cap 3 diodo final
Post on 05-Nov-2015
22 Views
Preview:
DESCRIPTION
TRANSCRIPT
-
UNIDAD III :
EL DIODO
ELECTRICIDAD - ELECTRONICA
Semestre 2015-1
INGENIERIA INDUSTRIAL
ING. LUIS MENDOZA QUISPE
-
3.1 INTRODUCCION
Un diodo (del griego "dos caminos") es un
dispositivo semiconductor que permite el paso de la
corriente elctrica en una nica direccin con
caractersticas similares a un interruptor. De forma
simplificada, la curva caracterstica de un diodo
(I-V) consta de dos regiones: por debajo de cierta
diferencia de potencial, se comporta como un
circuito abierto (no conduce), y por encima de ella
como un corto circuito con muy pequea resistencia
elctrica.
-
3.1 INTRODUCCION Los primeros diodos eran vlvulas grandes en chips o tubos de vaco, tambin llamadas vlvulas termoinicas constituidas por dos electrodos rodeados de vaco en un tubo de cristal, con un aspecto similar al de las lmparas incandescentes. El invento fue realizado en 1904 por John Ambrose Fleming, de la empresa Marconi, basndose en observaciones realizadas por Thomas Alva Edison.- Al igual que las lmparas incandescentes, los tubos de vaco tienen un filamento (el ctodo) a travs del que circula la corriente, calentndolo por efecto Joule.
-
3.1 INTRODUCCION Los diodos PN, son uniones de dos materiales semiconductores extrnsecos tipos p y n, por lo que tambin reciben la denominacin de unin pn. Se tiene que destacar que ninguno de los dos cristales por separado tiene carga elctrica, ya que en cada cristal, el nmero de electrones y protones es el mismo, de lo que podemos decir que los dos cristales, tanto el p como el n, son neutros. (Su carga neta es 0).
-
Diodos
Condensadores
Corriente alterna Corriente continua Rectificador
3.2 Diodo: Aplicaciones
-
Diodos especiales: Diodo LED
Se encierran en una cpsula que permita que la radiacin luminosa en forma de fotones salga al exterior.
La curva caracterstica de un diodo L.E.D. es similar a la de cualquier diodo, a diferencia de que el voltaje de codo es mucho mayor, del orden de 1,5 a 2,5 V con corrientes entre 10 y 50 mA
3.2 Diodo: Aplicaciones
-
Semiconductor extrnseco 3.3 Unin P-N
Se provoca un exceso de electrones o un exceso de huecos introduciendo nuevos tomos de otros elementos (dopaje).
En ellos introduzco tomos de Fsforo ( P ), Arsnico ( As ) o Antimonio ( Sb ).
Se introducen tomos de Boro ( B ), Galio ( Ga ) o Indio ( In ).
-
Portadores
mayoritarios
Portadores
minoritarios
Iones
donadores
Portadores
mayoritarios
Portadores
minoritarios
Iones
aceptores
TIPO n TIPO p
Regin de
agotamiento
Tipo p Tipo n
3.5 Unin P-N
-
p n
p n
p n
Sin polarizacin
Polarizacin inversa
Polarizacin directa
3.5 Unin P-N
-
Representacin de componentes elctricos en diagrama V-I
Caractersticas elctricas de un diodo semiconductor
Caracterstica real
Linealizacin de la caracterstica de un diodo
Interpretacin de los datos de un catlogo
Diodos especiales
Asociacin de diodos
Aplicaciones
Diodo 3.4 Unin P-N
-
Diodo 3.4 Unin P-N
Ctodo
nodo
nodo Ctodo
-
+
-
V
I
P
N
I
V
CARACTERSTICA DEL DIODO
Idealmente, permite corriente directa (se comporta como un cable) y bloquea o no permite la corriente inversa (se comporta como un cable roto)
PRESENTA UN COMPORTAMIENTO NO LINEAL !!
ANCDOTA Un smil hidrulico podra ser una vlvula anti-retorno, permite pasar el agua (corriente) en un nico sentido.
