1. Visita en el Internet algunas compaas quevendan dispositivos electrnicos. Buscainformacin de la ficha tcnica de cincodiodos diferentes. Elabora una presentacinen power point donde muestres lacaracterstica de cada diodo.Algunas pginas que puedes visitar:http://www.circuitosimpresos.org/2008/06/02/diodos/http://www.microelectronicash.com/http://www.ifent.org/lecciones/zener/default.asphttp://www.neoteo.com/midiendo-diodos-y-transistores-15335Publica tu presentacin en:www.slideshare.netLuego, enva la direccin de tu publicacin atu tutor.

2. EL DIODO1 INTRODUCCIONEl diodo ideal es un componente discreto quepermite la circulacin de corriente entre susterminales en un determinadosentido, mientras que la bloquea en el sentidocontrario.En la Figura 1 se muestran el smbolo y lacurva caracterstica tensin-intensidad delfuncionamiento del diodo ideal. El sentidopermitido para la corriente es de A a K.Figura 1: Smbolo y curva caracterstica tensin-corriente del diodo ideal. 3. El funcionamiento del diodo ideal es el de uncomponente que presenta resistencia nula al pasode la corriente en un determinado sentido, yresistencia infinita en el sentido opuesto. La puntade la flecha del smbolo circuital, representada enla figura 1, indica el sentido permitido de lacorriente. presenta resistencia nula.presenta resistencia infinita. 4. Mediante el siguiente ejemplo se pretendemostrar el funcionamiento ideal de un diodoen circuito sencillo.Figura 2: Ejemplo de funcionamiento del diodoideal.Segn est colocada la fuente, la corrientedebe circular en sentido horario.En el circuito de la izquierda, el diodo permitedicha circulacin, ya que la corriente entra porel nodo, y ste se comporta como uninterruptor cerrado. Debido a esto, se produceuna cada de tensin de 10V en laresistencia, y se obtiene una corriente de 5mA.En el circuito de la derecha, el diodo impide elpaso de corriente, comportndose como uninterruptor abierto, y la cada de tensin en laresistencia es nula: los 10V se aplican al diodo. 5. 2 DIODO DE UNION PNActualmente los diodos se fabrican a partir de launin de dos materiales semiconductores decaractersticas opuestas, es decir, uno de tipo N yotro de tipo P. A esta estructura se le aaden dosterminales metlicos para la conexin con el restodel circuito. En la Figura 3: se presenta elesquema de los dos tipos de diodos que sefabrican actualmente, el diodo vertical y el plano.Figura 3: Esquemas de diodos de unin PNEl hecho de que los diodos se fabriquen con estosmateriales conlleva algunas desviaciones decomportamiento con respecto al diodo ideal.En este apartado se presenta en primer lugar elproceso de formacin de los diodos desemiconductores para pasar despus a exponer elcomportamiento elctrico y las desviaciones conrespecto al comportamiento ideal. 6. 2.1 Formacin de la unin PN Supongamos que se dispone de un monocristal de silicio puro, dividido en dos zonas con una frontera ntida, definida por un plano. Una zona se dopa con impurezas de tipo P y la otra de tipo N (Figura 4). La zona P tiene un exceso de huecos, y se obtiene introduciendo tomos del grupo III en la red cristalina (por ejemplo, boro). La zona N dispone de electrones en exceso, procedentes de tomos del grupo V (fsforo). En ambos casos se tienen tambin portadores de signo contrario, aunque en una concentracin varios rdenes de magnitud inferior (portadores minoritarios).Figura 4: Impurificacin del silicio para la obtencinde diodos PN 7. En cada zona la carga total es neutra: por cadaelectrn hay un ion positivo, y por cada hueco un ionnegativo, es decir, no existen distribuciones de carganeta, ni campos elctricos internos. En el momentomismo de crear dos zonas de diferente concentracinde portadores, entra en juego el mecanismo de ladifusin. Como se recordar, este fenmeno tiende allevar