TEMA 3: Diodos de Unión

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Electrónica
TEMA 3: Diodos de Unión
TEMA 3: Diodos de Unión
Contenidos del tema:
Unión PN abrupta: condiciones de equilibrio
Diodo PN de unión: Electrostática
Análisis en DC o estacionario del diodo PN
Desviaciones de la característica ideal
Modelo dinámico
Modelo de pequeña señal
Otros tipos de uniones y sus modelos
Tr. 1
Electrónica
TEMA 3: Diodos de Unión
Unión P-N abrupta: Condiciones de equilibrio
tipo p
tipo n
x=0
Región Neutra
x
proceso de difusión
electrones
+ +
Región Neutra
huecos + ++ +
++
campo eléctrico
- - ---
Regiones de Carga Espacial
de Transición
de Empobrecimiento o Vaciamiento
Significa: Campo eléctrico que se opone a la difusión
Significa: Barrera de potencial que se opone a la difusión
Equilibrio: cuando el arrastre se iguala a la difusión
Resultado: Potencial de contacto equilibra la difusión
Tr. 2
Electrónica
TEMA 3: Diodos de Unión
Unión P-N abrupta: Distribución de Portadores
ND-NA
Situación inicial
ND
lado p
lado n
x
NA
Unión Metalúrgica: x = 0
Tipo n
Tipo p
Distribución de portadores:
mayoritarios
minoritarios
ppo= NA
ni2/NA
nno = ND mayoritarios
npo
ni2/ND
pno
-xp
región de transición
xn
x
minoritarios
Tr. 3
Electrónica
TEMA 3: Diodos de Unión
Unión P-N abrupta: Potencial de contacto
Potencial de contacto Vbi:
Bandas de energía:
sistema en equilibrio = nivel de Fermi constante
q Vbi = (Ec - Ef)p - (Ec- Ef)n
lado p
ξ
lado n
qVbi
qVbi
qVbi
Ec
Ef
Ei
Ev
q Vbi = (Ef - Ei)n - (Ef - Ei)p
pp
nn
,
( E f – E i ) = –k T ln -----( E f – E i ) = kT ln -----p
n
ni
ni
nn p
ND N
kT
p kT
A
V bi = ------- ln ------------- ≅ ------- ln ----------------q
2
q
2
ni
ni
Ejemplos: Silicio a T ambiente (kT/q=0,026V), ND = 1015cm-3, NA=1015cm-3, ni = 1010cm-3
Vbi = 0,599 V
Silicio a T ambiente (kT/q=0,026V), ND = 1015cm-3, NA=1017cm-3, ni = 1010cm-3
Vbi = 0,718 V
Valor límite para Si no degenerado: qVbi= Eg - 6kT = 0,9641 eV
Vbi= 0,9641 V
Tr. 4
Electrónica
TEMA 3: Diodos de Unión
Unión P-N abrupta: Región de transición
Densidad de carga: ρ = q (ND - NA + p - n)
Fuera de región de transición: ρ = 0
Dentro de la
región de transición:
ρ = q (ND + p - n) ,
0 < x < xn
ρ = q (- NA + p - n) ,
- xp< x < 0
Aproximación de empobrecimiento: dentro de la región de transición no hay portadores, sólo
impurezas ionizadas
ρ
Neutralidad: NAxp = NDxn
qND
Campo eléctrico: (Teor. Gauss) d ξ= ρ/ε dx
-xp
xn
x
-qNA
0
ξ
Δx
w
φ
W
0
ξ(-xp) = 0 = ξ(xn)
qND(x - xn)/ε , 0 < x < xn
ξ(x) =
−qNA(x+ xp)/ε, - xp< x < 0
Potencial: Integramos el campo d φ = − ξdx
qN D 2
qN A 2
V bi = φ ( x n ) – φ ( – x p ) = ------------ x n + ----------- x p
2ε
2ε
1
Anchura de la región de transición:
--2ε
1 2
1
