Upload
lucas-arroyo-agueero
View
264
Download
1
Embed Size (px)
Citation preview
EL DIODOPOLARIZACIÓN DEL DIODO
DIODO IDEALDIODO REAL
CARACTERIZACIÓN VOLTAJE-CORRIENTE
2015-1
Prof. Gustavo Patiño. M.Sc. Ph.DMJ 12- 1419-03-2015
TABLA DE CONTENIDO
Electrónica Análoga I. Facultad de Ingeniería. Universidad de Antioquia. 2015-1
DIODO SEMICONDUCTOR
El dispositivo electrónico no lineal más simple se conoce como diodo.
Un diodo está compuesto de dos materiales semiconductores diferentes colocados juntos de tal forma que la carga fluye fácilmente en una dirección, pero no en dirección contraria.
Electrónica Análoga I. Facultad de Ingeniería. Universidad de Antioquia. 2015-1
DIODO SEMICONDUCTOR (2)
En su forma más simple, no lineal significa que la aplicación de la suma de dos voltajes produce una corriente que no es la suma de las dos corrientes resultantes por separado.
El comportamiento del diodo depende de la polaridad de la tensión aplicada.
Electrónica Análoga I. Facultad de Ingeniería. Universidad de Antioquia. 2015-1
POLARIZACIÓN DEL DIODO
Depletion Region = Zona de Agotamiento
Electrónica Análoga I. Facultad de Ingeniería. Universidad de Antioquia. 2015-1
POLARIZACIÓN DEL DIODO (2)
Como el diodo es un dispositivo de dos terminales, la aplicación de un voltaje a través de sus terminales permite tres posibilidades:
1. Sin polarización (Vs = 0 voltios): en ausencia de un voltaje de polarización aplicado, el flujo neto de la carga en cualquier dirección para un diodo semiconductor es cero.
Electrónica Análoga I. Facultad de Ingeniería. Universidad de Antioquia. 2015-1
POLARIZACIÓN DEL DIODO (3)
2. Polarización inversa : a la corriente que existe bajo las condiciones de polarización inversa se le llama corriente de saturación, y se representa mediante IS.
POLARIZACIÓN DEL DIODO (4)
3. Polarización directa : un diodo semiconductor tiene polarización directa cuando se ha establecido la asociación tipo p y polaridad positiva y tipo n y polaridad negativa.
Fig. 3.1 The ideal diode: (a) diode circuit symbol; (b) i-v characteristic; (c) equivalent circuit in the reverse direction; (d) equivalent circuit in the forward direction.
EL DIODO IDEAL
APLICACIÓN DEL DIODO IDEAL COMO RECTIFICADOR
Electrónica Análoga I. Facultad de Ingeniería. Universidad de Antioquia. 2015-1
APLICACIÓN DEL DIODO IDEAL COMO RECTIFICADOR (2)
CARACTERÍSTICA DE TRANSFERENCIA DE LOS CIRCUITOS CON DIODOS
El voltaje de salida de un circuito con diodos depende de si el diodo está encendido o apagado, incluso en los casos en que el voltaje de entrada cambia con el tiempo.
Electrónica Análoga I. Facultad de Ingeniería. Universidad de Antioquia. 2015-1
CARACTERÍSTICA DE TRANSFERENCIA DE LOS CIRCUITOS CON DIODOS (2)
La característica de transferencia de un circuito es la relación entre el voltaje de salida y el voltaje de entrada.
Indica la manera en que el voltaje de salida cambia con respecto al voltaje de entrada y es independiente de la forma de onda de entrada.
Electrónica Análoga I. Facultad de Ingeniería. Universidad de Antioquia. 2015-1
0 si 0
0 si
S
SSo v
vvv
0 si
0 si 0
SS
So vv
vv
Electrónica Análoga I. Facultad de Ingeniería. Universidad de Antioquia. 2015-1
BSB
BSSo VvV
Vvvv
si
si
BSS
BSBo Vvv
VvVv
si
si
Electrónica Análoga I. Facultad de Ingeniería. Universidad de Antioquia. 2015-1
DIODOS REALES
La característica que distingue a un diodo real de uno ideal, es que el diodo real experimenta una caída de voltaje finita cuando conduce. Esta caída se encuentra por lo general dentro del intervalo de 0.5 V a 0.7 V.
