ELECTRÓNICA Tema 1: Componentes Electrónicos El diodo Profesor: René Nova
Componentes electrónicos: El diodo Introducción: representación de componentes eléctricos en diagrama V-I Características eléctricas de un diodo semiconductor CCaracterística real LLinealización de la característica de un diodo Interpretación de los datos de un catálogo Diodos especiales Asociación de diodos Aplicaciones
Introducción: Representación del componentes eléctricos en diagrama V-I + - V II V Corto (R = 0) + - V II V Abierto (R = ∞) + - V II V Batería + - II V Resistencia (R) V I + - V V Fuente Corriente I
+ - V I P N I V CARACTERÍSTICA DEL DIODO Idealmente, permite corriente directa (se comporta como un cable) y bloquea o no permite la corriente inversa (se comporta como un cable roto) ¡¡ PRESENTA UN COMPORTAMIENTO NO LINEAL !! ANÉCDOTA Un símil hidráulico podría ser una válvula anti-retorno, permite pasar el agua (corriente) en un único sentido.
h1h1 h2h2 h 1 - h 2 Caudal Funcionamiento de una válvula anti-retorno
Introducción a la física de estado sólido: semiconductores Semiconductor extrínseco: TIPO N Impurezas grupo V 300ºK Electrones libres Átomos de impurezas ionizados Los portadores de carga en un semiconductor tipo N son electrones libres
Introducción a la física de estado sólido: semiconductores Semiconductor extrínseco: TIPO P 300ºK Huecos libres Átomos de impurezas ionizados Los portadores de carga en un semiconductor tipo P son huecos. Actúan como portadores de carga positiva
La unión P-N La unión P-N en equilibrio Semiconductor tipo PSemiconductor tipo N
La unión P-N La unión P-N en equilibrio Semiconductor tipo PSemiconductor tipo N Zona de transición Al unir un semiconductor tipo P con uno de tipo N aparece una zona de carga espacial denominada ‘zona de transición’. Que actúa como una barrera para el paso de los portadores mayoritarios de cada zona.
La unión P-N La unión P-N polarizada inversamente La zona de transición se hace más grande. Con polarización inversa no hay circulación de corriente. P N
La unión P-N La unión P-N polarizada en directa La zona de transición se hace más pequeña. La corriente comienza a circular a partir de un cierto umbral de tensión directa. P N +
La unión P-N La unión P-N polarizada en directa La recombinación electrón-hueco hace que la concentración de electrones en la zona P disminuya al alejarse de la unión. P N + Concentración de huecos Concentración de electrones
La unión P-N Conclusiones: AAplicando tensión inversa no hay conducción de corriente AAl aplicar tensión directa en la unión es posible la circulación de corriente eléctrica P N DIODO SEMICONDUCTOR
pn ánodocátodo AK Símbolo I S = Corriente Saturación Inversa K = Cte. Boltzman V D = Tensión diodo q = carga del electrón T = temperatura (ºK) I D = Corriente diodo Silicio Germanio DIODO REAL V [Volt.] i [mA] 0.5 Ge Si
V [Volt.] i [mA] 0.5 Ge Si i [mA] V [Volt.] Ge Si DIODO REAL (Distintas escalas) i [ A] V [Volt.] i [pA] V [Volt.] Ge Si Ge: mejor en conducción Si: mejor en bloqueo
DIODO: DISTINTAS APROXIMACIONES I V Solo tensión de codo Ge = 0.3 Si = 0.6 I V Tensión de codo y Resistencia directa I V Ideal I V Curva real (simuladores, análisis gráfico)
DIODO: LIMITACIONES I V Corriente máxima Límite térmico, sección del conductor Tensión inversa máxima Ruptura de la Unión por avalancha 600 V/6000 A 200 V /60 A 1000 V /1 A
V R = 1000V Tensión inversa máxima I OMAX (AV) = 1A Corriente directa máxima V F = 1VCaída de Tensión directa I R = 50 nA Corriente inversa V R = 100V Tensión inversa máxima I OMAX (AV) = 150mA Corriente directa máxima V F = 1VCaída de Tensión directa I R = 25 nA Corriente inversa DIODO: Parámetros facilitados por fabricantes VdVd idid iSiS VRVR I Omax NOTA: Se sugiere con un buscador obtener las hojas de características de un diodo (p.e. 1N4007). Normalmente aparecerán varios fabricantes para el mismo componente.
