DIODO DE UNIÓN P‐N

DIODO
DE
UNIÓN
P‐N
TECNOLOGÍA
ELECTRÓNICA
(2009/2010)
BRÉGAINS, JULIO
IGLESIA, DANIEL
LAMAS, JOSÉ
DEPARTAMENTO DE ELECTRÓNICA Y SISTEMAS
TE
(09/10).
TEMA
2:
DIODO
DE
UNIÓN
PN.
BRÉGAINS,
IGLESIA,
LAMAS
‐
UDC_____
SÍMBOLO
Y
ESTRUCTURAS
DEL
DIODO
PN
TE
(09/10).
TEMA
2:
DIODO
DE
UNIÓN
PN.
2
DE
30
BRÉGAINS,
IGLESIA,
LAMAS
‐
UDC_____
CIRCUITO
ABIERTO
  UNIÓN
P‐N
EN
CIRCUITO
ABIERTO.
Potencial
de
contacto:
Potencial
en
la
unión:
Átomo
de
impureza
donadora
(valencia
V)
con
un
electrón
sin
cabida
en
un
enlace.
Log.
concentración
ppo≈
NA
npo≈
ni2/NA
nno≈
ND
Átomo
de
impureza
aceptora
(valencia
III)
con
un
hueco
sin
electrón
de
enlace.
Átomo
de
impureza
donadora
que
ha
perdido
un
electrón.
Se
ha
transformado
en
ión
posiIvo.
pno≈
ni2/ND
x
TE
(09/10).
TEMA
2:
DIODO
DE
UNIÓN
PN.
VJ=
Vo=
Vp+Vn
3
DE
30
Átomo
de
impureza
aceptora
que
ha
ganado
un
electrón.
Se
ha
transformado
en
un
ión
negaIvo.
BRÉGAINS,
IGLESIA,
LAMAS
‐
UDC_____
POLARIZACIÓN
DIRECTA
  UNIÓN
P‐N
POLARIZADA
DIRECTAMENTE
Vo=
Vp
+
Vn
V
=
Vp
‐
VJ +
Vn=
Vo‐
VJ
⇒
VJ
=
Vo
‐
V
TE
(09/10).
TEMA
2:
DIODO
DE
UNIÓN
PN.
4
DE
30
BRÉGAINS,
IGLESIA,
LAMAS
‐
UDC_____
POLARIZACIÓN
INVERSA
  UNIÓN
P‐N
POLARIZADA
INVERSAMENTE
Vo=
Vp
+
Vn
Corriente
inversa
de
saturación:
V
=
‐
Vn
+
VJ
‐
Vp
=
VJ
‐
Vo
⇒
VJ
=
Vo
+
V
TE
(09/10).
TEMA
2:
DIODO
DE
UNIÓN
PN.
5
DE
30
BRÉGAINS,
IGLESIA,
LAMAS
‐
UDC_____
RELACIÓN
ENTRE
V
E
I
 
RELACIÓN
ENTRE
V
E
I
EN
UN
DIODO.
CURVA
TEÓRICA
I
V
η=
1
Germanio
η=
2
Silicio
VT=
kT/q
=
T/11600,
para
T
=
300
ºK
⇒
VT≈
26
mV
(Voltaje
térmico)
k
=
1,38
×
10‐23
J/ºK
(Constante
de
Boltzmann)
Para
V
»
VT
⇒
Para
V
«
‐VT
⇒
TE
(09/10).
TEMA
2:
DIODO
DE
UNIÓN
PN.
6
DE
30
BRÉGAINS,
IGLESIA,
LAMAS
‐
UDC_____
IMÁGENES
DE
DIVERSOS
DIODOS
PN
TE
(09/10).
TEMA
2:
DIODO
DE
UNIÓN
PN.
7
DE
30
BRÉGAINS,
IGLESIA,
LAMAS
‐
UDC_____
RELACIÓN
ENTRE
V
E
I
 
RELACIÓN
ENTRE
V
E
I
EN
UN
DIODO.
CURVA
PRÁCTICA.
I
I
(mA)
T1
100
T2
T3
80
‐Vz
Vγ
V
60
40
20
0
0,4
0,6
0,8
V
(Volt)
T1
>
T2
>
T3
Vγ
=
0,2
V
(Ge)
Vγ
=
0,6
V
(Si)
Vγ
=
0,3
V
(Scho^ky)
Vγ
=
1,2
V
AsGa
(LED)
TE
(09/10).
TEMA
2:
DIODO
DE
UNIÓN
PN.
Coeficiente
de
temperatura
TC
=
(V1‐V0)/(T1
‐
T0)
TC
=
‐
2,5
mV/ºC
(Ge)
TC
=
‐
2,0
mV/ºC
(Si)
TC
=
‐
1,5
mV/ºC
Scho^ky
8
DE
30
BRÉGAINS,
IGLESIA,
LAMAS
‐
UDC_____
RESISTENCIAS
DE
UN
DIODO
 
