Análisis del funcionamiento del diodo de unión
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Componentes Electrónicos y Fotónicos Dr. C. Reig 03/04 Tema A-1.2: Análisis del funcionamiento del diodo de unión – Introducción – Análisis del funcionamiento en régimen estático • Modelo estático del diodo – Análisis del funcionamiento en régimen dinámico • El diodo en régimen de pequeña señal • El diodo en régimen de gran señal – El diodo en régimen de conmutación • Modelo dinámico del diodo – Circuitos no lineales • Circuitos recortadores (clippers) • Circuitos cambiadores de nivel • Puertas lógicas Tema A-1.2: Análisis del funcionamiento del diodo de unión 1/10 1 Componentes Electrónicos y Fotónicos Dr. C. Reig 03/04 Análisis del comportamiento en régimen estático Se hará, en general, de forma gráfica (la ecuación de Shockley no es lineal). 1. Se dibuja la curva característica del diodo 2. Se dibuja la recta de carga del circuito visto desde sus terminales, definida por dos puntos: a) Cortocircuito → obtenemos la corriente b) Circuito abierto → obtenemos la tensión 3. El punto de corte de ambas es el punto Q o punto de trabajo Este proceso sirve tanto para continua como para alterna. Ejemplo Incógnitas: corriente y tensión del diodo ¡¡¡¡ v s << VS !!!! Análisis en continua (recta de carga en cd) VS = VD + VR1 = VD + I D ⋅ R1 Análisis en alterna: v S = v d + i d ⋅ (R1//R L ) → → VDQ = VS − I DQ ⋅ R1 v d = v s − i d ⋅ (R1 || R L ) En total (recta de carga en ca): v D = VDQ + v d principio de v D − VDQ = v S − (R1//R L ) ⋅ (i D − IDQ ) superposición i D = I DQ + i d Tema A-1.2: Análisis del funcionamiento del diodo de unión 2/10 2 Componentes Electrónicos y Fotónicos Dr. C. Reig 03/04 Modelo estático del diodo Se pretende linealizar a tramos modelo ideal modelo mejorado considerando polarización inversa: modelo completo ID Ánodo Cátodo Rcon Tema A-1.2: Análisis del funcionamiento del diodo de unión + VK − 3/10 3 Componentes Electrónicos y Fotónicos Dr. C. Reig 03/04 Análisis del comportamiento en régimen dinámico ¿pequeña señal? ¿gran señal? Tema A-1.2: Análisis del funcionamiento del diodo de unión 4/10 4 Componentes Electrónicos y Fotónicos Dr. C. Reig 03/04 Régimen de pequeña señal concepto de resistencia dinámica rd = ∆v D ∆i D vD di D e nVT = IS nVT dv D Δi D vD e nVT = Δv D i +I di D 1 = D S ≡ dv D nVT rd VD I D = I S (e nVT − 1) Tema A-1.2: Análisis del funcionamiento del diodo de unión iD +1 IS rd = nVT nVT nkT ≈ = i D + IS iD i Dq 5/10 5 Componentes Electrónicos y Fotónicos Dr. C. Reig 03/04 Régimen de gran señal à Gran señal será aquella que hace inaceptables los errores debidos a la hipótesis de linealidad à En este caso, suele usarse el modelo de tensión de codo (no válido para régimen de conmutación) à También pueden usarse modelos más completos: polarización inversa C I polarización directa C j I D Cátodo Ánodo R I Cátodo Ánodo S con R j D z Tema A-1.2: Análisis del funcionamiento del diodo de unión R r d con C D 6/10 6 Componentes Electrónicos y Fotónicos Dr. C. Reig 03/04 Régimen de conmutación à Es un caso particular del régimen de gran señal à Suelen usarse diodos pin, sobre todo en potencia, con mayores efectos capacitivos. Recuperación directa Se produce en el paso OFF → ON. Recuperación inversa Se produce en el paso ON → OFF. QF = τ ⋅ I F vD ≅ Vj + Tema A-1.2: Análisis del funcionamiento del diodo de unión WV2 (µ n + µ p ) ⋅τ 7/10 7 Componentes Electrónicos y Fotónicos Dr. C. Reig 03/04 Circuitos no lineales Circuitos recortadores − VZ2 − 0,7 para v i < − VZ2 − 0,7 v o = v i para VZ1 + 0,7 < v i < − VZ2 − 0,7 VZ1 + 0,7 para v i > VZ1 + 0,7 Circuitos desplazadores de nivel τ = R ⋅ C > 10 ⋅ T Tema A-1.2: Análisis del funcionamiento del diodo de unión 8/10 8 Componentes Electrónicos y Fotónicos Dr. C. Reig 03/04 Puertas lógicas OR v2 v1 vo Bajo Bajo Bajo Bajo Alto Alto Alto Bajo Alto Alto Alto Alto PUERTA OR AND v2 v1 vo Bajo Bajo Bajo Bajo Alto Bajo Alto Bajo Bajo Alto Alto Alto PUERTA AND Tema A-1.2: Análisis del funcionamiento del diodo de unión 9/10 9 Componentes Electrónicos y Fotónicos Dr. C. Reig 03/04 Ideas clave Regímenes Regímenes de de funcionamiento funcionamiento àà Estático Estático àà Dinámico Dinámico −− Pequeña Pequeña señal señal −− Gran Gran señal señal Conmutación Conmutación Régimen Régimen estático estático àà Comportamiento Comportamiento no no lineal lineal àà Resolución gráfica Resolución gráfica (curva (curva característica característica yy recta recta de de carga) carga) àà Modelos estáticos: ideal y mejorado Modelos estáticos: ideal y mejorado Régimen Régimen dinámico dinámico àà Pequeña/Gran Pequeña/Gran señal señal → → distorsión distorsión àà Pequeña/Gran señal → Pequeña/Gran señal → validez validez linealización linealización Pequeña Pequeña señal señal àà Concepto Concepto de de resistencia resistencia dinámica dinámica Gran Gran señal señal Aplicaciones Aplicaciones àà Modelos Modelos mejorados mejorados àà Régimen Régimen de de conmutación conmutación −− recuperación recuperación directa directa −− recuperación recuperación inversa inversa àà Circuitos Circuitos recortadores, recortadores, fijadores, fijadores, puertas puertas lógicas, lógicas, ... ... Tema A-1.2: Análisis del funcionamiento del diodo de unión 10/10 10