable que puede pasar de un estado de conducción (alta corriente y baja impedancia) a un estado de bloqueo (baja corriente y alta impedancia).