-
h1 h2
h1 - h2
Caudal
Funcionamiento de una vlvula anti-retorno
-
Introduccin a la fsica de estado slido: semiconductores
Semiconductor extrnseco : TIPO N
Impurezas grupo V
300K
Electrones libres tomos de impurezas ionizados
Los portadores de carga en un semiconductor tipo N son electrones libres
+
+
+ +
+
+
+ +
+
+
+
+
+
+
+
+
-
Semiconductor extrnseco : TIPO P
300K
Huecos libres tomos de impurezas ionizados
Los portadores de carga en un semiconductor tipo P son huecos. Actan como portadores de carga positiva.
-
-
- -
-
-
- -
-
-
-
-
-
-
- -
-
La unin P-N
La unin P-N en equilibrio
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
- - +
+
+ + + +
+
+
+ +
+
+
+
+
+ +
Semiconductor tipo P Semiconductor tipo N
-
La unin P-N
La unin P-N en equilibrio
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
+ +
+
+ +
+
+
+
+
+ +
Semiconductor tipo P Semiconductor tipo N
-
-
- - +
+
+ +
+
+ -
Zona de transicin
Al unir un semiconductor tipo P con uno de tipo N aparece una zona de carga espacial denominada zona de transicin. Que acta como una barrera para el paso de los portadores mayoritarios de cada zona.
-
La unin P-N
La unin P-N polarizada inversamente
-
-
-
-
-
-
-
-
+
+
+ +
+
+ +
-
-
- - +
+
+ +
+
-
- -
-
+
+
+
+
+
La zona de transicin se hace ms grande. Con polarizacin inversa no hay circulacin de corriente.
P N
-
La unin P-N
La unin P-N polarizada en directa
-
-
-
-
-
-
-
-
+
+
+ +
+
+ +
-
-
- - +
+
+ + -
- -
-
+
+
+
+
+
La zona de transicin se hace ms pequea. La corriente comienza a circular a partir de un cierto umbral de tensin directa.
P N
+
-
La unin P-N
La unin P-N polarizada en directa
-
-
-
-
-
-
-
-
+
+
+ +
+
+ +
-
-
- - +
+
+ + -
- -
-
+
+
+
+
+
La recombinacin electrn-hueco hace que la concentracin de electrones en la zona P disminuya al alejarse de la unin.
P N
+ Concentracin de huecos Concentracin de electrones
-
La unin P-N
Conclusiones:
Aplicando tensin inversa no hay conduccin de corriente
Al aplicar tensin directa en la unin es posible la circulacin de corriente elctrica
P N
DIODO SEMICONDUCTOR
-
p n
nodo ctodo
A K
Smbolo
IS = Corriente Saturacin Inversa K = Cte. Boltzman VD = Tensin diodo q = carga del electrn T = temperatura (K) ID = Corriente diodo
Silicio Germanio
DIODO REAL
1TKqV
SD
D
eII
V [Volt.]
0
1
0.3 -0.25
i [mA]
0.7
Ge Si
-
V [Volt.]
0
1
0.3 -0.25
i [mA]
0.7
Ge Si
0 1 -4
30
i [mA]
V [Volt.]
Ge
Si
DIODO REAL (Distintas escalas)
-0.8
-0.5 0
i [A]
V [Volt.]
-10
-0.5 0
i [pA]
V [Volt.]
Ge Si
Ge: mejor en conduccin Si: mejor en bloqueo
-
DIODO: DISTINTAS APROXIMACIONES
I
V
Solo tensin de codo Ge = 0.3 Si = 0.6
I
V
Tensin de codo y Resistencia directa
I
V
Ideal
I
V
Curva real (simuladores, anlisis grfico)
-
DIODO: LIMITACIONES
I
V
Corriente mxima Lmite trmico, seccin del conductor
Tensin inversa mxima Ruptura de la Unin por avalancha
600 V/6000 A 200 V /60 A
1000 V /1 A
-
VR = 1000V Tensin inversa mxima IOMAX (AV)= 1A Corriente directa mxima VF = 1V Cada de Tensin directa IR = 50 nA Corriente inversa
VR = 100V Tensin inversa mxima IOMAX (AV)= 150mA Corriente directa mxima VF = 1V Cada de Tensin directa IR = 25 nA Corriente inversa
DIODO: Parmetros facilitados por fabricantes
Vd
id
iS
VR
IOmax
NOTA: Se sugiere con un buscador obtener las hojas de caractersticas de un diodo (p.e. 1N4007). Normalmente aparecern varios fabricantes para el mismo componente.
