ELECTRONICA 1.doc

7/23/2019 ELECTRONICA 1.doc

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REPBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELAMINISTERIO DEL PODER POPULAR PARA LA

EDUCACIN SUPERIORINSTITUTO UNIVERSITARIO EXPERIMENTAL DE

TECNOLOGA DE LA VICTORIALA VICTORIA EDO. ARAGUA

Elaborado or!I"#. L$%%&'( L)&*

O+',br&- //0


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DEDICATORIA

El siguiente Texto est especialmente dedicado a:

Todos mis alumnos y a todos aquellos que no lo fueron

quienes de una forma u otra me han enseado a descubrir mi

vocacin de educadora y han contribuido notablemente con mi

mejoramiento profesional, haciendo ms sencilla y amena la

noble misin de educar y a la que he dedicado parte de mi

vida


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NDICE GENERAL

CONTENIDO PAG.

Pr&l$1$"ar&%

!ortada i

"edicatoria ii

#ndice $eneral iii

#ndice de %iguras vii

CAPTULO I. TEORA DE SEMICONDUCTORES

& 'emiconductor (

( )anda de Energ*a y +onductividad Elctrica del +ristal -

. Tipos de 'emiconductores /

.& 'emiconductores 0ntr*nseco /

.( 'emiconductores Extr*nseco 1

.(& 'emiconductores Extr*nseco Tipo 2 3

.(( 'emiconductores Extr*nseco Tipo ! 4

- 5ey de 6ccin de 7asas &8

9 5ey de 2eutralidad de +arga &&

/ 7ovilidad y +onductividad &&

/& +orriente de 6rrastre &&

/( +orriente de "ifusin &-

1 ;elacin de Einstein &9

CAPTULO II. TEORA DE DIODOS

& El "iodo &1

( !olari


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- +aracter*sticas "e =n "iodo En =nin !2 ((

9 ;epresentacin 'imblica del "iodo (9

/ ;esistencias del "iodos (/

/&;esistencia Esttica (/

/( ;esistencia "inmica (/

1 0nfluencia "e 5a Temperatura 'obre 5as !ropiedades "e 5a =nin (3

1& 0nfluencia de la temperatura sobre la corriente de 'aturacin ' (3

1( 0nfluencia de la temperatura sobre la tensin directa a los bornes

de la unin (4

3 Esquema Equivalente del "iodo en ;gimen 6lterno .8

3& +apacidad de 6gotamiento o de Transicin .8

3( +apacidad de "ifusin ..

4 7odelos o 6proximaciones del "iodo ..

4& 7odelo 0deal .-

4( 7odelo de +a*da de Tensin +onstante .-

4. 7odelo 5ineal por Tramos .9

&8 !armetros y Especificaciones Elctricas "e 5os "iodo ./

&& >erificacin del Estado de un "iodo .4

CAPTULO III. TIPOS DE DIODOS

& "iodo ?ener -(

&& +onstruccin de un "iodo


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/ "iodo TAnel 93

1 "iodo de +ontacto !untual /8

CAPTULO IV.2 APLICACIONES DE LOS DIODOS

& ;ectificador /(

&& ;ectificador de 7edia Bnda /(

&( ;ectificador de Bnda +ompleta /-

( %actor de forma C%fD e #ndice de Bndulacin C%rD /3

(& %actor de %orma C%fD /3

(( #ndice de Bndulacin C%rD /3

. +omparacin entre los diferentes ;ectificadores /3

- %iltraje /4

-& %iltraje con +ondensador /4

9 "oblador de Tensin 1-

/ 5imitador de Tensin 19

/& 5imitador 'erie !ositivo 1/

/( 5imitador 'erie 2egativo 1/

/. 5imitador !aralelo 13

/- 5imitador !arcial o !olari


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.. +onfiguracin +olector +omAn &8/

- +urva +aracter*stica &81

9 ;elacin de +orrientes &84

/ !olari


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FUNDAMENTOS DE ELECTRNICA

NDICE DE 4IGURAS

4IGURA PAG.

CAPTULO I. TEORA DE SEMICONDUCTORES

%ig &a ;ed +ristalina de 'ilicio C'iD .

%ig &b ;ed +ristalina de 6rseniuro de $alio C6s$aD .

%ig (a +ristal de 'ilicio C'iD antes del aumento de la temperatura -

%ig (b +ristal de 'ilicio C'iD despus del aumento de la temperatura -

%ig . Estructura de las bandas de energ*a de un 6islante, un 'emiconductor

y un +onductor 9

%ig - +ristal de 'ilicio contaminado con tomos de %sforo

3

%ig 9 2ivel donador o dador introducido por los tomos pentavalentes

4

%ig / 2ivel aceptador o aceptor introducido por los tomos trivalentes

&8

%ig 17ovimiento de los huecos debido al movimiento de los electrones &.

CAPTULO II. TEORA DE DIODOS

%ig 3 =nin !2 &1

%ig 4 %ormacin de la regin de vaciamiento &3

%ig &8 =nin !2 en equilibrio &4

%ig && !olari


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%ig &9 +urva +aracter*stica del "iodo (.

%ig &/ +urva +aracter*stica real del "iodo (-

%ig &1 ;epresentacin 'imblica y %*sica del "iodo (9

%ig &3 ;epresentacin del punto F sobre la curva caracter*stica de "iodo (/

%ig &4 ;esistencia dinmica y >ariacin del punto F (3

%ig (8 0nfluencia de la temperatura sobre la tensin del diodo .8

%ig (&+urva +aracter*stica de la +apacidad de agotamiento .8

%ig (( >ariaciones de CTen funcin de VRpara dos diodos T*picos .(

%ig (. +urva > vs de un "iodo 0deal .-

%ig (- 7odelo de ca*da de voltaje constante de la caracter*stica directa del

diodo y la ;epresentacin de su circuito equivalente .9

%ig (9 7odelo lineal por tramos de la caracter*stica directa del diodo y

su circuito equivalente .9

%ig(/ Goja de Especificaciones del %abricante )6H1. .1

%ig(1 +urvas Elctricas T*picas del "iodo )6H1. .3

%ig (3 >erificacin del estado de un diodo con un ohmetro -8

%ig (4 puntas del multimetro -8

CAPTULO III. TIPOS DE DIODOS

%ig .8 +urva +aracter*stica del "iodo ?ener -.

%ig .& 6specto %*sico y 'imbolog*a del "iodo ?ener -9

%ig .( +urva +aracter*stica del diodo de un fotodiodo para diferentes intensidades

luminosas 9&%ig .1 'imbolog*a y +urva +aracter*stica del "iodo 'chott@y 9.

%ig.3 +ircuito equivalente del diodo !02 en la regin "irecta e 0nversa 9/

%ig .4 'imbolog*a del "iodo !02 9/

%ig-8 'imbolog*a del "iodo >aricap y +ircuito equivalente 91

8


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%ig -& +urva de >ariacin de la +apacitancia vs Tensin 0nversa aplicada 93

%ig -( +urva +aracter*stica del "iodo tAnel 94

%ig -. +ircuito equivalente y simbolog*a del "iodo TAnel /8

CAPTULO IV.2 APLICACIONES DE LOS DIODOS

%ig -- +ircuito ;ectificador de 7edia Bnda /.

%ig -9 'eal de 'alida de un +ircuito ;ectificador de 7edia Bnda /.

%ig -/ +ircuito ;ectificador "oble Bnda con Transformador de Toma +entral /-

%ig -1 'eal de Entrada al +ircuito ;ectificador "oble Bnda con

Transformador de Toma +entral /9

%ig -3 'eal de 'alida del +ircuito ;ectificador "oble Bnda con

Transformador de Toma +entral /9

%ig -4 'eal presente en los "iodos "& y "( /9

%ig 98 +ircuito ;ectificador Bnda +ompleta Tipo !uente //

%ig 9& +ircuito ;ectificador Bnda +ompleta Tipo !uente /1

%ig 9( +ircuito ;ectificador de 7edia Bnda con %iltro +apacitivo 18

%ig 9. 'eal de 'alida de tensin C>BD y +orriente id+ircuito

;ectificador 7edia Bnda con %iltro +apacitivo 18

%ig 9- +ircuito ;ectificador Bnda +ompleta con %iltro +apacitivo 1&

%ig 99 'eal de 'alida +ircuito ;ectificador Bnda +ompleta con

%iltro +apacitivo 1(

%ig 9/ 7todo $rfico para estimar el factor de ri


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%ig // 'eal de 'alida de un +ircuito 5imitador !olari


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%ig 4& +ircuito "e Entrada &&&

%ig 4( +ircuito "e 'alida &&&

%ig 4. Ejemplo de un +ircuito +on polari


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FUNDAMENTO DE ELECTRNICA

TEORA DE SEMICONDUCTORES

CAPTULO I TEORA DESEMICONDUCTORES


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CAPTULO I


1.- Semiconductor

Entre los materiales conductores, que permiten una circulacin generosa de corriente

por presentar una resistencia relativamente baja, y los materiales aislantes, que no

permiten la circulacin de corriente, nos encontramos una gama de materiales con

propiedades propias que denominamos semiconductores ellos tienen una

conductividad que vara con la temperatura, pudiendo comportarse como conductores

o como aislantes.odos semiconductores se caracteri!an porque en su "ltima capa de electrones de su

estructura atmica poseen cuatro #$% electrones #son tetravalentes% llamados

electrones de valencia.

El elemento semiconductor m&s usado es el Silicio (Si), pero 'ay otros

semiconductores como el Germanio (Ge)que tambi(n son usados en la )abricacin

de circuitos. El silicio est& presente de manera natural en la arena por lo que se

encuentra con abundancia en la naturale!a. *dem&s, el +i presenta propiedades

mec&nicas y el(ctricas buenas. +u puri)icacin es relativamente sencilla #lleg&ndose a

+i puro del 99,99999% y el +i se presta )&cilmente a ser o-idado, )orm&ndose +i /y

constituyendo un aislante que se utili!a en todos los transistores de la tecnologa

+. *unque id(ntico comportamiento presentan las combinaciones de elementos

de los grupos 22 y 222 con los de los grupos 32 y 3 respectivamente #*s4a, 52n,

*s4a*l, ed, +ed y +d% de la tabla peridica. 6e un tiempo a esta parte se 'a

comen!ado a emplear tambi(n el a!u)re.

En la tabla 1 se muestra algunos elementos pertenecientes a los grupos 22, 222, 23, 3,32 de la tabla peridica.

