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La unin PN en equilibrioNP
Indif
IpdesIpdifIndes
300 K0 K
V0VE
A temperatura ambiente, loshuecos de la zona p pasan pordifusin hacia la zona ny los e-
de la zona n pasan a la zona p.
En la zona de la unin, huecos y
e- se recombinan, quedando unaestrecha zona de transicincon una distribucin de cargadebida a la presencia de losiones de las impurezas y a laausencia de huecos y e-.
Se crea, entonces un campoelctrico que producecorrientes de desplazamiento,que equilibran a las dedifusin.Xp Xn
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La unin PN en equilibrio
VqND
-qNA
-0
+
pp0}NA nn0}ND
np0 pn0
Distribucin de las concentracionesde portadores de carga
Distribucin de carga
Xp Xn
Campo elctrico en el diodo
EXp Xn
Diferencia de potencial
V0V
Xp Xn
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La unin PN en equilibrio
0p
0nT
0n
0pTxpxn0
n
nlnV
p
plnVVVV !!!
2
i
DATpxn0
n
NNlnVVVV !!
Sustituyendo los valores de las concentraciones de impurezas:
V0 se llama Potencial de contactoPotencial de contacto y representa la diferencia depotencial entre los extremos de la zona de transicin con la unin encircuito abierto y en equilibrio.
V0 = 0.7 V para diodos de Si y V0 = 0.3 V para diodos de Ge, a 20 C
VT = 0.026 V a 300 K
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Polarizacin del diodo
Polarizacin directa
VDI
VE
VD crea un campo elctrico opuesto al de la unin, disminuye el Etotal en la unin
y la barrera de potencial: V=V0-VD, y aumenta la corriente de mayoritarios por
difusin.
V0
V0 - VD
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Polarizacin inversa
VI I0
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Estudio de la curva
caracterstica
! 1
0
TnV
V
eII
eT q
kTV !
= coeficiente de emisin
Ge : 1
Si: 2
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Curvacaracterstica
VT(300 K) = 25.85 mV
k (Constante de Boltzmann) = 1.3810-23 JK-1
-0 05
0 05
0 15
V (V)
I(mA
Io
I0:Corrienteinversadesaturacin
0,4 0,6 0,80,2
I0 QA
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Resistencia dinmica del diodoTeniendo en cuenta esta aproximacin, la relacin entre losincrementos de tensin y de corriente pueden relacionarse tal y comose indica:
Obviamente, esta aproximacin ser tanto ms cierta cuanto menoressean los valores de VD e ID.A la derivada de la tensin con respecto ala corriente en el punto de operacin se le llama resistencia dinmicadel diodo rd, y su expresin puede determinarse a partir del modeloexponencial del diodo, teniendo en cuenta que si VDQ es mayor que VTpuede despreciarse la unidad frente al trmino exponencial:
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Esta aproximacin slo es vlida en la regin deconduccin en polarizacin directa del diodo.
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Diodo Zener
El diodo Zener funciona enpolarizacin inversa utilizando
el fenmeno de conduccin porruptura o avalancha.
Para una tensin inversa dada,llamada tensin Zener, sta semantiene constante aunque lacorriente vare.
En polarizacin directafunciona como un diodonormal.
Tensin Zener
Vz
V
I
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Se debe a una fuerte generacin de portadores en lazona de transicin debido a estas dos causas:
Multiplicacin por avalancha Ruptura Zener
Regin Zener
En la prctica, ambos fenmenos se confunden. Se habla
de zona zener y de tensin zener y de zona deavalancha y de tensin de avalancha.
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zona de transicin
P ligeramente dopado N altamente dopado
Se produce con tensiones inversas mayores de 5 V. El campo elctrico aceleralos portadores minoritariosportadores minoritarios que atraviesan la zona de transicin con la energacintica suficiente para romper enlaces covalentes generando ms portadores. Siel campo es suficientemente intenso, los nuevos portadores vuelven a chocar ygenerar ms portadores. Se produce una reaccin en cadena que generamuchsimos portadores. El dopado controla el fenmeno de avalancha: cuanto
ms dbil es, a mayor tensin se produce.
avalancha de electrones
Portadorminoritario
Multiplicacin por avalancha
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Para tensiones por debajo de 5 V. El campo elctrico es suficientementeintenso como para romper directamente enlaces.Ambos dopados deben sermuy intensos (}1024 tomos/m3 ).
Ruptura Zener
zona de transicin
P altamente dopado N altamente dopado
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Vz
R
V0 Vs
Vz
Modelo del diodo Zener
V
I
R
V0 Vs< Vz
No conduce
Vs< Vz
Vz
R
V0 Vs= Vz
Vs= VzConduce
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Diodo Zener: aplicaciones
Vz=5V
R=1k;
V0 = 6V I
Las tensiones Vz} [3 - 20V]
Ak
56VVI z0
!
!
!
P = VzI = 5V A = 5 W
Vs Vs = VZ=5V
t
V
t
V Vs = Vz
Regulador detensin
Atenuador derizado
VzV0Vs
Vrizada
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En cualquier unin p-n polarizada demodo directo existe en la zona deunin una recombinacin de huecos yelectrones.En los diodos de silicio y germanio laenerga emitida en la recombinacines mayoritariamente en forma decalor.En los de GaAsP y GaP es, de modosignificativo, en forma de luz visible:electroluminiscencia.
Diodos emisores de luz (LED)
P N
BANDADE CONDUCCIN
FOTN
BANDADE VALENCIA
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Color de la luz emitida por LED
GaAs dopado con Zn
GaP dopado con N
GaP dopado con Zn
SiC, ZnSe
GaAs0.6P0.4
GaAs0.35P0.65
GaAs0.15P0.85
IR
V (V)
I
1 2 3
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CAPITULO 2
CIRCUITOSCON DIODOS
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Aproximaciones o modelos del diodo
En el modelo del diodo ideal seequipara ste a un cortocircuito o a
un circuito abierto, segn cmoest conectado.
R
I II
1 aproximacin: diodo ideal
R
V
I
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Aproximacin lineal (2)
Se considera que el diodo conduce sinresistencia por encima de la tensin umbral, yno conduce por debajo de la misma. Estoequivale a considerar un diodo como uninterruptor o un diodo ideal en serie con un
receptor.VU= 0.3 V para el diodo de Ge
VU= 0.7 V para el de Si.
mA3.51
7.060 !
!
!kR
VVI
U
VU V
I
R=1k;
V0 = 6V
I VU=0.7 V
R=1k;
I
V0 = 6V
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Aproximacin lineal (3)La 3 aproximacin esun diodo ideal con unaresistencia en serie yuna fuente de tensin.
R=1k;
V0 = 6V I Rd= 500 ;VU=0.7 V
mA5.35001000
7.060 !
!
!
R
VVI
U
R=1k;
V0 = 6V I
-0,05
0,05
0,15
V (V)
I(mA
)
Io0,4 0,6 0,80,2 Vu
V = Vu + IRd
(V
(I
Rd= (V/(I
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ID
VD
Diodo ideal(1 aproximacin)
Tres modelos de diodo
ID
VD
RDRDVU
VU
Modelo lineal(3 aproximacin)
VU
ID
VDVU
Modelo simplificado(2 aproximacin)
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Influencia de latemperatura
- .
.
.2
- -2 V (mV)
I
(mA)
KK
2 K
- .
.
.2
- -2 V (mV)
I
(mA)
KK
2 K
TqkTV
!
kTE
30
g
eCTI
!Eg:Anchura de la banda prohibida en J y 300 K.k: Constante de Boltzmann.C: Coeficiente caracterstico de cada semiconductor.
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