Electrónica Análoga I. Facultad de Ingeniería. Universidad de Antioquia. 2015-1
En la zona directa se puede considerar como un generador de tensión continua, tensión de codo (0.5-0.7 Volts para el silicio, y 0.2-0.4 V para el germanio).
Cuando se polariza en inversa se puede considerar como un circuito abierto.
Cuando se alcanza la tensión inversa de disrupción (zona inversa) se produce un aumento drástico de la corriente que puede llegar a destruir al dispositivo.
CARACTERÍSTICAS DE LOS DIODOS REALES
En la siguiente figura se muestra la característica voltaje-corriente (v-i) de un diodo real, la cual puede aproximarse con una ecuación conocida como ecuación de Shockley:
1 TD nVvSD eIi
Electrónica Análoga I. Facultad de Ingeniería. Universidad de Antioquia. 2015-1
CARACTERÍSTICAS DE LOS DIODOS REALES (2)
1 TD nVvSD eIi
Electrónica Análoga I. Facultad de Ingeniería. Universidad de Antioquia. 2015-1
CARACTERÍSTICAS DE LOS DIODOS REALES (3)
1 TD nVvSD eIi
CARACTERÍSTICAS DE LOS DIODOS REALES (4)
VT es una constante llamada voltaje térmico, y esta dado por:
q
kTV K
T Donde
q = carga del electrón = 1.6022*10-19
coulomb. TK = temperatura absoluta en grados Kelvin = 273 + Tcelsius.
k = constante de Boltzmann = 1.3806*10-23 J por grado Kelvin.
Electrónica Análoga I. Facultad de Ingeniería. Universidad de Antioquia. 2015-1
CARACTERÍSTICAS DE LOS DIODOS REALES (5)
El Voltaje térmico VT es aproximadamente 25.85mV en 300K, una temperatura cercana a la temperatura ambiente, muy usada en los programas de simulación de circuitos.
Electrónica Análoga I. Facultad de Ingeniería. Universidad de Antioquia. 2015-1
Fig. 3.8 The diode i-v relationship with some scales expanded and others compressed in order to reveal details.
Electrónica Análoga I. Facultad de Ingeniería. Universidad de Antioquia. 2015-1
DIODO IDEAL VS DIODO REAL
REGIÓN DE POLARIZACIÓN DIRECTA (VD>0)
Electrónica Análoga I. Facultad de Ingeniería. Universidad de Antioquia. 2015-1
REGIÓN DE POLARIZACIÓN DIRECTA (VD>0)
El diodo conduce completamente cuando vD es mayor que VTD.
TDTD nVvS
nVvSD eIeIi 1
Electrónica Análoga I. Facultad de Ingeniería. Universidad de Antioquia. 2015-1
REGIÓN DE POLARIZACIÓN INVERSA (VD<0)
Si lo cual ocurre para vD < -0.1V,
SnVv
SD IeIi TD 1
TD Vv
Lo cual indica que la corriente en el diodo iD permanece constante en la dirección inversa, y su magnitud es aprox. igual a la de IS. Electrónica Análoga I. Facultad de Ingeniería. Universidad de Antioquia. 2015-1
REGIÓN DE RUPTURA
Voltaje inverso es alto, en general > 100V.Si la magnitud del voltaje inverso excede el
voltaje de ruptura VBR (VZK), la corriente inversa IBV se incrementa rápidamente, con un pequeña cambio del voltaje inverso.
El funcionamiento en la región de ruptura no destruye el diodo, siempre que la disipación de potencia (PD=vDiD) se mantenga dentro del nivel de seguridad dado por el fabricante.
