Diodos_Caracteristicas

Diapositiva 1

FUNDAMENTOS DE DISPOSITIVOS ELECTRONICOS SEMICONDUCTORES

LA UNIÓN P-N
La unión p-n en circuito abierto
Iones de Iones de
impurezas impurezas
Hueco Zona de
aceptoras dadoras
deplexión

- + + + + + + Contacto
- - - - + + + + +
+ óhmico

- - - - + + + + + + +
-
- + + + + + +
- - +
A - - - Unión + + + + + K
- - + + + + + +
- - - +
- - - + + + + +
Electrón

p n

Diapositiva 2


LA UNIÓN P-N
La unión p-n en polarización inversa
n Movimiento de portadores
n Corriente
- + + + + +
- - - - - + + + +
+ +
_ - - - - + + + + + + +
+
- - + + + +
- +
A - - - + + + + + K
- +
- + + + + +
- - - +
- - - + + + + +

Minoritarios

Mayoritarios

Diapositiva 3


LA UNIÓN P-N
La unión p-n en polarización directa
n Movimiento de portadores
n Corriente

- + + + + +
- - - - ++ + + + +
- - -
- - + + + + + +
+ + + + +
_K
A+ - - -
- - + + + + + +
+ + + + + +
- - - -
- + + + + +

Minoritarios

Mayoritarios

Diapositiva 4


LA UNIÓN P-N
Potencial de contacto y ancho de la región de
transición de una unión p-n.
p n
_+
_ +
A _+ K
E
d 2V ρ
+ =−
Densidad de carga
_ X dx 2
ε

dV ρ
Campo eléctrico
_ E=− = ∫ dx
X
dx ε
Barrera de
-
potencial

V = −∫ Edx
Vo
Potencial
X

Diapositiva 5


LA UNIÓN P-N
Barrera de potencial y ancho de la región de
transición de una unión p-n, con polarización
inversa _V +
p n
_+ I0
_ _ +
A _ ++ K
E

+
Densidad de carga
_ X

Campo eléctrico
_ X

-

V
VB

Potencial
Vo VB = Vo + V
X

Diapositiva 6


LA UNIÓN P-N
Barrera de potencial y ancho de la región de
transición de una unión p-n, con polarización
directa p +V _ n
_+ I
A _+ K
E

+
Densidad de carga
_ X

Campo eléctrico
X

-

Potencial
V Vo
X VB = Vo − V
VB

Diapositiva 7


LA UNIÓN P-N
Componentes de corriente en polarización
directa
p +V _ n
_+ I
A _+ K

nn
pp
npo pno
Concentración de
portadores 0 X

I

Corriente
0 X

Diapositiva 8


LA UNIÓN P-N
Ecuación de la unión: Hipótesis restrictivas
n Ancho de la zona de transición despreciable
n En la zona de transición no hay generación de pares
electrón-hueco
n Se desprecian las corrientes de fuga en la superficie
del semiconductor ni corrientes transversales

Diapositiva 9


LA UNIÓN P-N
Ecuación de la unión: Deducción
HUECOS ELECTRONES
dp ( x)
I pn ( x) = − SqD p n
dx

Pn(0) pn(x) pn (x ) = Pn ( x) + pno
−x
Pn (x)
Pn (x ) = Pn (0) × e Lp
pn(0)
Vo −V
pno p po = pn (0) × e VT
Ley de la Unión
V V
0 dX X SqD p pno SqDn n po V
I pn ( 0) = (e VT
− 1) I np (0 ) = (e − 1)
T

Lp Ln

D p D n  V
I = qS  p no + n po  (e VT − 1)
 Lp
 Ln  

Diapositiva 10


LA UNIÓN P-N
Corriente inversa de saturación
n Discrepancias del valor teórico y práctico
n Dependencia

D p Dn 
I o = qS  p no + n po  = f (T )
 Lp
 Ln  

Diapositiva 11


DIODO SEMICONDUCTOR
Ecuación de la característica tensión-intensidad
V

I = I o (e ηVT
− 1) I I ≅ I oe
V
ηVT

Representación gráfica - +
V
+ -
V

n Tensión umbral (Vγγ)
n OFF<> Corte A K A K
n ON <> Conducción
I ≅ −I o
0 Vγ V
OFF ON

Polarización Polarización
inversa directa

Diapositiva 12


DIODO SEMICONDUCTOR
Germanio vs Silicio

I

Ge Si

0
0,2 0,6
V

Diapositiva 13


DIODO SEMICONDUCTOR
Ejercicio 1. Cálculo y representación de la característica de un diodo.

DATOS INCOGNITAS
Semiconductor Silicio Tensión (V) Intensidad(mA)
η 2,00 0,65 0,2868
Intensidad inv.de satur.(nA) 1,00 0,68 0,5123
Temperatura (ºK) 300 0,71 0,9150
0,74 1,6342
0,77 2,9188
0,80 5,2130
0,83 9,3106
0,86 16,6291
0,89 29,7003
0,92 53,0458

Diapositiva 14


DIODO SEMICONDUCTOR
Ejercicio 2. Cálculo de la intensidad y tensión entre bornas de un diodo.