Estos elementos tienen una estructura m&s estable si comparten electrones, )ormando

enlaces covalentes, de )orma que al compartir estos electrones con &tomos vecinos

todos ellos tengan en la "ltima capa oc'o electrones, situacin que es muy estable.

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Eemento !ru"o

Eectrone# en

$ %tim$ c$"$

d 22 * / e

*l, 4a, , 2n 222 * : e

+i, 4e 23 * $ e

5, *s, +b 3 * ; e

+e, e, #+% 32 * < e

abla 1

Esto 'ace que se )orme una malla de &tomos que se denomina red cristalina. El

diamante es un ejemplo de este tipo de estructura cristalina )ormada por &tomos de

carbono. El silicio, el germanio y el arseniuro de galio )orman redes similares ver

=iguras 1a y 1b.

>n cristal est& )ormado por un conjunto de &tomos muy pr-imos entre s dispuestos

espacialmente de )orma ordenada de acuerdo con un determinado patrn geom(trico.

?a gran pro-imidad entre los &tomos del cristal 'ace que los electrones de su "ltima

capa su)ran la interaccin de los &tomos vecinos.

=ig. 1a. @ed ristalina de +ilicio #+i% =ig. 1b. @ed ristalina de *rseniuro de 4alio #*s4a%

=uenteA BBB.ele.uva.es

En estas condiciones todos los electrones tienen su lugar en la red, as que estos

materiales no permiten la movilidad de electrones y por lo tanto son aislantes.

>n aumento en la temperatura 'ace que los &tomos en un cristal por ejemplo de

silicio vibren dentro de (l, a mayor temperatura mayor ser& la vibracin. on lo que

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un electrn se puede liberar de su rbita, lo que deja un 'ueco, que a su ve! atraer&

otro electrn, y as sucesivamente. En la )igura /a se puede observar un cristal de

silicio antes del aumento de la temperatura y en la )igura /b el cristal de silicio

despu(s de un aumento de temperatura donde se produce la creacin de el 'ueco y del

electrn libre por el rompimiento de los enlaces covalentes del cristal. * 0 CD, todos

los electrones son ligados. * :00 CD o m&s, aparecen electrones libres.

(a% #b%=ig. /a. ristal de +ilicio #+i% antes del aumento de la temperatura. =ig. /b. ristal de +ilicio #+i%

despu(s del aumento de la temperatura.=uenteABBB.rincondelvago.com

?a unin de un electrn libre y un 'ueco se llama recombinacin, y el tiempo entre

la creacin y desaparicin de un electrn libre se denomina tiempo de vida.

&.- '$nd$ de Ener()$ * Conducti+id$d E,ctric$ de Cri#t$

El nivel energ(tico de cada electrones puede estar situado en la banda de valencia o

en la banda de conduccin del cristal. >n electrn que ocupe un nivel dentro de la

banda de valencia est& ligado a un &tomo del cristal y no puede moverse libremente a

trav(s de (l, mientras que si el nivel ocupado pertenece a la banda de conduccin, el

electrn puede moverse libremente por todo el cristal, pudiendo )ormar parte de unacorriente el(ctrica.

Entre la banda de valencia y la de conduccin e-iste una banda pro'ibida, cuyos

niveles no pueden ser ocupados por ning"n electrn del ristal. ?a magnitud de ese

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banda pro'ibida son permite de)inir otra di)erencia entre los semiconductores,

aislante y conductores.

En la )igura : se puede observar la estructura de los niveles o bandas de energa

seg"n el tipo del material. ?a magnitud de la banda pro'ibida #Eg% de algunos

semiconductores sonA para el +ilicio #+i% es apro-imadamente de 1,11 e3, 4ermanio

#4e% de 0,


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banda de conduccinG cosa que no puede 'acerse con los metales, cuya

conductividad es constante, o m&s propiamente, poco variable con la

temperatura.

Es importante notar que la conductividad el(ctrica de los semiconductores es

directamente proporcional a la temperatura, y por ello se a)irma que su coeficiente

trmico de conductividad es positivo, a di)erencia de los metales cuyo coe)iciente

t(rmico de conductividad es negativo.

Estos coe)icientes son positivos, al aumentar la temperatura la resistividad de los

metales aumenta o, en )orma equivalente, su conductividad disminuye.

5or lo contrario, a temperaturas normales #apro-. /;I%, la conductividad de los

semiconductores aumenta en un ; por cada grado de incremento en la temperatura.

NOTAA Jo debe con)undirse la resistivia del material con la resistencia del mismo.

?a resistividad es una propiedad caracterstica de cada material, mientras que la

resistencia depende de la )orma geom(trica.

?a corriente en los conductores se debe al movimiento de los electrones libres

mientras que en los semiconductores se debe al movimiento de los electrones libre y

los 'uecos.

.- Ti"o# de Semiconductore#

.1 Semiconductore# Intr)n#eco

+on los cristales semiconductores puros. * temperatura ambiente se comporta comoun aislante porque solo tiene unos pocos electrones libres y 'uecos debidos a la

energa t(rmica. En ellos, el n"mero de 'uecos es igual al n"mero de electrones y es

)uncin de la temperatura del cristal.



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?a conductividad en ellos a una temperatura ambiente no suele ser muy alta, y la

cantidad de electrones libres es igual a la cantidad de 'uecos presente en el cristal

debido al )enmeno de recombinacin. +ucede que, a una determinada temperatura,

las velocidades de creacin de pares e', y de recombinacin se igualan, de modo que

la concentracin global de electrones y 'uecos permanece invariable. +iendo n la

concentracin de electrones #cargas negativas% y p la concentracin de 'uecos #cargas

"ositivas%, se cumple queA

pnni == #1%

+iendo ni la concentr$cin intr)n#ec$del semiconductor, )uncin e-clusiva de la

temperatura. +i se somete el cristal a una di)erencia de tensin, se producen dos

corrientes el(ctricas. 5or un lado la debida al movimiento de los electrones libres de

la banda de conduccin, y por otro, la debida al despla!amiento de los electrones en

la banda de valencia, que tender&n asaltara los 'uecos pr-imos, originando una

corriente de /ueco#en la direccin contraria al campo el(ctrico cuya velocidad y

magnitud es muy in)erior a la de la banda de conduccin.

= TkE

i

g

eTBn KK//L: KK

#/%

6ondeA

A onstante del material semiconductor especi)ico

EgA Es la magnitud del nivel de energa entre banda

A emperatura en grado Delvin #D%

M A onstante de olt!mann 8


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.&.- Semiconductore# E0tr)n#eco

5ara aumentar la conductividad en un semiconductor intrnseco se somete al

semiconductor a un proceso de dopado, el cual consiste en agregar de una )orma

controlada &tomos o impure!as para cambiar sus caractersticas el(ctricas y as

convertirlo en e-trnseco y dependiendo del tipo de impure!as o &tomos aFadidos

podemos tener dos tipos de semiconductores e-trnsecos.

.&.1.- Semiconductore# E0tr)n#eco Ti"o N

Es el semiconductor intrnseco que en el proceso de dopado se le 'an aFadido &tomoso impure!as pentavalentes #; electrones de valencia%, entre las podemos que

mencionar =s)oro #5%, ars(nico #*s%, *ntimonio #+b%, las cuales son llamadas

tambi(n impure!as donadoras las cuales aFaden un electrn libre a al cristal a

temperatura ambiente ya que los cuatros restantes )ormaron enlace covalente con los

&tomos vecinos del semiconductor. Ellas introducen un nivel donador entre la banda

de valencia y la banda de conduccin pero mas cercano a esta "ltima.

En ellos a una temperatura cualquiera e-istir&n m&s electrones que 'uecos, los cuales

ser&n llamados portadores mayoritarios a los electrones y portadores minoritarios a

los 'uecos en este caso. En la )igura $ se puede ver un cristal de silicio al cual se le a

aFadido un &tomo de )s)oro #5% el cual genera un electrn libre.

TEORA DE SEMICONDUCTORES 8


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=ig. $. ristal de +ilicio contaminado con &tomos de =s)oro #?iberacin de un electrn% y &tomos deoro #*bsorcin de un electrn%. =uenteABBB.acapomil.cl

En la )igura ; se muestra el nuevo nivel de energa de un semiconductor con &tomos

donadores #por ejemplo 5 en +i%, el nivel dador se encuentra justo por debajo de la

banda de conduccin. ?os electrones #N% son promocionados )&cilmente a la banda de

conduccin. El semiconductor es de tipon.

=ig. ;. Jivel donador o dador introducido por los &tomos pentavalentes

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=uenteABBB.cpi.uc.edu.ve

.&.&.- Semiconductore# E0tr)n#eco Ti"o P

Es el semiconductor intrnseco que en el proceso de dopado se le 'an aFadido &tomos

o impure!as trivalentes #: electrones de valencia%, entre las podemos que mencionar

oro #%, 2ndio #2n%, *luminio #*l%, 4alio #4a% las cuales son llamadas tambi(n

impure!as aceptadoras las cuales generan un 'ueco en el cristal a temperatura

ambiente ya que tres de sus electrones de valencia )orman enlace covalente con los

&tomos vecinos del semiconductor y queda un vaco en un de los enlaces covalentes o

simplemente no se llega a )ormar el enlace. Ellas introducen un nivel aceptador entre

la banda de valencia y la banda de conduccin pero m&s cercano a la primera. En

ellos a una temperatura cualquiera e-istir&n m&s 'uecos que electrones, los cuales

ser&n llamados portadores mayoritarios a los 'uecos y portadores minoritarios a los

electrones en este caso, contrario a los semiconductores e-trnsecos tipo J. En la

)igura $ se puede ver un cristal de silicio al cual se le 'a aFadido un &tomo de boro

#% el cual genera un 'ueco. En la )igura < se muestra el nuevo nivel de energa

aFadido en un semiconductor con &tomos aceptores #por ejemplo B en +i%, el nivel

aceptor se encuentra justo por encima de la banda de valencia. ?os electrones son

promovidos )&cilmente al nivel aceptor dejando agujeros positivos #O% en la banda de

valencia. El semiconductor es de tipop.

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=ig.