RESISTENCIA
ESTÁTICA
I
Q
IQ
VP
P
TE
(09/10).
TEMA
2:
DIODO
DE
UNIÓN
PN.
IP
VQ
V
9
DE
30
BRÉGAINS,
IGLESIA,
LAMAS
‐
UDC_____
RESISTENCIAS
DE
UN
DIODO
 
RESISTENCIA
DINÁMICA
I
Q
IQ
VP
P
IP
VQ
V
TE
(09/10).
TEMA
2:
DIODO
DE
UNIÓN
PN.
10
DE
30
BRÉGAINS,
IGLESIA,
LAMAS
‐
UDC_____
DIODO
ZÉNER
 
CURVA
I‐V
Y
SÍMBOLOS
I
‐V
Z
‐IZmín
V
‐IZmáx
I
Z
 
MECANISMO
DE
RUPTURA
  MulIplicación
por
avalancha
  Ruptura
Zéner
TE
(09/10).
TEMA
2:
DIODO
DE
UNIÓN
PN.
11
DE
30
BRÉGAINS,
IGLESIA,
LAMAS
‐
UDC_____
DIODOS
ZÉNER
  MECANISMOS
DE
RUPTURA
  MulTplicación
por
avalancha
TE
(09/10).
TEMA
2:
DIODO
DE
UNIÓN
PN.
12
DE
30
BRÉGAINS,
IGLESIA,
LAMAS
‐
UDC_____
DIODOS
ZÉNER
  MECANISMOS
DE
RUPTURA
  Ruptura
Zéner
TE
(09/10).
TEMA
2:
DIODO
DE
UNIÓN
PN.
13
DE
30
BRÉGAINS,
IGLESIA,
LAMAS
‐
UDC_____
EJERCICIOS
  EJEMPLO
1
Un
diodo
de
silicio
Iene
una
corriente
inversa
de
saturación
Io
a
300K
de
10
μA.
Calcular:
a.‐
Valor
de
I
con
una
polarización
directa
de
0,6V
b.‐
Valor
de
I
con
una
polarización
inversa
de
1V
c.‐
Resistencia
estáIca
en
ambos
casos
Calcular,
a
50ºC
de
temperatura:
d.‐
Valor
de
I
con
una
polarización
directa
de
0,6V.
e.‐
Valor
de
I
con
una
polarización
inversa
de
1V.
f.‐
Resistencia
estáIca
en
ambos
casos.
TE
(09/10).
TEMA
2:
DIODO
DE
UNIÓN
PN.
14
DE
30
BRÉGAINS,
IGLESIA,
LAMAS
‐
UDC_____
EJERCICIOS
  EJEMPLO
2
Un
diodo
de
silicio
Iene
una
Io
=
22nA
a
una
temperatura
ambiente
de
25ºC.
Calcular:
a.‐
I
con
una
polarización
directa
de
1V.
b.‐
Valor
de
Rf
con
esa
polarización
c.‐
Rr
con
una
polarización
inversa
de
0,1V
TE
(09/10).
TEMA
2:
DIODO
DE
UNIÓN
PN.
15
DE
30
BRÉGAINS,
IGLESIA,
LAMAS
‐
UDC_____
EJERCICIOS
  EJEMPLO
3
Un
diodo
de
unión
PN
de
silicio
a
T
ambiente
Iene
una
Io
de
10nA.
Calcular
a.‐
Intensidad
con
polarización
directa
de
0,5V
b.‐
Intensidad
con
polarización
inversa
de
0,5V
c.‐
Valor
de
la
tensión
inversa
para
la
cual
la
intensidad
es
del
95%
de
Io
d.‐
Rf
para
una
polarización
directa
de
0,7V
e.‐
RF
para
el
mismo
caso
f.‐
Rr
para
una
polarización
inversa
de
1V
g.‐
RR
para
el
mismo
caso
TE
(09/10).
TEMA
2:
DIODO
DE
UNIÓN
PN.
16
DE
30
BRÉGAINS,
IGLESIA,
LAMAS
‐
UDC_____
EJERCICIOS
  EJEMPLO
4
Un
diodo
de
silicio
Iene
una
corriente
inversa
de
saturación
Io
a
125ºC
de
0,1µA.
Hallar
a
105ºC
la
resistencia
dinámica
con
polarización
de
0,8V:
a.‐
En
senIdo
directo.
(12,165
Ω)
b.‐
En
senIdo
inverso.
(559
G
Ω)
TE
(09/10).
TEMA
2:
DIODO
DE
UNIÓN
PN.
17
DE
30
BRÉGAINS,
IGLESIA,
LAMAS
‐
UDC_____
EJERCICIOS
  EJEMPLO
5
En
el
circuito
de
la
figura
si
D1
Iene
una
Io1
=
2µA
y
una
Vz1
=
60V
y
D2
una
Io2
=
4µA,
y
una
Vz2
=
80V,
calcular:
a.‐
Valor
de
I
si
V
=
60V
b.‐
Valor
de
I
si
V
=
90V
c.‐
Valor
de
la
tensión
en
cada
diodo
si
V
=
100V
Se
coloca
en
paralelo
con
cada
diodo
una
resistencia
de
5
MΩ
d.‐
Valor
de
la
tensión
en
cada
diodo
en
este
caso
con
V
=
100V
TE
(09/10).
TEMA
2:
DIODO
DE
UNIÓN
PN.
18
DE
30
BRÉGAINS,
IGLESIA,
LAMAS
‐
UDC_____
DIODO
DE
UNIÓN
PN
 
