Eletronica

1. ELECTRÓNICA
Tema 1: Componentes Electrónicos
El diodo
Profesor: René Nova

2. Componentes electrónicos: El diodo
• Introducción: representación de componentes eléctricos en
diagrama 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

3. Introducción: Representación del componentes eléctricos en diagrama V-I
I
V
I
I
+
V
I
+
V
-
V
-
I
V
Corto
(R = 0)
Abierto
(R = ∞)
I
V
I
V
V
Batería
+
V
Resistencia
(R)
I
+
I
+
I
V
Fuente
Corriente

4. 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)
I
+
I
¡¡ PRESENTA UN
COMPORTAMIENTO
NO LINEAL !!
P
V
-
N
V
ANÉCDOTA
Un símil hidráulico podría ser una válvula anti-retorno, permite pasar el agua
(corriente) en un único sentido.

5. Funcionamiento de una válvula anti-retorno
h1
h2
Caudal
h1 - h 2

6. Introducción a la física de estado sólido: semiconductores
Semiconductor extrínseco: TIPO N
+
+
+
+
Electrones libres
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
Impurezas grupo V
+
300ºK
Átomos de impurezas ionizados
Los portadores de carga en un semiconductor tipo N son
electrones libres

7. Introducción a la física de estado sólido: semiconductores
Semiconductor extrínseco: TIPO P
-
Huecos libres
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
300ºK
Átomos de impurezas ionizados
Los portadores de carga en un semiconductor tipo P son huecos.
Actúan como portadores de carga positiva.

8. La unión P-N
La unión P-N en equilibrio
-
-
-
-
-
-
-
-
+
+
+
-
+
+
-
-
+
+
-
Semiconductor tipo P
+
+
+
+
+
+
+
+
Semiconductor tipo N
+

9. La unión P-N
La unión P-N en equilibrio
Zona de transición
-
-
-
-
-
-
-
-
Semiconductor tipo P
+
+
+
-
+
+
-
-
+
+
-
-
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
Semiconductor tipo N
Al unir un semiconductor tipo P con uno de tipo N aparece una zona de
carga espacial denominada ‘zona de transición’. Que actúa como una
barrera para el paso de los portadores mayoritarios de cada zona.

10. La unión P-N
La unión P-N polarizada inversamente
P
-
-
-
-
-
-
-
-
+
+
+
-
+
+
+
+
+
+
N
+
+
-
-
+
+
+
+
+
+
La zona de transición se hace más grande. Con polarización inversa no hay
circulación de corriente.

11. La unión P-N
La unión P-N polarizada en directa
P
-
-
-
-
-
-
-
+
+
+
-
-
+
+
+
+
+
-
+
N
+
+
-
-
+
+
+
+
+
+
La zona de transición se hace más pequeña. La corriente comienza a
circular a partir de un cierto umbral de tensión directa.

12. La unión P-N
La unión P-N polarizada en directa
P
-
-
-
-
-
-
-
+
+
+
-
-
Concentración de huecos
+
+
+
+
+
-
+
N
+
+
-
-
+
+
+
+
+
Concentración de electrones
+
La recombinación electrón-hueco hace que la concentración de electrones
en la zona P disminuya al alejarse de la unión.

13. La unión P-N
Conclusiones:
Aplicando tensión inversa no hay conducción de corriente
Al aplicar tensión directa en la unión es posible la circulación
de corriente eléctrica
P
N
DIODO SEMICONDUCTOR

14. DIODO REAL
ánodo
p
cátodo
1
i [mA]
Ge
n
A
K
Símbolo
Si
V [Volt.]
-0.25
Silicio
Germanio
⋅
 VD⋅Tq 
I D = I S ⋅  e K − 1




0
0.25
0.5
IS = Corriente Saturación Inversa
K = Cte. Boltzman
VD = Tensión diodo
q = carga del electrón
T = temperatura (ºK)
ID = Corriente diodo

15. DIODO REAL (Distintas escalas)
Ge: mejor en conducción
Si: mejor en bloqueo
i [mA]
i [mA]
30
1
Ge
Si
Si
Ge
V [Volt.]
-0.25
0
0.25
V [Volt.]
0
-4
0.5
i [µA]
i [pA]
V [Volt.]
0
-0.5
Ge
V [Volt.]
0
-0.5
Si
-0.8
-10
1

