Post on 21-Jul-2015
El diodo
• Características eléctricas de un diodo semiconductor
Característica real
Linealización de la característica de un diodo
• Interpretación de los datos de un catálogo
• Diodos especiales
• Asociación de diodos
• Aplicaciones
+
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V
I
P
N
I
V
CARACTERÍSTICA DEL DIODO
Idealmente, permite corriente directa (se comporta como un cable) y bloquea o no permite la corriente inversa (se comporta como un cable roto)
¡¡ PRESENTA UN COMPORTAMIENTO NO LINEAL !!
ANÉCDOTAUn símil hidráulico podría ser una válvula anti-retorno, permite pasar el agua (corriente) en un único sentido.
Introducción a la física de estado sólido: semiconductores
Semiconductor extrínseco: TIPO N
Impurezas grupo V
300ºK
Electrones libres Átomos de impurezas ionizados
Los portadores de carga en un semiconductor tipo N son electrones libres
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++
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++
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Introducción a la física de estado sólido: semiconductores
Semiconductor extrínseco: TIPO P
300ºK
Huecos libres Átomos de impurezas ionizados
Los portadores de carga en un semiconductor tipo P son huecos. Actúan como portadores de carga positiva.
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La unión P-N
La unión P-N en equilibrio
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++
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Semiconductor tipo P Semiconductor tipo N
La unión P-N
La unión P-N en equilibrio
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Semiconductor tipo P Semiconductor tipo N
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+ +
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+-
Zona de transición
Al unir un semiconductor tipo P con uno de tipo N aparece una zona de carga espacial denominada ‘zona de transición’. Que actúa como una barrera para el paso de los portadores mayoritarios de cada zona.
La unión P-N
La unión P-N polarizada inversamente
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La zona de transición se hace más grande. Con polarización inversa no hay circulación de corriente.
P N
La unión P-N
La unión P-N polarizada en directa
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++
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+ +-
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+
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La zona de transición se hace más pequeña. La corriente comienza a circular a partir de un cierto umbral de tensión directa.
P N
+
La unión P-N
La unión P-N polarizada en directa
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++
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- +
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+ +-
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+
+
+
La recombinación electrón-hueco hace que la concentración de electrones en la zona P disminuya al alejarse de la unión.
P N
+
Concentración de huecos Concentración de electrones
La unión P-N
Conclusiones:
Aplicando tensión inversa no hay conducción de corriente
Al aplicar tensión directa en la unión es posible la circulación de corriente eléctrica
P N
DIODO SEMICONDUCTOR
p n
ánodo cátodo
A K
Símbolo
IS = Corriente Saturación InversaK = Cte. Boltzman VD = Tensión diodoq = carga del electrónT = temperatura (ºK)ID = Corriente diodo
Silicio Germanio
DIODO REAL
−⋅= ⋅
⋅
1TK
qV
SD
D
eII
V [Volt.]
0
1
0.25-0.25
i [mA]
0.5
Ge Si
V [Volt.]
0
1
0.25-0.25
i [mA]
0.5
Ge Si
0 1-4
30
i [mA]
V [Volt.]
GeSi
DIODO REAL (Distintas escalas)
-0.8
-0.5 0
i [µA]
V [Volt.]
-10
-0.5 0
i [pA]
V [Volt.]
GeSi
Ge: mejor en conducciónSi: mejor en bloqueo
DIODO: DISTINTAS APROXIMACIONES
I
V
Solo tensión de codoGe = 0.3Si = 0.6
I
V
Tensión de codo yResistencia directa
I
V
Ideal
I
V
Curva real(simuladores, análisis gráfico)
DIODO: LIMITACIONES
I
V
Corriente máxima
Límite térmico, sección del conductor
Tensión inversa máxima
Ruptura de la Unión por avalancha
600 V/6000 A200 V /60 A 1000 V /1 A
VR = 1000V Tensión inversa máximaIOMAX (AV)= 1A Corriente directa máximaVF = 1V Caída de Tensión directaIR = 50 nA Corriente inversa
VR = 100V Tensión inversa máximaIOMAX (AV)= 150mA Corriente directa máximaVF = 1V Caída de Tensión directaIR = 25 nA Corriente inversa
DIODO: Parámetros facilitados por fabricantes
Vd
id
iS
VR
IOmax
NOTA:Se sugiere con un buscador obtener las hojas de características de un diodo (p.e. 1N4007). Normalmente aparecerán varios fabricantes para el mismo componente.