W = ----- V bi ⎛ -------- + --------⎞
⎝N
⎠
q
A ND
Tr. 5
Electrónica
TEMA 3: Diodos de Unión
Unión P-N abrupta: Campo externo
Vemos el efecto de una tensión externa V
contacto ohmico
contacto ohmico
- Vj +
+VN -
+VP -
V
Hipótesis: Caida de tensión despreciable en las regiones neutras
V=0
V=0
V
Vbi = VN + VP
Vj = VN - V+ VP
Vj = Vbi - V
2ε
1
1
W = ----- ( V bi – V ) ⎛ -------- + --------⎞
⎝N
⎠
q
A ND
Polarización directa: V > 0, V < Vbi
Polarización inversa: V < 0
Vj = Vbi = VN - 0 + VP
1
--2
nuevo potencial de la unión
disminuyen: la barrera de potencial, el campo y la W
se favorece: la difusión frente al arrastre
aumentan: la barrera de potencial, el campo y la W
se favorece: el arrastre frente a la difusión
Tr. 6
Electrónica
TEMA 3: Diodos de Unión
Diodo de Unión: Característica I-V (1)
N
P
I
Análisis Cualitativo:
Polarización directa: V > 0, V < Vbi
difusión de h’s
I
aquí h’s son minoritarios
arrastre de h’s
P
e’s minoritarios
Polarización inversa: V < 0
V
Vj < Vbi
h
arrastre de e’s
I
V
e
N
difusión de e’s
los portadores que se difunden son mayoritarios
los sometidos a arrastre son minoritarios
corrientes netas positivas y altas
incluso para valores bajos de V
Vj > Vbi
se favorece el arrastre de minoritarios
arrastre de h’s
arrastre de e’s
corrientes netas negativas y bajas
Tr. 7
Electrónica
TEMA 3: Diodos de Unión
Diodo de Unión: Característica I-V (2)
Análisis Cuantitativo: resolver la ec. de continuidad en las regiones
NA
ND
-xp
-Xp
x=0
xn
XN
I
Aproximaciones de partida:
V
Dopado uniforme: ND y NA constantes
Vj = φ(xn) - φ(-xp) = Vbi - V
En regiones neutras: exceso de portadores minoritarios: p’n = pn - pno , n’p = np - npo
Baja inyección de portadores
p’n(x) << ND
n’p(x) << NA
, xn < x < Xn
, -Xp< x < - xp
Componentes de arrastre de portadores minoritarios despreciable frente a los de difusión
j p ( x ) ≅ – qD p
∂p' n
∂x
j n ( x ) ≅ qD n
, xn < x < Xn
En región de transición:
∂n' p
∂x
, -Xp< x < - xp
( -xp< x < xn)
Velocidad neta de recombinación nula:
Situación de quasi-equilibrio:
U=0
ξ(x) =ξequilibrio
kT n ( x 1 )
φ ( x 1 ) – φ ( x 2 ) = ------- ln ------------q n ( x2 )
Tr. 8
Electrónica
TEMA 3: Diodos de Unión
Diodo de Unión: Característica I-V (3)
Consideraciones para obtener la relación I-V:
j p ( x ) + j n ( x ) = cte
∀x
b) En regiones con U = 0 y sin iluminación se cumple: j ( x ) = cte , j n ( x ) = cte
p
j = jp ( xn ) + jn ( –xp )
Resultado: podemos expresar la corriente del diodo como
corriente total constante:
a) Estado estacionario
I = A×j
resolver la ec. continuidad
en las regiones neutras
Concentración de portadores minoritarios en r. neutra N:
1 ∂j p
∂
0 = p n = – --–U
q∂x
∂t
Dp
2
∂ p' n
∂x
2
p' n
= ------τp
p' n ( x ) = C 1 e
Lp =
