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ELECTRNICATema 1: Componentes ElectrnicosEl diodo

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Componentes electrnicos: El diodoIntroduccin: representacin de componentes elctricos en diagrama V-ICaractersticas elctricas de un diodo semiconductorCaracterstica realLinealizacin de la caracterstica de un diodoInterpretacin de los datos de un catlogoDiodos especialesAsociacin de diodosAplicacionesrea de Tecnologa ElectrnicaUniversidad de OviedoElectrnica y AutomatismosEscuela Universitaria de Ingenieras Tcnicas de Mieres

Introduccin: Representacin del componentes elctricos en diagrama V-I+-VIIVCorto(R = 0)+-VIIVAbierto(R = )+-VIIVBatera+-IIVResistencia(R)VI+-VVFuenteCorrienteIrea de Tecnologa ElectrnicaUniversidad de OviedoElectrnica y AutomatismosEscuela Universitaria de Ingenieras Tcnicas de Mieres

+-VIPNIVCARACTERSTICA DEL DIODOIdealmente, 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 !!ANCDOTAUn smil hidrulico podra ser una vlvula anti-retorno, permite pasar el agua (corriente) en un nico sentido.rea de Tecnologa ElectrnicaUniversidad de OviedoElectrnica y AutomatismosEscuela Universitaria de Ingenieras Tcnicas de Mieres

h1h2h1 - h2CaudalFuncionamiento de una vlvula anti-retornorea de Tecnologa ElectrnicaUniversidad de OviedoElectrnica y AutomatismosEscuela Universitaria de Ingenieras Tcnicas de Mieres

Introduccin a la fsica de estado slido: semiconductoresSemiconductor extrnseco: TIPO NImpurezas grupo V300KElectrones librestomos de impurezas ionizadosLos portadores de carga en un semiconductor tipo N son electrones libres++++++++++++++++rea de Tecnologa ElectrnicaUniversidad de OviedoElectrnica y AutomatismosEscuela Universitaria de Ingenieras Tcnicas de Mieres

Introduccin a la fsica de estado slido: semiconductoresSemiconductor extrnseco: TIPO P300K Huecos librestomos de impurezas ionizadosLos portadores de carga en un semiconductor tipo P son huecos. Actan como portadores de carga positiva.----------------rea de Tecnologa ElectrnicaUniversidad de OviedoElectrnica y AutomatismosEscuela Universitaria de Ingenieras Tcnicas de Mieres

La unin P-NLa unin P-N en equilibrio----------------++++++++++++++++Semiconductor tipo PSemiconductor tipo Nrea de Tecnologa ElectrnicaUniversidad de OviedoElectrnica y AutomatismosEscuela Universitaria de Ingenieras Tcnicas de Mieres

La unin P-NLa unin P-N en equilibrio------------+++++++++++Semiconductor tipo PSemiconductor tipo N----++++++-Zona de transicinAl unir un semiconductor tipo P con uno de tipo N aparece una zona de carga espacial denominada zona de transicin. Que acta como una barrera para el paso de los portadores mayoritarios de cada zona.rea de Tecnologa ElectrnicaUniversidad de OviedoElectrnica y AutomatismosEscuela Universitaria de Ingenieras Tcnicas de Mieres

La unin P-NLa unin P-N polarizada inversamente--------+++++++----+++++----+++++La zona de transicin se hace ms grande. Con polarizacin inversa no hay circulacin de corriente.PNrea de Tecnologa ElectrnicaUniversidad de OviedoElectrnica y AutomatismosEscuela Universitaria de Ingenieras Tcnicas de Mieres

La unin P-NLa unin P-N polarizada en directa--------+++++++----++++----+++++La zona de transicin se hace ms pequea. La corriente comienza a circular a partir de un cierto umbral de tensin directa.PN+rea de Tecnologa ElectrnicaUniversidad de OviedoElectrnica y AutomatismosEscuela Universitaria de Ingenieras Tcnicas de Mieres

