El Diodo PolarizacióN del diodo Diodo Ideal Diodo Real Caracterización Voltaje-Corriente 2015-1 Prof. Gustavo Patiño. M.Sc. Ph.D MJ 12- 14 19-03-2015.

Presentación del tema: "El Diodo PolarizacióN del diodo Diodo Ideal Diodo Real Caracterización Voltaje-Corriente 2015-1 Prof. Gustavo Patiño. M.Sc. Ph.D MJ 12- 14 19-03-2015."— Transcripción de la presentación:

1 El Diodo PolarizacióN del diodo Diodo Ideal Diodo Real Caracterización Voltaje-Corriente 2015-1
Prof. Gustavo Patiño. M.Sc. Ph.D MJ

2 Tabla de Contenido Diodo semiconductor Diodo Ideal Diodo Real
Polarización del diodo Diodo semiconductor Característica de Transferencia de los circuitos con diodos Diodo Ideal Características de los diodos reales Diodo Real Regiones de operación Efectos de Temperatura Diodo Ideal vs Diodo Real Métodos de solución de circuitos con diodos Análisis de circuitos con diodos reales Ejemplos Simulaciones Modelo de AC de baja frecuencia Electrónica Análoga I. Facultad de Ingeniería. Universidad de Antioquia

3 El dispositivo electrónico no lineal más simple se conoce como diodo.
Diodo semiconductor El dispositivo electrónico no lineal más simple se conoce como diodo. Un diodo está compuesto de dos materiales semiconductores diferentes colocados juntos de tal forma que la carga fluye fácilmente en una dirección, pero no en dirección contraria. Electrónica Análoga I. Facultad de Ingeniería. Universidad de Antioquia

4 Diodo semiconductor (2)
En su forma más simple, no lineal significa que la aplicación de la suma de dos voltajes produce una corriente que no es la suma de las dos corrientes resultantes por separado. El comportamiento del diodo depende de la polaridad de la tensión aplicada. Electrónica Análoga I. Facultad de Ingeniería. Universidad de Antioquia

5 Polarización del Diodo
Depletion Region = Zona de Agotamiento Electrónica Análoga I. Facultad de Ingeniería. Universidad de Antioquia

6 Polarización del Diodo (2)
Como el diodo es un dispositivo de dos terminales, la aplicación de un voltaje a través de sus terminales permite tres posibilidades: Sin polarización (Vs = 0 voltios): en ausencia de un voltaje de polarización aplicado, el flujo neto de la carga en cualquier dirección para un diodo semiconductor es cero. Electrónica Análoga I. Facultad de Ingeniería. Universidad de Antioquia

7 Polarización del Diodo (3)
Polarización inversa : a la corriente que existe bajo las condiciones de polarización inversa se le llama corriente de saturación, y se representa mediante IS.

8 Polarización del Diodo (4)
Polarización directa : un diodo semiconductor tiene polarización directa cuando se ha establecido la asociación tipo p y polaridad positiva y tipo n y polaridad negativa.

9 El Diodo Ideal Fig The ideal diode: (a) diode circuit symbol; (b) i-v characteristic; (c) equivalent circuit in the reverse direction; (d) equivalent circuit in the forward direction.

10 Aplicación del Diodo ideal como rectificador
Electrónica Análoga I. Facultad de Ingeniería. Universidad de Antioquia

11 Aplicación del Diodo ideal como rectificador (2)

12 Característica de Transferencia de los circuitos con diodos
El voltaje de salida de un circuito con diodos depende de si el diodo está encendido o apagado, incluso en los casos en que el voltaje de entrada cambia con el tiempo. Electrónica Análoga I. Facultad de Ingeniería. Universidad de Antioquia

13 Característica de Transferencia de los circuitos con diodos (2)
La característica de transferencia de un circuito es la relación entre el voltaje de salida y el voltaje de entrada. Indica la manera en que el voltaje de salida cambia con respecto al voltaje de entrada y es independiente de la forma de onda de entrada. Electrónica Análoga I. Facultad de Ingeniería. Universidad de Antioquia