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nNpN AD +=+ #$%

uando tenemos un material tipo n, que tenga J *H 0. El n"mero de electrones ser&

muc'o mayor que el n"mero de 'uecos por lo tanto se puede apro-imar la ecuacin

anterior aA

DNn Dn Nn #;%

5or lo tanto, lo portadores minoritarios, los 'uecos se calculan utili!ando la ley de

accin de masaA

D

in

N

np

/

= #


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tiempo% depender& de la )uer!a que act"a #qKE%, del n"mero de portadores e-istentes

y de la movilidad con que estos se mueven por la red, es decirA

EqnJ nn KKK= #8%

6ondeA

nJ A 6ensidad de corriente de los electrones

n A ovilidad de los electrones en el material

n A oncentracin de los electrones

q A arga el(ctrica #1,< K 1019%

E A ampo el(ctrico aplicado.

?a movilidad n es caracterstica del material, y est& relacionada con la capacidad de

movimiento del electrn a trav(s de la red cristalina.

"#ecos4El campo el(ctrico aplicado ejerce tambi(n una )uer!a sobre los electrones

asociados a los enlaces covalentes. Esa )uer!a puede provocar que un electrn

perteneciente a un enlace cercano a la posicin del 'ueco salte a ese espacio. *s, el

'ueco se despla!a una posicin en el sentido del campo el(ctrico. +i este )enmeno se

repite, el 'ueco continuar& despla!&ndose. *unque este movimiento se produce por

los saltos de electrones, podemos suponer que es el 'ueco el que se est& moviendopor los enlaces.

=ig. 7.ovimiento de los 'uecos debido al movimiento de los electrones=uenteABBB.in)oab.uclm.es

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?a carga neta del 'ueco vacante es positiva y por lo tanto, se puede pensar en el

'ueco como una carga positiva movi(ndose en la direccin del campo el(ctrico.

bs(rvese en la )igura 7 que los electrones individuales de enlace que se involucran

en el llenado de los espacios vacantes por la propagacin del 'ueco, no muestran

movimiento continuo a gran escala. ada uno de estos electrones se mueve

"nicamente una ve! durante el proceso migratorio. En contraste, un electrn libre se

mueve de )orma continua en la direccin opuesta al campo el(ctrico.

*n&logamente al caso de los electrones libres, la densidad de corriente de 'uecos

viene dada porA

EqpJ pp KKK= #9%

6ondeA

pJ A 6ensidad de corriente de los 'uecos

p A ovilidad de los 'uecos en el material

p A oncentracin de 'uecos


E A ampo el(ctrico aplicado.

?a movilidad p es caracterstica del material, y est& relacionada con la capacidadde movimiento del 'ueco a trav(s de los enlaces de la red cristalina. ?a )acilidad de

despla!amiento de los 'uecos es in)erior a la de los electrones.

onsiderando a'ora el caso de un semiconductor que disponga de 'uecos y

electrones, al que sometemos a la accin de un campo el(ctrico. Remos visto cmo

los electrones se mueven en el sentido opuesto a la del campo el(ctrico, mientras que

los 'uecos lo 'ar&n seg"n el campo. El resultado es un )lujo neto de cargas positivas

en el sentido indicado por el campo, o bien un )lujo neto de cargas negativas ensentido contrario. En de)initiva, la densidad de corriente total es la suma de las

densidades de corriente de electrones y de 'uecosA

pnTotalArrastre JJJ += #10%

3.& Corriente de di5u#in

TEORA DE SEMICONDUCTORES 1$


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En segundo lugar tenemos el )enmeno de di)usinG por regla las cargas electrones y

'uecos, se mueven en sentido del gradiente de concentracin, van de regiones de

mayor concentracin a regiones de menor concentracin para )avorecer el equilibrio

de las cargasG este movimiento genera una corriente proporcional al gradiente de

concentracin.

?a di)usin no depende del valor absoluto de la concentracin de portadores, sino

solamente de su derivada espacial, es decir, de su gradiente la cual obedece Le* Fic6

es la relacin de proporcionalidad entre la densidad de corrientey el gradiente de

concentracin de portadores de carga debido al )enmeno de la di)usin.

nqDJ =

KK #11%

6ondeJes la densidad de corriente #en *Lm/%, D es la di)usividad #en m/Ls%, q la

carga de los portadores #en % y n #o p % el gradiente de concentracin de

electrones #o 'uecos% #en electrones o 'uecos Lm$%.

En los metales, la di)usin no es un proceso de importancia, porque no e-iste un

mecanismo mediante el cual se pueda generar un gradiente de densidad. 6ado que en

un metal "nicamente 'ay portadores negativos de carga, cualquier gradiente de

portadores que se pudiera )ormar desequilibrara la neutralidad de la carga. El campoel(ctrico resultante creara una corriente de arrastre, que de manera instant&nea

anulara el gradiente antes de que pudiera darse la di)usin. 5or el contrario, en un

semiconductor 'ay portadores positivos y negativos de carga, por lo que es posible la

e-istencia de un gradiente de densidad de 'uecos y de electrones, mientras se

mantiene la neutralidad de la carga.

En un semiconductor, los componentes de la densidad de corriente de di)usin

pueden e-presarse de )orma unidimensional mediante la ecuacinA

dx

dpDq

dx

dnDqJ pnTotalDifusin KKKKS = #1/%

El segundo t(rmino de la e-presin tiene signo negativo porque la pendiente negativa

de los 'uecos da lugar a una corriente negativa de los 'uecos.

6ondeA

TEORA DE SEMICONDUCTORES 1;
http://personales.upv.es/jquiles/prffi/corriente/ayuda/hlpdensidadcorriente.htmhttp://personales.upv.es/jquiles/prffi/corriente/ayuda/hlpdensidadcorriente.htmhttp://personales.upv.es/jquiles/prffi/campos/ayuda/hlpgradiente.htmhttp://personales.upv.es/jquiles/prffi/semi/ayuda/hlpdifusion.htmhttp://personales.upv.es/jquiles/prffi/corriente/ayuda/hlpdensidadcorriente.htmhttp://personales.upv.es/jquiles/prffi/corriente/ayuda/hlpdensidadcorriente.htmhttp://personales.upv.es/jquiles/prffi/semi/ayuda/hlpdifusividad.htmhttp://personales.upv.es/jquiles/prffi/semi/ayuda/hlpdifusividad.htmhttp://personales.upv.es/jquiles/prffi/corriente/ayuda/hlpdensidadcorriente.htmhttp://personales.upv.es/jquiles/prffi/campos/ayuda/hlpgradiente.htmhttp://personales.upv.es/jquiles/prffi/semi/ayuda/hlpdifusion.htmhttp://personales.upv.es/jquiles/prffi/corriente/ayuda/hlpdensidadcorriente.htmhttp://personales.upv.es/jquiles/prffi/semi/ayuda/hlpdifusividad.htm


27/156


DifusinJ A 6ensidad de 6i)usin total

pD A 6i)usividad de los 'uecos

nD A 6i)usividad de los electrones

n A oncentracin de electrones

p A oncentracin de 'uecos


7.- Re$cin de Ein#tein

Establece la relacin entre la constante de di)usin #di)usividad% y la movilidad de

cada portador ya que ambas son )enmenos estadsticos termodin&micas y no son

independientes. Esta relacin viene dada por la ecuacin de Einstein

T

p

p

n

n !DD

==

#1/%

6onde T! es el T5otencial equivalente de emperaturaU, de)inido porA

q

Tk!T

K= #1:%

k A onstante de olt!mann #1,:8K10/:VL D%G A emperatura en DelvinG qA arga

del electrn #1,


28/156


TEORA DE DIODOS

CAPTULO IITEORA DE DIODOS


29/156


CAPTULO II

TEORA DE DIODOS

1.- E Diodo

>n diodo no es m&s que la unin de un semiconductor tipo 5 con un semiconductor

tipo J a la que se le 'an aFadido / terminales uno en la parte p y otro en la parte n,

para poder acoplarse a un circuito. En la )igura 8 se puede observar una

representacin ideali!ada de la unin 5J.

=ig. 8. >nin 5J=uenteA El autor

Es decir que el semiconductor de la regin 5 tiene impure!as de tipo aceptadora y de

concentracin J* y la regin J tiene impure!as de tipo donadora J6. * la

temperatura ordinaria esas impure!as son ioni!adas. >na impure!a aceptadora J*da

un 'ueco libre mvil y una impure!a donadora J6 da un electrn libre mvil.

6espu(s esas impure!as )orman iones cargados, )ijos en la red, iones negativos en la

regin 5 e iones positivos en la regin J respecto a la caracterstica de la neutralidad

de los semiconductores antes del movimiento de los portadores.

uando los tro!os de semiconductores entran en contacto, comien!a a actuar los

mecanismos de di)usin tanto en los electrones del semiconductor J como en los

TEORA DE DIODOS 18

Rueco

Electrn

>nin

2on *ceptador 2on 6onador

ipo TpU ipo TnU


30/156


'uecos del semiconductor 5. El mecanismo de di)usin act"a de modo similar al

comportamiento de un gas.

5or Ejemplo, los 'uecos del semiconductor 5, cuando se ven unidos a un tro!o de

semiconductor en el que la presencia de 'uecos es casi nula #+emiconductor J%,

comien!an a despla!arse 'acia el semiconductor tipo J.

*'ora bien, tal como lo 'ara un gas, los 'uecos que se encuentran en la )rontera con

el semiconductor J comien!an a despla!arse 'acia la !ona del semiconductor tipo n,

con el propsito de equilibrar la concentracin de 'uecos a lo largo de toda la unin

pn.

curre e-actamente lo mismo con los electrones del semiconductor J que seencuentran en la )rontera con semiconductor tipo 5 donde apenas 'ay unos cuantos

electrones, comien!an a despla!arse 'acia la !ona del semiconductor tipo 5.

WXue ocurrira si los 'uecos de la !ona 5 se dirigen a la !ona J y los electrones de la

!ona J se dirigen a la !ona 5Y

omo los electrones se dirigen a un sitio con muc'os 'uecos, se recombinan con los

'uecos, y como los 'uecos se dirigen a un sitio con muc'os electrones, tambi(n se

recombinan con los electrones, esto conlleva que en la !ona pr-ima a la unin se

produ!ca un vaciamiento de portadores libres #electrones y 'uecos%, quedando por lo

tanto en presencia de los iones de los semiconductores, cargada positivamente en el

semiconductor J y negativamente en el 5. *'ora bien, con)orm( se va )ormando esa

regin de carga espacial o tambi(n conocida como regin de agotamiento, entorno a

la unin, se va creando un campo el(ctrico E en dic'a regin de carga, y dirigido de

la parte positiva a la negativa como se puede observar en la )igura 9.

