Grado 1
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Fundamentos de Ingeniería Electrónica.
Fundamentos de Ingeniería ElectrónicaGrado en Ingeniería Electrónica Industrial y Automática, Tecnologías
Industriales, Ingeniería Mecánica, Ingeniería de la Energía
Sesión 11: Componentes electrónicos.El diodo. Funcionamiento. Usos en circuitos
prácticos. Recortador y limitador zener.
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Índice
El diodo de unión pn.● Introducción a los semiconductores.● El diodo de unión pn.● Polarización del diodo.● Curva característica.● Tipos de diodos. ● Hojas de características.● Modelos de circuito equivalente.
Aplicaciones del diodo.● Protección contra inversión de polaridad.● Diodo de retorno. Protección de motores y conmutadores.● Circuitos recortadores.● Circuitos rectificadores: Media onda, Onda completa.
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Dopaje con Fósforo (P):
Fósforo posee 5 e- de valencia
Fósforo dona un e- a la red (impureza
donadora)
Predominan portadores de carga
negativa, e- (tipo n)
Se crean iones positivos fijos en la red
Si
Si Si
P Si
Si Si
Si
SiElectrón
extra
+-
+-+
-
+-
Portadores de carga negativa
libres, e-
Ión positivo fijo
Silicio tipo n vs. Silicio tipo p
Dopaje con Boro (B):
Boro posee 3 e- de valencia
Boro acepta un e- de la red (impureza
aceptora)
Predominan portadores de carga
positiva, h+ (tipo p)
Se crean iones negativos fijos en la red
––
+ +
+ +
––Si
Si
B
Si
Si
Si
Si
Si
SiHueco extra
Portadores de carga positiva
libres, h+
Ión negativo fijo
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–– –
–– –
–– –
+ + +
+ + +
+ + +
+-
+-
+-
+-
+-
+-
+-
+-
+-
La unión pn
–– –
–– –
+ +
+ +
+
+
+
-
+
-
+
-
+
-
Zona de carga espacial(zona de vaciamiento)
–– –
+ +
+ +
-
+
-
V
-
+
Monocristal semiconductor con 2 regiones: tipo p y tipo n
EQUILIBRIO
Flujo neto de corriente = 0
ÁNODO CÁTODO
VF ó Vg= 0,6V - 0,7V
(barrera de potencial)
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La unión pn
POLARIZACIÓN DIRECTA POLARIZACIÓN INVERSA
–– –
–– –
+ +
+ +
+
+
+-
+-
+-
+-
–– –+ +
+ +-
+-
Flujo neto de corriente, ID
+ –
+ –ID
–– –
–– –
+ +
+ +
+
+
+-
+-
+-
+-
–– –+ +
+ +-
+-
Surgen corrientes de arrastre débiles
Corriente inversa de saturación, IS
IS– +
– +
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Curva Característica
ID
VD
)1( T
D
V
V
SD eII
Vg
-Vr
-VZ
–
VD
ID
ÁNODO (zona p)
CÁTODO (zona n)
SD II
D OND OFFD ZENER
D
Tensión de ruptura
Tensión zener Tensión umbral
ID la que
solicite el
circuito
Efecto avalancha
Efecto zener
¿Destrucción?
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Tipos de diodos
LED: Light emitting diode
+ –
Diodos rectificadoresDiodos de señal Diodos Zener
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Diodo Láser
OLED: LED orgánico
Tipos de diodos
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Diodos rectificadores
Hojas de características
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Modelos de circuito equivalente
ID
VD
Zona 2: Directa y corte
Vg
D OFFA C
ID = 0
0<VD < Vg
Circuito
Abierto
D OFF
A C
ID = 0
VD < 0
Circuito
Abierto
ID
VD
Zona 3: Inversa y corte
D ZENER
ID
VD
Zona 4: Modo zener.
Inversa y conducción
-Vz
VD = -Vz
ID < 0
A C- +Vz
Fuente de
tensiónID
VD
Zona 1: Diodo como fuente
Directa y conducción
Vg
VD = Vg
ID > 0
A C
+ -Vg
Fuente de
tensión
D ON
Zona 1: Diodo Ideal
Directa y conducción
VD
ID
0V
D ONVD = 0
ID > 0
Corto
Circuito
A C
CURVA CARACTERÍSTICA REAL
VS. APROXIMACIONES
VDVg
-Vr
-VZ
D OND OFF
D ZENER
inversa directa
ID
Z1Z2Z3Z4
+ –VD
ID
A C
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Protección contra inversión de polaridad
En inversión de
polaridad, el
diodo impide la
circulación de
corriente.
