Tema 4: Diodos. Contenidos 4.1 Estructura 4.2 Modelos

Tema 4: Diodos.
Contenidos
4.1 Estructura
4.2 Modelos
4.3 Limitadores
4.4 Rectificadores
1
4.1 Estructura
Semiconductores Separados
p
n
Unión de los semiconductores
Zona de Carga Espacial
Iones dopantes con carga +
Vd 0
Iones dopantes con carga -
4.1 Estructura
Diodo: Dispositivo formado por dos uniones semiconductoras de
tipo p y tipo n o la unión de un semiconductor y un metal
Ánodo
Semiconductor
tipo p
Símbolo
Ánodo
Semiconductor
tipo n
Cátodo
Id
Cátodo
Vd
3
4.1 Estructura
Concentración de Impurezas
NA
NA
Concentración de
impurezas aceptoras
NA
ND
ni2/ND
ni2/ND
0
Ánodo
ND
Semiconductor
tipo p
x
Semiconductor
tipo n
0
Concentración de
impurezas donadoras
ND
x
Cátodo
4
4.1 Estructura
Condensadores en el Diodo:
Cj 
Cjo  A 
Cjo
 V
1   
o

m
[F ]
q Si N A N D
2 N A  ND
2
[F / m ]
 V 1m  V 1m 
1  2   1  1  
Ceq 
(V2  V1 )(1  m)  o 
 o  

C joo
Capacidad equivalente de gran señal
5
4.1 Estructura
Funcionamiento en Polarización:
-xn
V21 / VTe
xp
p1  p2 e
n1  n2 e
V21 / VTe
pno  p poe
n po  nnoe
Vd 0
Ley de Boltzman:
0 / VTe
0 / VTe
V
pn ( xn )  p p ( x p )e
n p ( x p )  nn ( xn )e
 (0 V ) / VTe
 (0 V ) / VTe
 p p 0e
 nn 0e
 (0 V ) / VTe
 (0 V ) / VTe
V / VTe
 pn 0 e
V / VTe
Ley de la Unión:
 n p 0e
6
4.1 Estructura
Funcionamiento en Polarización:
pn(x)
Aplicación de V>0 (Zona Directa)
p n (  xn )  p p 0 e
n p ( x p )  nn 0 e
 (0 V ) / VTe
 (0 V ) / VTe
pn(-xn)
V / VTe
 pnoe
Inyección de
portadores
pno
V / VTe
 n poe
Sólo tenemos
corriente de difusión
pn ( x)  pn ( xn )e
X
J dp   qD p
 ( x  xn )
Lp
-xn
dp
dx x  xn
 ( x  xn )
Lp
  pn ( xn )  pn 0 e
J dp ( xn ) 
qD p pn 0
J dn ( x p ) 
qDn n p 0
Lp
Ln
V
(e
V
(e
VTe
VTe
V
 pn 0 (e
VTe
 1)e
 ( x  xn )
Lp
 1)
 1)
7
4.1 Estructura
Funcionamiento en Polarización:
Aplicación de V>0 (Zona Directa)
 D p pn 0 Dn n p 0  V VTe
I  qA 

 1)
 (e
Ln 
 L p
V
I  I S (e
VTe
 1)
(Es válida también
para V < 0)
⌂ IS ≡ Corriente Inversa de Saturación
 D p pn 0 Dn n p 0 
2
I s  qA 