-
DIODO: Parmetros facilitados por fabricantes
Tiempo de recuperacin inversa
+
UE R
iSUE
Baja frecuencia
iS
Alta frecuencia
iS
trr = tiempo de recuperacin inversa A alta frecuencia se aprecia un intervalo en el cual el diodo conduce corriente inversa.
-
DIODOS ESPECIALES
Diodo Zener (Zener diode) La ruptura no es destructiva. (Ruptura Zener). En la zona Zener se comporta como una fuente de tensin (Tensin Zener). Necesitamos, un lmite de corriente inversa. Podemos aadir al modelo lineal la resistencia Zener. Aplicaciones en pequeas fuentes de tensin y referencias.
I
V
Tensin Zener (VZ)
Lmite mximo Normalmente, lmite de potencia mxima
-
DIODOS ESPECIALES
Diodo LED (LED diode) Diodo emisor de Luz = Light Emitter Diode
El semiconductor es un compuesto III-V (p.e. Ga As). Con la unin PN polarizada directamente emiten fotones (luz) de una cierta longitud de onda. (p.e. Luz roja)
A K A K
-
DIODOS ESPECIALES
Fotodiodos (Photodiode)
0
i
V
iopt
Los diodos basados en compuestos III-V, presentan una corriente de fugas proporcional a la luz incidente (siendo sensibles a una determinada longitud de onda). Estos fotodiodos se usan en el tercer cuadrante. Siendo su aplicaciones principales: Sensores de luz (fotmetros) Comunicaciones
COMENTARIO Los diodos normales presentan variaciones en la corriente de fugas proporcionales a la Temperatura y pueden ser usados como sensores trmicos
i
0
V
T1
T2>T1
El modelo puede ser una fuente de corriente dependiente de la luz o de la temperatura segn el caso
I = f(T)
-
DIODOS ESPECIALES
Clulas solares (Solar Cell)
i
V VCA
iCC
Cuando incide luz en una unin PN, la caracterstica del diodo se desplaza hacia el 4 cuadrante. En este caso, el dispositivo puede usarse como generador.
Paneles de clulas
solares
Zona uso
-
DIODOS ESPECIALES
Diodo Schottky (Schottky diode)
Unin Metal-semiconductor N. Producindose el llamado efecto schottky. La zona N debe estar poco dopada. Dispositivos muy rpidos (capacidades asociadas muy bajas). Corriente de fugas significativamente mayor. Menores tensiones de ruptura. Cadas directas mas bajas (tensin de codo 0.2 V). Aplicaciones en Electrnica Digital y en Electrnica de Potencia
El efecto Schottky fue predicho tericamente en 1938 por Walter H. Schottky
-
ASOCIACIN DE DIODOS
DISPLAY
Diodo de alta tensin (Diodos en serie)
Puente rectificador
+
-
+
-
Monofsico
Trifsico
-
APLICACIONES DE DIODOS
Detectores reflexin de objeto
Detectores de barrera
-
APLICACIONES DE DIODOS
Sensores de luz: Fotmetros Sensor de lluvia en vehculos Detectores de humo Turbidmetros Sensor de Color
LED
Fotodetector
LED azul
LED verde
LED rojo Fotodiodo
Objetivo
LED
-
COMENTARIOS SOBRE CIRCUITOS
Los diodos (y el resto de dispositivos electrnicos) son dispositivos no lineales. Cuidado, no se puede aplicar el principio de superposicin!
VE VS
VE
R
VMAX
MAXV
EJEMPLO TPICO: RECTIFICADOR
+
-
ID
VD
VE
t
t
VS
t
-
TH
TH
R
V
THV
Caracterstica del diodo
Caracterstica del circuito lineal (RECTA DE CARGA)
PUNTO DE FUNCIONAMIENTO
I
V
RECTA DE CARGA Y PUNTO DE FUNCIONAMIENTO
+
-
ID
VD VTH
RTH
CIRCUITO LINEAL
ID
VD
-
Modelado de diodos
Modelo Ideal:
Modelo Simplificado:
Modelo de segmentos lneales:
VD
ID
VD
ID
VT
VD
ID
VT
rav
VT
VT rav
Ejemplos
-
Anlisis de circuitos con diodos
Con fuentes de cd.
