Post on 22-Jan-2016
Capítulo 3: Junturas
EFECTOS TRANSIENTES O TRANSITORIOS
• Para diodos en conmutación (sistemas digitales), el cambio de estado de conducción a no conducción y viceversa requiere de un cierto tiempo.
• Polarización directo a inverso: toff
• Polarización inverso a directo : ton
• Este tiempo es necesario para reacomodar las concentraciones de los portadores.
EFECTOS TRANSIENTES O TRANSITORIOS
Cuando el contacto está muy lejos, WB >> Lp la distribución es exponencial y x puede ser aproximado por el largo de difusión.
x
pn(0)t 0 t1
t2
t3
EFECTOS TRANSIENTES O TRANSITORIOS
toff
f
R
t1 t2 t3 t1 t1
t
EFECTOS TRANSIENTES O TRANSITORIOS
• toff : Bajo condiciones de polarización directa hay una cierta densidad de carga por unidad de área presente en la región n, debido a los portadores minoritarios inyectados. Esta densidad de carga Qpn está dada por:
(3.95)
• La distribución es aproximada a un triángulo de base x.
• Para diodos de base angosta, la distribución corresponde efectivamente a una línea recta y x está dado por la separación entre el contacto y la juntura inyectada WB.
n
2f
p np j
x1Q qp 0 x
2 2D A
EFECTOS TRANSIENTES O TRANSITORIOS
• Si la corriente promedio inversa fluyendo durante el periodo toff es R, Ave, el tiempo toff está dado por:
(3.96)
• Combinándola con la expresión anterior,
(3.97)
• O bien, para WB >> Lp (diodo de base ancha)
(3.98)
np joff
R,Ave
Q At
2f
offR,Ave p
xt
2D
foff p
R,Ave
1t
2
EFECTOS TRANSIENTES O TRANSITORIOS
• Para WB << Lp (diodo de base angosta)
(3.99)
• Luego, el tiempo de apagado depende de la relación (f / R, Ave) que está dada por el circuito externo de la juntura y también depende del tiempo de vida de los portadores minoritarios (p) y del largo total del material n neutro (WB).
2f B
offR,Ave p
W1t
2 D
RESISTENCIA DEL DIODO
Símbolo:
Número o código: 1N4148, 1N4007, etc.
Semiconductor: Si Ge GaAs
(Voltaje de disparo) 0.6[V] 0.25[V] 1.4[V]
Vd
d Q
RESISTENCIA DEL DIODO
• Q corresponde al punto de trabajo. La pendiente que une Q con el origen entrega el valor de la resistencia estática. Entonces:
(3.100)dS
d
V1R
m
RESISTENCIA DEL DIODO
La resistencia dinámica del diodo entrega antecedentes acerca del comportamiento del diodo bajo la aplicación de una señal alterna. La figura a continuación muestra como obtener este valor.
Vd
dQ
d
Vd
Q
RESISTENCIA DEL DIODO
(3.101)
(3.102)
(3.103)
(3.104)
(3.105)
d dac
d d
V dVr
d
dq VkT
d se
dq Vd kT
sd
d qe
dV kT
d1
q Vd kT
sd
dV kTe
d q
acd
kTqr
APLICACIONES DEL DIODO
• Rectificador de media onda.
APLICACIONES DEL DIODO
• Para un diodo de silicio, Vd = 0.6[V]. Luego, es correcto suponer que la fuente sinusoidal es V = VmSen(t) y que Vm >> Vd.
• De esta forma, debido a la presencia del diodo, el voltaje en la carga está dado por:
VL = VmSen(t) ; 0 t
VL = 0 ; t 2
• Para obtener la componente continua existente en la carga es necesario integrar, luego
CC
2m
L L
0
V1V V d t
2
APLICACIONES DEL DIODO
• El voltaje inverso máximo corresponde al valor peak negativo de la fuente sinusoidal, Así,
VIM = Vm
• Para las Componentes de C.A. se debe calcular el Factor de rizado o de Ripple :
• Dado que es mayor que 1, dominan las componentes alternas. Luego es necesario filtrar conectando un condensador en paralelo con la carga.
CA
CC
L
L
V1.21
V
APLICACIONES DEL DIODO
• Rectificador de onda completa.
APLICACIONES DEL DIODO
• Claramente el voltaje aplicado a la carga corresponde a la superposición de dos rectificadores de media onda desplazados uno del otro en 180º, por lo que se tiene lo siguiente:
VIM = 2Vm
= 0.483
• Las componentes alternas son menores que la componente continua.
CC
mL
2VV
APLICACIONES DEL DIODO
• Rectificador de onda completa en puente.
• Este rectificador tiene las mismas características que el rectificador de onda completa con punto medio.
APLICACIONES DEL DIODO
• Rectificador de onda completa en puente.
APLICACIONES DEL DIODO
• Filtro Capacitivo: Conectado en paralelo con la carga reduce el ripple dado que el condensador posee una baja reactancia para las componentes alternas de alta frecuencia.
• En el caso del rectificador de media onda, un condensador en paralelo con la carga debe tener una reactancia de
• El condensador debe soportar un voltaje de operación que la componente continua sobre la carga.
• También debe soportar la corriente Ic
1
2C LX R
f C
APLICACIONES DEL DIODO
• Respuesta en la carga con un filtro capacitivo aplicado
APLICACIONES DEL DIODO
• Para el rectificador de onda completa:
APLICACIONES DEL DIODO
• Dada las características, el diodo zener sirve como regulador de voltaje o como fuente de voltaje de referencia.
• El circuito equivalente es:
VZ
Rz
APLICACIONES DEL DIODO
• La regulación de voltaje es la constancia del voltaje con respecto a:
•El voltaje de entrada V1.
•La corriente que suministra a la carga.
•La temperatura.
APLICACIONES DEL DIODO
• Considerando el siguiente circuito
• El diodo Zener esta caracterizado por una potencia y voltaje máximo. Ello determina la corriente máxima
Iz Vz
Rs
V1
1
max
zs
Z
V VR
I
APLICACIONES DEL DIODO
• Respecto de la regulación se tienen los siguientes valores.• Factor de regulación
• Resistencia interna o de salida
• Factor de Temperatura
01 0Z
Zv
I T
V mVS
V V
0
1
0
0
Z
Z V T
VR
I
1
00
ZT
V I
VS
T
APLICACIONES DEL DIODO
• Por ejemplo, Sv puede ser calculado como
• Generalmente Rs >> Rz. Luego
1
Z zv
s z
V RS
V R R
1z
v
s
RS
R
APLICACIONES DEL DIODO
• Configuración serie: permite ampliar un voltaje de referencia
Las resistencias permiten equilibrar las caidas de tensión en los diodos
APLICACIONES DEL DIODO
• Configuración paralelo: permite ampliar una corriente
APLICACIONES DEL DIODO
• El uso de condensadores en paralelo permite filtrar ruido
1C F
APLICACIONES DEL DIODO
• Referencias múltiples: Mientras el voltaje Vi sea mayor que la suma de Vz de los diodos, estos mantienen sus voltajes Vz.
APLICACIONES DEL DIODO
• Compuertas AND / OR