  qAn i
Ln 
 L p
 Dp
Dn 



L
N
L
N
 p D
n
A

¡¡¡ IS es muy pequeña !!!
8
4.1 Estructura
Funcionamiento en Inversa:
Aplicación de V<0
V / VTe
p n (  xn )  p n 0 e
V / VTe
n p ( x p )  n p 0e
Zona de Carga Espacial
Vd
Zona
Vaciamiento
V
Tipo p
Tipo n
xp
0
xn
x
9
4.2 Modelos
Modelo (Z. Directa y Z. Inversa)
I d  I S  (e
qVd
K T
 1)
Id
IS: Corriente inversa de saturación
Zona Directa
Zona Inversa
Vd
Zona Zener
10
4.2 Modelos
Análisis de Circuitos como dispositivos no-lineales
I d  iD  id
Id
Vd  vD  vd
(iD , vD )
iD
Análisis del punto de trabajo:
Polarización
Vd
Análisis de Pequeña Señal
iD
i D
vD
v D
vD
11
4.2 Modelos
Id
Diodo
Vd
Modelos
Directa
Modelo Idealizado
Inversa
Vd  0
Vd  0
Id  0
Id  0
Vd  Vdon
Vd  Vdon
Vdon
Modelo Idealizado
con tensión umbral I d  0
Gráfica
Id
Vd
Id
Id  0
Vdon
Vd  Vdon  Rd  I d
Modelo Linealizado I  0
d
Vd  Vdon
Rd
Id
Vdon
Cd
Modelo de pequeña
señal
Rd
Id  0
Vdon
Vd
Rs
Vd  Vdon
Id  0
Rd
Rd 
Vd
I d
12
Vd
Id
4.2 Modelos
Diodo Zener
Vd
Modelos
Directa
Gráfica
Inversa
Id
Vd  0
Modelo Idealizado
Id  0
Vd
Vd  VZ
VZ
Modelo Idealizado
con tensión umbral
Vd  VZ
Vdon
Vd
Id  0
VZ
Vd  VZ  Rd  I d
Modelo Linealizado
Id  0
Vd
Rd
Cd
Modelo de pequeña
señal
Id
Rd
RZ
VZ
Id
RZ 
Rs
Vd
I d
13
4.2 Modelo
Curva del diodo (D1N4148)
ID
40mA
30mA
20mA
10mA
0A
-1.0V
-0.8V
-0.6V
-0.4V
-0.2V
-0.0V
0.2V
0.4V
0.6V
0.8V
VD
14
1.0V
4.2 Modelo
Circuito sencillo con Diodo
ID
40mA
1K
Curva del Diodo
30mA
V 1  12V
Modelo
vD
20mA
iD
10mA
V 1 vD
1K 12  0
iD (vD  0) 
 12mA
1K
12  1
iD (vD  1) 
 11mA
1K
iD 
0A
0V
0.1V
vD  vdon  0.7V
iD 
12  0.7
 11.3mA
1K
0.2V
0.3V
0.4V
0.5V
0.6V
0.7V
0.8V
0.9V
1.0V
VD
Punto de Trabajo
(vD,iD)=(0.7295V,11.3mA)
15
4.2 Modelo
Circuito sencillo con Diodo
1K
id (t )
0.1 sen(2   1000  t )  12
Rd
vd (t )
id  0.1 sen(2   1000  t )mA
vd  0.5  sen(2   1000  t )mV
ID
40mA
Curva del Diodo
30mA
1
Rd
Punto de Trabajo
20mA
(vD,iD)=(0.7295V,11.3mA)
10mA
V 2  vd V 2  vdon  Rd  id
id 

1K
1K
V2
id 
1K  Rd
v
Rd  d
id
0A
0V
0.1V
0.2V
0.3V
0.4V
0.5V
0.6V
0.7V
0.8V
0.9V
VD
i
1
 d
Rd vd
( 0.73,11.3 mA )
vd


K T / q 

( I S   1  e
)





vd
( 0.73,11.3 mA )

( v D ,i D )
ID
11.3mA

 0.43
K  T / q ( 0.73,11.3mA) 26mV
16
1.0V
4.2 Modelo
Diodo: (Otros tipos de diodos)
Diodo Varicap: Diodos con alta capacidad parásita variable dependiente de la
tensión inversa aplicada
Diodo LED: Diodos capaces de emitir luz cuando están polarizados en directa
Fotodiodos: Diodos preparados para conducir en inversa una corriente
eléctrica proporcional a la luz con la que son iluminados
Hidalgo López, José A.; Fernández Ramos Raquel; Romero Sánchez,
Jorge (2014). Electrónica. OCW-Universidad de Málaga.
http://ocw.uma.es. Bajo licencia Creative Commons AttributionNonCommercial-Share-Alike 3.0 Spain
17