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EL DIODOPOLARIZACIÓN DEL DIODO

DIODO IDEALDIODO REAL

CARACTERIZACIÓN VOLTAJE-CORRIENTE

2015-1

Prof. Gustavo Patiño. M.Sc. Ph.DMJ 12- 1419-03-2015

TABLA DE CONTENIDO

Electrónica Análoga I. Facultad de Ingeniería. Universidad de Antioquia. 2015-1

DIODO SEMICONDUCTOR

El dispositivo electrónico no lineal más simple se conoce como diodo.

Un diodo está compuesto de dos materiales semiconductores diferentes colocados juntos de tal forma que la carga fluye fácilmente en una dirección, pero no en dirección contraria.

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DIODO SEMICONDUCTOR (2)

En su forma más simple, no lineal significa que la aplicación de la suma de dos voltajes produce una corriente que no es la suma de las dos corrientes resultantes por separado.

El comportamiento del diodo depende de la polaridad de la tensión aplicada.

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POLARIZACIÓN DEL DIODO

Depletion Region = Zona de Agotamiento

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POLARIZACIÓN DEL DIODO (2)

Como el diodo es un dispositivo de dos terminales, la aplicación de un voltaje a través de sus terminales permite tres posibilidades:

1. Sin polarización (Vs = 0 voltios): en ausencia de un voltaje de polarización aplicado, el flujo neto de la carga en cualquier dirección para un diodo semiconductor es cero.

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POLARIZACIÓN DEL DIODO (3)

2. Polarización inversa : a la corriente que existe bajo las condiciones de polarización inversa se le llama corriente de saturación, y se representa mediante IS.

POLARIZACIÓN DEL DIODO (4)

3. Polarización directa : un diodo semiconductor tiene polarización directa cuando se ha establecido la asociación tipo p y polaridad positiva y tipo n y polaridad negativa.

Fig. 3.1 The ideal diode: (a) diode circuit symbol; (b) i-v characteristic; (c) equivalent circuit in the reverse direction; (d) equivalent circuit in the forward direction.

EL DIODO IDEAL

APLICACIÓN DEL DIODO IDEAL COMO RECTIFICADOR

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APLICACIÓN DEL DIODO IDEAL COMO RECTIFICADOR (2)

CARACTERÍSTICA DE TRANSFERENCIA DE LOS CIRCUITOS CON DIODOS

El voltaje de salida de un circuito con diodos depende de si el diodo está encendido o apagado, incluso en los casos en que el voltaje de entrada cambia con el tiempo.

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CARACTERÍSTICA DE TRANSFERENCIA DE LOS CIRCUITOS CON DIODOS (2)

La característica de transferencia de un circuito es la relación entre el voltaje de salida y el voltaje de entrada.

Indica la manera en que el voltaje de salida cambia con respecto al voltaje de entrada y es independiente de la forma de onda de entrada.

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0 si 0

0 si

S

SSo v

vvv

0 si

0 si 0

SS

So vv

vv

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BSB

BSSo VvV

Vvvv

si

si

BSS

BSBo Vvv

VvVv

si

si

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DIODOS REALES

La característica que distingue a un diodo real de uno ideal, es que el diodo real experimenta una caída de voltaje finita cuando conduce. Esta caída se encuentra por lo general dentro del intervalo de 0.5 V a 0.7 V.

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En la zona directa se puede considerar como un generador de tensión continua, tensión de codo (0.5-0.7 Volts para el silicio, y 0.2-0.4 V para el germanio).

Cuando se polariza en inversa se puede considerar como un circuito abierto.

Cuando se alcanza la tensión inversa de disrupción (zona inversa) se produce un aumento drástico de la corriente que puede llegar a destruir al dispositivo.

CARACTERÍSTICAS DE LOS DIODOS REALES

En la siguiente figura se muestra la característica voltaje-corriente (v-i) de un diodo real, la cual puede aproximarse con una ecuación conocida como ecuación de Shockley:

1 TD nVvSD eIi

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CARACTERÍSTICAS DE LOS DIODOS REALES (2)

1 TD nVvSD eIi

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CARACTERÍSTICAS DE LOS DIODOS REALES (3)

1 TD nVvSD eIi

CARACTERÍSTICAS DE LOS DIODOS REALES (4)

VT es una constante llamada voltaje térmico, y esta dado por:

q

kTV K

T Donde

q = carga del electrón = 1.6022*10-19

coulomb. TK = temperatura absoluta en grados Kelvin = 273 + Tcelsius.

k = constante de Boltzmann = 1.3806*10-23 J por grado Kelvin.

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CARACTERÍSTICAS DE LOS DIODOS REALES (5)

El Voltaje térmico VT es aproximadamente 25.85mV en 300K, una temperatura cercana a la temperatura ambiente, muy usada en los programas de simulación de circuitos.