TEORA DE DIODOS 19

Tipo"p#

Tipo"n#

Rueco

Rueco

Neutro

Electrn

Electrn

Neutro

E

2on 5ositivo2on Jegativo


31/156


=ig. 9. =ormacin de la regin de vaciamiento. =uenteA El *utorEn principio, los electrones y los 'uecos seguir&n di)undi(ndose, pero en el momento

en que )orma el campo el(ctrico este se opone al movimiento de electrones de la !onaJ a la 5 y se opone al movimiento de 'uecos de la !ona 5 a la J. 5or lo tanto 'ay, una

doble tendencia que intenta mover a los electrones y a los 'uecosA la di)usin y el

campo el(ctrico que se generan en la regin de carga espacial.

*l principio, la di)usin es su)iciente para vencer al campo el(ctrico, pero, al ir

creciendo la regin de carga espacial, el campo tambi(n crece, y cada ve! se opone

con m&s )uer!a a la di)usin. 5ero llegar& el momento en que el campo el(ctrico sea

lo su)icientemente grande como para detener el )lujo de los electrones y 'uecos

debido a la di)usin. Entonces se 'abr& llegado a una situacin de equilibrio, y 'abr&

cesado el )lujo de carga.

=ig. 10. >nin 5J en equilibrio. =uente El *utor

omo se 'a dic'o anteriormente la unin 5J con)orma un diodo. *'ora quedaaFadirle / terminales e-ternos para ver como se comporta la unin 5J cuando se le

aplica una determinada tensin entre la parte p y su parte n.

&.- Po$ri8$cin en Sentido Directo.

TEORA DE DIODOS /0

Tipo "p# Tipo "n#

Neutro Neutro

E

@egin de arga Espacial


32/156


+upongamos que le aplicamos una tensin positiva 36entre la parte p y n como

muestra la )igura 11.

=ig. 11. 5olari!acin en 6irecto de la unin 5J=uenteA El *utor

El 'ec'o de aplicar esa tensin 36'ace que se )orme un campo el(ctrico

DE que

atraviesa toda la unin pn, y cuyo sentido es de la !ona p a la !ona n, ese campo se

superpone en sentido opuesto al campo el(ctrico que 'aba en la regin de carga

espacial el cual disminuir&, provocando que se reanude la di)usin y se generara una

corriente el(ctrica en el sentido de p a n, debida al )lujo de 'uecos 'acia la !ona n y el

)lujo de electrones 'acia la !ona p. En tal situacin la regin de carga espacial 'abr&

disminuido. 3er )igura 1/.

TEORA DE DIODOS /1

Tipo "p# Tipo "n#

3

6

DE

E

Tipo

"p#

Tipo

"n#

36

DE

E

RuecoElectrn


33/156


=ig. 1/. irculacin de orriente en la >nin 5J=uenteA El *utor

?a corriente es debida en su mayor parte al movimiento de los portadores

mayoritarios tanto de los 'uecos como de los electrones.

.- Po$ri8$cin en Sentido In+er#o

+upongamos que le aplicamos una tensin positiva 36entre la parte n y p como

muestra la )igura 1:.

=ig. 1:. 5olari!acin en 2nverso de la >nin 5J=uenteA El *utor

*l aplicar m&s tensin a la parte J que a la parte 5 se genera un campo el(ctrico

DE

dirigido de la !ona J a la !ona 5, que se superpondr& al campo de la regin de cargaespacial, y, al ser del mismo sentido, dar& como resultado que el campo el(ctrico E

de la regin de carga aumenteG al ser el campo el elemento que se opone a la di)usin,

entonces, al aumentar imposibilitara aun m&s la di)usin. El resultado es que, al igual

TEORA DE DIODOS //

Tipo "p# Tipo "n#

3

6

DE

E


34/156


que en el equilibrio, no circulara corriente a trav(s de la unin, pero esta ve! 'abr&

aumentado la regin de carga espacial. omo se puede observar en la )igura 1$.

=ig. 1$. *umento de la @egin arga Espacial=uenteA El *utor

En la polari!acin 2nversa se dice que no 'ay circulacin de corriente signi)icativa a

trav(s de la unin pero en realidad e-iste una pequeFsima corriente el(ctrica que es

debida a los portadores minoritarios y )luye de la !ona J a la !ona 5 la cual recibe el

nombre de corriente inversa de saturacin.

.- C$r$cter)#tic$# De Un Diodo En Unin PN

atem&ticamente, la relacin e-istente entre la tensin directa 36 que soporta la

unin y la corriente que )luye de la !ona 5 a la !ona J viene dada por la siguiente

e-presinA

TEORA DE DIODOS /:

E

3

6

DE

Tipo"p#

Tipo"n#


35/156


%1# = TD

!

!

$ e #1$%

Esta es la e-presin #36% de una unin ideal. En una unin real, es similar pero no

del todo id(ntica.

6ondeA

A Es la intensidad de corriente que atraviesa el diodo.

36A Es di)erencia de tensin en los e-tremo del diodo

+A Es la intensidad de corriente de saturacin #Es decir valores negativos de 36%

3 A Es una onstante que varia con la temperatura conocido como T3oltaje

(rmicoU o T5otencial equivalente de emperaturaU y que para una temperatura de

:00D tiene un valor deA

m!!!T 9,/;0/;9,0 ==

?a gr&)ica de esta relacin tensin corriente es evidenteA

=ig. 1;. urva aracterstica del 6iodo=uenteA El *utor.

TEORA DE DIODOS /$


36/156


+i a la unin 5J se le aplica una tensin inversa muy grande, entonces por ella

circular& una corriente inversa considerable, debida a dos mecanismos.

A+$$nc/$ 9Diodo# Poco Do"$do#:4

+i la tensin inversa es muy grande, entonces el campo el(ctrico que soporta la

unin tambi(n lo es.

omo ese campo atraviesa toda la unin, es capa! de captar tanto electrones

minoritarios de la !ona 5 como 'uecos de la !ona J, y acelerarlos muc'o, de tal

modo que, tan grande es su energa cin(tica, que al colisionar con los enlaces de

la red cristalina, se llevan por delante a otros tantos electrones # es decir, rompen

los enlaces, liber&ndose electrones%, que, por el mismo mecanismo, pueden seguir

rompiendo mas enlaces y en consecuencia generan al )inal una gran cantidad de

electrones en movimientos que dan lugar a la corriente el(ctrica.

E5ecto ;ener 9 Diodo# mu* Do"$do#:4

El e)ecto !ener se basa en la aplicacin de tensiones inversas que originan )uertes

campos el(ctricos que producen la rotura de los enlaces covalentes dejando as

electrones libres capaces de establecer la conduccin y no requiere la aceleracin

de un portador de carga #'uecos o electrones% debida al campo. El e)ecto !ener esreversible y as no es destructible cuando se limita la corriente a un valor no

demasiado elevado para que no se )unda la unin.

6e ese modo, la gra)ica real de la corriente que circula por la unin en sentido de

5 'acia J en )uncin de la tensin directa ser&A

TEORA DE DIODOS /;


37/156


=ig. 1


38/156


=ig. 17. @epresentacin +imblica y =sica del 6iodo

3.- Re#i#tenci$# de Diodo#uando el punto de operacin de un diodo se mueve desde una regin a otra, la

resistencia del diodo tambi(n cambia debido a la )orma no lineal de la curva

caracterstica, si se anali!a un diodo trabajando en r(gimen de continua o si est&

trabajando en pequeFa seFal, lo cual signi)ica que se aplica una seFal alterna montada

sobre un nivel de continua. +e puede 'ablar de / tipos de resistencia a saberA

@esistencia Est&tica.

@esistencia 6in&mica.

3.1.- Re#i#tenci$ E#t?tic$.

+e obtiene al aplicar voltaje directo, el punto de operacin no cambia con el tiempo,

es decir la resistencia est&tica de un diodo es independiente de la caracterstica en la

regin entorne al punto de inter(s solo depende del 3oltaje y la corriente en el punto

de polari!acin #X%. Este punto corresponde a una tensin de polari!acin que por un

valor determinado da una corriente constante en r(gimen continuo.

TEORA DE DIODOS /7

d

dD

%

!& =


39/156


=ig. 18. @epresentacin del punto X sobre la curva caracterstica de 6iodo

3.&.- Re#i#tenci$ Din?mic$

?a resistencia del diodo cambia con la corriente que le atraviese, por lo tanto se

de)ine una resistencia en cada punto de la caracterstica por la e-presinA

Dr +e llama resistencia o din&mica de la unin, que corresponde a la resistencia

interna del diodo.

4r&)icamente la resistencia din&mica Dr es un punto de la caracterstica y se mide

por la pendiente de la recta tangente en ese punto.

ericamente de la ecuacin %1# = TD

!

!

$ e

T

D

T

$

D !

!e

!

%

d!

d%

r

11==

5ero en la polari!acin directa

T

!

!

$!

%

d!

d%e T

D

=

%

!r TD =

?a relacin anterior de la e-presin de la resistencia de unin correspondiente a la

corriente que la atraviesa es decir, que )ija el punto sobre la curva caracterstica #3%llamado punto de polari!acin. ?a resistencia di)erencial Dr cambia el punto de

polari!acin sobre la curva caracterstica.

* la temperatura ambienteA

Dr H /;,9 [ cuando H 1m*

TEORA DE DIODOS /8

d%

d!rD=


40/156


Dr H /,;9 [ cuando H 10m*

Dr H /,;9D[ cuando H 10\*

?a resistencia di)erencial o din&micad%

d!rD = se puede determinar gr&)icamente por

la medicin de la pendiente de la tangente a la curva caracterstica en el punto de

polari!acin. Esa pendiente daDr

1 .

E-perimentalmente se puede tambi(n notar la resistencia din&mica del diodo Dr

como la ra!n de una pequeFa variacin de voltaje 3 y de la variacin

correspondiente de la intensidad .

%

!rD

=

5r&cticamente se toma una pequeFa variacin de la alrededor del punto de

polari!acin y se nota la variacin correspondiente del 3. Esas variaciones deben

ser pequeFas porque la caracterstica se apro-ima a una recta y eso es e-acto sobre un

pequeFo intervalo alrededor de .

