Teoria diodos

Tema 2: Diodos y circuitos con diodos
Electrónica Analógica 1º Licenciatura en Radioelectrónica Naval
1
INDICE
1. Características del diodo: Corriente de
conducción, corriente de saturación corriente
zener y corriente de avalancha
2. Análisis de circuitos con diodos: la línea de
carga. Ejemplo.
3. Modelos del diodo: diodo ideal, diodo con
tensión de codo, diodo con resistencia.
Ejemplos.
4. Circuito rectificador de media onda con y sin
filtro.
5. Circuito rectificador de onda completa con y
sin filtro.
6. Circuitos conformadores de onda:
recortadores y limitadores.
7. Circuitos reguladores de tensión: zener.
Ejemplo.
8. Circuitos lineales equivalentes en pequeña
señal.
9. Repaso de notación de I y V.
10. Tipos de diodos: Schottky, LED, Varicap,
Fotodiodo.

2
CARACTERISTICAS DEL DIODO
•Fabricación: se obtiene dopando un cristal de Si
con MTN por un extremo y por otro con MTP.
•Posee dos terminales: ánodo (MTP) y cátodo
(MTN), su símbolo es el de la figura:
A C
• Característica I-V
iD
+ vD -

3
•Corriente de ruptura inversa: se usan para
mantener valores fijos de tensión.
Efecto avalancha (vD<-6V): debido a
portadores minoritarios generados
térmicamente, al llegar a la ZD toman energía
del E allí existente y chocan contra los átomos
rompiendo enlaces covalentes --> Aumenta el
número de portadores que siguen rompiendo
otros enlaces y por tanto aumenta la corriente.
Efecto Zener (0<vD<-6V): el E de la ZD
puede dar energía a los e-
que forman enlaces
y romperse, tiene lugar en materiales muy
dopados.

4
ANÁLISIS DE LA LÍNEA DE CARGA
•La curva del diodo no es lineal por ello
debemos apoyarnos en métodos gráficos
para resolver circuitos que lo incluyan -->
Línea de carga
DDss
vRiv +=
•Necesitamos otra ecuación que relacione las
dos incógnitas que tenemos vD e iD.




−= 1)exp(
T
D
SD
nV
vIi
que gráficamente es la característica I-V del
diodo que acabamos de estudiar
•Si representamos ambas ecuaciones
obtenemos la solución sin más que tomar
como tal el punto de intersección de ambas.

5
Q(vD,iD)
P1(0,Vss/R)
P2 (Vss,0)

6
EJEMPLO DE LÍNEA DE CARGA
Tomemos el circuito anterior con los siguientes
valores:
Vss=2V R=1K
Paso1: Localizamos los puntos extremos de la
línea de carga.
P1 (0V, 2V/1k)=(0, 2mA)
P2 (2V , 0mA)
Paso2: Trazamos la característica del diodo.
Paso3: Calculamos el punto de intersección y
ese será el punto de trabajo del diodo en ese
circuito.
P2 (2V,0)
Q (0.7V, 1.3mA)
P1 (0V,2mA)

7
MODELOS DEL DIODO
•Simplifica el análisis de circuitos con diodos
•Ante señales grandes podemos despreciar los
valores de RD y vD.
1. Modelo del diodo ideal: despreciamos vD y
RD.
PD à vD=0 à Circuito cerradoà
PI à iD=0 à Circuito abierto à
Análisis à Suposición inicial
à Comprobación
à Reinicio si no es correcta
A C
A C
iD
vD
ABIERTO
CERRADO

8
EJEMPLO DEL MODELO 1
Paso1: Supongo D1 OFF y D2 ON
Paso 2: Compruebo la suposición
iD2=3V/6K = 0.5mA OK
vAC1=10V-3V=7V NO OK!!
Paso3: Repito con una suposición nueva
Paso2: Compruebo la nueva suposición
A1 C1 C2 A2
A1 C1 C2 A2

9
iD1=10V/(4+6)K = 1mA OK
vAC2=3V-6K*1mA=-3V OK
2. Modelo de tensión de codo: despreciamos
RD pero no vD.
PDà iD >0 @ vD>0.7 (Si) à
PIà iD =0 @ vD<0.7 (Si) à
EJEMPLO DEL MODELO 2
A 0.7V C
A C
iD
vD
ABIERTO
CERRADO
0.7 V

10
Paso1: Supongo D1 OFF y D2 ON
Paso2: Compruebo la suposición
iD2= 0.7V / 2K = 0.35mA OK
vAC1=12V-(-0.7)=12.7V NO OK!!
Paso3: Nueva suposición y comprobación.
iD1= 0.7V / 5K = 0.14mA OK
vAC2=-12V-(-0.7)=-11.3V OK