14 Electrónica Análoga I. Facultad de Ingeniería. Universidad de Antioquia. 2015-1

15 Electrónica Análoga I. Facultad de Ingeniería. Universidad de Antioquia. 2015-1

16 Diodos Reales La característica que distingue a un diodo real de uno ideal, es que el diodo real experimenta una caída de voltaje finita cuando conduce. Esta caída se encuentra por lo general dentro del intervalo de 0.5 V a 0.7 V. Electrónica Análoga I. Facultad de Ingeniería. Universidad de Antioquia

17 En la zona directa se puede considerar como un generador de tensión continua, tensión de codo ( Volts para el silicio, y V para el germanio). Cuando se polariza en inversa se puede considerar como un circuito abierto. Cuando se alcanza la tensión inversa de disrupción (zona inversa) se produce un aumento drástico de la corriente que puede llegar a destruir al dispositivo.

18 Características de los diodos reales
En la siguiente figura se muestra la característica voltaje-corriente (v-i) de un diodo real, la cual puede aproximarse con una ecuación conocida como ecuación de Shockley: Electrónica Análoga I. Facultad de Ingeniería. Universidad de Antioquia

19 Características de los diodos reales (2)
Electrónica Análoga I. Facultad de Ingeniería. Universidad de Antioquia

20 Características de los diodos reales (3)
iD Corriente que circula por el diodo, en A. vD Voltaje del diodo con el ánodo positivo con respecto al cátodo, en V. IS Corriente de fuga (o de saturación inversa, por lo general del orden de 10-6 a A. N Constante empírica conocida como coeficiente de emisión o factor de idealidad, cuyo valor varía desde 1 a 2

21 Características de los diodos reales (4)
VT es una constante llamada voltaje térmico, y esta dado por: Donde q = carga del electrón = *10-19 coulomb. TK = temperatura absoluta en grados Kelvin = Tcelsius. k = constante de Boltzmann = *10-23 J por grado Kelvin. Electrónica Análoga I. Facultad de Ingeniería. Universidad de Antioquia

22 Características de los diodos reales (5)
El Voltaje térmico VT es aproximadamente 25.85mV en 300K, una temperatura cercana a la temperatura ambiente, muy usada en los programas de simulación de circuitos. Electrónica Análoga I. Facultad de Ingeniería. Universidad de Antioquia

23 Fig The diode i-v relationship with some scales expanded and others compressed in order to reveal details. Electrónica Análoga I. Facultad de Ingeniería. Universidad de Antioquia

24 Diodo Ideal vs Diodo Real

25 Región de polarización directa (vD>0)
Electrónica Análoga I. Facultad de Ingeniería. Universidad de Antioquia

26 Región de polarización directa (vD>0)
El diodo conduce completamente cuando vD es mayor que VTD. Electrónica Análoga I. Facultad de Ingeniería. Universidad de Antioquia

27 Región de polarización inversa (vD<0)
Si lo cual ocurre para vD < -0.1V, Lo cual indica que la corriente en el diodo iD permanece constante en la dirección inversa, y su magnitud es aprox. igual a la de IS. Electrónica Análoga I. Facultad de Ingeniería. Universidad de Antioquia

28 Región de ruptura Voltaje inverso es alto, en general > 100V.
Si la magnitud del voltaje inverso excede el voltaje de ruptura VBR (VZK), la corriente inversa IBV se incrementa rápidamente, con un pequeña cambio del voltaje inverso. El funcionamiento en la región de ruptura no destruye el diodo, siempre que la disipación de potencia (PD=vDiD) se mantenga dentro del nivel de seguridad dado por el fabricante. Electrónica Análoga I. Facultad de Ingeniería. Universidad de Antioquia

29 Efectos de la temperatura
IS depende de la temperatura de unión Tj y se incrementa a razón de 7.2% / oC, en diodos de silicio y germanio.