En inversión de
polaridad, el
diodo entra en
conducción y el
fusible se funde
por exceso de
corriente.
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Diodo de retorno. Protección de motores y conmutadores
En una inductancia
la corriente no
puede ´desaparecer
instantáneamente.Se introduce
un diodo para
que la corriente
tenga un
camino de
retorno y no
dañe al
conmutador.
ON
OFF
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Diodo D Ideal
Corriente
p
O
VV
2
pVPIV 2
TensiónDiodo
Tensión Salida
Rectifica semiciclos positivos vO misma frecuencia que v1
D ON D OFF
V1: 240Vrms N1:N2=8:1 Diodo Idealf=50Hz (T=20ms) RL=1k
Tensión Primario Tensión Secundario
Ejemplo
V5.13
D ON D OFF
D ON D OFF
)4.42( V
Misma forma que vO(t)
Rectificador de media onda
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Rectificador de media onda
Tensión Primario Tensión Secundario
Ejemplo
Corriente
p
O
VV
2
pVPIV 2
TensiónDiodo
Tensión Salida
D ON D OFF
D ON D OFF
D ON D OFF
Diodo D como Fuente Vg
Misma forma que vO(t)
Rectifica semiciclos positivos vO misma frecuencia que v1
V1: 240Vrms N1:N2=8:1 Diodo D: Vg=0.7Vf=50Hz (T=20ms) RL=1k
(-42.4V)
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Tensión Secundario
TensiónDiodo
Tensión Salida
Diodo D Ideal
CRf
V
CR
TVV
pp
Rpp
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v (t)O
t [ms]
V2pVRpp(42.4V)
20100
D O
N
D OFF D O
N
D O
N
D OFF D O
N
D O
N
D OFF D O
N
Corriente
V1: 240Vrms N1:N2=8:1 Diodo Idealf=50Hz (T=20ms) RL=1k
Ejemplo
IDP mayor que sin C: iD(t)=iR(t)+iC(t)
Rectificador de media onda con filtro
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+
-
+
-+
-
N1 N2
50 Hz
230 Vrms
v1(t)v2(t)
vo (t)R=100
D1
D2
D3
D4
Puente de diodos
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1 N
N
Rectificador de onda completa
t[ms]
v1(t)
V1p
(325V)
-V1p
10 20
f=50Hz
T=20ms
V1med=0
0
Tensión Primario
t[ms]
v2(t)
V2p
(21.7V)
-V2p
10 20
f=50Hz
T=20ms
V2med=0
0
Tensión Secundario
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t[ms]
vO(t)
Vop=
V2P(21.7V)
f=100Hz
T=10ms
10 200
op
o
VV
2
D1, D2 ON
D3, D4 ON
Tensión Salida
t[ms]
iD1(t)=iD2(t)
IDp=
Vop/R(217mA)
f=50Hz
T=20ms
10 200
D1, D2
t[ms]
iD3(t)=iD4(t)
10 200
D3, D4
Corrientes Diodos
IDp=
Vop/R(217mA)
vD1(t)=vD2(t)
-VDp=-V2p(-21.7V)
vD3(t)=vD4(t)
-VDp=
-V2p
(-21.7V)
Tensiones Diodos
t[ms]
f=50Hz
T=20ms
10 200
D1, D2
PIV= V2p
t[ms]10 200
D3, D4
D1, D2 ON
D1, D2 OFF
D3, D4 ON
D3, D4 OFF
D1, D2 ON
D1, D2 OFF
D3, D4 ON
D3, D4 OFF
Misma forma que vO(t) en el tramo de conducción de cada diodo
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Rectificador de onda completa
Diodo ideal
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Puente de
diodos
integrado
Hojas de características
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Ej. 1: Circuito recortador
Suponga que aplica en Vi una
tensión sinusoidal de 1kHz y 10Vpp,
y que el Diodo es ideal.
Mida las tensiones Vi y Vo con un
osciloscopio configurado así:
Base de tiempos: 100ms/div
Canales verticales: 2V/div
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Ej. 2: Circuito recortador
Suponga que aplica en vi una
tensión sinusoidal de 1kHz y 10Vpp,
y que el Diodo es ideal
Represente las señales Vi(t) y Vo(t)
en función del tiempo, y la función
de transferencia Vo frente a Vi.
Para trabajar en
casa
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Ej. 3: Circuito recortador
Represente las señales Vi(t) y Vo(t)
en función del tiempo, y la función de
transferencia Vo frente a Vi.
Suponga que aplica en Vi una
tensión sinusoidal de 1kHz y 10Vpp,
y que los diodos D1 y D2 poseen
tensión Vg distinta de 0 V.
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