La unin P-NLa unin P-N polarizada en directa--------+++++++----++++----+++++La recombinacin electrn-hueco hace que la concentracin de electrones en la zona P disminuya al alejarse de la unin.PN+Concentracin de huecosConcentracin de electronesrea de Tecnologa ElectrnicaUniversidad de OviedoElectrnica y AutomatismosEscuela Universitaria de Ingenieras Tcnicas de Mieres

La unin P-NConclusiones:Aplicando tensin inversa no hay conduccin de corriente Al aplicar tensin directa en la unin es posible la circulacin de corriente elctricaPNDIODO SEMICONDUCTORrea de Tecnologa ElectrnicaUniversidad de OviedoElectrnica y AutomatismosEscuela Universitaria de Ingenieras Tcnicas de Mieres

pnnodoctodo

AKSmboloIS = Corriente Saturacin InversaK = Cte. Boltzman VD = Tensin diodoq = carga del electrnT = temperatura (K)ID = Corriente diodo

Silicio GermanioDIODO REAL

V [Volt.]010.25-0.25i [mA]0.5GeSirea de Tecnologa ElectrnicaUniversidad de OviedoElectrnica y AutomatismosEscuela Universitaria de Ingenieras Tcnicas de Mieres

V [Volt.]010.25-0.25i [mA]0.5GeSi01-430i [mA]V [Volt.]GeSiDIODO REAL (Distintas escalas)-0.8-0.5 0i [A]V [Volt.]-10-0.5 0i [pA]V [Volt.]GeSiGe: mejor en conduccinSi: mejor en bloqueorea de Tecnologa ElectrnicaUniversidad de OviedoElectrnica y AutomatismosEscuela Universitaria de Ingenieras Tcnicas de Mieres

DIODO: DISTINTAS APROXIMACIONESIVSolo tensin de codoGe = 0.3Si = 0.6IVTensin de codo yResistencia directaIVIdealIVCurva real(simuladores, anlisis grfico)rea de Tecnologa ElectrnicaUniversidad de OviedoElectrnica y AutomatismosEscuela Universitaria de Ingenieras Tcnicas de Mieres

DIODO: LIMITACIONESIVCorriente mxima

Lmite trmico, seccin del conductorTensin inversa mxima

Ruptura de la Unin por avalancha

600 V/6000 A200 V /60 A

1000 V /1 Area de Tecnologa ElectrnicaUniversidad de OviedoElectrnica y AutomatismosEscuela Universitaria de Ingenieras Tcnicas de Mieres

VR = 1000V Tensin inversa mximaIOMAX (AV)= 1A Corriente directa mximaVF = 1VCada de Tensin directaIR = 50 nA Corriente inversa

VR = 100V Tensin inversa mximaIOMAX (AV)= 150mA Corriente directa mximaVF = 1VCada de Tensin directaIR = 25 nA Corriente inversa

DIODO: Parmetros facilitados por fabricantesVdidiSVRIOmaxNOTA:Se sugiere con un buscador obtener las hojas de caractersticas de un diodo (p.e. 1N4007). Normalmente aparecern varios fabricantes para el mismo componente.rea de Tecnologa ElectrnicaUniversidad de OviedoElectrnica y AutomatismosEscuela Universitaria de Ingenieras Tcnicas de Mieres

DIODO: Parmetros facilitados por fabricantesTiempo de recuperacin inversa

Baja frecuencia

Alta frecuencia

trr = tiempo de recuperacin inversaA alta frecuencia se aprecia un intervalo en el cual el diodo conduce corriente inversa.rea de Tecnologa ElectrnicaUniversidad de OviedoElectrnica y AutomatismosEscuela Universitaria de Ingenieras Tcnicas de Mieres

DIODOS ESPECIALESDiodo Zener (Zener diode)La ruptura no es destructiva.(Ruptura Zener).

En la zona Zener se comporta como una fuente de tensin (Tensin Zener).

Necesitamos, un lmite de corriente inversa.

Podemos aadir al modelo lineal la resistencia Zener.

