ml831 analisis y diseÑo de circuitos electrÓnicos. clase 1: diodo de union - 2010 uni fim

8/9/2019 ML831 ANALISIS Y DISEO DE CIRCUITOS ELECTRNICOS. Clase 1: Diodo de Union - 2010 UNI FIM

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La unin PN en equilibrioNP

Indif

IpdesIpdifIndes

300 K0 K

V0VE

A temperatura ambiente, loshuecos de la zona p pasan pordifusin hacia la zona ny los e-

de la zona n pasan a la zona p.

En la zona de la unin, huecos y

e- se recombinan, quedando unaestrecha zona de transicincon una distribucin de cargadebida a la presencia de losiones de las impurezas y a laausencia de huecos y e-.

Se crea, entonces un campoelctrico que producecorrientes de desplazamiento,que equilibran a las dedifusin.Xp Xn


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La unin PN en equilibrio

VqND

-qNA

-0

+

pp0}NA nn0}ND

np0 pn0

Distribucin de las concentracionesde portadores de carga

Distribucin de carga

Xp Xn

Campo elctrico en el diodo

EXp Xn

Diferencia de potencial

V0V

Xp Xn


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La unin PN en equilibrio

0p

0nT

0n

0pTxpxn0

n

nlnV

p

plnVVVV !!!

2

i

DATpxn0

n

NNlnVVVV !!

Sustituyendo los valores de las concentraciones de impurezas:

V0 se llama Potencial de contactoPotencial de contacto y representa la diferencia depotencial entre los extremos de la zona de transicin con la unin encircuito abierto y en equilibrio.

V0 = 0.7 V para diodos de Si y V0 = 0.3 V para diodos de Ge, a 20 C

VT = 0.026 V a 300 K


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Polarizacin del diodo

Polarizacin directa

VDI

VE

VD crea un campo elctrico opuesto al de la unin, disminuye el Etotal en la unin

y la barrera de potencial: V=V0-VD, y aumenta la corriente de mayoritarios por

difusin.

V0

V0 - VD


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Polarizacin inversa

VI I0


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Estudio de la curva

caracterstica

! 1

0

TnV

V

eII

eT q

kTV !

= coeficiente de emisin

Ge : 1

Si: 2


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Curvacaracterstica

VT(300 K) = 25.85 mV

k (Constante de Boltzmann) = 1.3810-23 JK-1

-0 05

0 05

0 15

V (V)

I(mA

Io

I0:Corrienteinversadesaturacin

0,4 0,6 0,80,2

I0 QA


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Resistencia dinmica del diodoTeniendo en cuenta esta aproximacin, la relacin entre losincrementos de tensin y de corriente pueden relacionarse tal y comose indica:

Obviamente, esta aproximacin ser tanto ms cierta cuanto menoressean los valores de VD e ID.A la derivada de la tensin con respecto ala corriente en el punto de operacin se le llama resistencia dinmicadel diodo rd, y su expresin puede determinarse a partir del modeloexponencial del diodo, teniendo en cuenta que si VDQ es mayor que VTpuede despreciarse la unidad frente al trmino exponencial:


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Esta aproximacin slo es vlida en la regin deconduccin en polarizacin directa del diodo.


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Diodo Zener

El diodo Zener funciona enpolarizacin inversa utilizando

el fenmeno de conduccin porruptura o avalancha.

Para una tensin inversa dada,llamada tensin Zener, sta semantiene constante aunque lacorriente vare.

En polarizacin directafunciona como un diodonormal.

Tensin Zener

Vz

V

I


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Se debe a una fuerte generacin de portadores en lazona de transicin debido a estas dos causas:

Multiplicacin por avalancha Ruptura Zener

Regin Zener

En la prctica, ambos fenmenos se confunden. Se habla

de zona zener y de tensin zener y de zona deavalancha y de tensin de avalancha.