DIODOS ESPECIALES
Diodo Zener (Zener diode) La ruptura no es destructiva.(Ruptura Zener).
En la zona Zener se comporta como una fuente de tensión (Tensión Zener).
Necesitamos, un límite de corriente inversa.
Podemos añadir al modelo lineal la resistencia Zener.
Aplicaciones en pequeñas fuentes de tensión y referencias.
I
V
TensiónZener(VZ)
Límite máximo
Normalmente, límite de potencia máxima
DIODOS ESPECIALES
Diodo LED (LED diode) Diodo emisor de Luz = Light Emitter Diode
El semiconductor es un compuesto III-V (p.e. Ga As). Con la unión PN polarizada directamente emiten fotones (luz) de una cierta longitud de onda. (p.e. Luz roja)
A KA K
DIODOS ESPECIALES
Fotodiodos (Photodiode)
0
i
V
iopt
Los diodos basados en compuestos III-V, presentan una corriente de fugas proporcional a la luz incidente (siendo sensibles a una determinada longitud de onda).
Estos fotodiodos se usan en el tercer cuadrante. Siendo su aplicaciones principales:
Sensores de luz (fotómetros)Comunicaciones
COMENTARIOLos diodos normales presentan variaciones en la corriente de fugas proporcionales a la Temperatura y pueden ser usados como sensores térmicos
i
0
V T1
T2>T1
El modelo puede ser una fuente de corriente dependiente de la luz o de la temperatura según el caso
I = f(T)
DIODOS ESPECIALES
Células solares (Solar Cell)
i
V VCA
iCC
Cuando incide luz en una unión PN, la característica del diodo se desplaza hacia el 4º cuadrante.
En este caso, el dispositivo puede usarse como generador.
Paneles de células solares
Zonauso
DIODOS ESPECIALES
Diodo Schottky (Schottky diode)
•Unión Metal-semiconductor N. Produciéndose el llamado efecto schottky.
•La zona N debe estar poco dopada.
•Dispositivos muy rápidos (capacidades asociadas muy bajas).
•Corriente de fugas significativamente mayor.
•Menores tensiones de ruptura.
•Caídas directas mas bajas (tensión de codo ≅ 0.2 V).
•Aplicaciones en Electrónica Digital y en Electrónica de Potencia El efecto Schottky fue predicho
teóricamente en 1938 por Walter H. Schottky
ASOCIACIÓN DE DIODOS
DISPLAY
Diodo de alta tensión (Diodos en serie)
Puente rectificador
+
-
+
-
Monofásico
Trifásico
APLICACIONES DE DIODOS
Detectores reflexión de objeto
Detectores de barrera
APLICACIONES DE DIODOS
Sensores de luz: FotómetrosSensor de lluvia en vehículosDetectores de humoTurbidímetrosSensor de Color
LED azul
LED verde
LED rojo Fotodiodo
Objetivo
LED
COMENTARIOS SOBRE CIRCUITOS
Los diodos (y el resto de dispositivos electrónicos) son dispositivos no lineales.
¡Cuidado, no se puede aplicar el principio de superposición!
VE
VS
VE
R
VMAX
MAXV−
EJEMPLO TÍPICO:RECTIFICADOR
+
-
ID
VD
VE
t
t
VS
t
TH
TH
R
V
THV
Característica del diodo
Característica del circuito lineal (RECTA DE CARGA)
PUNTO DE FUNCIONAMIENTO
I
V
RECTA DE CARGA Y PUNTO DE FUNCIONAMIENTO
+
-
ID
VDVTH
RTH
CIRCUITOLINEAL
ID
VD