-Determine el estado del diodo
-Sustituya el equivalente adecuado
-Determine los parmetros restantes de la red.
E
R3
E
R3
Determine VD,, VR, ID.
Ambos casos
E=8V, 0.5
R3=2.2k, 1.2k
12VGeSi
5.6k
VR, IR
12VSi
5.6k
Si
VD1 , VD2, ID, VR.
10V
5V
2.2K
Si
4.7K
12
10V
12
Si
330
Si
+
V0
-
VD, ID, V0.
+
V0
-
ID1, ID2, IR, V0.
12
12
12VSi2.2K
Ge
VR.
SiSi
3.3K
5.6K
20V
IR1, IR2,
-
APLICACIONES Rectificadores: Su principal uso es en sistemas electrnicos encargados de realizar una conversin de potencia de AC, en potencia de dC.
DE MEDIA ONDA:
V1
D21 2
1k
0
120 1k
12
Time
0s 1ms 2ms 3ms 4ms 5ms 6ms 7ms 8ms 9ms 10ms
V(D1:2)
-20V
0V
20V
SEL>>
V1(V2)
-20V
0V
20V
Time
0s 1ms 2ms 3ms 4ms 5ms 6ms 7ms 8ms 9ms 10ms
V(R1:1)
-20V
0V
20V
SEL>>
V1(V2)
-20V
0V
20V
-
T11 5
6
4 8
Si
Si
R
CON TRANSFORMADORES:
DE ONDA COMPLETA:
1k1
2 12
12 1
2
-
RECORTADORES:
Tienen la capacidad de recortar una porcin de la seal de entrada sin distorisionar la parte restante de la forma de onda alterna.
SERIE:
1k
D2
5V
4V
1k
-
SUJETADORES O CAMBIADORES DE NIVEL:
C1
C1
V1
5V
-
DETECTORES DE SEAL:
2
1
C1
1
2
+
Vin
-
+
Vout
-
-
El smbolo y el comportamiento de un diodo Zener son los
que se muestran en el siguiente esquema:
El diodo Zener
encendido apagado(Vz > V > 0V)
+
Vz
+
Vz +
V
El diodo estar encendido cuando est polarizado
inversamente a un diodo normal, y cuando el voltaje sea
superior a Vz. Para que esto suceda, es necesario que la
corriente est en la zona indicada a continuacin:
-
La siguiente representa la curva caracterstica de un diodo
Zener:
Vz
Izmn
Izmx
ID
VD Zona de trabajo
del diodo Zener
Zona de ruptura
del diodo Zener
El diodo Zener
-
El diodo Zener se utiliza para mantener un voltaje de
referencia constante, mientras que la corriente que circula a
travs suyo est comprendida entre Izmn e Izmx.
Vz
RS
Ve Iz
+
El valor de RS para que el regulador
trabaje adecuadamente (sin carga)
ser:
mn
mxZ
zeS I
VVR
donde RSmn RS RSmx.
mx
mnZ
zeS I
VVR
MXIMO MNIMO
El diodo Zener
-
La situacin ms comn es que el circuito opere con carga, tal
como se muestra a continuacin:
Las condiciones de carga
pueden variar. El diodo
Zener debe mantener sus
condiciones de regulacin,
independiente de la carga.
Vz
RS
Ve Iz
+
RC I IC
El diodo Zener
-
Reguladores de voltaje:
El objetivo de este circuito es mantener un voltaje de salida constante sobre un rango de resistencia de carga. El resistor en serie con la fuente se selecciona para que una cada de voltaje apropiada aparezca cuando la resistencia de carga est en su valor mnimo. El diodo debe ser capaz de disipar una gran cantidad de potencia cuando la resistencia de carga est en su valor mximo.
0
Vi
1k
1k-
+
Vz
Pzm
1.- Determinar el estado del diodo zener
mediante la eliminacin de la red y
calculando el voltaje atravs del circuito
abierto resultante.
Vz VzVz
2.- sustituir el circuito equivalente adecuado y resolverlo para las
incongnitas deseadas.
V = VL=RLVi/R + RL
VL=Vz Iz= IR + IL Pz= Vz IL
top related