partculas de donde hay ms a donde haymenos. El efecto es que los electrones y los huecoscercanos a la unin de las dos zonas la cruzan y seinstalan en la zona contraria, es decir:Electrones de la zona N pasan a la zona P.Huecos de la zona P pasan a la zona N.Este movimiento de portadores de carga tiene undoble efecto. Centrmonos en la regin de la zona Pcercana a la unin:El electrn que pasa la unin se recombina con unhueco. Aparece una carga negativa, ya que antes deque llegara el electrn la carga total era nula.Al pasar el hueco de la zona P a la zona N, provoca undefecto de carga positiva en la zona P, con lo quetambin aparece una carga negativa. 8. El mismo razonamiento, aunque con signosopuestos puede realizarse para la zona N. Enconsecuencia, a ambos lados de la unin se vacreando una zona de carga, que es positiva en lazona N y negativa en la zona P (Figura 5).Figura 5: Formacin de la unin PNEn el ejemplo del captulo 5, los gases difundencompletamente hasta llenar las dos estancias dela caja y formar una mezcla uniforme. Sinembargo, a diferencia de lo que ocurre con losgases de aquel ejemplo, en este caso estndifundiendo partculas cargadas. La distribucinde cargas formada en la regin de la uninprovoca un campo elctrico desde la zona N a lazona P. Este campo elctrico se opone almovimiento de portadores segn la difusin, y vacreciendo conforme pasan ms cargas a la zonaopuesta. Al final la fuerza de la difusin y la delcampo elctrico se equilibran y cesa el trasiegode portadores. 9. En ese momento est ya formado el diodo de unin PN, y como resultado del proceso se haobtenido: Zona P, semiconductora, con una resistencia RP. Zona N, semiconductora, con una resistencia . Zona de agotamiento (depleccin): No es conductora, puesto que no posee portadores de carga libres. En ella acta un campo elctrico, o bien entre los extremos acta una barrera de potencial.Hay que tener en cuenta que este proceso sucede instantneamente en el momento en el quese ponen en contacto las zonas N y P, y no necesita de ningn aporte de energa, excepto elde la agitacin trmica. 10. 2.2 Polarizacin directaEl bloque PN descrito en el apartado anterior (Figura 6) en principio no permite elestablecimiento de una corriente elctrica entre sus terminales puesto que la zona dedepleccin no es conductora.Figura 6: Diodo PN durante la aplicacin de una tensin inferior a la de barreraSin embargo, si se aplica una tensin positiva en el nodo, se generar un campo elctricoque "empujar" los huecos hacia la unin, provocando un estrechamiento de la zona dedepleccin (Figura 7). Sin embargo, mientras sta exista no ser posible la conduccin. 11. Figura 7: Diodo PN bajo la accin de una tensin mayor que la de barreraSi la tensin aplicada supera a la de barrera, desaparece la zona de depleccin y eldispositivo conduce. De forma simplificada e ideal, lo que sucede es lo siguiente (Figura 7): 1. Electrones y huecos se dirigen a la unin. 2. En la unin se recombinan.En resumen, polarizar un diodo PNen directa es aplicar tensin positiva a la zona P ynegativa a la zona N. Un diodo PN conduce en directa porque se inunda de cargas mvilesla zona de depleccin.La tensin aplicada se emplea en: Vencer la barrera de potencial. Mover los portadores de carga.2.3 Polarizacin inversaAl contrario que en el apartado anterior, al aplicar una tensin positiva a la zona N ynegativa a la zona P, se retiran portadores mayoritarios prximos a la unin. Estosportadores son atrados hacia los contactos aumentando la anchura de la zona dedepleccin. Esto hace que la corriente debido a los portadores mayoritarios sea nula (Figura8). 