TEORA DE DIODOS /9


41/156


=ig. 19 @esistencia din&mica y 3ariacin del punto X

7.- In5uenci$ De L$ Tem"er$tur$ So>re L$# Pro"ied$de# De L$ Unin

?os semiconductores dependen muc'o del e)ecto de la temperatura. En el caso de los

diodos la temperatura cambiaA

* la corriente directa constante, el valor de la tensin a los bornes del diodo.

* la tensin inversa constante, el valor de la corriente inversa de saturacin +

Esos e)ectos se denominan T6erivas (rmicasU.

7.1.- In5uenci$ de $ tem"er$tur$ #o>re $ corriente de S$tur$cin S

?a corriente inversa de la unin viene del )lujo de los portadores minoritarios en la

unin. Es decir que la variacin de + en )uncin de la temperatura sigue la ley de

variacin de la generacin de los portadores en )uncin de la temperatura.

TEORA DE DIODOS :0


42/156


= TkE

$

g

eTB% K: KK

El t(rmino 'TEg

e

de la ecuacin anterior, cambia muc'o m&s que :alrededor de la

temperatura ambiente #:00 D%.

%#

0101%#%#

TT'

$$ieT%T%

=

6onde MiH 0,07/LH 7,/L, resulta

10L%#

0101/%#%# TT$$ T%T%

=, #e0,7//%

T+se duplica apro-imadamente cada 10 de aumento de U

?a corriente inversa de los diodos de +i es menor que la corriente inversa para los

diodos 4e. Esta corriente aumenta r&pidamente cuando aumenta la temperatura.

7.&.- In5uenci$ de $ tem"er$tur$ #o>re $ ten#in direct$ $ o# >orne# de $

unin.

6e manera general la tensin a los bornes de un diodo de unin 5J de +i o 4e

polari!ada a corriente constante, disminuye cuando ambiente aumenta de 1.

%#%#%# 1/1/ TTkT!T! vDD =

Tk! vD =

1, /emperatura

Dvcoe)iciente de temperatura 3L #usado en termmetros%

/,; m3L 4ermanio

/,0 m3L +ilicio

1,; m3L +c'ottMy

=ig. /0 2n)luencia de la temperatura sobre la tensin del diodo.

TEORA DE DIODOS :1


43/156


@.- E#uem$ Eui+$ente de Diodo en R,(imen Aterno.

apacidad de agotamiento o ransicin.

apacidad de 6i)usin.

@.1.- C$"$cid$d de A(ot$miento o de Tr$n#icin

6el comportamiento de la unin(N en la regin inversa observamos la analoga entre

la capa de agotamiento #o deple-in% y un condensador. * medida que cambia el

voltaje en paralelo con la unin(N, la carga almacenada en la capa de agotamiento

cambia de con)ormidad. En la )igura /1 se muestra una curva caracterstica tpica de

carga versus el voltaje e-terno aplicado de una unin(N.

=ig. /1urva aracterstica de la apacidad de agotamiento

uando el dispositivo se polari!a en inverso y la variacin de la seFal alrededor del

punto de polari!acin es pequeFa como se ilustra se puede usar una apro-imacin de

capacitancia lineal. 6esde esta apro-imacin a pequeFa seFal, la capacidad de

agotamiento o transicin es simplemente la pendiente de la curva qJversus !& en el

punto ) de polari!acin.

TEORA DE DIODOS :/


44/156


=&cilmente derivando se puede 'allar una e-presin para *+. +i tratamos la capa de

agotamiento como un condensador de placas planas paralelas obtenemos una

e-presin id(ntica para *+.

?a e-presin resultante para *+se puede escribir en una )orma conveniente

+iendo *+oel valor de *+obtenido para voltaje aplicado cero !&H !)H 0

El an&lisis precedente y la e-presin para *+ se aplican para uniones en las que la

concentracin de portadores se 'ace cambiar abruptamente en la )rontera de la unin.

>na )rmula m&s general para *+es

6onde m es una constante cuyo valor depende de la manera en que cambia la

concentracin del lado ( al lado N de la unin. +e denomina coe5iciente de

di#tri>ucin, y su valor es de B a . ambi(n se conoce C$ CT.

5ara resumir, a medida que un voltaje de polari!acin inversa se aplica a una unin

(N, ocurre un transitorio durante el que la capacitancia de agotamiento se carga al

nuevo voltaje de polari!acin. >na ve! que gradualmente desapare!ca el transitorio,

TEORA DE DIODOS ::


45/156


la corriente inversa de estado estable es simplemente $. En realidad, corrientes de

'asta unos pocos nanoamperes #109*% circulan en direccin inversa, en dispositivos

para los que $es del orden 101;*. Esta gran di)erencia se debe a )uga y otros e)ectos.

*dem&s, la corriente inversa depende en cierta medida de la magnitud del voltaje

inverso, contrario al modelo terico, que e-presa que $ independiente del valor

del voltaje inverso aplicado. Jo obstante lo anterior, debido a que intervienen

corrientes muy bajas, por lo general no nos interesamos en los detalles de la curva

caracterstica iv del diodo en la direccin inversa.

En la =igura // se observa la variacin de CT en )uncin de !&para dos diodos

tpicos.

=ig. //3ariaciones de CTen )uncin de !&para dos diodos picos

+e observa de la )igura // que cuanto mayor sea la tensin inversa, mayor es el anc'o

,agotde la regin de agotamiento o de carga espacial, y como consecuencia, menor la

capacidad *+.

TEORA DE DIODOS :$


46/156


6e manera an&loga, si aumenta la tensin directa, ,agotdisminuye y *+aumenta. En

ciertos circuitos se utili!a este e)ecto de la variacin de la capacidad con la tensin de

una unin(Npolari!ada inversamente.

@.&.-C$"$cid$d de Di5u#in

6e la descripcin de la operacin de la unin 5J en la regin de sentido directo

observamos que, en estado estable, cierta cantidad de e-ceso de carga de portadores

minoritarios se almacena en la mayor parte de cada una de las regiones ( y N con

carga neutra. +i cambia la tensin entre terminales, este cambio )inali!ar& antes que

se alcance un nuevo estado estable. Este )enmeno de carga y almacenamiento dalugar a otro e)ecto capacitivo, muy di)erente del que se debe al almacenamiento de

carga en la regin de agotamiento.

5ara pequeFas variaciones de carga situadas alrededor de un punto de polari!acin,

podemos de)inir la capacitancia de di)usin a pequeFa seFal *dcomoA

Q podemos demostrar que

6onde es la corriente del diodo en el punto de polari!acin. Jtese que *d es

directamente proporcional a la corriente del diodo y es, por lo tanto, tan pequeFa

que es despreciable cuando el diodo se polari!a inversamente. Jtese tambi(n que

para mantener una *dpequeFa, el tiempo de tr&nsito Tdebe 'acerse pequeFo, lo cual

es un requisito importante para diodos destinados para operacin a alta velocidad o

alta )recuencia.

.- Modeo# o A"ro0im$cione# de Diodo.

TEORA DE DIODOS :;


47/156


-odelo %deal

-odelo de cada de volta+e constante

-odelo /ineal por tramos

.1.- Modeo Ide$

>n modelo "til para una gran variedad de instancias de an&lisis es el TidealU, que

describe al diodo como una v&lvula unidireccional, esto es, como un conductor

per)ecto cuando es polari!ado directamente #positivo en el &nodo, negativo en el

c&todo%, y como un aislador per)ecto cuando es polari!ado negativamente.

?a )igura /: muestra la gra)ica el modelo ideal.

=ig. /: urva 3 vs de un 6iodo 2deal

+i 6 es positiva, 36es cero, y se dice que el diodo est& en estado n #encendido%.

+i 36es negativo, 6es cero, y se dice que el diodo est& en estado )) #apagado%.

El modelo ideal se puede utili!ar si el conte-to del circuito se puede presumir que los

voltajes ser&n de magnitud su)iciente para asegurar uno u otro estado de operacin de

los diodos, y si, )rente a esos niveles de voltaje y corriente, los voltajes de conduccin

y las corrientes inversas resultan despreciables. ambi(n resulta muy "til el modelo

ideal si lo que se requiere es la comprensin del )uncionamiento de un circuito

#cualitativo% m&s que un an&lisis e-acto #cuantitativo%.

TEORA DE DIODOS :


48/156


En este modelo se sustituyen o se reempla!an en el circuito el smbolo de diodo por

cortocircuitos #los supuestos en estado n% y por circuitos abiertos #los supuestos en

estado ))%.

.&.- Modeo de C$)d$ de Ten#in Con#t$nte

En este modelo no solo se sustituyen o se reempla!an en el circuito el smbolo de

diodo por cortocircuitos los que est&n en estado n y por circuitos abiertos los que

est&n en estado )), sino que se lo agrega una )uente de tensin en serie al diodo al

diodo ideal, el valor de la )uente es la tensin umbral del diodo. En la )igura /$ se

puede observar la curva caracterstica 3 vs de diodo bajo usando esta apro-imacin

o modelo.

=ig. /$odelo de cada de voltaje constante de la caracterstica directa del diodo y la@epresentacin de su circuito equivalente.

..- Modeo Line$ "or Tr$mo#

*lgunas aplicaciones cuyas solucin requiere de mayor precisin obligan a mejorar el

modelo anterior, 'aciendo consideracin tanto del voltaje de umbral #!D01 #di)erente

de 0]3^% como del car&cter )inito de la pendiente de la curva 3.

TEORA DE DIODOS :7


49/156


=ig. /; odelo lineal por tramos de la caracterstica directa del diodo y su circuito equivalente.

rDH /0 [G DH 0, !D_!D0G DH #!D` !D0%LrD2 5ara 3D !D0

rD3 @esistencia interna del diodo v&lida tanto para condiciones est&ticas como

din&micas

1.- P$r?metro# * E#"eci5ic$cione# E,ctric$# De Lo# Diodo

?a construccin de un diodo determina la cantidad de corriente que es capa! de

manejar, la cantidad de potencia que puede disipar y la tensin inversa pico que puedesoportar sin daFarse. * continuacin se lista los par&metros principales que se

encuentran en la 'oja de especi)icaciones del )abricante de un diodo recti)icadorA

1. ipo de dispositivo con el n"mero gen(rico de los n"meros del )abricante.

/. ensin de pico 2nverso 9PI


50/156


7. apacitancia m&-ima 9c:.

8. 6isipacin de 5otencia.

9. urvas de degradacin de corriente.

10. urvas caractersticas para cambio en temperatura de tal )orma que el

dispositivo se pueda estimar para altas temperaturas.