16. DIODO: DISTINTAS APROXIMACIONES
I
I
Solo tensión
de codo
Ge = 0.3
Si = 0.6
Ideal
V
I
V
I
Tensión de codo y
Resistencia directa
V
Curva real
(simuladores,
análisis gráfico)
V

17. DIODO: LIMITACIONES
Corriente máxima
I
Tensión inversa
máxima
Límite térmico,
sección del conductor
Ruptura de la Unión
por avalancha
V
600 V/6000 A
200 V /60 A
1000 V /1 A

18. DIODO: Parámetros facilitados por fabricantes
id
IOmax
VR =
IOMAX (AV)=
VF =
IR =
VR =
IOMAX (AV)=
VF =
IR =
1000V
1A
1V
50 nA
100V
150mA
1V
25 nA
Tensión inversa máxima
Corriente directa máxima
Caída de Tensión directa
Corriente inversa
Tensión inversa máxima
Corriente directa máxima
Caída de Tensión directa
Corriente inversa
VR
iS
Vd
NOTA:
Se sugiere con un buscador obtener las
hojas de características de un diodo (p.e.
1N4007). Normalmente aparecerán varios
fabricantes para el mismo componente.

19. DIODO: Parámetros facilitados por fabricantes
Tiempo de recuperación inversa
iS
U
E
+
U
E
R
Baja frecuencia
Alta frecuencia
iS
trr = tiempo de recuperación inversa
A alta frecuencia se aprecia un intervalo en el cual el diodo conduce
corriente inversa.

20. DIODOS ESPECIALES
Diodo Zener (Zener diode)
Tensión
Zener
(VZ)
La ruptura no es destructiva.
(Ruptura Zener).
En la zona Zener se comporta
como una fuente de tensión
(Tensión Zener).
I
Necesitamos, un límite de
corriente inversa.
V
Límite máximo
Normalmente, límite
de potencia máxima
Podemos añadir al modelo lineal
la resistencia Zener.
Aplicaciones en pequeñas
fuentes de tensión y referencias.

21. DIODOS ESPECIALES
Diodo LED (LED diode)
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

22. DIODOS ESPECIALES
Fotodiodos (Photodiode)
i
V
0
iopt
Los diodos basados en compuestos III-V, presentan
una 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
COMENTARIO
Los diodos normales presentan variaciones en la corriente
de fugas proporcionales a la Temperatura y pueden ser
usados como sensores térmicos
i
El modelo puede ser una fuente de
corriente dependiente de la luz o de
la temperatura según el caso
I = f(T)
V
T1
T2>T1
0

23. DIODOS ESPECIALES
Células solares (Solar Cell)
i
Cuando incide luz en una unión PN, la
característica del diodo se desplaza hacia el 4º
cuadrante.
En este caso, el dispositivo puede usarse como
generador.
VCA
V
Zona
uso
iCC
Paneles de células
solares

24. DIODOS ESPECIALES
Diodo Schottky (Schottky diode)
•Unión Metal-semiconductor N. Produciéndose el llamado efecto
schottky.
•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 en
1938 por Walter H. Schottky

25. ASOCIACIÓN DE DIODOS
Puente rectificador
Monofásico
Diodo de alta tensión
(Diodos en serie)
+
Trifásico
+
DISPLAY
-

26. APLICACIONES DE DIODOS
Detectores reflexión de objeto
Detectores de barrera

27. APLICACIONES DE DIODOS
Sensores de luz: Fotómetros
Sensor de lluvia en vehículos
Detectores de humo
Turbidímetros
Sensor de Color
Objetivo
LED azul
LED verde
LED rojo
Fotodiodo
LED

28. COMENTARIOS SOBRE CIRCUITOS
Los diodos (y el resto de dispositivos electrónicos) son dispositivos
no lineales.
¡Cuidado, no se puede aplicar el principio de superposición!
EJEMPLO TÍPICO:
RECTIFICADOR
VE
VS
+
t
VE
-
VMAX
R
VE
t
− VMAX
VS
t
ID
VD

29. RECTA DE CARGA Y PUNTO DE FUNCIONAMIENTO
CIRCUITO
LINEAL
ID
RTH
+
VD
VTH
-
I
Característica
del diodo
VTH
RTH
ID
Característica del
circuito lineal
(RECTA DE CARGA)
PUNTO DE
FUNCIONAMIENTO
VD
VTH
V