11
3. Modelo de tensión de codo y resistencia:
no despreciamos RD ni vD.
PDà iD >0 @ vD>0.7 (Si) à
PIà iD =0 @ vD<0.7 (Si) à
A C
A 0.7V Rf C
iD
vD
ABIERTO
CERRADO
0.7 V

12
CIRCUITOS RECTIFICADORES
•Convierten AC en CC à F.Alimentación,
Demoduladores, etc.
•Tipos: RMO, ROC, ROC en puente.
CIRCUITO RECTIFICADOR DE MEDIA
ONDA
•vi(t) > 0 à PD à vo(t) = vi(t)
•vi(t) < 0 à PI à vo(t) = 0

13
•Diodo real: considerar la caida de Vt.
•Valores importantes:
Valor medio: valor de continua
equivalente, sin el resto de armónicos.
π
ω M
T T
T
oMdc
V
dttdtsenV
T
V =




∫ ∫+=
2/
0 2/
0
1
Tensión Inversa de Pico:
TIP = -VM
• Filtro à Valor de continua.
vi(t) >0 à D PD y C se carga a Vc=VM
vi(t) <Vc à D PI y C se descarga en la carga
vi(t) >Vc à D PD y C se carga a Vc=VM

14
La carga-descarga de C da un RIZADO :
Q≅ILT
Q=CV
C= ILT/Vr
La tension media de la carga será según la
figura
VL=VM-Vr/2
Al incluir el filtro debemos repasar el valor TIP
ahora será TIP = -2VM

15
CIRCUITO RECTIFICADOR DE ONDA
COMPLETA
•Con dos diodos
Transformador à permite reducir la V de entrada
vi(t)>0 à A Conduce y B está cortado à
vL(t)= vi(t)=VM sen(ωt)
vi(t)<0 à A está cortado y B conduce à

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Valor medio
π
ω M
T
oMdc
V
tdtV
T
V
2
sen
1
0
=



∫=
TIP =-2VM
•C.R.O.C con cuatro diodos
vi(t)>0 à A y B Conducen à
vi(t)>0 à C y D Conducen à

17
La representación sería igual que para dos
diodos.
Valor medio
π
ω M
T
oMdc
V
tdtV
T
V
2
sen
1
0
=



∫=
TIP =-VM
•CROC con filtro

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Carga y descarga del C
Tdescarga = Tseñal entrada / 2
Q=IL* T/2
Q=CVr
C=(ILT)/(2Vr)
COMPARATIVA RECTIFICADORES
RMO RMO 2 RMO 4
1 diodo 2 diodos 4 diodos
Vdc=VM/π Vdc=2VM/π Vdc=2VM/π
Vdc-real=(VM-0.7)/π Vdc-real=2(VM-0.7)/π
Vdc-real=
(VM-2x0.7)/π
TIP = VM TIP = 2VM TIP = VM
TIP( C ) =2 VM TIP( C ) =2 VM TIP( C ) =2 VM
vi(t)=vMsenωt vi(t)=2vMsenωt vi(t)=vMsenωt
Transformador Trans. Tierra Transformador

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CIRCUITOS CONFORMADORES DE ONDA
•Convierten una forma de onda en otra
•Aplicaciones: generador de función,
transmisores, radar, etc.
•Recortadores: recorta una parte de la señal
de entrada.
•vin(t) > 6V ó vin(t)<-9 à A ON
B OFF à vo(t)=6V
•-9< vin(t) <6V à A OFF
B OFF à vo(t)= vin(t)
La R actúa de limitadora à Grande evita ID alta
à Pequeña evita
caída de tensión debido a IS

20

21
Es más adecuado sustituir las Vdc por Zener
vin(t) >6V à A = ON
B = AVALANCHA à VO(t)= 6V
vin(t) <-9V à C = AVALANCHA
D = ON à VO(t)= -9V
En el segundo circuito ninguno conduce si
ninguno está en avalancha.
vin(t) >6V à E = ON
F = AVALANCHA à VO(t)= 6V
vin(t) <-9V à E = AVALANCHA
F = ON à VO(t)= -9V

22
•Limitadores: limitan los picos positivos o
negativos de la señal à Introducen DC
C grande à Descarga lenta
à Z pequeña en AC
•vi(t0) = 0 à carga de C a 5V
•vi(t1) ≤5 à el C sigue cargándose
VAC = -5 –(-5-5) = 5 PD
VC = 5 + 5 - 0.7 = 9.3V
•vi(t2) < 5 à VAC = -9.3 –(-5-4) =-0.3 PI
VC = 9.3V
vo (t) = -9.3V + vin (t)