Método general de cálculo: Resolución del sistema formado por
la recta de carga del circuito y la ecuación del diodo.

R A
Vo

+ I = I o (e − 1)
ηVT

V
+ ID Vo Método iterativo
- - V = I D R + Vo
K

DATOS INCOGNITAS
Semiconductor Germanio Tensión entre bornas (V) Intensidad(mA)
Tensión de la Fuente (V) 6,00 0,0000 3,0000
Resistencia (Kilo-ohmios) 2,00 0,3262 2,8369
η
1,00 0,3247 2,8376
Intensidad inv.de satur.(nA) 10,00 0,3247 2,8376
Temperatura (ºK) 300 0,3247 2,8376

Diapositiva 15


DIODO SEMICONDUCTOR
Respuesta de un diodo a la temperatura
Reglas prácticas

t1 −to I
I o (t1 ) ≅ I o (to ) × 2
10
T1 > To
∆Io
≅ 0 , 07 º C −1
Io∆T
∆V
≅ −2,5mV /º C 0 V
∆T

Diapositiva 16


DIODO SEMICONDUCTOR
Ejercicio 3. Según la ecuación anterior la corriente inversa de saturación
del germanio debería aumentar un 11%/ºC, pero experimentalmente
obtenemos en el laboratorio que la variación práctica con la temperatura es
alrededor del 7%/ºC, cuando aplicamos una tensión inversa de 6V siendo la
corriente de 1µA. Esta situación se interpreta como si el diodo teórico
estuviera en paralelo con una resistencia que representa las corrientes de
fugas del dispositivo. Calcular esta resistencia.

Diapositiva 17


DIODO SEMICONDUCTOR
Ejercicio 4. La resistencia térmica del contacto mecánico del chasis de un
diodo con su medio es de 0,1 mW/ºC, es decir, disipa 0,1 mW por cada
grado de aumento de la temperatura. No se permite que la temperatura del
diodo aumente por encima de la ambiente (25ºC) más de 20ºC. Si la
corriente inversa de saturación es de 1µA a 25ºC y teniendo en cuenta que
ésta se duplica por cada 10ºC de aumento, calcular la tensión inversa
máxima que se puede aplicar al diodo.

Diapositiva 18


DIODO SEMICONDUCTOR
Resistencia estática

I

I3

VR I2 VF
RR = →∞ RF =
IR I1 IF
V1 V2 V3 V

Diapositiva 19


DIODO SEMICONDUCTOR
Resistencia dinámica o incremental

I dV 1
r= =
dI tag α

dV 1
r= = →∞
dI tag 0 α
V

Diapositiva 20


DIODO SEMICONDUCTOR
Ejercicio 5. Un diodo ideal de germanio tiene a temperatura ambiente una
resistencia estática de 5 Ω, siendo la intensidad en ese punto de 50 mA.
Calcular la resistencia dinámica del diodo cuando se polariza directamente
con una tensión de 0,3 V.

Diapositiva 21


DIODO SEMICONDUCTOR
Capacidad de transición

-V+ -V+ I

A K A K

dQ S
CT = =ε
dV w
V

Diapositiva 22


DIODO SEMICONDUCTOR
Ejercicio 6. Se usan con frecuencia diodos polarizados inversamente como
condensadores variables gobernados por tensión. La capacidad de transición
de un diodo de unión abrupta es de 12 pF a 6V . Hallar la disminución de
capacidad cuando la polarización aumenta 1V.

Diapositiva 23


DIODO SEMICONDUCTOR
Capacidad de difusión

I - +
V
- +
V

K A K A

dq  L p L2  1
2

CD = = + n ×
dV  D p Dn  r
 
V

Diapositiva 24


DIODO SEMICONDUCTOR
Ejercicio 7. En un diodo de silicio en que el lado p está mucho más dopado
que el lado n, la longitud de difusión es de 3x10-6 m., la movilidad de los
huecos 500 cm 2/V-s y la capacidad de difusión 2 nF. Calcular la intensidad
de corriente que pasa por él a temperatura ambiente. Se desprecia la
corriente inversa de saturación.

Diapositiva 25


DIODO DE RUPTURA O DE AVALANCHA
Efecto de ruptura o de avalancha: temperatura
Efecto Zener: campo eléctrico
I

Vz
V
Zona de ruptura
o de avalancha

Diapositiva 26


Efecto de ruptura o de avalancha: temperatura
_V +
p n
_+ I
_ _ ++
A _ + K
E

Densidad de carga _ + X

Campo eléctrico
_ X
Huecos con mayor
energía térmica
generan electrones
-
Electrones con mayor
energía térmica generan V
huecos VB
Vo V >> Vo
Potencial
X

Diapositiva 27


Efecto Zener: campo eléctrico
_
p V+ n
__ I
_ _ ++
_ + +
A _ _ ++
_ ++ K

+
Densidad de carga _ X

Campo

Campo eléctrico intenso
_ X

-
Electrones con mayor
energía potencial generan V
huecos
Vo
VB
V >>> Vo
Potencial
X

Diapositiva 28


DIODO ZENER COMO REGULADOR DE TENSIÓN

Carga variable
VZ = Cte. = I L RL
I V = Cte. ⇒ I = Cte.

