TEMA 3

El Diodo

TEMA 3. El Diodo

NDICE

3.1. LA UNIN P-N EN EQUILIBRIO

3.2. POLARIZACIN DIRECTA E INVERSA

3.3. ECUACIN DEL DIODO IDEAL

3.4. FENMENOS DE AVALANCHA Y ZENER

3.6. EJERCICIOS RESUELTOS Y PROPUESTOS. 2

3.5. OTROS TIPOS DE DIODOS. MODELOS DE DIODOS

TEMA 3. El Diodo

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OBJETIVOS

Conocer estructura fsica y del funcionamiento bsico de un diodo Utilizar modelos lineales del diodo para la resolucin de circuitos. Conocer los anlisis del punto de operacin y de caracterstica detransferencia de circuitos con diodos.

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3.1. LA UNIN P-N EN EQUILIBRIO

Concentraciones de electrones y huecos en una unin P-N abrupta

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3.1. LA UNIN P-N EN EQUILIBRIO

Potencial:

Anchura de la unin:

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3.2. POLARIZACIN DIRECTA E INVERSA

NulaDirecta

Inversa

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3.3. ECUACIN DEL DIODO IDEAL

Modelos linealizados del diodo

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3.3. ECUACIN DEL DIODO IDEAL

Curva caracterstica del diodo

Ecuacin del diodo (no lineal)

La corriente resultante de una polarizacin inversa es pequea (del orden de nA en el Silicio a temperatura ambiente), negativa, creada por la generacin trmica de portadores e independiente del valor de la tensin aplicada y se denomina corriente inversa de saturacin ( Is ).

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3.3. ECUACIN DEL DIODO IDEAL

El diodo se comporta como un circuito abierto en polarizacin inversa y como una fuente de tensin igual a la umbral en serie con una resistencia RD en polarizacin directa.

TEMA 3. El diodo3.4. FENMENOS DE AVALANCHA Y ZENER

Diodo Zener

Cuando la tensin inversa aplicada es grande, aumenta el campo en la unin y por tanto la velocidad y la energa de los portadores arrastrados por ese campo. A partir de un determinado valor del campo la energa de los portadores es tal que al chocar con los tomos del cristal puede romper nuevos enlaces covalentes liberando pares electrn -hueco. Estos nuevos portadores son vueltos a acelerar por el campo provocando nuevas colisiones y nuevos portadores libres en un proceso de avalancha. El efecto tnel o ruptura zener se debe a que un fuerte campo elctrico en la unin puede romper directamente enlaces covalentes generando portadores.

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3.5. OTROS TIPOS DE DIODOS. MODELOS DE DIODOS

Diodos emisores de luz ( LED ).Estn fabricados con un compuesto semiconductor, el Arseniuro de Galio( AsGa ) y se caracterizan porque emiten fotones de luz visible o infrarroja cuando conducen en polarizacin directa. En polarizacin inversa se comportan como un diodo bsico, aunque se diferencian en que la tensin umbral VDon es aproximadamente igual a 1,6 voltios. La intensidad de la radiacin luminosa es proporcional a la intensidad de corriente que circula por el diodo.En ciertas condiciones, la luz emitida puede ser monocromtica y coherente( LASER ), conocindose en este caso como LASER de estado slido.Fotodiodos.Cuando se ilumina una unin P-N polarizada inversamente se produce unaumento de la corriente inversa que es proporcional a la intensidad de luz aplicada. Este fenmeno se da porque los fotones de luz generan nuevos pares electrn-hueco en las dos zonas, de forma que los portadores minoritarios ( huecos en la N y electrones en la P ) pueden atravesar la unin por la accin delpotencial inverso, contribuyendo a un aumento apreciable de la corriente inversa. Este hecho es el que se aprovecha en la fabricacin de fotodiodos, cuya estructura est formada por un diodo en cuyo encapsulado se ha practicado unaabertura sobre la zona de la unin por la se permite que la luz incida sobre ella. La banda de luz ms utilizada para activar al fotodiodo es la del infrarrojo. 12

Diodo Schottky.Unin de un metal (Al) y un cristal semiconductor de tipo N.Si el dopado es bastante dbil, el comportamiento de la unin es de tipo rectificador, es decir, similar al de una unin P-N en la que el aluminio tiene un comportamiento anlogo al de la zona P.Cuando el dopado del cristal es fuerte, se dice que la unin es de tipo hmicoya que su comportamiento se asemeja al de un elemento resistivo. Este ltimo tipo de unin es la que se utiliza para conectar los terminales metlicos de los dispositivos semiconductores. Caractersticas:. La corriente directa es producida por el paso de electrones del silicio tipo N al metal, donde stos son mayoritarios, por lo que no se produce difusin deportadores minoritarios, ya que el metal slo tiene un tipo de portadores ( loselectrones ).. En polarizacin inversa, los electrones no pueden pasar del aluminio alsilicio N debido a la existencia de una barrera de potencial de contacto que lo impide.. Los tiempos de conmutacin de la zona de conduccin a la de noconduccin son ms pequeos que en los diodos bsicos.. La tensin umbral est comprendida entre 0,3 V y 0,4 V.

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Diodos varactoresOtros efectos importantes en el diodo son los capacitivos, que pueden ser dedos tipos diferentes y pueden condensarse en dos capacidades parsitas, la capacidad de transicin (CT), que predomina en polarizacin inversa y la capacidad de difusin (CD), que predomina en polarizacin directa.La capacidad de transicin se explica por la variacin de carga producida en la unin al variar la tensin inversa externa aplicada. Hay que recordar que las zonas fuera de la unin son elctricamente neutras mientras que en la unin noexisten portadores pero tenemos todos los tomos ionizados de las impurezas fijos en la red cristalina. Como al variar la tensin externa varia la anchura de la unin ( W ) tambin variar la carga presente. As pues el efecto capacitivo es C = dQ / dV.La capacidad de transicin depende de las dimensiones geomtricas, de la concentracin de impurezas, de forma que aumenta al aumentar esta y de la tensin inversa aplicada, disminuyendo conforme la tensin inversa aumenta. Esta ltima propiedad es la que caracteriza a un diodo varactor. Estos diodos se construyen de forma tal que la variacin de la capacidad de transicin con la tensin inversa aplicada es muy importante, por lo que habitualmente son utilizados como capacidades controladas por tensin en circuitos de sintonizacin de radiofrecuencia. 14

TEMA 3. El Diodo. Ejercicio tipo

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Calcular VD e ID

Equivalente Thevenin:

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TEMA 3. El Diodo. Ejercicio tipoCalcular V0

Equivalente Thevenin:

2

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TEMA 3. El Diodo. Ejercicio tipoCalcular la curva caracterstica de transferencia suponiendo el modelo idealizado

TEMA 3. El Diodo. Ejercicio tipoCalcular la curva caracterstica de transferencia suponiendo diodos ideales

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