30

31 Análisis de circuitos con diodos reales
Como el diodo se polariza directamente, la corriente iD se relaciona con el voltaje del diodo vD de acuerdo a la ecuación de Shockley:

32 Métodos de solución de circuitos con diodos
Basado en los conceptos de: Recta de carga. Punto de operación Q. Voltaje de polarización y corriente de polarización del diodo Método gráfico Proceso iterativo a partir de un punto arbitrario. Método iterativo Modelo lineal por partes Modelo de caída constante de voltaje Métodos de aproximación Electrónica Análoga I. Facultad de Ingeniería. Universidad de Antioquia

33 Método Gráfico Electrónica Análoga I. Facultad de Ingeniería. Universidad de Antioquia

34 Método Gráfico (2) Recta de carga. Punto de operación Q.
Voltaje de polarización y corriente de polarización del diodo.

35 Punto Q Conocido también como punto de operación de un dispositivo semiconductor. En el diodo, dicho punto Q corresponde a la coordenada DC (VD, ID), el cual es fijo para cada diodo en un determinado circuito. El punto Q es definido por Las fuentes DC y resistencias que posea el circuito al cual pertenece el diodo. Línea de carga DC. La estructura interna del diodo Indicada por la curva del diodo dada por el fabricante.

36 Métodos de aproximación
Métodos alternativos Método iterativo Métodos de aproximación Modelo lineal por partes Modelo de caída constante de voltaje Electrónica Análoga I. Facultad de Ingeniería. Universidad de Antioquia

37 Método iterativo Proceso iterativo a partir de un punto arbitrario a, siguiendo luego la recta de carga y la característica no lineal del diodo y así sucesivamente hasta encontrar Q. Electrónica Análoga I. Facultad de Ingeniería. Universidad de Antioquia

38 Método iterativo (2) Electrónica Análoga I. Facultad de Ingeniería. Universidad de Antioquia

39 Método iterativo (3) Electrónica Análoga I. Facultad de Ingeniería. Universidad de Antioquia

40 Método de aproximación
Es adecuado en muchas aplicaciones, y es útil como punto de partida en el diseño de un circuito. Modelo de cd lineal por partes. Modelo de cd con caída de voltaje constante. Electrónica Análoga I. Facultad de Ingeniería. Universidad de Antioquia

41 Método de aproximación Modelo lineal por partes
Electrónica Análoga I. Facultad de Ingeniería. Universidad de Antioquia

42 Método de aproximación Modelo lineal por partes (2)
Este modelo determina el valor de rD en el punto Q. Si el punto Q cambia como consecuencia de las variaciones de la resistencia de carga R o del valor de la fuente de cd VDD, el valor de rD también lo hará.

43 Método de aproximación Modelo de caída constante de voltaje
Electrónica Análoga I. Facultad de Ingeniería. Universidad de Antioquia

44 Método de aproximación Modelo de caída constante de voltaje (2)
Electrónica Análoga I. Facultad de Ingeniería. Universidad de Antioquia

45 Aplicaciones del Diodo semiconductor
El diodo tiene un amplio margen de aplicaciones: circuitos rectificadores limitadores fijadores de nivel protección contra cortocircuitos demoduladores mezcladores osciladores bloqueo y bypass en instalaciones fotovoltaicas etc.

46 Aporte del estudiante Para el estudiante:
En tu tiempo extra-clase, de qué manera puedes complementar el contenido dado en esta clase ? Qué información adicional complementa y ayuda a comprender mejor el contenido de estas diapositivas ? Qué preguntas te surgen de esta clase? Qué respuestas le das a dichas preguntas? Busca más bibliografía e información adicional que complemente tus respuestas y el contenido de esta clase. Consulta oportunamente al profesor del curso para complementar tus respuestas y resolver tus dudas restantes. Electrónica Análoga I. Facultad de Ingeniería. Universidad de Antioquia