TEORA DE DIODOS :9


51/156


=ig./< Roja de Especi)icaciones del =abricante *Q7:

TEORA DE DIODOS $0


52/156


=ig./7 urvas El(ctricas picas del 6iodo *Q7:

TEORA DE DIODOS $1


53/156


11.-


54/156


El m(todo aplicado es igualmente v&lido para todos los diodos sin incluir los

recti)icadores de alta tensin empleados en televisores transistori!ados, como por

ejemplo diodos de potencia para )uentes de alimentacin, diodos de seFal, diodos

varicap, diodos !ener, etc., ya sean de germanio o de silicio.

Ray que observar que cuando se utili!a un multmetro digital que tiene una posicin

para el diodo, puede llevarse a cabo una prueba din&mica de este dispositivo

semiconductor. on un diodo en buenas condiciones, el voltaje de polari!acin

directa que despliega el mutmetro debe ser, apro-imadamente, de 0,7 3. El

procedimiento anterior es la mejor prueba para veri)icar el estado de un diodo

ab

=ig. /8 3eri)icacin del estado de un diodo con un o'metro.a. uando el diodo est& polari!ado en sentido directo, la lectura del o'metro es bajab. +i el diodo se polari!a en sentido inverso, la lectura del o'metro indica una

resistencia muy alta #in)inita%.

=ig. /9

TEORA DE DIODOS $:


55/156


JotaA En los multimetros analgicos, la punta roja corresponde al negativo de labatera interna.

TEORA DE DIODOS $$


56/156


TIPOS DE DIODOS

Recti5ic$dor

;ener

Tune


57/156


TEORA DE DIODOS $


58/156


CAPTULO III

TIPOS DE DIODOS

+eg"n su construccin, se podra decir que e-isten dos tipos de diodosA de ontacto

por punta y de unin.

/os de contacto por punta est&n )ormados por un cristal semiconductor montado

sobre una base de metal y por un alambre terminado en punta, la cual 'ace contacto a

presin con el semiconductor. >n erminal de cone-in e-terior va soldado al

e-tremo libre del alambre y el otro a la base del metal. El alambre suele ser dealeacin de platino, tungsteno, bronce )os)oroso, etc. El cristal semiconductor, de

silicio tipo 5 o germanio tipo J. En realidad, no e-iste unin 5J en este tipo de

diodo.

/os diodos de uninest&n )ormado por la unin de dos cristales de di)erentes clases

uno tipo J y otro tipo 5. ?os terminales de cone-in e-teriores van unidos a las

super)icies e-tremas de los cristales. Este tipo de diodo trabaja con potencias m&s

elevadas que los de contacto por punta.

*lgunos diodos dentro de los dos tipos planteados sonA

1. Diodo ;ener

El diodo !ener corresponde a una unin 5J particular polari!ada en sentido inverso

es decir que el c&todo #D% se conecta a un potencial m&s elevado que el &nodo #*%, se

caracteri!a porque conduce en la !ona inversa a partir de una tensin negativa 3.

iene tres !onas de )uncionamiento, la !ona de polari!acin en sentido directo tiene

las mismas caractersticas que el diodo recti)icador o de propsito general, mientrasque en polari!acin en sentido inverso se di)erencian dos !onas, una en la que el

diodo no conduce y en la que si conduce o permite la circulacin de corriente, y la

tensin tiene un valor menor o igual a la tensin ener o de ruptura #3 %, Esta tensin

TIPOS DE DIODOS $7


59/156


de ruptura depende de las caractersticas de construccin del diodo, se )abrican desde

/ a /00 voltios.

=ig. :0 urva aracterstica del 6iodo ener

?as caractersticas que di)erencian a los diversos diodos ener entre si sonA

ensiones de polari!acin inversa, conocida como Ten#in ;ener. Es la

tensin que el !ener va a mantener constante.

Corriente m)nim$ de 5uncion$miento. +i la corriente a trav(s del !ener es

menor, no 'ay seguridad en que el ener mantenga constante la tensin en sus

bornes

Potenci$ m?0im$ de di#i"$cin. 5uesto que la tensin es constante, nos

indica el m&-imo valor de la corriente que puede soportar el ener.

?a m&-ima corriente que puede conducir un diodo ener viene dada por la siguiente

ecuacinA

4

4-A5-ax

!

(% =

TIPOS DE DIODOS $8


60/156


5or tanto el ener es un diodo que al polari!arlo inversamente mantiene constante la

tensin en sus bornes a un valor llamado tensin de ener, pudiendo variar la

corriente que lo atraviesa entre el margen de valores comprendidos entre el valor

mnimo de )uncionamiento y el correspondiente a la potencia de !ener m&-ima que

puede disipar. +i superamos el valor de esta corriente el !ener se destruye.

1.1.-Con#truccin de un diodo ;ener

?os diodos ener se )abrican por procesos de aleacin o proceso de di)usin seg"n

sean las caractersticas que se deseen obtener. 6e modo general, podemos decir que

los diodos con tensiones de rupturas in)eriores a 93, presentan mejores caractersticas

cuando se )abrican por aleacin, mientras que cuando las tensiones de rupturas son

superiores a los 1/3 se )abrican por di)usin, pero para las tensiones entre 93 y 1/3

el proceso de )abricacin depende de otros )actores.

(roceso de 6a7ricacin por Aleacin.

Este m(todo consiste en calentar a una temperatura de


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El tipo de encapsulado es igual que el de los diodos recti)icadores. *unque no se

comportan como ellos, es por eso que en simbologa electrnica la )orma de

representarlos es tambi(n di)erente. 3er )igura :1

?os modelos del diodo ener se )orman a partir de cualquiera de los modelos del

diodo de propsito general aFadiendo una !ona de operacin, la de conduccin

inversa. ?a e-presin en polari!acin directa permanece sin cambios, pero en le !ona

inversa 'ay que introducir una modi)icacin en la conduccin, que queda de la

siguiente )ormaA

=ig. :1 *specto =sico y +imbologa del 6iodo ener

odelo 2dealA 3_ 36_ 0 Jo 'ay circulacin de corriente

?os otros odelosA 3_ 36_ 3 Jo 'ay circulacin de corriente

1E@*pro-imacin

TIPOS DE DIODOS ;0


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ajo esta apro-imacin el diodo se sustituye por una batera o )uente de tensin de

valor igual a tensin !ener 3.Esto solo es v&lido entre 2mny 2m&-. 3er =igura :/

/6*pro-imacin

En esta segunda apro-imacin se sustituye al diodo por una batera de valor igual a la

tensin !ener en serie con una resistencia, siendo est& el inverso de la pendiente de la

curva caracterstica en sentido inverso. 2gualmente esto solo es v&lido entre 2mn y

2m&-, 44

4D !!

&

!!%

= . 3er )igura ::.

=ig. :/ urva aracterstica del diodo !ener para la primera apro-imacin

=ig. :: urva aracterstica del diodo !ener para la segunda apro-imacin

TIPOS DE DIODOS ;1


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El modelo m&s utili!ado del diodo !ener es el que supone que las resistencias del

diodo tanto en directo como en inverso son muy pequeFas y se desprecia dic'o valor,

quedandoA

4D

D4

D

!!%

%!!!

!!%

=

=

=

0

0

0

1.&.- Cdi(o De Identi5ic$cin De ;ener

E-isten tres tipos de identi)icacin de los diodos !ener. El m&s moderno consiste en

tres letras seguidas de un n"mero de serie y el valor que 'ace re)erencia a la tensin

!ener.

1. Es un ', indicativa de que se trata de un elemento semiconductor de silicio

/. Es una ;, indica que se trata de un diodo !ener

:. Es una Go ;indica que se trata de aplicaciones pro)esionales

6espu(s ira el n"mero de serie indicado por el )abricante y la tensin !ener,

utili!ando la 3 como coma decimal. 5or ejemploA

';G-7-2


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tro cdigo es el que utili!a ambi(n tres letras y el n"mero de serie del )abricante,

siendoA

1. Es un O, indicativa de que se trata de un elemento semiconductor.

/. Es A;, indica que se trata de un diodo !ener

:. El numero de serie del )abricante.

Q por ultimo el cdigo americano, que al igual que los diodos recti)icadores seriaA

1Nseguido por un n"mero de serie.

1..- A"ic$cione#

@egulador de tensin.

ensin de re)erencia.

ircuito ?imitador.

1..- E#"eci5ic$cione# de 5$>ric$nte

En el caso de los diodos !ener por lo general aparecen los siguientes par&metros en

las 'ojas de especi)icaciones.

ipo de dispositivo con el n"mero gen(rico o con los n"meros del )abricante.

ensin !ener nominal #tensin de temperatura por avalanc'a%.

oleranciade tensin.

&-ima disipacin de potencia #a /;I%.

orriente de prueba, 2!t.

2mpedancia din&micaa 2!t.

orriente de v(rtice.

&-ima temperatura en la unin.

oe)iciente de temperatura.

urvas de degradacin para altas temperaturas.

TIPOS DE DIODOS ;:
http://www.monografias.com/trabajos11/tole/tole.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos14/dinamica-grupos/dinamica-grupos.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos11/tole/tole.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos14/dinamica-grupos/dinamica-grupos.shtml


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&. Diodo Led Fotodiodo

%&' Dioo LED

iertos tipos de diodos son capaces de cambiar la )uente de energa el(ctrica en

)uente de energa lumnica. El diodo emisor de lu! #?E6, ?ig't emitting diode%

trans)orma la corriente el(ctrica en lu!. Es "til para diversas )ormas de despliegues, y

a veces se puede utili!ar como )uente de lu! para aplicaciones de comunicaciones por

)ibra ptica.

?os diodos emisores de lu!, se )abrican con materiales semiconductores de)ormulacin especial ]*rseniuro de 4alio #4a*s%, =os)ato de 4alio #4a5%^ que

emiten )otones de lu! visible o in)rarroja cuando conducen en polari!acin directa. En

polari!acin inversa se comportan como un diodo de propsito general, aunque se

di)erencian en que su tensin umbral de conduccin es de 1,;3 a /,/3

apro-imadamente y la gama de corrientes que debe circular por (l est& entre los 10 y

/0 miliamperios #m*% en los diodos de color rojo y de entre los /0 y $0 miliamperios

#m*% para los otros ?E6s.

