Caracteristicas de los diodos informe

1. Características de los Diodos
Un Diodo de potencia esun dispositivo de unión pn de dos terminales, por lo general está formada
por una aleación, difusión y crecimiento epitaxial. Las técnicas modernas de control en los
procesosde difusión y epitaxiales permiten obtener las característicasdeseadaspara eldispositivo
en la fig.1. Se muestra el símbolo del diodo así como su composición interna.
Fig.1. Símbolo y Composición interna del diodo
Un diodo conductor tiene una caída directa de voltaje a través de él relativamente pequeña que
depende del proceso de manufactura y de la temperatura de la unión. Bajo condiciones de
polarización inversa pasa una pequeña corriente inversa en orden de micro o miliamperes también
llamada corriente de fuga o de pérdida; esta corriente aumenta de magnitud hasta que llega al
voltaje de avalancha o voltaje de zener
Fig.2. Característica v-i de un diodo
En la fig.2. se muestra la característica de voltaje-corriente de un diodo la cual se puede expresar
por medio de una ecuación llamada ecuación de diodo de Shockley, que para el funcionamiento
en estado permanente es:
𝐼 𝐷 = 𝐼 𝑆(𝑒
𝑉𝐷
𝑛𝑉𝑇
⁄
− 1) (1)

2. En la que:
𝐼 𝐷 = Corriente a través del diodo
𝑉𝐷 = voltaje del diodo, con ánodo positivo respecto al cátodo
𝐼 𝑆 = corriente de fuga normalmente entre 10−6 y 10−15ª
𝑛 = constante empírica llamada coeficiente de emisión o factor de idealidad cuyo valor
varia de 1 a 2.
El coeficiente de emisión n depende del material y la construcción física del diodo, para los diodos
de germanio se considera n=1. Para los de silicio, el valor teórico de n es 2, pero para la mayor
parte de los diodos prácticos de silicio, el valor de n esta entre 1.1 y 1.8.
En la ecuación (1) 𝑉𝑇 es una constante llamada voltaje térmico definido por
𝑉𝑇 =
𝑘𝑇
𝑞
(2)
Donde
q = carga del electrón: 1.6022 𝑥 10−19 C
T = temperatura absoluta en kelvin
K= constante de Boltzman 1.3806 𝑥 10−23 J/K
A una temperatura de 25°C en la unión, la ecuación (2) da como resultado
𝑉𝑇 =
𝑘𝑇
𝑞
=
1.3806 𝑥 10−23 × (273 + 25)
1.6022 𝑥 10−19 = 25.7𝑚𝑉
A una temperatura especificada la corriente de fuga es constante para un diodo dado. La curva
característica de la Fig.2. se puede dividir en tres regiones
Región de polarización directa (𝑉𝐷 > 0). En esta región la corriente 𝐼 𝐷 en el diodo es muy
pequeña, si el voltaje del diodo 𝑉𝐷 es menor que un valor especifico 𝑉𝑇𝐷. El diodo conduce en
forma total si 𝑉𝐷 es mayor que 𝑉𝑇𝐷, al que se conoce como voltaje de umbral, de activación, de
cierre o de encendido.
Imaginemos un voltaje pequeño de diodo, 𝑉𝐷 = 0.1 V, n=1 y 𝑉𝑇 = 25.7mV. De acuerdo con la
ecuación (1)
𝐼 𝐷 = 𝐼 𝑆 ( 𝑒
𝑉𝐷
𝑛𝑉 𝑇
⁄
− 1) = 𝐼 𝑆 ( 𝑒
0.1
(1×0.0257)⁄
− 1) = 𝐼 𝑆(48.96 − 1) = 47.96𝐼 𝑆
Que se puede aproximar a 𝐼 𝐷 ≈ 𝐼 𝑆 𝑒
𝑉𝐷
𝑛𝑉 𝑇
⁄
= 48.96𝐼 𝑆 con un error de 2.1%. Al aumentar 𝑉𝐷 el
error disminuye con rapidez.
En consecuencia cuando 𝑉𝐷 > 0.1 𝑉, entonces 𝐼 𝐷 ≫ 𝐼 𝑆, y la ecuación (1) se puede aproximar
dentro de un error de 2.1%, a
𝐼 𝐷 = 𝐼 𝑆 ( 𝑒
𝑉 𝐷
𝑛𝑉 𝑇
⁄
− 1) ≈ 𝐼 𝑆 𝑒
𝑉𝐷
𝑛𝑉 𝑇
⁄