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zona de transicin

P ligeramente dopado N altamente dopado

Se produce con tensiones inversas mayores de 5 V. El campo elctrico aceleralos portadores minoritariosportadores minoritarios que atraviesan la zona de transicin con la energacintica suficiente para romper enlaces covalentes generando ms portadores. Siel campo es suficientemente intenso, los nuevos portadores vuelven a chocar ygenerar ms portadores. Se produce una reaccin en cadena que generamuchsimos portadores. El dopado controla el fenmeno de avalancha: cuanto

ms dbil es, a mayor tensin se produce.

avalancha de electrones

Portadorminoritario

Multiplicacin por avalancha


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Para tensiones por debajo de 5 V. El campo elctrico es suficientementeintenso como para romper directamente enlaces.Ambos dopados deben sermuy intensos (}1024 tomos/m3 ).

Ruptura Zener

zona de transicin

P altamente dopado N altamente dopado


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Vz

R

V0 Vs

Vz

Modelo del diodo Zener

V

I

R

V0 Vs< Vz

No conduce

Vs< Vz

Vz

R

V0 Vs= Vz

Vs= VzConduce


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Diodo Zener: aplicaciones

Vz=5V

R=1k;

V0 = 6V I

Las tensiones Vz} [3 - 20V]

Ak

56VVI z0

!

!

!

P = VzI = 5V A = 5 W

Vs Vs = VZ=5V

t

V

t

V Vs = Vz

Regulador detensin

Atenuador derizado

VzV0Vs

Vrizada


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En cualquier unin p-n polarizada demodo directo existe en la zona deunin una recombinacin de huecos yelectrones.En los diodos de silicio y germanio laenerga emitida en la recombinacines mayoritariamente en forma decalor.En los de GaAsP y GaP es, de modosignificativo, en forma de luz visible:electroluminiscencia.

Diodos emisores de luz (LED)

P N

BANDADE CONDUCCIN

FOTN

BANDADE VALENCIA


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Color de la luz emitida por LED

GaAs dopado con Zn

GaP dopado con N

GaP dopado con Zn

SiC, ZnSe

GaAs0.6P0.4

GaAs0.35P0.65

GaAs0.15P0.85

IR

V (V)

I

1 2 3


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CAPITULO 2

CIRCUITOSCON DIODOS


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Aproximaciones o modelos del diodo

En el modelo del diodo ideal seequipara ste a un cortocircuito o a

un circuito abierto, segn cmoest conectado.

R

I II

1 aproximacin: diodo ideal

R

V

I


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Aproximacin lineal (2)

Se considera que el diodo conduce sinresistencia por encima de la tensin umbral, yno conduce por debajo de la misma. Estoequivale a considerar un diodo como uninterruptor o un diodo ideal en serie con un

receptor.VU= 0.3 V para el diodo de Ge

VU= 0.7 V para el de Si.

mA3.51

7.060 !

!

!kR

VVI

U

VU V

I

R=1k;

V0 = 6V

I VU=0.7 V

R=1k;

I

V0 = 6V


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Aproximacin lineal (3)La 3 aproximacin esun diodo ideal con unaresistencia en serie yuna fuente de tensin.

R=1k;

V0 = 6V I Rd= 500 ;VU=0.7 V

mA5.35001000

7.060 !

!

!

R

VVI

U

R=1k;

V0 = 6V I

-0,05

0,05

0,15

V (V)

I(mA

)

Io0,4 0,6 0,80,2 Vu

V = Vu + IRd

(V

(I

Rd= (V/(I


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ID

VD

Diodo ideal(1 aproximacin)

Tres modelos de diodo

ID

VD

RDRDVU

VU

Modelo lineal(3 aproximacin)

VU

ID

VDVU

Modelo simplificado(2 aproximacin)


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Influencia de latemperatura

- .

.

.2

- -2 V (mV)

I

(mA)

KK

2 K

- .

.

.2

- -2 V (mV)

I

(mA)

KK

2 K

TqkTV

!

kTE

30

g

eCTI

!Eg:Anchura de la banda prohibida en J y 300 K.k: Constante de Boltzmann.C: Coeficiente caracterstico de cada semiconductor.

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