Electrónica Análoga I. Facultad de Ingeniería. Universidad de Antioquia. 2015-1
EFECTOS DE LA TEMPERATURA
IS depende de la temperatura de unión Tj y se incrementa a razón de 7.2% / oC, en diodos de silicio y germanio. )(
1212)()( TTk
SSieTITI
2 072.0 72.0 eCk oi
1012
122)()( TTSS TITI
)()()( 0101 TTKTVTV TCTDTD
C25 deunión de aTemperatur o0 T
R
vVi
vRiV
DDDD
DDDD
Como el diodo se polariza directamente, la corriente iD se relaciona con el voltaje del diodo vD de acuerdo a la ecuación de Shockley: 1 TD nVv
SD eIi
ANÁLISIS DE CIRCUITOS CON DIODOS REALES
MÉTODOS DE SOLUCIÓN DE CIRCUITOS CON DIODOS
Electrónica Análoga I. Facultad de Ingeniería. Universidad de Antioquia. 2015-1
MÉTODO GRÁFICO
R
vVi DDDD
TD nVv
SD eIi
Electrónica Análoga I. Facultad de Ingeniería. Universidad de Antioquia. 2015-1
•Recta de carga.•Punto de operación Q.
•Voltaje de polarización y corriente de polarización del diodo.
MÉTODO GRÁFICO (2)
PUNTO Q
Conocido también como punto de operación de un dispositivo semiconductor.
En el diodo, dicho punto Q corresponde a la coordenada DC (VD, ID), el cual es fijo para cada diodo en un determinado circuito.
El punto Q es definido por Las fuentes DC y resistencias
que posea el circuito al cual pertenece el diodo. Línea de carga DC.
La estructura interna del diodo Indicada por la curva del diodo
dada por el fabricante.
MÉTODOS ALTERNATIVOS
Método iterativoMétodos de aproximación
Modelo lineal por partesModelo de caída constante de voltaje
Electrónica Análoga I. Facultad de Ingeniería. Universidad de Antioquia. 2015-1
MÉTODO ITERATIVO
Proceso iterativo a partir de un punto arbitrario a, siguiendo luego la recta de carga y la característica no lineal del diodo y así sucesivamente hasta encontrar Q.
Electrónica Análoga I. Facultad de Ingeniería. Universidad de Antioquia. 2015-1
MÉTODO ITERATIVO (2)
TD nVvSD eIi
S
DTD I
inVv ln
Electrónica Análoga I. Facultad de Ingeniería. Universidad de Antioquia. 2015-1
MÉTODO ITERATIVO (3)
Electrónica Análoga I. Facultad de Ingeniería. Universidad de Antioquia. 2015-1
MÉTODO DE APROXIMACIÓN
Es adecuado en muchas aplicaciones, y es útil como punto de partida en el diseño de un circuito.Modelo de cd lineal por partes.Modelo de cd con caída de voltaje constante.
Electrónica Análoga I. Facultad de Ingeniería. Universidad de Antioquia. 2015-1
Método de aproximación
Modelo lineal por partes
Electrónica Análoga I. Facultad de Ingeniería. Universidad de Antioquia. 2015-1
D
DDDD rR
VVi
0
MÉTODO DE APROXIMACIÓNMODELO LINEAL POR PARTES (2)
Este modelo determina el valor de rD en el punto Q.
Si el punto Q cambia como consecuencia de las variaciones de la resistencia de carga R o del valor de la fuente de cd VDD, el valor de rD también lo hará.
D
DDD r
Vvi 0
Método de aproximación
Modelo de caída constante de voltaje
Electrónica Análoga I. Facultad de Ingeniería. Universidad de Antioquia. 2015-1
MÉTODO DE APROXIMACIÓNMODELO DE CAÍDA CONSTANTE DE
VOLTAJE (2)
Electrónica Análoga I. Facultad de Ingeniería. Universidad de Antioquia. 2015-1
APLICACIONES DEL DIODO SEMICONDUCTOR
APORTE DEL ESTUDIANTE
Para el estudiante: En tu tiempo extra-clase, de qué manera puedes
complementar el contenido dado en esta clase ? Qué información adicional complementa y ayuda a
comprender mejor el contenido de estas diapositivas ?
Qué preguntas te surgen de esta clase? Qué respuestas le das a dichas preguntas?
Busca más bibliografía e información adicional que complemente tus respuestas y el contenido de esta clase. Consulta oportunamente al profesor del curso para
complementar tus respuestas y resolver tus dudas restantes.
Electrónica Análoga I. Facultad de Ingeniería. Universidad de Antioquia. 2015-1