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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• 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
Análisis mediante recta de carga
R
VD
VR
+++
E
ID
E – VD – VR = 0
E = VD + VR
Para trazar la recta de carga se elige VD = 0 para definir un ùnto de la recta e ID = 0 para el otro punto.
En el primer caso ID = E/R
En el segundo VD = E
El punto de operación Q es la intersección de la recta de carga y la curva VI del diodo.
Ejemplo
Modelo simplificado
Diodo ideal
El diodo ideal
vD = 0 cuando iD 0
iD = 0 cuando vD 0
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.
Ejemplo:
Otros modelos de diodos
Modelo con tensión de codo
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 vD = VD .
rf – resistencia directa
Diodo zener
Modelos de diodo zener
Tarea de recta de carga
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
5
10
15
20
25
30
ID (mA)
VD (V)
a. Utilizando las características de la figura determine ID, VD y VR para el circuito de la figura.
b. Repita utilizando el modelo aproximado e ideal para el diodo
.33 k
VD
VR
+
+
8V
ID
Si
0.7
Rectificador de media onda
Modelo con tensión de codo
Rectificador de media onda
El rectificador de media onda convierte una tensión alterna en continua pulsante. Si el diodo es ideal
vo = vi cuando vi 0
vo = 0 cuando vi < 0
El valor medio o componente de continua se calcula con:
M
T T
ToMdc
VdttdtsenV
TV
2
0 20
1
donde T es el periodo y o = 2 f = 2 /T.
ContinuaciónEl diodo conduce solo para vi > 0.7V. Es decir, un t1 a un t2 que
son solución de la ecuación
Mo Vsent
7.01 1
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.
Cargador de bateríasLa siguiente figura muestra un cargador de baterías simple. El diodo conduce para vi VBB, en ese caso la corriente es
i = (vi – VBB)/R
el diodo conduce para = radianes. La corriente de DC está dada por
Rectificador de onda completa
El PIV (voltaje máximo de ruptura inversa) debe ser
PIV > Vm
Rectificador de onda completa con WorkBench
Rectificador con dos diodos
Voltaje máximo de ruptura
De la figura puede verse que el PIV (voltaje máximo de ruptura inversa) debe ser
PIV > 2Vm
Rectificador con dos diodos con WorkBench
Puente con 2 diodos
Se sustituyen dos de los diodos por resistencias.
El voltaje máximo se reduce a la mitad.
V0 = Vm/2
+
+ V0
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 vs > 1 V
En realidad conducirá cuando la entrada tenga 1.7 para Si y 1.3 para Ge.
vo
+
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.
V0max = Vsmax – 4 – 0.7
Invirtiendo la fuente se obtiene la figura 2
Figura 1. Figura 2.
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 vs > 1 V
En realidad conducirá cuando la entrada tenga 1.7 para Si y 1.3 para Ge.
vo
+
Resumen
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.
vi v0
Con vi > 0, el diodo conduce, y se comporta como un corto, por tanto el voltaje en R es 0.
Con vi < 0, el diodo no conduce, y se comporta como un circuito abierto, por tanto el voltaje en R es:
– V – V – v0 = 0
v0 = – 2V
Circuito limitador
Limitador con fuente
Limitador de dos niveles
Transferencia de un circuito limitador
Modelo del transformador
Capacitancia de difusión 12 TD Vv
d
pip e
N
LAqnQ
12 TD Vv
a
nin e
NL
AqnQ
1 TD Vvnpd eKQQQ
Capacitancia de deplexión
mjD
jdep
Vv
CC
0
0
1
La capacitancia de deplexión está dada por:
Donde Cj0 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.
Modelo dinámico del diodo
La corriente del diodo esta dada por: 22n
nn
p
ppD L
DQ
L
DQi
Dado que:n
nn
p
pp D
Ly
D
L 22
Entoncesn
n
p
pD
QQi
Para un diodo con Na >> Nd
p
pD
Qi
continuaciónEn el caso dinámico la corriente también proviene de la carga de difusión y de deplexión, entonces:
dt
dQ
dt
dQQi depp
p
pD
Esto se puede modelar mediante la red de la figura.
Conmutación dinámicaConsidere el circuito de la figura al que se le aplica la señal mostrada.
sVV
sp
IeIQ
i TNN 10
R
VVi NNDD 0
R
Vi DDD
7.0
Transitorios