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EL DIODO
INTRODUCCION
El diodo ideal es un componente discreto que permite la circulación de corriente
entre sus terminales en un determinado sentido, mientras que la bloquea en el
sentido contrario.
Resistencia nula
Resistencia nula
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DIODO DE UNION PN
Actualmente los diodos se fabrican a partir de la unión de dos materiales
semiconductores de características opuestas, es decir, uno de tipo N y otro de tipo
P. A esta estructura se le añaden dos terminales metálicos para la conexión con el
resto del circuito.
Formación de la unión PN
Se trata de un monocristal de silicio puro, dividido en dos zonas con una
frontera nítida, definida por un plano. Una zona se dopa con impurezas de tipo P y
la otra de tipo N.
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Zona P > átomos del grupo III ( Boro ).
Zona N > átomos del grupo V ( Fósforo ).
Mecanismo de difusión:
Consiste en llevar partículas de donde hay más a donde hay menos. El
efecto es que los electrones y los huecos cercanos a la unión de las dos
zonas la cruzan y se instalan en la zona contraria, es decir:
• Electrones de la zona N pasan a la zona P.
• Huecos de la zona P pasan a la zona N.
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Este movimiento de portadores de carga tiene un doble efecto: en la región
de la zona P cercana a la unión:
• El electrón que pasa la unión se recombina con un hueco. Aparece una
carga negativa
• Al pasar el hueco de la zona P a la zona N, provoca un defecto de carga
positiva en la zona P, con lo que también aparece una carga negativa.
El mismo razonamiento, aunque con signos opuestos puede realizarse para
la zona N.
Carga positiva en la zona N y negativa en la zona P
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Aparece un campo eléctrico desde la zona N a la zona P que se opone al
movimiento de portadores según la difusión, y va creciendo conforme pasan más
cargas a la zona opuesta. Al final la fuerza de la difusión y la del campo eléctrico
se equilibran y cesa el trasiego de portadores.Finalmente:
Zona P, semiconductora, con una resistencia RP.
Zona N, semiconductora, con una resistencia RN.
Zona de agotamiento (deplección): No conductora, puesto que no posee
portadores de carga libres. En ella actúa un campo eléctrico, o bien entre los
extremos actúa una barrera de potencial.
Polarización directa:
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Polarización directa (II):
El potencial aumenta por encima del de barrera  desaparece la zona de
deplección.
1.
2.
Electrones y huecos se dirigen a la unión.
En la unión se recombinan.
La tensión aplicada se emplea en:
1. Vencer la barrera de potencial.
2. Mover los portadores de carga.
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Polarización inversa
Tensión positiva a la zona N y negativa a la zona P  se retiran portadores
mayoritarios próximos a la unión. Aumenta la anchura de la zona de deplección.
Como en ambas zonas existen portadores minoritarios, su movimiento hacia la
unión crea una corriente, aunque muy pequeña.
Si aumenta mucho la tensión inversa, se produce la rotura por avalancha por
ruptura de la zona de deplección. No significa la ruptura del componente.
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Característica tensión-corriente
La figura muestra la característica V-I (tensión-corriente) típica de un diodo real.
• Región de conducción en polarización directa (PD).
• Región de corte en polarización inversa (PI).
• Región de conducción en polarización inversa.
En el caso de los diodos de Silicio, VON está sobre los 0,7 V.
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Principales características comerciales
1. Corriente máxima en directa, IFmax o IFM (DC forward current): Es la corriente continua
máxima que puede atravesar el diodo en directa sin que este sufra ningún daño. Tres
límites:
• Corriente máxima continua (IFM).
• Corriente de pico transitoria (Peak forward surge current), en la que se especifica
también el tiempo que dura el pico.
• Corriente de pico repetitivo (Recurrent peak forward current), en la que se
especifica la frecuencia máxima del pico.
2. Tensión de ruptura en polarización inversa (Breakdown Voltage, BV; Peak Inverse
Voltage, PIV): Es la tensión a la que se produce el fenómeno de ruptura por
avalancha.
3. Tensión máxima de trabajo en inversa (Maximun Working Inverse Voltage): Es la
tensión que el fabricante recomienda no sobrepasar para una operación en inversa
segura.
4. Corriente en inversa, IR (Reverse current): Es habitual que se exprese para diferentes
valores de la tensión inversa
5. Caída de tensión en PD, VF (Forward Voltage): A veces no es 0.7 Volts.
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MODELOS DEL DIODO DE UNION PN
Modelos para señales continuas
Válido tanto para señales contínuas como para de muy baja frecuencia.
n, es el factor de idealidad. El valor n se ubica dentro del rango entre 1 y 2.
Depende de las dimensiones del diodo, del material semiconductor, de la magnitud
de la corriente directa y del valor de IS.
