Diodos

1. GRADO DE INGENIERÍA EN ELECTRÓNICA
INDUSTRIAL
ELECTRÓNICA
ANALÓGICA
Departamento de Tecnología
Electrónica Universidad de
Málaga
F.J. Sánchez
Pacheco

2. 3.
Temas
Departamento de Tecnología Electrónica. ELECTRÓNICA
ANALÓGICA 2
1. Introducción a la Electrónica Analógica
2. Conceptos básicos sobre semiconductores. Introducción a la física de los
semiconductores
3. La unión P-N. Diodos
4. El Transistor Bipolar de unión (BJT)
5. El Transistor de Efecto de Campo de Unión (JFET)
6. El Transistor de Efecto de Campo de puerta aislada (MOSFET)
7. Aplicación de dispositivos semiconductores a etapas básicas de ganancia
8. Estudio de la polarización de dispositivos discretos y estructuras
integradas
9. Respuesta en frecuencia de etapas amplificadoras con transistores
10. Simulación.
11. Practicas de Laboratorio

3. 3.
TEMAS
Departamento de Tecnología Electrónica. ELECTRÓNICA
ANALÓGICA 3
2
UNIÓN p-n
DIODOS

4. 2. La unión p-n.
Diodos
2.1. Unión p-n I
 La unión p-n se forma mediante la unión de dos cristales dopados; uno de
tipo p (con alta concentración de huecos) y otro de tipo n (con alta
concentración de electrones).
 La superficie de unión de ambas zonas se denomina unión metalúrgica.
 Se supone que es abrupta, y que las zonas están uniformemente dopadas,
por lo que no están idealmente separadas.
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5. 2. La unión p-n.
Diodos
2.1. Unión p-n estática I
 La concentración de huecos en el lado p es >> que en el lado n, mientras
que la de electrones es >> en el lado n.
 Existe lo que se denomina como gradiente de concentraciones, lo que
produce que los huecos pasen a la zona n desde la p; análogamente los
electrones se mueven hacia la zona p.
 Se origina una carga positiva en el lado n y negativa en el lado p
denominado potencial de barrera.
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6. 2. La unión p-n.
Diodos
2.1. Unión p-n estática II
 La zona más cercana a la unión p-n va quedando despejada de portadores,
lo que no favorece que los electrones más alejados del lado N pasen a la
zona P, ni que los huecos pasen del lado p al n (zona de deplexión o
empobrecimiento).
 El efecto que causa esta zona es como el de una batería, cuya tensión se
denomina potencial de barrera, y que repele a los portadores de los dos
tipos.
 Se establece un equilibrio entre las corrientes de difusión de mayoritarios
(proceso de recombinación) y la de arrastre de minoritarios (atraídos por las
cargas establecidas en ambas zonas). (n)
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7. 2. La unión p-n.
Diodos
2.1. Unión p-n dinámica I
POLARIZACIÓN DIRECTA
 Se conecta el polo positivo de la fuente de
alimentación al extremo P de la unión, y el
negativo al extremo N.
 El polo positivo de la FA (V) atrae a los electrones
libres de la zona N y el negativo a los huecos.
 El polo negativo de la FA (V) repele a los
electrones libres de la zona N, y el positivo a los
huecos.
 Esta tensión externa disminuye el potencial de la
la barrera, con lo que disminuye la energía
necesaria para atravesarla, propiciando un
aumento grande en la corriente de difusión.
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8. 2. La unión p-n.
Diodos
2.1. Unión p-n dinámica II
POLARIZACIÓN INVERSA
 Se conecta el polo positivo de la batería a la zona
N y el negativo a la zona P.
 Se produce un aumento de la barrera de
potencial que dificulta que los portadores
mayoritarios puedan atravesar la unión.
 La corriente de difusión disminuye, con lo cual
queda una corriente inversa (corriente de
saturación).
 Si se aumenta la tensión inversa, se produce la
ruptura de la barrera, generándose la corriente de
saturación inversa Is.
 Si se sigue aumentando, se llega a la tensión
zener en la que se genera una avalancha de la
corriente.
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9. 2. La unión p-n.
Diodos
2.2. El diodo de unión I
 Se trata del dispositivo semiconductor más simple.
 Consta de dos terminales: ánodo (+) y cátodo (-).
 Está constituido por un monocristal semiconductor en el que existen dos
regiones, una tipo de tipo p denominada ánodo (+), y otra tipo n
denominada cátodo (-).
Is
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10. 2. La unión p-n.
Diodos
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ANALÓGICA 10
2.2. El diodo de unión I

11. 2. La unión p-n.
Diodos
2.2. El diodo de unión II
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ANALÓGICA 11

12. 2. La unión p-n.
Diodos
2.2. El diodo de unión. Curva característica V-I
 Responde a la siguiente
ecuación: donde:
Is es la corriente de polarización inversa
n es el coeficiente de idealidad (1 ó 2)
VT es la tensión térmica KT/q (≈ 25mV)
 La curva característica V-I presenta distintos modos de funcionamiento,
según la polarización del mismo.
Is
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13. 2. La unión p-n.
Diodos
2.3. Zonas de funcionamiento I
Directa
− Al polarizar el diodo en directa, se produce una
reducción del potencial de barrera, aumentando
Is según la ecuación:
─ Cuando se aplica un voltaje en directa menor a
la tensión umbral (de valor aproximado a 0.5 V.
en diodos de Silicio), la corriente que circula por
el diodo es despreciable.
─ Si se aumenta esta tensión, la corriente crece
de forma exponencial. Por ello, se puede
considerar, idealmente, que el diodo tiene una
tensión entre sus bornas constante.
Tensión
umbral
(0,5V -0,7V)
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14. 2. La unión p-n.
Diodos
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ANALÓGICA 14
2.3. Zonas de funcionamiento II
Inversa
─ Si se una tensión
excita la unión
corriente
constante
P-N con
en el diodo será
e igual a Is (muy
inversa, la
prácticamente
pequeña).
─ Cuando la corriente inversa aumenta
excesivamente, se entra en la zona de ruptura.
─ La polarización inversa hace aumentar el
potencial de barrera, decreciendo la corriente de
difusión, ID.
─ Al ser ID muy pequeña, se puede considerar
que es atravesado por una corriente I ≈ Is,
independientemente del voltaje inverso
aplicado.