5ero como resulta di)cil distinguir, por pura inspeccin visual, el modelo del ?E6 as

como el )abricanteA los valores m&-imos de tensin y corriente que puede soportar y

que suministra el )abricante ser&n por lo general desconocidos. 5or esto, cuando se

utilice un diodo ?E6 en un circuito, se recomienda que la intensidad que lo atraviese

no supere los /0 m*, precaucin de car&cter general que resulta muy v&lida.

?os ?E6, se pueden obtener en el mercado en di)erentes coloresA @ojo, 3erde,

Jaranja, *marillo, 2n)rarrojo, icolor etc. Q ala intensidad de la lu! tiene

dependencia lineal con la corriente de e-citacin. Estos dispositivos emisores de lu!,

vienen constituidos para di)erentes corrientes de e-citacin, corrientes muy altas

TIPOS DE DIODOS ;$


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disminuir&n la vida "til de ?E6, por ello, es importante colocar en serie con el diodo

una resistencia de proteccin para que limite la corriente que circula por el ?E6.

6ependiendo del material de que est& 'ec'o el ?E6, ser& la emisin de la longitud de

onda y por ende el color.

=ig. :$ +mbolo y *specto )sico del 6iodo ?E6

5ara identi)icar los terminales del diodo ?E6 observaremos como el c&todo ser& el

terminal m&s corto, siendo el m&s largo el &nodo. *dem&s en el encapsulado,

normalmente de pl&stico, se observa un c'a)l&n en el lado en el que se encuentra el

c&todo.

+e utili!a ampliamente en aplicaciones visuales, como indicadoras de cierta situacin

espec)ica de )uncionamiento.

Ejemplos

+e utili!an para desplegar contadores.

5ara indicar la polaridad de una )uente de alimentacin de corriente directa.

5ara indicar la actividad de una )uente de alimentacin de corriente alterna.

En dispositivos de alarma.

TIPOS DE DIODOS ;;


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+us desventajas son que su potencia de iluminacin es tan baja, que su lu! es invisible

bajo una )uente de lu! brillante y que su &ngulo de visibilidad est& entre los :0I y


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=ig. :; +imbologa y *spectos )sicos de un =otodiodo

=ig. :< urva caracterstica L 3 de un )otodiodo para di)erentes intensidades luminosas

*omposicin

El material empleado en la composicin de un )otodiodo es un )actor crtico para

de)inir sus propiedades. +uelen estar compuestos de silicio, sensible a la lu! visible

#longitud de onda de 'asta 1\m%G germanio para lu! in)rarroja #longitud de onda 'asta

apro-. 1,8 \m %G o de cualquier otro material semiconductor.

ambi(n es posible la )abricacin de )otodiodos para su uso en el campo de los

in)rarrojos medios #longitud de onda entre ; y /0 \m%, pero estos requieren

re)rigeracin por nitrgeno lquido.

TIPOS DE DIODOS ;7


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*ntiguamente se )abricaban e-posmetros con un )otodiodo de selenio de una

super)icie amplia.

abla de los semiconductores y su longitud de onda

. DIODO DE 'ARRERA O SCJOTTK

El diodo +c'ottMy llamado as en 'onor del )sico alem&n alter R. +c'ottMy,

tambi(n denominado diodo pnpn o diodo de barrera, ya que se )orma una barrera a

trav(s de la unin debido al movimiento de los electrones del semiconductor a la

inter)a! met&lica, es un dispositivo semiconductor que proporciona conmutaciones

muy r&pidas entre los estados de conduccin directa e inversa #menos de 1ns en

dispositivos pequeFos de ; mm de di&metro% y muy bajas tensiones umbral. +u

caracterstica de tensin corriente es muy similar a la del diodo de unin 5J de silicio

e-cepto porque la tensin en directo, 3, es 0.: 3 en ve! de 0.7 3, la capacitancia

asociada con el diodo es pequeFa. * )recuencias bajas un diodo normal puede

conmutar )&cilmente cuando la polari!acin cambia de directa a inversa, pero a

medida que aumenta la )recuencia el tiempo de conmutacin puede llegar a ser muy

alto, poniendo en peligro el dispositivo.

El diodo +c'ottMy est& constituido por una unin metalsemiconductor #barrera

+c'ottMy%, ligeramente dopada con un metal como el aluminio o platino, en lugar de

la unin convencional semiconductorsemiconductor utili!ada por los diodos

normales. Es por ello que se dice que el diodo +c'ottMy es un dispositivo

semiconductor portador mayoritario. Esto signi)ica que, si el cuerpo semiconductor

est& dopado con impure!as tipo J, solamente los portadores tipo J #electrones

TIPOS DE DIODOS ;8


70/156


mviles% jugaran un papel signi)icativo en la operacin del diodo y no se reali!ar& la

recombinacin aleatoria y lenta de portadores tipo J y 5 que tiene lugar en los diodos

recti)icadores normales, con lo que la operacin del dispositivo ser& muc'o m&s

r&pida.

?a alta velocidad de conmutacin permite recti)icar seFales de muy altas )recuencias

y eliminar e-cesos de corriente en circuitos de alta intensidad.

?a limitacin m&s evidente del diodo de +c'ottMy es la di)icultad de conseguir

resistencias inversas relativamente elevadas cuando se trabaja con altos voltajes

inversos pero el diodo +c'ottMy encuentra una gran variedad de aplicaciones en

circuitos de alta velocidad para computadoras donde se necesiten grandes velocidadesde conmutacin y mediante su poca cada de voltaje en directo permite poco gasto de

energa, otra utili!acin del diodo +c'ottMy es en variadores de alta gama para que la

corriente que vuelve desde el motor al variador no pase por el transistor del )reno y

este no pierda sus )acultades.

=ig. :7 +imbologa y urva aracterstica del 6iodo +c'ottMy

. Diodo Pin

El )otodiodo 52J es el detector m&s importante utili!ado en los sistemas de

comunicacin ptica. Es relativamente )&cil de )abricar, altamente )iable, tiene bajo

TIPOS DE DIODOS ;9


71/156


ruido y es compatible con circuitos ampli)icadores de baja tensin. *dem&s, es

sensible a un gran anc'o de banda debido a que no tiene mecanismo de ganancia. Es

un diodo que presenta una regin 5 y una regin J tambi(n )uertemente dopada,

separadas por una regin de material que es casi intrnseco. Este tipo de diodos se

utili!a en )recuencias de microondas, es decir, )recuencias que e-ceden de 1 4R!,

puesto que incluso en estas )recuencias el diodo tiene una impedancia muy alta

cuando est& inversamente polari!ado y muy baja cuando esta polari!ado en sentido

directo. *dem&s, las tensiones de ruptura est&n comprendidas en el margen de 100 a

1000 3.

En virtud de las caractersticas del diodo 52J se le puede utili!ar como interruptor ocomo modulador de amplitud en )recuencias de microondas ya que para todos los

propsitos se le puede presentar como un cortocircuito en sentido directo y como un

circuito abierto en sentido inverso. ambi(n se le puede utili!ar para conmutar

corrientes muy intensas yLo tensiones muy grandes.

?os diodos 5in 'acen b&sicamente cambiar su resistencia en @= en )uncin de las

condiciones de polari!acin. 5or ello, pueden actuarA

1. omo conmutador de @=

/. omo resistencia variable

:. omo protector de sobretensiones

$. omo )otodetector

El diodo se )orma partiendo de silicio tipo 5 de alta resistividad. ?a capa 5 de baja

resistividad representada, est& esta )ormada por di)usin de &tomos de boro en un

bloque de silicio tipo 5 y la capa J muy delgada est& )ormada di)undiendo grandes

cantidades de )s)oro. ?a regin intrnseca es realmente una regin 5 de alta

resistividad y se suele denominar regin p. uando el circuito est& abierto, los

electrones )luyen desde la regin #p% 'asta la regin 5 para recombinarse con los

'uecos en e-ceso, y los 'uecos )luyen desde la regin para recombinarse con los

electrones de la regin J. +i el material #p% )uese verdaderamente intrnseco, la

TIPOS DE DIODOS


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cada de tensin en la regin sera nula, puesto que la emigracin de 'uecos sera

igual a la emigracin de electrones. +i embargo, como el material es en verdad p #5

de alta resistividad%, 'ay mas 'uecos disponibles que electrones.

uando se aplica una polari!acin inversa al diodo los electrones y los 'uecos del

material p son barridos #sBept )ree%. >n posterior aumento de la tensin inversa

simplemente incrementa las distribuciones de tensiones 5e J. En el diodo 52J la

longitud de la regin de transicin ? es apro-imadamente igual a la regin y

apro-imadamente independiente de la tensin inversa. 5or lo tanto, a di)erencia de los

diodos 5J o +c'ottMy, el diodo 52J tiene una capacidad inversa que es

apro-imadamente constante, independiente de la polari!acin. >na variacin tpica de

la capacidad podra ser desde 0,1; 'asta 0,1$ p= en una variacin de la polari!acin

inversa de, por ejemplo, 100 3. En virtud de que es igual a la longitud de la regin ,

la longitud de la regin de transicin es apro-imadamente constante y

considerablemente mayor que la de otros diodos y, por lo tanto, la capacidad @, que

es proporcional a 1L? es signi)icativamente menor que la de otros diodos, por lo que

el diodo 52J es apropiado para aplicaciones de microondas. ?os valores normales de

@ varan desde 0,1 p= 'asta $ p= en los diodos 52J, comercialmente asequibles.

uando el diodo est& polari!ado en sentido directo, los 'uecos del material 5 se

di)unden el la regin p, creando una capa 5 de baja resistividad. ?a corriente es

debida al )lujo de los electrones y de los 'uecos cuyas concentraciones son

apro-imadamente iguales en la regin . En la condicin de polari!acin directa la

cada de tensin en la regin es muy pequeFa. *dem&s, al igual que el diodo 5J,

cuando aumenta la corriente, tambi(n disminuye la resistencia. En consecuencia el

diodo 52J es un dispositivo con su resistencia o conductancia modulada. En unaprimera apro-imacin, la resistencia rd en pequeFa seFal es inversamente

proporcional a la corriente 26Xcon polari!acin directa, lo mismo que en el diodo 5J.

En )recuencias de microondas se representa de maneras m&s sencillas por una

capacidad @ en serie con la resistencia directa rd. on tensiones directas, @ es

TIPOS DE DIODOS


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apro-imadamente in)inita, mientras que en polari!acin inversa, rd es

apro-imadamente nula. ?a capacidad es la capacidad par&sita paralelo que se

produce soldando el diodo a la c&psula y ? es la inductancia serie debida a los 'ilos

de cone-in desde el diodo 'asta la c&psula.

