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Diodos Semiconductores
José Gómez Quiñones
Diodo Ideal
+
A
Id
p
-
K
VAK
n
José Gómez Quiñones
1
Diodo Ideal
• Cuando se combinan materiales tipo n y
tipo p, existe una distribución de carga,
algunos de los electrones libres en la
estructura “brincan” a través de la junta pn
y se recombinan con los huecos libres del
material tipo p, similarmente los huecos
del material tipo p, se combinan con los
electrones del materil tipo n
José Gómez Quiñones
Diodo Ideal
• Estas cargas forman un campo eléctrico
• Esto sucede en una región llamada de
agotamiento , el campo eléctrico
resultante forma una barrera potencial v.s.
la corriente eléctrica
• Para producir una corriente a través de la
junta se debe reducir la barrera aplicando
un voltaje en la polaridad apropiada del
diodo
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2
Regiones de Agotamiento
p
n
Región de
Agotamiento
A temperatura ambiente
José Gómez Quiñones
Regiones de Agotamiento
p
n
Región de
Agotamiento
+VEl diodo se comporta como un conductor
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Regiones de Agotamiento
p
n
Región de
Agotamiento
-V+
El diodo se comporta como un aislante
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Curva Característica
Diodo Ideal
ID
+
vD
-
ID
vD
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Relación entre la corriente y el
voltaje del Diodo
• Ecuación de Shockley
D 
  qv


nkT


− 1
iD = I o e


Donde:
iD=Corriente en el diodo (amperes)
vD=diferencia de potencial a través del diodo(volts)
Io=Corriente Inversa de Saturación
q= Carga del Electrón, 1.6x10^-19 J/V
k=Constante de Boltzmann, 1.31x10^-23
T=Temperatura Absoluta (Kelvins)
n= Constante e´mpírica entre 1 y 2
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• La corriente Inversa de Saturación IO es
una función del dopado, la geometría del
diodo y la temperatura
• La constante empírica n, puede variar de
acuerdo a los niveles de voltaje y
corriente, y depende del arrastre, difusión
y la recombinación de portadores
• Si n=1, el valor de nVT=26mV
• Si n=2, el valor de nVT=52mV
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Definiendo:
VT =
kT
= 26mV
q
Entonces:
  vD  
nV
iD = I o e T  − 1




José Gómez Quiñones
Operando a Temperatura Ambiente
  vD  
nV
iD ≈ I o e  T  




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Relación Voltaje-Corriente en el
Diodo
ID
  vD  
nV
iD ≈ I o e  T  




vD
  vD  
nV
iD = I o e  T  − 1




Vγ
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vD
nVT
diD I O [e ]
=
dvD
nVT
Eliminando la Función exponencial
e
vD
nVT
=
iD
+1
IO
Substituyendo en la pendiente
diD iD + I O
=
dvD
nVT
Finalmente:
rd =
nVT
nV
≈ T
iD + I O
iD
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Resistencia Dinámica
nVT
nVT
rd =
≈
iD + I O
iD
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Operación del Diodo
ID
Región de polarización
inversa
Región de polarización
directa
Voltaje de
Rup tura
0.7
vD
Corriente de
Fuga
Región de
Avalancha
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Operación del diodo
• Conforme se trata de exceder 0.7V, la corriente
se incrementa rápidamente
• El voltaje mínimo para obtener una corriente
notable es 0.7V (diodos de silicio), y 0.2 (diodos
de germanio)
• Corriente de fuga: Corriente pequeña, que
circula cuando el diodo se polariza
inversamente
• Voltaje de Ruptura: Límite de voltaje inverso
que soporta el diodo, si se excede este voltaje,
el diodo entra en la región de avalancha y
puede destruirse
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Circuitos Equivalentes
I
D
vD
Diodo Ideal
ID
vD
VT
Modelo Simplificado
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Modelo de Segmentos Lineales
ID
VT
vD
Rd
Modelo de Segmentos
Lineales
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Rectificador de Media onda
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Voltaje de Salida
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Hojas de Datos
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Hojas de Datos
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Voltaje en corriente directa
T
1
Vcd = ∫ vL (t )dt
T 0
1
Vcd =
T
Vcd =
Vcd =
T /2
∫V
m
sen(ωt )dt
0
− Vm 
ωT 
− 1
 cos
2
ωT 

Vm
π
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Voltaje RMS
Vrms

1
2
=  ∫ vL dt 

T 0
Vrms
1
=
T
T
Vrms
1/ 2
T /2
2
(
)
V
sen
t
∫ m (ω ) dt
0
Vm
=
2
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Rectificador de Onda completa
Transformador con derivación
central
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Puente de Diodos
+
VIN
+
VOUT
-
-
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Rectificador de Onda Completa
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Formas de Onda de Salida
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Corrientes
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Voltaje de CD y RMS
Vcd =
Vrms
2Vm
π
Vm
=
2
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Consideraciones de importancia
• Tomar en cuenta el voltaje y corriente pico
que el diodo puede soportar
• Tomar en cuenta el voltaje de pico inverso
para cuando se encuentre polarizado
inversamente
• Cuando estemos manejando voltajes
pequeños, tomar en cuenta la caída en la
junta del diodo
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Filtro RC
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Forma de Onda de Salida
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Vmax
∆V
Vmin
C=
Vmax
∆Vf p RL
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