Download Diodos - fc

Diodos
Electrónica I
Contenido
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
Recta de carga
Modelos del diodo de gran señal
Otros modelos de diodos
La ruptura de unión
Variación con la temperatura
Modelo estático SPICE para el diodo
Circuitos no lineales conformadores de ondas
El diodo como interruptor
Propiedades dinámicas de la unión p-n
Modelo dinámico SPICE para el diodo
Tipos especiales de diodos
Análisis mediante recta de carga
E – VD – VR = 0
ID
+
+
E
VD
E = VD + VR
+
R
-
VR
-
Para trazar la recta de carga se
elige VD = 0 para definir un ùnto
de la recta e ID = 0 para el otro
punto.
En el primer caso
ID = E/R
En el segundo
VD = E
El punto de operación Q es la intersección de la recta de carga y la
curva VI del diodo.
Ejemplo
Modelo simplificado
Diodo ideal
El diodo ideal
vD = 0 cuando iD  0
iD = 0 cuando vD  0
Análisis en continua de circuitos
que contienen diodos ideales
1.
Hacer una suposición razonada acerca del estado de cada diodo.
2.
Redibujar el circuito sustituyendo los diodos en conducción por un
cortocircuito y los diodos cortados por un circuito abierto.
3.
Mediante el análisis del circuito determinar la corriente en cada
cortocircuito que representa un diodo en conducción y la tensión en cada
circuito abierto que represente un diodo en circuito abierto.
4.
Comprobar las suposiciones hechas para cada diodo. Si hay
contradicción – una corriente negativa en un diodo en conducción o una
tensión positiva en un diodo cortado – en cualquier lugar del circuito,
volver al primer paso y comenzar de nuevo con una mejor suposición.
5.
Cuando no hay contradicciones, las tensiones y corrientes calculadas
para el circuito se aproximan bastante a los valores verdaderos.
Ejemplo:
Otros modelos de diodos
Modelo con
tensión de codo
Modelo lineal del diodo
Vg es la tensión
para en la que
circula por diodo
una corriente
igual al 1% de la
que circula en vD
= VD .
rf – resistencia
directa
Diodo zener
Modelos de diodo zener
Tarea de recta de carga
a. Utilizando las características de la figura determine ID, VD y VR
para el circuito de la figura.
b. Repita utilizando el modelo aproximado e ideal para el diodo
ID (mA)
+
ID
+
30
25
Si
20
VD
-
15
10
8V
.33 kW
VR
5
-
0
0.7
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
VD (V)
Rectificador de media onda
Modelo con tensión de codo
Rectificador de media onda
El rectificador de media onda convierte una tensión alterna en
continua pulsante. Si el diodo es ideal
vo = vi cuando vi  0
vo = 0 cuando vi < 0
El valor medio o componente de continua se calcula con:
1
Vdc  
T

T 2
0
 VM
VM sen otdt   0dt  
T 2
 
T
donde T es el periodo y o = 2  f = 2  /T.
Continuación
El diodo conduce solo para vi > 0.7V. Es decir, un t1 a un t2 que
son solución de la ecuación
 0.7 

t
sen 
o
 VM 
1
-1
La tensión inversa de pico (TIP) es el voltaje máximo inverso que
puede aplicarse al diodo antes de romper, este es un parámetro
importante para propósitos de rectificación.
También deben cumplir con la corriente de pico, la cual es la
máxima corriente que puede circular por el diodo en conducción.
El circuito de control de volumen automático en los radios utiliza un
rectificador para generar la tensión continua que gobierna la
potencia de la señal. Otra aplicación es en el amperímetro de alterna
analógico.
Cargador de baterías
La siguiente figura muestra un cargador de baterías simple. El
diodo conduce para vi  VBB, en ese caso la corriente es
i = (vi – VBB)/R
el diodo conduce para
=
radianes. La
corriente de DC está
dada por
Rectificador de onda completa
El PIV (voltaje máximo de
ruptura inversa) debe ser
PIV > Vm
Rectificador de onda completa con
WorkBench
Rectificador con dos diodos
Voltaje máximo de ruptura
De la figura puede verse
que el PIV (voltaje
máximo de ruptura
inversa) debe ser
PIV > 2Vm
Rectificador con dos diodos con
WorkBench
Puente con 2 diodos
Se sustituyen dos de los diodos por resistencias.
El voltaje máximo se reduce a la mitad.
V0 = Vm/2
+
- V0 +
-
Recortador en serie
El diodo conduce cuando el voltaje de la fuente de señal menos
el voltaje de la fuente directa es mayor que cero.
En este caso el diodo conducirá
cuando vs > 1 V
En realidad conducirá cuando
la entrada tenga 1.7 para Si y
1.3 para Ge.
+
vo
-
La señal de salida en el EWB es la siguiente con una fuente de
4V en serie con el diodo con 10V/división vertical.
La senoidal completa es la de la fuente y la recortada es la salida
en la resistencia.
V0max = Vsmax – 4 – 0.7
Invirtiendo la fuente se obtiene la figura 2
Figura 1.
Figura 2.
Recortador en paralelo
El diodo conduce cuando el voltaje de la fuente de señal menos
el voltaje de la fuente directa es mayor que cero.
En este caso el diodo conducirá
cuando vs > 1 V
En realidad conducirá cuando
la entrada tenga 1.7 para Si y
1.3 para Ge.
+
vo
-
Resumen
Cambiadores de nivel
Un circuito cambiador de nivel sube o baja una señal un
determinado nivel de dc.
Supondremos una t = RC grande para que el capacitor no se
descargue.
vi
v0
Con vi > 0, el diodo conduce, y se comporta como un corto, por
tanto el voltaje en R es 0.
Con vi < 0, el diodo no conduce, y se comporta como un circuito
abierto, por tanto el voltaje en R es:
– V – V – v0 = 0
v0 = – 2V
Circuito limitador
Limitador con fuente
Limitador de dos niveles
Transferencia de un circuito
limitador
Modelo del transformador
Capacitancia de difusión
Q p  Aqn
2
i
Lp
e
vD VT
Nd
2 Ln
Qn  Aqni
e vD VT - 1
Na


-1



Qd  Qp  Qn  K evD VT -1
Capacitancia de deplexión
La capacitancia de deplexión está dada por:
Cdep 
C j0
1- v
Vj0 
m
D
Donde Cj0 es la capacidad a
tensión cero, y m es el coeficiente
de gradiente, m = 0.5 para
uniones abruptas y m = 0.33 para
uniones graduales.
Modelo dinámico del diodo
La corriente del diodo esta dada por:
Dado que:
Entonces
tp 
iD 
L2p
Dp
Qp
tp
L2n
y tn 
Dn

Qn
tn
Para un diodo con Na >> Nd
iD 
Qp
tp
iD  Q p
Dp
L2p
 Qn
Dn
L2n
continuación
En el caso dinámico la corriente también proviene de
la carga de difusión y de deplexión, entonces:
iD 
Qp
tp

dQ p
dt

dQdep
dt
Esto se puede modelar mediante la red de la figura.
Conmutación dinámica
Considere el circuito de la figura al que se le aplica la señal
mostrada.
 
-
i0 
Q
tp

i 0   V


 I s e -VNN VT - 1  - I s
DD
 VNN
R
VDD - 0.7
iD t  
R
Transitorios