Aplicaciones en pequeas fuentes de tensin y referencias.IVTensinZener(VZ)

Lmite mximo

Normalmente, lmite de potencia mximarea de Tecnologa ElectrnicaUniversidad de OviedoElectrnica y AutomatismosEscuela Universitaria de Ingenieras Tcnicas de Mieres

DIODOS ESPECIALESDiodo LED (LED diode)Diodo emisor de Luz = Light Emitter Diode

El semiconductor es un compuesto III-V (p.e. Ga As). Con la unin PN polarizada directamente emiten fotones (luz) de una cierta longitud de onda. (p.e. Luz roja)

AKAK

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DIODOS ESPECIALESFotodiodos (Photodiode)0i V ioptLos 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 (fotmetros)ComunicacionesCOMENTARIOLos diodos normales presentan variaciones en la corriente de fugas proporcionales a la Temperatura y pueden ser usados como sensores trmicosi 0V T1T2>T1El modelo puede ser una fuente de corriente dependiente de la luz o de la temperatura segn el casoI = f(T)rea de Tecnologa ElectrnicaUniversidad de OviedoElectrnica y AutomatismosEscuela Universitaria de Ingenieras Tcnicas de Mieres

DIODOS ESPECIALESClulas solares (Solar Cell)i V VCAiCCCuando incide luz en una unin PN, la caracterstica del diodo se desplaza hacia el 4 cuadrante.

En este caso, el dispositivo puede usarse como generador.

Zonausorea de Tecnologa ElectrnicaUniversidad de OviedoElectrnica y AutomatismosEscuela Universitaria de Ingenieras Tcnicas de Mieres

DIODOS ESPECIALESDiodo Schottky (Schottky diode)Unin Metal-semiconductor N. Producindose el llamado efecto schottky.

La zona N debe estar poco dopada.

Dispositivos muy rpidos (capacidades asociadas muy bajas).

Corriente de fugas significativamente mayor.

Menores tensiones de ruptura.

Cadas directas mas bajas (tensin de codo 0.2 V).

Aplicaciones en Electrnica Digital y en Electrnica de Potencia

El efecto Schottky fue predicho tericamente en 1938 por Walter H. Schottky

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ASOCIACIN DE DIODOS

DISPLAYDiodo de alta tensin (Diodos en serie)

Puente rectificador+-+-

MonofsicoTrifsicorea de Tecnologa ElectrnicaUniversidad de OviedoElectrnica y AutomatismosEscuela Universitaria de Ingenieras Tcnicas de Mieres

APLICACIONES DE DIODOS

Detectores reflexin de objeto

Detectores de barrerarea de Tecnologa ElectrnicaUniversidad de OviedoElectrnica y AutomatismosEscuela Universitaria de Ingenieras Tcnicas de Mieres

APLICACIONES DE DIODOSSensores de luz: FotmetrosSensor de lluvia en vehculosDetectores de humoTurbidmetrosSensor de Color

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COMENTARIOS SOBRE CIRCUITOSLos diodos (y el resto de dispositivos electrnicos) son dispositivos no lineales.

Cuidado, no se puede aplicar el principio de superposicin!VEVSVE

EJEMPLO TPICO:RECTIFICADOR+-IDVDVEttVStrea de Tecnologa ElectrnicaUniversidad de OviedoElectrnica y AutomatismosEscuela Universitaria de Ingenieras Tcnicas de Mieres

Caracterstica del diodoCaracterstica del circuito lineal (RECTA DE CARGA)PUNTO DE FUNCIONAMIENTOIVRECTA DE CARGA Y PUNTO DE FUNCIONAMIENTO+-IDVDVTHRTHCIRCUITOLINEALIDVDrea de Tecnologa ElectrnicaUniversidad de OviedoElectrnica y AutomatismosEscuela Universitaria de Ingenieras Tcnicas de Mieres

LED Fotodetector

LED

Objetivo

Fotodiodo

LED rojo

LED verde

LED azul