Tema 4: Diodos. Contenidos 4.1 Estructura 4.2 Modelos 4.3 Limitadores 4.4 Rectificadores 1 4.1 Estructura Semiconductores Separados p n Unión de los semiconductores Zona de Carga Espacial Iones dopantes con carga + Vd 0 Iones dopantes con carga - 4.1 Estructura Diodo: Dispositivo formado por dos uniones semiconductoras de tipo p y tipo n o la unión de un semiconductor y un metal Ánodo Semiconductor tipo p Símbolo Ánodo Semiconductor tipo n Cátodo Id Cátodo Vd 3 4.1 Estructura Concentración de Impurezas NA NA Concentración de impurezas aceptoras NA ND ni2/ND ni2/ND 0 Ánodo ND Semiconductor tipo p x Semiconductor tipo n 0 Concentración de impurezas donadoras ND x Cátodo 4 4.1 Estructura Condensadores en el Diodo: Cj Cjo A Cjo V 1 o m [F ] q Si N A N D 2 N A ND 2 [F / m ] V 1m V 1m 1 2 1 1 Ceq (V2 V1 )(1 m) o o C joo Capacidad equivalente de gran señal 5 4.1 Estructura Funcionamiento en Polarización: -xn V21 / VTe xp p1 p2 e n1 n2 e V21 / VTe pno p poe n po nnoe Vd 0 Ley de Boltzman: 0 / VTe 0 / VTe V pn ( xn ) p p ( x p )e n p ( x p ) nn ( xn )e (0 V ) / VTe (0 V ) / VTe p p 0e nn 0e (0 V ) / VTe (0 V ) / VTe V / VTe pn 0 e V / VTe Ley de la Unión: n p 0e 6 4.1 Estructura Funcionamiento en Polarización: pn(x) Aplicación de V>0 (Zona Directa) p n ( xn ) p p 0 e n p ( x p ) nn 0 e (0 V ) / VTe (0 V ) / VTe pn(-xn) V / VTe pnoe Inyección de portadores pno V / VTe n poe Sólo tenemos corriente de difusión pn ( x) pn ( xn )e X J dp qD p ( x xn ) Lp -xn dp dx x xn ( x xn ) Lp pn ( xn ) pn 0 e J dp ( xn ) qD p pn 0 J dn ( x p ) qDn n p 0 Lp Ln V (e V (e VTe VTe V pn 0 (e VTe 1)e ( x xn ) Lp 1) 1) 7 4.1 Estructura Funcionamiento en Polarización: Aplicación de V>0 (Zona Directa) D p pn 0 Dn n p 0 V VTe I qA 1) (e Ln L p V I I S (e VTe 1) (Es válida también para V < 0) ⌂ IS ≡ Corriente Inversa de Saturación D p pn 0 Dn n p 0 2 I s qA qAn i Ln L p Dp Dn L N L N p D n A ¡¡¡ IS es muy pequeña !!! 8 4.1 Estructura Funcionamiento en Inversa: Aplicación de V<0 V / VTe p n ( xn ) p n 0 e V / VTe n p ( x p ) n p 0e Zona de Carga Espacial Vd Zona Vaciamiento V Tipo p Tipo n xp 0 xn x 9 4.2 Modelos Modelo (Z. Directa y Z. Inversa) I d I S (e qVd K T 1) Id IS: Corriente inversa de saturación Zona Directa Zona Inversa Vd Zona Zener 10 4.2 Modelos Análisis de Circuitos como dispositivos no-lineales I d iD id Id Vd vD vd (iD , vD ) iD Análisis del punto de trabajo: Polarización Vd Análisis de Pequeña Señal iD i D vD v D vD 11 4.2 Modelos Id Diodo Vd Modelos Directa Modelo Idealizado Inversa Vd 0 Vd 0 Id 0 Id 0 Vd Vdon Vd Vdon Vdon Modelo Idealizado con tensión umbral I d 0 Gráfica Id Vd Id Id 0 Vdon Vd Vdon Rd I d Modelo Linealizado I 0 d Vd Vdon Rd Id Vdon Cd Modelo de pequeña señal Rd Id 0 Vdon Vd Rs Vd Vdon Id 0 Rd Rd Vd I d 12 Vd Id 4.2 Modelos Diodo Zener Vd Modelos Directa Gráfica Inversa Id Vd 0 Modelo Idealizado Id 0 Vd Vd VZ VZ Modelo Idealizado con tensión umbral Vd VZ Vdon Vd Id 0 VZ Vd VZ Rd I d Modelo Linealizado Id 0 Vd Rd Cd Modelo de pequeña señal Id Rd RZ VZ Id RZ Rs Vd I d 13 4.2 Modelo Curva del diodo (D1N4148) ID 40mA 30mA 20mA 10mA 0A -1.0V -0.8V -0.6V -0.4V -0.2V -0.0V 0.2V 0.4V 0.6V 0.8V VD 14 1.0V 4.2 Modelo Circuito sencillo con Diodo ID 40mA 1K Curva del Diodo 30mA V 1 12V Modelo vD 20mA iD 10mA V 1 vD 1K 12 0 iD (vD 0) 12mA 1K 12 1 iD (vD 1) 11mA 1K iD 0A 0V 0.1V vD vdon 0.7V iD 12 0.7 11.3mA 1K 0.2V 0.3V 0.4V 0.5V 0.6V 0.7V 0.8V 0.9V 1.0V VD Punto de Trabajo (vD,iD)=(0.7295V,11.3mA) 15 4.2 Modelo Circuito sencillo con Diodo 1K id (t ) 0.1 sen(2 1000 t ) 12 Rd vd (t ) id 0.1 sen(2 1000 t )mA vd 0.5 sen(2 1000 t )mV ID 40mA Curva del Diodo 30mA 1 Rd Punto de Trabajo 20mA (vD,iD)=(0.7295V,11.3mA) 10mA V 2 vd V 2 vdon Rd id id 1K 1K V2 id 1K Rd v Rd d id 0A 0V 0.1V 0.2V 0.3V 0.4V 0.5V 0.6V 0.7V 0.8V 0.9V VD i 1 d Rd vd ( 0.73,11.3 mA ) vd K T / q ( I S 1 e ) vd ( 0.73,11.3 mA ) ( v D ,i D ) ID 11.3mA 0.43 K T / q ( 0.73,11.3mA) 26mV 16 1.0V 4.2 Modelo Diodo: (Otros tipos de diodos) Diodo Varicap: Diodos con alta capacidad parásita variable dependiente de la tensión inversa aplicada Diodo LED: Diodos capaces de emitir luz cuando están polarizados en directa Fotodiodos: Diodos preparados para conducir en inversa una corriente eléctrica proporcional a la luz con la que son iluminados Hidalgo López, José A.; Fernández Ramos Raquel; Romero Sánchez, Jorge (2014). Electrónica. OCW-Universidad de Málaga. http://ocw.uma.es. Bajo licencia Creative Commons AttributionNonCommercial-Share-Alike 3.0 Spain 17