• VT, es el potencial térmico del diodo y es función de la constante de Boltzmann
(K), la carga del electrón (q) y la temperatura absoluta del diodo T(K). La siguiente
expresión permite el cálculo de VT:
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• R es la resistencia combinada de las zonas P y N, de manera que V-IR es la
tensión que se está aplicando en la unión PN, siendo I la intensidad que circula
por el componente y V la tensión entre terminales externos.
• IS, es la corriente inversa de saturación del diodo. Depende de la
estructura, del material, del dopado y fuertemente de la temperatura.
Modelo ideal del diodo de unión PN
• Factor de idealidad como la unidad, n=1.
• La resistencia interna del diodo es muy pequeña. la
caída de tensión en las zonas P y N es muy pequeña,
frente a la caída de tensión en la unión PN.
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Modelo lineal por tramos
• En inversa, la corriente a través de la unión es nula.
• En directa, la caída de tensión en la unión PN (VON) es constante e
independiente de la intensidad que circule por el diodo.
Para calcular el valor de VON se considera un diodo de unión PN de silicio. El
potencial térmico a esa temperatura (25 ºC) es VT=25.7 mV. Tomando como
variable independiente la intensidad I, la ecuación ideal del diodo queda:
Por ejemplo, para un intervalo de corrientes 1 mA < I < 1 A se tienen tensiones
0.6 V <VDIODO< 0.77 V.
Estado
BIESTADO
Conducción
Corte
Modelo
Condición
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 Conducción o Polarización Directa "On“. La
tensión es VON para cualquier valor de corriente.
 Corte o Polarización Inversa "Off", donde la
corriente es nula para cualquier valor de tensión
menor que VON.
Modelo para pequeñas señales de alterna
Se aplica:
La corriente:
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Modelo para pequeñas señales de alterna
Supongamos que conocemos la amplitud de las oscilaciones de la tensión aplicada
(VD) y queremos conocer la amplitud de las oscilaciones de la corriente (ID). El
método de cálculo sería:
Para obtener la solución al problema
citado de una forma más simple se
linealiza la curva del diodo en el entorno
del punto de operación, es decir, se
sustituye dicha curva por la recta que
tiene la misma pendiente en el punto de
operación, según se aprecia en la Figura
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Modelo para pequeñas señales de alterna
A la derivada de la tensión con respecto a la corriente en el punto de operación se
le llama resistencia dinámica del diodo rD, y su expresión puede determinarse a
partir del modelo exponencial del diodo, teniendo en cuenta que si VDQ es mayor
que VT puede despreciarse la unidad frente al término exponencial:
Aproximación de Shockley
Aproximación válida en la región de conducción en polarización directa del diodo.
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DIODOS ZENER
Se aprovecha la tensión inversa de ruptura mediante el control de los niveles de
dopado. Se consiguen tensiones de ruptura de 2 – 200 Voltios y potencias
máximas de entre 0.5 W y 50 W.
El diodo zener se utiliza para trabajar
en la zona de ruptura, ya que mantiene
constante la tensión entre sus
terminales (tensión zener, VZ).
Estabilización de tensiones
Corriente máxima en inversa
Tensión Zener
Estado
Conducción P.D.
Corte
Conducción P.I.
Modelo
V=VON
I=0
V=VZ
Condición
I>0
VZ<V<VON
I<0
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EJEMPLO DE APLICACION DEL DIODO: RECTIFICACION
La energía eléctrica generada en las centrales de potencia es de tipo alterna
sinusoidal.
En ocasiones es necesario una tensión contínua.
Esquema general de la rectificación.
Vi: tensión de entrada.
Vo:tensión de salida.
RL: resistencia asociada al aparato o "carga" que se conecta al rectificador.
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ESQUEMA BÁSICO. RIZADO DE LA ONDA DE SALIDA
VO = Vi -VON
Para Vi< 0 el diodo está en corte = no existe
corriente
Se intenta que esta onda de salida se
parezca lo más posible a una línea
horizontal.
Siempre existe desviación de la ideal. Se
cuantifica por el rizado de la onda de
salida
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EL CONDENSADOR EN LOS RECTIFICADORES
Funcionamiento en vacío
VD ≤ 0. El diodo nunca
conducirá > C no descarga.
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Funcionamiento en carga
I de carga del Condensador (muy pequeña).
Para vi entre 0<wt</2
I de la resistencia
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Mientras el diodo esté en corte, la parte derecha del circuito se comporta
independientemente con respecto al generador.
Descarga de C a través de RL
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Rectificador onda completa
En semiciclo positivo de la señal: VA es mayor que VC: D1 y D3 no conducen
Circuito equivalente
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Rectificador de onda completa
durante los semiciclos negativos
Mejora con filtrado por
condensador