Diodo de base larga: Xn- xn>> Lp
p' n ( X n ) = 0 ≅ p' n ( ∞ ) = 0 + C 2 e
p’n = pn - pno
∞
–( x – xn ) ⁄ Lp
C2= 0
p' n ( x n ) = C 1
NA
kT p ( – x p ) kT
V j = φ ( x n ) – φ ( – x p ) = ------- ln ----------------- = ------- ln -------------q
p ( xn )
q p(x )
n
qV
qV
⎛ ------- ⎞
2 ------⎜ e kT – 1⎟
n i kT
p'
(
x
)
=
p
n n
n0 ⎜
⎟
p n ( x n ) = -------- e
ND
⎝
⎠
+ C2 e
( x – xn ) ⁄ Lp
D p τ p longitud de
difusión
qV
⎛ ------- ⎞ – ( x – x ) ⁄ L
kT
n
p
– 1⎟ e
p' n ( x ) = p no ⎜ e
⎜
⎟
⎝
⎠
Tr. 9
Electrónica
TEMA 3: Diodos de Unión
Diodo de Unión: Característica I-V (4)
Diodo de base corta: Xn- xn << Lp
desarrollo en serie de Taylor de las exponenciales
Base larga
p’n
qV
⎛ ------- ⎞ X – x
kT
n
p' n ( x ) = p no ⎜ e
– 1⎟ -------------------⎜
⎟X – x
n
⎝
⎠ n
p’n
Base corta
V>0
V>0
xn
x
xn
Xn
x
Densidades de corriente de portadores minoritarios (DIODO DE BASE LARGA):
lado N
lado P
j p ( x ) ≅ – qD p
j n ( x ) ≅ qD n
∂p' n
∂x
∂n' p
∂x
qV
⎛ ------- ⎞ – ( x – x ) ⁄ L
qD p
kT
n
p
j p ( x ) = ---------- p no ⎜ e
– 1⎟ e
⎜
⎟
Lp
⎝
⎠
qV
⎛ ------- ⎞ ( x + x ) ⁄ L
qD n
kT
p
n
j n ( x ) = ----------- n ⎜ e
– 1⎟ e
po
⎜
⎟
Ln
⎝
⎠
Tr. 10
Electrónica
TEMA 3: Diodos de Unión
Diodo de Unión: Característica I-V (5)
Ejemplo con V > 0
Tipo p
Tipo n
np
pn
npo
pno
x
movimiento de e
movimiento de h
jp
jn
Ejemplo con V < 0
Tipo p
Tipo n
npo
x
movimiento neto de carga
pno
np
pn
x
movimiento de e
movimiento de h
jn
x
jp
movimiento neto de carga
Tr. 11
Electrónica
TEMA 3: Diodos de Unión
Diodo de Unión: Característica I-V (6)
Las corrientes de mayoritarios se obtienen restando de la total la de los minoritarios
j= jn+ jp
jn
jp
jn
V>0
x
jp
jn
V<0
jp
jp
jn
x
j = jn+jp
Intensidad total a través de una sección A (Diodo de Base Larga):
V
qV
------- ⎞
⎛
------- ⎞
⎛
U
D
p
D
n
⎜ T ⎟
⎛ p no
n po⎞ kT
I = A [ j p ( x n ) + j n ( – x p ) ] = Aq ⎜ ----------------- + ------------------⎟ ⎜ e
– 1⎟
– 1⎟ = I o ⎜ e
⎜
⎟
L
L
⎜
⎟
⎝
p
n ⎠⎝
⎠
⎝
⎠
I
---Io
UT
=
kT
------q
ecuación Shockley
(diodo ideal)
NA
ND
-xp
-Xp
x=0
xn
XN
I
En general (Base corta y larga)
Para V < 0 ,
-Io
I
V
V
⎛
⎞
⎜
⎟
D
D
⎟
2⎜
n
p
I = Aqn ⎜ ------------------------------------------------- + -------------------------------------------------⎟
o
i⎜
⎛ X p – x p⎞ ⎟
⎛ X n – x n⎞
⎜ L tgh ⎜ ------------------⎟ N
L tgh ⎜ ------------------⎟ N ⎟
n
⎝ p
⎝ L n ⎠ A⎠
⎝ LP ⎠ D
Tr. 12
Electrónica
TEMA 3: Diodos de Unión
Consideraciones sobre la característica I-V
Aproximaciones
real
(diodo ideal)
I
ideal
I
I
Ι = 0 , V< Vγ
Ι = 0 , V< 0
I (mA)[Si,Ge]
I
V =Vγ , Ι > 0
Ι = 0 , V< Vγ
V =Vγ+ rγ Ι, V > Vγ
V=0,Ι>0
I (nA)[Si]
I (μA)[Ge]
Vγ
V
V
V
Vγ
V
Fenómenos de Ruptura: se producen para V negativa y alta
I
Dos mecanismos causantes:
a) avalancha: ocurre en cualquier diodo cuando el campo eléctrico en el origen es alto
1
1
2 ε
V bi + V BR = ξ rup ------ ⎛⎝ ------ + -------⎞⎠
2q N A N D
átomo
-
e acelerado
-VBR
tensión de ruptura
V
b) tunel o Zener: ocurre en diodos de alto dopado cuando se reduce la anchura de la barrera
de potencial tanto como para permitir el paso de e-s de la BV de la parte P a la BC de la N
Ambos efectos tienen una dependencia contraria con la
diodos Zener buenos como
temperatura
reguladores de tensión
Ecp
efecto tunel
Evp
Ecn
W
Evn
diodo Zener
VBR o VZ
Tr. 13
Electrónica
TEMA 3: Diodos de Unión
Desviaciones de la característica ideal
Generación/recombinación en la región de transición:
En general, hace que la dependencia sea e
V
V
---------nU T
, con 1< n < 2
V
---------1
⎛ -----⎞
⎛ 2U
⎞
--qAn i W
UT
T
⎜
⎟
⎜
⎟
I = Io e – 1 + Io ′ e
– 1 con I o ′ = ------------------ dependiendo de Wα ( V bi – V ) 2
⎜
⎟
⎜
⎟
2τ
⎝
⎠
⎝
⎠
Más acusada en Si
Alta inyección de portadores para tensiones directas elevadas:
Corrección a la baja para tensiones directas muy altas
Caidas de tensión en las regiones neutras:
Equivale a una resistencia muy baja (ej. 0,5 Ω)
V>0,
ln (I)
R
Descarga disruptiva para tensiones inversas elevadas:
Ruptura por avalancha (portadores acelerados) o Zener
V<0
I (nA)
IS
ISeqV/nkT
I
ideal
n=1
eqV/2kT
eqV/n1kT
I (μA)
V
Ge
Si
α ( V bi – V )
eqV/n2kT
1--2
0
0,2
n
2
0,4
2
V(v)
Tr. 14
0,6
0,8
Electrónica
TEMA 3: Diodos de Unión
Cargas Región Transición: Capacidad de Unión
V = 0
Capacidad de Unión: capacidad
asociada a las cargas en la región de
transición
Cj = d qV ( V ) = – d Qj
dV
dV
C j0 = C j
V
–xp
Cj0
-1.0
-2.0
V (V)
Qj
V=0
NA ND
= A ⎛⎝ 2εq --------------------⎞⎠ V bi
NA + ND
V<0
V>0
n
n
p
↑(Vbi-V)
Qj
0.5
xn
↓(Vbi-V)
1.0
0.0
n
p
p
Cj (fF)
1.5
Q j = qAx n N D = qAx p N A
ND
NA
NA ND
A
= --------------- ⎛ 2εq --------------------⎞
N A + N D⎠
2 V bi ⎝
V=0
m = 0.5 ⇒ unión abrupta
m = 0.33⇒ unión lineal
N A + N D⎞
2ε
----- V bi ⎛ -------------------⎝ NA ND ⎠
q
W
C j0
= --------------------------------( 1 – V ⁄ V bi ) m
2.0
W =
0.0 Vbi
V
NA ND
= A ⎛⎝ 2εq --------------------⎞⎠ ( V bi – V )
NA + ND
ΔV ⇒ ΔQ j
Variaciones en V implican variaciones en Qj ⇒ efecto condensador
Carga incremental respecto al equilibrio: q V ( V ) = Q j V = 0 – Q j V
Tr. 15
Electrónica
TEMA 3: Diodos de Unión
Cargas Regiones Neutras: Capacidad de Difusión
–Xp
DENSIDAD DE PORTADORES
MINORITARIOS
Wp
e-
pn0
n,p(x)
Wn
np0
-Xp
región p
−xp
xn
0
región n
Xn
n′ p ( x ) dx
–xp
Xn
Contacto región n
Contacto región p
p,n(x)
∫
Electrones en la región p: Q n = qA
h+
Huecos en la región n: Q p = qA
∫
p′ n ( x ) dx
xn
x
I
Exceso de portadores minoritarios (carga)
que varía con V ⇒ efecto condensador
Si V<0 domina la capacidad de unión.