15. 2. La unión p-n.
Diodos
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ANALÓGICA 15
2.3. Zonas de funcionamiento III
Ruptura (zona Zener)
─ Un aumento en la tensión inversa hace que
aumente la barrera de potencial, la cual ejerce
una acción atractiva sobre los portadores
minoritarios.
─ Si esta tensión inversa es excesiva, los
portadores minoritarios son fuertemente
atraídos, disociando los enlaces covalentes que
encuentran a su paso, y produciendo, con ello,
más portadores minoritarios.
─ Se alcanza la zona Zener (tensión de zener (Vz)
constante
─ Este efecto de avalancha puede llegar a
inutilizar el diodo si no se limita la corriente.

16. 2. La unión p-n.
Diodos
2.4. Polarización de diodos I
 Se establecen las condiciones para hacer trabajar
el diodo en el Punto de Trabajo elegido (Q) dentro
de la curva V-I.
 Se utilizan componentes electrónicos adicionales,
tales como FA, resistencias, que permitan
implementar la polarización
 En polarización directa, el diodo responde a la
ecuación:
 Analizando la malla, se obtiene la siguiente
ecuación:
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ANALÓGICA 16

17. 2. La unión p-n.
Diodos
2.4. Polarización de diodos II
Método Gráfico. Rectas de carga
– El método gráfico consiste en superponer
ambas ecuaciones (curva V-I y recta de carga)
– La solución al sistema es el punto de
intersección de ambas curvas, denominado
punto de trabajo (Q).
– La corriente ID a través del diodo dependerá
de VDD, de VD y de R.
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ANALÓGICA 17

18. 2. La unión p-n.
Diodos
18
2.5. Modelado del diodo
a. Versión más simple del modelo de diodo. Corresponde a un dispositivo que
conduce justo cuando se le polariza positivamente (se comporta como un
cortocircuito). No lo hace en polarización inversa (actúa como un circuito
abierto). Tensión umbral despreciable.
b. Se considera una pequeña tensión umbral. Cuando esta se supera, el diodo
conduce. La pendiente es abrupta. No presenta efecto resistivo (Rd=VD/ID≈0)
c. Se considera la tensión umbral. La curva se lineariza (no hay codo). Presenta
comportamiento resistivo (Rd=VD/ID).
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ANALÓGICA

19. 2. La unión p-n.
Diodos
19
2.6. Análisis en pequeña señal
odelo:
 Permite estudiar el comportamiento del diodo polarizado sometido a una
pequeña señal alterna.
 La tensión en bornas del diodo responde al siguiente m
 Presenta una componente contínua proporcionada por VD y otra alterna
debida a vd(t).
 El efecto combinado es un desplazamiento del PdeT en torno a Q.
 ID varía en función de vd(t).
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ANALÓGICA

20. 2. La unión p-n.
Diodos
2.7. Aplicaciones del diodo. Rectificador de ½ onda
(a) Diagrama del
circuito
(b) Tensión de la
fuente
en función del
tiempo
(c) Tensión de la
carga
en función del
tiempo
Diodo ideal 0,7
V
Diod
o
20
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real
Vmsen (
t)

21. 2. La unión p-n.
Diodos
2.7. Aplicaciones del diodo. Rectificador de onda completa
(a) Diagrama del circuito
(b) Tensión de
salida 21
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Diodo A
en
conducció
n
Diodo B
en
conducció
n
Vmsen (
t)
Vmsen (
t)

22. 2. La unión p-n.
Diodos
2.8. Diodo Zener I
constante independientemente de la corriente
 Está diseñado para trabajar en la zona de ruptura.
 Permite regular la tensión, ya que mantiene ésta
que
para una
circule por él.
 El fabricante especifica el voltaje zéner (VZ)
corriente determinada (IZT).
 Los cambios en la tensión del zéner debidos a los
cambios en la corriente a partir de este punto VZ
vendrán determinados por rZ, (resistencia dinámica del
zéner).
 El modelo equivalente del diodo zener está formado
por por una resistencia (rz) y una fuente de tensión
(Vz).
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23. 2. La unión p-n.
Diodos
23
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2.8. Diodo Zener. Curva V- I
 La curva característica tiene varios puntos
notables:
− Trabaja en la zona de ruptura.
− Para un correcto funcionamiento, necesita al
menos de las corrientes (Izk) y tensión (Vzk)
de mantenimiento del zener.
− En el codo, rz presenta unas variaciones
mayores.
− Interesa identificar Q justo en el centro de la
recta.
− Q corresponde con Vz y IzT.

24. 2. La unión p-n.
Diodos
2.8. Diseño de un regulador Zener I
 La función de un circuito regulador es proporcionar un voltaje de salida
invariable frente al posible rizado de la tensión de alimentación, vS, y a
las posibles variaciones de corriente en la carga, IL.
 Los parámetros que definen la calidad del regulador son:
• Regulación de línea: refleja el cambio de la tensión de salida al
variar la tensión en la entrada.
• Regulación de carga: mide el cambio de la tensión de salida al
variar la intensidad en la carga.
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25. 2. La unión p-n.
Diodos
2.8. Diseño de un regulador Zener II
 La
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