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ELECTRÓNICA
El diodo
Profesor: Francisco Vidal Lizarde
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Componentes electrónicos: El diodo
• Introducción: representación de componentes eléctricos endiagrama V-I
• Características eléctricas de un diodo semiconductor
Característica real
Linealización de la característica de un diodo
• Interpretación de los datos de un catálogo
• Diodos especiales
• Asociación de diodos• Aplicaciones
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Introducción: Representación del componentes eléctricos en diagrama V-I
+
-
V
I I
V
Corto(R = 0)
+
-
V
I I
V
Abierto(R = ∞)
+
- V
I I
V
Batería
+
-
I I
V
Resistencia(R)
V
I
+
- V V
FuenteCorriente
I
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+
-
V
I
P
N
I
V
CARACTERÍSTICA DEL DIODO
Idealmente, permite corriente directa (se comporta como un cable) y bloquea o
no permite la corriente inversa (se comporta como un cable roto)
¡¡ PRESENTA UNCOMPORTAMIENTO
NO LINEAL !!
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h1h2
h1 - h2
Caudal
Funcionamiento de una válvula anti-retorno
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p n
ánodo cátodo
A K
Símbolo
IS = Corriente Saturación Inversa
K = Cte. Boltzman
VD = Tensión diodoq = carga del electrón
T = temperatura (ºK)
ID = Corriente diodo
Silicio
Germanio
DIODO REAL
1T K
qV
S D
D
e I I
V [Volt.]
0
1
0.25-0.25
i [mA]
0.5
Ge Si
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V [Volt.]
0
1
0.25-0.25
i [mA]
0.5
Ge Si
0 1-4
30
i [mA]
V [Volt.]
GeSi
DIODO REAL (Distintas escalas)
-0.8
-0.5 0
i [ A]
V [Volt.]
-10
-0.5 0
i [pA]
V [Volt.]
GeSi
Ge: mejor en conducciónSi: mejor en bloqueo
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DIODO: DISTINTAS APROXIMACIONES
I
V
Solo tensión
de codo
Ge = 0.3
Si = 0.6
I
V
Tensión de codo y
Resistencia directa
I
V
Ideal
I
V
Curva real
(simuladores,
análisis gráfico)
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DIODO: LIMITACIONES
I
V
Corri en te máxima
Límite térmico,sección del conductor
Tensión in versamáxima
Ruptura de la Uniónpor avalancha
600 V/6000 A200 V /60 A 1000 V /1 A
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VR = 1000V Tensión inversa máximaIOMAX (AV)
= 1A Corriente directa máximaVF = 1V Caída de Tensión directaIR = 50 nA Corriente inversa
VR = 100V Tensión inversa máximaIOMAX (AV)= 150mA Corriente directa máximaVF = 1V Caída de Tensión directaIR = 25 nA Corriente inversa
DIODO: Parámetros facilitados por fabricantes
Vd
id
iS
VR
IOmax
NOTA:Se sugiere con un buscador obtener lashojas de características de un diodo (p.e.1N4007). Normalmente aparecerán variosfabricantes para el mismo componente.
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DIODO: Parámetros facilitados por fabricantes
Tiempo de recuperación inversa
+
UE R
iS
UE
Baja frecuencia
iS
Alta frecuencia
iS
trr = tiempo de recuperación inversa
A alta frecuencia se aprecia un intervalo en el cual el diodo conducecorriente inversa.
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DIODOS ESPECIALES
Diod o Zener (Zener diod e) La ruptura no es destructiva.(Ruptura Zener).
En la zona Zener se comportacomo una fuente de tensión(Tensión Zener).
Necesitamos, un límite decorriente inversa.
Podemos añadir al modelo linealla resistencia Zener.
Aplicaciones en pequeñasfuentes de tensión y referencias.
I
V
Tensión
Zener
(VZ)
Lím ite máximo
Normalmente, límitede potencia máxima
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DIODOS ESPECIALES
Diodo LED (LED diod e) Diodo emisor de Luz = Light Emitter Diode
El semiconductor es un compuesto III-V (p.e. Ga As). Con la unión PN
polarizada directamente emiten fotones (luz) de una cierta longitud de
onda. (p.e. Luz roja)
A K A K
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DIODOS ESPECIALES
Fotodiodo s (Photodiod e)
0
i
V
iopt
Los diodos basados en compuestos III-V, presentanuna corriente de fugas proporcional a la luz incidente
(siendo sensibles a una determinada longitud de onda).
Estos fotodiodos se usan en el tercer cuadrante.Siendo su aplicaciones principales:
Sensores de luz (fotómetros)Comunicaciones
COMENTARIOLos diodos normales presentan variaciones en la corrientede fugas proporcionales a la Temperatura y pueden serusados como sensores térmicos
i
0
VT1
T2>T1
El modelo puede ser una fuente decorriente dependiente de la luz o dela temperatura según el caso
I = f(T)
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DIODOS ESPECIALES
Célu las so lares (Sol ar Cel l)
i
VVCA
iCC
Cuando incide luz en una unión PN, lacaracterística del diodo se desplaza hacia el 4ºcuadrante.
En este caso, el dispositivo puede usarse comogenerador.
Paneles de célulassolares
Zonauso
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DIODOS ESPECIALES
Diodo Scho ttky (Schottky dio de)
•Unión Metal-semiconductor N. Produciéndose el llamado efectoschottky.
•La zona N debe estar poco dopada.
•
Dispositivos muy rápidos (capacidades asociadas muy bajas).•Corriente de fugas significativamente mayor.
•Menores tensiones de ruptura.
•Caídas directas mas bajas (tensión de codo 0.2 V).
•Aplicaciones en Electrónica Digital y en Electrónica de Potencia
El efecto Schottky fue predicho teóricamente en1938 por Walter H. Schottky
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ASOCIACIÓN DE DIODOS
DISPLAY
Diodo de alta tensión
(Diod os en s erie)
Puente rect i f icador
+
-
+
-
Monofásico
Trifásico
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APLICACIONES DE DIODOS
Detectores reflexión de objeto
Detectores de barrera
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APLICACIONES DE DIODOS
Sensores de luz: Fotómetros
Sensor de lluvia en vehículos
Detectores de humo
Turbidímetros
Sensor de Color
LED
Fotodetector
LED azul
LED verde
LED rojo Fotodiodo
Objetivo
LED
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COMENTARIOS SOBRE CIRCUITOS
Los diodos (y el resto de dispositivos electrónicos) son dispositivos
no lineales.
¡Cuidado, no se puede aplicar el principio de superposición!
VE VS
VE
R
V MAX
MAX V
EJEMPLO TÍPICO:RECTIFICADOR
+
-
ID
VD
VE
t
t
VS
t
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TH
TH
R
V
TH V
Característicadel diodo
Característica delcircuito lineal(RECTA DE CARGA)
PUNTO DEFUNCIONAMIENTO
I
V
RECTA DE CARGA Y PUNTO DE FUNCIONAMIENTO
+
-
ID
VDVTH
RTH
CIRCUITOLINEAL
ID
VD