Si V>0 y pequeña, la capacidad de
difusión domina.
La dependencia de Q con la
intensidad depende del tiempo
de tránsito (base corta o base
larga)
V
---Is u dQ
dQ dI
T
Cd =
⋅
=
= τ T ----- e
dV
dI dV
uT
Cd
Cj0
Qp Qn
Q
-------- + --------- = -----I =
τT
τT
τT
p
n
Cj
Vbi
V (V)
V
⎛ ------ ⎞
⎜ uT ⎟
I = I s ⎜ e – 1⎟
⎜
⎟
⎝
⎠
τ
C d ≈ -----T- I
uT
Capacidad
Difusión
Tr. 16
Electrónica
TEMA 3: Diodos de Unión
Modelo dinámico del diodo PN
Estudiamos ahora el comportamiento del diodo cuando V varía con el tiempo
Con V = V(t), p’n y n’p dependen de x y de t
y se obtendrían también de la ecuación de continuidad
Dp
∂
∂x
p' n ( x, t )
∂
p' n ( x, t ) = p' n ( x, t ) + -----------------τp
2
∂t
2
Evitaremos resolver la ecuación para variaciones grandes de V(t)
COMPORTAMIENTO TEMPORAL
I(t)
+V(t)
por ejemplo
V(t)
t
- Planteamos la ec. de continuidad
para un caso particular de interés
- Hacemos la aproximación cuasi-estática
- Extrapolamos al caso general
Tr. 17
Electrónica
TEMA 3: Diodos de Unión
Modelo dinámico: Modelo de Control de Carga
DENSIDAD DE PORTADORES
MINORITARIOS
Wp
I(t)
h+
e-
Contacto región n
Contacto región p
p,n(x)
pn0
n,p(x)
Wn
np0
-Xp
región p
−xp
xn
0
Xn
región n
V(t)
p
n
x
I(t)
Caso Concreto: Diodo p+-n (Qp>>Qn) de base larga
Ecuación de Continuidad dependiente del tiempo.
p' n ( x, t )
1∂
∂
– --- j p ( x, t ) = p' n ( x, t ) + -------------------q∂x
τp
∂t
– 1--q
Xn → ∞
∫
xn
Xn → ∞
dj
p ( x, t ) =
0
∫
xn
∂
1
p n ′ ( x, t ) dx + ----∂t
τp
Xn → ∞
∫
p n ′ ( x, t ) dx
xn
Qp ( t )
Qp ( t )
1∂
∂
j p ( x n, t ) – j p ( X n, t ) = ---- Q p ( t ) + -------------- ⇒ Aj p ( x n, t ) ≈ i ( t ) = Q p ( t ) + -------------A∂t
Aτ p
τp
∂t
Tr. 18
Electrónica
TEMA 3: Diodos de Unión
Modelo dinámico: Modelo de Control de Carga
Expresión I-V: Aproximación Cuasi-estática
–( x – xn )
----------------------Lp
p' n ( x, t ) = p' n ( x n, t )e
V(t)
⎛ ---------- ⎞
⎜ uT
⎟
p' n ( x n, t ) = p n0 ⎜ e
– 1⎟
⎜
⎟
⎝
⎠
Se sustituye
en la expresión
de i(t)
V(t)
⎛ ---------- ⎞
⎜ uT
⎟
Qp ( t ) = τp Is ⎜ e
– 1⎟
⎜
⎟
⎝
⎠
Generalizando....
