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  • Temario 6. Diodo 7. El transistor 8. Magnetismo 9. Inducción electromagnética 10. Circuitos de corriente alterna 11. Ondas electromagnéticas 12. Aplicaciones ópticas

    Trabajos Diodo

    1. Diodo Zener 2. Diodo LED 3. Fotodiodo 4. Diodo túnel 5. Diodo Schottky

    El transistor

    6. El JFET, fundamentos y aplicaciones 7. El MOSFET, fundamentos 8. El MOSFET, aplicaciones: circuitos lógicos, memorias, CCDs, TFTs, ...

    Grupos 2-4 alumnos jogomez@fis.upv.es

    Presentación: 31 de marzo Revisión: 30 de abril 30 % nota segundo parcial

    Materia examen: 2 preguntas

    Tema 6: El diodo Tema 6. El diodo

    ● Objetivos: – Comprender cualitativamente los fundamentos físicos de la

    unión p-n en equilibrio y polarizada. – Conocer la curva característica I-V de los diodos. – Saber utilizar las distintas aproximaciones del diodo para

    resolver circuitos con diodos. – Conocer algunos diodos especiales: Zener, LED y Schottky.

    Tema 6. El diodo

    6.1 La unión p-n en equilibrio. 6.2 Polarización del diodo. 6.3 Curva característica del diodo. 6.4 Diodos especiales: Zener, Schottky, LED. 6.5 Aplicaciones: limitador de tensión, rectificador,

    puertas lógicas.

    Introducción ● Rectificación de corriente alterna: puente de

    diodos.

    0

    Vs Vm

    T t0

    Ve

    -Vm

    T tT/2 T/2 R

    D1 D2

    D4D3

    A

    B

    C D Vs

    Ve

    Señal de entrada Puente de diodos Señal de salida

  • Introducción ● Rectificación de corriente alterna: puente de

    diodos.

    0

    V s V m

    T t 0

    V e

    - V m T t T /2 T /2

    D 1 D 2

    D 4 D 3

    A

    B

    C D V s

    V e

    Señal de entrada Puente de diodos + condensador

    Señal de salida

    Introducción: corriente

    ● Desplazamiento:

    ● Difusión:

    ● Densidad de corriente total:

    Jp des=peμp E Jn

    des=ne μn E

    Jp dif=−eDp ∇p Jn

    dif=eDn ∇n

    J=epμ pnμn  E−eDp ∇ peDn ∇n

    La unión p-n en equilibrio 6.1

    Banda de conducción

    Banda prohibida

    Banda de valencia

    N

    Ev

    P

    Ec

    E (eV)

    Ev

    Ec0

    1

    -1

    -2 Escala de energía aproximada

    N

    Ev

    Ec

    P

    Ec

    Ev

    La unión p-n en equilibrio 6.1

    Huecos

    Electrones E (eV)

    0

    1

    -1

    -2 Escala de energía aproximada

    N

    Ev

    Ec

    P

    Ec

    Ev

    La unión p-n en equilibrio 6.1

    E (eV)

    0

    1

    -1

    -2 Escala de energía aproximada

    Jp dif=−eDp ∇p

    Jn dif=eDn ∇n

    N

    Ev

    Ec

    P

    Ec

    Ev

    La unión p-n en equilibrio 6.1

    E (eV)

    0

    1

    -1

    -2 Escala de energía aproximada

    Jp dif=−eDp ∇p

    Jn dif=eDn ∇n

    - +

    Jp des=peμpE

    Jn des=ne μnE

    E

  • N

    Ev

    Ec

    P

    Ec

    Ev

    La unión p-n en equilibrio 6.1

    E (eV)

    0

    1

    -1

    -2 Escala de energía aproximada

    E=qV=−eV

    E=qV=eV E

    V0

    V

    e=1,6⋅10−19

    - + Ev

    Ec

    Ec

    Ev

    La unión p-n en equilibrio 6.1

    E (eV)

    0

    1

    -1

    -2 Escala de energía aproximada

    E=qV=−eV

    E=qV=eV

    NP

    E

    V0

    V

    E=qV 0=−eV 0

    e=1,6⋅10−19

    - +

    Ev

    Ec

    Ec

    Ev

    La unión p-n en equilibrio 6.1

    E (eV)

    0

    1

    -1

    -2 Escala de energía aproximada

    E=qV=−eV

    E=qV=eV

    NP

    E

    V0

    V

    E=qV 0=−eV 0

    e=1,6⋅10−19

    - + Ev

    Ec

    Ec

    Ev

    La unión p-n en equilibrio 6.1

    E (eV)

    0

    1

    -1

    -2 Escala de energía aproximada

    E=qV=−eV

    E=qV=eV

    NP

    E

    E=qV 0=−eV 0

    e=1,6⋅10−19

    ρ q N D

    - q N A

    - 0

    +

    - +

    Ev

    Ec

    Ec

    Ev

    La unión p-n en equilibrio 6.1

    E (eV)

    0

    1

    -1

    -2 Escala de energía aproximada

    E=qV=−eV

    E=qV=eV

    NP

    E

    E=qV 0=−eV 0

    e=1,6⋅10−19

    E

    - +

    Ec

    Ev

    La unión p-n en equilibrio 6.1

    E (eV)