DIODO: Parámetros facilitados por fabricantes Tiempo de recuperación inversa Baja frecuencia Alta frecuencia t rr = tiempo de recuperación inversa A alta frecuencia se aprecia un intervalo en el cual el diodo conduce corriente inversa.
DIODOS ESPECIALES Diodo Zener (Zener diode) La ruptura no es destructiva. (Ruptura Zener). En la zona Zener se comporta como una fuente de tensión (Tensión Zener). Necesitamos, un límite de corriente inversa. Podemos añadir al modelo lineal la resistencia Zener. Aplicaciones en pequeñas fuentes de tensión y referencias. I V Tensión Zener (V Z ) Límite máximo Normalmente, límite de potencia máxima
DIODOS ESPECIALES Diodo LED (LED diode) Diodo emisor de Luz = Light Emitter Diode El semiconductor es un compuesto III-V (p.e. Ga As). Con la unión PN polarizada directamente emiten fotones (luz) de una cierta longitud de onda. (p.e. Luz roja) A K A K
DIODOS ESPECIALES Fotodiodos (Photodiode) 0 i V i opt Los diodos basados en compuestos III-V, presentan una corriente de fugas proporcional a la luz incidente (siendo sensibles a una determinada longitud de onda). Estos fotodiodos se usan en el tercer cuadrante. Siendo su aplicaciones principales: Sensores de luz (fotómetros) Comunicaciones COMENTARIO Los diodos normales presentan variaciones en la corriente de fugas proporcionales a la Temperatura y pueden ser usados como sensores térmicos i 0 V T1T1 T2>T1T2>T1 El modelo puede ser una fuente de corriente dependiente de la luz o de la temperatura según el caso I = f(T)
DIODOS ESPECIALES Células solares (Solar Cell) i V V CA i CC Cuando incide luz en una unión PN, la característica del diodo se desplaza hacia el 4º cuadrante. En este caso, el dispositivo puede usarse como generador. Zona uso
DIODOS ESPECIALES Diodo Schottky (Schottky diode) Unión Metal-semiconductor N. Produciéndose el llamado efecto schottky. La zona N debe estar poco dopada. Dispositivos muy rápidos (capacidades asociadas muy bajas). Corriente de fugas significativamente mayor. Menores tensiones de ruptura. Caídas directas mas bajas (tensión de codo 0.2 V). Aplicaciones en Electrónica Digital y en Electrónica de Potencia El efecto Schottky fue predicho teóricamente en 1938 por Walter H. Schottky
ASOCIACIÓN DE DIODOS DISPLAY Diodo de alta tensión (Diodos en serie) Puente rectificador Monofásico Trifásico
APLICACIONES DE DIODOS Detectores reflexión de objeto Detectores de barrera
APLICACIONES DE DIODOS Sensores de luz: Fotómetros Sensor de lluvia en vehículos Detectores de humo Turbidímetros Sensor de Color
COMENTARIOS SOBRE CIRCUITOS Los diodos (y el resto de dispositivos electrónicos) son dispositivos no lineales. ¡Cuidado, no se puede aplicar el principio de superposición! VEVE VSVS VEVE EJEMPLO TÍPICO: RECTIFICADOR + - IDID VDVD VEVE t t VSVS t
Característica del diodo Característica del circuito lineal (RECTA DE CARGA) PUNTO DE FUNCIONAMIENTO I V RECTA DE CARGA Y PUNTO DE FUNCIONAMIENTO + - IDID VDVD V TH R TH CIRCUITO LINEAL IDID VDVD