Diodo p-n+:
Qn ( t )
∂
i ( t ) = Q n ( t ) + --------------τn
∂t
Diodo sin exceso en ninguna zona neutra:
Qp ( t ) ∂
Qn ( t )
∂
i ( t ) = Q p ( t ) + --------------- + Q n ( t ) + --------------τp
τn
∂t
∂t
Modelo de Control de Carga contempla el estado estacionario...
0
Q(t)
i ( t ) = ∂ Q ( t ) + ----------∂ t V ≠ f(t) τ
Modelo
Q ( t ) Control
∂
i ( t ) = Q ( t ) + ----------τ
∂t
de Carga
V(t)
⎛ ---------- ⎞
⎜ uT
⎟
Q ( t ) = τI s ⎜ e
– 1⎟
⎜
⎟
⎝
⎠
Tr. 19
Electrónica
TEMA 3: Diodos de Unión
Ejemplo de transitorios: transitorio de corte
Transitorio de corte:
VF, VR >> vD
VF
iD(t)
-VR
vS(t)
Condiciones iniciales (Diodo ON)
VF – vD ( 0 ) VF
i D ( 0 ) = ----------------------------- ≈ -------- = I F
R
R
⎛ IF
⎞
v D ( 0 ) = V T ln ⎜ ------ + 1⎟
⎝ IS
⎠
vD(t)
Condiciones finales (Diodo OFF)
iD ( ∞ ) = –IS
v D ( ∞ ) = – V R + RI S
≈ –VR
El diodo pasa de conducción a corte
QT ( 0 ) = τT IF
Se necesita un tiempo para eliminar las cargas
Dos términos: ts y tr
Tr. 20
Electrónica
TEMA 3: Diodos de Unión
Ejemplo de transitorios: transitorio de corte
Cálculo de tS:
0 < t < tS:
tiempo de almacenamiento
iD(t)
IF
vD(t) > 0, vD(tS) = 0, Q(ts)=0:
Is
– VR – vD ( t ) –VR
vS ( t ) – vD ( t )
i D ( t ) = --------------------------------- = -------------------------------- ≈ ----------- = – I R
R
R
R
t
-IR
vD(t)
Ecuación a resolver:
–IR =
∂Q T
∂t
QT
+ -------τT
con
tr
QT ( 0 ) = τT IF
t
QT ( ∞ ) = –τ T IR
tS
Q T ( t ) = τ T – I R + ( I F + I R )e
VR
–t ⁄ τT
QT ( tS ) = 0
IF + IR
t S = τ T ln ------------------IR
Tr. 21
Electrónica
TEMA 3: Diodos de Unión
Ejemplo de transitorios: transitorio de corte
Cálculo de tr:
Para tS < t:
tiempo de recuperación
vD(tS) = 0, vD(oo) = - VR
El diodo está OFF:
vS ( t ) – vD ( t )
– VR – vD ( t )
i D ( t ) = --------------------------------- = -------------------------------R
R
iD(t)
IF
Ecuación a resolver:
Is
t
– VR – vD ( t )
d
-------------------------------- = C (v )
jdt D
R
-IR
vD(t)
C j0
C j(v D) = ---------------------------vD ⎞ m
⎛
⎜ 1 – ---------⎟
V bi⎠
⎝
tr
t
tS
VR
Cj es nolineal,
para resolver la ec. tomamos un valor medio Cj
Tr. 22
Electrónica
TEMA 3: Diodos de Unión
Ejemplo de transitorios: transitorio de corte
Valor medio (v2 = - VR, v1 = 0):
v2
C ( v )dv
v1 ⎞ 1 – m
C j0 V bi
v2 ⎞ 1 – m ⎛
⎛
1 j
+ ⎜ 1 – ---------⎟
C j = ---------------------------- = ----------------------------------------- ⎜ 1 – ---------⎟