    0

    1

    -1

    -2 Escala de energía aproximada

    NP

    E

    V0

    V

    E=qV 0=−eV 0

    Jp dif=−eDp ∇p

    Jp des=peμp E

    Jp=pμpeE x−eDp dp dx

    =0

    − dV dx

    =Ex= Dp pp

    dp dx

    −dV=V T dp p

    −∫p n dV=V T∫p

    n dp p

    np −V n−V p=V T ln pnpp V 0=V n−V p=V T ln

    pp pn

    pp=pne V 0/V T

    VT = 0,026 V (300 K) e=1,6⋅10−19

    - +

  • Ec

    Ev

    La unión p-n en equilibrio 6.1

    E (eV)

    0

    1

    -1

    -2

    NP

    E

    E=qV 0=−eV 0

    Jp dif=−eDp ∇p

    Jp des=peμp E

    n p-2

    Escala de energía aproximada

    V 0=V T ln pp pn

    V 0=V T ln N A ND

    n i 2

    pp≈N A , np≈ n i

    2

    N A

    nn≈ND , pn≈ ni

    2

    ND

    pp≈N A nn≈ND

    pnnp VT = 0,026 V (300 K)

    e=1,6⋅10−19

    - +

    Ec

    Ev

    La unión p-n en equilibrio 6.1

    E (eV)

    0

    1

    -1

    -2 Escala de energía aproximada

    NP

    E

    V0

    V

    E=qV 0=−eV 0

    Jn=nenE xeDn dn dx

    − dV dx

    =Ex=− Dn nn

    dn dx

    dV=V T dn n

    ∫p n dV=V T∫p

    n dn n

    np V n−V p=V T ln nnnp V 0=V n−V p=−V T ln

    np nn

    Jn dif=eDn ∇n

    Jn des=ne μn E

    np=nne −V 0/V T

    VT = 0,026 V (300 K)

    e=1,6⋅10−19

    - +

    Ec

    Ev

    La unión p-n en equilibrio 6.1

    E (eV)

    0

    1

    -1

    -2

    NP

    E

    E=qV 0=−eV 0

    n p

    pp≈N A , np≈ n i

    2

    N A

    nn≈ND , pn≈ ni

    2

    ND

    -2 Escala de energía aproximada

    V 0=−V T ln np nn

    V 0=V T ln N A ND

    n i 2

    Jn dif=eDn ∇n

    Jn des=ne μnE

    pp≈N A nn≈ND

    pnnp VT = 0,026 V (300 K)

    e=1,6⋅10−19

    - +

    Ejemplo 10-1 6.1

    Calcula la diferencia de potencial en la unión pn de un diodo de germanio, dopado con antimonio en una concentración de 4·1022 m-3 en su zona n, y con indio en una concentración de 3·1022 m-3 en su zona p, a 300 K.

    V 0=V n−V p=V T ln NAND

    ni 2 =0,026⋅ln

    3⋅1022⋅4⋅1022

    2,36⋅1019 2 =0,379 V

    La unión p-n en equilibrio 6.1

    La unión p-n: efecto fotovoltaico

    Ec

    Ev E

    NP

    V0

    V

    Jdes Jdif

    - +

    La unión p-n en equilibrio 6.1

    La unión p-n: efecto fotovoltaico

    Ec

    Ev E +

    NP

    V0

    V

    -

    - +

  • La unión p-n en equilibrio 6.1

    La unión p-n: efecto fotovoltaico

    E +

    NP

    V0

    V

    -

    Ec

    Ev

    I - +

    Polarización del diodo 6.2

    Ip n

    p n

    Polarización directa

    Polarización inversa

    +- + -

    Polarización directa 6.2

    NP

    E

    V0

    V

    E=qV 0=−eV 0

    V D

    I- +

    Equilibrio:

    Polarización directa 6.2

    NP E=q V 0−V D =−eV 0−V D 

    + -

    E

    V D

    I

    V V0 - VD

    V D V0

    + -

  • Polarización inversa 6.2

    NP

    E

    V0

    V

    E=qV 0=−eV 0

    V I

    I - +

    Equilibrio:

    Polarización inversa 6.2

    E

    V0+VI V

    E=qV 0=−eV 0V I

    V I

    I

    - + V

    I NP

    Portadores minoritarios

    - +

    Polarización inversa 6.2

    NP

    E

    V0+VI V

    E=qV 0=−eV 0V I

    V I

    I

    - + V

    I

    Portadores minoritarios

    - +

    Polarización inversa 6.2

    NP

    E

    V0+VI V

    E=qV 0=−eV 0V I

    V I

    I

    - + V

    I

    Portadores minoritarios

    - +

    Curva característica del diodo

    6.3

    ● Polarización directa:

    ● Polarización inversa:

    I0 corriente máxima en polarización inversa (µA)

    I V

    I

    V -0,6 -0,4 -0,2 0,0 0,2 0,4 0,6 0,8

    -2

    0

    2

    4

    6

    8

    10

    12

    14

    16

    18

    20

    22

    V(V)

    I ( m

    A)

    Vu

    Tensión umbral

    I=I0e V

    ηVT−1

    I0 (A) -0,6 -0,4 -0,2 0

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