El diodo y su clasificación Trabajo para el aprendizaje en el área de física

1. EL DIODO
PED 2002-03 3.1

2. DIODOS
• Símbolo. Polarización
• Tipos de diodos
• Curva característica
• Aproximaciones lineales del diodo rectificador
• Aproximaciones lineales del diodo Zener
• Resolución de circuitos con diodos
• Aplicaciones
PED 2002-03 3.2

3. Características. Símbolo
• Diodo semiconductor: union PN. Referencia: diodos de silicio (Si)
• Elemento biterminal. Terminales diferentes.
Ánodo
+ – Cátodo
Polarización directa Polarización inversa
+ – + –
I I
+ – – +
E E
PED 2002-03 3.3

4. Tipos de diodos
Diodo rectificador
• En P.D. conduce corriente. En P.I. no conduce.
Diodo LED
• En P.D. conduce corriente y emite luz.
• En P.I. no conduce corriente y no emite luz.
Fotodiodo
• Opuesto al anterior. En P.I. absorbe luz detectada
y conduce corriente
Diodo Zener
• En P.D. como el diodo rectificador
• En P.I., si se supera cierta tensión (tensión Zener)
conduce también.
PED 2002-03 3.4

5. Curva característica corriente/tensión
Diodo rectificador
• Relación exponencial
ID
ID ID
I.P. D.P.
+ VD –
VD
0,7 V
• P
.
  qVD 

 


I I D = IS ⋅  e  KT  −1
.  
 
c
o
r
PED 2002-03 r 3.5

6. Curva característica corriente/tensión
Diodo Zener
• Peculiaridad en P.I: superada Vz, “ruptura Zener”
ID
conduce corriente sentido inverso
I.P. D.P.
ID ID
−V Z
VD
+ VD – 0,7 V
PED 2002-03 3.6

7. Aproximaciones lineales del diodo rectificador
Primera aproximación: diodo ideal
• P.D. conduce como un cortocircuito
• P.I. no conduce
• Aproximación más alejada
ID
I.P. D.P.
VD
PED 2002-03 3.7

8. ID ID
A B
+ VD –
ID Ecuación Condición
D. P. : A B VD = 0 ID ≥ 0
+ VD = 0 –
ID = 0
I. P. : A B ID = 0 VD ≤0
+ VD –
PED 2002-03 3.8

9. Aproximaciones lineales del diodo rectificador
Segunda aproximación (más frecuente)
• P.D. conduce a partir de 0,7V
• P.I. no conduce
• Tiene en cuenta la tensión umbral
ID
I.P. D.P.
VD
0,7 V
PED 2002-03 3.9

10. ID ID
A B
+ VD –
Ecuación Condición
ID 0,7 V ID
D. P. : A +– B VD = 0,7 V ID ≥ 0
+ VD = 0,7 V –
ID = 0
ID = 0 VD ≤0, 7 V
I. P. : A B
+ VD –
PED 2002-03 3.10

11. Aproximaciones lineales del diodo rectificador
Tercera
• P.D. conduce a partir de 0,7V, pero la tensión aumenta si la corriente
aumenta
• P.I. no conduce
ID
I.P. D.P.
VD
0,7 V
PED 2002-03 3.11

12. ID ID
A B
+ VD –
Ecuación Condición
ID 0,7 V
r
D. P. : A +– B VD = 0,7 + rID ID ≥ 0
+ – ( r = 0,5 Ω - 1 Ω)
V D = 0, 7 + rID r resistencia interna
ID = 0
I. P. : A B ID = 0 VD ≤ 0, 7 V
+ VD –
PED 2002-03 3.12

13. Aproximaciones lineales del diodo Zener
• Sólo una aproximación (se pueden hacer más)
• Similar a la 2ª aprox. del diodo rectificador
• En P.D. se comporta igual, también a partir de 7V
• En P.I. al llegar a la tensión Zener, conduce corriente en sentido
contrario
ID
I.P. D.P.
−V Z región normal
VD
0,7 V
región Zener
PED 2002-03 3.13

14. ID ID IZ IZ
A B
+ VD – – VZ +
ID 0,7 V Ecuación Condición
D. P. : A + – B
VD = 0,7 V ID ≥ 0 ≡ IZ ≤ 0
+ VD = 0,7 V –
I. P. :
ID = 0
ID = 0 −VZ ≤VD ≤0,7 V
región normal: A B
VZ parámetro conocido
+ VD –
IZ VZ IZ
región Zener: A –+ B VD = −VZ IZ ≥ 0 ≡ ID ≤ 0
+ VD = −VZ –
PED 2002-03 3.14

15. Resolución gráfica de circuitos con diodos
• Punto de operación del diodo
• Recta de carga
ID RTh
A
+
I.P. D.P. ETh + ID VD
–
–
VD
0,7 V B
ETh = RTh I D + VD
ETh 1
ID = − ⋅ VD
RTh RTh
PED 2002-03 3.15

16. Resolución gráfica de circuitos con diodos
• Intersección: punto de operación del diodo
ID
ETh
RTh
Punto de operación (VQ ,IQ )
IQ Q
VD
VQ ETh
PED 2002-03 3.16

17. Una aplicación del diodo: el rectificador
• Generador de tensión continua o fuente de alimentación
Transformador Fuente de alimentación
Rectificador
Regulador
6V
Filtro
220 V 5V
50 Hz
50 Hz
PED 2002-03 3.17

18. 1. Transformador
Transformador
+ +
señal de señal de c.a.
c.a.
vE vS más pequeña
– –
PED 2002-03 3.18

19. 2.a Rectificador de media onda
Rectificador
c.a. + +
(positiva y vE vS c. pseudocontinua
negativa) vS ≥ 0
– –
Entrada D Salida
+ +
vE RL
Rectificador vS = vR
– –
PED 2002-03 3.19

20. 1.- VE> 0 → i > 0 0 ≤ t ≤ T/2
D
+ i +
vE ≥ 0 RL
vS =vE ≥ 0
– –
2.- VE < 0 → i < 0 T/2≤ t ≤ T
D
+ – +
vE ≤ 0 >0 i = 0 RL vS =0
– + –
PED 2002-03 3.20

21. vE T
t
T
2
vS
t
PED 2002-03 3.21

22. 2.b Rectificador de onda completa: primera opción
DA
+
vEA = vE vEA
– RL
– – v +
vEB = −vE vEB S
+
DB
PED 2002-03 3.22

23. + +
v EA DA RL vS
– –
–
v EB DB
+
PED 2002-03 3.23

24. 1.- VEA> 0 y VEB < 0
DA
+
vEA + RL
vS
– –
2.- VEA< 0 y VEB > 0 +
RL
vS
–
–
vEB
+
DB
PED 2002-03 3.24

25. vE T vEA
vEB
t
vS
t
PED 2002-03 3.25

26. 3. Filtro
Entrada D Filtro Salida
+ Rectificador +
vE vS = vR
C
– –
PED 2002-03 3.26

27. • Filtro con rectificador de media onda
vS
t
T 5T
4 vE 4
vE = vC vE = vC
•Filtro con rectificador de onda completa
vS
t
T
3T
4
4 vEA vEB
vEB = vC vEA = vC
PED 2002-03 3.27

28. 4. Regulador
Regulador
Entrada D Salida
+ +
vE RL
vS = vR
C
– –
• Regulador con rectificador de media onda
vS
Vmin V
Z t
PED 2002-03 3.28

29. • Regulador con rectificador de onda completa
vS
Vmin
VZ
t
PED 2002-03 3.29