V bi⎠
V bi⎠
v2 – v
( v2 – v ) ( 1 – m ) ⎝
⎝
1
1
∫v
vD ( t ) = –VR 1 – e
( –( t – tS ) ) ⁄ Cj R
t r ≈ 4C j R
tr suele ser mucho menor que ts
Tr. 23
Electrónica
TEMA 3: Diodos de Unión
Ejemplo de transitorios: transitorio de conducción
Transitorio de conducción:
vD(t)
VF
vS
iD
vD
t
tA
Condiciones iniciales (Diodo OFF):
vS ( 0 ) = 0
iD ( 0 ) = 0
vD ( 0 ) = 0
Para t > 0:
vS ( 0 ) = VF
vS ( t ) – vD ( t )
i D ( t ) = --------------------------------R
Si VF >> vD(t):
Tr. 24
Electrónica
TEMA 3: Diodos de Unión
Ejemplo de transitorios: transitorio de conducción
Modelo de control de carga:
IF =
∂Q T
∂t
QT
+ -------τT
Solución:
–t ⁄ τT
Q T ( t ) = Q T ( ∞ ) + ( Q T ( 0 ) – Q T ( ∞ ) )e
QT ( ∞ ) = τT IF
QT ( 0 ) = 0
QT ( t ) = τT IF ( 1 – e
–t ⁄ τT
)
La intensidad pasa de 0 a IF a lo largo del transitorio, pero cumpliendo:
qv D ( t )
⎛ ---------------- ⎞
⎜
⎟
kT
–t ⁄ τT
) = IS ⎜ e
– 1⎟
IF ( 1 – e
⎜
⎟
⎝
⎠
IF
v D ( t A ) = 0, 9v D ( ∞ )
v D ( ∞ ) = V T ln ------ + 1
IS
IF
–t ⁄ τT
v D ( t ) = V T ln ------ ( 1 – e
)+1
IS
1
t A = τ T ln -------------------------------------⎛ I F⎞ – ( 0, 1 )
1 – ⎜ ------⎟
⎝ IS⎠
Tr. 25
Electrónica
TEMA 3: Diodos de Unión
Modelo de pequeña señal del diodo (1)
I
Punto fijado con una fuente de DC
Variaciones pequeñas de AC
e = ΔV
V = VQ + ΔV
ΔI = g ΔV
IQ
punto de operación Q
VQ
I
V
E = VQ
V
⎧
⎨
⎩
⎧
⎨
⎩
qV Q ⎞
qV Q
qV
⎛
------------------⎛ ------- ⎞
⎜
⎟
kT
kT
kT qΔV 1 ⎛ qΔV⎞ 2
⎜
⎟
----------- + ----- ----------- + ...
I = Is e
– 1 = Is ⎜ e
– 1⎟ + I s e
⎜
⎟
kT 2! ⎝ kT ⎠
⎜
⎟
⎝
⎠
aproximación
IQ = Respuesta a VQ
ΔI = Respuesta a ΔV válida para ΔV < 0,4UT
Conductancia de pequeña señal:
ΔI
q
g = -------- = ------- I e
ΔV Q
kT s
qV Q
---------kT
Tr. 26
Electrónica
TEMA 3: Diodos de Unión
Modelo de pequeña señal del diodo (2)
Circuito equivalente de pequeña señal completo:
ΔI
g
ΔV
CD
cada elemento tiene un valor según el punto de
operación y la región de operación del diodo
Cj
Polarización inversa, VQ < 0:
C j0
g=0
Cj
= ---------------------------CD/Q = 0
VQ ⎞ m
⎛
Q
⎜ 1 – ---------⎟
V bi⎠
⎝
Polarización directa, VQ > 0:
q
g
= ------- I e
Q
kT s
q VQ
----------kT
IQ
------=
UT
ΔQ D
d
= -----------=
CD
τI S e
ΔV
d
V
Q
Q
q VQ
----------kT
= τg
C j0
Cj
= ---------------------------VQ ⎞ m
⎛
Q
⎜ 1 – ---------⎟
V bi⎠
⎝
Tr. 27
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