3. Región de polarización Inversa (𝑉𝐷 < 0). En esta región si 𝑉𝐷 es negativo y |𝑉𝐷| >> 𝑉𝑇, lo cual
sucede cuando 𝑉𝐷 < −0.1𝑉 el termino exponencial de la ecuación se vuelve muy pequeño en
comparación con la unidad y se puede despreciar entonces la corriente en el diodo 𝐼 𝐷 es
𝐼 𝐷 = 𝐼 𝑆 ( 𝑒
𝑉 𝐷
𝑛𝑉 𝑇
⁄
− 1) ≈ −𝐼 𝑆
Lo cual indica que la corriente en el diodo 𝐼 𝐷, en sentido inverso, es constante e igual a 𝐼 𝑆.
Región de Rompimiento (𝑉𝐷 < 𝑉𝐵𝑅). En esta región de rompimiento (de ruptura, de disrupción
o de avalancha) el voltaje en sentido inverso es alto, por lo general con una magnitud mayor de
1000V. La magnitud del voltaje en sentido inverso puede ser mayor que un voltaje especificado
llamado voltaje de rompimiento (𝑉𝐵𝑅). Con aumento pequeño de voltaje en sentido inverso 𝑉𝐵𝑅
la corriente en sentido inverso aumenta en forma rápida.
El funcionamiento en la región de ruptura no será destructivo siempre y cuando la disipación de
la corriente quede dentro de un “nivel de seguridad” que se especifica en las hojas de datos del
fabricante. Con frecuencia es necesario limitar la corriente inversa en la región de rompimiento,
para limitar la disipación de potencia a un valor admisible.
Características de Recuperación Inversa
La corriente en un diodo de unión con polarización directa se debe al efectoneto de los portadores
de mayoría y de minoría. Una vez que un diodo esta en modo de conducción directa, y a
continuación su corriente en sentido directo se reduce a cero,el diodo continua conduciendo, por
los portadores de minoría que quedan almacenados en la unión pn y en la masa del material
semiconductor. Los portadores de minoría requieren determinado tiempo para recombinarse con
cargas opuestas y quedar neutralizados. A este tiempo se le llama tiempo de recuperación inversa
del diodo
Existen dos tipos de recuperación que son recuperación suave y recuperación abrupta. El tiempo
de recuperación inversa (𝑡 𝑟𝑟) se mide a partir del cruce de cero inicial de la corriente en el diodo
con cero, hasta que la corriente en sentido inverso llega al 25% de su valor máximo (𝐼 𝑅𝑅), el 𝑡 𝑟𝑟
esta formado por dos componentes, 𝑡 𝑎 y 𝑡 𝑏. El 𝑡 𝑎 variable se debe al almacenamiento de cargas
en la región de agotamiento de la unión, representa eltiempo desde elcruce con cero hasta elpico
de corriente en sentido inverso. El 𝑡 𝑏 se debe al almacenamiento de carga en la masa del material
semiconductor. La razón 𝑡 𝑏/𝑡 𝑎 se llama factor de suavidad.
Fig.3. Curva característica del diodo según el tipo de recuperación
Tiempo total de recuperación 𝑡 𝑟𝑟 = 𝑡 𝑎 + 𝑡 𝑏 (3)

4. Corriente pico en sentido inverso 𝐼 𝑅𝑅 = 𝑡 𝑎
𝑑𝑖
𝑑𝑡
(4)
El tiempo de recuperación inversa 𝑡 𝑟𝑟 se puede definir como el intervalo de tiempo entre el
instante en que la corriente pasa por cero durante el cambio de conducción directa a la condición
de bloqueo inverso, y el momento en que la corriente en sentido inverso ha bajado hasta el 25%
de su valor pico 𝐼 𝑅𝑅. La variable 𝑡 𝑟𝑟 depende de la temperatura de la unión, de la velocidad de
caída de la corriente en sentido directo, así como la corriente en sentido directo antes de la
conmutación
Carga de recuperacióninversa (𝑄 𝑅𝑅):esla cantidad de portadores de carga que atraviesanaldiodo
en el sentido inverso, debido a un cambio de conducción directa a conducción de bloqueo inverso.
La carga de almacenamiento, que es el área encerrada por la trayectoria de la corriente de
recuperación es, en forma aproximada
𝑄 𝑅𝑅 ≅
1
2
𝐼 𝑅𝑅 𝑡 𝑎 +
1
2
𝐼 𝑅𝑅 𝑡 𝑏 =
1
2
𝐼 𝑅𝑅 𝑡 𝑟𝑟
Al reemplazar la ecuación (4) en la ecuación (5) y despejar 𝑡 𝑟𝑟 e 𝐼 𝑅𝑅 obtenemos
𝑡 𝑟𝑟 ≅ √
2𝑄 𝑅𝑅
𝑑𝑖/𝑑𝑡
(6)
𝐼 𝑅𝑅 ≅ √2𝑄 𝑅𝑅
𝑑𝑖
𝑑𝑡
(7)
El tiempo de recuperación inversa y la corriente pico de recuperación inversa dependen de la
carga de almacenamiento y de la di/dt inversa. La corriente pico de recuperación inversa, la carga
en sentido inverso y el factor de suavidad tienen interés para el diseñador del circuito, y esos
parámetros se incluyen con frecuencia a las hojas de especificaciones de los diodos
Si un diodo esta en condición de polarización inversa, pasa una corriente de fuga, debida a los
portadores de minoría. En ese caso, la aplicación de un voltaje en sentido directo forzaría a que
el diodo condujera la corriente en sentido directo. Sin embargo se requiere cierto tiempo llamado
tiempo de recuperación directa para que todos los portadores de mayoría en toda la unión puedan
contribuir al flujo de la corriente. El tiempo de recuperación directa limita la velocidad de
aumento de la corriente en sentido directo, y la velocidad de conmutación para evitar fallos
Conclusión
El tiempo de recuperación de un diodo ayuda a evitar fallos en el mismo
La corriente del diodo puede tener diferentes aproximaciones dependiendo a la región de
polarización en que se encuentre ya sea directa inversa o de ruptura