ANÁLISIS
DE
CIRCUITOS
CON
DIODOS
I
D
Vi
R
I
Q
V
Vi
VD
Vi
=
V
+
VR
=
V
+
I.R
TE
(09/10).
TEMA
2:
DIODO
DE
UNIÓN
PN.
19
DE
30
BRÉGAINS,
IGLESIA,
LAMAS
‐
UDC_____
DIODO
DE
UNIÓN
PN
 
MODELOS
LINEALES.
DIODO
IDEAL
Rf
=
0,
Vγ =
0,
Rr
=
∞
I
D
DOFF
CIRCUITO
LINEAL
EQUIVALENTE
DIRECTO
V≥0
A
DON
DON
V
TE
(09/10).
TEMA
2:
DIODO
DE
UNIÓN
PN.
INVERSO
V≤0
A
20
DE
30
K
DOFF
K
BRÉGAINS,
IGLESIA,
LAMAS
‐
UDC_____
DIODO
DE
UNIÓN
PN
 
MODELOS
LINEALES.
DIODO
IDEAL
Rf
=
0,
Vγ ≠
0,
Rr
=
∞
I
CIRCUITO
LINEAL
EQUIVALENTE
DON
D
DOFF
V γ
TE
(09/10).
TEMA
2:
DIODO
DE
UNIÓN
PN.
V
21
DE
30
DIRECTO
V≥Vγ
A
V γ
K
DON
INVERSO
V≤Vγ
A
K
DOFF
BRÉGAINS,
IGLESIA,
LAMAS
‐
UDC_____
DIODO
DE
UNIÓN
PN
 
MODELOS
LINEALES.
DIODO
IDEAL
Rf
≠
0,
Vγ =
0,
Rr
=
∞
I
CIRCUITO
LINEAL
EQUIVALENTE
DON
D
DIRECTO
V≥0
A
DON
DOFF
Rf
DOFF
V
TE
(09/10).
TEMA
2:
DIODO
DE
UNIÓN
PN.
INVERSO
V≤0
A
22
DE
30
K
K
BRÉGAINS,
IGLESIA,
LAMAS
‐
UDC_____
DIODO
DE
UNIÓN
PN
 
MODELOS
LINEALES.
DIODO
IDEAL
Rf
≠
0,
Vγ ≠
0,
Rr
=
∞
I
CIRCUITO
LINEAL
EQUIVALENTE
DON
D
DIRECTO
V≥Vγ
A
DON
INVERSO
V≤Vγ
A
DOFF
Rf
DOFF
V γ
V γ
V
K
K
TE
(09/10).
TEMA
2:
DIODO
DE
UNIÓN
PN.
23
DE
30
BRÉGAINS,
IGLESIA,
LAMAS
‐
UDC_____
DIODO
DE
UNIÓN
PN
 
MODELOS
LINEALES.
DIODO
IDEAL
Rf
≠
0,
Vγ ≠
0,
Rr
≠
∞
I
CIRCUITO
LINEAL
EQUIVALENTE
DON
D
DIRECTO
V≥Vγ
A
DIRECTO
Vγ
≥V≥0
INVERSO
V≤0
A
A
Rf
DOFF
V γ
V γ
V
K
TE
(09/10).
TEMA
2:
DIODO
DE
UNIÓN
PN.
Rr
24
DE
30
DON
K
DOFF
K
DINV
BRÉGAINS,
IGLESIA,
LAMAS
‐
UDC_____
DIODO
DE
UNIÓN
PN
 
