Diodos Electrónica I. Contenido Recta de carga Modelos del diodo de gran señal Otros modelos de diodos La ruptura de unión Variación con la temperatura.

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1 Diodos Electrónica I

2 Contenido Recta de carga Modelos del diodo de gran señal Otros modelos de diodos La ruptura de unión Variación con la temperatura Modelo estático SPICE para el diodo Circuitos no lineales conformadores de ondas El diodo como interruptor Propiedades dinámicas de la unión p-n Modelo dinámico SPICE para el diodo Tipos especiales de diodos

3 Análisis mediante recta de carga R VDVD VRVR + + +    E IDID E – V D – V R = 0 E = V D + V R Para trazar la recta de carga se elige V D = 0 para definir un ùnto de la recta e I D = 0 para el otro punto. En el primer casoI D = E/R En el segundoV D = E

4 El punto de operación Q es la intersección de la recta de carga y la curva VI del diodo.

5 Ejemplo

6 Modelo simplificado

7 Diodo ideal

8 El diodo ideal v D = 0 cuando i D  0 i D = 0 cuando v D  0

9 Análisis en continua de circuitos que contienen diodos ideales 1.Hacer una suposición razonada acerca del estado de cada diodo. 2.Redibujar el circuito sustituyendo los diodos en conducción por un cortocircuito y los diodos cortados por un circuito abierto. 3.Mediante el análisis del circuito determinar la corriente en cada cortocircuito que representa un diodo en conducción y la tensión en cada circuito abierto que represente un diodo en circuito abierto. 4.Comprobar las suposiciones hechas para cada diodo. Si hay contradicción – una corriente negativa en un diodo en conducción o una tensión positiva en un diodo cortado – en cualquier lugar del circuito, volver al primer paso y comenzar de nuevo con una mejor suposición. 5.Cuando no hay contradicciones, las tensiones y corrientes calculadas para el circuito se aproximan bastante a los valores verdaderos.

10 Ejemplo:

11 Otros modelos de diodos Modelo con tensión de codo

12 Modelo lineal del diodo V  es la tensión para en la que circula por diodo una corriente igual al 1% de la que circula en v D = V D. r f – resistencia directa

13 Diodo zener

14 Modelos de diodo zener

15 Tarea de recta de carga 012345678910 5 15 20 25 30 I D (mA) V D (V) a. Utilizando las características de la figura determine I D, V D y V R para el circuito de la figura. b. Repita utilizando el modelo aproximado e ideal para el diodo.33 k  VDVD VRVR + +   8V IDID Si 0.7

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19 Rectificador de media onda

20 Modelo con tensión de codo

21 Rectificador de media onda El rectificador de media onda convierte una tensión alterna en continua pulsante. Si el diodo es ideal v o = v i cuando v i  0 v o = 0 cuando v i < 0 El valor medio o componente de continua se calcula con: donde T es el periodo y  o = 2  f = 2  /T.

22 Continuación El diodo conduce solo para v i > 0.7V. Es decir, un t 1 a un t 2 que son solución de la ecuación La tensión inversa de pico (TIP) es el voltaje máximo inverso que puede aplicarse al diodo antes de romper, este es un parámetro importante para propósitos de rectificación. También deben cumplir con la corriente de pico, la cual es la máxima corriente que puede circular por el diodo en conducción. El circuito de control de volumen automático en los radios utiliza un rectificador para generar la tensión continua que gobierna la potencia de la señal. Otra aplicación es en el amperímetro de alterna analógico.

23 Cargador de baterías La siguiente figura muestra un cargador de baterías simple. El diodo conduce para v i  V BB, en ese caso la corriente es i = (v i – V BB )/R el diodo conduce para =  radianes. La corriente de DC está dada por

24 Rectificador de onda completa El PIV (voltaje máximo de ruptura inversa) debe ser PIV > V m

25 Rectificador de onda completa con WorkBench

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27 Rectificador con dos diodos

28 Voltaje máximo de ruptura De la figura puede verse que el PIV (voltaje máximo de ruptura inversa) debe ser PIV > 2V m

29 Rectificador con dos diodos con WorkBench

30 Puente con 2 diodos Se sustituyen dos de los diodos por resistencias. El voltaje máximo se reduce a la mitad. V 0 = V m /2 +  +  V0V0

31 Recortador en serie El diodo conduce cuando el voltaje de la fuente de señal menos el voltaje de la fuente directa es mayor que cero. En este caso el diodo conducirá cuando v s > 1 V En realidad conducirá cuando la entrada tenga 1.7 para Si y 1.3 para Ge. vovo + 

32 La señal de salida en el EWB es la siguiente con una fuente de 4V en serie con el diodo con 10V/división vertical. La senoidal completa es la de la fuente y la recortada es la salida en la resistencia. V 0max = V smax – 4 – 0.7 Invirtiendo la fuente se obtiene la figura 2 Figura 1. Figura 2.

33 Recortador en paralelo El diodo conduce cuando el voltaje de la fuente de señal menos el voltaje de la fuente directa es mayor que cero. En este caso el diodo conducirá cuando v s > 1 V En realidad conducirá cuando la entrada tenga 1.7 para Si y 1.3 para Ge. vovo + 

34 Resumen

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36 Cambiadores de nivel Un circuito cambiador de nivel sube o baja una señal un determinado nivel de dc. Supondremos una  = RC grande para que el capacitor no se descargue. vivi v0v0

37 Con v i > 0, el diodo conduce, y se comporta como un corto, por tanto el voltaje en R es 0. Con v i < 0, el diodo no conduce, y se comporta como un circuito abierto, por tanto el voltaje en R es: – V – V – v 0 = 0 v 0 = – 2V

38 Circuito limitador

39 Limitador con fuente

40 Limitador de dos niveles

41 Transferencia de un circuito limitador

42 Modelo del transformador

43 Capacitancia de difusión

44 Capacitancia de deplexión La capacitancia de deplexión está dada por: Donde C j0 es la capacidad a tensión cero, y m es el coeficiente de gradiente, m = 0.5 para uniones abruptas y m = 0.33 para uniones graduales.

45 Modelo dinámico del diodo La corriente del diodo esta dada por: Dado que: Entonces Para un diodo con N a >> N d

46 continuación En el caso dinámico la corriente también proviene de la carga de difusión y de deplexión, entonces: Esto se puede modelar mediante la red de la figura.

47 Conmutación dinámica Considere el circuito de la figura al que se le aplica la señal mostrada.

48 Transitorios