TEMA 4: DIODOS DE UNIÓN PN

Tecnología (4º ESO)
Lourdes del Rey Sánchez
TEMA 4: DIODOS DE UNIÓN PN
1. DEFINICIÓN
Los diodos son componentes electrónicos formados por la unión de dos
materiales semiconductores de tipo P y de tipo N. Permiten el paso de la
corriente en un sentido y se oponen al paso de la corriente en el otro sentido.
Su representación gráfica o símbolo eléctrico, con el criterio de signos de sus
variables eléctricas, es el siguiente:
ID
+ VD A: Ánodo (borne positivo)
K: Cátodo (borne negativo)
ID: Corriente del diodo (A) (Es positiva en el sentido que se indica en el dibujo)
VD: Tensión del diodo (V) (Es positiva en el sentido que se indica en el dibujo)
Los diodos de unión PN comerciales (los que se compran en las tiendas de
componentes) son como se muestra en la figura siguiente:
La relación entre los diodos reales y su símbolo eléctrico:
2. CURVA CARACTERÍSTICA
Es la representación de la corriente del diodo frente a su tensión. La curva
característica de los diodos es la siguiente:
ID
VD
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3. PARÁMETROS CARACTERÍSTICOS
Los diodos suelen venir definidos por dos parámetros característicos:

Tensión Umbral (Vγ): Es la mínima tensión que hay que aplicar al diodo
para que el diodo empiece a dejar pasar corriente. Si la tensión del
diodo es mayor que esta tensión significa que el diodo permite el paso de
la corriente. Si la tensión del diodo es menor que dicha tensión significa
que el diodo no deja pasar corriente y que la corriente que pasa por él es
nula. Se mide como las tensiones en voltios (V) y sus valores oscilan
entre 0.6V y 0.8V.

Potencia máxima (Pmáx): Es la potencia máxima que puede soportar un
diodo. La potencia del diodo (PD = VD ID) que se calcula como todas las
potencias, es decir como el producto de la tensión del diodo por su
corriente, NUNCA puede ser mayor que la potencia máxima. Si
superamos esta potencia el diodo se estropearía (lo quemaríamos)
4. REGIONES DE FUNCIONAMIENTO
Hay dos regiones de funcionamiento:

POLARIZACIÓN DIRECTA: Se polariza directamente cuando aplico una
tensión (V) al diodo superior a la tensión umbral (Vγ). En este caso el
diodo conduce (D ON). La corriente del diodo ID es positiva.
ID
+ VD -
VD > Vγ
V