MODELOS
LINEALES.
ZÉNER
IDEAL.
ZONA
ZÉNER
VZ Y RZ
=0
I
CIRCUITO
LINEAL
EQUIVALENTE
DIRECTO
V≥0
DON
V
‐VZ
K
DZÉNER
TE
(09/10).
TEMA
2:
DIODO
DE
UNIÓN
PN.
A
A
DOFF
25
DE
30
INVERSO
‐Vz≤V≤0
INVERSO
V≤‐Vz
DON
K
A
DOFF
K
V Z
DZÉNER
BRÉGAINS,
IGLESIA,
LAMAS
‐
UDC_____
DIODO
DE
UNIÓN
PN
 
MODELOS
LINEALES.
ZÉNER
IDEAL.
ZONA
ZÉNER
VZ Y RZ
≠0
I
CIRCUITO
LINEAL
EQUIVALENTE
DON
DIRECTO
V≥Vγ
A
Rf
DOFF
‐VZ
INVERSO
‐Vz≤V≤Vγ
INVERSO
V≤‐Vz
A
A
V γ V DZÉNER
TE
(09/10).
TEMA
2:
DIODO
DE
UNIÓN
PN.
RZ
V γ
K
26
DE
30
DON
K
V Z
DOFF
K
DZÉNER
BRÉGAINS,
IGLESIA,
LAMAS
‐
UDC_____
EJERCICIOS
  EJEMPLO
6
El
diodo
D
del
circuito
de
la
figura
Iene
Vγ =
0,6V,
VZ
=
5V,
y
se
sabe
que
para
VD
=
1V,
ID=
100mA,
y
que
para
VD
=
‐
5,1V;
ID
=
‐50mA.
Se
pide
determinar
el
punto
de
trabajo
(VD,ID)
del
diodo
para
los
siguientes
valores
de
Vi:
a)  Vi
=
5V
b)  Vi
=
0,5V
c)  Vi
=
‐
4V
d)  Vi
=
‐7V
TE
(09/10).
TEMA
2:
DIODO
DE
UNIÓN
PN.
27
DE
30
BRÉGAINS,
IGLESIA,
LAMAS
‐
UDC_____
EJERCICIOS
  EJEMPLO
7
En
el
circuito
de
la
figura,
la
tensión
umbral
de
un
diodo
es
de
0,6
V
y
la
caída
en
el
diodo
que
conduce
es
de
0,7
V.
Calcular
vo
con
las
siguientes
tensiones
de
entrada,
e
indicar
el
estado
de
cada
diodo
(en
corte
o
en
conducción).
JusIficar
los
supuestos
relaIvos
a
cada
diodo.
a)
v1=
10
V;
v2=
0
V
b)
v1=
5
V;
v2=
0
V
c)
v1=
10
V;
v2=
5
V
d)
v1=
5
V;
v2=
5
V
TE
(09/10).
TEMA
2:
DIODO
DE
UNIÓN
PN.
28
DE
30
BRÉGAINS,
IGLESIA,
LAMAS
‐
UDC_____
EJERCICIOS
  EJEMPLO
8
Supóngase
que
los
diodos
del
circuito
de
la
figura
Ienen
Rf
=
0,
Vγ =
0,6
V
y
Rr
=
∞,
con
una
caída
del
diodo
en
conducción
de
0,7
V.
Hallar
I1,
I2,
I3
y
vo
en
las
siguientes
condiciones:
a)
v1=
0
V;
v2=
25
V
b)
v1=
v2=
25
V
Resp:
a)
3,6
mA;
0
mA;
1,815
mA;
4,3
V
b)
0,3488mA;
0,3488
mA;
0
mA;
26,05
V
TE
(09/10).
TEMA
2:
DIODO
DE
UNIÓN
PN.
29
DE
30
BRÉGAINS,
IGLESIA,
LAMAS
‐
UDC_____
EJERCICIOS
  EJEMPLO
9
En
el
circuito
de
la
figura,
Rf
=
0
Ω,
Rr
=
∞,
Vγ=
0,6V
y
Vz
=
10
V
en
todos
los
diodos.
Dibuja
la
forma
de
onda
de
la
intensidad
si
la
tensión
del
generador
es
senoidal
de
12
Vef.
Ídem
si
la
tensión
del
generador
es
senoidal
de
40
Vef.
TE
(09/10).
TEMA
2:
DIODO
DE
UNIÓN
PN.
30
DE
30
BRÉGAINS,
IGLESIA,
LAMAS
‐
UDC_____