V − VZ Si RL ↑⇒ I L ↓⇒ I Z ↑
R=
Vz I Si RL ↓⇒ I L ↑⇒ I Z ↓

Izmín. V R R

+ I + IL + I + IL
V IZ VZ RL V IZ VZ
-

-

-
Izmáx.
-

Diapositiva 29


Ejercicio 8. En un circuito regulador de tensión de acuerdo con los datos
calcular las incógnitas.

DATOS INCOGNITAS
Tensión de fuente (V) 24,00 Intensidad máx.en el Zener (mA) 80,00
Intensidad máx.de carga (mA) 100,00 Potencia máx. disipada Zener (W) 0,96
Intensidad mín.de carga (mA) 30,00 Resistencia de regulación (óhmios) 109,09
Tensión de regulación (V) 12,00 Resistencia de carga máx. (óhmios) 400,00
Intensidad mín. del Zener(mA) 10,00 Resistencia de carga mín. (óhmios) 120,00

Diapositiva 30



Fuente variable
VZ = Cte. ⇒ I L = Cte.
I V ≠ Cte. ⇒ I ≠ Cte.

V − VZ Si V ↑⇒ I ↑⇒ I Z ↑
R=
Vz I Si V ↓⇒ I ↓⇒ I ↓
Z
Izmín. V R R

+ I +IL + I + IL
V IZ VZ RL V IZ VZ
-

-
Izmáx.

-
-

Diapositiva 31



DATOS INCOGNITAS
Tensión de fuente mínima (V) 24,00 Resistencia de carga (óhmios) 400,00
Tensión de fuente máxima (V) 100,00 Intensidad máx.en el Zener (mA) 212,00
Intensidad en la carga (mA) 30,00 Potencia máx. disipada Zener (W) 2,54
Tensión de regulación (V) 12,00 Resistencia de regulación (óhmios) 363,64
Intensidad mín. del Zener(mA) 3,00

Diapositiva 32


Carga y fuente variables
VZ = Cte. = I L RL
V ≠ Cte. ⇒ I ≠ Cte.
I
Vmáx . − V Z Vmín . − V Z
R= =
I Lmín . + I Zmáx . I Lmáx . + I Zmín .
Vz
Izmín. V R R

+ I + IL + I +
IL
V IZ VZ RL V IZ VZ RL
-

Izmáx. -

-
-

Diapositiva 33



DATOS INCOGNITAS
Tensión de fuente mínima (V) 24,00 Resistencia de regulación (óhmios) 109,09
Intensidad mín.de carga (mA) 30,00 Resistencia de carga máx. (óhmios) 400,00
Tensión de regulación (V) 12,00 Resistencia de carga mín. (óhmios) 120,00
Intensidad mín. del Zener(mA) 10,00

Diapositiva 34


Característica con pendiente: caso general
VZ ≠ Cte.
V ≠ Cte. ⇒ I ≠ Cte.
I
Vmáx. − VZmáx. Vmín. − VZmín.
R= =
I Lmín. + I Zmáx. I Lmáx. + I Zmín.
∆ Vz

Izmín. V R R
+
+ I + IL + I V Z IL

-
V IZ VZ RL V IZ r RL
-

Izmáx. -
-

Diapositiva 35


calcular las incógnitas (análisis).

DATOS INCOGNITAS
Tensión de fuente máxima (V) 25,00 Tensión de regulación máx. (V) 10,77
Tensión nominal Zener (V) 10,00 Tensión de regulación mín. (V) 10,09
Resistencia del Zener (óhmios) 17,00 Potencia máx. disipada Zener (W) 0,48
Intensidad máx.del Zener(mA) 45,00 Intensidad mín. de carga (mA) 11,94
Intensidad mín. del Zener(mA) 5,00 Resistencia de carga mín. (óhmios) 201,70
Intensidad máx.de carga(mA) 50,00 Resistencia de carga máx. (óhmios) 901,59

Diapositiva 36


calcular las incógnitas (síntesis).

DATOS INCOGNITAS
Intensidad mín.de carga (mA) 12,00 Resistencia del Zener (óhmios) 7,44
Tensión de regulación máx.(V) 10,57 Resistencia de carga máx. (óhmios) 880,83
Tensión de regulación mín.(V) 10,10 Resistencia de carga mín. (óhmios) 202,00
Intensidad mín. del Zener(mA) 5,00 Tensión Zener (V) 10,06

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