POLARIZACIÓN INVERSA O INDIRECTA: Se polariza inversamente
cuando aplico al diodo una tensión (V) inferior a la tensión umbral (Vγ).
Como la tensión umbral es tan pequeña, la tensión que aplico inferior a la
tensión umbral, suele ser negativa. Por eso se suele decir la tensión
aplicada al diodo es una tensión negativa. En este caso el diodo no
conduce (D OFF). La corriente del diodo ID es nula.
ID
+ VD -
V
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VD < Vγ
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5. MODELOS DE DIODOS BIPOLARES y RESOLUCIÓN DE
PROBLEMAS
Cuando se tienen diodos en un circuito su resolución no es igual a las que se ha
visto hasta ahora. NO SE USAN SÓLO FÓRMULAS. HAY QUE HACER
SUPOSICIONES O HIPÓTESIS. En principio no se sabe si un diodo va a
funcionar con polarización directa (D ON) o inversa (D OFF) y por eso se parte
de una hipótesis y se tendrá que comprobar si esa hipótesis es correcta. Si la
hipótesis es correcta el problema está acabado. Si no es correcta se tendrá
que hacer otra.
Para resolver los problemas con diodos se usan modelos de diodos que se
aproximan al diodo real y que para la resolución de nuestros problemas sirven.
Este curso se va a ver dos tipos de aproximaciones de diodos. La filosofía de
resolución de circuitos con diodos es la misma para ambas.
a. DIODO IDEAL (1ª aproximación): Son los diodos que tienen la
siguiente curva característica como aproximación a la real y su
tensión umbral (Vγ) es CERO.
La recta vertical nos indica que el diodo para cualquier valor de la
corriente tiene un valor de tensión igual a la tensión umbral, que en el
caso de diodo ideal es valor nulo. Cuando la corriente es positiva
como ocurre en esta rama significa que el diodo está polarizado
directamente y que conduce (D ON).
La recta horizontal nos indica que para cualquier valor de tensión del
diodo negativa (en realidad menor que la tensión umbral que es cero),
la corriente en el diodo va a ser cero. Esto significa que por el diodo
no va a pasar corriente y que por eso su corriente es cero. En este
caso estaría polarizado inversamente y el diodo no conduce (D OFF)
Si tenemos un circuito con un diodo y nos dicen que ese diodo es
ideal, para resolver dicho circuito se empieza con una de las dos
suposiciones siguientes.
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HIPÓTESIS: Se supone que el diodo está polarizado
directamente (D ON). En este caso se aproxima a una pila de
valor la tensión umbral (Vγ). Como la tensión umbral es nula, la
equivalencia del diodo en realidad es un circuito cerrado o
CORTOCIRCUITO.
Se dibuja de nuevo mi circuito y donde estaba mi diodo se dibuja
un circuito cerrado y se señalan las magnitudes eléctricas del
diodo (corriente ID y tensión VD)
COMPROBACIÓN: En el circuito que he dibujado sustituyendo el
diodo por un circuito cerrado, se calcula la corriente del diodo ID
y se comprueba que sea mayor que cero (ID >0). Si la corriente del
diodo es mayor que cero la hipótesis es correcta y mi diodo
estaría polarizado directamente. Si la corriente del diodo no es
mayor que cero hago la siguiente hipótesis.
HIPÓTESIS: Se supone que el diodo está polarizado
inversamente (D OFF). En este caso el diodo se aproxima a un
CIRCUITO ABIERTO.
Se dibuja de nuevo mi circuito y donde estaba mi diodo se dibuja
un circuito abierto y se señalan las magnitudes eléctricas del
diodo (corriente ID y tensión VD)
COMPROBACIÓN: En el circuito que he dibujado sustituyendo el
diodo por un circuito abierto, se calcula la tensión del diodo VD y
se comprueba que sea menor que tensión umbral (VD<Vγ), que es
cero por ser un diodo ideal (VD<0). Si la tensión del diodo es
menor que la tensión umbral la hipótesis es correcta y mi diodo
estaría polarizado inversamente. Si la tensión del diodo no es
menor que la tensión umbral hago la anterior hipótesis.
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EJEMPLO DE CIRCUITO CON DIODO IDEAL:
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b. DIODO MÁS REAL (2ª aproximación): Son los diodos que
tienen la siguiente curva característica (curva de la derecha) como
aproximación a la real (curva de la izquierda):
La tensión umbral (Vγ) es un valor comprendido entre 0.6V y
0.8V.
La recta vertical nos indica que el diodo para cualquier valor de la
corriente tiene un valor de tensión igual a la tensión umbral. El
elemento que tiene una tensión constante es la pila. Por eso cuando
suponemos que el diodo conduce (D ON) lo sustituimos por una pila
como elemento equivalente. Cuando la corriente es positiva como
ocurre en esta rama significa que el diodo está polarizado
directamente y que conduce (D ON). En este caso la tensión del
diodo es igual al valor de la tensión umbral que nos den como dato.
La recta horizontal nos indica que para cualquier valor de tensión del
diodo inferior a la tensión umbral, la corriente en el diodo va a ser
cero. Esto significa que por el diodo no va a pasar corriente y que por
eso su corriente es cero. La manera que tenemos de simular que por
el diodo no circula corriente es sustituyéndolo por un circuito abierto
cuando suponemos que no conduce (D OFF). En este caso estaría
polarizado inversamente.
Si tenemos un circuito con un diodo cuya tensión umbral es un valor
comprendido entre 0.6V y 0.8V, nos están diciendo que es un diodo
cuya curva característica se puede aproximar como la que hemos
dibujado en este caso. Para resolver dicho circuito se empieza con
una de las dos suposiciones siguientes.
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HIPÓTESIS: Se supone que el diodo está polarizado
directamente (D ON). En este caso se aproxima a una PILA de
valor la tensión umbral (Vγ).
Se dibuja de nuevo mi circuito y donde estaba mi diodo se dibuja
una pila y se señalan las magnitudes eléctricas del diodo
(corriente ID y tensión VD)
COMPROBACIÓN: En el circuito que he dibujado sustituyendo el
diodo por una pila, se calcula la corriente del diodo ID y se
comprueba que sea mayor que cero (ID >0). Si la corriente del
diodo es mayor que cero la hipótesis es correcta y mi diodo
estaría polarizado directamente. Si la corriente del diodo no es
mayor que cero hago la siguiente hipótesis.
HIPÓTESIS: Se supone que el diodo está polarizado
inversamente (D OFF). En este caso el diodo se aproxima a un
CIRCUITO ABIERTO. (Igual que en la anterior suposición)
Se dibuja de nuevo mi circuito y donde estaba mi diodo se dibuja
un circuito abierto y se señalan las magnitudes eléctricas del
diodo (corriente ID y tensión VD)
COMPROBACIÓN: En el circuito que he dibujado sustituyendo el
diodo por un circuito abierto, se calcula la tensión del diodo VD y
se comprueba que sea menor que tensión umbral (VD<Vγ). Si la
tensión del diodo es menor que la tensión umbral la hipótesis es
correcta y mi diodo estaría polarizado inversamente. Si la tensión
del diodo no es menor que la tensión umbral hago la anterior
hipótesis.
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EJEMPLO DE CIRCUITO CON DIODO CON UNA TENSIÓN UMBRAL DE
0.7V:
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6. APLICACIONES
Las dos aplicaciones más conocidas de los diodos son:
 Controlar el sentido de la corriente.
 Rectificar las ondas de corriente alterna.
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