Tema 2.- Teoría del Diodo

Tema 2
TEORÍA DEL DIODO.
1.2.-
Unión p-n. Diodo sin polarizar
Polarización del diodo.
2.1.- Polarización inversa.
2.2.- Polarización directa.
3.4.5.-
Curva característica del diodo.
El diodo como elemento de un circuito.
Aproximaciones del diodo.
5.1.5.2.5.3.5.4.-
6.7.1
Primera aproximación.
Segunda aproximación.
Tercera aproximación.
Cuarta aproximación. Diodo ideal
Capacidades y tiempo de conmutación en el diodo.
Diodos LED y diodos Zener.
1.- Unión p-n. Diodo sin polarizar
Proceso de difusión de portadores debido
a las diferencias de concentraciones
Huecos
Electrones
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Tema 2.- Teoría del Diodo
1.- Unión p-n. Diodo sin polarizar
Al poner en contacto una zona p con una
zona n, aparece en las proximidades de la
unión una zona en la que no existen cargas
libres. Es la zona de carga espacial
En la zona de carga aparece
un campo eléctrico que se
opone al movimiento por
difusión de h+ y e-
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Tema 2.- Teoría del Diodo
2.- Polarización del diodo.
2.1.- Polarización inversa.
La polarización inversa aplicada aleja a
los portadores de la unión
r
Fp
r
E
+
-
r
Fn
La zona de carga espacial aumenta hasta
que la tensión interna que aparece se
iguale a la externa aplicada
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Tema 2.- Teoría del Diodo
2.- Polarización del diodo.
2.1.- Polarización inversa.
La zce penetra más en las
zonas menos dopadas
Hay una pequeña corriente debida
a los portadores minoritarios
Perfiles de minoritarios en inversa
Corriente inversa de saturación
Corriente de fugas
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Tema 2.- Teoría del Diodo
2.- Polarización del diodo.
2.2.- Polarización directa.
La zce es má estrecha que la que
teníamos con la unión sin polarizar
r
E ext
Campo eléctrico
debido a la polarización
r ext
aplicada
+
Fn
Campo eléctrico
existente en la zce.
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r int
Fp
r ext
Fp
-
r
E int
+
-
r int
Fp
r ext
Fn
+
r ext
Fp
-
r int
Fn
r int
Fn
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2.- Polarización del diodo.
2.2.- Polarización directa.
Cuando V > Vγ ; Eext > Eint ⇒ habrá circulación de corriente
Para que por un diodo circule
corriente, no basta con polarizarlo
en directa. La tensión aplicada debe
superar la tensión umbral
Perfiles de minoritarios en directa
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3.- Curva Característica del diodo.
Ecuación de Shockley
⎡
⎤
q ⋅ VD
− 1⎥
I D = IS ⎢exp
η⋅ K ⋅T ⎦
⎣
ID
p
n
Ánodo
Cátodo
VD
ID = Corriente que atraviesa el diodo
VD = Caída de tensión en el diodo
q = Carga del electrón = 1,6 E-19 C
K = Cte. de Boltzman = 8,62 E-5 eV/K
T = Temperatura en Kelvin
(Ge) η = 1 en toda la curva
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η = 2 valores bajos de tensión
(Si) η = 1 zona de ascenso rápido
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4.- El diodo como elemento de un circuito.
vi = vo + v
vo = RL · i
⎛
⎞⎫
v
− 1⎟ ⎪
i = IS ⎜ exp
ηVT
⎝
⎠⎬
⎪
vi = R L ⋅ i + v
⎭
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5.- Aproximaciones del diodo.
5.1.- Primera aproximación.
Diodo en inversa (VD ≤ 0)
Diodo en conducción (VD ≥ Vγ)
Diodo en corte (0≤ VD ≤ Vγ)
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5.- Aproximaciones del diodo.
5.2.- Segunda aproximación.
Diodo en corte (VD ≤ Vγ)
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Diodo en conducción (VD≥ Vγ)
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5.- Aproximaciones del diodo.
5.3.- Tercera aproximación.
Diodo en corte (VD ≤ Vγ)
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Diodo en conducción (VD≥ Vγ)
Tema 2.- Teoría del Diodo
5.- Aproximaciones del diodo.
5.4.- Cuarta aproximación. Diodo Ideal
Diodo en corte (VD ≤ 0)
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Diodo en conducción (VD≥ 0)
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6.- Capacidades y tiempos de conmutación.
Modelos de pequeña señal
Diodo en directa
Diodo en inversa
rd = resistencia incremental o dinámica en directa.
rr = resistencia incremental o dinámica en inversa.
CD = capacidad de difusión
CT = capacidad de transición o de unión.
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6.- Capacidades y tiempos de conmutación.
6.1.- Capacidad de transición o de unión.
CT =
d Q
d V
CT =
ε⋅A
W
6.2.- Capacidad de difusión.
CD =
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τ I
η VT
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6.- Capacidades y tiempos de conmutación.
6.3.- Tiempo de conmutación del diodo.
tiempo
de transición
tiempo
de almacenamiento
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7.- Diodos led y diodos zener.
LED = Light Emitter Diode
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7.- Diodos led y diodos zener.
VZ = Vr + R r ⋅ I Z
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VZ = Vr
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Característica directa.
Tema 2.- Teoría del Diodo
Característica inversa.
R=
V
800
=
= 5 333 MΩ
I (0,2 − 0,05) ⋅ 10−6
R=
V
995
=
= 5 527 MΩ
I (0,2 − 0,02) ⋅ 10−6
R=
V
1000
=
= 5 236 MΩ
I (0,2 − 0,01) ⋅ 10−6
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