12. Ahora bien, en ambas zonas hay portadores minoritarios. Un diodo polarizado en inversa loest en directa para los minoritarios, que son atrados hacia la unin. El movimiento deestos portadores minoritarios crea una corriente, aunque muy inferior que la obtenida enpolarizacin directa para los mismos niveles de tensin. Figura 8: Diodo PN polarizado en inversaAl aumentar la tensin inversa, llega un momento en que se produce la ruptura de la zonade depleccin, al igual que sucede en un material aislante: el campo elctrico puede ser tanelevado que arranque electrones que forman los enlaces covalentes entre los tomos desilicio, originando un proceso de rotura por avalancha. (Nota: Sin embargo, ello noconlleva necesariamente la destruccin del diodo, mientras la potencia consumida por eldiodo se mantenga en niveles admisibles).2.4 Caracterstica tensin-corrienteLa Figura 9 muestra la caracterstica V-I (tensin-corriente) tpica de un diodo real. 13. Figura 9: Caracterstica V-I de un diodo de unin PN.En la grfica se aprecian claramente diferenciadas las diversas regiones de funcionamientoexplicadas en el apartado anterior: Regin de conduccin en polarizacin directa (PD). o Regin de corte en polarizacin inversa (PI). o Regin de conduccin en polarizacin inversa.Por encima de 0 Voltios, la corriente que circula es muy pequea, hasta que no se alcanzala tensin de barrera (VON). El paso de conduccin a corte no es instantneo: a partir deVON la resistencia que ofrece el componente al paso de la corriente disminuyeprogresivamente, hasta quedar limitada slo por las resistencias internas de las zonas P y N.La intensidad que circula por la unin aumenta rpidamente. En el caso de los diodos desilicio, VON se sita en torno a 0,7 V.Cuando se polariza con tensiones menores de 0 Voltios, la corriente es mucho menor que laque se obtiene para los mismos niveles de tensin que en directa, hasta llegar a la ruptura,en la que de nuevo aumenta.2.5 Diferencias entre el diodo de unin PN y el diodo idealLas principales diferencias entre el comportamiento real y ideal son: 1. La resistencia del diodo en polarizacin directa no es nula. 2. La tensin para la que comienza la conduccin es VON. 14. 1. En polarizacin inversa aparece una pequea corriente. 2. A partir de una tensin en inversa el dispositivo entra en coduccin por avalancha.En la Figura 10 vemos representadas ms claramente estas diferencias entre loscomportamientos del diodo de unin PN e ideal. Figura 10: Diferencias entre el comportamiento del diodo de unin PN y del diodo ideal2.6 Principales caractersticas comercialesA la hora de elegir un diodo para una aplicacin concreta se debe cuidar que presente unascaractersticas apropiadas para dicha aplicacin. Para ello, se debe examinarcuidadosamente la hoja de especificaciones que el fabricante provee. Las caractersticascomerciales ms importantes de los diodos que aparecen en cualquier hoja deespecificaciones son: 1. Corriente mxima en directa, IFmax o IFM (DC forward current): Es la corriente continuamxima que puede atravesar el diodo en directa sin que este sufra ningn dao, puestoque una alta corriente puede provocar un calentamiento por efecto Joule excesivo. Losfabricantes suelen distinguir tres lmites: o Corriente mxima continua (IFM) o Corriente de pico transitoria (Peak forward surge current), en la que se especifica tambin el tiempo que dura el pico o Corriente de pico repetitivo (Recurrent peak forward current), en la que se especifica la frecuencia mxima del pico 1. Tensin de ruptura en polarizacin inversa (Breakdown Voltage, BV; Peak InverseVoltage, PIV): Es la tensin a la que se produce el fenmeno de ruptura poravalancha. 15. 