Diodos Semiconductores Diodo Ideal
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Diodos Semiconductores José Gómez Quiñones Diodo Ideal + A Id p - K VAK n José Gómez Quiñones 1 Diodo Ideal • Cuando se combinan materiales tipo n y tipo p, existe una distribución de carga, algunos de los electrones libres en la estructura “brincan” a través de la junta pn y se recombinan con los huecos libres del material tipo p, similarmente los huecos del material tipo p, se combinan con los electrones del materil tipo n José Gómez Quiñones Diodo Ideal • Estas cargas forman un campo eléctrico • Esto sucede en una región llamada de agotamiento , el campo eléctrico resultante forma una barrera potencial v.s. la corriente eléctrica • Para producir una corriente a través de la junta se debe reducir la barrera aplicando un voltaje en la polaridad apropiada del diodo José Gómez Quiñones 2 Regiones de Agotamiento p n Región de Agotamiento A temperatura ambiente José Gómez Quiñones Regiones de Agotamiento p n Región de Agotamiento +VEl diodo se comporta como un conductor José Gómez Quiñones 3 Regiones de Agotamiento p n Región de Agotamiento -V+ El diodo se comporta como un aislante José Gómez Quiñones Curva Característica Diodo Ideal ID + vD - ID vD José Gómez Quiñones 4 Relación entre la corriente y el voltaje del Diodo • Ecuación de Shockley D qv nkT − 1 iD = I o e Donde: iD=Corriente en el diodo (amperes) vD=diferencia de potencial a través del diodo(volts) Io=Corriente Inversa de Saturación q= Carga del Electrón, 1.6x10^-19 J/V k=Constante de Boltzmann, 1.31x10^-23 T=Temperatura Absoluta (Kelvins) n= Constante e´mpírica entre 1 y 2 José Gómez Quiñones • La corriente Inversa de Saturación IO es una función del dopado, la geometría del diodo y la temperatura • La constante empírica n, puede variar de acuerdo a los niveles de voltaje y corriente, y depende del arrastre, difusión y la recombinación de portadores • Si n=1, el valor de nVT=26mV • Si n=2, el valor de nVT=52mV José Gómez Quiñones 5 Definiendo: VT = kT = 26mV q Entonces: vD nV iD = I o e T − 1 José Gómez Quiñones Operando a Temperatura Ambiente vD nV iD ≈ I o e T José Gómez Quiñones 6 Relación Voltaje-Corriente en el Diodo ID vD nV iD ≈ I o e T vD vD nV iD = I o e T − 1 Vγ José Gómez Quiñones vD nVT diD I O [e ] = dvD nVT Eliminando la Función exponencial e vD nVT = iD +1 IO Substituyendo en la pendiente diD iD + I O = dvD nVT Finalmente: rd = nVT nV ≈ T iD + I O iD José Gómez Quiñones 7 Resistencia Dinámica nVT nVT rd = ≈ iD + I O iD José Gómez Quiñones Operación del Diodo ID Región de polarización inversa Región de polarización directa Voltaje de Rup tura 0.7 vD Corriente de Fuga Región de Avalancha José Gómez Quiñones 8 Operación del diodo • Conforme se trata de exceder 0.7V, la corriente se incrementa rápidamente • El voltaje mínimo para obtener una corriente notable es 0.7V (diodos de silicio), y 0.2 (diodos de germanio) • Corriente de fuga: Corriente pequeña, que circula cuando el diodo se polariza inversamente • Voltaje de Ruptura: Límite de voltaje inverso que soporta el diodo, si se excede este voltaje, el diodo entra en la región de avalancha y puede destruirse José Gómez Quiñones Circuitos Equivalentes I D vD Diodo Ideal ID vD VT Modelo Simplificado José Gómez Quiñones 9 Modelo de Segmentos Lineales ID VT vD Rd Modelo de Segmentos Lineales José Gómez Quiñones Rectificador de Media onda José Gómez Quiñones 10 Voltaje de Salida José Gómez Quiñones Hojas de Datos José Gómez Quiñones 11 Hojas de Datos José Gómez Quiñones Voltaje en corriente directa T 1 Vcd = ∫ vL (t )dt T 0 1 Vcd = T Vcd = Vcd = T /2 ∫V m sen(ωt )dt 0 − Vm ωT − 1 cos 2 ωT Vm π José Gómez Quiñones 12 Voltaje RMS Vrms 1 2 = ∫ vL dt T 0 Vrms 1 = T T Vrms 1/ 2 T /2 2 ( ) V sen t ∫ m (ω ) dt 0 Vm = 2 José Gómez Quiñones Rectificador de Onda completa Transformador con derivación central José Gómez Quiñones 13 Puente de Diodos + VIN + VOUT - - José Gómez Quiñones Rectificador de Onda Completa José Gómez Quiñones 14 Formas de Onda de Salida José Gómez Quiñones Corrientes José Gómez Quiñones 15 Voltaje de CD y RMS Vcd = Vrms 2Vm π Vm = 2 José Gómez Quiñones Consideraciones de importancia • Tomar en cuenta el voltaje y corriente pico que el diodo puede soportar • Tomar en cuenta el voltaje de pico inverso para cuando se encuentre polarizado inversamente • Cuando estemos manejando voltajes pequeños, tomar en cuenta la caída en la junta del diodo José Gómez Quiñones 16 Filtro RC José Gómez Quiñones Forma de Onda de Salida José Gómez Quiñones 17 Vmax ∆V Vmin C= Vmax ∆Vf p RL José Gómez Quiñones 18