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Fig. 3.8 The diode i-v relationship with some scales expanded and others compressed in order to reveal details.

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DIODO IDEAL VS DIODO REAL

REGIÓN DE POLARIZACIÓN DIRECTA (VD>0)

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REGIÓN DE POLARIZACIÓN DIRECTA (VD>0)

El diodo conduce completamente cuando vD es mayor que VTD.

TDTD nVvS

nVvSD eIeIi 1

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REGIÓN DE POLARIZACIÓN INVERSA (VD<0)

Si lo cual ocurre para vD < -0.1V,

SnVv

SD IeIi TD 1

TD Vv

Lo cual indica que la corriente en el diodo iD permanece constante en la dirección inversa, y su magnitud es aprox. igual a la de IS. Electrónica Análoga I. Facultad de Ingeniería. Universidad de Antioquia. 2015-1

REGIÓN DE RUPTURA

Voltaje inverso es alto, en general > 100V.Si la magnitud del voltaje inverso excede el

voltaje de ruptura VBR (VZK), la corriente inversa IBV se incrementa rápidamente, con un pequeña cambio del voltaje inverso.

El funcionamiento en la región de ruptura no destruye el diodo, siempre que la disipación de potencia (PD=vDiD) se mantenga dentro del nivel de seguridad dado por el fabricante.

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EFECTOS DE LA TEMPERATURA

IS depende de la temperatura de unión Tj y se incrementa a razón de 7.2% / oC, en diodos de silicio y germanio. )(

1212)()( TTk

SSieTITI

2 072.0 72.0 eCk oi

1012

122)()( TTSS TITI

)()()( 0101 TTKTVTV TCTDTD

C25 deunión de aTemperatur o0 T

R

vVi

vRiV

DDDD

DDDD

Como el diodo se polariza directamente, la corriente iD se relaciona con el voltaje del diodo vD de acuerdo a la ecuación de Shockley: 1 TD nVv

SD eIi

ANÁLISIS DE CIRCUITOS CON DIODOS REALES

MÉTODOS DE SOLUCIÓN DE CIRCUITOS CON DIODOS

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MÉTODO GRÁFICO

R

vVi DDDD

TD nVv

SD eIi

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•Recta de carga.•Punto de operación Q.

•Voltaje de polarización y corriente de polarización del diodo.

MÉTODO GRÁFICO (2)

PUNTO Q

Conocido también como punto de operación de un dispositivo semiconductor.

En el diodo, dicho punto Q corresponde a la coordenada DC (VD, ID), el cual es fijo para cada diodo en un determinado circuito.

El punto Q es definido por Las fuentes DC y resistencias

que posea el circuito al cual pertenece el diodo. Línea de carga DC.

La estructura interna del diodo Indicada por la curva del diodo

dada por el fabricante.

MÉTODOS ALTERNATIVOS

Método iterativoMétodos de aproximación

Modelo lineal por partesModelo de caída constante de voltaje

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MÉTODO ITERATIVO

Proceso iterativo a partir de un punto arbitrario a, siguiendo luego la recta de carga y la característica no lineal del diodo y así sucesivamente hasta encontrar Q.

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MÉTODO ITERATIVO (2)

TD nVvSD eIi

S

DTD I

inVv ln

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MÉTODO ITERATIVO (3)

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MÉTODO DE APROXIMACIÓN

Es adecuado en muchas aplicaciones, y es útil como punto de partida en el diseño de un circuito.Modelo de cd lineal por partes.Modelo de cd con caída de voltaje constante.

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Método de aproximación

Modelo lineal por partes

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D

DDDD rR

VVi

0

MÉTODO DE APROXIMACIÓNMODELO LINEAL POR PARTES (2)

Este modelo determina el valor de rD en el punto Q.

Si el punto Q cambia como consecuencia de las variaciones de la resistencia de carga R o del valor de la fuente de cd VDD, el valor de rD también lo hará.

D

DDD r

Vvi 0

Método de aproximación

Modelo de caída constante de voltaje

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MÉTODO DE APROXIMACIÓNMODELO DE CAÍDA CONSTANTE DE

VOLTAJE (2)

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APLICACIONES DEL DIODO SEMICONDUCTOR

APORTE DEL ESTUDIANTE

Para el estudiante: En tu tiempo extra-clase, de qué manera puedes

complementar el contenido dado en esta clase ? Qué información adicional complementa y ayuda a

comprender mejor el contenido de estas diapositivas ?

Qué preguntas te surgen de esta clase? Qué respuestas le das a dichas preguntas?

Busca más bibliografía e información adicional que complemente tus respuestas y el contenido de esta clase. Consulta oportunamente al profesor del curso para

complementar tus respuestas y resolver tus dudas restantes.

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