1. Tensin mxima de trabajo en inversa (Maximun Working Inverse Voltage): Es la tensin que el fabricante recomienda no sobrepasar para una operacin en inversa segura.2. Corriente en inversa, IR (Reverse current): Es habitual que se exprese para diferentes valores de la tensin inversa3. Cada de tensin en PD, VF (Forward Voltage): Pese a que se ha sealado anteriormente los 0.7V como valor tpico, en muchas ocasiones los fabricantes aportan datos detallados de esta cada de tensin, mediante la grfica I-V del dispositivo.Adems, es frecuente que los fabricantes suministren datos adicionales a cerca delcomportamiento del dispositivo para otras temperaturas diferentes a la nominal. En elAnejo A.1 de este documento se incluyen unas hojas de datos de diodos a modo deejemplo.3 MODELOS DEL DIODO DE UNION PNA continuacin se van a explicar los diferentes tipos de modelos propuestos para elfuncionamiento de un diodo de unin PN.3.1 Modelos para seales continuasBajo el trmino seales continuas se engloban en este apartado tanto las seales constantesen el tiempo como aquellas que varan con una frecuencia muy baja.3.1.1 Modelo DC del diodo realEl comportamiento del diodo real se corresponde con el indicado por la siguienteexpresin:en donde: n, es el factor de idealidad. El valor n se ubica dentro del rango entre 1 y 2. Depende de las dimensiones del diodo, del material semiconductor, de la magnitud de la corriente directa y del valor de IS. VT, es el potencial trmico del diodo y es funcin de la constante de Boltzmann (K), la carga del electrn (q) y la temperatura absoluta del diodo T(K). La siguiente expresin permite el clculo de VT: 16. cony.El potencial trmico a temperatura ambiente, T=25C, es VT=271mV. R es la resistencia combinada de las zonas P y N, de manera que V-IR es la tensin que se est aplicando en la unin PN, siendo I la intensidad que circula por el componente y V la tensin entre terminales externos. IS, es la corriente inversa de saturacin del diodo. Depende de la estructura, del material, del dopado y fuertemente de la temperatura.La representacin grfica de este modelo se muestra en la Figura 11: Figura 11: Representacin grfica del modelo del diodo real.Como puede apreciarse, este modelo no da cuenta de la tensin de ruptura en inversa.El modelo puede completarse mediante la adicin de nuevos parmetros que incluyanefectos no contemplados en la teora bsica. Por ejemplo, algunos modelos empleados enlos programas simulacin por ordenador constan de hasta quince parmetros. Sin embargo,a la hora de realizar clculos sobre el papel resulta poco prctico. Por ello es habitualrealizar simplificaciones del modelo para obtener soluciones de modo ms simple.3.1.2 Modelo ideal del diodo de unin PN.El modelo ideal del diodo de unin PN se obtiene asumiendo las siguientessimplificaciones: 17. Se toma el factor de idealidad como la unidad, n=1. Se supone que la resistencia interna del diodo es muy pequea y que, por lo tanto, la cada de tensin en las zonas P y N es muy pequea, frente a la cada de tensin en la unin PN.Para V0, la exponencial crece rpidamente por encima de launidad.3.1.3 Modelo lineal por tramosAl igual que el modelo real, el modelo ideal sigue siendo poco prctico, dado su carcter nolineal. El modelo lineal por tramos se obtiene como una aproximacin del modelo ideal deldiodo de unin PN, considerando las siguientes simplificaciones: En inversa, la corriente a travs de la unin es nula. En directa, la cada de tensin en la unin PN (VON) es constante e independiente de la intensidad que circule por el diodo.Para calcular el valor de VON se considera un diodo de unin PN de silicio con una I S= 85fA a una temperatura ambiente de T=25 C. El potencial trmico a esa temperatura esVT=27 mV. Tomando como variable independiente la intensidad I, la ecuacin ideal deldiodo queda:A partir de esta expresin, se puede calcular la cada de tensin en el diodo para lasmagnitudes de corriente habituales en los circuitos electrnicos. Por ejemplo, para unintervalo de corrientes 1 mA < I < 1 A se tienen tensiones 0.6 V 0 Corte I=0VZp/2 como en el caso anterior el diodo entra en corte al intentar descargarse elcondensador por l. Sin embargo, ahora el condensador tiene un camino para descargarse atravs de RL. Mientras el diodo est en corte, la parte derecha del circuito se comportaindependientemente con respecto al generador. Figura 27: Descarga de C a travs de RL.El condensador va perdiendo su carga al poder cerrarse una corriente a travs de RL. Deeste modo, se cumple el objetivo de este diseo: C alimenta a la carga. 