=ig.:8 ircuito equivalente del diodo 52J en la regin 6irecta e 2nversa

=ig. :9 +imbologa del 6iodo 52J

2. Diodo


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?os diodos varactores ]llamados tambi(n varicap #diodo con capacitanciavoltaje

variable% o sintoni!adores^ son semiconductores dependientes del voltaje, capacitores

variables. +u modo de operacin depende de la capacitancia que e-iste en la unin 5

J cuando el elemento est& polari!ado inversamente. En condiciones de polari!acin

inversa, se estableci que 'ay una regin sin carga en cualquiera de los lados de la

unin que en conjunto )orman la regin de agotamiento y de)inen su anc'o d. ?a

capacitancia de transicin #% establecida por la regin sin carga se determina

medianteA

H E #*Ld%

6onde E es la permitibilidad de los materiales semiconductores, * es el &rea de launin 5J y del anc'o de la regin de agotamiento.

on)orme aumenta el potencial de polari!acin inversa, se incrementa el anc'o de la

regin de agotamiento, lo que a su ve! reduce la capacitancia de transicin. El pico

inicial declina en con el aumento de la polari!acin inversa. El intervalo normal de

3@ para diodos varicap se limita apro-imadamente /03. En t(rminos de la

polari!acin inversa aplicada, la capacitancia de transicin se determina en )orma

apro-imada medianteA

H D L #3P 3@%n

dondeA

D H constante determinada por el material semiconductor y la t(cnica de

construccin.

3H potencial en la curva seg"n se de)ini en la seccin

3@H magnitud del potencial de polari!acin inversa aplicado

n H 1L/ para uniones de aleacin y 1L: para uniones de di)usin

TIPOS DE DIODOS


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=ig.$0 +imbologa del 6iodo 3aricap y ircuito equivalente

=ig. $1 urva de 3ariacin de la capacitancia vs ensin 2nversa aplicada

?os valores de capacidad obtenidos van desde 1 a ;00 p=. ?a tensin inversa mnima

tiene que ser de 1 3.

?a aplicacin de estos diodos se encuentra, sobre todo, en la sintona de 3,

modulacin de )recuencia en transmisiones de = y radio.

!enta+as y desventa+as

El varicap tiene, entre otras, las siguientes ventajasA enor tamaFo que los capacitores variables mec&nicos.

5osibilidad de sintona remota.

?a principal desventaja del varicap es la dependencia de algunos de sus par&metros de

la temperatura y por lo tanto requiere esquemas de compensacin.

TIPOS DE DIODOS


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3. Diodo Tune

El )sico japon(s EsaMi, descubri que los diodos semiconductores obtenidos con un

grado de contaminacin del material b&sico muc'o m&s elevado que lo 'abitual

e-'iben una caracterstica tensincorriente muy particular. ?a corriente comien!a

por aumentar de modo casi proporcional a la tensin aplicada 'asta alcan!ar un valor

m&-imo, denominado corriente de cresta. * partir de este punto, si se sigue

aumentando la tensin aplicada, la corriente comien!a a disminuir y lo siga 'aciendo

'asta alcan!ar un mnimo, llamado corriente de valle, desde el cual de nuevo

aumenta. El nuevo crecimiento de la corriente es al principio lento, pero luego se

'ace cada ve! m&s r&pido 'asta llegar a destruir el diodo si no se lo limita de alguna

manera. Este comportamiento particular de los diodos muy contaminados se debe a lo

que los )sicos denominan e)ecto t"nel, para las aplicaciones pr&cticas del diodo t"nel,

la parte mas interesante de su curva caracterstica #ver )igura $/% es la comprendida

entre la cresta y el valle. En esta parte de la curva a un aumento de la tensin aplicada

corresponde una disminucin de la corrienteG en otros t(rminos, la relacin entre unincremento de la tensin y el incremento resultante de la corriente es negativa y se

dice entonces que esta parte de la curva representa una resistencia incremental

negativa. >na resistencia negativa puede compensar total o parcialmente una

resistencia positiva. *s, por ejemplo, las p(rdidas que se producen en un circuito

resonante a causa de la presencia siempre inevitable de cierta resistencia en el, se

compensa asociando al circuito una resistencia negativa de valor num(rico

conveniente y reali!ada por ejemplo, mediante un diodo t"nel. En tal caso el circuito

oscilante se trans)orma en un oscilador.

TIPOS DE DIODOS


77/156


=ig. $/ urva aracterstica del 6iodo t"nel

uando el voltaje de polari!acin directa se encuentra entre 0,13 y 0,;3, la corriente

empie!a a reducirse con el aumento del voltaje, llevando a una caracterstica de

corriente voltaje en )orma de +, la regin central de esta curva se llama la regin de

resistencia negativa, el voltaje mnimo a la derec'a de esta regin se denomina

tensin de valle #33%G la corriente en este punto se llama corriente de valle #3%, y la

corriente m&-ima que )luye a bajos voltajes se llama corriente de pico # 5% y la tensin

en ese punto es el voltaje de pico #35%.

El diodo t"nel es "til en aplicaciones de alta velocidad. on)orme aumenta la

polari!acin directa, la corriente aumenta con rapide! 'asta que se produce la ruptura,

entonces la corriente cae r&pidamente. Este a su ve! es muy "til debido a esta cesin

de resistencia negativa la cual se desarrolla de manera caracterstica en el intervalo de

;0m3 a /;0mv.

TIPOS DE DIODOS


78/156


=ig. $: ircuito equivalente y simbologa del 6iodo "nel

7. Diodo De Cont$cto Puntu$.

El recti)icador de contacto puntual consiste en un semiconductor sobre el quedescansa la punta de un alambre delgado.

?a curva de corriente versus voltaje es cualitativamente similar a la del diodo de

unin. +in embargo, para un voltaje positivo dado, el diodo de contacto puntual

conduce algo m&s de corriente. &s a"n, con)orme el voltaje negativo aumenta, la

corriente inversa tiende a aumentar m&s bien que permanecer apro-imadamente

constante. ?a marca in)le-in en la curva del diodo de unin en 3no ocurre en los

diodos de contacto puntual, dado que el calentamiento de tal punto ocurre a voltajes

muc'o mas bajos y produce un aumento gradual de la conductancia en la direccin

negativa.

TIPOS DE DIODOS


79/156


APLIACIONES DE LOS DIODOS

CAPTULO I*APLICACIONES DE LOS

DIODOS


80/156


CAPTULO In circuito recti)icador de media onda slo recti)ica la mitad de la tensin alterna

presente en su entradaG es decir, cuando el &nodo tenga una tensin sea mas positivo

APLICACIONES DEL DIODOS


81/156


respecto a la tensin en el c&todo. 5uede considerarse como un circuito en el que la

unidad recti)icadora est& en serie con la tensin de entrada y la carga. 3er )igura $$.

T5

D5

RL

6

2

Vo

6

2

V$

=ig. $$ ircuito @ecti)icador de edia nda

En el circuito de la )igura $$, cuando llega el semiciclo positivo de seFal presente en

el secundario del trans)ormador al &nodo del diodo, (ste queda polari!ado

directamente y consecuentemente conducir&G la tensin en la salida 3ovista en los

terminales de la resistencia ser& 3oH 3m0,7 3, siendo 3mla amplitud de la seFal de

entrada.

+uando llegue el semiciclo negativo del secundario al nodo del diodo, ste quedar

polario muy prxima a cero ya que

siempre circular una peque*sima corriente inversa

APLICACIONES DEL DIODOS 70


82/156


=ig. $; +eFal de +alida de un ircuito @ecti)icador de edia nda

5as tensiones caracter*sticas vendrn dadas por las siguientes ecuaciones:

3alor E)ica! de la tensin de +alida @+/

7,0 !!! mo

=

3alor edio o ensin de corriente contin"a

!!omed

7,03 m

=

A"ic$cione#&+e emplean como alimentacin de muc'os sistemas de baja tensin yde aparatos universales, as como para proporcionar alta tensin a los osciloscopios.

5..2 R&+'$7$+ador d& O"da Co1l&'a o Dobl& o"da

El recti)icador de doble onda, tambi(n denominado onda completa, est& )ormado por

dos recti)icadores de media onda que )unciona durante alternancias opuestas de la

tensin de entrada.

iposA

on rans)ormador de oma entral

5uente

Con Trans+ormaor e Toma Central

APLICACIONES DEL DIODOS 71


83/156


El secundario del trans)ormador tiene en su punto intermedio una toma conectada a

tierra, obteni(ndose as dos tensiones iguales y des)asadas 180 grados que se aplican

alternativamente a los &nodos de cada diodo.

uando llega el semiciclo positivo a un diodo, al otro le llega el semiciclo negativo,

con lo cual uno conduce y el otro no, y viceversa. onsecuentemente siempre 'abr&

un diodo conduciendo, obteni(ndose en la salida "nicamente semiciclos positivos.

En este circuito tenemosA

=ig. $< ircuito @ecti)icador 6oble nda con rans)ormador de oma entral

=ig. $7 +eFal de Entrada al ircuito @ecti)icador 6oble nda con rans)ormador de oma entral

APLICACIONES DEL DIODOS 7/

3o

#3m 0,73%


84/156


=ig. $8 +eFal de +alida del ircuito @ecti)icador 6oble nda con rans)ormador de oma entral

=ig. $9 +eFal presente en los 6iodos 61 y 6/

3alor E)ica! de la tensin de +alida @+/

7,0 !!! mo

=

3alor edio o ensin de corriente ontinua

%7,0/#3 m

!!omed =

A,licaciones&+e usan en sistemas de todos los equipos de comunicacin, teniendo

un gran rendimiento y posibilidad de proporcionar una gran gama de tensiones con

corrientes moderadas. +e utili!an muc'o para la carga de bateras porque as se evita

el peligro de la saturacin del n"cleo del trans)ormador.

Tipo Puente

+on cuatro recti)icadores de media onda conectados en la )orma indicada en elcircuito.

APLICACIONES DEL DIODOS 7:


85/156


=ig. ;0 ircuito @ecti)icador nda ompleta ipo 5uente

?a tensin alterna se aplica entre las uniones de un &nodo y un c&todo de dos diodos,

obteni(ndose la salida en el punto de unin de dos c&todos #polo positivo% y de dos

&nodos #polo negativo%.

6urante el semiciclo positivo de la seFal de entrada conducen d

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