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CIRCUITOS REGULADORES DE TENSIÓN
•Eliminan rizado
•Regulación de entrada = (∆VL / ∆VSS) * 100
Ideal 0
•Regulación a Plena Carga = 100argarg
x
V
VV
plenacaga
aplenacasinc
−
•Regulación con diodo zener:
Zener
àMantiene una V fija en la carga
àImax viene dada por la P capaz de disipar
àImin valor necesario para que actúe
àAbsorbe más o menos I para contrarrestar Vss
Diseño
àR limita la Imax
àVz marca el valor de VL
àVssmin >VL

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Ejemplo
Si R=1K y Vss varía entre 15 y 20 hallar el % de
regulación de entrada.
15 + 1K*iD + vD =0
PTO 1 (0, -15mA) PTO 2 (-15V, 0)
20 + 1K*iD + vD =0
PTO 1 (0, -20mA) PTO 2 (-20V, 0)
Usando el método de la recta de carga determino
vo
vo(15V) = -10V y vo(20V) =-10.5
Reg.Entrada = (∆VL / ∆VSS) * 100 =
(0.5/5)*100=10%
Si incluimos la carga RL en el circuito podríamos
aplicar Thevenin en los extremos del zener para
obtener un circuito más simple y una recta de
carga.

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Ejemplo 3.10. (Malik)
Hallar los valores máximos y mínimos de RL
cuando Rs=48.7 y VBB=15V. El zener de 5V tiene
una Izmin=10mA y su disipación de potencia es de
1W.
•Pmax=1W=VzIzmax Izmax=1W/5V =200mA
•Is=(15-5V)/48.7 = 205mA (L.Ohm)
•IL = VL/RL=
•Is=Iz+IL=cte (LCK)
•Si la demanda de IL es grande Iz disminuirá
para mantener Is cte.
Is=Izmin+ILmax à 205mA-10mA= ILmaxà
ILmax=195mA
•Si la demanda de IL baja Iz aumentará para
mantener Is cte.
Is=Izmax+ILmin à 205mA-200mA= ILmaxà
ILmin=5mA
•Ahora podemos determinar el rango en que
puede variar R para un correcto funcionamiento
del regulador.
Rmin=Vz/Imax=5/195=25.6 ohmios
Rmax=Vz/Imin=5/5=1 kohm
48.7 Is IL
5V
RL

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CIRCUITOS LINEALES EQUIVALENTE EN
PEQUEÑA SEÑAL
Dos partes en los circuitos electrónicos:
•Tensión continua de alimentaciónà Polariza
•Pequeña señal de alternaàPropósito
Diodo polarizado en Q. Inyecto señal alterna.
La “recta”es la pendiente de la curva:
Qd
D
dv
di






su ecuación es D
QD
D
D
v
dv
di
i ∆





≅∆ , el inverso de esa
pendiente en la resistencia dinámica del diodo
y es el modelo lineal equivalente del diodo ante
pequeña señal.

27
*Valor de la rd
Ecuación de Shockley: 





−= 1)exp(
T
d
SD
nV
v
Ii à derivo
para obtener la pendiente en Q.
nà coeficiente de emision, entre 1 y 2.
VT=KT/q à tensión térmica
K=1.38x10-23
J/K
q=1.6x10-19
C
VT @ 27ºC VT = 26mV
)exp(
1
T
DQ
T
S
QD
D
nV
V
nV
I
dv
di
=
En P.D VDQ>>VT à 





=
T
DQ
SDQ
nV
V
II exp sustituyendo
T
DQ
QD
D
nV
I
dv
di
=
DQ
T
d
I
nV
r =
Notación:
•vD e iD à valores instantáneos en D
•VQ e IDQ à I y V de continua en D en el punto Q
•vd e id à pequeñas señales de corriente alterna.

28

29
INDICE .........................................................1
Análisis De La Línea De Carga..........................4
Ejemplo De Línea De Carga .............................6
Modelos Del Diodo..........................................7
Ejemplo Del Modelo 1 .....................................8
Ejemplo Del Modelo 2 .....................................9
Circuitos Rectificadores................................. 12
Circuito Rectificador De Media Onda ............... 12
Circuito Rectificador De Onda Completa .......... 15
Comparativa Rectificadores ........................... 18
Circuitos Conformadores De Onda.................. 19
Circuitos Reguladores De Tensión................... 23
Zener ...................................................... 23
Diseño ..................................................... 23
Circuitos Lineales Equivalente En Pequeña Señal
................................................................. 26

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