31. Volviendo al circuito original. D estar en corte mientras VB sea menor que VA. Por lotanto hay un punto en el que D vuelve a conducir (VB=VA), repitindose a partir de aqutoda la secuencia. Dicho funcionamiento se muestra en la Figura 28.Figura 28: Tensiones en el circuito de la Figura 26.Tal como se aprecia en la figura Figura 28, el rizado obtenido es menor que el del esquemaanterior. Su valor depende de la rapidez con que se descargue C a travs de la resistencia.Como se recordar, cuanto mayor sea el valor de C, mayor ser el tiempo que necesita paradescargarse, y menor el rizado. Como contrapartida, si C es muy grande es posible que notenga tiempo suficiente para cargarse durante el tiempo de conduccin de D.6.3.3 Seleccin de los componentesUna vez finalizado el anlisis del esquema elctrico de la Figura 22, se abordaseguidamente la tarea de la seleccin de los componentes adecuados para una aplicacinconcreta. 32. 6.3.3.1 DiodoA la vista de las grficas de la Figura 28, se pueden calcular las caractersticas comercialesexigibles al diodo del esquema. Corriente mxima en polarizacin directa, IFmax: Mientras est en conduccin y, despreciando su cada de tensin (V(ON)):Tambin se desprecia la corriente que absorbe C para cargarse. Tensin mxima en inversa, PIV: Cuando est en corte, VD=vi-VC. VC es siempre mayor que cero, tal y como se aprecia en la figura, y su valor mximo es VM. En este aspecto es ms exigente el funcionamiento en vaco que en carga, ya que cuandollega a ser -VM, VC sigue siendo VM, y se tiene VD=vi-VC=-VM-VM=-2VM.Los parmetros comerciales del diodo sern, por lo tanto:PIV=2VM6.3.3.2 CondensadorEl valor de la capacidad del condensador se ha de calcular teniendo en cuenta el rizadomximo exigido al aparato. Para la frecuencia de la red elctrica domstica, es posibleemplear la siguiente expresin:en la que: I0: cociente entre la tensin mxima, VM, y la resistencia de carga, RL. tc: tiempo de descarga del condensador. VRIZADO: Diferencia entre la tensin mxima y mnima admisible.La deduccin de esta frmula ha sido discutida ya en el captulo segundo de estos apuntes. 33. 6.4 Rectificador de onda completaEl esquema anterior produce una onda de salida bastante aceptable, cuando el condensadores lo suficientemente grande como para alimentar la carga durante un semicicloaproximadamente. Sin embargo, se desaprovecha medio ciclo de la red, con lo que lapotencia transmitida a la carga se limita. En el siguiente circuito, el puente de diodosconsigue que durante el semiciclo negativo tambin alimente la red a la carga. Figura 29: Rectificador de onda completa.Dado un valor positivo de la tensin de entrada, vi=V>0. El punto A est sometido al mayorpotencial del circuito, V, mientras que D se encuentra a potencial nulo, el menor en eseinstante. Por lo tanto, los puntos B y C se encontrarn a un potencial intermedio entre 0 y Vvoltios. Un circuito que est alimentado entre 0 y 10V, por ejemplo, no tiene sentido quehaya un punto del mismo que tenga un potencial mayor que 10V con respecto a lareferencia, ya que la tensin slo puede disminuir entre los nodos de los componentes delcircuito (esto es vlido slo para el rgimen permanente).Suponiendo que hay una corriente intentando circular. Como VA es mayor que VC el diodoD2 esta en condiciones de conducir, mientras que D1 est en corte. La corriente circular de a C. D4 est en corte, puesto que VDC=VD-VC